JP2023065178A - Heating apparatus and heating method - Google Patents

Heating apparatus and heating method Download PDF

Info

Publication number
JP2023065178A
JP2023065178A JP2021175838A JP2021175838A JP2023065178A JP 2023065178 A JP2023065178 A JP 2023065178A JP 2021175838 A JP2021175838 A JP 2021175838A JP 2021175838 A JP2021175838 A JP 2021175838A JP 2023065178 A JP2023065178 A JP 2023065178A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
output
heated
temperature
heating
infrared heater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021175838A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
章浩 竹内
Akihiro Takeuchi
正樹 大石
Masaki Oishi
征治 倉田
Seiji Kurata
寛美 吉原
Hiromi Yoshihara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chubu Electric Power Miraiz Co Inc
Chubu Electric Power Co Inc
Satoh Machinery Works Co Ltd
Metro Denki Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Chubu Electric Power Miraiz Co Inc
Chubu Electric Power Co Inc
Satoh Machinery Works Co Ltd
Metro Denki Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chubu Electric Power Miraiz Co Inc, Chubu Electric Power Co Inc, Satoh Machinery Works Co Ltd, Metro Denki Kogyo Co Ltd filed Critical Chubu Electric Power Miraiz Co Inc
Priority to JP2021175838A priority Critical patent/JP2023065178A/en
Publication of JP2023065178A publication Critical patent/JP2023065178A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

To provide a heating apparatus equipped with a radiation thermometer capable of being automatically controlled using the radiation thermometer and capable of uniformly heating a workpiece in a short time, and a heating method.SOLUTION: A heating apparatus 1 includes an infrared heater 2 that heats a workpiece W, a control unit 5 that controls the output of the infrared heater 2, and a radiation thermometer 4 that measures the surface temperature of the workpiece W, and the infrared heater 2 can arbitrarily change the output between a first output for rapidly raising the temperature of the workpiece W until the surface temperature of the workpiece W reaches a predetermined target temperature, and a second output that emits mid-infrared to far-infrared rays at a lower output than the first output and maintains the surface temperature of the workpiece W until the internal temperature of the workpiece W reaches the target temperature. The second output is controlled by the control unit 5 according to the surface temperature of the workpiece W measured by the radiation thermometer 4.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、短時間かつ均一に被加熱物を内部まで加熱できる加熱装置及び加熱方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heating apparatus and a heating method capable of heating an object to be heated evenly to the inside in a short period of time.

従来、CFRP(炭素繊維強化複合材料)、GFRP(ガラス繊維強化複合材料)を含む樹脂等のワーク(被加熱物)に対し、赤外線を用いた急速加熱を行うと、被加熱物の表面が優先して加熱されるため、被加熱物の表面と中心とで温度差が生じ、被加熱物全体を均一に加熱することが困難であった。さらに、加熱時の温度制御のため、放射温度計で温度測定をしようとしても、赤外線の散乱光が放射温度計の測定領域(赤外領域)と重複し、精度良く温度測定を行うことができなかった。特に、厚さが2mm以上の、一般に厚物と呼ばれる被加熱物を急速加熱しようとすると、被加熱物の表面と中心とで数10℃以上の大きな温度差が生じる。この温度差は、加熱後に行われるプレス成形等の工程において品質の低下を招く一因となっていた。そのため、これまで厚物の加熱は、時間を掛けてゆっくりと加熱することで、試料の表面と中心との温度差を低減させることで対応されており、生産性が悪かった。 Conventionally, when a work (object to be heated) such as a resin containing CFRP (carbon fiber reinforced composite material) or GFRP (glass fiber reinforced composite material) is rapidly heated using infrared rays, the surface of the object to be heated has priority. Therefore, a temperature difference occurs between the surface and the center of the object to be heated, and it is difficult to heat the entire object to be heated uniformly. Furthermore, due to the temperature control during heating, even if you try to measure the temperature with a radiation thermometer, the scattered infrared light overlaps the measurement area (infrared region) of the radiation thermometer, making it impossible to accurately measure the temperature. I didn't. In particular, when an object to be heated, which is generally called a thick object having a thickness of 2 mm or more, is rapidly heated, a large temperature difference of several tens of degrees Celsius or more occurs between the surface and the center of the object to be heated. This temperature difference has been one of the causes of deterioration in quality in processes such as press molding that are performed after heating. For this reason, until now, the heating of a thick sample has been dealt with by slowly heating over time to reduce the temperature difference between the surface and the center of the sample, resulting in poor productivity.

そのような中、特許文献1には、加熱炉内でコンベアによりワークを搬送しながら、上流の第1加熱域において、ワークの表層温度を目標温度まで急速に昇温させ、第1加熱域の下流の均熱域において、ワークの表層温度の急降下を抑制する程度に加熱温度を制限して、ワークの表層側から内部側への伝熱によりワークの内部温度を上昇させ、さらに下流の第2加熱域において、表層温度を目標温度まで再び昇温させてワークの表層温度及び内部温度が目標温度範囲内となるように加熱することで、ワークの表層と内部とで温度差が小さくなるように加熱する技術が開示されている。 Under such circumstances, in Patent Document 1, while conveying the work by a conveyor in the heating furnace, in the upstream first heating zone, the surface temperature of the work is rapidly raised to the target temperature, and the temperature of the first heating zone In the downstream soaking zone, the heating temperature is limited to an extent that suppresses a sudden drop in the surface layer temperature of the work, and the internal temperature of the work is increased by heat transfer from the surface layer side to the inside of the work. In the heating zone, the surface layer temperature is raised to the target temperature again, and the surface layer temperature and the internal temperature of the work are heated so that they are within the target temperature range, so that the temperature difference between the surface layer and the inside of the work becomes small. Techniques for heating are disclosed.

特許5547940号公報Japanese Patent No. 5547940

しかし、特許文献1で開示される加熱方法は、加熱炉の各加熱域における温度及び昇温時間(コンベアの速度)の設定をして加熱しているに過ぎない。そのため、ワークの形状等の条件が変わる度に、最適な加熱条件を検討する必要があり、加熱装置の自動制御には程遠いと言わざるを得ない。また、温度帯の違う各加熱域を上流から下流に向けて並設する必要があるため、炉長を長くとらなければならず、大型の加熱装置が必要となる。 However, the heating method disclosed in Patent Literature 1 merely heats by setting the temperature and heating time (conveyor speed) in each heating zone of the heating furnace. Therefore, it is necessary to consider the optimum heating conditions every time the conditions such as the shape of the workpiece change, and it must be said that the automatic control of the heating device is far from being achieved. In addition, since the heating zones with different temperature zones need to be arranged side by side from upstream to downstream, the furnace length must be long, and a large-sized heating device is required.

そこで、本発明の目的は、放射温度計を用いた加熱温度の自動制御が可能で、ワークを短時間且つ均一に加熱することのできる加熱装置及び加熱方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a heating apparatus and a heating method capable of automatically controlling the heating temperature using a radiation thermometer and heating the workpiece uniformly in a short period of time.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、加熱装置であって、被加熱物を加熱するための赤外線ヒータと、赤外線ヒータの出力を制御する制御部と、被加熱物の表面温度を測定する放射温度計とを備え、赤外線ヒータは、被加熱物の表面温度が所定の目標温度になるまで被加熱物を昇温する第1の出力と、第1の出力より低出力で中赤外線から遠赤外線を放射し、被加熱物の内部温度が目標温度になるまで被加熱物の表面温度を維持する第2の出力との間で出力を任意に変更可能であり、第2の出力は、放射温度計によって計測される被加熱物の表面温度に応じて、制御部により制御されることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、上記構成において、放射温度計は、内部が赤外線吸収性を備える材料で塗装された輻射排除筒を備えることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、上記構成において、第1の出力は、赤外線ヒータに係る最大出力であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載の放射温度計を備える加熱装置を用いる加熱方法であって、被加熱物の表面温度が所定の目標温度になるまで、第1の出力の赤外線ヒータで被加熱物を昇温する加熱ターンと、第2の出力の赤外線ヒータで被加熱物の内部温度が目標温度になるまで被加熱物の表面温度を維持する保温ターンとを実行し、保温ターンにおいて、第2の出力を、放射温度計によって計測される被加熱物の表面温度に応じて、制御部により制御することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、被加熱物を加熱するための赤外線ヒータと、赤外線ヒータの出力を制御する制御部と、内部が赤外線吸収性を備える材料で塗装された輻射排除筒を有し、被加熱物の表面温度を測定する放射温度計とを備え、赤外線ヒータは、中赤外線から遠赤外線を放射し、赤外線ヒータの出力は、放射温度計によって計測される被加熱物の表面温度に応じて、制御部により制御されることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の加熱装置を用いる加熱方法であって、被加熱物の表面温度及び内部温度が所定の目標温度になるまで、赤外線ヒータで被加熱物を昇温し、被加熱物の昇温時において、赤外線ヒータの出力を、放射温度計によって計測される被加熱物の表面温度に応じて、制御部により制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a heating apparatus comprising an infrared heater for heating an object to be heated, a control section for controlling the output of the infrared heater, and an object to be heated. a radiation thermometer for measuring surface temperature, the infrared heater has a first output for raising the temperature of the object to be heated until the surface temperature of the object to be heated reaches a predetermined target temperature, and an output lower than the first output. emits mid-infrared to far-infrared rays, and maintains the surface temperature of the object to be heated until the internal temperature of the object to be heated reaches the target temperature. is controlled by the controller according to the surface temperature of the object to be heated measured by the radiation thermometer.
According to a second aspect of the present invention, in the configuration described above, the radiation thermometer is provided with a radiation exclusion tube the inside of which is coated with an infrared-absorbing material.
According to a third aspect of the present invention, in the above configuration, the first output is the maximum output of the infrared heater.
The invention according to claim 4 is a heating method using a heating device equipped with the radiation thermometer according to any one of claims 1 to 3, wherein until the surface temperature of the object to be heated reaches a predetermined target temperature, A heating turn that raises the temperature of an object to be heated by an infrared heater with a first output, and a heat retention turn that maintains the surface temperature of the object until the internal temperature of the object reaches a target temperature by an infrared heater with a second output. and the second output is controlled by the controller according to the surface temperature of the object to be heated measured by the radiation thermometer during the heat retention turn.
The invention according to claim 5 has an infrared heater for heating an object to be heated, a control section for controlling the output of the infrared heater, and a radiation exclusion tube the inside of which is coated with an infrared absorbing material. , and a radiation thermometer for measuring the surface temperature of the object to be heated, the infrared heater radiates mid-infrared to far infrared rays, and the output of the infrared heater corresponds to the surface temperature of the object to be heated measured by the radiation thermometer. It is characterized by being controlled by the control unit accordingly.
The invention according to claim 6 is a heating method using the heating device according to claim 5, wherein the object to be heated is heated by an infrared heater until the surface temperature and internal temperature of the object to be heated reach predetermined target temperatures. The output of the infrared heater is controlled by the controller according to the surface temperature of the object to be heated measured by the radiation thermometer when the temperature of the object to be heated is raised.

本発明の主な効果は、放射温度計を用いた加熱温度の自動制御が可能で、ワークを短時間且つ均一に加熱することのできる放射温度計を備える加熱装置及び加熱方法が提供されることである。 The main effect of the present invention is to provide a heating apparatus and a heating method equipped with a radiation thermometer capable of automatically controlling the heating temperature using the radiation thermometer and heating the workpiece uniformly in a short period of time. is.

本発明の加熱装置を示す説明図であって、(a)は平面図、(b)は(a)のA-A線断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing which shows the heating apparatus of this invention, (a) is a top view, (b) is a sectional view on the AA line of (a). 本発明の放射温度計を示す説明図である。It is an explanatory view showing a radiation thermometer of the present invention. 加熱工程における赤外線ヒータの出力、並びにワークの表面及び断面中心温度の推移イメージを示すグラフである。4 is a graph showing transition images of the output of an infrared heater and the surface and cross-sectional center temperatures of a workpiece in a heating process. 加熱試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows a heating test result. 熱電対を用いて測定されたワーク表面温度と放射温度計を用いて測定されたワーク表面温度との差と、赤外線ヒータの出力との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the difference between the work surface temperature measured using a thermocouple and the work surface temperature measured using a radiation thermometer, and the output of an infrared heater.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の加熱装置を示す説明図であって、(a)は平面図、(b)は(a)のA-A線断面図である。
加熱装置1は、図1(a),(b)に示すように、複数の直管型の赤外線ヒータ2と、被加熱物であるCFRP等のワークWを積載可能で、加熱装置1内を所定方向に向けて進行する移動式のステージ3と、ワークWの表面温度を測定するための放射温度計4と、赤外線ヒータ2の出力を制御する制御部5とを備える。
本実施例において、ステージ3は、加熱装置1の対向する2辺に沿って設置された2本のレールR上を移動するものであり、その際のステージ3の移動機構は、公知の移動機構が適用される。
制御部5は、各赤外線ヒータ2それぞれに個別接続され、それぞれの赤外線ヒータ2を個別に制御するものでも良いし、全赤外線ヒータ2を一律に制御するものでも良い。また、制御部5は、放射温度計4とも接続しており、放射温度計4によって計測された温度に応じて赤外線ヒータ2の出力を調整可能となっている。なお、赤外線ヒータ2の出力は、停止状態である0%と最大出力である100%との間の任意の値で調節可能である。
ワークWは、加熱装置1によって加熱されることで、潜在応力を解消したり、加熱後にプレス成形等による変形加工、積層複合化等の加工が施されたりする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1A and 1B are explanatory diagrams showing a heating apparatus of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG.
As shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the heating device 1 is capable of loading a plurality of straight pipe infrared heaters 2 and a workpiece W to be heated such as CFRP. A movable stage 3 that advances in a predetermined direction, a radiation thermometer 4 for measuring the surface temperature of the workpiece W, and a control unit 5 that controls the output of the infrared heater 2 are provided.
In this embodiment, the stage 3 moves on two rails R installed along two opposite sides of the heating device 1, and the moving mechanism of the stage 3 at that time is a known moving mechanism. applies.
The controller 5 may be individually connected to each infrared heater 2 to control each infrared heater 2 individually, or may uniformly control all the infrared heaters 2 . The control unit 5 is also connected to a radiation thermometer 4 so that the output of the infrared heater 2 can be adjusted according to the temperature measured by the radiation thermometer 4 . The output of the infrared heater 2 can be adjusted to any value between 0%, which is the stopped state, and 100%, which is the maximum output.
The work W is heated by the heating device 1 to eliminate latent stress, and after heating, is subjected to deformation processing such as press molding, lamination and compositing processing, and the like.

赤外線ヒータ2は、図1(b)に示すように、ステージ3を上下に挟んで、上ヒータユニット2aと下ヒータユニット2bとに配置される。上ヒータ2aの上方及び下ヒータ2bの下方には、加熱効率を向上させるため、反射ユニット6が設けられている。さらに、反射ユニット6の上方及び下方には、加熱装置1の外部に伝熱することを防止するための断熱材7が配置されている。上ヒータ2a及び下ヒータ2bを設けることで、ワークWを上下方向両側から同時に加熱できるため、ワークWの上面及び下面に極端な温度差を生じさせずに、ワークWを加熱することができる。 As shown in FIG. 1(b), the infrared heaters 2 are arranged in an upper heater unit 2a and a lower heater unit 2b with the stage 3 sandwiched therebetween. Reflection units 6 are provided above the upper heater 2a and below the lower heater 2b in order to improve heating efficiency. Furthermore, heat insulating materials 7 are arranged above and below the reflecting unit 6 to prevent heat transfer to the outside of the heating device 1 . By providing the upper heater 2a and the lower heater 2b, the work W can be heated simultaneously from both sides in the vertical direction.

図2は、本発明の放射温度計を示す説明図である。
放射温度計4は、図2に示すように、検出器4a、レンズ4b、及び所定長さを有する円筒状の輻射排除筒8を備える。
放射温度計4は、計測対象であるワークWの表面から放射された赤外線をレンズ4bを介して検出器4aにて検出し、電気信号に変換することで、ワークWの表面温度を測定するものである。輻射排除筒8は、内側が赤外線吸収性を備える黒色塗料によって塗装されている。輻射排除筒8に進入した赤外線は、黒色塗料に吸収されながら進むため、上ヒータユニット2aと下ヒータユニット2bとの間における赤外線の散乱光の影響が抑えられ、放射温度計4によるワークWの表面温度のより正確な測定が可能となる。なお、輻射排除筒8は、レンズ4bへの輻射光(赤外線)の入射を妨げない形状に形成されることが望ましい。輻射排除筒8の径は、大きすぎる場合、レンズ4bに入射される散乱光が多くなり、測定精度が低下する可能性がある。一方、輻射排除筒8の径が小さすぎる場合は、レンズ4bに入射される輻射光が少なくなるため、測定精度が低下する可能性がある。また、輻射排除筒8は、図1(b)に示すように、赤外線ヒータ2(上ヒータユニット2a)とワークWとの間に先端部が配置される長さを有する。これにより、上ヒータユニット2aから放射される散乱光の輻射排除筒8へ進入を抑えられる。すなわち、適切な径と適正な長さとを有する形状の輻射排除筒8を用いることで、より正確な放射温度計4によるワークWの表面温度の測定が可能となる。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the radiation thermometer of the present invention.
The radiation thermometer 4, as shown in FIG. 2, includes a detector 4a, a lens 4b, and a cylindrical radiation exclusion tube 8 having a predetermined length.
The radiation thermometer 4 measures the surface temperature of the workpiece W by detecting infrared rays radiated from the surface of the workpiece W to be measured by the detector 4a via the lens 4b and converting them into electric signals. is. The radiation exclusion cylinder 8 is coated with a black paint having infrared absorption properties on the inside. Since the infrared rays entering the radiation exclusion tube 8 are absorbed by the black paint, the influence of the infrared rays scattered between the upper heater unit 2a and the lower heater unit 2b is suppressed, and the workpiece W is detected by the radiation thermometer 4. A more accurate measurement of surface temperature is possible. It is desirable that the radiation exclusion cylinder 8 be formed in a shape that does not block the incidence of radiant light (infrared rays) to the lens 4b. If the diameter of the radiation exclusion tube 8 is too large, the amount of scattered light incident on the lens 4b increases, possibly degrading the measurement accuracy. On the other hand, if the diameter of the radiation exclusion tube 8 is too small, the amount of radiant light incident on the lens 4b is reduced, which may reduce the measurement accuracy. Moreover, the radiation exclusion tube 8 has a length such that the tip thereof is arranged between the infrared heater 2 (upper heater unit 2a) and the work W, as shown in FIG. 1(b). As a result, the scattered light emitted from the upper heater unit 2a is prevented from entering the radiation exclusion tube 8. FIG. That is, by using the radiation exclusion cylinder 8 having a shape having an appropriate diameter and length, it becomes possible to measure the surface temperature of the workpiece W with the radiation thermometer 4 more accurately.

続いて、加熱装置1を用いたワークWの加熱方法について説明する。
図3は、加熱工程における赤外線ヒータの出力、並びにワークの表面及び断面中心温度の推移イメージを示すグラフである。
まず、ワークWをステージ3上に載置した後、ステージ3を移動させる。ステージ3の移動に伴い、ワークWは加熱装置1の内部に移動する。
ワークWが加熱装置1の内部に移動した後、図3に示すように、制御部5は、ワークWの表面温度が所定の目標温度となるように第1の出力(ここでは出力100%)で赤外線ヒータ2によるワークWの急速加熱を実行する(加熱ターンH)。加熱ターンHでは、高出力の近赤外線が赤外線ヒータ2から放射される。高出力で表面から加熱されるため、ワークWの内部温度は目標温度より低い。近赤外線の波長領域は、放射温度計4の測定領域と重複するため、加熱ターンHでは、赤外線ヒータ2からの散乱光を放射温度計4が検出してしまい、ワークWの表面温度の正確な測定ができない。そのため、加熱ターンHでは、事前に確認した所定の温度パターンで、ワークWを目標温度近辺まで短時間で急速昇温させる必要がある。本出願において、近赤外線とは、0.7μm~1.5μmの波長領域の赤外線を指す。また、中赤外線とは、1.5μm~4.0μmの波長領域の赤外線を指し、遠赤外線とは、4.0μm~1000μmの波長領域の赤外線を指す。
Next, a method for heating the workpiece W using the heating device 1 will be described.
FIG. 3 is a graph showing transition images of the output of the infrared heater and the surface and cross-sectional center temperatures of the workpiece in the heating process.
First, after the workpiece W is placed on the stage 3, the stage 3 is moved. As the stage 3 moves, the workpiece W moves inside the heating device 1 .
After the work W has moved into the heating device 1, as shown in FIG. , the workpiece W is rapidly heated by the infrared heater 2 (heating turn H). In the heating turn H, high-power near-infrared rays are emitted from the infrared heater 2 . The internal temperature of the work W is lower than the target temperature because it is heated from the surface with a high output. Since the near-infrared wavelength region overlaps the measurement region of the radiation thermometer 4, the radiation thermometer 4 detects the scattered light from the infrared heater 2 in the heating turn H, and the surface temperature of the workpiece W cannot be measured accurately. Cannot measure. Therefore, in the heating turn H, it is necessary to rapidly raise the temperature of the work W to near the target temperature in a short time according to a predetermined temperature pattern confirmed in advance. In the present application, near-infrared rays refer to infrared rays in the wavelength range of 0.7 μm to 1.5 μm. In addition, mid-infrared rays refer to infrared rays in the wavelength region of 1.5 μm to 4.0 μm, and far infrared rays refer to infrared rays in the wavelength region of 4.0 μm to 1000 μm.

ワークWの表面温度が目標温度近辺に達した後、制御部5は、赤外線ヒータ2の出力を第2の出力(ここでは出力10%)に変更する。そして、ワークWの表面温度を目標温度近辺で維持した状態で、ワークWの内部温度を目標温度近辺まで昇温させる(保温ターンK)。保温ターンKでは、低出力の赤外線、即ち中赤外線から遠赤外線が赤外線ヒータ2から放射される。中赤外線から遠赤外線の波長領域は、放射温度計4の測定領域と重複していない。従って、放射温度計4を用いたワークWの所定精度以上の表面温度測定が可能となる。また、このとき、一定の散乱光による測定誤差が生じることが考えられるが、放射温度計4に輻射排除筒8を設けたことで、輻射排除筒8が散乱光を吸収するため、散乱光による測定誤差をほぼ抑え、ワークWの表面からの赤外線に測定対象が絞られ、ワークWの正確な温度測定(輻射率0.9~0.95の通常の設定値での測定)が可能となる。放射温度計4によりワークWの正確な表面温度測定が可能となったことで、保温ターンKでは、制御部5は、測定された温度に応じて、赤外線ヒータ2の出力を自動で制御している。これにより、加熱装置1は、ワークWの表面温度を保ちつつ、ワークWの内部温度が目標温度となるまで適切な加熱処理を実行する。
このように、加熱ターンHと保温ターンKとを赤外線ヒータ2の出力変更により実行することで、長い炉長を必要とする大型の従来型の加熱装置と比べ、加熱装置1を小型に設計できる。
また、保温ターンKでは、赤外線ヒータ2の出力を絞り、放射される赤外線を中赤外線から遠赤外線とすると共に、放射温度計4に輻射排除筒8を設けることで、放射温度計4によるワークWの正確な表面温度測定が可能となるため、測定された温度を基に、制御部5による赤外線ヒータ2の出力、即ち加熱温度の自動制御が可能となる。これにより、ワークWの表面温度が目標温度から離れることを防止しながら、ワークWの内部温度が目標温度となるまで適切に加熱することができる。
After the surface temperature of the workpiece W reaches around the target temperature, the controller 5 changes the output of the infrared heater 2 to the second output (10% output here). Then, while maintaining the surface temperature of the work W around the target temperature, the internal temperature of the work W is raised to around the target temperature (warming turn K). In the heat-retaining turn K, the infrared heater 2 radiates low-output infrared rays, ie, middle infrared rays to far infrared rays. The wavelength region from mid-infrared rays to far-infrared rays does not overlap with the measurement region of the radiation thermometer 4 . Therefore, it is possible to measure the surface temperature of the workpiece W with a predetermined accuracy or higher using the radiation thermometer 4 . At this time, it is conceivable that a certain amount of measurement error may occur due to scattered light. The measurement error is almost suppressed, the measurement target is narrowed down to the infrared rays from the surface of the work W, and accurate temperature measurement of the work W (measurement at the normal set value of emissivity 0.9 to 0.95) is possible. . Since the radiation thermometer 4 can accurately measure the surface temperature of the workpiece W, the controller 5 automatically controls the output of the infrared heater 2 according to the measured temperature in the heat retention turn K. there is As a result, the heating device 1 maintains the surface temperature of the work W and performs an appropriate heat treatment until the internal temperature of the work W reaches the target temperature.
In this way, the heating turn H and the heat retaining turn K are performed by changing the output of the infrared heater 2, so that the heating device 1 can be designed to be smaller than a large-sized conventional heating device that requires a long furnace length. .
In the heat-retaining turn K, the output of the infrared heater 2 is reduced to change the radiated infrared rays from mid-infrared rays to far-infrared rays. Therefore, the control unit 5 can automatically control the output of the infrared heater 2, that is, the heating temperature, based on the measured temperature. As a result, while preventing the surface temperature of the work W from deviating from the target temperature, the work W can be appropriately heated until the internal temperature reaches the target temperature.

次に、本発明の加熱装置1を用いた加熱試験の結果を示す。
図4は、加熱試験結果を示すグラフである。
加熱試験では、加熱装置1を用い、厚み4mmで100mm四方のCFRPからなるワークWを30秒間加熱し、ワーク中央の表面及び内部、ワーク中央から30mm地点の表面及び内部、ワーク中央から45mm地点の表面及び内部の各計測点における温度計測を行った。なお、ワークWの表面及び内部の各測定点における温度計測は、熱電対を用いて行った。内部温度は、表面からの深度2mmの箇所での温度である。
Next, the results of a heating test using the heating device 1 of the present invention are shown.
FIG. 4 is a graph showing the heating test results.
In the heating test, using the heating device 1, a work W made of CFRP with a thickness of 4 mm and 100 mm square was heated for 30 seconds, and the surface and inside of the center of the work, the surface and inside of the point 30 mm from the center of the work, and the point of 45 mm from the center of the work. Temperature measurements were taken at each measurement point on the surface and inside. The temperature measurement at each measurement point on the surface and inside of the work W was performed using a thermocouple. The internal temperature is the temperature at a depth of 2 mm from the surface.

加熱試験の結果を図4に示す。図4のグラフは、上述の各計測点において測定された測定温度に加え、電力(赤外線ヒータ2の出力)、放射温度計4が検出したワークWの表面温度の推移を示している。なお、放射温度計4は、ワーク中央の表面温度を計測した。
まず、加熱ターンHとして、電力を90kW(赤外線ヒータ2の出力は100%であり、これが第1の出力となる。)とし、ワークWの表面温度が目標温度である200℃となるまで加熱を行った。
時間経過と共に、ワークWの表面温度は、ワークWの中央、中央から30mm地点、中央から45mm地点の何れにおいても、加熱開始からほぼ一様に温度が急速に上昇し、およそ10秒で目標温度に達した。一方、ワークWの各部における内部温度は、10秒経過時点でも120℃程度であり、ワークWの表面温度とは大きな差があることが分かる。
また、この時、赤外線ヒータ2からの散乱光により放射温度計4は、正確な温度計測ができていないことが分かる。
FIG. 4 shows the results of the heating test. The graph of FIG. 4 shows transitions of the surface temperature of the work W detected by the radiation thermometer 4 and the power (output of the infrared heater 2) in addition to the temperature measured at each of the measurement points described above. The radiation thermometer 4 measured the surface temperature at the center of the work.
First, as the heating turn H, the power is set to 90 kW (the output of the infrared heater 2 is 100%, which is the first output), and heating is performed until the surface temperature of the work W reaches the target temperature of 200°C. gone.
With the passage of time, the surface temperature of the work W rapidly increased almost uniformly from the start of heating at any of the center of the work W, the point 30 mm from the center, and the point 45 mm from the center, reaching the target temperature in about 10 seconds. reached. On the other hand, the internal temperature of each part of the work W is about 120° C. even after 10 seconds have passed, and it can be seen that there is a large difference from the surface temperature of the work W.
Also, at this time, it can be seen that the radiation thermometer 4 cannot accurately measure the temperature due to the scattered light from the infrared heater 2 .

ワークWの表面温度が目標温度に達した後、保温ターンKに切替え、電力をおよそ10kW(赤外線ヒータ2の出力はおよそ10%であり、これが第2の出力となる)に絞り、ワークWの内部温度が目標温度である200℃となるまで加熱を行った。
なお、保温ターンKにおいて、電力は制御部5によって微調整される。オーバーシュートしていたワークWの表面温度が目標温度に向け変移していくのに併せて、ワークWの内部温度が緩やかに上昇し、加熱開始からおよそ30秒で、ワークWの表面温度及び内部温度の何れもが全計測点において目標温度となった。
このように、加熱ターンH及び保温ターンKを実行することで、30秒という短時間でも4mmの厚物を均一加熱することができる。
また、この時、放射温度計4は、赤外線ヒータ2の出力が10%程度に近づくにつれ、ワークWの表面温度を正確に測定できていることが分かる。これは、赤外線ヒータ2の出力を絞ったことで、放射温度計4の測定領域と重複していない中赤外線から遠赤外線が赤外線ヒータ2から放射されるようになり、散乱光を放射温度計4に輻射排除筒8で排除したことで、放射温度計4によるワークWの表面温度の正確な測定が可能となったことが分かる。
After the surface temperature of the workpiece W reaches the target temperature, switch to the heat insulation turn K, reduce the power to about 10 kW (the output of the infrared heater 2 is about 10%, which is the second output), and Heating was performed until the internal temperature reached the target temperature of 200°C.
In addition, in the heat-retaining turn K, the electric power is finely adjusted by the control unit 5 . As the overshooting surface temperature of the work W changes toward the target temperature, the internal temperature of the work W rises gently, and in about 30 seconds from the start of heating, the surface temperature and the inside of the work W All of the temperatures reached the target temperature at all measurement points.
By performing the heating turn H and the heat-retaining turn K in this way, a 4 mm thick object can be uniformly heated even in a short time of 30 seconds.
At this time, it can be seen that the radiation thermometer 4 can accurately measure the surface temperature of the workpiece W as the output of the infrared heater 2 approaches about 10%. This is because the output of the infrared heater 2 is reduced, so that the infrared heater 2 emits mid- to far-infrared rays that do not overlap the measurement area of the radiation thermometer 4 , and the scattered light is detected by the radiation thermometer 4 . It can be seen that the radiation thermometer 4 can accurately measure the surface temperature of the work W by excluding the radiation with the radiation exclusion tube 8 .

図5は、熱電対を用いて測定されたワーク表面温度と放射温度計を用いて測定されたワーク表面温度との差と、赤外線ヒータの出力との関係を示すグラフである。
図5に、熱電対を用いて測定されたワークWの表面温度と放射温度計4を用いて測定されたワークWの表面温度との差と、赤外線ヒータ2の出力との関係をグラフ化して示す。
赤外線ヒータ2の出力が100%、すなわち第1の出力の場合、熱電対を用いて測定されたワークWの表面温度と放射温度計4を用いて測定されたワークWの表面温度との差は、およそΔ60℃となった。従って、第1の出力の場合、放射温度計4はワークWの表面温度を正確に測定できていないことが分かる。
赤外線ヒータ2の出力を50%とすると、熱電対を用いて測定されたワークWの表面温度と放射温度計4を用いて測定されたワークWの表面温度との差は、およそΔ20℃となった。
さらに赤外線ヒータ2の出力を絞り、出力を10%、すなわち第2の出力とした場合、熱電対を用いて測定されたワークWの表面温度と放射温度計4を用いて測定されたワークWの表面温度との差は、ほぼΔ0℃となった。従って、第2の出力とした場合、放射温度計4は、ワークWの表面温度を正確に測定できる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the difference between the workpiece surface temperature measured using a thermocouple and the workpiece surface temperature measured using a radiation thermometer, and the output of the infrared heater.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the difference between the surface temperature of the work W measured using the thermocouple and the surface temperature of the work W measured using the radiation thermometer 4, and the output of the infrared heater 2. show.
When the output of the infrared heater 2 is 100%, that is, the first output, the difference between the surface temperature of the work W measured using the thermocouple and the surface temperature of the work W measured using the radiation thermometer 4 is , approximately Δ60°C. Therefore, it can be seen that the radiation thermometer 4 cannot accurately measure the surface temperature of the workpiece W in the case of the first output.
Assuming that the output of the infrared heater 2 is 50%, the difference between the surface temperature of the work W measured using the thermocouple and the surface temperature of the work W measured using the radiation thermometer 4 is approximately Δ20°C. rice field.
Furthermore, when the output of the infrared heater 2 is reduced and the output is set to 10%, that is, the second output, the surface temperature of the work W measured using the thermocouple and the surface temperature of the work W measured using the radiation thermometer 4 The difference from the surface temperature was approximately Δ0°C. Therefore, when the second output is selected, the radiation thermometer 4 can accurately measure the surface temperature of the workpiece W. FIG.

上述のように構成される加熱装置1は、ワークWを加熱するための赤外線ヒータ2と、赤外線ヒータ2の出力を制御する制御部5と、ワークWの表面温度を測定する放射温度計4とを備え、赤外線ヒータ2は、ワークWの表面温度が所定の目標温度になるまでワークWを急速に昇温する第1の出力と、第1の出力より低出力で中赤外線から遠赤外線を放射し、ワークWの内部温度が目標温度になるまでワークWの表面温度を維持する第2の出力との間で出力を任意に変更可能であり、第2の出力は、放射温度計4によって計測されるワークWの表面温度に応じて、制御部5により制御される。
よって、加熱装置1は、赤外線ヒータ2の出力を変更可能とすることで、長い炉長を必要とする大型の従来型の加熱装置と比べ、加熱装置1を小型に設計できる。
また、赤外線ヒータ2の出力を絞り、放射される赤外線を中赤外線から遠赤外線とすることで、放射温度計4によるワークWの表面温度測定が可能となるため、測定された温度を基に、制御部5による赤外線ヒータ2の出力、即ち加熱温度の自動制御が可能となる。これにより、ワークWの表面温度が目標温度から離れることを防止しながら、ワークWの内部温度が目標温度となるまで適切に加熱することができる。
The heating device 1 configured as described above includes an infrared heater 2 for heating the workpiece W, a controller 5 for controlling the output of the infrared heater 2, and a radiation thermometer 4 for measuring the surface temperature of the workpiece W. The infrared heater 2 has a first output that rapidly heats the workpiece W until the surface temperature of the workpiece W reaches a predetermined target temperature, and a lower output than the first output to radiate middle infrared to far infrared rays. The output can be arbitrarily changed between a second output that maintains the surface temperature of the work W until the internal temperature of the work W reaches the target temperature, and the second output is measured by the radiation thermometer 4 It is controlled by the controller 5 according to the surface temperature of the work W to be applied.
Therefore, by making the output of the infrared heater 2 variable, the heating device 1 can be designed to be smaller than a conventional large-sized heating device that requires a long furnace length.
In addition, by reducing the output of the infrared heater 2 and changing the radiated infrared rays from middle infrared rays to far infrared rays, it becomes possible to measure the surface temperature of the workpiece W with the radiation thermometer 4. Therefore, based on the measured temperature, The output of the infrared heater 2 by the controller 5, that is, the heating temperature can be automatically controlled. As a result, while preventing the surface temperature of the work W from deviating from the target temperature, the work W can be appropriately heated until the internal temperature reaches the target temperature.

また、放射温度計は、内部が赤外線吸収性を備える材料で塗装された輻射排除筒を備える。
よって、輻射排除筒8に進入した赤外線は、黒色塗料に吸収されながら進むため、ワークWの表面から放射される赤外線の散乱光の影響が抑えられ、放射温度計4によるワークWの表面温度のより正確な測定が可能となる。
In addition, the radiation thermometer includes a radiation exclusion tube the inside of which is coated with an infrared-absorbing material.
Therefore, the infrared rays that have entered the radiation exclusion cylinder 8 are absorbed by the black paint as they proceed, so that the influence of the scattered infrared rays emitted from the surface of the work W is suppressed, and the surface temperature of the work W measured by the radiation thermometer 4 is reduced. More accurate measurement becomes possible.

以上は、本発明を図示例に基づいて説明したものであり、その技術範囲はこれに限定されるものではない。例えば、第1の出力及び第2の出力は、被加熱物を目標温度に所望の時間で加熱可能であれば、任意に設定可能である。
また、赤外線ヒータは、被加熱物を加熱可能であれば、形状及び設置数は限定されず、任意の形状及び設置数で良い。さらに、被加熱物の上方のみ又は下方のみに設置されても良い。
また、放射温度計は、複数設けられても良いし、設置位置も限定されない。
また、輻射排除筒は、被加熱物の表面温度が正確に測定可能であれば、長さ、形状等を任意に設計できる。
また、制御部は、赤外線ヒータの出力変更ができれば良く、自動で赤外線ヒータの出力を制御するものとしても、制御部を介して人為的に赤外線ヒータの出力を変更するものとしても良い。
また、ステージは、レール上を周知の駆動機構によって移動するものに限定されず、例えばステージ自体がベルトコンベアで形成されても良い。
また、加熱装置は、第1の出力の赤外線ヒータで被加熱物の表面を目標温度まで加熱する加熱エリアと、制御部によって第2の出力を調整しながら被加熱物の内部まで目標温度で均一に加熱する保温エリアとが設けられ、加熱エリアから保温エリアへ被加熱物が載置されたステージが移動することで、被加熱物を加熱するものであっても良い。
また、被加熱物の加熱は、被加熱物を加熱するために中赤外線から遠赤外線を放射する赤外線ヒータと、赤外線ヒータの出力を制御する制御部と、内部が赤外線吸収性を備える材料で塗装された輻射排除筒を有し、被加熱物の表面温度を測定する放射温度計とを備える加熱装置を用いて、被加熱物の表面温度及び内部温度が所定の目標温度になるまで、赤外線ヒータの出力を、放射温度計によって計測される被加熱物の表面温度に応じて、制御部により制御しながら実施されても良い。
The present invention has been described above based on the illustrated examples, and the technical scope thereof is not limited thereto. For example, the first output and the second output can be arbitrarily set as long as the object to be heated can be heated to the target temperature in a desired time.
Moreover, the shape and the number of installation of the infrared heater are not limited as long as the infrared heater can heat the object to be heated, and any shape and number of installation may be used. Furthermore, it may be installed only above or below the object to be heated.
Also, a plurality of radiation thermometers may be provided, and the installation position is not limited.
Also, the radiation exclusion tube can be arbitrarily designed in length, shape, etc., as long as the surface temperature of the object to be heated can be accurately measured.
Further, the control section only needs to be able to change the output of the infrared heater, and the control section may automatically control the output of the infrared heater or artificially change the output of the infrared heater via the control section.
Further, the stage is not limited to one that moves on rails by a well-known drive mechanism, and the stage itself may be formed by a belt conveyor, for example.
In addition, the heating device includes a heating area for heating the surface of the object to be heated to a target temperature by an infrared heater with a first output, and a control unit that adjusts the second output to uniformly heat the inside of the object to the target temperature. A heat insulating area for heating may be provided in the heating area, and the object to be heated may be heated by moving a stage on which the object to be heated is placed from the heating area to the heat insulating area.
In addition, the heating of the object to be heated includes an infrared heater that emits mid-infrared to far infrared rays to heat the object to be heated, a control unit that controls the output of the infrared heater, and an interior that is coated with a material that absorbs infrared rays. Using a heating device that has a radiation exclusion cylinder and a radiation thermometer that measures the surface temperature of the object to be heated, the infrared heater is heated until the surface temperature and internal temperature of the object to be heated reach a predetermined target temperature. may be controlled by the controller in accordance with the surface temperature of the object to be heated measured by the radiation thermometer.

1・・加熱装置、2・・赤外線ヒータ、4・・放射温度計、5・・制御部、8・・輻射排除筒、W・・ワーク(被加熱物)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Heating apparatus, 2... Infrared heater, 4... Radiation thermometer, 5... Control part, 8... Radiation exclusion cylinder, W... Work (object to be heated).

Claims (6)

被加熱物を加熱するための赤外線ヒータと、前記赤外線ヒータの出力を制御する制御部と、前記被加熱物の表面温度を測定する放射温度計とを備え、
前記赤外線ヒータは、前記被加熱物の表面温度が所定の目標温度になるまで前記被加熱物を昇温する第1の出力と、第1の出力より低出力で中赤外線から遠赤外線を放射し、前記被加熱物の内部温度が前記目標温度になるまで前記被加熱物の表面温度を維持する第2の出力との間で出力を任意に変更可能であり、
前記第2の出力は、前記放射温度計によって計測される前記被加熱物の表面温度に応じて、前記制御部により制御されることを特徴とする加熱装置。
An infrared heater for heating an object to be heated, a control unit for controlling the output of the infrared heater, and a radiation thermometer for measuring the surface temperature of the object to be heated,
The infrared heater has a first output for raising the temperature of the object to be heated until the surface temperature of the object to be heated reaches a predetermined target temperature, and a lower output than the first output for radiating mid-infrared to far-infrared rays. and a second output that maintains the surface temperature of the object to be heated until the internal temperature of the object to be heated reaches the target temperature,
The heating device, wherein the second output is controlled by the controller according to the surface temperature of the object to be heated measured by the radiation thermometer.
前記放射温度計は、内部が赤外線吸収性を備える材料で塗装された輻射排除筒を備えることを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。 2. The heating device according to claim 1, wherein the radiation thermometer has a radiation exclusion tube the inside of which is coated with an infrared-absorbing material. 前記第1の出力は、前記赤外線ヒータに係る最大出力であることを特徴とする請求項1又は2に記載の加熱装置。 3. The heating device according to claim 1, wherein said first output is the maximum output of said infrared heater. 請求項1乃至3の何れかに記載の加熱装置を用いて、
前記被加熱物の表面温度が所定の目標温度になるまで、前記第1の出力の前記赤外線ヒータで前記被加熱物を昇温する加熱ターンと、
前記第2の出力の前記赤外線ヒータで前記被加熱物の内部温度が前記目標温度になるまで前記被加熱物の表面温度を維持する保温ターンとを実行し、
前記保温ターンにおいて、前記第2の出力を、前記放射温度計によって計測される前記被加熱物の表面温度に応じて、前記制御部により制御することを特徴とする加熱方法。
Using the heating device according to any one of claims 1 to 3,
a heating turn for raising the temperature of the object to be heated by the infrared heater with the first output until the surface temperature of the object to be heated reaches a predetermined target temperature;
a heat-retaining turn of maintaining the surface temperature of the object to be heated until the internal temperature of the object to be heated reaches the target temperature with the infrared heater of the second output;
A heating method, wherein the controller controls the second output in the heat retaining turn according to the surface temperature of the object to be heated measured by the radiation thermometer.
被加熱物を加熱するための赤外線ヒータと、前記赤外線ヒータの出力を制御する制御部と、内部が赤外線吸収性を備える材料で塗装された輻射排除筒を有し、前記被加熱物の表面温度を測定する放射温度計とを備え、
前記赤外線ヒータは、中赤外線から遠赤外線を放射し、
前記赤外線ヒータの出力は、前記放射温度計によって計測される前記被加熱物の表面温度に応じて、前記制御部により制御されることを特徴とする加熱装置。
An infrared heater for heating an object to be heated, a control unit for controlling the output of the infrared heater, and a radiation exclusion cylinder the inside of which is coated with a material having infrared absorption properties, the surface temperature of the object to be heated and a radiation thermometer for measuring
The infrared heater radiates mid-infrared to far-infrared rays,
The heating device, wherein the output of the infrared heater is controlled by the controller in accordance with the surface temperature of the object to be heated measured by the radiation thermometer.
請求項5に記載の加熱装置を用いて、
前記被加熱物の表面温度及び内部温度が所定の目標温度になるまで、前記赤外線ヒータで前記被加熱物を昇温し、
前記被加熱物の昇温時において、前記赤外線ヒータの出力を、前記放射温度計によって計測される前記被加熱物の表面温度に応じて、前記制御部により制御することを特徴とする加熱方法。
Using the heating device according to claim 5,
raising the temperature of the object to be heated by the infrared heater until the surface temperature and internal temperature of the object to be heated reach predetermined target temperatures;
A heating method, wherein the output of the infrared heater is controlled by the controller according to the surface temperature of the object to be heated measured by the radiation thermometer when the temperature of the object to be heated is raised.
JP2021175838A 2021-10-27 2021-10-27 Heating apparatus and heating method Pending JP2023065178A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021175838A JP2023065178A (en) 2021-10-27 2021-10-27 Heating apparatus and heating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021175838A JP2023065178A (en) 2021-10-27 2021-10-27 Heating apparatus and heating method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023065178A true JP2023065178A (en) 2023-05-12

Family

ID=86281776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021175838A Pending JP2023065178A (en) 2021-10-27 2021-10-27 Heating apparatus and heating method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023065178A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106564187B (en) A kind of method and apparatus manufacturing three-dimension object
US6408649B1 (en) Method for the rapid thermal treatment of glass and glass-like materials using microwave radiation
TWI528457B (en) Apparatus for substrate treatment and method for operating the same
US20140216641A1 (en) Indexing Laminating System
CN107727247A (en) A kind of hot conditions trnaslucent materials spectral emissivity measurement apparatus and method
JPH01319934A (en) Method of quick heat treatment of semiconductor wafer using electromagnetic radiation application
KR101983326B1 (en) Substrate treatment method and substrate treatment apparatus
CN104275782B (en) Heater, forming machine and heating process of semi-finished
US4634840A (en) Method of heating thermoplastic resin sheet or film
US8812168B2 (en) Temperature measuring method and temperature measuring device of steel plate, and temperature control method of steel plate
CN105157436A (en) Rapid-heating heat treatment furnace
KR101691336B1 (en) heat treatment system of plate product using infrared
JP2016001642A (en) Laser heat treatment equipment
JP2023065178A (en) Heating apparatus and heating method
US4633594A (en) Optical-probe control device for drying ovens for mirror protective paint
KR101691335B1 (en) heat treatment system of plate product using infrared
JPH06177141A (en) Heat treatment furnace
KR20000057434A (en) Method and device for heating foils and arrangement for measuring foil temperatures
JP6584254B2 (en) Drying method and drying apparatus
JPS61192526A (en) Heating of thermoplastic resin thin sheet
KR20180026050A (en) heat treatment method of plate product using infrared
JP6409734B2 (en) Steel plate temperature measuring method, temperature measuring device, and steel plate manufacturing method
KR102219502B1 (en) Billet gradient furnace using multiple heating plates with thermocouple
JP4878234B2 (en) Steel plate temperature measuring method and temperature measuring device, and steel plate temperature control method
JP7409242B2 (en) space temperature scanner