JP4494871B2 - 赤熱鋼板の吸引式搬送装置 - Google Patents
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Description
その代表的な機構としては、エジェクターなどにより真空を発生させ、吸引パッドユニットの内部を真空または減圧し、その吸着力(吸引吸着力)で搬送物を保持することが公知であり、パッドに用いる弾性素材に生ずる亀裂を抑制する技術も示されている(例えば、特許文献1参照)。
図1、図2は公知の吸引パッドユニットおよびその周辺部を示す図であり、この装置は、真空または減圧された空間を保持する部材1(スカート部1)が対象物と接するパッド部と一体化しており、吸引パッドユニット背面側3から空間4の空気を吸出して対象物を保持して搬送するものである。なお、この公知例ではパット部において充分気密性を確保できるので、シール材は用いていない。
また、多数の微細孔を有する軟質シートを吸着面に用いる場合については、吸引時の吸着面の微小な変形により正確な位置決めができないことから、吸着面には焼結金属板からなる硬質吸着面を採用している。
また、被加熱対象物を搬送し、次の工程で高温のままの処理を必要とする場合、例えば、熱間プレス成形や熱処理(焼き入れ、焼き戻し等)においては、吸着面からの抜熱による被加熱対象物の温度低下(局部温度低下も含む)が生じ、本来の熱処理の目的・効果を発揮することができない。
さらに、製品によっては、被加熱対象物の極一部部分のみを意図的に焼き入れをせず柔らかく保つために、被加熱対象物の局部温度低下を積極的に制御する必要が生じる場合があるが、これもまた従来技術では達成することができない。
すなわち、(A)高温強度を有する材料でスカート部を構成し、(B)対象物と吸着面との間に使用温度で適度に軟化するパッド材またはシール材を配すること、また、(C)この軟化を促進するため若しくは搬送対象物の温度低下を防ぐため、または、逆に過度の軟化を防ぎかつ被加熱対象物の温度を適切にある一定温度に保つために、吸着面の温度を制御する手段を設けることが効果的であることを知見した。
(1)吸引パッドユニットの背面側から空気を排出して熱間プレス成形や熱処理に供される赤熱鋼板を吸引して搬送する装置において、前記吸引パッドユニットのパッド部と赤熱鋼板との境界にガラスをシール材として配置したことを特徴とする赤熱鋼板の吸引式搬送装置。
(4)前記パッド部の温度を制御する手段が、水冷、空冷のいずれか1つまたは2つの組み合わせを含んでなることを特徴とする(3)に記載の赤熱鋼板の吸引式搬送装置。
(5)前記パッド部の温度を制御する手段が、電気ヒーター、ガスバーナー、誘導コイルのいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせを含んでなることを特徴とする(3)または(4)に記載の赤熱鋼板の吸引式搬送装置。
さらに、高温搬送物の吸引パッド接触部においては、吸引パッドで搬送しながらに当該部位の局部温度の制御が可能となり、吸引パッド接触部以外の周囲とは異なる熱処理条件を付与することができ、最終的には、局部選択的に異なった硬度などの機械的特性を得ることをも可能となる。
吸引パッドユニット26は、主にスカート部1、パッド部10、スカート部1と導管3をつなぐアタッチメント6から構成され、必要に応じシール材7、孔が塞がれなかった場合に閉じる弁5、加熱手段8、冷却手段9が付与される。
このスカート部1を構成する材料としては、高温に加熱された対象物2あるいはその雰囲気温度に対し十分な熱間強度が得られる材料であればよいが、工業的に購入や加工、ライニングが容易である炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱合金、サーメット、グラファイトまたはセラミックスのいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせからなることが望ましい。
また、パッド部10を構成する材料についてもスカート部1と同様に、炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱合金、サーメット、グラファイトまたはセラミックスのいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせであることが望ましい。
セラミックスについては、バルクや定型チップとして市販されていたり、焼成前の加工によって形状の造り込みが可能な、アルミナ、シリカ、クロミア、チタニア、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、ホウ化チタン、ホウ化珪素のいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせからなることが好ましい。
セラミックスは耐熱合金に対して熱による軟化がほとんどないが、この温度域では、被加熱対象物側の表面が十分に軟化し、高温で硬いセラミックスであってもシール性が確保できる。
スカート部1全てを前記した各材料でパッド部と一体で構成することが可能であるが、炭素鋼、普通鋼材などをスカート部とし、高温部となる部位にのみ前記した各種耐熱性能を有する材料をパッド部10としてライニングすることも可能である。
ライニングの方法としては、前述の溶接肉盛を始め、溶射、ロウ付け、拡散接合、鋳掛、機械的な勘合、ボルト止めが可能である。
その場合には、対象物によって塞がれていない吸引孔28の吸い込みを防止する機構5を当該吸引孔の吸引配管途中に設けることが望ましい。
この熱軟化性材料は、ガラス、金属、合金、膨張黒鉛のいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせから構成できる。
また、パッド部の材質自体が、前述の高温で柔らかくなるものであって、別途被加熱対象物からの受熱、または、後述の温度制御により高温もしくは低温に維持することで、シール性能を改善させてもよい。
パッド部10への固定方法は、被加熱対象物の保持、固定に支障のない強度で固定できれば如何なる方法でも良いが、機械的な勘合、ネジ止め、ピン止め、摩擦による締結による固定が望ましい。また、溶射や塗布による方法も可能である。
パッド部10への固定方法は、被加熱対象物の保持、固定に支障のない強度で固定できれば如何なる方法でも良いが、機械的な勘合、ネジ止め、ピン止め、摩擦による締結による固定が望ましい。また、溶射やメッキによる方法も可能である。
また、図3〜8において、導管3は空気の排出のみでなく、吸引パッドユニット26を保持する機能を有する。
したがって、必要に応じて、空気を排出する機能と吸引パッドユニット26を保持する機能とを別々に持たせるために導管を二重にするなど、保持機構を別に設けても良い。
パッド部温度を所定の温度に制御する手段としては、当該パッドのシール性7および被加熱対象物の温度低下を防ぐための加熱がある。
この加熱機構8としては、電気ヒーター、ガスバーナー、誘導コイルのいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせが可能である。また、ガスバーナーについてはラジアント式が望ましい。
パッド部の温度を制御する手段として、当該パッド部および/またはシール材の強度を維持するため、または当該パッド部およびシール部の酸化などの劣化を回避するため、さらにまた、被加熱対象物との接触箇所の温度を意図的に低下させるための冷却がある。
この冷却機構9としては、水冷、空冷のいずれか1つまたは2つの組み合わせが可能である。この冷却では、被加熱対象物の温度が過度に下がりすぎて、搬送後に諸熱処理プロセスにとって不具合を生じるような温度分布に至らないよう配慮する必要がある。
被加熱対象物の温度、搬送条件など条件に応じて適当な加熱手段、冷却手段、パッド部材質、シール材質、パッド部ライニング方法、シール材固定方法が変わってくるは前記したとおりである。
これらの図の例ではパッド部材10は真空または減圧された空間4を形成するステンレス製スカート部1に勘合方式で固定した。勘合部は耐熱パッキン19にてシールしている。
図13のとき、被加熱対象物を高温のまま移動・搬送する場合、または高速で搬送させたい場合には電気ヒータ12に電流を流し昇温し対象物2を吸着させることができる。逆に、電流を止め、代わりに水を流すことで、パッド接触部の温度を上げすぎないで移動、搬送させることができる。
特に、被加熱対象物の温度をパッド接触部分のみ軽度の冷却または予熱を与え周囲とは異なる熱処理特性を与える場合には、加熱手段8および冷却手段9の配置と性能を、それぞれ目的に応じて適度に組み合わせることが有効である。
吸引パッドユニット26はアタッチメント6を介して導管17によって保持され、フレーム15に固定され、このフレーム15はさらに鋼製のアーム16に固定されている。
このアームは多軸の汎用ロボット21に取り付けられ、吸引パッドユニット26は任意の位置から任意の位置への移動が可能な構造となっており、被加熱対象物の搬送も任意にできるようになっている。
図9では稼働の例として加熱炉で加熱した対象物(図では鋼板)を吸引して搬送し、水槽に挿入して熱処理するといった稼働の例を示している。
図10ではパッド部材10は、複数のパッド部材10を隣接してならべ、パッド部材10とパッド部材10の間にも耐熱パッキンを施した。
図9では、炉内温度を900℃とした加熱炉23から焼入れ処理を施すための水槽24への移動を示している。
赤熱鋼板2は加熱炉23より取り出され、5秒後に、水槽24上に運ばれ、アーム16より離され、重力によって落下する。
水槽には、冷却水25が貯められており、鋼板2は冷却水25の気化潜熱によって約800℃から100℃以下に急冷される。その結果として鋼板2は焼き入れ処理が施される。
パッド部材10は窒化珪素セラミクスチップで製作しており、複数のパッド部材10を隣接してならべ、パッド部材10とパッド部材10の間にも耐熱パッキンを施した。
被加熱対象物2は900℃であり、前述のシール材11は、被加熱対象物2に押し付けられることで接触伝熱をうけて軟化する。
シール材11である軟化したガラスは、被加熱対象物2の表面に倣って密着し、被加熱対象物2の表面によって真空または減圧された空間4を形成し、その真空によって生じる吸着力で被加熱対象物2を固定する。
真空または減圧による吸着力によって被加熱対象物2をパッド部10に密着させた後は、フレーム15と被加熱対象物2の相対位置は一定に維持されるため、アーム16の動きに応じて、被加熱対象物2を移動させることができる。
この予熱にともなって、シール材11であるガラスもほぼ同じ温度まで上昇し、被加熱対象物2に押し当てた際の接触伝熱により、ガラス部材の軟化温度720〜730℃までの到達時間を短くしている。また、その時の被加熱対象物2の温度低下を防止している。
任意の位置に移動したのち、エジェクター22の出力を下げ、真空または減圧された空間4の真空度を低下させることで、吸引パッドユニット26と被加熱対象物2の密着が崩れ、被加熱対象物2はシール材11であるガラスおよびパッド部材10より離れ、任意の位置に放置することができる。
図12および図13での吸引パッドユニットのスカート部1、パッド部10、シール材11、パッド部ライニング方法等、特に断らないものは実施例1と同じである。
図12では、パッド部10の中に水路を配しており、常時通水している。これにより、パッド部材10は100℃以下の温度となっている。
被加熱対象物2に押し付けると接触伝熱によりシール材11であるガラスのごく一部は、前述と同様軟化し、真空または減圧された空間4の形成に寄与するが、その後は、ほとんどのガラスは温度が上がらない。これにより被加熱対象物2の接触部分およびその周囲は300℃程度になる。
低温となった被加熱対象物2の接触部分には、その後の水冷による急冷によっても、それ以外の高温部位のような充分な焼き入れ処理は達成されず、その部分のみ意図的に柔らかく保つことができる。
図13は前述の電気ヒーター12と水路14をともにパッド部材10中に配したものである。この装置でも、図12に示した装置のように意図して部分的に焼きを入れない熱処理を同一の装置にて執り行うことができる。また、1つの装置で通電、通水を切り替えることにより、温度の異なる被加熱対象物を続けて搬送することもできる。
実際の装置の動きは、加熱炉23から被加熱対象物を吸引して取り出し、5秒間の搬送で5m離れたテーブルローラーまで運ぶこととし、被加熱対象物は鋼板(1mm×1m×2m、約16kg)、H形鋼(300mm×200mm×2m、約50kg)とした。
吸引パッドユニットは、直径200mmの吸盤型タイプのものと150mm角のブロック型で多数の孔で吸引するタイプのものを用い、それぞれ搬送ロボットのアームに2個取り付けた。搬送後直後、パッドに接触した部分としなかった部分の温度を熱電対で測りその差を搬送中の温度降下とした。
普通鋼では酸化が懸念されるので、使用範囲を200〜500℃とした。この温度範囲はさほどに高温域ではないので、パッドの加熱をしなくても被加熱対象物の温度はさほど下がらず、被加熱対象物自体の復熱によって温度降下は問題とならなかった。
特に耐熱強度の強いNi基合金、Co基合金をパッド部に使い、パッド加熱をすると、実施例8および9のように搬送中での温度降下を抑えることができる。ガラスにはシール効果があるので、実施例7のようにガラスのシール材を使うことが可能である。この場合はパッド部を冷却して用いた。意図的に温度差を付けたい場合は、シール材によって熱伝導率が下がらないように、シール材を使わない方が望ましい。
実施例13の条件で鉛の代わりに錫またはその合金、実施例14の条件でアルミの代わりに金、銀、銅、またはその合金を用いても同様な結果が得られた。
ただし、スカート部に耐熱合金を用いた場合、実施例18〜20はスカート部、パッド部ともにセラミックスで作られている例であり、1000℃以上の非常に高い温度の被加熱対象物でも温度降下の問題を起こさずに搬送できる。
実施例17の条件でジルコニアの代わりにクロミア、実施例20の条件でパッド部にチタニアの代わりに窒化珪素、炭化珪素、ホウ化チタン、ホウ化珪素アルミナを用いても同様な結果が得られた。
2:被加熱対象物
3:導管
4:真空になるまたは減圧される空間
5:孔が塞がれなかった場合に閉じる機構
6:スカート部1と導管3と固定およびシールしてつなぐアタッチメント
7:シール材
8:加熱手段
9:冷却手段
10:パッド部
11:シール材
12:ヒーター
13:シール材を固定するねじ
14:パッド部材10を冷却する水流路
15:フレーム
16:アーム
17:導管
18:真空ホース
19:耐熱パッキン
21:搬送ロボット
22:真空発生装置(エジェクター)
23:加熱炉
24:水槽
25:焼き入れ処理用冷却水
26:吸引パッドユニット
27:吸引パッドユニットの背面側
28:吸引孔
Claims (6)
- 吸引パッドユニットの背面側から空気を排出して熱間プレス成形や熱処理に供される赤熱鋼板を吸引して搬送する装置において、前記吸引パッドユニットのパッド部と赤熱鋼板との境界にガラスをシール材として配置したことを特徴とする赤熱鋼板の吸引式搬送装置。
- 前記ガラスが、ソーダガラス(Na2O−CaO−SiO2系ガラス)、結晶化ガラス(ケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、リンケイ酸塩ガラス)、石英ガラス、はんだガラス、結晶性はんだガラス、ランタンガラス、中性ガラス、鉛ガラス、含水リン酸塩ガラス、テルライトガラス、カルコゲナイドガラス、泡ガラスのいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせからなることを特徴とする請求項1に記載の赤熱鋼板の吸引式搬送装置。
- 前記パッド部の温度を制御する手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の赤熱鋼板の吸引式搬送装置。
- 前記パッド部の温度を制御する手段が、水冷、空冷のいずれか1つまたは2つの組み合わせを含んでなることを特徴とする請求項3に記載の赤熱鋼板の吸引式搬送装置。
- 前記パッド部の温度を制御する手段が、電気ヒーター、ガスバーナー、誘導コイルのいずれか1つまたは2つ以上の組み合わせを含んでなることを特徴とする請求項3または4に記載の赤熱鋼板の吸引式搬送装置。
- 前記吸引パッドユニットと、該吸引パッドユニットを固定保持する手段と、該吸引パッドユニットの背面から空気を吸い出す手段と、該固定保持手段を該吸引パッドユニットとともに移動する多軸汎用ロボットとを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の赤熱鋼板の吸引式搬送装置。
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