JP5201003B2 - 熱間プレス成形用鋼板の加熱装置及び加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、高温の鋼板を連続的にプレス成形して製品を製造する加工に用いられる鋼板の加熱装置及びその加熱装置を用いた加熱方法に関するものである。

高張力鋼板を用いた自動車部品材等の鋼板成形手段として、最近採用が拡大している熱間プレス成形は、冷間プレス成形よりも高い温度で成形することによって、変形抵抗が低下し、プレス割れ、しわ、成形後の変形等の成形不具合を発生させることなく所望の形状にプレス成形するものである。

熱間プレス成形では、プレス成形前に鋼板を予め加熱する手段および鋼板の搬送手段が必要である。そのため、従来より加熱炉内に複数枚の鋼板を連続的に投入して、発熱体である輻射加熱体により加熱し、順次送りだす連続加熱装置が用いられてきた。

この場合、連続加熱装置においては、加熱炉内での鋼板のスケールの発生を抑えるため、表面メッキした鋼板を用いることがある。メッキを施した鋼板を加熱する場合、加熱時間と共にメッキ層の合金化が進行するが、合金化度合いは、熱間プレス成形部品の耐食性、塗装性、溶接性等に影響を与えるため、均等な加熱を図ることは重要である。この点、連続加熱装置は、輻射加熱体を鋼板に平行して配置することにより、均一な加熱に有効な加熱装置となりうる。

一方、生産性を高めるため、鋼板を電極により挟み込み、直接通電することで加熱できる直接通電加熱装置が提示されている。本発明の出願前の先行技術調査では、特許文献１、２、３が発見された。特許文献１、２においては、直接通電加熱による鋼板の加熱方法が開示されている。また特許文献３においては、電気ヒータによる連続式加熱炉が開示されている。

特開２００２−２４８５２５号公報 特許第３８８２４７４号公報 特開２００２−１０２９８０号公報

しかしながら、上述した連続加熱装置における加熱炉が、鋼板を加熱する輻射加熱体として一般に広く使用されているガス燃焼を用いた連続加熱炉である場合、加熱速度が遅く、鋼板の生産性が低くなる。また熱慣性が大きいため、夜間停止といった断続運転や少量多品種生産における頻繁な加熱条件変更の際には、待ち時間を要する上、エネルギーを浪費することとなる。

また、前記連続加熱炉を用いて鋼板の生産性を高めるには、炉長が長く広大な立地スペースを必要とする。このように加熱炉が長いと、炉内での熱対流の影響を受けたり、挿入口や抽出口の扉の開閉により搬送装置の移動の際に、鋼板加熱途中で冷気を吸引する影響を受け、鋼板の精密な加熱制御が困難である。加熱中の鋼板の放射率の違いや、鋼板中央部と周辺の入熱条件の差から、均等出力の連続加熱装置のみでは、やはり温度むらを生じる。また、加熱炉内で剛性が低下して行く鋼板を炉長に沿って搬送する場合、炉長が長いと鋼板の位置ずれが生じ易く、炉から抽出後、プレス金型に挿入する前に、位置ずれの補正を必要とする場合がある。

一方、生産性を高めるため、直接通電加熱装置を用いる場合、プレスに用いる多様な形状の鋼板に対し、鋼板面内の電流密度を均一化することが難しいため、通電加熱のみによる鋼板の加熱では、温度むらを生じ、プレス成形した成形品も均一な高張力特性が得られない。また生産設備が一時停止した場合、加熱炉内に滞留した鋼板の温度管理ができないため、歩留りも悪く、炉内滞在が長いと、鋼板表面に多量のスケールが発生し、搬送装置にスケールが付着堆積し、炉内疵の要因となっていた。さらに鋼板の表面にメッキを施した場合も同様に、加熱炉内にメッキ溶融物のたれ落ちが発生し、炉内疵の要因となっていた。このように加熱炉内にスケールやメッキ溶融物が堆積したり、搬送装置に付着した場合、加熱炉を停止して清掃、除去作業が必要であるが、長大な加熱炉内の清掃は、大掛かりな作業となり、メンテナンスコストの負担が大きい。

本発明は、上記のような従来の問題点を解決し、熱間プレス成形による高張力鋼板の生産性の低下や材質の劣化を招くことなく、連続的に高速プレス成形を行うための、コンパクトかつ高効率な鋼板の加熱装置およびその加熱装置を用いた加熱方法を提供するものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は下記の通りである。
（１）鋼板を連続的にプレス成形する前に、当該鋼板を加熱する加熱装置であって、
鋼板を加熱する加熱機構と、前記加熱された鋼板を一定時間均熱保持する均熱機構と、を有し、
前記加熱機構は、移載機構から１枚もしくは１組の鋼板を受け取って、当該鋼板を収容する複数のバッチ式加熱部を有し、
前記バッチ式加熱部は、前記均熱機構側に移動しながら、当該バッチ式加熱部内の鋼板を加熱し、
前記均熱機構は、前記バッチ式加熱部から複数枚の鋼板を受け取って、当該鋼板を搬送しながら連続的に均熱し、その後鋼板を熱間プレス装置に受け渡し、
前記複数のバッチ式加熱部は、輻射加熱方式、誘導加熱方式、通電加熱方式のいずれかによる加熱、またはこれらのうち２つ以上の加熱方式を組合せた加熱部であり、前記各バッチ式加熱部は、個別に鋼板に対する投入熱量を制御する制御部を有し、
前記バッチ式加熱部は、２つ以上の発熱体、又は発熱体の集合体を有し、
前記制御部は、前記各発熱体の鋼板に対する投入熱量を個別に制御することを特徴とする、熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
（２）前記バッチ式加熱部は、前記均熱機構に鋼板を受け渡した後、前記移載機構側に移動することを特徴とする、上記（１）に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。すなわち、バッチ式加熱部は、加熱機構内を循環する。
（３）前記移動は、前記バッチ式加熱部が予め設定された循環経路を移動するか、又は前記バッチ式加熱部が多段に積層され上下動することによって行われることを特徴とする、上記（２）に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
（４）前記加熱機構には、加熱中の鋼板の温度、又は鋼板近傍の雰囲気温度を計測する１個以上のセンサが配置され、
前記制御部は、センサによる温度計測値を基に、前記各発熱体の鋼板に対する投入熱量を制御することを特徴とする、上記（１）に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
（５）前記制御部は、前記各発熱体において、加熱出力、または輻射加熱方式の鋼板に対向する角度、遮熱、熱反射のいずれかを変えることにより、鋼板に対する投入熱量を制御することを特徴とする、上記（１）又は（４）に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
（６）前記バッチ式加熱部の輻射加熱方式が近赤外線発熱体による加熱であり、該近赤外線発熱体を鋼板の加熱面に対向するように配列し、加熱中に、加熱面に対して平行に鋼板を揺動させることを特徴とする、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
（７）前記バッチ式加熱部の各発熱体が、独立に取外しできることを特徴とする、上記（１）及び（４）〜（６）のいずれかに記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
（８）上記（１）〜（７）に記載の加熱装置を用いて熱間プレス成形用鋼板を加熱するにあたり、鋼板の端部からの放熱を抑制しながら加熱を行うことを特徴とする、熱間プレス成形用鋼板の加熱方法。
（９）鋼板の端部からの放熱の抑制は、鋼板の端部に断熱材を配置することにより行うことを特徴とする、上記（８）に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱方法。
（１０）鋼板の端部からの放熱の抑制は、複数の鋼板の端部同士を互いに密着させることにより行うことを特徴とする、上記（９）または（１０）のいずれかに記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱方法。
（１１）前記鋼板は、成形後に製品となるように最終切断されたものであることを特徴とする、上記（１０）に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱方法。
（１２）上記（１）〜（７）に記載の加熱装置を用いて熱間プレス成形用鋼板を加熱するにあたり、その鋼板の成形後に製品となる部分の外周もしくは外周の一部に、切断または切除可能なジョイント部が形成されていることを特徴とする、熱間プレス成形用鋼板の加熱方法。

本発明の加熱装置およびその加熱装置を用いた加熱方法により、鋼板の熱間プレス成形に要する装置構成をコンパクト化し、生産性を高めることができるのみでなく、高応答かつエネルギー効率よく、また歩留まりよく生産できる効果が得られる。

本発明による加熱装置の構成を示す平面配置図である。 図１の図中Ａで示す範囲の側面配置図である。 バッチ式加熱装置の側面の側面配置図である。 図３の平面配置図である。 本発明による加熱装置の動作を示す模式図であり、（ａ）は鋼板をディスタックから切り出した様子を示し、（ｂ）は鋼板をバッチ式加熱装置内に搬送した様子を示している。 本発明による加熱装置の第二の実施形態を示す平面配置図である。 本発明による加熱装置の第三の実施形態を示す平面配置図である。 図７の別の実施形態を示す平面配置図である。 本発明のバッチ式加熱装置の第二の実施形態を示し、（ａ）は平面配置図であり、（ｂ）は側面配置図である。 本発明のバッチ式加熱装置の第三の実施形態を示し、（ａ）は平面配置図であり、（ｂ）は側面配置図である。 本発明のバッチ式加熱装置にエッジヒータと温度センサを付加した加熱装置であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。 図１０のバッチ式加熱装置の別の実施の形態を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。 従来技術の加熱装置の平面配置図である。 本発明による加熱装置の昇温グラフである。 鋼板を断熱材で囲んで加熱を行う様子を示す平面配置図である。 本発明による加熱装置の第四の実施形態を示す平面配置図である。 本発明による加熱装置の第四の実施形態を示す平面配置図である。 鋼板を密着させて加熱を行う様子を示す平面配置図である。 ミクロジョイントを設けた鋼板の説明図であり、（ａ）は製品の全外周にミクロジョイント部を設けた様子を示し、（ｂ）は製品の外周の一部にミクロジョイント部を設けた様子を示している。 本発明による加熱装置の昇温グラフである。 本発明による加熱装置の昇温グラフである。 本発明による加熱装置の昇温グラフである。

以下、本発明の第一の実施の形態について、図面を用いて説明する。熱間プレス材料は、質量％でＣ：０．０５〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．７〜２％、Ｐ：０．００３〜０．１％、Ｓ：０．００３〜０．１％を含有する鋼に被覆層の厚みが３０μｍ以下のＡｌを主体とするメッキを施した鋼板である。熱間プレス前の鋼板の所定の目標温度は８５０℃以上１０００℃以下であって、６００℃から８５０℃への加熱は平均昇温速度を４℃／秒以上であることが好ましい。

図１は、本発明による加熱装置の構成を平面的に示す摸式図である。加熱装置２１０に搬送される複数の未処理の鋼板３を載置するディスタック２０、鋼板３を加熱する加熱装置２１０、加熱装置２１０から搬送された鋼板３を熱間プレスする熱間プレス装置６０が、この順で設けられている。

加熱装置２１０のディスタック２０側には、常温の鋼板３を目標温度として例えば９５０℃に到達するまで急速に加熱するための複数台のバッチ式加熱部としてのバッチ式加熱装置１０１〜１０６が設けられている。バッチ式加熱装置１０１〜１０６は、後述するレール上を走行して循環することができ、本実施の形態においては、これらバッチ式加熱装置１０１〜１０６が、図示Ｂの加熱機構を構成している。

また加熱装置２１０の熱間プレス装置６０側には、目標温度に到達後の鋼板３を均熱保持する均熱炉５０が設けられている。この灼熱炉５０と熱間プレス装置６０は、バッチ式加熱装置１０４から直列に配置されている。均熱炉５０には、固定配置で常時炉温一定とするため、例えば設備コストが安価で経済的なガス燃焼による輻射加熱ヒータが用いられる。また均熱炉５０は、バッチ式加熱装置１０４から鋼板３を受け取り、均熱炉５０内に送り、熱間プレス装置６０へ受け渡すまでに連続搬送できる炉内搬送装置５１が設けられた連続式加熱装置である。炉内搬送装置５１は、一般的には耐熱セラミックス材料で構成されるウォーキングビーム式の搬送装置やローラー式の搬送装置が用いられる。なお、本実施の形態においては、これら均熱炉５０と炉内搬送装置５１が、図示Ｃの均熱機構を構成している。

バッチ式加熱装置１０１〜１０６は、急速に昇温するため鋼板３に大量の伝熱を加える急速加熱部（加熱機構による加熱）を、また均熱炉５０は、鋼板３の均温化とメッキ鋼板を用いた場合の表層の熱処理のための温度保持を行う均熱加熱部（均熱機構による均熱加熱）をそれぞれ担当する。

熱間プレス装置６０には、炉内搬送装置５１より加熱した鋼板３を受け取り、金型６２へ移載し、プレス後の成形品を払い出すため図示Ｄの出側搬送部にプレス搬送装置６１を設けている。

図２は、バッチ式加熱装置１０１〜１０６のうち、常温の鋼板３を最初に受入れる図１の図示Ａの入側搬送部に位置するバッチ式加熱装置１０１と、積層した複数の鋼板３から１枚を切出すディスタック２０と入側搬送装置３０を示す側面配置図である。なお、本実施の形態においては、入側搬送装置３０が移載機構を構成している。

バッチ式加熱装置１０１は、鋼板３の上面に配置した発熱体としてのヒータ１と、炉体を覆う断熱材２と、鋼板３を支持するために耐熱セラミックス材料で構成されるスキッド５と、炉体の前後に配置し、それぞれ図示しない駆動機構により昇降移動が可能な２箇所の開閉扉４と、を有している。

各バッチ式加熱装置１０１〜１０６には走行車輪７を設け、走行レール８上に搭載し、走行移動可能としている。また、走行レール８の両端では、乗り移り機構１１により昇降可能な横行レール１０を走行レール８と直角方向に配置し、横行車輪９により横行移動可能としている。走行レール８及び横行レール１０は、平面から見て長方形状の循環経路を構成し、当該循環経路はディスタック２０と均熱炉５０との間に配置されている。そして、バッチ式加熱装置１０１〜１０６は、これら走行レール８及び横行レール１０の循環系路上を走行移動することで、ディスタック２０と均熱炉５０との間を循環することができる。

ここで、ヒータ１には、輻射加熱方式では最も出力密度が高く、加熱出力指令に対する応答性および加熱停止の繰り返しに対する耐久性が高い近赤外線発熱体としての近赤外加熱ランプを用いているが、別の実施の形態として、鋼板３の加熱手段には、電気抵抗式加熱、誘導加熱、通電加熱、レーザー加熱、プラズマ加熱等の手段を用いることができる。また、ヒータ１は独立に取り外しすることもできる。

なお、循環する各バッチ式加熱装置１０１〜１０６への給電は、トロリー線（図示せず）により供給する。この給電方法により、給電ケーブルが輻輳することなく、またヒータ１の損耗等によるメンテナンスが必要な場合は、バッチ式加熱装置１０１〜１０６を循環ループから容易に取り外すことができ、生産ライン外でメンテナンス作業を行い、予備機を循環ループに投入できるので、生産性が低下することなく連続的に生産を継続できる。

図３、４は、バッチ式加熱装置１０１の側面配置図および平面配置図である。鋼板３を均等に加熱ため、天井ヒータ１ａとして用いる５灯の線状のヒータ１である近赤外加熱ランプには、制御部として鋼板３に対する投入熱量を制御する出力調整器４４がそれぞれ接続しており、また、鋼板３を搭載するスキッド５は、揺動モータ４０とスクリュー軸４１を介して連結されており、天井ヒータ１ａからの輻射強度のばらつきを均等化するため、揺動動作できる機構を設けている。なお、ここでは輻射強度のばらつきを均等化するため、鋼板３側を揺動させる例を示しているが、鋼板３を固定し、天井ヒータ１ａを揺動しても、輻射強度を均等化する作用は同じである。

天井ヒータ１ａの上面には水冷配管４２を設け、ヒータ１自体の加熱による損耗を防ぐようにしている。なお、スキッド５には、揺動中や加熱装置の移動中に鋼板３のずれを防止するよう、図示のような段差４５もしくは突起を設けてもよい。

図５は、バッチ式加熱装置１０１により、鋼板３を加熱する際の作用を示す。図５（ａ）に示すように、ディスタック２０のテーブル上から真空吸引等により１枚ずつ切り出した常温の鋼板３は、入り側搬送装置３０により、図５（ｂ）に示すように、バッチ式加熱装置１０１内のスキッド５上に搭載される。その後、入り側搬送装置３０は、ディスタック２０側に退避し、再び図５（ａ）のように、次の鋼板３を把持する準備を開始する。ここでは入り側搬送装置３０には、鋼板３を把持することができる開閉グリップ３１を有し、ディスタック２０とバッチ式加熱装置１０１の間を往復移動できる機構を有する。往復移動の手段としては、開閉グリップ３１を先端に装着した、多関節型の産業用ロボットを用いた構成としてもよい。

一方、バッチ式加熱装置１０１は、両側の開閉扉４を閉じ、天井ヒータ１ａの加熱を開始する。バッチ式加熱装置１０１は、閉空間内で鋼板３を一定条件で加熱し、揺動動作によりヒータ出力のばらつきを均等化することができるため、急速な昇温でも鋼板面内で均等な加熱ができる特徴を有する。

連続操業中は、６台のバッチ式加熱装置１０１〜１０６が図１に示すようにループ状に循環しており、バッチ式加熱装置１０１は、鋼板３が目標温度として例えば９５０℃に到達するまで急速に加熱する間に、均熱炉５０の入り側、すなわち図１に示すバッチ式加熱装置１０４の位置に移動する。ここで、鋼板３は、バッチ式加熱装置１０４から炉内搬送装置５１により、均熱炉５０へ受け渡され、炉内を移動しながら、一定温度に所定時間保持される。さらに、炉内搬送装置５１から、プレス搬送装置６１へ移載され、熱間プレス装置６０により部品形状に成形され、熱間プレス装置６０の出側より排出される。

なお、図１では、６台のバッチ式加熱装置１０１〜１０６を平面的に配置しているが、別の形態として、上下方向に積層したバッチ式加熱装置１０１〜１０６がエレベータ式に循環する配置としてもよい。またバッチ式加熱装置１０１〜１０６を上下方向に積層固定し、各バッチ式加熱装置１０１〜１０６に対応する均熱炉５０と同一のバッチ炉をそれぞれ設け、搬送装置が各バッチ式加熱装置１０１〜１０６から各バッチ炉に鋼板３を受渡すため、あるいは各バッチ炉から鋼板３を受取るために移動するような配置としてもよい。

図６は、図１に示す本発明の加熱装置２１０の第二の実施形態を示すもので、複数台のバッチ式加熱装置１０１〜１０４に、ディスタック２０から鋼板３が挿入され、リング状の回転テーブル８０に搭載されたバッチ式加熱装置１０１〜１０４が循環しながら、目標温度として例えば９５０℃に到達するまで鋼板３を急速加熱すると共に、均熱炉５０の入り側に到達すると、鋼板３を均熱炉５０へ移載する構成となる。

図６では、バッチ式加熱装置１０１〜１０４は４台の構成となっているが、加熱能力と循環速度に応じた台数を設定することができる。また、図１に示すバッチ式加熱装置１０１〜１０６の横行機構や、移載機構が省略できる上、各バッチ式加熱装置１０１〜１０４の開閉扉４は、各１箇所のみとすることができる。

図７は、図１に示す本発明の加熱装置２１０の第三の実施形態を示すもので、複数台のバッチ式加熱装置１０１〜１０５は、ディスタック２０から鋼板３が挿入され、循環移動しながら目標温度としてたとえば図１４に示すように９５０℃に到達するまで急速に加熱し、さらに一定時間保持する均熱まで行った後に、プレス搬送装置６１により、熱間プレス装置６０に搬送する構成となる。

図７では、バッチ式加熱装置１０１〜１０５は５台の構成となっているが、加熱能力と循環速度に応じた台数を設定することができる。均熱段階ではバッチ式加熱装置１０１〜１０５が、低出力運転となり、バッチ式加熱装置１０１〜１０５の循環効率は低下するが、小さな鋼板３を連続して加熱するような稀な場合には、このような実施の形態が適用できる。

なお、図７では、５台のバッチ式加熱装置１０１〜１０５を平面的に配置しているが、別の形態として図１に示す形態から均熱炉５０を除いた、図８に示す直線状の配置としてもよい。また上下方向に積層したバッチ式加熱装置１０１〜１０５がエレベータ式に循環する配置としてもよい。さらにバッチ式加熱装置１０１〜１０５を上下方向に積層固定し、各バッチ式加熱装置１０１〜１０５に対応する均熱炉５０と同一のバッチ炉をそれぞれ設け、搬送装置が各バッチ式加熱装置１０１〜１０５から各バッチ炉に鋼板３を受渡すため、あるいは各バッチ炉から鋼板３を受取るために移動するような配置としてもよい。

図９は、図４に示すバッチ式加熱装置１０１の天井ヒータ１ａの第二の実施形態を示すもので、線状のヒータ１である近赤外加熱ランプを長手方向に分割し、分割した各ヒータ１の集合体１ｂ〜１ｄはそれぞれ独立して加熱出力を調整、もしくは鋼板３の表面に対する角度を調整、もしくはその両方を調整する機能を備え、鋼板３の長手方向の均熱化を図ることができる。なお、鋼板３の均熱化を図るために、鋼板３に対する遮熱、あるいは熱反射を調整してもよい。またこれらヒータ１の集合体１ｂ〜ｂｄの調整は、出力調整器４４の制御によって行ってもよい。

図１０は、図４に示すバッチ式加熱装置１０１の天井ヒータ１ａの第三の実施形態を示すもので、鋼板３の両端に電極を接続し、直接通電加熱する。通電加熱装置７０は、鋼板３の端部をクランプするクランプ電極７１と、電力を供給する電源部７２から構成される。

通電加熱は、大量の電流を鋼板３の小断面に供給する際の抵抗発熱を利用するため、均一な加熱には、電極間の鋼板断面積が均等なことが理想である。さらに電流が通過しやすい鋼板中央部がより高温化するため、鋼板３の形状は、矩形に限定される。しかしながら、図示のように、昇温しにくい鋼板３の端部にエッジヒータ７３を設けることで、鋼板形状の自由度を高めることができる。エッジヒータ７３として、図１０に示す上面に固定した近赤外線ランプや、図１１に示す側面に固定した近赤外線ランプや、図１２に示す上面に旋回自在に設置したアーム７４が把持する近赤外線ランプ等が考えられる。通電加熱では、加熱後にクランプ電極７１を開放し、鋼板３を次工程に搬送させる必要があるので、クランプ電極７１が離れた後は、エッジヒータ７３も搬送時に干渉しない側面配置とするか、待避できる機構が望ましい。

図１１では、放熱し易い鋼板３の端部の加熱に有効なエッジヒータ７３を、図４に示す本発明の実施形態に付加している。また、鋼板３の温度又は鋼板３近傍の雰囲気の温度を計測する温度センサ４６を設けた実施の形態を示している。温度センサ４６として、非接触式の放射温度計を用いて、加熱中の鋼板３の温度を直接計測することにより、加熱品質の管理や、異常発生時の加熱や搬送の停止、さらに温度設定値との差異や成形反力等のデータを参照値として、例えば出力調整器４４により天井ヒータ１ａやエッジヒータ７３の出力の制御を行うことができる。なお、温度センサ４６は複数設けてもよい。

図１５では、放熱し易い鋼板３の端部を、例えば断熱材９０で囲んだ場合の例を示している。このように断熱材９０を鋼板３の端部を囲うように配置することで、端部からの放熱が抑制され、端部をエッジヒータ７３で加熱する場合と同様の効果が得られる。図１５の方法を用いる場合、鋼板３の形状に合わせて棒状の分割した断熱材９０もしくは一体成形された断熱材９０を、予めバッチ式加熱装置１０１内に設けておいてもよい。なお、図１５は棒状の分割した断熱材９０で囲んだ場合を示している。

図１５に示した方法を用いて加熱を行う場合、均熱炉５０と熱間プレス装置６０との間に、他の移載機構として図１６に示すような出側搬送装置９５を設けることが好ましい。こうすることで、鋼板３が熱間プレス装置６０に受け渡される前に断熱材９０を取り除くことができる。

また、鋼板３の大きさが、バッチ式加熱装置１０１内に複数搭載可能な大きさである場合は、図１７に示すように、隣り合う鋼板３、３の端部を互いに密着させてスキッド５上に搭載してもよい。これにより、図１５に示す断熱材９０で囲んだ場合と同様に密着した端部からの放熱を抑制することができる。なお、この場合においても、密着していない端部は、断熱材９０で囲むことが好ましい。

なお、熱間プレスで、例えば自動車のセンターピラー等の左右で勝手反対の形状を有している鋼板３を成形する場合、熱間プレス前の最終切断時の鋼板９６は、対向する辺を密着させることができる。したがって、この場合は図１８に示すように、鋼板９６を互い違いに密着させた状態でスキッド５上に搭載することが提案できる。この鋼板９６は、出側搬送装置９５により熱間プレス装置６０に受け渡される際に、金型６２に合わせて位置が修正される。なお、鋼板３の最終切断時の形状が矩形の場合は、当然ながら上述のように互い違いに密着させることを考慮する必要はなく、図１７に示すようにスキッド５上に搭載すればよい。この場合においても、密着していない端部は、断熱材９０で囲むことが好ましい。

また、鋼板３の形状が左右で勝手反対であっても、形状が複雑で互いの端部が当接するようにスキッド５上に搭載できない場合がある。その場合は、鋼板３を完全に最終切断せずに、図１９（ａ）に示すように成形後の製品９９の形状に合わせて切断または切除可能なジョイント部、いわゆるミクロジョイント部９７を形成した状態で加熱すれば、鋼板３同士を互いに密着させ、端部からの放熱を抑制することができる。図１９（ａ）の例では、孔９８を製品９９の外形に合わせて穿設し、孔９８、９８との間の部分がミクロジョイント部９７を形成している。そして、例えば金型６２のミクロジョイント部９７に対応する位置にミクロジョイント部９７切断用の切刃を設ける、あるいはミクロジョイント切断用の一次プレス装置（図示せず）を設けておけば、熱間プレス成形時にミクロジョイント部９７を切り離すことで製品９９を製造できる。また、バッチ式加熱装置１０１内に１枚の鋼板３のみしか搭載できないサイズの鋼板３を用いる場合でも、最終切断の代わりにミクロジョイント部９７を製品９９の周囲に形成した鋼板３を用いることで、製品９９の端部からの放熱を抑えることができる。したがって、この場合においても、最終切断を行った場合に端部から発生したであろう放熱を抑制することができる。なお、図１９（ａ）では、製品９９の全外周にミクロジョイント部９７を設けているが、図１７、図１８に示す形態の組合せとして、たとえば、図１９（ｂ）のように、製品９９の外周の一部のみにミクロジョイント部９７を設けてもよい。この場合においても、密着していない端部は、断熱材９０で囲むことが好ましい。

図９では、鋼板３面上の任意の位置のエッジヒータ７３を選択することにより、あるいは図１２では、鋼板３面上の任意の位置にエッジヒータ７３を配置することにより、局部的に加熱条件を変えることができる特徴を活かし、鋼板３を部分的に焼き入れするあるいは、熱間成形された部品の一部を再加熱し、焼鈍するといった用法に用いることができる。

（従来の加熱炉と本発明の加熱装置の比較）
図１４は、従来のガス加熱炉を用いた場合（図１４（ａ））と、近赤外線ヒータを有する加熱装置を用いた場合（図１４（ｂ））と、通電加熱ヒータを有する加熱装置を用いた場合（図１４（ｃ））において、アルミメッキ鋼板を目標温度９５０℃まで加熱した状況を示している。

図１４（ａ）におけるガス加熱炉の加熱速度は、４℃／ｓｅｃ程度であり、急速加熱部において、常温（２０℃）から目標温度に到達するのに要する時間は２３３秒である。その後、均熱加熱を行い３００秒後に鋼板を抽出する加熱パターンでは、熱間プレスを１０秒／回で実施するためには、図１３に示すように鋼板３０枚以上を同時に加熱する炉が必要となる。

一方、図１４（ｂ）における加熱装置の加熱速度は、２０℃／ｓｅｃ程度であり、図１４（ａ）に相当する加熱パターンを実行するためには、急速加熱部（加熱機構による加熱）で５枚、均熱加熱部（均熱機構による加熱）で７枚、同時に１２枚を加熱するだけでよい。さらに、図１４（ｃ）における加熱装置の加熱速度は、１５０℃／ｓｅｃ以上の加熱が可能であり、図１４（ａ）に相当する加熱パターンを実行するためには、急速加熱部（加熱機構による加熱）で１枚、均熱加熱部（均熱機構による加熱）で７枚、同時に８枚を加熱するのみとなる。

（バッチ式 近赤外線加熱）
図１に示す加熱装置の構成で図４に示すバッチ式加熱装置を用いて、鋼成分として、質量％でＣ：０．２２％を含有する鋼に、層の厚みが約２５μｍのＡｌを主体とするメッキを施した長さ４００ｍｍ×幅２２０ｍｍ×板厚１．４ｍｍの任意形状の鋼板を、到達温度９５０℃まで平均昇温速度１８℃／秒で加熱でき、到達温度で約４０秒間保持した後、熱間プレス成形した結果、均一な引張強度約１５００ＭＰａで、形状寸法が良好かつ、耐食性に優れた表層組織を有する自動車部品材を製造することができた。鋼板の加熱に要した時間は、従来の加熱速度４℃／ｓｅｃに対し１／３．５、装置の立地スペースは従来比１／２とコンパクトで高生産な加熱装置が実現できた。なお、本実施例では、バッチ式加熱装置による加熱は、近赤外線加熱ヒータで行い、長さ７００ｍｍのランプを間隔５０ｍｍで７灯並列配置し、最大出力７０ｋｗ、最大出力密度 ３０ｗ／ｃｍ２のヒータ仕様により、ヒータと鋼板の距離を３０ｍｍとし、揺動距離は、±１５ｍｍとしている。また、熱間プレスは１０秒／回のサイクルで実施した。

（バッチ式 通電＋近赤外線加熱）
図１に示す加熱装置の構成で図１０に示すバッチ式加熱装置を用いて、鋼成分として、質量％でＣ：0.22％を含有する鋼に、層の厚みが約２５μｍのＡｌを主体とするメッキを施した長さ４００ｍｍ×幅２２０ｍｍ×板厚１．４ｍｍの矩形の鋼板を、到達温度９５０℃まで平均昇温速度１００℃／秒で加熱でき、到達温度で約４０秒間保持した後、熱間プレス成形した結果、通電加熱用のクランプ電極部を除き、均一な引張強度１５００ＭＰａで、形状寸法が良好かつ、耐食性に優れた表層組織を有する自動車部品材を製造することができた。鋼板の加熱に要した時間は、従来比１／６．５、装置の立地スペースは従来比１／４とよりコンパクトで高生産な加熱装置が実現できた。なお、本実施例では、バッチ式加熱装置による加熱は、主ヒータとして通電加熱、エッジヒータとして近赤外線加熱ヒータを組み合わせて使用した。通電加熱ヒータは、最大電流２５００Ａで、近赤外線加熱は、長さ７００ｍｍのランプを２灯配置しており、最大出力２０ｋｗ、最大出力密度 ３０ｗ／ｃｍ２のヒータを用い、ヒータと鋼板の距離を３０ｍｍとし、揺動距離は、±１５ｍｍとしている。

（本発明の加熱装置において鋼板の端部を断熱材で囲んだ場合、囲まない場合、及び鋼板の端部同士を密着させた場合の比較）
図２０は、図１に示す近赤外線ヒータを有する加熱装置を用いてアルミメッキ鋼板の加熱を行った場合の当該鋼板の中央部（図２０（ａ））と端部（図２０（ｂ））の温度上昇、図２１は、図１６に示す近赤外線ヒータを有する加熱装置において、アルミメッキ鋼板の端部を断熱材９０で囲って加熱を行った場合の当該鋼板の中央部（図２１（ａ））と端部（図２１（ｂ））の温度上昇、図２２は図１６に示す近赤外線ヒータを有する加熱装置において、アルミメッキ鋼板の端部同士を密着させ、さらに密着していない端部を断熱材で囲んで加熱を行った場合の当該鋼板の中央部（図２２（ａ））と端部（図２２（ｂ））の温度上昇の状況をそれぞれ示している。

鋼成分として、質量％でＣ：０．２２％を含有する鋼に、層の厚みが約２５μｍのＡｌを主体とするメッキを施した長さ２００ｍｍ×幅２２０ｍｍ×板厚１．４ｍｍの任意形状の鋼板を、目標の加熱温度９５０℃まで加熱した。この結果、図１に示す加熱装置を用いた場合、図２０に示す通り、中央部（ａ）に対する端部（ｂ）の温度差は、温度上昇と共に大きくなり、中央部（ａ）が９５０℃に到達しても端部（ｂ）は８００℃程度と１５０℃の差があった。その後も、端部からの放熱の影響で、温度が上昇せず、目標の加熱温度９５０℃までの到達時間が約８０秒であった。これに対して、図１６の装置を用いてアルミメッキ鋼板を断熱材９０で囲んだ場合は、図２１に示す通り、中央部（ａ）に対する端部（ｂ）の温度差は、低温域では熱容量の大きな断熱材の温度上昇が遅れるため、８０℃程度となるが、断熱効果により中央部（ａ）が到達温度９５０℃に達した時点で、端部（ｂ）は９００℃と５０℃の差であった。また、アルミメッキ鋼板を密着させた場合は、図２２に示す通り、中央部（ａ）に対する端部（ｂ）の温度差は、加熱中ほどんど差が見られず、中央部（ａ）が、到達温度９５０℃に達した時点で、端部（ｂ）は９００℃と５０℃の差があった。共に目標温度までの到達時間が約６５秒であった。したがって、鋼板の端部を断熱材で囲う、あるいは鋼板の端部を密着させることで、鋼板の端部からの放熱が抑制され、加熱に要する時間をさらに短縮する効果が確認できた。図２１及び図２２の結果は、端部からの放熱が抑制されることで、鋼板の端部と中央部との温度差をより小さくできることを示している。したがって、鋼板の端部を囲うように断熱材を配置する、あるいは鋼板の端部を密着させることで、加熱後の均熱時間を短くできる、すなわち熱間プレス成形の生産性を向上させると共に、均熱機構Ｃをよりコンパクトにできる。

本発明は、鋼板を連続的にプレス成形する前に、当該鋼板を加熱する際に有用である。

Ａ 入側搬送部
Ｂ 加熱機構
Ｃ 均熱機構
Ｄ 出側搬送部
１ ヒータ
１ａ 天井ヒータ
１ｂ〜ｄ ヒータの集合体
２ 断熱材
３ 鋼板
４ 開閉扉
５ スキッド
７ 走行車輪
８ 走行レール
９ 横行車輪
１０ 横行レール
１１ 乗り移り機構
２０ ディスタック
３０ 入側搬送装置
３１ 開閉グリップ
４０ 揺動モータ
４１ スクリュー軸
４２ 水冷配管
４４ 出力調整器
４５ 段差
４６ 温度センサ
５０ 均熱炉
５１ 炉内搬送装置
６０ 熱間プレス装置
６１ プレス搬送装置
６２ 金型
７０ 通電加熱装置
７１ クランプ電極
７２ 電源部
７３ エッジヒータ
７４ アーム
８０ 回転テーブル
９０ 断熱材
９５ 出側搬送装置
９６ 鋼板
９７ ミクロジョイント
９８ 孔
９９ 製品
１０１〜１０６ バッチ式加熱装置
２１０ 加熱装置

Claims (12)

1. 鋼板を連続的にプレス成形する前に、当該鋼板を加熱する加熱装置であって、
   鋼板を加熱する加熱機構と、前記加熱された鋼板を一定時間均熱保持する均熱機構と、を有し、
   前記加熱機構は、移載機構から１枚もしくは１組の鋼板を受け取って、当該鋼板を収容する複数のバッチ式加熱部を有し、
   前記バッチ式加熱部は、前記均熱機構側に移動しながら、当該バッチ式加熱部内の鋼板を加熱し、
   前記均熱機構は、前記バッチ式加熱部から複数枚の鋼板を受け取って、当該鋼板を搬送しながら連続的に均熱し、その後鋼板を熱間プレス装置に受け渡し、
   前記複数のバッチ式加熱部は、輻射加熱方式、誘導加熱方式、通電加熱方式のいずれかによる加熱、またはこれらのうち２つ以上の加熱方式を組合せた加熱部であり、前記各バッチ式加熱部は、個別に鋼板に対する投入熱量を制御する制御部を有し、
   前記バッチ式加熱部は、２つ以上の発熱体、又は発熱体の集合体を有し、
   前記制御部は、前記各発熱体の鋼板に対する投入熱量を個別に制御することを特徴とする、熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
2. 前記バッチ式加熱部は、前記均熱機構に鋼板を受け渡した後、前記移載機構側に移動することを特徴とする、請求項１に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
3. 前記移動は、前記バッチ式加熱部が予め設定された循環経路を移動するか、又は前記バッチ式加熱部が多段に積層され上下動することによって行われることを特徴とする、請求項２に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
4. 前記加熱機構には、加熱中の鋼板の温度、又は鋼板近傍の雰囲気温度を計測する１個以上のセンサが配置され、
   前記制御部は、センサによる温度計測値を基に、前記各発熱体の鋼板に対する投入熱量を制御することを特徴とする、請求項１に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
5. 前記制御部は、前記各発熱体において、加熱出力、または輻射加熱方式の鋼板に対向する角度、遮熱、熱反射のいずれかを変えることにより、鋼板に対する投入熱量を制御することを特徴とする、請求項１又は４のいずれかに記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
6. 前記バッチ式加熱部の輻射加熱方式が近赤外線発熱体による加熱であり、該近赤外線発熱体を鋼板の加熱面に対向するように配列し、加熱中に、加熱面に対して平行に鋼板を揺動させることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
7. 前記バッチ式加熱部の各発熱体が、独立に取外しできることを特徴とする、請求項１及び４〜６のいずれかに記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱装置。
8. 請求項１〜７に記載の加熱装置を用いて熱間プレス成形用鋼板を加熱するにあたり、鋼板の端部からの放熱を抑制しながら加熱を行うことを特徴とする、熱間プレス成形用鋼板の加熱方法。
9. 鋼板の端部からの放熱の抑制は、鋼板の端部に断熱材を配置することにより行うことを特徴とする、請求項８に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱方法。
10. 鋼板の端部からの放熱の抑制は、複数の鋼板の端部同士を互いに密着させることにより行うことを特徴とする、請求項９または請求項１０のいずれかに記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱方法。
11. 前記鋼板は、成形後に製品となるように最終切断されたものであることを特徴とする、請求項１０に記載の熱間プレス成形用鋼板の加熱方法。
12. 請求項１〜７に記載の加熱装置を用いて熱間プレス成形用鋼板を加熱するにあたり、
    その鋼板の成形後に製品となる部分の外周もしくは外周の一部に、切断または切除可能なジョイント部が形成されていることを特徴とする、熱間プレス成形用鋼板の加熱方法。

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