JP5669321B2

JP5669321B2 - ２段式加熱炉

Info

Publication number: JP5669321B2
Application number: JP2012224196A
Authority: JP
Inventors: 耕治林; 太一清水
Original assignee: 東亜工業株式会社
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: JP2014077569A

Description

本発明は、同時に２枚のワークを加熱することができる２段式加熱炉に関する。

車両用部品においては、厚さを薄くしてなおかつ高強度を持つ部材を用いることにより、安全性と経済性の両立を図っている。このような目的のため、高温に加熱した鋼板を低温のプレス金型で冷却して焼入れを行う、いわゆる熱間プレスが知られている。この工法は、鋼板をオーステナイト化温度以上に加熱し、プレス金型で成形と同時に急速冷却して焼入れを行うものである。

熱間プレスに用いられる加熱炉としては、２段式加熱炉であれば、ヒーターは各段に下部ヒーターと上部ヒーターの１式を設け、合計で２式が必要であった。

特開２０１０−４４８７５号公報

しかしながら、従来の２段式加熱炉においては、２式のヒーターが必要であったので、コストが高いという問題があった。そこで、本発明は２段式加熱炉のコスト削減を図ることを目的としている。

上述の課題に鑑み、本発明の２段式加熱炉は、下部ヒーターと、前記下部ヒーター上に配置された第１のワーク支持部と、前記第１のワーク支持部上に配置され、水平方向に延びて配置され、水平方向に伸縮自在に保持された一対のワーク支持パイプと、前記一対のワーク支持パイプの間に所定の間隔をもって掛け渡された複数のワーク支持棒と、を備える第２のワーク支持部と、前記第２のワーク支持部上に配置された上部ヒーターと、前記ワーク支持パイプの端部に当該ワーク支持パイプの回転を防止するための回転止め具を備え、前記ワーク支持パイプの端部は、２段式加熱炉の側壁に形成された孔を通して突出しており、前記回転止め具は、突出した前記ワーク支持パイプの端部に固定され、凹部を有する固定板と、前記側壁に一端が取り付けられ、他方の端が前記固定板の凹部に挿入された固定棒と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、２段目の第２のワーク支持部を設けることで、下部ヒーターと上部ヒーターの一式のヒーターだけで２段式加熱炉を形成できるので、製造コストを削減することができる。

特に、第２のワーク支持部においては、一対のワーク支持パイプと、複数のワーク支持棒とで、いわば簀の子を形成しているので、簀の子の隙間から、下部ヒーターと上部ヒーターの輻射熱を相互に通すことで均一な加熱ができる。また、ワーク支持パイプは水平方向に伸縮自在に保持されているので、加熱による熱膨張によって変形することがないという効果もある。

本発明の実施形態における２段式加熱炉の正面図である。２段式加熱炉の１段目を構成する第１のワーク支持部の平面図である。２段式加熱炉の２段目を構成する第２のワーク支持部の平面図である。ワーク支持パイプの回転止め具の構成を示す図である。加熱炉用ワーク搬送機の平面図である。図５のＸ−Ｘ線、Ｙ−Ｙ線、Ｚ−Ｚ線における断面図である。加熱炉用ワーク搬送機のチャック動作を説明する図である。加熱炉用ワーク搬送機の正面図である。加熱炉用ワーク搬送機の搬送動作を説明する図である。

＜２段式加熱炉の構成＞
図１は、本発明の実施形態における２段式加熱炉１０の概略の正面図である。図２は、２段式加熱炉１０の１段目を構成する第１のワーク支持部３の平面図である。図３は、２段式加熱炉１０の２段目を構成する第２のワーク支持部４の平面図である。

図１に示すように、２段式加熱炉１０は、基台１上に配置された下部ヒーター２、
下部ヒーター２上に配置された第１のワーク支持部３、第１のワーク支持部３上に配置された第２のワーク支持部４、及び第２のワーク支持部４上に配置され、上壁５に取り付けられた上部ヒーター６を含んで構成される。

１段目の第１のワーク支持部３上にワークＷ１が配置され、２段目の第２のワーク支持部４上にワークＷ２が配置される。ワークＷ１，Ｗ２は、下部ヒーター２と上部ヒーター６との間に挟まれた状態で加熱されるようになっている。下部ヒーター２と上部ヒーター６は、遠赤外線ヒーターによって構成されることが好ましい。ワークＷ１，Ｗ２は例えば車両用部品であり所定形状の鋼板によって形成されている。

図２に示すように、第１のワーク支持部３は、下部ヒーター２上に配置され、水平方向（Ｙ方向）に延びた複数（例えば、６本）の第１のワーク支持棒３ａを含んで構成される。この例では、下部ヒーター２は、３つのブロックに分割され、各ブロック上に２本の第１のワーク支持棒３ａが配置されているが、ブロック分割するかどうか、ブロック分割の数は任意である。

図３に示すように、第２のワーク支持部４は、水平方向（Ｘ方向）に直線状に延びて配置され、水平方向（Ｘ方向）に伸縮自在に保持された一対のワーク支持パイプ４ａ，４ａと、一対のワーク支持パイプ４ａ，４ａの間に所定の間隔をもって掛け渡された複数（例えば、６本）の第２のワーク支持棒４ｂを含んで構成される。

一対のワーク支持パイプ４ａ，４ａの内側に突出するように台座４ｃが取り付けられており、第２のワーク支持棒４ｂの両端は台座４ｃに載せられている。一対のワーク支持パイプ４ａ，４ａと、６本の第２のワーク支持棒４ｂは、いわば簀の子を形成しているので、簀の子の隙間から、下部ヒーター２と上部ヒーター６の輻射熱が相互に通されることで均一な温度に加熱することができる。なお、この例では、上部ヒーター６は、下部ヒーター２に対応して、３つのブロックに分割され、各ブロック上に２本の第２のワーク支持棒４ａが配置されているが、ブロック分割するかどうか、ブロック分割の数は任意である。

また、一対のワーク支持パイプ４ａ，４ａの端は、２段式加熱炉１０の側壁１１に形成された孔１２を通して外部に突出している。つまり、一対のワーク支持パイプ４ａ，４ａは、加熱による熱膨張でＸ方向に自由に伸縮できるようになっているので、変形することがない。

しかしながら、このままではワーク支持パイプ４ａは長手方向を軸として回転するおそれがある。そこで、ワーク支持パイプ４ａの一方の端部に回転を防止するための回転止め具７を取り付けることが好ましい。

図４（ａ）は回転止め具７の正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の左側面図である。
図示のように、ワーク支持パイプ４ａの一端は、２段式加熱炉１０の側壁１１に形成された孔１２を通して外部に突出している。側壁１１の外面にはリング状のガイド部材７ａが取り付けられ、ワーク支持パイプ４ａはこのガイド部材７ａに通されている。

固定板７ｂは、突出したワーク支持パイプ４ａの端部に固定されている。固定板７ｂの上部は切り欠かれて凹部７ｃが形成されている。そして、側壁１１の外面には、一端が取り付けられ、他方の端が固定板７ｂの凹部７ｃに挿入された固定棒７ｄが取り付けられている。これにより、ワーク支持パイプ４ａが回転しようとすると、固定板７ｂの凹部７ｃの側壁がワーク支持パイプ４ａに当たることで、ワーク支持パイプ４ａの回転が防止されている。

また、図３及び図４に示すように、一対のワーク支持パイプ４ａ，４aは、中空構造になっており、一方の端の注入孔８から冷却水が注入され、他方の端の排出孔９から冷却水が排出されるように構成されている。これにより、一対のワーク支持パイプ４ａ，４ａは冷却され、その熱変形が防止される。

この場合、ワーク支持パイプ４ａは、２段式加熱炉１０の側壁１１に形成された孔１２とガイド部材７ａのリング部を通されているが、水平方向（Ｘ方向）には摺動できるようになっているので、熱膨張による変形が防止される。

なお、第１のワーク支持部３の第１のワーク支持棒３ａ、第２のワーク支持部４の第２のワーク支持棒４ｂの本数や間隔は、投入されるワークＷ１，Ｗ２の個数や、寸法に応じて適宜変更することができる。

＜加熱炉用ワーク搬送機の構成＞
次に、加熱炉用ワーク搬送機２０を図５乃至図９に基づいて説明する。図５は、加熱炉用ワーク搬送機２０の平面図である。図６（ａ）は図５のＸ−Ｘ線における断面図、図（ｂ）は図５のＹ−Ｙ線における断面図、図６（ｃ）は図５におけるＺ−Ｚ線における断面図である。

加熱炉用ワーク搬送機２０は、基台２１上に垂直方向（Ｚ方向）及び水平方向（Ｘ方向）に移動可能に取り付けられたフレーム２２を有しており、このフレーム２２に
取り付けられたラックアンドピニオン機構を用いて、第１のワークチャック板３６ａ，３６ｂと第２のワークチャック板３６ｃ，３６ｄを開閉させるようになっている。
ラックアンドピニオン機構は、ラックの直線運動をピニオン（歯車）の回転運動に変換する。

加熱炉用ワーク搬送機２０は、シリンダー機構を用いたものとは異なり、耐熱性に優れており、オーステナイト化温度以上という高温に加熱される加熱炉内においても、ワークＷ１，Ｗ２のチャック動作、アンチャック動作を行うことができる。

以下、加熱炉用ワーク搬送機２０の詳しい構成を説明する。Ｘ方向に長いアーム２３は、フレーム２２に取り付けられたモータ２４よりＸ方向に直線運動するように駆動される。アーム支持棒２５は、アーム２３を下から支持するためにアーム２３に交差するようにフレーム２２のＹ方向に掛け渡されている。また、アーム支持棒２５にはガイド部材２６が取り付けられており、アーム２３をＸ方向にガイドしている。

アーム２３の内側には、第１のラック２７と第２のラック２８がＸ方向に所定の間隔を持って取り付けられている。第１のラック２７及び第２のラック２８は平板の一面に、同形の歯を同じピッチで刻んだものである。

第１のラック２７には第１の歯車２９がかみ合わされ、第２のラック２８には第２の歯車３０がかみ合わされている。

第１の回転軸３１は、一端が第１の歯車２９の回転中心に結合され、他端がフレーム２２に回転可能に接続される。これにより、アーム２３がＸ方向に移動すると、第１の回転軸３１は第１の歯車２９と共に正回転するようになっている。

第２の回転軸３２は、一端が第２の歯車３０の回転中心に結合され、他端がフレーム２２に回転可能に接続される。これにより、アーム２３がＸ方向に移動すると、第２の回転軸３２は第２の歯車３０と共に正回転するようになっている。

第２の回転軸３２には第２の歯車３０にＹ方向に隣接して第３の歯車３３が取り付けられている。第３の歯車３３は、第２の回転軸３２の回転と共に正回転するようになっている。

第４の歯車３４は、第３の歯車３３とかみ合う。第３の回転軸３５は、一端が第４の歯車３４の回転中心に結合され、他端がフレーム２２に回転可能に接続される。これにより、第３の回転軸３５は逆回転するようになっている。この場合、第１乃至第４の歯車２９，３０，３３，３４は、同形の歯を同じピッチで同個数刻んだものである。

第１のワークチャック板３６ａ，３６ｂは第１の回転軸３１にワークＷのサイズに合わせて所定の間隔で取り付けられ、第２のワークチャック板３６ｃ，３６ｄは第３の回転軸３５にワークＷのサイズに合わせて所定の間隔で取り付けられている。また、図７に示すように、第１及び第２のワークチャック板３６ａ〜３６ｄは、その先端に板状のワークＷを引っかける爪部３７を有している。

そして、アーム２３がＸ方向（左方向）に移動すると、第１の回転軸３１は正回転（反時計回り）し、第１のワークチャック板３６ａ，３６ｂも正回転する。この時、第３の回転軸３５は逆回転（時計回り）し、第２のワークチャック板３６ｃ，３６ｄも逆回転する。これにより、図７（ａ）に示すように、第１及び第２のワークチャック板３６〜３６ｄは閉じる形になり、ワークＷはチャック（保持）される。

アーム２３がＸ方向（右方向）に移動すると、第１の回転軸３１は逆回転し、第１のワークチャック板３６ａ，３６ｂも逆回転する。この時、第３の回転軸３５は正回転し、第２のワークチャック板３６ｃ，３６ｄも正回転する。これにより、図７（ｂ）に示すように、第１及び第２のワークチャック板３６〜３６ｄは開く形になり、ワークＷは開放される。

また、図８に示すように、フレーム２２の進行方向の前面には加熱炉内に置かれたワークを押し出すためのワーク押し出し具３８が取り付けられている。ワーク押し出し具３８は、水平方向（Ｘ方向）に突出し、ワークの側面に当接する突出部を有している。

このワーク押し出し具３８の働きを２段式加熱炉１０へのワークの投入を例として説明する。この場合、２段式加熱炉１０の第１のワーク支持部３上には、２個のワークが投入できるもとする。

先ず、図９（ａ）に示すように、第１のワーク支持部３上に、２個のワークＷ１，Ｗ２が投入され、加熱されている。先に投入されたワークＷ１の加熱が完了すると、図９（ｂ）に示すように、ワークＷ１は、２段式加熱炉１０の排出口に配置された加熱炉用ワーク搬送機２０の水平移動、垂直移動、及びチャック動作により２段式加熱炉１０の排出口から排出される。

次に、図９（ｃ）に示すように、加熱炉用ワーク搬送機２０は、事前に垂直移動によりその垂直位置が調整された後、次に投入するワークＷ３をチャック（保持）した状態で、２段式加熱炉１０の投入口から炉内に水平移動してくる。この時、ワーク押し出し具３８がワークＷ２の側面に当接することにより、ワークＷ２は第１のワーク支持部３上を所定の加熱位置（すでに排出されたワークＷ１があった位置）まで押し出される。

次に、図９（ｄ）に示すように、加熱炉用ワーク搬送機２０は搬送してきたワークＷ３を開放し、第１のワーク支持部３上に移す。その後、図９（ｅ）に示すように
ワークＷ３を開放した加熱炉用ワーク搬送機２０は垂直方向に上昇し、投入口から元の位置まで水平移動する。このようにして、ワーク押し出し具３８を取り付けるだけで、１台の加熱炉用ワーク搬送機２０で、新たなワークの投入と、先に炉内に投入されたワークの移動を同時に行うことができる。２段式加熱炉１０の第２のワーク支持部４にワークを投入する場合も同様である。

また、加熱炉用ワーク搬送機２０は、２段式加熱炉１０に限らず、１段式加熱炉、多段式加熱炉のワークの投入、排出に適用することができる。

１基台２下部ヒーター
３第１のワーク支持部３ａ第１のワーク支持棒
４第２のワーク支持部４ａワーク支持パイプ
４ｂ第２のワーク支持棒４ｃ台座
５上壁６上部ヒーター
７回転止め具７ａガイド部材
７ｂ固定板７７ｃ凹部
７ｄ固定棒８注入孔
９排出孔１０２段式加熱炉
２０加熱炉用ワーク搬送機２１基台
２２フレーム２３アーム
２４モータ２４２５アーム支持棒
２６ガイド部材２７第１のラック
２８第２のラック２９第１の歯車
３０第２の歯車３１第１の回転軸
３２第２の回転軸３３第３の歯車
３４第４の歯車３５第３の回転軸
３６ａ，３６ｂ第１のワークチャック板
３６ｃ，３６ｄ第２のワークチャック板
３７爪部３８ワーク押し出し具

Claims

下部ヒーターと、
前記下部ヒーター上に配置された第１のワーク支持部と、
前記第１のワーク支持部上に配置され、水平方向に延びて配置され、水平方向に伸縮自在に保持された一対のワーク支持パイプと、前記一対のワーク支持パイプの間に所定の間隔をもって掛け渡された複数のワーク支持棒と、を備える第２のワーク支持部と、
前記第２のワーク支持部上に配置された上部ヒーターと、
前記ワーク支持パイプの端部に当該ワーク支持パイプの回転を防止するための回転止め具を備え、
前記ワーク支持パイプの端部は、２段式加熱炉の側壁に形成された孔を通して突出しており、前記回転止め具は、突出した前記ワーク支持パイプの端部に固定され、凹部を有する固定板と、前記側壁に一端が取り付けられ、他方の端が前記固定板の凹部に挿入された固定棒と、を備えることを特徴とする２段式加熱炉。
前記ワーク支持パイプの中に冷却水が流れるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の２段式加熱炉。
下部ヒーターと、
前記下部ヒーター上に配置された第１のワーク支持部と、
前記第１のワーク支持部上に配置され、水平方向に延びて配置され、水平方向に伸縮自在に保持された一対のワーク支持パイプと、前記一対のワーク支持パイプの間に所定の間隔をもって掛け渡された複数のワーク支持棒と、を備える第２のワーク支持部と、
前記第２のワーク支持部上に配置された上部ヒーターと、を備え、
前記ワーク支持パイプの中に冷却水が流れるように構成されたことを特徴とする２段式加熱炉。
前記上部ヒーター及び下部ヒーターは、遠赤外線ヒーターによって構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の２段式加熱炉。