JP6050835B2 - ホットスタンプ加工用加熱装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本国際出願は、２０１３年１月１１日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１３−３７２３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１３−３７２３号の全内容を本国際出願に援用する。

本発明は、ホットスタンプ加工用加熱装置に関する。

金属材をその焼入温度まで加熱し、加熱されて高温状態にある金属材を加工するホットスタンプ加工（ホットプレス加工）が知られている。特許文献１には、加工前の金属材を加熱するためのホットスタンプ加工用加熱装置について記載されている。

特開２００９−１７６５８４号公報

ホットスタンプ加工用加熱装置には、金属材を短時間で高温状態に加熱することが求められる。
本発明の一側面においては、金属材を短時間で高温状態に加熱することが望ましい。

本発明の一側面は、メッキが施された金属材を搬送しながら加熱するためのホットスタンプ加工用加熱装置であって、前記金属材の搬送路に設けられた第１の加熱槽と、前記搬送路において前記第１の加熱槽よりも下流側に設けられた第２の加熱槽と、を備え、前記第２の加熱槽による加熱量は、前記金属材の温度がＡｃ３点以上でかつ前記メッキの沸点未満となるように設定され、前記第１の加熱槽による加熱量は、前記第２の加熱槽による加熱量よりも大きく設定されている。このような構成によれば、金属材を短時間で高温状態に加熱することができる。

上記ホットスタンプ加工用加熱装置において、前記第１の加熱槽は、前記第２の加熱槽よりも前記金属材の滞在時間が長くなるように設計されていてもよい。このような構成によれば、第２の加熱槽が第１の加熱槽よりも金属材の滞在時間が長い構成と比較して、金属材の加熱に要する時間を短くすることができる。

上記ホットスタンプ加工用加熱装置において、前記第１の加熱槽及び前記第２の加熱槽は連続した空間に形成され、発熱源として赤外線ヒータが用いられていてもよい。このような構成によれば、金属材が主として放射（輻射）加熱により加熱される。したがって、発熱源としてガスバーナ等が用いられた構成（金属材が主として対流加熱により加熱される構成）と比較して、第１の加熱槽と第２の加熱槽とが連続する部分において温度分布を明確にすることができる。その結果、金属材の温度のばらつきが抑えられ、例えば第１の加熱槽における金属材の滞在時間などをより高い精度で設計することができ、加熱槽全体の小型化を図ることができる。

実施形態の加熱装置の構成図である。 比較例の加熱装置の構成図である。 時間と温度との関係を示すグラフである。 変形例の加熱装置の構成図である。

１…加熱装置、２…搬送装置、３…赤外線ヒータ、３Ａ…上流側ヒータ、３Ｂ…下流側ヒータ、４…搬入装置、５…搬出装置、９…金属板材、３１…上流側加熱槽、３２…下流側加熱槽

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
図１に示す加熱装置１は、ホットスタンプ加工の対象物（ワーク）としての金属板材（鉄板）９を、加工前にその焼入温度（例えば９００℃）まで加熱するためのものである。加熱装置１は、搬送装置２と、赤外線ヒータ３と、を備える。なお、金属板材９としては、メッキが施された金属材（本実施形態ではＺｎメッキ材）が用いられる。

搬送装置２は、加熱装置１の内部に形成された搬送路（連続炉）において、金属板材９を一定方向（図１でいう右方向）に搬送する装置であり、例えば、一定方向に回転駆動される複数の搬送ローラを備える。

赤外線ヒータ３は、搬送路の天井面に配置されており、下方において搬送される金属板材９が、発熱による放射熱（輻射熱）によって加熱される。つまり、金属板材９の搬送路に、赤外線ヒータ３を発熱源とする加熱槽が形成されている。

加熱槽は、上流側加熱槽３１と、搬送路において上流側加熱槽３１よりも下流側に設けられた下流側加熱槽３２と、に大別される。上流側加熱槽３１及び下流側加熱槽３２は、連続した空間に形成される。ただし、上流側加熱槽３１は、下流側加熱槽３２と比較して、加熱量が大きく設定されている。ここでいう加熱量とは、ある一定条件の加熱対象物に与える単位時間当たりの熱量を意味する。加熱条件が一定の場合、熱源の温度が高いほど加熱量が大きくなる。また、加熱対象物を雰囲気温度で加熱する場合、雰囲気温度が高いほど加熱量が大きくなる。具体的には、下流側加熱槽３２による加熱量は、金属板材９の温度がＡｃ３点以上でかつメッキの沸点未満となるように設定されている。上流側加熱槽３１による加熱量は、下流側加熱槽３２による加熱量よりも大きく設定されている。なお、Ａｃ３点とは、金属板材９が加熱によりオーステナイト変態する温度である。

ただし、金属板材９の温度が上流側加熱槽３１においてメッキの沸点以上まで上昇してしまうことを防ぐため、金属板材９の温度が上昇している途中の段階で、金属板材９が下流側加熱槽３２へ搬送されるように、上流側加熱槽３１における搬送距離及び搬送速度が設定されている。一方で、加熱量の大きい上流側加熱槽３１は、下流側加熱槽３２と比較して、金属板材９の温度を短時間で上昇させることができる。したがって、金属板材９の温度が過剰に上昇しない限度で、上流側加熱槽３１における金属板材９の滞在時間ができるだけ長くなるように設定されている。本実施形態の加熱装置１では、上流側加熱槽３１の方が下流側加熱槽３２よりも金属板材９の滞在時間が長い。なお、滞在時間は、搬送路の長さ及び搬送速度のうち少なくとも一方を変えることにより調整可能である。

本実施形態では、搬送路において、上流側の赤外線ヒータ３（以下「上流側ヒータ３Ａ」という。）が、上流側ヒータ３Ａよりも下流側の赤外線ヒータ３（以下「下流側ヒータ３Ｂ」という。）と比較して、温度が高くなるように設定されている。つまり、本実施形態では、熱源温度により加熱量が調整されており、前述した説明における加熱量の大きさは、熱源温度の高さとして読み替えることができる。例えば、金属板材９の狙い温度がＴ１−β（例えば焼入温度付近の温度）であるのに対し、上流側ヒータ３Ａの設定温度（熱源温度）はＴ１（例えば焼入温度よりも十分に高い温度）、下流側ヒータ３Ｂの設定温度（熱源温度）はＴ１−α（例えば焼入温度よりも高い温度であり、例えばα＜β）である。このように、連続炉が長手方向において前後半にステージ分け（ゾーン制御）されている。そして、前半のステージでは、赤外線ヒータ３の温度が狙い温度よりもかなり高めの温度に設定され、金属板材９の温度を短時間で上昇させるようになっている。一方、後半のステージでは、赤外線ヒータ３の温度が狙い温度付近の温度に設定され、金属板材９の温度を狙い温度に均一化（安定）させるようになっている。

以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
［Ａ１］加熱装置１において、下流側加熱槽３２による加熱量は、金属板材９の温度がＡｃ３点以上でかつメッキの沸点未満となるように設定されている。一方、上流側加熱槽３１による加熱量は、下流側加熱槽３２による加熱量よりも大きく設定されている。したがって、本実施形態によれば、例えば図２に示すように一定の温度（例えばＴ１−α）で加熱する構成と比較して、金属板材９を短時間で所望の高温状態（狙い温度）に加熱することができ、その後、温度を均一化することができる。具体的には、図３に示すように、本実施形態のように前半を高温にした加熱方法（Ｃ２）によれば、図２に示す構成のように一定温度による加熱方法（Ｃ１）と比較して、温度上昇が急激になるため、短時間で狙い温度に到達する。

［Ａ２］上流側加熱槽３１は、下流側加熱槽３２よりも金属板材９の滞在時間が長くなるように設計されている。したがって、本実施形態によれば、下流側加熱槽３２が上流側加熱槽３１よりも金属板材９の滞在時間が長い構成と比較して、金属板材９の加熱に要する時間を短くすることができる。

［Ａ３］赤外線ヒータ３が用いられているため、金属板材９が主として放射（輻射）加熱により加熱され、例えばガス燃焼による加熱（対流加熱）と比較して、加熱量を異ならせやすくすることができ、また、加熱効率も高くすることができる。加えて、上流側加熱槽３１と下流側加熱槽３２とが連続する部分において温度分布を明確にすることができる。その結果、金属板材９の温度のばらつきが抑えられ、例えば上流側加熱槽３１における金属板材の滞在時間などをより高い精度で設定することができ、加熱槽全体の小型化を図ることができる。

なお、加熱装置１がホットスタンプ加工用加熱装置の一例に相当し、上流側加熱槽３１が第１の加熱槽の一例に相当し、下流側加熱槽３２が第２の加熱槽の一例に相当し、金属板材９が金属材の一例に相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
［Ｂ１］上記実施形態では、上流側加熱槽３１による加熱量を下流側加熱槽３２による加熱量よりも高くするために、熱源温度の高いヒータが用いられた構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、加熱対象物を雰囲気温度で加熱する場合、雰囲気温度が高いほど加熱量が大きくなるため、雰囲気温度を異ならせてもよい。また例えば、上流側加熱槽３１のヒータの量（密度）が、下流側加熱槽３２のヒータの量（密度）よりも大きい構成としてもよい。

［Ｂ２］金属板材９の温度を検出し、検出温度に応じて、搬送制御及び温度制御のうち少なくとも一方を行うようにしてもよい。例えば、前半のステージで所定温度（例えば８００℃）に上昇させてから、後半のステージへ送られるように制御してもよい。

［Ｂ３］例えば図４に示すように、多段型（この例では３段）の連続炉（連続式の加熱炉を多段にした構造）にしてもよい。このようにすることで、高速生産ラインでは、段数に応じて炉の長さを短くすることができ、また、多段で連続であるため高さも抑えることができる。具体的には、例えば、連続炉に直結して、ディスタックからの金属板材９を連続炉へ搬入するエレベータ方式の搬入装置４と、連続炉に直結して金属板材９を連続炉からプレス装置側へ搬出するエレベータ方式の搬出装置５と、を上下動するように構成し、複数の連続炉に対して１つの（共通の）搬入装置４及び搬出装置５を用いるようにしてもよい。なお、一点鎖線は、連続路前後の搬送レベルを示す。

［Ｂ４］赤外線ヒータ３は、搬送路の天井面に代えて、又は天井面に加え、天井面以外の位置（例えば搬送路の下方や側方など）に配置されていてもよい。
［Ｂ５］本発明の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。

Claims (6)

1. メッキが施された金属材を搬送しながら加熱するためのホットスタンプ加工用加熱装置であって、
   前記金属材の搬送路に設けられた第１の加熱槽と、
   前記搬送路において前記第１の加熱槽よりも下流側に設けられた第２の加熱槽と、
   を備え、
   前記第２の加熱槽による加熱量は、前記金属材の温度がＡｃ３点以上でかつ前記メッキの沸点未満となるように設定され、
   前記第１の加熱槽による加熱量は、前記第２の加熱槽による加熱量よりも大きく設定されており、
   前記金属材は、前記金属材の温度が前記メッキの沸点まで上昇する途中の段階で、前記第１の加熱槽から前記第２の加熱槽へ搬送される
   ことを特徴とするホットスタンプ加工用加熱装置。
2. 請求項１に記載のホットスタンプ加工用加熱装置であって、
   前記第１の加熱槽は、前記第２の加熱槽よりも前記金属材の滞在時間が長くなるように設計されている
   ことを特徴とするホットスタンプ加工用加熱装置。
3. メッキが施された金属材を搬送しながら加熱するためのホットスタンプ加工用加熱装置であって、
   前記金属材の搬送路に設けられた第１の加熱槽と、
   前記搬送路において前記第１の加熱槽よりも下流側に設けられた第２の加熱槽と、
   を備え、
   前記第２の加熱槽による加熱量は、前記金属材の温度がＡｃ３点以上でかつ前記メッキの沸点未満となるように設定され、
   前記第１の加熱槽による加熱量は、前記第２の加熱槽による加熱量よりも大きく設定されており、
   前記第１の加熱槽は、前記第２の加熱槽よりも前記金属材の滞在時間が長くなるように設計されている
   ことを特徴とするホットスタンプ加工用加熱装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載のホットスタンプ加工用加熱装置であって、
   前記第１の加熱槽は、前記第２の加熱槽と比較して、前記搬送路が長い
   ことを特徴とするホットスタンプ加工用加熱装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のホットスタンプ加工用加熱装置であって、
   前記第１の加熱槽及び前記第２の加熱槽は連続した空間に形成され、発熱源として赤外線ヒータが用いられている
   ことを特徴とするホットスタンプ加工用加熱装置。
6. 請求項５に記載のホットスタンプ加工用加熱装置であって、
   前記第１の加熱槽は、前記第２の加熱槽と比較して、前記赤外線ヒータの温度が高くなるように設定されている
   ことを特徴とするホットスタンプ加工用加熱装置。

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