JP6261225B2 - 近赤外線集光加熱ユニット、これを用いた近赤外線集光加熱装置、およびこれらを用いたパネル成形方法 - Google Patents

Description

本発明は近赤外線集光加熱ユニット、これを用いた近赤外線集光加熱装置、およびこれらを用いたパネル成形方法に係り、より詳しくは、反射板を通じて近赤外線ランプの光を反射板外側に集光させ、素材の成形部を瞬間的に局部加熱する近赤外線集光加熱ユニット、これを用いた近赤外線集光加熱装置、およびこれらを用いたパネル成形方法に関する。

一般に自動車製造会社は、自動車部品を使用するにあたって、燃費改善のために高強度軽量化部品を使用する傾向にある。
このような社会的要求に対応するために、車体分野でも高強度軽量化が可能な素材の利用が増加している。
特に、最近は、車体素材の軽量化のために９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板を素材として適用する傾向にある。

高張力鋼板は、自体の剛性によって成形性が悪く、成形後にもスプリングバックによって寸法偏差が発生するなど、追加的な後加工が必要な問題点がある。
このような高張力鋼板は、成形部または全体的に加熱によって軟化（ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ）させた状態で成形して成形性（ｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ）を改善することができる。

このように、素材の加熱による軟化状態の成形方式は、温間成形、熱間成形、ホットスタンピングなどのプレス成形工程で用いられ、通常１５００ＭＰａ以上の超高張力鋼板の成形も可能であると知られている。
これにより、最近はこのような温間成形、熱間成形、ホットスタンピングなどのプレス成形工程で、素材の成形部を加熱して軟化状態で成形が行われるように多様な素材加熱装置の開発が行われており、成形条件の影響をあまり受けずサイクルタイムを最少化するための、多様な素材加熱装置の開発が要求されている。

特開２００１−３１４９２３号公報 特開２００５−２９４２４３号公報

本発明は、断面が楕円軌跡に沿って形成された反射板を用いて近赤外線ランプの光を反射板の外側に集光させてエネルギー密度が高い集光領域を形成し、この集光領域に素材の成形部を位置させて加熱することによって、瞬間的に素材を加熱する近赤外線集光加熱ユニット、これを用いた近赤外線集光加熱装置、およびこれらを用いたパネル成形方法を提供することを目的とする。

本発明の一つまたは複数の実施形態による近赤外線集光加熱ユニットは、一側に開放部が形成され、内部に設置面が形成されたフレームと、フレームの設置面に設置され、開放部に対応する開口部を有し、断面が楕円の軌跡に沿った延長半楕円形状を有する反射板と、反射板の内部に配置され、両端がソケットを介してフレームに装着されたランプと、を含み、
前記フレームの、開放部の長手方向の両側面の各角部に、連結ホールが形成され、フレームが前記連結ホールを介して連結ジョイントで連結される単位モジュールとして形成されたことを特徴とする。

前記フレームには、開放部の両側端部に沿って、反射板の両端が嵌合される嵌合溝が形成されたことを特徴とする。
また前記フレームの、開放部を除いた外側面それぞれには、反射板を露出するように放熱ホールが形成されたことを特徴とする。

また前記フレームには、開放部の長手方向の両側面の、各角部に連結ホールが形成され、フレームが連結ホールを介して連結ジョイントで連結される単位モジュールとして形成されたことを特徴とする。
また前記反射板は、フレームの設置面に設置された半楕円区間と、半楕円区間の両端部から楕円の軌跡に沿って延長された延長区間と、を含むことを特徴とする。

前記反射板は、断面が楕円の軌跡に沿って形成され、半楕円からさらに延長された形状を有し、集光率が最大化されたことを特徴とする。
また前記反射板は、反射率を高めるように内面が表面処理されたことを特徴とする。
前記表面処理は、陽極酸化処理で行われたことを特徴とする。

また前記反射板は、ランプから放射される光を反射して反射板の開口部外側に集光領域を形成して集光させるように、断面が楕円の軌跡に沿って形成されたことを特徴とする。
前記ランプは、近赤外線ランプであることを特徴とする

本発明の実施形態による近赤外線集光加熱装置は、一側に開放部が形成され、内部に設置面が形成され、開放部の長手方向の両側面の各角部に連結ホールが形成されたフレームと、
フレームの設置面に設置され、開放部に対応する開口部を有し、断面が楕円の軌跡に沿って延長された延長半楕円形状を有する反射板と、
反射板の内部に配置され、両端がソケットを介してフレームに装着されるランプと、を含む近赤外線集光加熱ユニットと、
各連結ホールを通じて少なくとも２つ以上の近赤外線集光加熱ユニットを連結する連結ジョイントと、を含むことを特徴とする。

前記連結ジョイントは、一つのフレームに形成された連結ホールに一端が締結される第１ロッドと、他の一つのフレームに形成された連結ホールに一端が締結される第２ロッドと、第１ロッドと第２ロッドの各他端を連結するユニバーサルジョイントと、を含むことを特徴とする。

前記第１ロッドと第２ロッドとは、各連結ホールに螺結されることを特徴とする。
複数の前記近赤外線集光加熱ユニットが、前記連結ジョイントの関節継手機能、及び連結ホールに対する連結ジョイントの長さ及び螺結量を変化させることによって、素材上の加熱領域に沿って直線または曲線配置されることを特徴とする。

本発明の実施形態による近赤外線集光加熱装置を用いたパネル成形方法は、素材の成形部を、請求項１１乃至１４の何れか１項に記載の近赤外線集光加熱装置の集光領域位置に移送する段階と、素材の成形部を、近赤外線集光加熱装置を用いて設定温度まで局部加熱する段階と、局部加熱された素材をプレスに供給して素材の成形部を一定の形状に成形する段階と、を含むことを特徴とする。

本発明の一つまたは複数の実施形態によれば、近赤外線ランプの光を、楕円軌跡に沿って形成された反射板によって反射板の外側に集光させてエネルギー密度が高い集光領域を形成し、この集光領域に素材の成形部を位置させて加熱できるようにすることによって、素材を瞬間的に加熱することができる効果がある。

また、反射板の断面がが楕円軌跡に沿って形成され、半楕円区間、及び半楕円区間の両端部から楕円の軌跡に沿って延長される延長区間を有して開口部を有するので、集光領域での集光密度を高めることができるという効果がある。
また、反射板の反射面を陽極酸化処理による表面処理することにより、集光率をさらに高めることができるという効果がある。

また、反射板の内部が開口部を通じて外部と空気の対流が自由であり、フレームが放熱性の良いアルミニウム素材で製作され、開放部が反射板の外面を露出するように形成されるので、装置の過熱が防止される効果がある。

また、モジュール単位の複数の近赤外線集光加熱ユニットを連結ジョイントで連結し、素材の成形部に沿って自由に配置が可能な近赤外線集光加熱装置を構成することによって、曲線の複雑な成形部にも局部的な加熱が可能であり、仕様が異なる素材に対しても共用化して使用が可能であるという利点がある。

また、プレス成形工程などの工程上で、素材の成形部を成形直前に局部的に加熱して軟化処理された状態で成形を行うことによって、成形性を向上させ、全体的な工程のサイクルタイムを短縮させることができるという効果がある。

本発明による近赤外線集光加熱ユニットの斜視図である。 本発明による近赤外線集光加熱ユニットの分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明による近赤外線集光加熱ユニットの反射原理図である。 本発明による近赤外線集光加熱ユニットを用いて製作された近赤外線集光加熱装置の一例の斜視図である。 本発明による近赤外線集光加熱ユニットを用いて製作された近赤外線集光加熱装置の一例の作動状態を示した斜視図である。 本発明の近赤外線集光加熱ユニット、またはこれを用いた近赤外線集光加熱装置を用いたパネル成形方法の工程図である。

以下に、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
但し、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のため、あるいは様々な部分および領域を明確に表現するために任意に拡大して示したものであり、本発明は、必ずしも図面に示されたところの大きさおよび厚さに限定されるものではない。
また、本発明の実施形態を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略した。

図１は本発明による近赤外線集光加熱ユニットの斜視図であり、図２は本発明による近赤外線集光加熱ユニットの分解斜視図であり、図３は図１のＡ−Ａ線による断面図であり、図４は本発明による近赤外線集光加熱ユニットの反射原理図である。

図１乃至図４に示すように、本発明による近赤外線集光加熱ユニット１は反射板を通じて近赤外線ランプの光を素材の成形部に集光させて瞬間的に加熱することができる。
本発明の実施形態による近赤外線集光加熱ユニット１は、基本的にフレーム１０、反射板２０およびランプ３０を含む。

フレーム１０は、一側に開放部１１が形成され、内部に設置面１３が形成される。
反射板２０は、フレーム１０の設置面１３に設置され、開放部１１に対応する開口部２１を有する。
またランプ３０は、反射板２０の開口部２１の内側に配置された状態で、両端がソケット３１を通じてフレーム１０に装着される。

以下に、このような構成の近赤外線集光加熱ユニット１の各構成をより具体的に説明する。
フレーム１０は、一側が開放された開放部１１を有し、反射板２０の外面を支持する設置面１３が形成され、四角形の構造物であることができる。
しかし、フレーム１０は必ずしも四角の構造物である必要はなく、必要によっては多様な形状に形成できる。

また、フレーム１０には、反射板２０の両端が嵌合されるように開放部１１の両側端部に沿って嵌合溝１５が形成される。
また、フレーム１０には開放部１１を除いた外側面にそれぞれ反射板２０の外面が露出するように放熱ホール１７が形成される。

このような放熱ホール１７は、ランプ３０の光を反射して集光する過程で、高温になる反射板２０の冷却性能を高めると同時に、フレーム１０の材料および製作費用を節減する効果がある。
また、フレーム１０の開放部１１の長手方向の両側面の各角部に、連結ホール１９が形成され、フレーム１０は各連結ホール１９を通じて連結ジョイントで連結される装置の単位モジュールとしても使用される。

フレーム１０は、軽量化と放熱性を考慮してアルミニウム素材またはプラスチック素材で製作することができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
反射板２０は、フレーム１０の設置面１３に設置され、ランプ３０の光を反射して反射板２０の外部で集光する。

反射板２０は、開口部２１が、フレーム１０の開放部１１に対応するように設置され、楕円の軌跡に沿って延長半楕円（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｓｅｍｉ−ｅｌｌｉｐｔｉｃ）断面形状を有するように形成され、その両端がフレーム１０の嵌合溝１５に嵌合されて固定される。

ここで、延長半楕円とは、反射板２０の断面が楕円の軌跡に沿って形成される半楕円（ｓｅｍｉ−ｅｌｌｉｐｔｉｃ）区間２３と、延長（ｅｘｔｅｎｄｅｄ）区間２５と、を有することができるという意味である。
ここで、半楕円区間２３は断面が楕円の軌跡に沿って形成され、フレーム１０の設置面１３に設けられる区間であり、延長区間２５は半楕円区間２３の両端部から断面が楕円の軌跡に沿って延長されてフレーム１０の設置面１３に設置される区間である。

図４に示すように、反射板２０は、ランプ３０から放射される光を反射して反射板２０の開口部２１外側で集光してエネルギー密度が高い集光領域を形成する。
この時、楕円の軌跡は、反射板２０内部のランプ３０の位置を考慮した状態で、ランプ３０の光が反射板２０の外部の理想的な位置で集光領域を形成するように設定できる。

図４の（Ｐ１）に示すように、反射板２０が半楕円に形成された場合には、ランプ３０を基準に、集光領域の中心と反射板２０の端部とがなす角度（θ）が大きく、広い開口部２１が形成され、ランプ３０から放射された光の一部が反射板２０によって反射されず、開口部２１を通して直ちに放散され、エネルギー密度の高い集光領域が形成できない。

一方、図４の（Ｐ２）のように、本発明による反射板２０は、半楕円区間２３と共に、半楕円区間２３から延長された延長区間２５からなり、ランプ３０を基準に集光領域の中心と反射板２０の端部とがなす角度（θ）が相対的に小さくて開口部２１が狭く形成され、ランプ３０から放射された光の大部分が反射板２０によって反射されて集光され、集光領域のエネルギー密度をさらに高めることができる。

また、反射板２０は、反射面である内面を表面処理して集光率を高めることができる。
この時、表面処理は多様な方法で行うことができるが、特に陽極酸化処理によって反射率をさらに高めることができる。

ランプ３０は、反射板２０の内部に、開放部１１の長さ方向に沿って配置され、その両端は電源供給のためにフレーム１０上のソケット３１に装着される。
このようなランプ３０は近赤外線光を出力する近赤外線ランプからなり得る。
以下に、本発明の実施形態による近赤外線集光加熱ユニット１を用いて製作される近赤外線集光加熱装置１００の一例を説明する。

図５は、本発明による近赤外線集光加熱ユニットを用いて製作された近赤外線集光加熱装置の一例の斜視図であり、図６は、本発明による近赤外線集光加熱ユニットを用いて製作された近赤外線集光加熱装置の一例の作動状態を示した斜視図である。

図５および図６に示すように、本発明の近赤外線集光加熱装置１００は近赤外線集光加熱ユニット１と連結ジョイント１１０とを含む。
近赤外線集光加熱ユニット１は、前記のフレーム１０、反射板２０、ランプ３０を含む構成、および連結構造を有する。

フレーム１０の開放部１１の長手方向の両側面の各角部には、連結ホール１９が形成され、連結ジョイント１１０が、各連結ホール１９を通じて少なくとも２つ以上の近赤外線集光加熱ユニット１を連結する。
図５に示すように、連結ジョイント１１０は、第１ロッド１１１、第２ロッド１１３、およびユニバーサルジョイント１１５を含む。

第１ロッド１１１は、一端が一方のフレーム１０に形成された連結ホール１９に締結され、第２ロッド１１３は、一端が他の一つのフレーム１０に形成された連結ホール１９に締結される。
そしてユニバーサルジョイント１１５は、相対回転が可能に形成され、第１ロッド１１１および第２ロッド１１３の他端を連結し、第１ロッド１１１と第２ロッド１１３との間で関節機能を果たす。

このような第１ロッド１１１と第２ロッド１１３とは各連結ホール１９に螺結され得る。
このように、複数の近赤外線集光加熱ユニット１は、連結ジョイント１１０の長さ、連結ホール１９に対する螺結量、および関節継手機能などによって、素材上の加熱領域に沿って直線または曲線に配置できる。したがって、多様な形状の素材を加工するのが容易である。

以下に、本発明の近赤外線集光加熱ユニット１、またはこれを用いた近赤外線集光加熱装置１００を用いたパネル成形方法を説明する。
図７は、本発明の近赤外線集光加熱ユニット、またはこれを用いた近赤外線集光加熱装置を用いたパネル成形方法の工程図である。

図７に示す通り、本発明の実施形態によるパネル成形方法は、素材であるパネル１２０の成形部１２１を近赤外線集光加熱ユニット１、または近赤外線集光加熱装置１００の集光領域に位置させる（Ｓ１）。
そしてランプ３０で近赤外線光を出力してパネル１２０の成形部１２１を局部的に設定温度まで瞬間加熱する（Ｓ２）。

次に、成形部１２１が瞬間加熱されたパネル１２０をプレス１３０のダイ１３１とパンチ１３２の間に供給してホルダー１３３に固定した状態で、パネル１２０を一定の形状に成形する（Ｓ３）。
これにより、パネル１２０の成形部１２１が瞬間加熱されて軟化した状態でプレス１３０工程に投入されるので、成形性が向上し、瞬間加熱によって成形工程のサイクルタイムを短縮することができる。

このように、本発明の実施形態による近赤外線集光加熱ユニット１、これを用いた近赤外線集光加熱装置１００、およびこれらを用いたパネル成形方法によれば、楕円軌跡に沿って形成された反射板２０を通じて近赤外線ランプ３０の光を反射板２０の外側に集光させてエネルギー密度が高い集光領域を形成し、この集光領域にパネル１２０の成形部１２１を位置させて加熱できるようにすることによって、瞬間的にパネル１２０を加熱することができる。

また、反射板２０が、半楕円区間２３と半楕円区間２３の両端部から楕円の軌跡に沿って延長される延長区間２５を有するように開口部２１を有し、楕円軌跡に沿って形成されて集光領域での集光密度を高めることができる。

また、反射板２０の反射面の陽極酸化処理による表面処理によって、さらに集光率を高めることができる。
また、反射板２０の内部は、開口部２１を通じて外部と空気の対流が自由であり、フレーム１０は、放熱性が良いアルミニウム素材で製作され、同時に、に放熱ホール１７が形成されて反射板２０の外面が露出されるので、装置の過熱が防止される。

また、モジュール単位の複数の近赤外線集光加熱ユニット１を、連結ジョイント１１０で連結し、パネル１２０の成形部１２１に沿って自由に配置することが可能な近赤外線集光加熱装置１００を構成することによって、曲線を有する、あるいは複雑な成形部１２１に対しも局部的な加熱が可能であり、仕様が異なるパネルに対しても共用化して使用することが可能であるという利点がある。

また、プレス成形工程などの工程上で、成形直前にパネル１２０の成形部１２１のみを局部的に加熱し、軟化処理された状態で成形を行うことによって成形性を向上させ、全体的な工程のサイクルタイムを短縮することができる。

以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

１ 近赤外線集光加熱ユニット
１０ フレーム
１１ 開放部
１３ 設置面
１５ 嵌合溝
１７ 放熱ホール
１９ 連結ホール
２０ 反射板
２１ 開口部
２３ 半楕円区間
２５ 延長区間
３０ ランプ
３１ ソケット
１００ 近赤外線集光加熱装置
１１０ 連結ジョイント
１１１ 第１ロッド
１１３ 第２ロッド
１１５ ユニバーサルジョイント
１２０ パネル
１２１ 成形部
１３０ プレス
１３１ ダイ
１３２ パンチ
１３３ ホルダー

Claims (14)

1. 一側に開放部が形成され、内部に設置面が形成されたフレームと、
   前記フレームの設置面に設置され、前記開放部に対応する開口部を有し、断面が楕円の軌跡に沿った延長半楕円形状を有する反射板と、
   前記反射板の内部に配置され、両端がソケットを介して前記フレームに装着されたランプと、
   を含み、
   前記フレームの、前記開放部の長手方向の両側面の各角部に、連結ホールが形成され、前記フレームが前記連結ホールを介して連結ジョイントで連結される単位モジュールとして形成されたことを特徴とする近赤外線集光加熱ユニット。
2. 前記フレームには、前記開放部の両側端部に沿って、前記反射板の両端が嵌合される嵌合溝が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の近赤外線集光加熱ユニット。
3. 前記フレームの、前記開放部を除いた外側面それぞれには、前記反射板を露出するように放熱ホールが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の近赤外線集光加熱ユニット。
4. 前記反射板は、
   前記フレームの設置面に設置された半楕円区間と、
   前記半楕円区間の両端部から楕円の軌跡に沿って延長された延長区間と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の近赤外線集光加熱ユニット。
5. 前記反射板は断面が楕円の軌跡に沿って形成され、半楕円からさらに延長された形状を有し、集光率が最大化されたことを特徴とする請求項１に記載の近赤外線集光加熱ユニット。
6. 前記反射板は反射率を高めるように内面が表面処理されたことを特徴とする請求項１に記載の近赤外線集光加熱ユニット。
7. 前記表面処理は陽極酸化処理で行われたことを特徴とする請求項６に記載の近赤外線集光加熱ユニット。
8. 前記反射板は前記ランプから放射される光を反射して前記反射板の開口部外側に集光領域を形成して集光させるように、断面が楕円の軌跡に沿って形成されたことを特徴とする請求項１に記載の近赤外線集光加熱ユニット。
9. 前記ランプは近赤外線ランプであることを特徴とする請求項１に記載の近赤外線集光加熱ユニット。
10. 一側に開放部が形成され、内部に設置面が形成され、前記開放部の長手方向の両側面の各角部に連結ホールが形成されたフレームと、前記フレームの設置面に設置され、前記開放部に対応する開口部を有し、断面が楕円の軌跡に沿って延長された延長半楕円形状を有する反射板と、前記反射板の内部に配置され、両端がソケットを介して前記フレームに装着されるランプと、を含む近赤外線集光加熱ユニットと、
    前記各連結ホールを通じて少なくとも２つ以上の前記近赤外線集光加熱ユニットを連結する連結ジョイントと、
    を含むことを特徴とする近赤外線集光加熱装置。
11. 前記連結ジョイントは、
    一つのフレームに形成された連結ホールに一端が締結された第１ロッドと、
    他の一つのフレームに形成された連結ホールに一端が締結された第２ロッドと、
    前記第１ロッドと前記第２ロッドの各他端を連結するユニバーサルジョイントと、
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の近赤外線集光加熱装置。
12. 前記第１ロッドと前記第２ロッドとは各連結ホールに螺結されることを特徴とする請求項１１に記載の近赤外線集光加熱装置。
13. 複数の前記近赤外線集光加熱ユニットが、前記連結ジョイントの関節継手機能、及び連結ホールに対する前記連結ジョイントの長さ及び螺結量を変化させることによって、素材上の加熱領域に沿って直線または曲線配置されることを特徴とする請求項１２に記載の近赤外線集光加熱装置。
14. 素材の成形部を、請求項１０乃至１３の何れか１項に記載の近赤外線集光加熱装置の集光領域位置に移送する段階と、
    前記素材の成形部を、前記近赤外線集光加熱装置を用いて設定温度まで局部加熱する段階と、
    局部加熱された素材をプレスに供給して前記素材の成形部を一定の形状に成形する段階と、
    を含むことを特徴とする近赤外線集光加熱装置を用いたパネル成形方法。

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