JP7305908B2 - 支持用ビーム - Google Patents

Description

本発明は、被加熱物を熱処理するときに、その上部に被加熱物を載置する支持用ビームに関する。

従来、被加熱物を熱処理するときには、加熱炉が用いられている。そして、被加熱物は、支持用ビーム上に載置された状態で、加熱炉内に配置され、熱処理（加熱）される。具体的には、鋼板等の鉄系金属の板材を熱処理する場合、高温の状態の板材（被加熱物）を支持用ビームの上に載置し、この状態で熱処理している。

従来の支持用ビームは、棒状（中実の柱状）あるいはパイプ状（中空の柱状）を有しており、高温下でその上面に鉄系金属の板材を載置する。例えば、複数本の支持用ビームに板材を載置し、支持する。板材の支持用ビームと接触する部分は、支持用ビームに加えられた熱が伝わることにより接触しない部分と比べて温度が高くなる。

この結果、熱処理後（加熱後）の板材は、支持用ビームと接触する部分が、他の部分よりも加熱されて、温度分布が不均一になることに起因する色ムラが発生していた。また、場合によっては、支持用ビームと焼き付きを生じるという問題があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、熱処理後の被加熱物に部分的な加熱ムラが生じることを抑えられる支持用ビームを提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の支持用ビームは、加熱炉内に配され、その上面に被加熱物が載置する支持用ビームであって、セラミックスよりなる上面が平面をなしている棒状のビーム本体部と、ビーム本体部の上面に設けられた、セラミックスよりなる上方に凸形状をなし、その先端で被加熱物と点接触する凸部と、凸部をビーム本体部に接合するセラミックス接合材よりなる接合材部と、を有し、ビーム本体部は、上面から厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、凸部は、ビーム本体部の上面よりも突出するとともに貫通孔の開口部より大径に形成されるとともにその下面が平面に形成された本体部と、本体部の下面より下方にのびて形成され貫通孔に挿入される脚部と、を有し、脚部が貫通孔に挿入した状態でありかつ本体部の下面が該ビーム本体部の上面に密着した状態でセラミックス接合材で接合されていることを特徴とする。

本発明の支持用ビームは、支持用ビームの上面に被加熱物が載置されるものであり、被加熱物は凸部の上に載置される。つまり、支持用ビームと被加熱物とが凸部で接触し、支持用ビームとの接触面積が減少する。この結果、本発明の支持用ビームは、被加熱物に加熱ムラが生じにくくなり、その結果として被加熱物の色ムラの発生が抑えられる。

実施形態１の支持用ビームを示す斜視図である。 実施形態１の支持用ビームを示す側面図である。 実施形態１の支持用ビームを示す上面図である。 実施形態１の支持用ビームを示す正面図である。 図２中のＶ－Ｖ線での矢視断面図である。 実施形態１の変形形態の支持ビームの部分拡大断面図である。 実施形態１の変形形態の支持ビームの部分拡大断面図である。 実施形態２の支持用ビームを示す上面図である。 実施形態３の支持用ビームを示す上面図である。

以下、実施の形態を用いて、本発明の支持用ビームを具体的に説明する。
［実施形態１］
本形態の支持用ビーム１は、図１に斜視図で、図２に側面図で、図３に上面図で、図４に正面図で、図５に断面図で、それぞれ示した。図５は、図２中のＶ－Ｖ線での断面図である。
本形態の支持用ビーム１は、加熱炉内に配され、その上面に被加熱物が載置される。そして、本形態の支持用ビーム１は、ビーム本体部２、凸部３、接合材部４を有する。

ビーム本体部２は、棒状を有する。ここで、棒状とは、長尺状に伸びる形状（軸方向に沿って延びる形状）を示す。ビーム本体部２は、棒状であれば限定されず、中実状であっても、中空の筒状であってもいずれでもよい。軽量化や熱容量を小さくできることから、中空であることが好ましい。中空とは、部分的に肉抜きした形態であっても、内部が中空の筒状であっても、いずれでもよい。ビーム本体部２は、筒状であることが好ましい。

ビーム本体部２が筒状である場合、その断面形状についても限定されない。すなわち、円筒形状、角筒形状のいずれでもよい。好ましくは、角筒形状である。角筒形状についても、断面形状が三角形状、四角形状（正方形状、長方形状）、五角形以上の多角形状のいずれでもよい。本形態では、四角形状の断面形状である。
ビーム本体部２が筒状である場合、肉厚の厚さは限定されない。ビーム本体部２を形成する材料により適宜決定できる。多角形状をなしている場合の各辺において均一な厚さであることが好ましい。

ビーム本体部２は、図５に示した本形態のように、上面２ａが平面をなしていることが好ましい。ビーム本体部２の上面２ａが平面をなすことで、凸部３を簡単に形成することができる。すなわち、接合材部４にて凸部３を簡単に接合できる。さらに、凸部３の突出高さ（凸部３の先端部の上面２ａからの高さ）を調節することが容易となる。

ビーム本体部２を形成する材料は、使用温度（加熱炉の加熱温度）に耐えられるものであれば、具体的な材料が限定されない。すなわち、ビーム本体部２が所定の熱間強度を有する材料であれば限定されない。例えば、ステンレス鋼等の耐熱性金属や、セラミックスを選択することができる。セラミックスとしては、高い耐熱性，高熱伝導性，熱間でのクリープ変形のしにくさ等の特性により、ＳｉＣ系のセラミックスが好ましい。

凸部３は、ビーム本体部２の上面２ａに設けられる。凸部３は、上方に凸形状をなしている。
凸部３は、ビーム本体部２の上面２ａに設けられることで、本形態の支持用ビーム１に被加熱物が載置されたときに、凸部３の先端部（上端）と当接する。凸部３の端部（上端）の端面が被加熱物と当接することで、被加熱物と支持用ビーム１との当接面積を小さくすることができる。

凸部３は、その具体的な形状が限定されないが、被加熱物と当接する部分（当接面積）を小さくできる形状であることが好ましい。凸部３は、ビーム本体部２から離反するにつれて縮径する形状であることが好ましい。すなわち、突出方向で先細となる突出形状をなすことが好ましい。先細の突出形状とは、円錐形状や角錐形状等の錐形状、上面が湾曲面を形成する半球状等の山状に盛り上がった形状を例示できる。本形態では、図２に示すように、凸となっている部分の先端が湾曲した半球状である。さらに、凸部３は、被載置物を載置したときに、被載置物の下面に凸部３の表面の全面が当接しない形状であり、凸部３の表面の全面が被加熱物の下面と一致しない形状である。
凸部３は、被加熱物を載置したときの衝撃で割れ等の損傷を生じない材料であれば、その材料が限定されない。たとえば、ステンレス鋼等の耐熱性金属や、アルミナ系，ジルコニア系等のセラミックスを選択することができる。好ましくは、アルミナセラミックスである。

本形態の支持用ビーム１において、凸部３は、図１に示すように、ビーム本体部２の上面２ａに、ビーム本体部２の軸方向に沿って所定の間隔で一列に配列した状態で設けられる。隣接する二つの凸部３の間隔（ビーム本体部２の軸方向での間隔）についても、限定されない。複数の凸部３の間隔のそれぞれは、同じ間隔であっても、異なる間隔であっても、いずれでもよい。被加熱物を支持できる間隔から、適宜決定できる。

接合材部４は、凸部３をビーム本体部２に接合する部材である。接合材部４は、凸部３をビーム本体部２に接合することができる部材よりなれば限定されない。また、接合材部４は、凸部３とビーム本体部２とを一体に接合することができるものであれば、支持用ビーム１を形成したときに、拡散して見かけ上消失していてもよい。

接合材部４は、凸部３をビーム本体部２に接合することができる材料よりなればよく、その材料が限定されない。たとえば、金属をろう付けするろう材や、セラミックス同士を接合するセラミックス接合材を選択することができる。好ましくは、セラミックス接合材である。

（本形態の製造方法）
本形態の支持用ビーム１は、その製造方法が限定されるものではない。たとえば、以下の様に製造することができる。
まず、断面四角形状の筒状のビーム本体部２を製造する。ビーム本体部２の製造は、たとえば、炭化ケイ素の原料粉末を所定形状に成形し、焼成することで製造することができる。
同様に、凸部３となる部材をセラミックスにて製造する。すなわち、半球形状のセラミックス製の部材を製造する。この部材は、アルミナ粉末を所定の半球形状に成形し、焼成することで製造することができる。
そして、上面２ａとなる面の所定の部位に、セラミックス接合材を塗布し、凸部３となる部材を接合材に押しつけて固定する。
この状態で、セラミックス接合材が接合する温度以上に加熱して接合材をビーム本体部２に凸部３を一体に接合する。
以上の製造方法により、本形態の支持用ビーム１は製造できる。

（本形態の作用効果)
本形態の支持用ビーム１は、加熱炉内に配され、その上面に被加熱物が載置する支持用ビーム１であって、棒状のビーム本体部２と、ビーム本体部２の上面２ａに設けられた、上方に凸形状をなす凸部３と、凸部３をビーム本体部２に接合する接合材部４と、を有する構成となっている。

本形態の支持用ビーム１は、この構成によると、被加熱物を載置したときに、被加熱物が凸部３の端部（上端）と当接する。このとき、凸部３と被加熱物とは、凸部３の上端の端面（あるいは頂点）で当接する。従来の棒状の支持用ビームと比較して、本形態の支持用ビーム１は、被加熱物と支持用ビーム１との当接面積を小さくすることができる。この結果、被加熱物を載置して熱処理しても、凸部３と当接することに起因する被加熱物の部分的な加熱ムラが発生することが抑えられる。このように、本形態の支持用ビーム１は、被加熱物を載置して加熱したときに、加熱ムラを抑えながら加熱することができる。すなわち、被加熱物に、加熱ムラに起因する不具合の発生が抑えられる。

ビーム本体部２は、上面２ａが平面をなしていることが好ましい。ビーム本体部２の上面２ａが平面をなしていることで、凸部３となる部材を接合材で接合するだけで製造できるため、凸部３を簡単に形成することができる。さらに、凸部３となる部材を変更することで、凸部３の突出高さ（凸部３の先端部の上面２ａからの高さ）を調節することが容易となる。すなわち、複数の凸部３に被加熱物を載置したとき、凸部３と被加熱物が複数箇所で当接する当接箇所を水平に調節することが容易にできる。つまり、被加熱物を水平に保持できる。
ビーム本体部２は、全体として四角筒状をなしていることが好ましい。この構成を有することで、凸部３を簡単に形成することができる。すなわち、接合材部４にて凸部３を簡単に接合できる。

凸部３は、半球形状をなしていることが好ましい。凸部３が半球状をなしていることで、本形態の支持用ビーム１（の凸部３の先端）が被加熱物の下面と当接する接触部が、点接触となる。この結果、当接面積をより小さくすることができる。具体的には、被加熱物が板材等の場合には、被加熱物の下面は平面となり、凸部３の先端と点接触となり、当接面積を可能な限り小さくすることができる。

［実施形態１の変形形態］
上記の形態では、凸部３が半球形状のセラミックス製の部材により形成されているが、この形態に限定されない。凸部３は、ビーム本体部２の上面２ａから上方に凸形状をなしていればよく、その一部がビーム本体部２の上面２ａより下方に位置する構成であってもよい。
すなわち、ビーム本体部２の上面２ａに、下方側にくぼんだ凹部２１を形成しておき、凸部３となる部材を、凹部２１に挿入する構成としてもよい。

例えば、図６に示す構成としてもよい。この構成では、ビーム本体部２は、その上面２ａに断面略Ｖ字状の円錐状にくぼんだ凹部２１が形成されている。凹部２１は、ビーム本体部２の上面２ａを形成する板状の部分を貫通しない。そして、凸部３となる部材は、凹部２１の開口部より大径の球形状を有する。本構成では、凸部３となる球形状の部材は、凹部２１に挿入したときに、凹部２１の内周面に当接し、凹部２１内での位置が保持される。この状態では、凸部３となる部材のうち相対的に上方に位置している部分が、上面２ａから上方に突出する。
本構成では、上面２ａの凹部２１にセラミックス接合材を充填し、凸部３となる部材（球形状の部材）を挿入して固定する。この構成によると、凸部３の位置決めを簡単に行うことができる。また、凸部３となる部材と凹部２１の内表面とが広い面積で接合するため、強固に接合できる。すなわち、ビーム本体部２から凸部３が外れにくくなる。

また、図７に示す構成としてもよい。この構成では、ビーム本体部２は、その上面２ａを形成する平板状の部分に、当該平板状の部分を貫通する貫通孔２２が形成されている。本形態の貫通孔２２は、孔径が変化しないが、上面２ａから下方に進むにつれて縮径するように孔径が変化してもよい。そして、凸部３となる部材は、凹部２１の開口部より大径の略半球状の本体部３１と、本体部３１の平面をなす下面から下方に突出する脚部３２と、を有する。本構成では、凸部３となる部材は、貫通孔２２に脚部３２を挿入したときに、本体部３１が上面２ａから上方に突出する。本形態の脚部３２は、下方に伸びる略円錐台形状をなしているが、角錐分形状や円錐分形状、角錐形状、円錐形状の下方側が縮径する形状であっても、円柱や多角柱形状のように径が変化しない柱状を有していてもよい。さらに、脚部３２の下方側への突出量についても、本形態では貫通孔２２を貫通していないが、貫通孔２２を貫通して形成してもよい。
本構成では、ビーム本体部２の貫通孔２２にセラミックス接合材を充填し、凸部３となる部材の脚部３２を挿入して固定する。この構成によると、図６に示した構成と同様に、凸部３の位置決めを簡単に行うことができる。また、凸部３となる部材と貫通孔２２の内周面とが広い面積で接合するため、強固に接合できる。すなわち、ビーム本体部２から凸部３が外れにくくなる。

［実施形態２］
本形態は、凸部３が配列する構成が異なること以外は、実施形態１と同様な支持用ビーム１である。本形態の支持用ビーム１の上面図を、図８に示す。

本形態では、図８に示すように、凸部３がビーム本体部２の上面２ａにおいて、ビーム本体部２の軸方向に沿って所定の間隔で二列に配列した状態で設けられている。二列に並んだ凸部３のそれぞれは、ビーム本体部２の軸方向での位置が同じ位置となるように幅方向で並んで配置されている。なお、幅方向は、軸方向に垂直な方向であり、図８での上下方向を示す。
本形態においても、実施形態１と同様な効果を発揮する。
なお、ビーム本体部２の軸方向に沿って凸部３が並んだ列の数についても、三列以上の複数列としてもよい。この場合でも、本形態と同様な効果を発揮する。

［実施形態３］
本形態は、凸部３が配列する構成が異なること以外は、実施形態２と同様な支持用ビーム１である。本形態の支持用ビーム１の上面図を、図９に示す。

本形態では、図９に示すように、凸部３がビーム本体部２の上面２ａにおいて、ビーム本体部２の軸方向に沿って所定の間隔で二列に配列した状態で設けられている。二列に並んだ、凸部３は、ビーム本体部２の軸方向での位置が異なる位置となるように配置されている。本形態では、所定の間隔で軸方向に沿って一列に並んだ凸部３は、その軸方向での位置が、別の列の凸部３の間隔の略中央に位置している。しかし、この形態に限定されない。
本形態においても、実施形態１と同様な効果を発揮する。

１：支持用ビーム
２：ビーム本体部
３：凸部
４：接合材部

Claims (3)

1. 加熱炉内に配され、その上面に被加熱物が載置する支持用ビームであって、
   セラミックスよりなる上面が平面をなしている棒状のビーム本体部と、
   該ビーム本体部の該上面に設けられた、セラミックスよりなる上方に凸形状をなし、その先端で該被加熱物と点接触する凸部と、
   該凸部を該ビーム本体部に接合するセラミックス接合材よりなる接合材部と、
   を有し、
   該ビーム本体部は、該上面から厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、
   該凸部は、該ビーム本体部の該上面よりも突出するとともに該貫通孔の開口部より大径に形成されるとともにその下面が平面に形成された本体部と、該本体部の該下面より下方にのびて形成され該貫通孔に挿入される脚部と、を有し、該脚部が該貫通孔に挿入した状態でありかつ該本体部の該下面が該ビーム本体部の該上面に密着した状態で該セラミックス接合材で接合されていることを特徴とする支持用ビーム。
2. 前記ビーム本体部は、全体として四角筒状をなしている請求項１記載の支持用ビーム。
3. 前記凸部は、半球形状をなしている請求項１～２のいずれか１項に記載の支持用ビーム。

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