WO2017065254A1 - 加熱炉へのワーク搬出入装置 - Google Patents

加熱炉へのワーク搬出入装置 Download PDF

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健治 櫛田
信是 川原
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豊田鉄工株式会社
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    • F27D2003/0046—Means for moving, conveying, transporting the charge in the furnace or in the charging facilities comprising one or more movable arms, e.g. forks

Definitions

  • the present invention relates to a work carry-in / out device for a heating furnace.
  • the present invention relates to a fork that is provided at a distal end portion of an operation link mechanism of a robot and that carries a workpiece into and out of a heating furnace.
  • Automobile body components such as pillar parts, are generally made of steel plates and are formed by press molding. Since press molding is performed hot, the material of the molded part (hereinafter referred to as a workpiece) is heated and heated by a heating furnace prior to press molding. Robots are used to carry workpieces into and out of the heating furnace. Specifically, the loading / unloading of the workpiece into / from the heating furnace by the robot is performed by placing the workpiece on the upper surface of a fork (also referred to as a claw) provided at the tip of the operation link mechanism of the robot.
  • the fork is formed by arranging a plurality of long fork forming members in parallel.
  • the fork forming member is usually pipe-shaped and has a quadrangular cross section perpendicular to the longitudinal direction.
  • the heating furnace is usually a multistage heating furnace from the viewpoint of production efficiency.
  • the work is carried into and out of the heating furnace under robot control by a fork.
  • the heating furnace is set to a high temperature (about 900 ° C.) in order to heat the workpiece to a predetermined temperature.
  • a predetermined temperature about 900 ° C.
  • the fork when the work is carried into and out of the heating furnace, the fork is also exposed to the high temperature of the heating furnace and heated.
  • the upper surface on which the work of the fork is placed is also affected by the high temperature of the work heated to a high temperature.
  • the high temperature effect of the work on the fork at the time of unloading is received until the work is transferred to the next press forming process.
  • the fork since the fork is configured by arranging the fork forming members in parallel, specifically, the individual fork forming members are affected as a whole by the influence of the high temperature of the heating furnace and the workpiece. Is.
  • the upper surface (work placement surface) on which the workpiece is placed is more susceptible to high temperatures than the lower surface facing the upper surface (work placement surface), and a temperature difference occurs between the upper and lower surfaces.
  • the fork forming member is entirely formed of the same material, the upper and lower surfaces have different thermal expansion, and the upper surface having a higher temperature expands more than the lower surface. Then, the fork forming member hangs downward and deforms when viewed in the longitudinal direction. This phenomenon is performed for all the fork forming members constituting the fork. As a result, the fork as a whole also hangs down and deforms. That is, the fork tip is in a position state that hangs down from a preset position state.
  • the height position when inserting the fork into each stage of the heating furnace is normally set in the normal shape state of the fork. For this reason, when the fork hangs down due to thermal deformation as described above, when the fork enters the heating furnace in order to load and unload the workpiece, the heating furnace and the fork are damaged by contact with the entrance of the heating furnace. Sometimes.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-77567 proposes a method of flowing cooling water into a work conveying rod.
  • this method it is necessary to treat the work conveying rod (fork forming member) by taking cooling water from the outside. For this reason, there is an inconvenience that the configuration is inevitably complicated, and it is desired to solve the problem with the configuration of the fork forming member without cooperation with the outside.
  • a workpiece carry-in / out device as one aspect of the present invention includes a heating furnace that heats a workpiece and a robot that carries the workpiece into and out of the heating furnace.
  • the tip of the operation link mechanism of the robot is provided with a fork configured in a state where a plurality of long fork forming members are arranged in parallel.
  • the fork forming member constituting the fork has a quadrangular cross section orthogonal to the longitudinal direction, and the longitudinal direction of the work placing surface on which the work is placed and the opposite surface of the work placing surface in the quadrangle.
  • Thermal expansion equalizing means for equalizing thermal expansion is provided as the configuration of the fork forming member itself. As a result, the work is placed on the upper surface of the fork, and the work is carried into and out of the heating furnace.
  • the work placing surface of the fork forming member Thermal expansion of the mounting surface with the opposite surface is performed equally. For this reason, it is possible to prevent or suppress the downward hanging of the long fork forming member. As a result, the entire fork composed of the fork forming members can be prevented or suppressed from dropping, and the fork will not be damaged by coming into contact with the heating furnace when entering the heating furnace.
  • the configuration itself is simplified as compared with the conventional case (for example, the above-mentioned JP-A-2014-77567) using external components such as cooling water. Can be.
  • the thermal expansion equalization means has a configuration in which a heat insulating material is disposed at least on a work placement surface of the work placement surface of the fork forming member.
  • the thermal expansion equalizing means is achieved by a heat insulating material disposed on the workpiece placement surface. This heat insulating material suppresses the work placement surface from being affected by the heating atmosphere temperature of the heating furnace and the high temperature of the heated work.
  • the temperature of the work placement surface and the facing surface are substantially the same. Temperature state is assumed. As a result, thermal expansion of the workpiece placement surface and the opposite surface is equally performed, and the fork forming member and thus the entire fork can be prevented or suppressed from sagging.
  • the heat insulating material disposed on the workpiece mounting surface is a ceramic heat insulating paint.
  • the thermal expansion equalizing means can be easily configured by applying the ceramic heat insulating paint on the work placement surface. In some embodiments, equal thermal expansion between the workpiece placement surface and the facing surface is performed with high accuracy.
  • the thermal expansion equalizing means comprises the fork forming member as a separate member obtained by dividing the workpiece placement surface and the opposite surface of the workpiece placement surface, and the divided separate member is thermally expanded. It is preferable that the members have different coefficients.
  • the thermal expansion equalizing means is achieved by making the thermal expansion coefficients of the divided different members different from each other. As a result, the coefficient of thermal expansion of the member that forms the workpiece placement surface and the member that forms the facing surface of the workpiece placement surface can be made different. By selecting a member having a thermal expansion coefficient, the thermal expansion extending in the longitudinal direction can be made substantially equal. Therefore, the thermal expansion of the workpiece placement surface and the facing surface can be performed substantially equally, and the fork forming member and thus the fork can be prevented from drooping.
  • the thermal expansion coefficient of the divided separate member is larger for the facing member than for the workpiece placement surface member.
  • the fork forming member is usually higher than the temperature on the facing side because the workpiece on which the temperature on the workpiece placing surface side is heated may be placed. Therefore, the thermal expansion coefficient can be suitably made equal by increasing the size of the facing member having a low temperature.
  • the fork forming member is preferably formed in a hollow pipe shape.
  • the hollow pipe shape is used for general purposes, and its manufacture is easy, and it can be easily obtained (procured) and is inexpensive.
  • the fork formation member itself prevents the fork from sagging by substantially equalizing the thermal expansion of the workpiece placement surface and the opposite surface of the workpiece placement surface. be able to.
  • FIG. 1 shows a workpiece processing process as one embodiment.
  • Workpiece processing steps include workpiece shearing step (A), workpiece loading step (B) into heating furnace, workpiece heating step (C) with heating furnace, workpiece unloading step (D) from heating furnace, workpiece The press forming process (E).
  • the equipment of each process is shown as an image, and the size of the equipment and the dimensional relationship of the equipment are not accurately shown.
  • the workpiece can be a part constituting an automobile body such as a pillar part.
  • the pillar part as the workpiece W is first cut from the coil material 12 into a plate material of a predetermined size by the shearing machine 10 in the shearing step (A).
  • the cut workpiece W is carried into the heating furnace 20 through the carrying-in process (B) to the heating furnace.
  • the heating furnace 20 can be a multi-stage heating furnace. Therefore, the work W can be carried into all of the multistage stages. Note that the number of stages of the heating furnace 20 may be set as appropriate according to the number of products produced.
  • the carrying-in process (B) to the heating furnace is performed by the carrying-in robot 14A.
  • a fork (also referred to as a claw) 18A for loading is provided at the tip of the loading operation link mechanism 16A of the loading robot 14A.
  • the workpiece W cut in the shearing step (A) is placed on the carry-in fork 18A and carried into the heating furnace 20.
  • the work W loaded on the loading fork 18A is placed on a predetermined shelf in each stage in the heating furnace, and only the loading fork 18A is unloaded.
  • the operation associated with the loading of the workpiece W of the loading fork 18A is performed by a control operation of the loading robot 14A.
  • the workpiece W placed in each stage of the heating furnace 20 is heated to a temperature suitable for forming in the subsequent press forming step (E) (usually about 900 ° C.).
  • the heated workpiece W is unloaded from the heating furnace 20 in the unloading step (D) from the heating furnace 20.
  • the unloading process (D) from the heating furnace is performed by the unloading robot 14B.
  • This unloading robot 14B has the same configuration as the aforementioned loading robot 14A. Therefore, in the following description, when both the carrying-in robot 14A and the carrying-out robot 14B are described generically, they will be described with reference numerals with “A” and “B” at the end of the reference numerals omitted. The same applies to the reference numerals of related configurations.
  • an unloading fork 18B is provided at the tip of the unloading operation link mechanism 16B of the unloading robot 14B, and the workpiece W heated in the heating furnace 20 is unloaded by the unloading fork 18B. .
  • the unloading fork 18B is inserted into the heating furnace 20 from the unloading outlet of the heating furnace 20, and the heated workpiece W placed on the shelf of each stage is placed on the unloading fork 18B. Then, it is carried out of the heating furnace 20.
  • work W of the fork 18B for carrying out is performed by control operation of the robot 14B for carrying out.
  • the workpiece W taken out from the heating furnace 20 in the unloading process (D) from the heating furnace is sent to the press molding process (E) and molded by the press machine 22.
  • the press machine 22 generally includes an upper mold 24 and a lower mold 26 that are mold surfaces of a final product shape, and the upper mold 24 and the lower mold 26 are used to form a product shape having a predetermined shape. If necessary, after the workpiece W is press-molded, a cutting process for cutting the excess meat may be performed to obtain a final product shape.
  • FIG. 2 shows a detailed configuration of the heating furnace 20 as one embodiment used in the heating step (C) by the heating furnace described above.
  • the heating furnace 20 can be a multi-stage heating furnace.
  • a shelf 36 for placing the work W is installed at each level.
  • Heating sources 38 such as electric heaters are installed at the upper and lower portions of the shelf 36, and the work W (not shown in FIG. 2) placed on the shelf 36 is heated with the inside of the heating furnace 20 being in a high-temperature atmosphere state.
  • the ambient temperature in the furnace can be about 900 ° C.
  • the shelves 36 on which the workpieces W are placed are arranged in parallel at intervals so that a fork forming member 30 of the fork 18 to be described later can be inserted at the time of loading / unloading.
  • FIG. 3 and 4 show the configuration of the fork 18 as one embodiment.
  • 3 shows a side view
  • FIG. 4 shows a plan view.
  • the fork 18 is configured by arranging a plurality of single fork forming members 30 in parallel.
  • the plurality of fork forming members 30 are integrally connected by a connecting member 28 at the left end as viewed in FIGS. This connected end is connected to the tip of the operation link mechanism 16 of the robot 14. Thereby, the fork 18 can be controlled by the robot.
  • the single fork forming member 30 constituting the fork 18 has a long shape and is configured to be cantilevered with one end supported and the other end open. For this reason, the fork forming member 30 may warp downward in the longitudinal direction and sag downward as shown by the phantom line in FIG. 3 due to the high temperature thermal influence in the heating furnace 20.
  • the present inventors thought that this was due to the following reason. That is, the fork forming member 30 is usually a quadrangle having a hollow cross section perpendicular to the longitudinal direction.
  • the work placing surface 32 on the upper surface of the quadrangle on which the work W is placed is affected by the temperature of the heated work W in addition to the atmospheric temperature of the heating furnace 20, and the work placing surface 32 and the lower surface 34 facing each other. The temperature becomes higher. According to the measurement results, there was a temperature difference of about 30 ° C. Accordingly, it was considered that the upper surface of the workpiece placement surface 32 thermally expands from the lower surface 34 and warps.
  • the present inventors have determined that the upper and lower surfaces 32, even when the thermal effects on the upper and lower surfaces of the fork forming member 30 constituting the fork 18, that is, the workpiece mounting surface 32 and the lower surface 34 facing the workpiece are different. It has been noted that if a means for equalizing the thermal expansion of 34 (thermal expansion equalizing means) is applied, no warp occurs. As a measure for that, first, a method was considered in which the temperature states of the upper and lower surfaces 32, 34 of the fork forming member 30 are made the same to make the thermal expansion equal. Next, even when the temperature states of the upper and lower surfaces 32 and 34 are different, a method of making the thermal expansion of the upper and lower surfaces 32 and 34 equal by using members having different thermal expansion coefficients was considered.
  • FIG. 5 shows one embodiment of thermal expansion equalization means.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction of a single fork forming member 30 is a hollow quadrangle, and the ceramic heat insulating paint 40 is applied to the workpiece mounting surface 32 on the upper surface.
  • the ceramic thermal insulating coating 40 may be a thermal insulating coating developed by NASA as one specific example. Thereby, even when the workpiece W is placed on the workpiece placement surface 32 on the upper surface, the workpiece is thermally insulated by the ceramic heat insulating coating 40 and is brought into substantially the same temperature state as the lower surface 34, so that the thermal expansion can be made equal.
  • the heat insulating material applied to the workpiece mounting surface 32 is not limited to the ceramic heat insulating paint, and any appropriate heat insulating material can be used as long as it can block or suppress the heat transfer from the workpiece.
  • work mounting surface 32 instead of apply
  • work W is mounted as another Example. You may apply
  • the fork forming member 30 may have a solid shape as another embodiment instead of a hollow pipe shape. However, a hollow shape is preferable from the viewpoint of controlling the influence of temperature.
  • FIG. 6 shows another embodiment of the thermal expansion equalizing means.
  • the cross-sectional shape of the fork forming member 30 can be a hollow quadrangle as in the above-described embodiment.
  • the upper member 42 and the lower surface 34 that constitute the upper work placing surface 32 are provided.
  • the lower member 44 is divided and formed as a separate member, and both the members 42 and 44 are joined by welding 50 to be integrated.
  • the upper member 42 and the lower member 44 are members having different thermal expansion coefficients, and in this embodiment, the lower member 44 is a member having a larger thermal expansion coefficient than the upper member 42.
  • the upper member 42 is SUS310S
  • the lower member 44 is AH-4 (product name of Nippon Steel & Sumikin).
  • FIG. 7 is a graph showing the high-temperature physical properties of a material assumed to be applied as the above-mentioned member to be divided and formed, and shows the change of the thermal expansion coefficient with respect to temperature.
  • SUS310S is based on materials from the Stainless Steel Association and Nippon Steel & Sumikin.
  • Inconel 600 (registered trademark) and Incoloy 800HT (registered trademark) are based on materials from Nippon Yakin Kogyo.
  • AH-4 is based on materials from Nippon Steel & Sumikin.
  • the upper member 42 has a smaller thermal expansion coefficient than the lower member 44 even if the temperature state of the upper workpiece mounting surface 32 is higher than the lower surface 34. Is used, the thermal expansion in the longitudinal direction of the upper member 42 and the lower member 44 can be made equal. As a result, sagging of the fork 18 can be prevented or suppressed, and when the fork 18 enters the heating furnace 20, the heating furnace 20 is not damaged due to contact with the heating furnace 20.
  • thermal expansion equalization means of any of the embodiments described above with reference to FIGS. 5 and 6 is not performed in cooperation with the outside, such as taking in cooling water from the outside as in the prior art. Can be simplified.

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Abstract

加熱炉へのワーク搬出入装置は、ワークを加熱する加熱炉と、該加熱炉に前記ワークを搬出入するロボットとを備えている。前記ロボットの操作リンク機構の先端部には長尺形状のフォーク形成部材を複数本並行に配列された状態として構成されるフォークを備えている。フォーク形成部材（３０）は、長手方向に直交する断面が四角形とされており、該四角形におけるワークを載置するワーク載置面（３２）にセラミック断熱塗料（４０）が塗布されており、フォーク形成部材（３０）の上下面（３２，３４）の熱膨張が等しく行われるようになっている。

Description

加熱炉へのワーク搬出入装置
　本発明は、加熱炉へのワーク搬出入装置に関する。特に、ロボットの操作リンク機構の先端部に備えられ、ワークを加熱炉へ搬出入するためのフォークに関する。
　自動車車体の構成部品、例えば、ピラー部品は一般に鋼板製とされており、プレス成形により成形される。プレス成形は熱間で行われるため、成形部品の素材（以下、ワークと称する）はプレス成形に先立って、加熱炉により加熱されて温められる。加熱炉にワークを搬入したり、加熱炉からワークを搬出するのは、ロボット操作により行われる。具体的には、ロボットによるワークの加熱炉への搬出入は、ロボットの操作リンク機構の先端部に装備されるフォーク（爪とも称される）の上面にワークが載置されて行われる。なお、フォークは、長尺形状のフォーク形成部材が、複数本並行に配列されて構成されている。フォーク形成部材は、通常、パイプ形状で、長手方向に直交する断面が四角形とされている。
　加熱炉は、通常、生産効率の観点から多段式加熱炉が用いられている。その加熱炉には、ワークはフォークによりロボット制御されて搬出入される。なお、加熱炉はワークを所定温度に加熱するため高温（約９００℃）とされている。加熱炉によりワークを所定温度に加熱したら、次工程のプレス成形工程に送られて、製品形状にプレス成形される。
　上述において、加熱炉へのワークの搬出入時には、フォークも加熱炉の高温に晒されることになり加熱される。特に、加熱炉により加熱されたワークをフォークにより搬出する際には、フォークのワークを載置する上面には高温に加熱されたワークの高温度影響をも受けることになる。なお、搬出時におけるフォークへのワークの高温度影響は次工程のプレス成形工程にワークを渡すまで受ける。なお、フォークはフォーク形成部材が並行に配列されて構成されていることから、具体的には、個々のフォーク形成部材が加熱炉及びワークの高温度影響を受けることにより、フォーク全体として影響を受けるものである。
　したがって、フォーク形成部材は、ワークを載置する上面（ワーク載置面）は、上面（ワーク載置面）と対面となる下面より高温の影響を受けやすく、上下面で温度差を生じる。このため、フォーク形成部材は全体が同じ材質で形成されている場合には、上下面で熱膨張が異なり、温度の高い上面の方が下面より熱膨張する。すると、フォーク形成部材は長手方向で見て下方に垂れ下がり変形する。この現象は、フォークを構成するフォーク形成部材全てについて行われる。その結果、フォーク全体としても下方に垂れ下がり変形する。すなわち、フォークの先端部が予め設定された位置状態より垂れ下がった位置状態となる。
　加熱炉の各段へのフォークを挿入する際の高さ位置は、通常、フォークの正規の形状状態で設定されている。このため、フォークが前述のように熱変形により垂れ下がり変形を生じると、ワークを搬出入するためにフォークを加熱炉に侵入させるとき、加熱炉の出入口に接触して、加熱炉及びフォークを破損させることがある。
　上記の問題解決のため、特開２０１４－７７５６７号公報ではワーク搬送棒の中に冷却水を流す方法が提案されている。しかし、この方法による場合には、ワーク搬送棒（フォーク形成部材）に冷却水を外部から取り入れて処理する必要がある。そのため構成がどうしても複雑になるという不都合があり、外部と連携することなく、フォーク形成部材の構成自体で解決を図ることが望まれている。
　したがって、フォーク形成部材の構成自体でワーク載置面と該ワーク載置面の対面との熱膨張を略等しくすることにより、フォークの垂れ下がりを防止ないし抑制する必要がある。
　本発明のひとつの態様としての加熱炉へのワーク搬出入装置は、ワークを加熱する加熱炉と、該加熱炉に前記ワークを搬出入するロボットとを備える。前記ロボットの操作リンク機構の先端部には長尺形状のフォーク形成部材を複数本並行に配列された状態として構成されるフォークを備える。そして、前記フォークを構成するフォーク形成部材は、長手方向に直交する断面が四角形とされており、該四角形におけるワークを載置するワーク載置面と該ワーク載置面の対面との長手方向の熱膨張を等しくする熱膨張均等手段が当該フォーク形成部材の構成自体として備えている。これにより、該フォークの上面にワークを載置してワークを加熱炉に搬出入する。
　これにより実施形態によっては、フォーク形成部材が加熱炉による加熱の影響を受けたり、ワーク載置面が加熱されたワークの熱的影響を受けたりしても、フォーク形成部材のワーク載置面と該載置面の対面との熱膨張は等しく行われる。このため、長尺形状のフォーク形成部材の下方への垂れ下がりを防止ないし抑制することができる。その結果、フォーク形成部材で構成されるフォーク全体としても垂れ下りを防止ないし抑制することができ、フォークの加熱炉への侵入時に加熱炉に接触して破損したりすることがない。
　また、上記の構造により、実施形態によっては、従来（例えば上掲特開２０１４－７７５６７号公報）のように、冷却水等の外部の構成要素を用いて行うのと比べて、構成自体を簡素なものとすることができる。
　ひとつの実施形態として、前記熱膨張均等手段は、前記フォーク形成部材のワーク載置面の少なくともワークを載置する箇所に断熱材を配設した構成であるのが好ましい。この実施形態では、熱膨張均等手段はワーク載置面に配設される断熱材で達成される。この断熱材によりワーク載置面が加熱炉の加熱雰囲気温度及び加熱されたワークの高温度の影響を受けることが抑制されて、実施形態によってはワーク載置面とその対面との温度が略同じ温度状態とされる。これによりワーク載置面とその対面との熱膨張も等しく行われることになり、フォーク形成部材ひいてはフォーク全体の垂れ下りを防止ないし抑制することができる。
　別の実施形態として、前記ワーク載置面に配設する断熱材はセラミック断熱塗料であるのが好ましい。断熱材をセラミック断熱塗料とすることにより、ワーク載置面にセラミック断熱塗料を塗布することにより容易に熱膨張均等手段を構成することができる。そして、実施例によってはワーク載置面とその対面との等しい熱膨張が精度良く行われる。
　また別の実施形態として、前記熱膨張均等手段は、前記フォーク形成部材を前記ワーク載置面と該ワーク載置面の対面とを分割した別部材で構成し、該分割した別部材を熱膨張係数の異なる部材とした構成であるのが好ましい。この実施形態では、熱膨張均等手段は分割した別部材の熱膨張係数を異なる部材とすることにより達成される。これによりワーク載置面を形成する部材と該ワーク載置面の対面を形成する部材の熱膨張係数を異ならせることができ、該両面の加熱される温度が異なる場合でも、その温度に対応させた熱膨張係数の部材を選定して、長手方向へ伸びる熱膨張をほぼ等しくすることができる。したがって、ワーク載置面とその対面との熱膨張もほぼ等しく行うことができ、フォーク形成部材ひいてはフォーク全体の垂れ下りを防止ないし抑制することができる。
　さらに別の実施形態として、前記分割した別部材の熱膨張係数は、ワーク載置面側の部材に比べ対面側の部材の方が大きくされているのが好ましい。フォーク形成部材は、通常、ワーク載置面側の温度が加熱されたワークが載置されることもあって、対面側の温度より高い。したがって、熱膨張係数は温度が低い対面側の部材を大きくすることにより、両面の熱膨張を等しくするのを、好適に行わせることができる。
　また別の実施形態として、前記フォーク形成部材は中空のパイプ形状に形成されているのが好ましい。中空のパイプ形状は汎用に用いられているものであり、その製作も容易であると共に、容易に入手（調達）が可能であり、安価である。
　上述した構造によれば、実施形態によっては、フォーク形成部材の構成自体でワーク載置面と該ワーク載置面の対面との熱膨張を略等しくすることにより、フォークの垂れ下がりを防止ないし抑制することができる。
ひとつの実施形態としてのワークの処理工程図である。 加熱炉の正面図である。 加熱炉へのワーク搬出入用ロボットの操作リンク機構の先端部に備えられるフォークの側面図である。 図３に示すフォークの平面図である。 ひとつの実施形態の熱膨張均等手段を備えたフォーク形成部材を示す断面図である。 別の実施形態の熱膨張均等手段を備えたフォーク形成部材を示す断面図である。 上下の部材として適用が想定される材料の高温物性の熱膨張係数を示すグラフである。
　以下、本発明の各種実施形態について図面を参照しながら説明する。図１はひとつの実施形態としてのワークの処理工程を示す。ワークの処理工程は、ワークのせん断工程（Ａ）、加熱炉へのワークの搬入工程（Ｂ）、加熱炉によるワークの加熱工程（Ｃ）、加熱炉からのワークの搬出工程（Ｄ）、ワークのプレス成形工程（Ｅ）から成っている。なお、各工程の設備はイメージとして示されており、設備の大きさや、設備の寸法関係は正確には示されていない。ワークは例えばピラー部品など自動車車体を構成する部品とすることができる。ワークＷとしてのピラー部品は、先ず、せん断工程（Ａ）で、せん断機１０によりコイル材１２から所定の大きさの板材に切断される。切断されたワークＷは、加熱炉への搬入工程（Ｂ）を経て、加熱炉２０に搬入される。ひとつの実施形態として、加熱炉２０は多段加熱炉とすることができる。したがって、ワークＷの搬入は、多段の各段全てに搬入可能である。なお、加熱炉２０の段数は製品の生産数に応じて適宜設定すれば良い。
　加熱炉への搬入工程（Ｂ）は、搬入用ロボット１４Ａにより行われる。搬入用ロボット１４Ａの搬入用の操作リンク機構１６Ａの先端部には搬入用のフォーク（爪とも称される）１８Ａが備えられている。せん断工程（Ａ）で切断されたワークＷはこの搬入用のフォーク１８Ａに載置されて、加熱炉２０内に搬入される。搬入用のフォーク１８Ａに載置されて搬入されたワークＷは加熱炉内の各段の所定の棚に置かれて、搬入用のフォーク１８Ａのみが搬出される。この搬入用のフォーク１８ＡのワークＷの搬入に伴う作動は、搬入用ロボット１４Ａの制御操作により行われる。
　加熱炉による加熱工程（Ｃ）では、加熱炉２０の各段に置かれたワークＷを後工程のプレス成形工程（Ｅ）で成形するに適した温度（通常約９００℃）に加熱する。加熱されたワークＷは、加熱炉２０からの搬出工程（Ｄ）により加熱炉２０から搬出される。
　加熱炉からの搬出工程（Ｄ）は、搬出用ロボット１４Ｂにより行われる。この搬出用ロボット１４Ｂは前述の搬入用ロボット１４Ａと同様の構成のものである。したがって、以後の説明において、搬入用ロボット１４Ａと搬出用ロボット１４Ｂの両方を総称して説明する際は、符号末尾の“Ａ”“Ｂ”を省略した符号を付して説明する。関連する構成の符号も同様とする。しかるところ、搬出用ロボット１４Ｂの搬出用の操作リンク機構１６Ｂの先端部には搬出用のフォーク１８Ｂが備えられており、加熱炉２０で加熱されたワークＷは搬出用のフォーク１８Ｂにより搬出される。詳細には、搬出用のフォーク１８Ｂは加熱炉２０の搬出口から加熱炉２０内に挿入して、各段の棚に置かれて加熱されたワークＷを搬出用のフォーク１８Ｂに載置して、加熱炉２０外に搬出する。なお、搬出用のフォーク１８ＢのワークＷの搬出に伴う作動は、搬出用ロボット１４Ｂの制御操作により行われる。
　前述の加熱炉からの搬出工程（Ｄ）により加熱炉２０から取り出されたワークＷは、プレス成形工程（Ｅ）に送られ、プレス機２２により成形される。プレス機２２は、通常、最終製品形状の型面とされている上型２４と下型２６とを備え、この上型２４と下型２６により所定形状の製品形状に成形する。必要に応じて、ワークＷのプレス成形後、製品の最終形状とするために、余肉を切断する切断加工が行われることがある。
　図２は前述の加熱炉による加熱工程（Ｃ）で用いられるひとつの実施形態としての加熱炉２０の詳細構成を示す。加熱炉２０は多段加熱炉とすることができる。各段にはワークＷを置くための棚３６が設置されている。棚３６の上部と下部には電熱ヒータ等の加熱源３８が設置されており、加熱炉２０内を高温の雰囲気状態として、棚３６に置かれたワークＷ（図２には不図示）を加熱する。ひとつの具体的な実施形態として、炉内の雰囲気温度は約９００℃とすることができる。なお、ワークＷが置かれる棚３６は、後述するフォーク１８のフォーク形成部材３０が搬出入時に挿入できるように間隔を置いて並行に配列されて構成されている。
　図３及び図４はひとつの実施形態としてのフォーク１８の構成を示す。図３は側面視を示し、図４は平面視を示している。図４に良く示されるように、フォーク１８は、複数本の単品のフォーク形成部材３０が並行に配列されて構成されている。複数本のフォーク形成部材３０は図３及び図４で見て左端部で連結部材２８により一体的に連結されている。この連結された端部がロボット１４の操作リンク機構１６の先端部に連結されている。これにより、フォーク１８はロボットにより制御操作可能とされている。
　フォーク１８を構成する単品のフォーク形成部材３０は、長尺形状であり、一端で支持され他端が開放された片持ち支持の構成とされている。このため、フォーク形成部材３０は加熱炉２０内の高温の熱的影響により、図３の仮想線で示すように、長手方向の下方に反りを生じて、下方への垂れ下がりを生じることがある。これは本発明者らは次の理由によると考えた。すなわち、フォーク形成部材３０は、通常、その長手方向に直交する断面が中空の四角形とされている。そして、ワークＷが載置される四角形の上面のワーク載置面３２は加熱炉２０の雰囲気温度に加えて加熱されたワークＷの温度影響を受けて、ワーク載置面３２と対面の下面３４より温度が高い状態となる。測定結果によれば約３０℃の温度差があった。これによりワーク載置面３２の上面の方が下面３４より熱膨張をして反りを生ずると考えた。
　そこで本発明者らは、フォーク１８を構成するフォーク形成部材３０の四角形の上下面、すなわち、ワーク載置面３２とその対面の下面３４とへの熱的影響が異なる場合でも、上下面３２，３４の熱膨張を等しくする手段（熱膨張均等手段）を施せば、反りが生じないことに着目した。そのための方策として、先ず、フォーク形成部材３０の上下面３２，３４の温度状態を同じ状態にして熱膨張を等しくする方法を考えた。次に、上下面３２，３４の温度状態が異なる場合でも熱膨張係数の異なる部材を用いることにより上下面３２，３４の熱膨張を等しくする方法を考えた。
　図５は熱膨張均等手段のひとつの実施形態を示す。この実施形態は、フォーク形成部材３０の単品の長手方向に直交する断面が中空の四角形とされており、上面のワーク載置面３２にセラミック断熱塗料４０を塗布して構成したものである。セラミック断熱塗料４０はひとつの具体的な実施例としてＮＡＳＡによって開発された断熱塗料とすることができる。これにより、上面のワーク載置面３２にワークＷを載置する場合でもセラミック断熱塗料４０により断熱されて、下面３４と略同じ温度状態となり、熱膨張を等しくすることができる。その結果、フォーク１８の垂れ下がりを防止ないし抑制することができて、フォーク１８を加熱炉２０に侵入させる際に、加熱炉２０に接触して、加熱炉２０及びフォーク１８を破損させることがない。また、ワーク載置面３２に塗布する断熱材はセラミック断熱塗料に限らず、ワークからの熱の伝達を遮断あるいは抑制することのできるものであれば任意の適切な断熱材料を用いることができる。
　なお、ワーク載置面３２へのセラミック断熱塗料４０の塗布は、上述のようにワーク載置面３２となる上面の全面に塗布する代わりに、別の実施例として、ワークＷが載置される面積箇所にのみ塗布してもよい。また、フォーク形成部材３０は、中空のパイプ形状とする代わりに、別の実施形態として中実形状のものとしてもよい。しかし、温度の影響を制御する観点からは中空形状が好ましい。
　図６は熱膨張均等手段の別の実施形態を示す。この実施形態では、フォーク形成部材３０の断面形状は前に述べた実施形態と同様に中空の四角形とすることができるが、上面のワーク載置面３２を構成する上部部材４２と、下面３４を構成する下部部材４４とを別部材として分割形成し、両部材４２，４４を溶接５０により接合して一体化した構成である。上部部材４２と下部部材４４は熱膨張係数の異なった部材とされており、本実施形態では、上部部材４２より下部部材４４の方が熱膨張係数が大きい部材とされている。例えば、上部部材４２はＳＵＳ３１０Ｓ，下部部材４４はＡＨ―４（新日鉄住金の製品名）とされている。
　図７は上述の分割形成する部材として適用が想定される材料の高温物性を示すグラフであり、熱膨張係数の温度に対する変化を示している。比較材料としては、ＳＵＳ３１０Ｓ，インコネル６００（登録商標）、インコロイ８００ＨＴ（登録商標），ＡＨ－４の４種類を挙げた。これらの高温物性から、図６に示す上部部材４２と下部部材４４の材料を好適に組み合わせて選定する。なお、図７におけるデータの出典は次の通りである。ＳＵＳ３１０Ｓはステンレス協会及び新日鉄住金の資料による。インコネル６００（登録商標）とインコロイ８００ＨＴ（登録商標）は日本冶金工業の資料による。ＡＨ－４は新日鉄住金の資料による。
　上で図６を用いて説明した実施形態の熱膨張均等手段は、上面のワーク載置面３２の温度状態が下面３４より高くても、上部部材４２は下部部材４４より熱膨張係数の小さい部材が用いられていることにより、上部部材４２と下部部材４４の長手方向の熱膨張を等しくすることができる。その結果、フォーク１８の垂れ下がりを防止ないし抑制することができて、フォーク１８を加熱炉２０に侵入させる際に、加熱炉２０に接触して、加熱炉２０を破損させることがない。
　上で図５と図６を用いて説明したいずれの実施形態の熱膨張均等手段も、従来のように外部から冷却水を取り入れるなど、外部との連携を図って行うものではないため、その構成を簡素なものとすることができる。
　以上、本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明の実施形態はそれらに限定されず、当業者は本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。

                                                                                

Claims (6)

  1. 　ワーク搬出入装置であって、
    　ワークを加熱する加熱炉と、該加熱炉に前記ワークを搬出入するロボットとを備え、前記ロボットの操作リンク機構の先端部には長尺形状のフォーク形成部材を複数本並行に配列された状態として構成されるフォークを備え、該フォークの上面にワークを載置してワークを加熱炉に搬出入するようになっており、
    　前記フォークを構成するフォーク形成部材は、長手方向に直交する断面が四角形とされており、該四角形におけるワークを載置するワーク載置面と該ワーク載置面の対面との長手方向の熱膨張を等しくする熱膨張均等手段が当該フォーク形成部材の構成自体として備えられているワーク搬出入装置。
  2. 　請求項１に記載のワーク搬出入装置であって、
    　前記熱膨張均等手段は、前記フォーク形成部材の前記ワーク載置面の少なくともワークを載置する箇所に断熱材を配設した構成であるワーク搬出入装置。
  3. 　請求項２に記載のワーク搬出入装置であって、
    　前記ワーク載置面に配設する断熱材はセラミック断熱塗料であるワーク搬出入装置。
  4. 　請求項１に記載のワーク搬出入装置であって、
    　前記熱膨張均等手段は、前記フォーク形成部材を前記ワーク載置面と該ワーク載置面の対面とを分割した別部材で構成し、該分割した別部材を熱膨張係数の異なる部材とした構成であるワーク搬出入装置。
  5. 　請求項４に記載のワーク搬出入装置であって、
    　前記分割した別部材の熱膨張係数は、ワーク載置面側の部材に比べ対面側の部材の方が大きくされているワーク搬出入装置。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれかに記載のワーク搬出入装置であって、
    　前記フォーク形成部材は中空のパイプ形状に形成されているワーク搬出入装置。
                                                                                    
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