特許 6491073 加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6491073

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】加熱装置

(51)【国際特許分類】

   C21D 1/00 20060101AFI20190318BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20190318BHJP

   C22C 38/50 20060101ALI20190318BHJP

   F27B 17/00 20060101ALI20190318BHJP

   C21D 9/00 20060101ALN20190318BHJP

   C21D 1/18 20060101ALN20190318BHJP

【ＦＩ】

   C21D1/00 116B

   C22C38/00 302Z

   C22C38/50

   F27B17/00 B

   !C21D9/00 A

   !C21D1/18 C

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-203651(P2015-203651)

(22)【出願日】2015年10月15日

(65)【公開番号】特開2017-75373(P2017-75373A)

(43)【公開日】2017年4月20日

【審査請求日】2018年1月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000241496

【氏名又は名称】豊田鉄工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000394

【氏名又は名称】特許業務法人岡田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川原 信是

【審査官】 静野 朋季

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０３４６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０７７５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９１２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２８４２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｄ １／００

Ｃ２１Ｄ ９／４６−９／４８

Ｆ２７Ｄ ３／００−５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを加熱するため、断熱材によって囲まれた状態で外部空間から遮蔽された閉空間を形成している加熱炉と、
該加熱炉内に設けられてワークを加熱するヒータと、
前記加熱炉内でワークを支持する棒状の支持体と、
前記支持体の長手方向の両端を保持して前記加熱炉の壁に固定する台座と、
を備える加熱装置であって、
前記支持体は、オーステナイト系のニッケル―鉄―クロム固溶体合金で、重量比でニッケルが３０〜３２％、クロムが１９〜２２％、炭素が０．０６〜０．１％、マンガンが０．５〜１．５％、ケイ素が０．２〜０．７％、リンが０．０１５％以下、硫黄が０．０１％以下、銅が０．５％以下、アルミニウムが０．３〜０．６％、チタンが０．３〜０．６％とされ、しかもアルミニウムとチタンは合わせて１．２％以下、残りが鉄とされた材料にて形成されており、かつ、ワークを支持する面と前記台座に支持される面とが上下対称となるように、２つの断面Ｌ字形状の金属板を組み合わせることで四角筒体状に形成される加熱装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記台座は、前記支持体の端部を挟み込み可能にコ字状に形成されている支持体保持部を備えており、
前記支持体は、前記支持体保持部に対して着脱可能である加熱装置。

【請求項3】

ワークを加熱するため、断熱材によって囲まれた状態で外部空間から遮蔽された閉空間を形成している加熱炉と、
該加熱炉内に設けられてワークを加熱するヒータと、
前記加熱炉内でワークを支持する棒状の支持体と、
前記支持体の長手方向の両端を保持して前記加熱炉の壁に固定する台座と、
を備える加熱装置であって、
前記支持体は、ワークの荷重による変形に対する曲げ強度を高める構成を備えており、
前記支持体は、四角筒形状を成し、四角筒の下面が二重構造とされている加熱装置。

【請求項4】

ワークを加熱するため、断熱材によって囲まれた状態で外部空間から遮蔽された閉空間を形成している加熱炉と、
該加熱炉内に設けられてワークを加熱するヒータと、
前記加熱炉内でワークを支持する棒状の支持体と、
前記支持体の長手方向の両端を保持して前記加熱炉の壁に固定する台座と、
を備える加熱装置であって、
前記支持体は、ワークの荷重による変形に対する曲げ強度を高める構成を備えており、
前記支持体は、２個の四角筒体が上下方向に組み合わされ一体に結合されて成る加熱装置。

【請求項5】

ワークを加熱するため、断熱材によって囲まれた状態で外部空間から遮蔽された閉空間を形成している加熱炉と、
該加熱炉内に設けられてワークを加熱するヒータと、
前記加熱炉内でワークを支持する棒状の支持体と、
前記支持体の長手方向の両端を保持して前記加熱炉の壁に固定する台座と、
を備える加熱装置であって、
前記支持体は、ワークの荷重による変形に対する曲げ強度を高める構成を備えており、
前記支持体は、四角筒体を備え、該四角筒体の下部外側に沿って断面Ｕ字形状の補強部材が結合されて成り、前記四角筒体の下面と前記補強部材の底面との間に所定の隙間を形成されている加熱装置。

【請求項6】

ワークを加熱するため、断熱材によって囲まれた状態で外部空間から遮蔽された閉空間を形成している加熱炉と、
該加熱炉内に設けられてワークを加熱するヒータと、
前記加熱炉内でワークを支持する棒状の支持体と、
前記支持体の長手方向の両端を保持して前記加熱炉の壁に固定する台座と、
を備える加熱装置であって、
前記支持体は、ワークの荷重による変形に対する曲げ強度を高める構成を備えており、
前記支持体は、断面Ｕ字形状の鋼板２つを両者間に閉断面が形成されるように向かい合わせに組み合わせた状態で、一体に結合されて成る加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱間プレス工法にて使用される加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両等の高強度プレス部品の製法として、熱間プレス工法が知られている。熱間プレス工法は、高張力鋼板を約９００度の温度まで加熱し、その鋼板を相対的に低温のプレス金型にてプレス成形すると同時に急速冷却して製品に焼き入れを行うものである（下記特許文献１参照）。

【0003】

一般的に熱間プレス工法では、熱効率向上の観点から一つの加熱炉にて複数枚の鋼板を連続的に加熱する連続加熱が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−２９１２８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、連続加熱の場合、加熱炉内部の部品は長時間高温に曝されるため、耐熱性の低い部品はクリープ現象により変形してしまうことがある。鋼板（以下、ワークという）を加熱炉内で支持する支持体がワーク等の重力を受けてクリープ現象を起し、支持体が弓状に変形すると、各種問題が生ずる。例えば、加熱されたワークを支持体上から搬送機により取り出す場合、支持体の変形によりワークの支持高さも低下するため、ワークの下面に搬送機のフォークが干渉する。

【0006】

このような問題に鑑み本発明の課題は、加熱炉内でワークを支持体により支持する加熱装置において、支持体の曲げ強度を高めることにより、支持体が加熱炉内で長時間高温に曝されても、クリープ現象により変形するのを抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１発明は、ワークを加熱するため、断熱材によって囲まれた状態で外部空間から遮蔽された閉空間を形成している加熱炉と、該加熱炉内に設けられてワークを加熱するヒータと、前記加熱炉内でワークを支持する棒状の支持体と、前記支持体の長手方向の両端を保持して前記加熱炉の壁に固定する台座とを備える加熱装置であって、前記支持体は、その長手方向の両端間における撓み変形に対する曲げ強度を高める構成を備えている。

【0008】

第１発明によれば、支持体は、その長手方向の両端間における撓み変形に対する曲げ強度を高められている。そのため、支持体が加熱炉内で長時間高温に曝されて、変形し易い状態となっても、その変形は抑制される。

【0009】

第２発明は、上記第１発明において、前記支持体は、四角筒形状を成し、四角筒の下面が二重構造とされている。

【0010】

第２発明によれば、支持体は、四角筒形状を成し、四角筒の下面が二重構造とされている。そのため、支持体は、その長手方向の両端間における撓み変形に対する曲げ強度が高められ、支持体が加熱炉内で長時間高温に曝されて、変形し易い状態となっても、その変形は抑制される。

【0011】

第３発明は、上記第１発明において、前記支持体は、２個の四角筒体が上下方向に組み合わされ一体に結合されて成る。

【0012】

第３発明によれば、支持体は、２個の四角筒体が上下方向に組み合わされ一体に結合されて成る。そのため、支持体は、四角筒の下面が二重構造とされ、その長手方向の両端間における撓み変形に対する曲げ強度が高められ、支持体が加熱炉内で長時間高温に曝されて、変形し易い状態となっても、その変形は抑制される。

【0013】

第４発明は、上記第１発明において、前記支持体は、四角筒体を備え、該四角筒体の下部外側に沿って断面Ｕ字形状の補強部材が結合されて成り、前記四角筒体の下面と前記補強部材の底面との間に所定の隙間を形成されている。

【0014】

第４発明によれば、支持体は、四角筒体の下部外側に断面Ｕ字形状の補強部材が結合されて、四角筒の下面が二重構造とされている。そのため、支持体は、その長手方向の両端間における撓み変形に対する曲げ強度が高められ、支持体が加熱炉内で長時間高温に曝されて、変形し易い状態となっても、その変形は抑制される。

【0015】

第５発明は、上記第１発明において、前記支持体は、断面Ｕ字形状の鋼板２つを両者間に閉断面が形成されるように向かい合わせに組み合わせた状態で、一体に結合されて成る四角筒体である。

【0016】

第５発明によれば、支持体は、断面Ｕ字形状の鋼板２つを両者間に閉断面が形成されるように向かい合わせに組み合わせた状態で、一体に結合された四角筒体によって構成されている。その結果、その長手方向の両端間における撓み変形に対する曲げ強度を高められる。そのため、支持体が加熱炉内で長時間高温に曝されて、変形し易い状態となっても、その変形は抑制される。

【0017】

第６発明は、上記第１〜第５発明のいずれかにおいて、前記支持体は、オーステナイト系のニッケル―鉄―クロム固溶体合金で、重量比でニッケルが３０〜３２％、クロムが１９〜２２％、炭素が０．０６〜０．１％、マンガンが０．５〜１．５％、ケイ素が０．２〜０．７％、リンが０．０１５％以下、硫黄が０．０１％以下、銅が０．５％以下、アルミニウムが０．３〜０．６％、チタンが０．３〜０．６％とされ、しかもアルミニウムとチタンは合わせて１．２％以下、残りが鉄とされた材料にて形成されている。

【0018】

第６発明によれば、支持体が上記材料にて形成された結果、支持体の長手方向の両端間における撓み変形に対する曲げ強度を高められる。そのため、支持体が加熱炉内で長時間高温に曝されて、変形し易い状態となっても、その変形は抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態である多段加熱炉を持った加熱装置の側面断面図である。

【図2】上記実施形態の平面断面図である。

【図3】上記実施形態におけるワークの支持体及びヒータの拡大正面図である。

【図4】上記実施形態の投入側及び抽出側における台座部分の拡大側面図である。

【図5】図４のＶ−Ｖ線矢視断面拡大図である。

【図6】本発明の第２実施形態における図５に対応する断面図である。

【図7】本発明の第３実施形態における図５に対応する断面図である。

【図8】各実施形態の支持体の撓み量特性を示す特性図である。

【図9】第３実施形態の支持体の熱膨張係数特性を示す特性図である。

【図10】第３実施形態の支持体の縦弾性係数特性を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１〜５は、本発明の第１実施形態を示す。この実施形態は、熱間プレス工法にて使用される加熱炉を持った加熱装置に本発明を適用した例を示す。各図中、矢印により加熱装置を基盤上に設置した状態における各方向を示している。以下の説明において、方向に関する記述は、この方向を基準として行うものとする。なお、説明の都合上、方向を示す際の「投入側」を「前」、「抽出側」を「後」ともいう。

【0021】

図１、２に示すように、加熱炉１０は、上部フレーム１１と下部フレーム１２との間に、単段ユニットが複数段積み重ねられて一体化されて構成されている。加熱炉１０は、ワークＷを上下方向に単段ユニットの段数と同数、また、前後方向に２枚収納して同時に加熱可能とされている。上下方向に収納するワークＷの枚数によって単段ユニットの積み重ね段数が決定され、前後方向に収納するワークＷの枚数及び大きさによって加熱炉１０の前後、左右方向の大きさが決定される。下部フレーム１２の下部には支持フレーム１０ａが設けられ、支持フレーム１０ａによって加熱炉１０が基盤上に支持されている。

【0022】

各単段ユニットは、投入側プレート１３ａ、抽出側プレート１３ｂ、左側面フレーム１４ａ及び右側面フレーム１４ｂを井桁状に組み合わせてなり、投入側プレート１３ａと抽出側プレート１３ｂとの間には、複数枚のヒータ受けプレート１５が前後方向に並べられた状態で介挿されている。図２では、ヒータ受けプレート１５はワークＷを支持する支持体３０の真下に位置して隠れている。

【0023】

図３に示すように、各ヒータ受けプレート１５の上には、各ヒータ受けプレート１５に跨って板状のヒータ２０が載せられている。このとき、ヒータ受けプレート１５とヒータ２０との当接部は電気的に絶縁されている。ヒータ２０は、電気コイル式ヒータ、ラジアントチューブなどであり、その電気接続が左側面フレーム１４ａ及び右側面フレーム１４ｂを介して行われている。

【0024】

図３、４に示すように、各ヒータ受けプレート１５の更に上方には、ワークＷを支持するため、耐熱金属製（例えば、ＳＵＳ３１０Ｓ）の棒状体である支持体３０が複数本左右方向に並べて前後方向に沿って設けられている。

【0025】

各支持体３０は、四角筒体であり、各ヒータ受けプレート１５と同様に、投入側プレート１３ａと抽出側プレート１３ｂとの間に介挿されている。具体的には、図４に示すように、各支持体３０の端部は、台座４０及び先端部プレート１６を介して投入側プレート１３ａ及び抽出側プレート１３ｂに固定されている。台座４０は、支持体保持部４２により支持体３０を保持し、柱状部４３により先端部プレート１６に支持されている。なお、投入側プレート１３ａ及び抽出側プレート１３ｂは、本発明における加熱炉の壁に相当する。

【0026】

図５は、支持体３０の断面形状を示す。支持体３０は、断面Ｕ字形状の鋼板３０ａ、３０ｂを２つ両者間に閉断面が形成されるように向かい合わせに組み合わせた状態で、一体に溶接結合されて四角筒体とされている。一般的に支持体は、四角筒体の縦辺と横辺を断面Ｌ字形状の鋼板によって形成し、その断面Ｌ字形状の鋼板を２つ組み合わせて四角筒体に形成されている。そのような一般的な支持体に比べて、本実施形態の支持体３０は縦剛性が高められ、その長手方向の両端間における撓み変形に対する曲げ強度を高められる。そのため、支持体３０が加熱炉内で長時間高温に曝されて、変形し易い状態となっても、その変形は抑制される。

【0027】

図６は、本発明の第２実施形態における支持体３０Ａの断面形状を示す。なお、第２実施形態は、上述の第１実施形態における支持体３０が支持体３０Ａに変わったのみで、その他の構成は第１実施形態と全く同一である。支持体３０Ａは、２つの断面Ｌ字形状の鋼板（例えば、ＳＵＳ３１０Ｓ）３０ｃ、３０ｄを組み合わせて四角筒体３０ｆが形成され、その四角筒体３０ｆの下部外側に断面Ｕ字形状の補強部材３０ｅが被せられた状態で溶接結合されている。このとき、四角筒体３０ｆの下面と補強部材３０ｅの底面との間に所定の隙間が形成されている。

【0028】

支持体３０Ａは、一般的な支持体と同様の四角筒体３０ｆの下部に補強部材３０ｅが被せられて四角筒の下面が二重構造とされているため、支持体３０Ａは縦剛性が高められ、その長手方向の両端間における撓み変形に対する曲げ強度を高められる。そのため、支持体３０が加熱炉内で長時間高温に曝されて、変形し易い状態となっても、その変形は抑制される。

【0029】

第２実施形態では、四角筒体３０ｆの下面を二重構造とするために、四角筒体３０ｆの下部外側に断面Ｕ字形状の補強部材３０ｅを被せて構成したが、断面Ｕ字形状の補強部材３０ｅの開放側の両先端面を四角筒体３０ｆの下面に突き当てた状態で溶接接合して構成してもよい。

【0030】

図７は、本発明の第３実施形態における支持体３０Ｂの断面形状を示す。なお、第３実施形態は、上述の第１実施形態における支持体３０が支持体３０Ｂに変わったのみで、その他の構成は第１実施形態と全く同一である。支持体３０Ｂは、２つの断面Ｌ字形状の金属板３０ｇ、３０ｈを組み合わせて四角筒体３０ｊが形成されている。このとき、金属板３０ｇ、３０ｈは、オーステナイト系のニッケル―鉄―クロム固溶体合金で、重量比でニッケルが３０〜３２％、クロムが１９〜２２％、炭素が０．０６〜０．１％、マンガンが０．５〜１．５％、ケイ素が０．２〜０．７％、リンが０．０１５％以下、硫黄が０．０１％以下、銅が０．５％以下、アルミニウムが０．３〜０．６％、チタンが０．３〜０．６％とされ、しかもアルミニウムとチタンは合わせて１．２％以下、残りが鉄とされた材料にて形成されている。この金属板３０ｇ、３０ｈは、例えば、インコロイ８００ＨＴ（登録商標）にて構成することができる。インコロイ８００ＨＴは、高温強度が高く、支持体３０Ｂの長手方向の両端間における撓み変形に対する曲げ強度を高められる。そのため、支持体３０Ｂが加熱炉内で長時間高温に曝されても、クリープ現象による変形は抑制される。図９、１０は、インコロイ８００ＨＴの熱膨張係数、縦弾性係数の各特性を示す。図９、１０において、破線は、本発明の加熱装置の支持体として使用された場合に曝される温度（９００度）のレベルを示す。

【0031】

図８は、第１〜第３実施形態の支持体３０、３０Ａ、３０Ｂの高温下における撓み量特性を示す。この特性図は、加熱炉１０内が９００度に維持された状態で加熱時間が所定時間経過する毎に支持体３０、３０Ａ、３０Ｂの撓み量を測定した結果をまとめたものである。図８によれば、ＳＵＳ３１０Ｓを使用して形成された一般的な支持体では、特性線Ａで示すように、加熱時間が５００〜６００時間で撓み量が許容撓み量（一点鎖線で示す）を超えてしまう。それに対し、第１実施形態の支持体３０及び第２実施形態の支持体３０Ａでは、特性線Ｂ、Ｃで示すように、加熱継続時間が１０００時間近くとなっても撓み量が許容撓み量より小さくなっている。また、第３実施形態の支持体３０Ｂでは、特性線Ｄで示すように、加熱継続時間が９００時間程度となっても撓み量は極く僅かで、殆ど撓まない。

【0032】

従って、第１実施形態の支持体３０及び第２実施形態の支持体３０Ａを用いた加熱装置では、一般的な支持体を用いた場合に比べて支持体の交換頻度を半分程度に減らすことができる。即ち、メンテナンス費用を半分程度に抑制することができる。また、第３実施形態の支持体３０Ｂを用いた加熱装置では、支持体の交換を殆ど不要とすることができる。

【0033】

図１にてハッチングを施して示されるように、各単段ユニットの周り、上部フレーム１１の下面及び下部フレーム１２の上面には、断熱材が設けられている。そのため、加熱炉１０内は断熱材によって囲まれた状態で外部空間から遮蔽された一つの閉空間とされている。

【0034】

図１、２に示すように、単段ユニット間及び上部フレーム１１と単段ユニットとの間、並びに下部フレーム１２と単段ユニットとの間には、加熱炉１０を外部空間に対して開閉するためのシャッタ１８が各単段ユニットに対応して投入側と抽出側にそれぞれ設けられている。具体的には、シャッタ１８は、各単段ユニットにおける左側面フレーム１４ａ及び右側面フレーム１４ｂの上側及び下側に開閉可能にそれぞれ設けられている。また、シャッタ１８の内壁側にも断熱材１０ｂが設けられている。

【0035】

以上の加熱装置が熱間プレス工法にて使用される場合、ヒータ２０が発熱するように通電された状態で、ワーク投入側のシャッタ１８が一つずつ順次開けられてワークＷが各単段ユニットの支持体３０上に図２、３に示すように置かれ、その後シャッタ１８が閉じられる。支持体３０上のワークＷがヒータ２０によって所定の約９００度まで加熱されると、ワーク抽出側のシャッタ１８が一つずつ順次開けられてワークＷが各単段ユニットの支持体３０上から抽出される。抽出されたワークＷは、次工程にてプレス成形されると同時に焼き入れされる。

【0036】

以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、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。

【符号の説明】

【0037】

１０ 加熱炉
１０ａ 支持フレーム
１１ 上部フレーム
１２ 下部フレーム
１３ａ 投入側プレート（加熱炉の壁）
１３ｂ 抽出側プレート（加熱炉の壁）
１４ａ 左側面フレーム
１４ｂ 右側面フレーム
１５ ヒータ受けプレート
１６ 先端部プレート
１８ シャッタ
２０ ヒータ
３０、３０Ａ、３０Ｂ 支持体（棒状体）
３０ａ、３０ｂ 断面Ｕ字形状の鋼板
３０ｃ、３０ｄ 断面Ｌ字形状の鋼板
３０ｅ 断面Ｕ字形状の補強部材
３０ｆ、３０ｊ 四角筒体
３０ｇ、３０ｈ 断面Ｌ字形状の金属板
４０ 台座
４１ 平板部
４２ 支持体保持部
４３ 柱状部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】