(57)【要約】【課題】本発明の課題は、より安全でより耐熱温度の高いトレイを製造することにある。【解決手段】本発明に係るセラミックトレイ製造方法は、準備工程および塗布工程を備える。準備工程では、カーボンセラミックス製のトレイ基材が準備される。塗布工程では、トレイ基材の少なくとも内面に、窒化硼素を主成分とするコーティング剤が所定の厚さに塗布される。【選択図】図３
2010126384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンセラミックス製のトレイ基材を準備する準備工程と、
前記トレイ基材の少なくとも内面に、窒化硼素を主成分とするコーティング剤を所定の厚さに塗布する塗布工程と
を備えるセラミックトレイ製造方法。
【請求項２】
前記塗布工程では、前記コーティング剤がスプレー塗装により前記トレイ基材の少なくとも内面に塗布される
請求項１に記載のセラミックトレイ製造方法。
【請求項３】
前記コーティング剤には、リン酸アルミニウムが含まれており、
前記塗布処理では、前記トレイ基材の表面温度が７５℃以上１５０℃以下である状態で前記コーティング剤が塗布される
請求項１又は２に記載のセラミックトレイ製造方法。
【請求項４】
カーボンセラミック製のトレイ基材と、
前記トレイ基材の少なくとも内面にコーティングされる、窒化硼素を主成分とする塗膜と
を備えるセラミックトレイ（ＴＲ）。
【請求項５】
前記塗膜は、最高耐熱温度が１８００℃である
請求項４に記載のセラミックトレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックトレイ製造方法およびセラミックトレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
過去に「金属製のトレイ基材にセラミックコーティング層を形成したトレイ」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２５９５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、従前よりも安全でより耐熱温度の高いトレイを製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１発明に係るセラミックトレイ製造方法は、準備工程および塗布工程を備える。準備工程では、カーボンセラミックス製のトレイ基材が準備される。塗布工程では、トレイ基材の少なくとも内面に、窒化硼素を主成分とするコーティング剤が所定の厚さに塗布される。
【０００５】
このため、このセラミックトレイ製造方法を採用すれば、カーボンセラミックスに窒化硼素がコーティングされた絶縁性のトレイが得られる。したがって、このセラミックトレイ製造方法により製造されるセラミックトレイは、誘電加熱コイル内において従前よりも安全である。また、窒化硼素は耐熱温度が１８００℃と非常に高い。よって、このセラミックトレイ製造方法により製造されるセラミックトレイは、従前よりも耐熱温度が高い。
【０００６】
第２発明に係るセラミックトレイ製造方法は、第１発明に係るセラミックトレイ製造方法であって、塗布工程では、コーティング剤がスプレー塗装によりトレイ基材の少なくとも内面に塗布される。
【０００７】
このため、このセラミックトレイ製造方法を採用すれば、トレイ基材に対して窒化硼素を薄く均一に塗布することができる。
【０００８】
第３発明に係るセラミックトレイ製造方法は、第１発明又は第２発明に係るセラミックトレイ製造方法であって、コーティング剤には、リン酸アルミニウムが含まれている。そして、塗布処理では、トレイ基材の表面温度が７５℃以上１５０℃以下である状態でコーティング剤が塗布される。
【０００９】
本願発明者が水、窒化硼素およびリン酸アルミニウムを成分として含有するコーティング剤を、表面温度が７５℃以上１５０℃以下であるトレイ基材に塗布したところ、トレイ基材上に非常に強固な窒化硼素コーティング層を形成することができた。したがって、このセラミックトレイ製造方法を採用すれば、カーボンセラミックス製のトレイ基材上に非常に強固な窒化硼素コーティング層を形成することができる。
【００１０】
第４発明に係るセラミックトレイは、カーボンセラミック製のトレイ基材および窒化硼素を主成分とする塗膜を備える。塗膜は、トレイ基材の少なくとも内面にコーティングされる。
【００１１】
このため、このセラミックトレイは、誘電加熱コイル内において従前よりも安全である。また、窒化硼素は耐熱温度が１８００℃と非常に高い。よって、このセラミックトレイは、従前よりも耐熱温度が高い。
【００１２】
第５発明に係るセラミックトレイは、第４発明に係るセラミックトレイであって、塗膜は、最高耐熱温度が１８００℃である。
【発明の効果】
【００１３】
第１発明に係るセラミックトレイ製造方法を採用すれば、カーボンセラミックスに窒化硼素がコーティングされた絶縁性のトレイが得られる。したがって、このセラミックトレイ製造方法により製造されるセラミックトレイは、誘電加熱コイル内において従前よりも安全である。また、窒化硼素は耐熱温度が１８００℃と非常に高い。よって、このセラミックトレイ製造方法により製造されるセラミックトレイは、従前よりも耐熱温度が高い。
【００１４】
第２発明に係るセラミックトレイ製造方法を採用すれば、トレイ基材に対して窒化硼素を薄く均一に塗布することができる。
【００１５】
第３発明に係るセラミックトレイ製造方法を採用すれば、カーボンセラミックス製のトレイ基材上に非常に強固な窒化硼素コーティング層を形成することができる。
【００１６】
第４発明に係るセラミックトレイは、誘電加熱コイル内において従前よりも安全である。また、窒化硼素は耐熱温度が１８００℃と非常に高い。よって、このセラミックトレイは、従前よりも耐熱温度が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る誘導加熱装置１は、図１に示されるように、主に、予備加熱装置１０、トレイ搬送装置３０及び本加熱装置５０から構成される。以下、各装置について詳述する。
【００１８】
＜誘導加熱装置の構成要素の詳細＞
（１）予備加熱装置
予備加熱装置１０は、図２に示されるように、主に、第１誘導加熱炉１１ａ、第２誘導加熱炉１１ｂ、第３誘導加熱炉１１ｃ、第１プッシャー１６、第１非接触式温度センサ１９および第１制御装置１８から構成されている。
【００１９】
第１誘導加熱炉１１ａ、第２誘導加熱炉１１ｂおよび第３誘導加熱炉１１ｃは、直列的に連結されている。なお、本実施の形態において、第１誘導加熱炉１１ａは金属ビレットＷＫの投入側に配置され、第３誘導加熱炉１１ｃは金属ビレットＷＫの排出側に配置されている。また、これらの誘導加熱炉１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、全て同一の構成を有している。したがって、ここでは、第１誘導加熱炉１１ａについてのみ説明を行う。
【００２０】
第１誘導加熱炉１１ａは、図２に示されるように、主に、外壁１４ａ、内壁１３ａおよび誘導加熱コイル１２ａから構成されている。外壁１４ａは、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁１３ａは、外壁１４ａよりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁１４ａと同様に耐火物から形成されている。誘導加熱コイル１２ａは、内壁１３ａ及び外壁１４ａの間に位置し、内壁１３ａを囲うように設けられている。また、この誘導加熱コイル１２ａは、第１制御装置１８に接続されており、第１制御装置１８によって出力調整される。
【００２１】
第１プッシャー１６は、いわゆる油圧シリンダであって、第１金属ビレット設置台１５に取り付けられており、一定時間おきに第３誘導加熱炉１１ｃに向かって金属ビレットＷＫを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫは、第１誘導加熱炉１１ａに投入された後に第３誘導加熱炉１１ｃから順次排出される。なお、第３誘導加熱炉１１ｃから排出された金属ビレットＷＫは、図３に示されるトレイＴＲに載せられた後、トレイ搬送装置３０により本加熱装置５０に送られる。なお、トレイＴＲは、金属ビレットＷＫが第３誘導加熱炉１１ｃから排出される前にトレイ搬送装置３０によってトレイ設置台１７に置かれる。
【００２２】
第１非接触式温度センサ１９は、第３誘導加熱炉１１ｃの排出口付近に取り付けられており、順次移動する金属ビレットＷＫの表面温度を金属ビレットＷＫの長手方向に沿って連続的に計測する。計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第１制御装置１８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され（以下、このデータを「表面温度データ」という）、第１制御装置１８の記憶部に蓄積される。なお、誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃのフィードバック制御に用いられる金属ビレットＷＫの表面温度は、第１制御装置１８の記憶部に蓄積された表面温度データを演算処理することにより得られる。この演算処理については後に詳述する。
【００２３】
第１制御装置１８は、金属ビレットＷＫの表面温度データが常に設定値以下となるように誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの出力をフィードバック制御する。なお、本実施の形態において、設定値は、金属ビレットＷＫの変態点よりも低く設定されている。
【００２４】
（２）トレイ搬送装置
トレイ搬送装置３０は、いわゆるアームロボットであって、二本の爪をトレイＴＲの両脇に差し込んでトレイＴＲを持ち上げて移動させる。なお、本実施の形態において、トレイ搬送装置３０は、空のトレイＴＲを予備加熱装置１０のトレイ設置台１７に置く第１動作と、金属ビレットＷＫが載ったトレイＴＲをトレイ設置台１７から本加熱装置５０の第２金属ビレット設置台５５（図４参照）に移動させる第２動作とを繰り返す。
【００２５】
なお、本実施の形態において、トレイＴＲは、カーボンセラミック製の基材と、基材表面のうち金属ビレットＷＫと接触する可能性のある表面に形成される耐熱性コーティング膜とから形成されている。このようなトレイＴＲは、カーボンセラミック製の基材の上に、窒化硼素、リン酸アルミニウムおよび水から成る水性コーティング剤を塗布して乾燥させることによって得られる。なお、このような水性コーティング剤の例としては、ＴｏｐＳｐｉｎ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｃｏ．（台湾企業）製のＴＳＤボロンナイトライドサーマルコーティング  Ｂｌｕｅ  Ｖｅｒｓｉｏｎ（最高耐熱温度：１８００℃）等が挙げられる。また、水性コーティング剤はスプレー塗装により均一に基材に塗布するのが好ましい。また、かかる場合、基材の表面温度を７５℃以上１５０℃以下にした状態で塗装を行うのが好ましい。
【００２６】
（３）本加熱装置
本加熱装置５０は、図４に示されるように、主に、第４誘導加熱炉５１ａ、第５誘導加熱炉５１ｂ、第６誘導加熱炉５１ｃ、第２プッシャー５６、ガイドレール５７、第２非接触式温度センサ５９および第２制御装置５８から構成されている。
【００２７】
第４誘導加熱炉５１ａ、第５誘導加熱炉５１ｂおよび第６誘導加熱炉５１ｃは、直列的に連結されている。なお、本実施の形態において、第４誘導加熱炉５１ａは金属ビレットＷＫの投入側に配置され、第６誘導加熱炉５１ｃは金属ビレットＷＫの排出側に配置されている。また、これらの誘導加熱炉５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、全て同一の構成を有している。したがって、ここでは、第４誘導加熱炉５１ａについてのみ説明を行う。なお、第６誘導加熱炉５１ｃは、主に均熱処理のために設けられている。
【００２８】
第４誘導加熱炉５１ａは、図４に示されるように、主に、外壁５４ａ、内壁５３ａおよび誘導加熱コイル５２ａから構成されている。外壁５４ａは、略円筒形の壁であって、耐火物から形成されている。内壁５３ａは、外壁５４ａよりも小さな径を有する略円筒形の壁であって、外壁５４ａと同様に耐火物から形成されている。なお、第４誘導加熱炉５４ａの外壁５４ａ及び内壁５３ａは、金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲが通過できるように第１誘導加熱炉１１ａのそれよりも径が大きく設計されている。誘導加熱コイル５２ａは、内壁５３ａ及び外壁５４ａの間に位置し、内壁５３ａを囲うように設けられている。なお、この誘導加熱コイル５２ａもまた上記の事情により第１誘導加熱炉１１ａの誘導加熱コイル１２ａよりも径が大きく設計されている。また、この誘導加熱コイル５２ａは、第２制御装置５８に接続されており、第２制御装置５８によって出力調整される。
【００２９】
第２プッシャー５６は、いわゆる油圧シリンダであって、第２金属ビレット設置台５５に取り付けられており、一定時間おきに第６誘導加熱炉５１ｃに向かって金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲを押し出す。この結果、金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲは、第４誘導加熱炉５１ａに投入された後に第６誘導加熱炉５１ｃから順次排出される。なお、第６誘導加熱炉５１ｃから排出された金属ビレットＷＫを載せたトレイＴＲは、図示しないアームロボットによって図示しない成形機に投入される。
【００３０】
ガイドレール５７は、ステンレス製の一対のレールであって、第４誘導加熱炉５１ａ、第５誘導加熱炉５１ｂおよび第６誘導加熱炉５１ｃの内壁５３ａ，５３ｂ，５３ｃの内部の下方に設置されている。トレイＴＲは、このガイドレール５７に沿って第６誘導加熱炉５１ｃに向かって移動する。
【００３１】
第２非接触式温度センサ５９は、第４誘導加熱炉５１ａの誘導加熱コイル５２ａと第５誘導加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂとの間、第５誘導加熱炉５１ｂの誘導加熱コイル５２ｂと第６誘導加熱炉５１ｃの誘導加熱コイル５２ｃとの間、および第６誘導加熱炉５１ｃの排出口付近に取り付けられており（図４では排出口付近のもののみ表示されている）、順次移動する金属ビレットＷＫの表面温度を金属ビレットＷＫの長手方向に沿って連続的に計測する。計測されたビレットＷＫの表面温度は、電気信号として第２制御装置５８に送られた後、Ａ／Ｄ変換されてデータ化され、第２制御装置５８の記憶部に蓄積される。なお、誘導加熱コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃのフィードバック制御に用いられる金属ビレットＷＫの表面温度は、第２制御装置５８の記憶部に蓄積された表面温度データを演算処理することにより得られる。この演算処理については後に詳述する。
【００３２】
第２制御装置５８は、金属ビレットＷＫの表面温度データが常に設定範囲内となるように誘導加熱コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃの出力をフィードバック制御する。なお、本実施の形態において、設定範囲は、金属ビレットＷＫが半溶融状態となる温度範囲とされている。
【００３３】
＜制御装置における金属ビレットの表面温度データの演算処理＞
制御装置１８，５８は、所定時間毎に記憶部から規定数の表面温度データを読み出し、その表面温度データのうち表面温度が最も高い表面温度データを抽出し、その表面温度データをフィードバック制御用の制御パラメータとして採用する。なお、本実施の形態では、規定数の表面温度データは、１つの金属ビレットＷＫから得られたものである。
【００３４】
＜誘導加熱装置の特徴＞
（１）
本発明に係る誘導加熱装置１では、温度計測器具として非接触式温度センサ１９，５９が採用される。このため、この誘導加熱装置１では、成形加工工程において量産サイクルタイムを遵守して成形加工物の生産を継続することができ、また、温度計の破損を防ぐことができる。
【００３５】
（２）
本発明に係る誘導加熱装置１では、金属ビレットＷＫの複数点の表面温度が計測され、その表面温度の最大値をフィードバック制御用の制御パラメータとした。このため、この誘導加熱装置１では、金属ビレットＷＫが高温で加熱されて金属ビレットＷＫの所々の表面に酸化被膜が生じたとしても、金属ビレットＷＫの表面温度が正確に決定される。したがって、この誘導加熱装置１では、正確な温度測定を実現することができ、誘導加熱コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃの安定した正確なフィードバック制御が可能となる。
【００３６】
＜トレイの特徴＞
（１）
本実施の形態に係るトレイＴＲは、カーボンセラミック製の基材および窒化硼素を主成分とする耐熱性コーティング膜から形成されている。このため、このトレイＴＲは、誘電加熱コイル５２ａ，５２ｂ，５２ｃ内において従前よりも安全である。また、窒化硼素は耐熱温度が１８００℃と非常に高い。よって、このセラミックトレイは、従前よりも耐熱温度が高い。
【００３７】
（２）
本実施の形態に係るトレイＴＲは、水性コーティング剤が基材にスプレー塗装されて形成される。このため、トレイＴＲには、窒化硼素が薄く均一に塗布されている。
【００３８】
＜変形例＞
（Ａ）
先の実施の形態に係る誘導加熱装置１では予備加熱装置１０および本加熱装置５０においてそれぞれ３つの誘導加熱炉が用いられたが、誘導加熱炉の数は特に限定されず、３つよりも少なくてもよいし多くてもよい。
【００３９】
（Ｂ）
先の実施の形態に係る誘導加熱装置１では金属ビレットＷＫの複数点の表面温度データのうち表面温度が最大の表面温度データを制御パラメータとして採用したが、このような態様に代えて、複数点の表面温度データのうち高温側の表面温度データを所定割合（例えば７０％）残し、その表面温度の平均値や、中央値、最小値などを制御パラメータとして採用してもかまわない。
【００４０】
（Ｃ）
先の実施の形態に係る誘導加熱装置１では特に言及しなかったが、金属ビレットＷＫがプッシャー１６，５６で押されている間のみ温度計測を行うようにしてもかまわない。
【００４１】
（Ｄ）
先の実施の形態に係る誘導加熱装置１では連続的に金属ビレットＷＫの温度計測が実施されたが、間欠的に金属ビレットＷＫの温度計測が実施されていてもよい。
【００４２】
（Ｅ）
先の実施の形態では非接触式温度センサ１９，５９により金属ビレットＷＫの表面温度が計測されたが、接触式温度センサにより金属ビレットＷＫの内部温度が計測されてもよい。
【００４３】
（Ｆ）
先の実施の形態では窒化硼素をコーティング剤として用いたが、耐熱性が１８００℃以上のコーティング剤であれば、他のコーティング剤を採用してもかまわない。
【００４４】
（Ｇ）
先の実施の形態ではスプレー塗装によりコーティング層が形成されたが、スプレー塗装以外のコーティング方法であっても、耐熱性が高いトレイＴＲを製造することができるのであれば、他のコーティング方法を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係るセラミックトレイは、従前よりも安全でより耐熱温度が高いという特徴を有し、半溶融状態や、半凝固状態、液相状態まで誘電加熱される鉄やアルミニウムなどの金属を載せるトレイとして有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る誘導加熱装置の簡易的な全体構成図である。
【図２】本発明に係る誘導加熱装置を構成する予備加熱装置の縦断面図である。
【図３】本発明に係る誘導加熱装置において用いられるトレイの外観斜視図である。
【図４】本発明に係る誘導加熱装置を構成する本加熱装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
ＴＲ        トレイ
【図１】
2010126384.tif 000003
【図２】
2010126384.tif 000004
【図３】
2010126384.tif 000005
【図４】
2010126384.tif 000006