(57)【要約】【課題】加熱によるワークの反りを抑制することができるワーク加熱装置の提供。【解決手段】ワーク加熱装置（１００）は、電磁波をワーク（Ｗ１０）に放射する熱源（Ｈ１、Ｈ２）と、電磁波の一部を遮りつつ、ワーク（Ｗ１０）を一時的に連結して保持する遮蔽連結部材（５０）と、ワーク（Ｗ１０）に引っ張り応力を与える引張応力付与手段（１０）とを備える。引張応力付与手段（１０）は、遮蔽連結部材（５０）を引っ張りつつ遮蔽連結部材（５０）を引っ張る方向と反対方向にかかる反力をワーク（Ｗ１０）に与えることによって、ワーク（Ｗ１０）に引っ張り応力を与えるとともに、熱源（Ｈ１、Ｈ２）は、電磁波をワーク（Ｗ１０）に放射し、放射した電磁波の一部がワーク（Ｗ１０）に当たり、放射した電磁波の残部が遮蔽連結部材（５０）に遮られる。【選択図】図１
2018193589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波をワークに放射する熱源と、
当該電磁波の一部を遮りつつ、当該ワークを一時的に連結して保持する遮蔽連結部材と、
当該ワークに引っ張り応力を与える引張応力付与手段と、を備えるワーク加熱装置であって、
前記引張応力付与手段は、前記遮蔽連結部材を引っ張りつつ、前記遮蔽連結部材を前記引っ張る方向と反対方向にかかる反力を前記ワークに与えることによって、前記ワークに引っ張り応力を与えるとともに、
前記熱源は、前記電磁波を前記ワークに放射して、前記放射した電磁波の一部が前記ワークに当たり、前記放射した電磁波の残部が前記遮蔽連結部材に遮られる、
ワーク加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線等の電磁波をワークに照射することによって、ワークを加熱する装置が有る。特許文献１には、所定パターンプロフィルを有するプレート材をワークと近赤外線発生装置との間に設け、近赤外線の一部をプレート材によって遮り、ワークの任意形状の部位を加熱することが開示されている。ワークにおいて高温加熱領域と、高温加熱領域より低い温度の低温加熱領域とが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０４４８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者等は、以下の課題を見出した。
上記した加熱方法を用いて、ワークを加熱すると、ワークに反りが発生することがあった。反りが発生すると、ワークがプレート材と接し、ワークの温度が下がることが有り、希望する温度に到達し難い。また、ワークがプレート材と接しなくても、ワークとプレート材との隙間量が変化し、ワークの部位に応じた温度差が大きい。
【０００５】
本発明は、加熱によるワークの反りを抑制するものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るワーク加熱装置は、
電磁波をワークに放射する熱源と、
当該電磁波の一部を遮りつつ、当該ワークを一時的に連結して保持する遮蔽連結部材と、
当該ワークに引っ張り応力を与える引張応力付与手段と、を備えるワーク加熱装置であって、
前記引張応力付与手段は、前記遮蔽連結部材を引っ張りつつ、前記遮蔽連結部材を前記引っ張る方向と反対方向にかかる反力を前記ワークに与えることによって、前記ワークに引っ張り応力を与えるとともに、
前記熱源は、前記電磁波を前記ワークに放射して、前記放射した電磁波の一部が前記ワークに当たり、前記放射した電磁波の残部が前記遮蔽連結部材に遮られる。
このような構成によれば、ワークに引っ張り応力を与えながらワークを加熱するため、遮蔽連結部材とワーク表面との隙間量が一定に保ち易くなり、ワークの部位に応じた温度差が小さくなる。そのため、加熱によるワークの反りを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、加熱によるワークの反りを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係るワーク加熱装置を示す上面模式図である。
【図２】実施の形態１に係るワーク加熱装置を示す断面模式図である。
【図３】遮蔽板隙間算出方法を示す模式図である。
【図４】ワークと遮蔽板との隙間の変化量を示す模式図である。
【図５】ワークと遮蔽板との隙間の変化量に対する温度変化量を示すグラフである。
【図６】ワークと遮蔽板との隙間と、光量との関係を示す模式図である。
【図７】隙間量を調整する前に、実施の形態１に係るワーク加熱装置を用いてワークの一具体例を加熱した場合の各部位の温度を示す模式図である。
【図８】隙間量を調整した後に、実施の形態１に係るワーク加熱装置を用いてワークの一具体例を加熱した場合の各部位の温度を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１０】
（実施の形態１）
図１及び図２を参照して、実施の形態１に係るワーク加熱装置について説明する。図１は、実施の形態１に係るワーク加熱装置を示す上面模式図である。図２は、実施の形態１に係るワーク加熱装置を示す断面模式図である。図１では、分かり易くするため、上側ヒータＨ１の図示を省略した。
【００１１】
図１及び図２に示すように、ワーク加熱装置１００は、上側ヒータＨ１と、下側ヒータＨ２と、引張機構１０と、遮蔽連結部材５０とを備える。
【００１２】
上側ヒータＨ１は、ワークＷ１０の上側（ここでは、Ｚ軸プラス側）に配置され、下側ヒータＨ２とは、ワークＷ１０の下側（ここでは、Ｚ軸マイナス側）に配置される。上側ヒータＨ１と下側ヒータＨ２とは、電磁波をワークＷ１０に放射して、ワークＷ１０を加熱する熱源であればよい。電磁波は、例えば、近赤外線、中赤外線、遠赤外線、マイクロ波、レーザ等が挙げられる。図１及び図２に示す上側ヒータＨ１と下側ヒータＨ２の一具体例は、複数の棒状の赤外線ヒータであり、ワークＷ１０の長手方向（図１及び図２では、Ｘ軸方向）に並列して配置される。当該赤外線ヒータの軸は、ワークＷ１０の短手方向（図１及び図２では、Ｙ軸方向）に延びる。
【００１３】
引張機構１０は、固定側ロッド１と、引張側ロッド２と、引張側ロッド２を引っ張る駆動部（図示略）とを備える。
【００１４】
固定側ロッド１は、固定端部１ａと、本体１ｂと、引張側端部１ｃとを備える。固定側ロッド１の固定端部１ａは、所定位置に固定され、本体１ｂは、固定端部１ａから引張側ロッド２へ延びて、引張側端部１ｃと接続する。引張側端部１ｃには、固定ピン４ａを介して上側遮蔽板５ａ、下側遮蔽板６ａが固定されている。
【００１５】
引張側ロッド２は、固定側端部２ａと、本体２ｂと、駆動部側端部２ｃとを備える。駆動部側端部２ｃは、駆動部（図示略）に機械的に接続され、本体２ｂは、駆動部側端部２ｃから固定側ロッド１側へ延びて、固定側端部２ａに接続する。固定側端部２ａには、固定ピン４ｂを介して上側遮蔽板５ｂ、下側遮蔽板６ｂが固定されている。駆動部は、引張側ロッド２を固定側ロッド１から離れる方向を引っ張る。
【００１６】
遮蔽連結部材５０は、上側遮蔽板５ａ、５ｂと、下側遮蔽板６ａ、６ｂとを備える。上側遮蔽板５ａ、５ｂと、下側遮蔽板６ａ、６ｂとは、電磁波の少なくとも一部を遮る板であればよく、例えば、絶縁板や反射板が挙げられる。絶縁板として、例えば、セラミック、アスベスト等が挙げられる。反射板として、シルバー反射ミラーやゴールド反射ミラー等が挙げられる。上側遮蔽板５ａ、５ｂは、互いに突き合わせた場合、上面視すると、ワークＷ１０の大型板部材Ｗ２を包含する形状を有する。上側遮蔽板５ａ、５ｂと大型板部材Ｗ２との隙間Ｘ２（図４参照）は、ワークＷ１０の各部位の熱膨張量に応じて、所定の大きさを有するとよい。下側遮蔽板６ａ、６ｂは、互いに突き合わせた場合、上面視すると、ワークＷ１０の小型板部材Ｗ１を包含する形状を有する。下側遮蔽板６ａ、６ｂと小型板部材Ｗ１との隙間Ｘ１（図４参照）は、ワークＷ１０の各部位の熱膨張量に応じて、所定の大きさを有するとよい。遮蔽連結部材５０は、ワークＷ１０を一時的に連結して保持する。具体的には、下側遮蔽板６ａは、固定ピン７ａを介してワークＷ１０の一端部を固定し、下側遮蔽板６ｂは、固定ピン７ｂを介してワークＷ１０の他端部を固定する。固定ピン７ａは、下側遮蔽板６ａに脱離可能に取り付けられており、下側遮蔽板６ａから脱離することによって、ワークＷ１０も下側遮蔽板６ａから脱離することができる。また、固定ピン７ｂは、下側遮蔽板６ｂに脱離可能に取り付けられており、下側遮蔽板６ｂから脱離することによって、ワークＷ１０も下側遮蔽板６ｂから脱離することができる。
【００１７】
（加熱方法）
次に、ワーク加熱装置１００を用いてワークＷ１０を加熱する加熱方法について説明する。ワークＷ１０は、小型板部材Ｗ１と、小型板部材Ｗ１に張り合わされた大型板部材Ｗ２とを備える。小型板部材Ｗ１と大型板部材Ｗ２は、多種多様な形状であってもよく、例えば、図１に示す異形板であってもよい。図１に示す小型板部材Ｗ１の一例は、その外縁が大型板部材Ｗ２の外縁を包含する大きさ、及び形状を有する。言い換えると、大型板部材Ｗ２の外縁は、小型板部材Ｗ１の外縁と重なっている、又は、小型板部材Ｗ１の外縁からはみ出ている。
【００１８】
まず、ワークＷ１０を遮蔽連結部材５０に連結して保持させる（保持ステップＳＴ１）。具体的には、ワークＷ１０の大型板部材Ｗ２における固定側ロッド１側の端部を、固定ピン７ａを介して下側遮蔽板６ａに固定させる。また、大型板部材Ｗ２における引張側ロッド２側の端部を、固定ピン７ｂを介して下側遮蔽板６ｂに固定させる。
【００１９】
続いて、ワークＷ１０を加熱する（加熱ステップＳＴ２）。具体的には、上側ヒータＨ１が赤外線を大型板部材Ｗ２に放射しつつ、下側ヒータＨ２が赤外線を小型板部材Ｗ１に放射することによって、ワークＷ１０を加熱する。上側ヒータＨ１が放射した赤外線の一部は、大型板部材Ｗ２に当たり、その残部は、上側遮蔽板５ａ、５ｂに遮られる。下側ヒータＨ２が放射した赤外線の一部は、小型板部材Ｗ１に当たり、その残部は、下側遮蔽板６ａ、６ｂに遮られる。ワークＷ１０の温度を所定の温度に到達させて、その所定の温度のまま維持させるように、ワークＷ１０への加熱を継続する。
【００２０】
最後に、ワークＷ１０を加熱保持したまま、ワークＷ１０に引っ張り応力を与える（引張ステップＳＴ３）。具体的には、上記した駆動部（図示略）によって、引張側ロッド２を固定側ロッド１から離れる方向（ここでは、Ｘ軸プラス側）に引っ張る。固定側ロッド１が所定位置に固定されたまま、引張側ロッド２が固定側ロッド１から離れる方向に引っ張られる。そのため、引張側ロッド２が、下側遮蔽板６ｂを介してワークＷ１０を引っ張る一方で、固定側ロッド１が、下側遮蔽板６ａを介してワークＷ１０に、引張側ロッド２によって引っ張る方向と反対方向へかかる反力を与える。すなわち、ワークＷ１０に引っ張り応力を与える。
【００２１】
以上、ワークＷ１０に引っ張り応力を与えながら、ワークＷ１０を加熱するため、上側遮蔽板５ａ、５ｂとワークＷ１０の大型板部材Ｗ２の端面との距離を一定にし易くなり、また、下側遮蔽板６ａ、６ｂとワークＷ１０の小型板部材Ｗ１の端面との距離を一定にし易くなる。これによって、ワークＷ１０がその部位に応じて温度差が小さくなる。そのため、加熱によるワークＷ１０の反りを抑制することができる。このように、加熱による反りを抑制したワークＷ１０は、例えば、熱間プレス成形を用いて、良好に成形することができる。このようにワークＷ１０を成形することによって、例えば、ピラー（図示略）を形成することができる。ピラーは、四輪車のボディ部材の一つである。
【００２２】
なお、加熱ステップＳＴ２と引張ステップＳＴ３とは、同時に並行して実施すればよく、引張ステップＳＴ３、加熱ステップＳＴ２の順に開始してもよい。
【００２３】
（遮蔽板隙間算出方法）
次に、図３〜図６を用いて、遮蔽板隙間算出方法について説明する。図３は、遮蔽板隙間算出方法を示す模式図である。図４は、ワークと遮蔽板との隙間の変化量を示す模式図である。図５は、ワークと遮蔽板との隙間の変化量に対する温度変化量を示すグラフである。図６は、ワークと遮蔽板との隙間と、光量との関係を示す模式図である。
【００２４】
まず、図３に示すように、ワークＷ１０の一具体例との隙間Ｘ（図示略）を設けた仮の遮蔽板５の一具体例を製作する。仮の遮蔽板５は、上側遮蔽板５ａ、５ｂとを互いに突き合わせた形状と実質的に同じ形状を有する。また、仮の遮蔽板５は、上側遮蔽板５ａ、５ｂと同じ種類の材料からなるとよい。隙間Ｘは、ワークＷ１０の一具体例が目標温度になるまで加熱した場合の熱膨張量と等しければよい。隙間Ｘの具体例として、ワークＷ１０の一具体例との仮の遮蔽板５の一具体例との長手方向における隙間ＸＬ１や、短手方向における隙間ＸＳ１がある。
【００２５】
続いて、熱及び引張応力をワークＷ１０の一具体例に与えて、ワークＷ１０の各部位の温度を測定する。測定した各部位の温度に基づいて、ワークＷ１０の各部位のうち、温度公差外となった部位を把握する。
【００２６】
続いて、図４に示すように、ワークＷ１０の一具体例の形状を縮小させた形状、又は拡大させた形状と同一形状を有するワークＷ２１０の一具体例を作製し、ワークＷ２１０の一具体例を加熱し、温度変化量ΔＴとを計測する。この計測した温度変化量ΔＴと、ワークＷ２１０と仮の遮蔽板５の隙間変化量ΔＸとの関係の一例を、図５に示した。なお、図５に示す番号（３９、１９、１８、１１、８）は、図７、図８に示すワークＷ１０の一具体例Ｗ１００の部位に相当する部位を示す番号に相当する。
【００２７】
続いて、隙間変化量ΔＸに対する温度変化量ΔＴの近似曲線を算出する。算出した近似曲線の一具体例を、図５に示した。例えば、図６に示すように、下側遮蔽板６ｂと小型板部材Ｗ２１との隙間変化量ΔＸ１１が正側に増加した場合、下側ヒータＨ２から小型板部材Ｗ２１の端部Ｗ２１ａに照射される光量が増える。但し、隙間変化量ΔＸ１１が正側に増加するにつれて、新たに小型板部材Ｗ２１の端部Ｗ２１ａに赤外線を放射する下側ヒータＨ２の部位が、端部Ｗ２１ａから遠くなる。そのため、温度変化量ΔＴの増分に対する寄与が小さくなる。そこで、図５に示すデータから、隙間変化量ΔＸに対する温度変化量ΔＴの近似曲線式１を算出することにした。算出した近似曲線式１の例を図５に示した。
ΔＴ＝ａ・ｌｎ（ΔＸ）      （…近似曲線式１）
【００２８】
続いて、温度公差外の部位の温度が目標温度となるように、修正隙間量ΔＸ１００を算出する。例えば、現状の温度Ｔ［℃］、目標温度1000［℃］とし、以下の式２から、修正隙間量ΔＸ１００を算出する。
１０００−Ｔ＝ａ・ｌｎ（ΔＸ１００）      （…式２）
なお、目標温度は、1000［℃］に限られず、ワークＷ１０の材質や形状、熱間プレス成形の条件等に応じて、広い範囲の値を採用することができる。
【００２９】
最後に、修正隙間量ΔＸ１００に基づいて、ワークＷ１０の部位ごとに遮蔽板との隙間量を調整させるよう、遮蔽板を修正する。修正した遮蔽板を用いて、上記した加熱方法１によって、ワークＷ１０を加熱して、評価する。これによって、隙間量が適切になり、ワークＷ１０がその部位に応じて温度差が小さくなる。
【００３０】
（隙間を調整した結果の一具体例）
次に、図７及び図８を参照して、上記した遮蔽板隙間算出方法を用いて隙間を調整した結果の一具体例について説明する。
【００３１】
遮蔽板隙間算出方法を用いて隙間を調整する前において、上記した実施形態１に係る加熱方法を用いて、加熱ステップＳＴ２と同じステップを開始してから50秒が経過した時点でのワークの各部位の温度分布を計測した。この計測結果を、図７に示す。ここで、図７、８に示す各部位No.の「長」とは、大型板部材Ｗ１０１側の部位である。例えば、図７に示す部位No．127長は、大型板部材Ｗ１０１側の部位No．127を示し、部位No．127は、小型板部材Ｗ１０２側の部位No．127を示すことに留意する。ここでは、目標温度1000℃、公差±75℃、つまり、925℃以上1075℃以下の範囲内とした。
【００３２】
図７に示すように、遮蔽板隙間算出方法を用いて隙間を調整する前において、ワークＷ１０の一具体例Ｗ１００の、いくつかの部位の温度が、温度公差925℃以上1075℃以下の範囲内に入らなかった。例えば、部位No.8, 11, 19, 26, 30, 31が挙げられる。また、一具体例Ｗ１００の部位のうち、部位No.115長が、1050℃と最高温度を示し、部位No.26が、838℃と最低温度を示した。その温度差は、212℃であった。これらの部位と、部位No.12, 13, 42とについて、上記した遮蔽板隙間算出方法を用いて修正隙間量ΔＸ１００を算出し、算出した結果を図７に示した。
【００３３】
図７に示す修正隙間量ΔＸ１００の算出結果に基づいて、隙間を調整した後における、ワークの各部位の温度分布を、図８に示す。図８に示すように、隙間を調整した後の温度分布では、ワークＷ１０の一具体例Ｗ１００において、測定した全ての部位の温度が、温度公差925℃以上1075℃以下の範囲内に入った。また、一具体例Ｗ１００の部位のうち、部位No.136, 136長が、1061℃と最高温度を示し、部位No.106が、945℃と最低温度を示した。その温度差は、116℃であり、調整前の温度差212℃と比較して低かった。そのため、ワークＷ１０の一具体例Ｗ１００が、その部位に応じて温度差が小さくなったと考えられる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態に係るワーク加熱装置１００（図１参照）では、引張機構１０を用いたが、ワークＷ１０に引張応力を付与する技術的な手段、引張応力付与手段であればよい。引張応力付与手段として、例えば、固定側ロッド１を引っ張る駆動部と、引張側ロッド２を引っ張る別の駆動部とからなる駆動ユニットがある。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ワーク加熱装置
１０  引張機構                          ５０  遮蔽連結部材
Ｈ１  上側ヒータ                        Ｈ２  下側ヒータ
Ｗ１０、Ｗ１００、Ｗ２１０  ワーク
【図１】
2018193589.tif 000003
【図２】
2018193589.tif 000004
【図３】
2018193589.tif 000005
【図４】
2018193589.tif 000006
【図５】
2018193589.tif 000007
【図６】
2018193589.tif 000008
【図７】
2018193589.tif 000009
【図８】
2018193589.tif 000010