(57)【要約】【課題】塗装前の鋳物などの金属のワークを、高速かつ高い熱効率で良好に加熱することができ、しかも、その後の塗装欠陥などを生じることがなく、さらに設備費や設置面積を少なく抑えることができる加熱装置を提供する。【解決手段】粉粒体を熱媒体とし、ワークが浸漬される流動層３、４と、熱風を発生させるとともに流動層に送り込んで熱媒体を加熱および流動させる熱風発生器１１とを備え、熱風発生器１１の加熱熱源が電熱式ヒータであり、流動層３、４から排出された排気ガスを回収して再度流動層３、４に送り込むよう構成した。これにより、ワークを高速かつ安定して加熱することができ、また、熱効率を向上させることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属のワークを加熱する加熱装置であって、
粉粒体を熱媒体とし、ワークが浸漬される流動層と、
熱風を発生させるとともに流動層に送り込んで熱媒体を加熱および流動させる熱風発生送風手段と、
を備え、
前記熱風発生送風手段の加熱熱源が電熱式ヒータであり、前記熱風発生送風手段により、流動層から排出された排気ガスを回収して再度流動層に送り込むよう構成したことを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
流動層として、ワークを急速に昇温させる昇温用の流動層と、昇温されたワークを所定温度に調整する均熱用の流動層とを有することを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
ワークを搬送する搬送手段を備え、この搬送手段は、ワークを所定の搬送経路に沿って搬送しながらこの搬送経路内で流動層に対して任意の位置で出し入れ自在の状態で移動させるよう構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】
ワークの搬送経路がループ状あるいはＵ字状に形成され、この搬送経路に沿って搬送経路途中に流動層が配設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項５】
流動層へのワークの出し入れタイミングを制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項６】
熱媒体としてセラミック微粒子が用いられることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の加熱装置。
【請求項７】
ワークが塗装前の鋳物であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装前の鋳物などの金属のワークを加熱する加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水などの液体が送られる管路や、この管路に設けられるバルブの弁箱などには、防錆などのために塗装された鋳物の部品が用いられる。この鋳物は塗装工程での処理速度を向上させたり、塗装品質を確保したりするために、塗装する前に加熱処理される。
【０００３】
この点につき詳しく述べると、鋳物の部品などを塗装する塗装方法としては、液体塗料を用いて塗装する方法と、粉体塗料を用いて塗装する方法とがあり、また、前記液体塗料を用いる塗装方法としては、浸漬、刷毛塗り、噴霧塗装、静電塗装などがあり、前記粉体塗料を用いる塗装方法としては、振り掛け塗装、吹き付け塗装、流動層浸漬塗装、静電塗装などがあり、これらの塗装方法により鋳物が塗装される。これらの塗装方法を行うに際して、何れの塗装方法を用いる場合でも、塗料の付着、成膜を確実に行って塗膜品質を向上させることが要求されるとともに、成膜工程や硬化工程での加熱処理速度を上げて生産能率を向上させることが望まれ、これらの要望に対応する処理として、鋳物素材に対して事前に加熱する塗装前加熱（事前加熱処理）が行われる。
【０００４】
この塗装前加熱の加熱温度は、塗料の種類や塗装方法に対応した最適な温度で処理できるよう、鋳物素材や鋳物を塗装する塗装ラインの構成、塗装ラインなどでの温度低下を考慮しながら設定される。
【０００５】
この塗装前加熱などを行う従来の加熱装置としては、主として、燃料としてガスや油を用いて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスで鋳物などの加熱対象物であるワークを加熱する燃焼ガス雰囲気炉（例えば、特許文献１等）が使用されている。なお、加熱温度が１００℃以下でよい場合には温水加熱槽なども用いられる。
【０００６】
ただし、樹脂系塗料を用いて塗装する前に処理する塗装前加熱処理には、加熱温度は３００℃未満でよいが、粉体塗装用に加熱する場合には、塗料を溶融するために約１５０℃以上に加熱できることが必要であるため、熱容量の小さな燃焼ガスを熱媒体として対流伝熱により加熱することが主体となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−５７６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、燃焼ガスを熱媒体とする加熱装置を用いる場合には、回収した排ガスの保有熱を熱交換器で回収したり、燃料の燃焼に必要な酸素を供給すべく新鮮な冷空気を常に補充したりしなければならないため、熱交換器分の設備費が増加したり、熱効率が低下したりする欠点がある。また、上記のように熱容量の小さな燃焼ガスを熱媒体として対流伝熱により加熱する加熱装置を用いて加熱処理速度を増加させようとすると、加熱経路が長くて大型の加熱炉が必要となるため、設備費が極めて高額となるとともに、多大な設置面積が必要となる欠点もある。
【０００９】
また、高速搬送ラインにおいて、鋳物の素材を、燃焼ガスを熱媒体として加熱処理で移送した後に塗装すると、鋳物の表面特性のために溶融塗膜の下に燃焼ガスなどの気体が入り込み易く、塗料を成膜した後に前記気体が膨張して塗装欠陥を生じてしまう問題も発生する。
【００１０】
本発明は、上記欠点や問題を解消するもので、塗装前の鋳物などの金属のワークを、高速かつ高い熱効率で良好に加熱することができ、しかも、その後の塗装欠陥などを生じることがなく、さらに設備費や設置面積を少なく抑えることができる加熱装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記欠点や問題を解消するために本発明は、金属のワークを加熱する加熱装置であって、粉粒体を熱媒体とし、ワークが浸漬される流動層と、熱風を発生させるとともに流動層に送り込んで熱媒体を加熱および流動させる熱風発生送風手段と、を備え、前記熱風発生送風手段の加熱熱源が電熱式ヒータであり、前記熱風発生送風手段により流動層から排出された排気ガスを回収して再度流動層に送り込むよう構成したことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、ワークを、粉粒体を熱媒体とする流動層に浸漬させて加熱するため、塗装前の鋳物を、高速かつ良好な熱効率で加熱することができる。すなわち、粉粒体を熱媒体とする流動層にワークを浸漬して加熱するので、ガス雰囲気炉などと比較して高速に、かつワークを全表面から均等に、局部過熱などを生じることなく安定して加熱することができ、設置スペースも比較的小さく抑えることが可能となる。また、加熱熱源が電熱式ヒータであるので、電熱式ヒータにより加熱された熱風を流動層内に導入して加熱しても、燃焼ガスを導入した場合のように、回収した排ガスの保有熱を熱交換器で回収したり、燃焼用空気に利用しようとして酸素や冷空気を導入したりする必要もなく、また、排出された熱風を回収して循環使用することで、極めて高い熱効率を維持することができる。
【００１３】
また、本発明の加熱装置は、流動層として、ワークを急速に昇温させる昇温用の流動層と、昇温されたワークを所定温度に調整する均熱用の流動層とを有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、昇温用の流動層でワークを急速に昇温させるので、迅速にワークを加熱できて処理能率を向上させることができるとともに、均熱用の流動層では昇温されたワークが所定温度に調整されるので、最終的なワークの温度を精度良く調整できて加熱処理の信頼性が向上する。
【００１５】
また、本発明の加熱装置は、ワークを搬送する搬送手段を備え、この搬送手段は、ワークを所定の搬送経路に沿って搬送しながらこの搬送経路内で流動層に対して任意の位置で出し入れ自在の状態で移動させるよう構成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成により、ワークを流動層に出し入れして浸漬させる時間を容易に調整できるため、各種のワークをその大きさや熱容量に応じて良好に、かつ精度良く加熱することが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、搬送経路がループ状あるいはＵ字状に形成され、この搬送経路に沿って搬送経路途中に流動層が配設されていることを特徴とする。この構成により、搬送経路を直線状に構成した場合に比べて装置全体の長さを少なめに抑えることができて設置面積の省スペース化を図ることができる。
【００１８】
また、本発明は、流動層へのワークの出し入れタイミングを制御する制御手段を備えたことを特徴とする。この構成により、ワークを流動層に出し入れして浸漬させる時間を正確に調整できるため、各種のワークの大きさや熱容量に応じて良好に、かつ精度良く加熱することができる。
【００１９】
また、熱媒体としてセラミック粒子を用いることが好ましく、良好にかつ高い熱効率でワークを加熱することができ、しかも、使用による消耗を最小限に抑えることができ、維持費を低減することができる。
【００２０】
また、ワークが塗装前の鋳物である場合が特に適しており、塗装前の鋳物を極めて良好に加熱することができるとともに、その後の塗装処理において、燃焼ガスを熱媒体とした場合のような塗装欠陥を生じてしまうことがないので高い塗装品質を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、粉粒体を熱媒体とする流動層にワークを浸漬して加熱するので、ガス雰囲気炉などと比較して高速に、かつ全表面から均等に、局部過熱などを生じることなく安定して加熱することができる。熱風発生送風手段の加熱熱源を電熱式ヒータとすることにより、排出された熱風を回収して循環使用することができて、熱効率を向上させることができる。
【００２２】
また、流動層として、ワークを急速に昇温させる昇温用の流動層と、昇温されたワークを所定温度に調整する均熱用の流動層とを有する構成としたことにより、昇温用の流動層において迅速にワークを加熱できて処理能率を向上させることができながら、均熱用の流動層では昇温されたワークが所定温度に調整されるので、最終的なワークの温度を精度良く調整することができて信頼性が向上する。
【００２３】
また、搬送手段が、ワークを所定の搬送経路に沿って搬送しながらこの搬送経路内で流動層に対して任意の位置で出し入れ自在の状態で移動させるよう構成することにより、ワークを流動層に出し入れして浸漬させる時間などを容易に調整できるため、各種のワークの大きさや熱容量に応じて良好に、かつ精度良く加熱することが可能となる。また、多数のワークを連続的に処理することができて、高い処理能力を得ることができる。
【００２４】
また、ワークが塗装前の鋳物である場合には、塗装前の鋳物を極めて良好に加熱することができるとともに、その後の塗装処理において、燃焼ガスを熱媒体とした場合のような塗装欠陥を生じてしまうことがないので高い塗装品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る加熱装置の平面図である。
【図２】同加熱装置の一部切欠正面図である。
【図３】同加熱装置の右側面図である。
【図４】同加熱装置の熱媒体の流れなどを示す図である。
【図５】同加熱装置のワークの流れなどを示す図である。
【図６】同加熱装置のワークの流れなどを示す右側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態に係る加熱装置を図面に基づき説明する。
図１〜図６に示すように、本発明の実施の形態に係る加熱装置は、塗装前の鋳物などの金属のワーク１を加熱する加熱装置であって、セラミック粒子からなる粉粒体２を熱媒体とする２つの流動層３、４と、熱風を発生させるとともに流動層３、４に送り込んで粉粒体２を加熱および流動させる熱風発生送風手段と、ワーク１を所定の搬送経路に沿って搬送しながらこの搬送経路内で流動層３、４に対して任意の位置で出退自在の状態で移動させる電動チェーンブロック２３などの搬送手段と、平面視略Ｕ字形状とされ、流動層３、４から排出された排気ガスが外部に漏れないように囲むとともにワーク１の搬送経路となる筒状の保温ダクト（ダクト部）５などを備えている。
【００２７】
各流動層３、４は、粉粒体２が溜められた略箱型の槽体３ａ、４ａの底部に、熱風が上向きに噴出される孔部を多数有する熱風噴出管６が横向きに多数配設されており、これらの熱風噴出管６から吐出される熱風により粉粒体２が加熱および流動されている。なお、図１などにおける６ａは熱風噴出管６のヘッダ、図４における７は流動層３、４における粉粒体２の貯留部の温度を検知する流動層温度センサ、８は流動層３、４における粉粒体２の貯留部よりも上方の空間部の温度を検知する流動層空間部検知センサである。また、各流動層３、４の上面部は、エアシリンダ等により駆動される蓋体９により開閉自在とされており、原則的には、流動層３、４内にワーク１がある時には蓋体９が開けられ、流動層３、４内にワーク１がない時には蓋体９が閉じられる。
【００２８】
図４などに示すように、熱風発生送風手段は、流動層３、４から排出されて保温ダクト５内に流入した排気ガスを、排気回収用配管１２ａを介して回収して流動層３、４側へ送り出す送風機１０と、送風機１０から送られた排気ガスや外部より取り入れた空気を加熱する電熱式ヒータ（ブロックヒータ）からなる熱風発生器１１とを有しており、熱風発生器１１からの熱風が流動層３、４の熱風噴出管６（図５参照）に送られる。熱風発生器１１の出口部などには熱風温度センサ１３が設けられ、所定温度の熱風を熱風発生器１１から発生できるよう構成されている。なお、必要に応じて、エアフィルタ１４を通して清浄な空気も熱風発生送風手段に導入可能に構成されている。また、排気回収用配管１２には、排気ガスの流入量と、空気の流入量とを調整可能な流量調整ダンパ１５Ａ、１５Ｂや流入側温度検知センサ１７がそれぞれ設けられている。なお、図４における１６は、回収した排気を除塵する集塵フィルタ、１０ａは送風機１０を駆動するモータである。
【００２９】
ここで、図４に示すように、流動層３には、熱風送出用配管１２ｂを介して熱風発生器１１で発生した熱風のみが送られ、この流動層３はワーク１を急速に昇温させる昇温用の流動層３とされている。一方、流動層４には、熱風発生器１１で発生した熱風と、送風機１０から送り出された回収循環熱風や空気とがミキサ１８により混ぜ合わされて所定温度に調整された熱風が送られ、この流動層４は、昇温用の流動層３で昇温されたワーク１を所定温度に調整する均熱用の流動層４とされている。なお、図４における１２ｃは、熱風発生器１１からの熱風を流動層４側へ送り出す熱風送出用配管、１２ｄは、送風機１０から送り出された排気ガスおよび空気を流動層４側へ送り出す送気用配管、１５ｃ、１５ｄは、各配管に設けられた流量調整ダンパである。流量調整ダンパ１５ｃによって、図外の温度調節計で設定された温度になるよう、熱風送出用配管１２ｃからの熱風量が調整される。
【００３０】
搬送手段は、保温ダクト５の上方位置で平面視ループ状に配設された走行用レール２１と、走行用レール２１に案内されながら自走可能とされるとともに、チェーン２２を介してワーク１を昇降自在に吊り下げた複数台（例えば、６台）の電動チェーンブロック２３とを有しており、各電動チェーンブロック２３は、走行用レール２１の走行位置も認識可能に構成されている。そして、各電動チェーンブロック２３は、図外の制御部により、走行用レール２１に沿って走行しながら、制御部により指示された位置でそれぞれ各流動層３、４内にワーク１を入れて浸漬させ、制御部により指示された時間が来る（あるいは指定された位置に達する）と流動層３、４から保温ダクト５内へ持ち上げるよう構成されている。なお、電動チェーンブロック２３は必ずしも自走式のものでなくてもよく、走行経路に沿って移動される駆動用チェーンなどの駆動力を受けて移動するよう構成されたものでもよい。
【００３１】
また、図４における５ａは、電動チェーンブロック２３により吊り下げられたワーク１が導入されるダクト入口部、５ｂは、電動チェーンブロック２３により吊り下げられたワーク１が排出されるダクト出口部で、各電動チェーンブロック２３は、ダクト入口部５ｂからＡ方向（図１、図５参照）に導入されて、保温ダクト５を通過するとともに昇温用の流動層３に浸漬された後、再び、保温ダクト５の中間部を通過するとともに均熱用の流動層４に浸漬され、保温ダクト５を通してダクト出口部５ｂからＢ方向（図１、図５参照）に排出される。
【００３２】
また、ダクト入口部５ａと、保温ダクト５内における流動層３、４に対応する箇所への入口部分および出口部分、並びに、保温ダクト５内においてワーク１がブローされる領域５ｃ（図５参照）の出口部分と、ダクト出口部５ｂとには、それぞれ、流動層３、４からの排気が外部に流出して熱効率が低下することを防止する扉体２６が開閉自在に設けられており、対応する箇所を通過する際のみその扉体２６が開けられる。なお、この実施の形態では、扉体２６はエアシリンダにより開閉されるものを図示しているが、この構成に限るものではない。
【００３３】
また、この実施の形態では、エアフィルタを通して清浄化された空気が、流動層３の底部に配設された加熱管２７を通されて高温に加熱され、この温風が砂落とし（熱媒体除去）用のエアブロー装置２８やエアカーテン２９から吹き出されて、加熱されたワーク１が温風によって洗浄されるとともに、熱媒体である粉粒体２の外部への流出が最小限に抑えられる。
【００３４】
上記構成において、加熱対象となるワーク１は、ダクト入口部５ａの手前箇所で電動チェーンブロック２３の引掛け部（係止部）などに吊り下げられ、ダクト入口部５ａから保温ダクト５内に導入される。そして、昇温用の流動層３の上方に搬送された時点で、昇温用の流動層３内に降ろされ、搬送動作が続けられながら昇温用の流動層３に浸漬される。そして、ワーク１は、所定位置に達すると（あるいは所定時間に達すると）で昇温用の流動層３から取り出される。また、この後、保温ダクト５の中間部を通過した後、均熱用の流動層４の上方位置に来た時点で、チェーン２２が降ろされてワーク１が均熱用の流動層４に浸漬され、所定位置に達すると（あるいは所定時間に達すると）で均熱用の流動層４から取り出された後、保温ダクト５を通してダクト出口部５ｂから排出される。ここで、制御部は、予め、各ワーク１にその熱容量などに対応して各ワーク１の流動層３、４での浸漬時間を認識しており、この浸漬時間となるように、昇温用の流動層３および均熱用の流動層４での投入位置、取り出し位置となるように各電動チェーンブロック２３を制御指示している。
【００３５】
上記構成によれば、ワーク１を、粉粒体２を熱媒体とする流動層３、４に浸漬させながら移動させて加熱するため、塗装前の鋳物などのワーク１を、高速かつ良好な熱効率で、しかも局部過熱などを生じることなく安定して加熱することができる。すなわち、粉粒体２を熱媒体とする流動層３、４にワーク１を浸漬して加熱するので、ガス雰囲気炉などと比較して高速に（ガス雰囲気炉の３倍以上）、かつワーク１の全表面から均等に、局部過熱などを生じることなく安定して加熱することができ、設置スペースも比較的小さく抑えることが可能となる。また、加熱熱源が電熱式ヒータで構成された熱風発生器１１であるので、電熱式ヒータにより加熱された熱風を流動層３、４内に導入して加熱しても、燃焼ガスを導入した場合のように、回収した排ガスの保有熱を熱交換器で回収したり、燃焼用空気に利用しようとして酸素や冷空気を導入したりする必要もなく、また、流動層３、４から排出された熱風を保温ダクト５内から回収して、再度熱風発生器１１で加熱しながら循環使用することで、極めて高い熱効率を維持することができる。
【００３６】
また、上記構成によれば、まず昇温用の流動層３でワーク１を急速に昇温させるので、迅速にワーク１を加熱できて処理能率を向上させることができるとともに、次に均熱用の流動層４では昇温されたワーク１が所定温度に調整されるので、最終的なワーク１の温度を精度良く調整できて加熱処理の信頼性が向上する。なお、均熱用の流動層４で加熱温度は、必ずしも、昇温用の流動層３の最終的な加熱温度より高く設定せずに低い温度としてもよい。
【００３７】
また、上記のように、電動チェーンブロック２３などからなる搬送手段によりワーク１を流動層３、４に対して任意の位置で出し入れ自在の状態で搬送しているため、ワーク１を流動層３、４に出し入れして浸漬する時間を容易に調整でき、各種のワーク１をその大きさや熱容量に応じて良好に、かつ精度良く加熱することが可能となる。また、上記のように、流動層３、４へのワーク１の出し入れタイミングを制御する制御部を備えたことにより、各種のワーク１を流動層３、４に出し入れして浸漬させる時間を正確に調整でき、各種のワーク１の大きさや熱容量に応じて良好に、かつ精度良く加熱することができる。
【００３８】
また、搬送経路をループ状あるいはＵ字状に形成し、この搬送経路に沿って搬送経路途中に流動層３、４を配設したので、搬送経路を一直線状に構成した場合に比べて加熱装置全体の長さを少なめに抑えることができて設置面積の省スペース化を図ることができる。
【００３９】
また、粉粒体２の熱媒体としてセラミック粒子を用いたことにより、良好にかつ高い熱効率でワーク１を加熱することができ、しかも、使用による消耗を最小限に抑えることができるため、維持費を低減することができる。
【００４０】
また、ワーク１が塗装前の鋳物である場合には、塗装前の鋳物であるワーク１を極めて良好に加熱することができるとともに、昇温用の流動層３でワーク１を急速に昇温させた後、均熱用の流動層４でワーク１の塗装に適した温度に調整されるので、この後の塗装処理におけるワーク１からのガスの発生を防止できて、燃焼ガスを熱媒体とした場合のような塗装欠陥を生じてしまうことがなく、高い塗装品質を得ることができて信頼性が向上する利点がある。なお、本発明のワーク１としては、特に塗装前の鋳物である場合が適しているが、これに限るものではなく、他の金属のワーク１に対して適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１      ワーク（塗装前の鋳物）
２      粉粒体（熱媒体：セラミック粒子）
３      流動層（昇温用の流動層）
４      流動層（均熱用の流動層）
５      保温ダクト（搬送経路：ダクト部）
６      熱風噴出管
１０    送風機
１１    熱風発生器（電熱式ヒータ）
１６    集塵フィルタ
２１    走行用レール
２２    チェーン
２３    電動チェーンブロック（搬送手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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