(57)【要約】【課題】低コスト及び省スペース化を図りつつも、所定の温度分布となるようワークを効率よく加熱することが可能な加熱装置を提供する。【解決手段】本発明に係る加熱装置１０は、板状のワークＷを収容可能な炉室１１と、炉室１１内に配設され、炉室１１内に収容されたワークＷを下方から支持する支持部材１２と、炉室１１内に配設され、相互に異なる加熱温度に調節可能な複数のヒータ１３ａ〜１３ｃとを備える。支持部材１２は断熱材又は遮熱材で形成されると共に、ワークＷを、平面視した状態で相対的に高温となる領域Ｗ１と相対的に低温となる領域Ｗ２１，Ｗ２２とに区画可能な形状とされる。また、複数のヒータ１３ａ〜１３ｃはそれぞれ、支持部材１２によって区画された領域Ｗ１（Ｗ２１，Ｗ２２）ごとにワークＷとその下方で対向する位置に配設される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のワークに、相対的に高温となる領域と、相対的に低温となる領域とを付与するための加熱装置であって、
前記ワークを収容可能な炉室と、該炉室内に配設され、前記炉室内に収容された前記ワークを下方から支持する支持部材と、前記炉室内に配設され、相互に異なる加熱温度に調節可能な複数のヒータとを備え、
前記支持部材は断熱材又は遮熱材で形成されると共に、前記ワークを、平面視した状態で前記相対的に高温となる領域と前記相対的に低温となる領域とに区画可能な形状とされ、かつ
前記複数のヒータはそれぞれ、前記支持部材によって区画された領域ごとに前記ワークとその下方で対向する位置に配設される加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置に関し、特にプレス成形用鋼板などの板状のワークに所定の温度分布を与えるための加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車部品の加工方法の一つに、ダイクエンチなどの熱間プレス成形がある。この成形方法は、鋼材などの板状のワークを所定の温度にまで加熱した後、プレス型内に投入して、型締めすることにより当該ワークを所定形状に成形すると共に、型締め状態を所定時間維持することで、ワークに焼入れなどの熱処理（主に冷却を伴った熱処理）を施すものである。
【０００３】
ところで、プレス成形すべきワークには、強度を高める部分と、強度を高めずにおく部分とを共存させるべき類のものがある。通常のプレス型投入前の加熱工程では、雰囲気加熱式の加熱炉を用いるのが一般的であるが、この加熱炉では、炉内に投入したワーク全体を均一に加熱することになるため、部分焼入れ等のために対応する一部の領域のみを残部に比べて高温に加熱することはできない。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１には、鋼材のうち高強度にする部分を第１加熱手段としてのブロック型ヒータで挟持して、当該挟持した領域を加熱し、然る後、鋼材の全体を第２加熱手段としての通電電極で通電することで加熱して、高強度にする部分のみを焼入れ可能な温度にまで加熱する手段が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９５８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、２種類の加熱手段を用いるようにすれば、一方の加熱手段でワーク全体を加熱し、かつ相対的に高温に加熱したい領域のみを他方の加熱手段で加熱することができるが、これだと、各々の加熱設備が必要になるため、その分設備コスト及びその設置スペース（加工スペース）が嵩む、といった問題が生じる。また、ワーク加熱のために２工程を経る必要から、工程数の増加ひいては生産効率の低下を招く、といった問題も生じる。
【０００７】
もちろん、上述した問題は、何も熱間プレス成形における加熱工程に限ったことではなく、相対的に高温となる領域と相対的に低温となる領域とをワークに付与するための加熱処理の場合にも同様に当てはまる。
【０００８】
以上の事情に鑑み、本発明により解決すべき課題は、低コスト及び省スペース化を図りつつも、所定の温度分布となるようワークを効率よく加熱することが可能な加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題の解決は、本発明に係る加熱装置によって達成される。すなわち、この装置は、板状のワークに、相対的に高温となる領域と、相対的に低温となる領域とを付与するための加熱装置であって、ワークを収容可能な炉室と、炉室内に配設され、炉室内に収容されたワークを下方から支持する支持部材と、炉室内に配設され、相互に異なる加熱温度に調節可能な複数のヒータとを備え、支持部材は断熱材又は遮熱材で形成されると共に、ワークを、平面視した状態で相対的に高温となる領域と相対的に低温となる領域とに区画可能な形状とされ、かつ複数のヒータはそれぞれ、支持部材によって区画された領域ごとにワークとその下方で対向する位置に配設される点をもって特徴付けられる。
【００１０】
このように、本発明では、加熱装置の炉室内において、加熱すべき板状のワークを下方から支持する支持部材を、断熱材又は遮熱材で形成すると共に、上記板状のワークを、平面視した状態で相対的に高温となる領域と相対的に低温となる領域とに区画可能な形状とした。また、ワークを加熱するための複数のヒータをそれぞれ、この支持部材によって区画された領域ごとにワークとその下方で対向する位置に配設するようにした。このように構成することで、ワークは下方から複数のヒータによって加熱される。また、この際、ワークは支持部材によって、相対的に高温となる領域と相対的に低温となる領域とに区画された状態で支持されているので、ワークと支持部材との間に隙間がない状態でワークが区画及び支持される。これにより、支持部材とワークとの隙間を通じた伝熱（例えば加熱された雰囲気の移動）が規制される。さらには、この支持部材を断熱材又は遮熱材で形成しているので、支持部材内部を通じた伝熱が規制される。以上の作用より、ワークの区画された領域とこれらに対向するヒータとの間の空間の間での熱移動を極力減らして、所望の加熱温度に調節した各ヒータで、板状のワークのうち相対的に高温とすべき領域と相対的に低温とすべき領域とをそれぞれ対応する温度にまで加熱することができる。よって、炉室内における加熱温度の均一化を回避して所望の温度分布を板状のワークに付与することができる。また、従来のように、複数種類の加熱手段を用意せずに済むため、設備コストを上げることなく上記加熱が可能となると共に、同一加熱装置内（同一炉室内）に全ての加熱手段（複数のヒータ）を配置できるので、設置スペースの増大化を招くおそれもない。もちろん、１工程で済むため、作業効率の面でも良好である。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、低コスト及び省スペース化を図りつつも、所定の温度分布となるようワークを効率よく加熱することが可能な加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る加熱装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す加熱装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る加熱装置の構成及び動作を図面に基づき説明する。    
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る加熱装置１０の全体構成を示す断面図である。図１に示すように、この加熱装置１０は、炉室１１と、炉室１１内で板状のワークＷを下方から支持する支持部材１２と、互いに異なる加熱温度に調節可能な複数のヒータ１３ａ〜１３ｃとを主に備える。以下、各構成要素の詳細を説明する。
【００１５】
炉室１１は、図１に示すように、底部１１ａと、天部１１ｂと、底部１１ａと天部１１ｂとをつなげ、炉室１１内部を外部と遮断するための側部１１ｃとで構成される。これにより、炉室１１内には、加熱対象となるワークＷを収容可能な大きさの空間が区画形成される。これら底部１１ａ、天部１１ｂ、及び側部１１ｃは何れも断熱材で形成される。もちろん、これら底部１１ａ、天部１１ｂ、及び側部１１ｃを断熱性だけでなく遮熱性にも優れた材料（構造材）で形成してもよい。また、本実施形態では、側部１１ｃの一部が開閉可能とされており（図示は省略）、ワークＷ投入時には側部１１ｃの一部を開いてワークＷを水平方向から投入して閉じた後、加熱処理を行い、加熱処理後、側部１１ｃの一部を開いてワークＷを水平方向に取出し可能としている。
【００１６】
支持部材１２は、本実施形態では、炉室１１の底部１１ａ上に立設するようにして炉室１１内に配設されている。また、この支持部材１２は、下方から板状のワークＷを支持可能な形状をなすものであって、かつ支持部材１２を平面視した状態では、ワークＷを、相対的に高温となる領域Ｗ１と、相対的に低温となる領域Ｗ２１，Ｗ２２とに区画可能な形状をなす。本実施形態では、支持部材１２は、水平方向に沿って直線的に伸びる形状をなしており、互いに平行となるよう２箇所に配置されている。そして、その端面１２ａ上に板状のワークＷが当接するようにして下方から支持すると共に、相対的に高温となる領域Ｗ１の両側に、相対的に低温となる領域Ｗ２１，Ｗ２２が位置するように（図２）、板状のワークＷを３つの領域に区画可能としている。
【００１７】
また、支持部材１２は、後述する伝熱態様を実現するため、断熱材又は遮熱材で形成される。具体的には、ワークＷを加熱するヒータ１３ａ〜１３ｃの伝熱態様によって、断熱材と遮熱材の何れか好適な材料を選択使用するのがよい。本実施形態では、中央のヒータ１３ａとこの上方に位置するワークＷとの間の対向空間１４の雰囲気（空気や窒素ガスなど所定の気体）と、この対向空間１４に隣接する両側の対向空間１５，１６の雰囲気との間における支持部材１２を通じた伝熱が規制されるよう、支持部材１２を断熱材で形成している。もちろん、支持部材１２を断熱性及び遮熱性の双方に優れた材料（構造材）で形成しても構わない。
【００１８】
また、支持部材１２上に板状のワークＷを載置して下方から支持した状態では、炉室１１の天部１１ｂとワークＷとの間に所定の大きさの隙間１７が形成されるよう、支持部材１２の高さが設定される。この隙間１７は、ワーク投入時あるいは取出し時における炉室１１の天部１１ｂを構成する断熱材とワークＷとの接触を回避する目的で、例えば５ｍｍ以上かつ２５ｍｍ以下、より好適には１０ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下に調整される。
【００１９】
ヒータ１３ａ〜１３ｃは、支持部材１２上に支持された状態のワークＷとその下方で対向する位置に配設される。本実施形態では、支持部材１２により区画された相対的に高温となる領域Ｗ１と、相対的に低温となる領域Ｗ２１，Ｗ２２それぞれと対向する位置に計３個のヒータ１３ａ〜１３ｃが配設される。これにより、各ヒータ１３ａ〜１３ｃと、ワークＷの区画された各々の領域、すなわち相対的に高温となる領域Ｗ１と、相対的に低温となる領域Ｗ２１，Ｗ２２との間の対向空間１４〜１６がそれぞれ、対応するヒータ１３ａ〜１３ｃにより加熱される。
【００２０】
また、各ヒータ１３ａ（１３ｂ，１３ｃ）には、加熱温度を別個独立に調整するための制御部１８ａ〜１８ｃが接続されており（図１を参照）、各対向空間１４〜１６を所定の温度にまで加熱可能としている。本実施形態では、ステンレス鋼製のワークＷに対して後工程での熱間プレス成形による焼入れを可能とするべく、相対的に高温となる領域Ｗ１がＡｃ３点以上、相対的に低温となる領域Ｗ２１，Ｗ２２がＡｃ１点以下となるよう、各制御部１８ａ〜１８ｃにより対応する各ヒータ１３ａ〜１３ｃの加熱温度を調整可能としている。
【００２１】
次に、この加熱装置１０を用いた加熱処理の一例を説明する。
【００２２】
まず、図１に示す加熱装置１０の側部１１ｃの一部を開いて（図示は省略）、加熱対象となる平坦な板状のワークＷ（ここでは例えばフロントサイドメンバの素材）を炉室１１内に投入する。そして、投入したワークＷを支持部材１２上に載置し、ワークＷを下方から支持する。また、この際、図２に示すように、この後の熱間プレス成形で熱処理（ここでは焼入れ）を施したい領域と、熱処理を施さずにおきたい領域との境界に支持部材１２の端面１２ａが当接するようにワークＷを配置することで、熱処理を施したい領域が、相対的に高温となる領域Ｗ１となり、熱処理を施さずにおきたい領域が、相対的に低温となる領域Ｗ２１，Ｗ２２となる。
【００２３】
そして、この状態で炉室１１内を密閉し、各ヒータ１３ａ〜１３ｃを駆動させることで、ワークＷの区画された各々の領域（領域Ｗ１，Ｗ２１，Ｗ２２）をそれぞれ所定温度まで加熱する。この際、各ヒータ１３ａ〜１３ｃを対応する制御部１８ａ〜１８ｃで制御することにより、例えばワークＷ中央の相対的に高温となる領域Ｗ１が焼入れ可能な温度（Ａｃ３点以上の温度）にまで加熱されると共に、領域Ｗ１とその両側で隣り合う相対的に低温となる領域Ｗ２１，Ｗ２２がそれぞれ焼入れされずに済む温度（Ａｃ１点以下でかつ後工程でのプレス成形によるスプリングバックを考慮しなくて済む温度）にまで加熱される。
【００２４】
以上のようにしてワークＷに対する所定の加熱処理が完了したら、このワークＷを炉室１１内から取出して、次工程となる熱間プレス成形工程へと搬送する。そして、当該工程において設置された熱間プレス成形装置（図示は省略）のプレス型内に加熱状態のワークＷを投入し、型締めを行うことで、ワークＷが所定の形状（例えば図２の左右方向に沿った何れの位置における断面形状もハット形状となるよう）に成形されると共に、ワークＷのうち相対的に高温となる領域Ｗ１に対して急冷による焼入れ処理が施され、当該領域Ｗ１の高強度化が図られる。
【００２５】
このように、本発明に係る加熱装置１０によれば、ワークＷは下方から複数のヒータ１３ａ〜１３ｃによって加熱される。また、この際、ワークＷは支持部材１２によって、相対的に高温となる領域Ｗ１と相対的に低温となる領域Ｗ２１，Ｗ２２とに区画された状態で支持されているので、温度分布の境界において支持部材１２とワークＷとの隙間を通じた伝熱（例えば中央の対向空間１４から両側の対向空間１５，１６への雰囲気の移動）が規制される。さらには、この支持部材１２を断熱材又は遮熱材で形成しているので、支持部材１２内部を通じた伝熱も規制される。以上の作用より、ワークＷの区画された各々の領域Ｗ１，Ｗ２１，Ｗ２２と、これらに対向するヒータ１３ａ〜１３ｃとの間の対向空間１４〜１６の間での熱移動を極力減らして、所望の加熱温度に調節した各ヒータ１３ａ〜１３ｃで、板状のワークＷのうち相対的に高温とすべき領域Ｗ１と相対的に低温とすべき領域Ｗ２１，Ｗ２２とをそれぞれ対応する温度にまで加熱することができる。よって、炉室１１内における加熱温度の均一化を回避して所望の温度分布を板状のワークＷに付与して、所望の領域のみに焼入れ等の熱処理をすることができる。また、同一種類のヒータ１３ａ〜１３ｃを用いて制御部１８ａ〜１８ｃにより制御するだけで上述した温度分布をワークＷに付与できるので、複数種類の加熱手段を用意せずに済む。そのため、設備コストを上げることなく上記加熱が可能となる。また、同一加熱装置１０内（同一炉室１１内）に全ての加熱手段（複数のヒータ１３ａ〜１３ｃ）を配置できるので、設置スペースの増大化を招くおそれもない。もちろん、１工程で済むため、効率よく加熱処理を行うことができる。
【００２６】
また、ワークＷを支持部材１２でその下方から支持するようにしたことで、実際に支持している箇所以外のワークＷ下方にスペース（例えば各対向空間１４〜１６）が生じるので、このスペースを利用してワークＷを下から支えた状態で炉室１１内へ投入し、又は炉室１１外へ取出すことができる。これにより、作業効率の向上が図られる。
【００２７】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。
【００２８】
例えば、上記実施形態では、ワークＷ加熱用のヒータ１３ａ〜１３ｃとして、雰囲気加熱用の加熱手段を採用した場合を例示したが、もちろんこれ以外の種類の加熱手段、例えば可視光や赤外線、マイクロ波などの電磁波による輻射熱を付与するタイプの加熱手段を採用することも可能である。この場合、支持部材１２には遮熱性に優れた材料（遮熱材）で形成されたものを用いるのがよい。
【００２９】
また、上記実施形態では、支持部材１２として、直線状に伸び、ワークＷを平面視した状態で３つの領域に区画可能な形状をなすものを例示したが、もちろんこれ以外の形状を成すものを使用しても構わない。相対的に高温となる領域と、相対的に低温となる領域との区画状況に応じた形状の支持部材を用いて、ワークＷを所定の形状及び領域数に区画することで、所望の温度分布をワークＷに付与することが可能である。また、本実施形態では、各区画された領域が平面視した状態（図２）において上下方向に開放されているが、例えば支持部材１２の形状を工夫することで、相対的に高温となる領域Ｗ１を閉領域とすることも可能である。もちろん、温度分布が３段階以上に区画されたものであってもよい。
【００３０】
また、以上の説明では、ワークＷに熱間プレス成形を施す際の加熱処理（加熱装置）に本発明を適用した場合を例示したが、これ以外の用途に係る加熱処理（加熱装置）に対しても本発明を適用できることはもちろんである。
【符号の説明】
【００３１】
１０    加熱装置
１１    炉室
１２    支持部材
１３ａ〜１３ｃ  ヒータ
１４〜１６  対向空間
１７    隙間
Ｗ      ワーク
Ｗ１    相対的に高温となる領域
Ｗ２１，Ｗ２２  相対的に低温となる領域
【図１】
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【図２】
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