(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム材をヒータ手段によって加熱処理するに際して、該アルミニウム材の温度を求める加熱温度測定装置であって、
前記アルミニウム材における主たる面に対して、前記ヒータ手段からの放射による熱伝達を遮るように重ね合わせられて、該主たる面に直接的乃至は間接的に接する測温治具と、該測温治具の温度を検出する測温センサを設けると共に、該測温センサによる温度検出値に基づいて、前記アルミニウム材の加熱温度を求める演算手段を設けたことを特徴とするアルミニウム材の加熱温度測定装置。
【請求項２】
前記測温治具が、前記アルミニウム材における主たる面を５０％以上の面積で覆う請求項１に記載のアルミニウム材の加熱温度測定装置。
【請求項３】
前記測温センサが、前記測温治具の内部に収容配置されており、該測温治具の温度を直接に検出する請求項１又は２に記載のアルミニウム材の加熱温度測定装置。
【請求項４】
前記演算手段において、前記測温センサによる温度検出値に基づいて、前記アルミニウム材の加熱温度を求めるに際し、該測温センサによる温度検出値に応じて異なる演算式を採用する請求項１乃至３の何れかに記載のアルミニウム材の加熱温度測定装置。
【請求項５】
前記測温治具が、前記アルミニウム材の加熱処理装置における加熱炉内に常設的に配設されている請求項１乃至４の何れかに記載のアルミニウム材の加熱温度測定装置。
【請求項６】
アルミニウム材をヒータ手段によって加熱処理するに際して、請求項１乃至５の何れかに記載のアルミニウム材の加熱温度測定装置を用い、該加熱温度測定装置によって求められた該アルミニウム材の加熱温度が、目的とする加熱処理温度となるように、前記ヒータ手段による加熱作動を制御することを特徴とするアルミニウム材の加熱温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、アルミニウム合金製の板材や形材，サンドイッチパネル等（以下、アルミニウム材と総称する）の加熱処理に際して、アルミニウム材の温度を求める加熱温度測定装置と、かかるアルミニウム材の加熱処理に際しての温度制御方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
アルミニウム材の加熱処理としては、例えば、焼き戻し処理や軟化処理，均熱化処理（溶体化処理），ろう付け処理の他、成形処理等があるが、これらの加熱処理に際しては、目的とする処理を有効に且つ安定して行うために、アルミニウム材の温度管理が必要とされる。そこで、従来では、一般に、電気炉等の加熱処理炉の炉内の雰囲気温度を検出し、その検出温度に基づいて炉温を管理していた。
【０００３】
ところが、このような炉内の雰囲気温度の検出値に基づく温度管理は、加熱に長時間を要する熱処理等のように、炉内の雰囲気温度とアルミニウム材の温度に大きな差が生じ難い場合に有効であるが、目標とする加熱温度の変化勾配が大きい場合やアルミニウム材の熱容量が大きな場合等においては、求められた温度と実際のアルミニウム材の温度の差が大きくなったり、不均一となり易く、十分な精度で温度測定を行うことが難しいという問題があった。
【０００４】
そこで、アルミニウム材に対して直接に熱電対を取り付けることにより、アルミニウム材の温度を直接に検出することも、考えられる。しかしながら、熱処理するアルミニウム材に一々熱電対を取り付け、処理後に取り外す作業が必要であるために、作業が面倒となり製造コストが上昇するという問題があり、加えて、アルミニウム材の構造等によっては、熱電対の取付けが困難な場合があるために、必ずしも有効な方策ではなかったのである。
【０００５】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、アルミニウム材の加熱処理に際して、アルミニウム材の加熱温度を容易に且つ高精度に求めることの出来る新規な加熱温度測定装置と、アルミニウム材の加熱温度を容易に且つ高精度に制御することの出来る新規な加熱温度制御方法を、提供することにある。
【０００６】
【解決手段】
そして、このような課題を解決するために、アルミニウム材の加熱温度測定装置に係る本発明の特徴とするところは、アルミニウム材をヒータ手段によって加熱処理するに際して、該アルミニウム材の温度を求める加熱温度測定装置において、（ａ）アルミニウム材における主たる面に対して、前記ヒータ手段からの放射による熱伝達を遮るように重ね合わせられて、該主たる面に直接的乃至は間接的に接する測温治具と、（ｂ）該測温治具の温度を検出する測温センサを設けると共に、（ｃ）該測温センサによる温度検出値に基づいて、前記アルミニウム材の加熱温度を求める演算手段を設けたことにある。
【０００７】
このような本発明に従う構造とされた加熱温度測定装置においては、アルミニウム材を加熱する際、アルミニウム材の少なくとも測温治具が重ね合わされた部分においては、ヒータ手段からの放射による熱伝達が遮られることにより、測温治具を介しての伝導加熱が支配的となる。それ故、かかる測温治具の温度が、アルミニウム材の加熱温度に対して有利に対応し得るのであり、この測温治具の温度を測温センサで検出した値に基づいて、アルミニウム材の温度を、演算手段によって速やかに且つ高精度に求めることが出来るのである。
【０００８】
しかも、測温センサは、アルミニウム材に対して直接に取り付ける必要がなく、適当な測温治具に装着されることから、例えば複数のアルミニウム材を順次に加熱処理する場合等でも各アルミニウム材毎における測温センサの取付けおよび取外し作業を不要となし得、良好なる作業性が実現されるのである。
【０００９】
また、前述の如き課題を解決するために、アルミニウム材の加熱温度制御方法に係る本発明の特徴とするところは、アルミニウム材をヒータ手段によって加熱処理するに際して、上述の如き本発明に従う構造とされたアルミニウム材の加熱温度測定装置を用い、該加熱温度測定装置によって求められたアルミニウム材の加熱温度が、目的とする加熱処理温度となるように、ヒータ手段による加熱作動を制御するアルミニウム材の加熱温度制御方法にある。
【００１０】
このような本発明方法に従えば、アルミニウム材の加熱温度測定装置によって高精度に求められたアルミニウム材の加熱温度に基づいて、ヒータ手段による加熱作動が制御されることから、アルミニウム材の加熱処理温度を精度良く調節することが出来るのであり、アルミニウム材に対して、目的とする加熱処理を有効に且つ安定して施すことが出来るのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
先ず、前述の如き本発明に従う構造とされたアルミニウム材の加熱温度測定装置において、加熱処理対象物であるアルミニウム材は、何等限定されるものでなく、アルミニウム合金製の板材や形材，サンドイッチパネル等が何れも対象となる。また、加熱処理の種類も、焼き戻し処理や軟化処理，均熱化処理，ろう付け処理等の他、曲げ等の成形のための加熱処理などが挙げられ、何等、限定されるものでない。更にまた、加熱処理装置としては、従来から公知のものが何れも採用可能であって、特に限定されるものでなく、例えば、密閉式の加熱炉を備え、その内部にヒータ手段が配設され、更に必要に応じて冷却手段が配設されたもの等が、好適に採用されるが、大気開放型の加熱炉等も採用可能である。また、加熱処理装置におけるヒータ手段としても、アルミニウム材の大きさや熱容量，加熱温度等に応じて適当なものが採用され得、何等限定されるものでないが、例えば、ニッケル−クロム合金の帯板やカーボン発熱体を用いた近赤外線ヒータや遠赤外線ヒータ等の電気式ヒータが、電気制御による温度調節が容易であること等から好適に採用される。
【００１２】
また、本発明に係るアルミニウム材の加熱温度測定装置において、測温治具は、測温用に特別に設ける必要はなく、例えば、従来から一般的な加熱処理に採用されている成形用型や整形板，プレス板，載荷用重量物など、加熱処理のために用いられてアルミニウム材の表面に重ね合わされる各種の部材を、測温治具として利用することが可能である。具体的には、例えば、アルミニウム材の加熱処理に際して、アルミニウム材の表面精度の維持のために、アルミニウム材と載荷用重量物（積載治具）の間に介装される、カーボン等からなる平板形状の整形板等が、測温治具として好適に採用され得る。
【００１３】
さらに、このような測温治具が重ね合わされるアルミニウム材の面は、ヒータ手段からの十分な熱伝達がある主たる面であって、一般に、多面体からなるアルミニウム材において最も面積の大きい面が選択されるが、必ずしも一つの面である必要はなく、複数の面を選択することも可能であり、また、平坦面である必要はなく、湾曲面等であっても良い。具体的には、例えば、平板形状のアルミニウム材であれば、面積の大きい表裏面の何れか一方の面が、主たる面として好適に選択される。
【００１４】
また、測温治具は、アルミニウム材の主たる面に対して、直接に密接して重ね合わされることが望ましいが、測温精度に大きな影響を及ぼさない部材であれば、そのような他部材を介して間接的に重ね合わされても良い。その場合にも、少なくとも測温治具が重ね合わされた面では、アルミニウム材への熱伝達に関して伝導加熱が大きくなることから、測温センサによる検出値とアルミニウム材の加熱温度との間に、良好なる関連性が維持され得る。例えば、前述の如く、アルミニウム材の加熱処理に際して、アルミニウム材と載荷用重量物（積載治具）の間に介装される整形板を測温治具として採用する場合には、測温治具とアルミニウム材の間に、薄肉のカーボンシート等からなる潤滑シート等を配設し、測温治具を、該潤滑シートを介して、アルミニウム材に重ね合わせるようにしても良い。なお、潤滑シートを用いた加熱処理等に関しては、例えば本願出願人が先に出願した特開平１−４４２６８号公報等で公知であるから、その詳細な説明を省略する。
【００１５】
更にまた、測温センサとしては、熱電対や測温抵抗体，サーミスタ等の接触型センサの他、焦電型や放射型等の非接触型センサなど、従来から公知の各種のものが、要求される精度や温度範囲等に応じて適宜に採用され得るが、特に、精度や耐久性等の点から接触型のものが望ましく、より好適には、熱電対を利用した測温センサが採用される。なお、測温センサは、測温治具に対して、取り外し可能に装着されていても、また取り外し不能に一体的に装着されていても良い。
【００１６】
さらに、測温センサによる温度検出値に基づいてアルミニウム材の加熱温度を求める演算手段としては、一般に、電子計算機が採用され、例えば、温度制御用のマイコンを利用してソフト的に演算手段を構成することが可能である。また、かかる演算手段における演算式は、例えば実験データ等に基づいて求められたもの等が好適に採用される。具体的には、例えば測温センサによる温度検出値の他、アルミニウム材の材質や形状、単位時間当りの温度変化率、ヒータ出力等を必要に応じて影響因子として採用し、かかる影響因子とアルミニウム材の加熱温度との関係を表す回帰式を求めることによって、目的とする演算式を有利に得ることが可能である。
【００１７】
また、本発明に従う構造とされた加熱温度測定装置においては、測温治具が、アルミニウム材における主たる面を５０％以上の面積で覆うように設定することが望ましい。また、より好ましくは測温治具がアルミニウム材の主たる面を、７０％以上の面積で覆うように、更に好ましくは８０％以上の面積が覆うように設定され、最も好ましくは、測温治具がアルミニウム材の主たる面を、実質的に全面に亘って覆うように設定される。このように、測温治具がアルミニウム材の主たる面を覆う面積を設定することによって、アルミニウム材のヒータ手段による放射加熱が有利に抑えられ、伝導加熱がより大きくなることから、測温治具によるアルミニウム材の加熱温度の測定精度が一層向上され得る。
【００１８】
さらに、本発明に従う構造とされた加熱温度測定装置においては、測温センサが測温治具の内部に収容配置せしめられ、測温治具の温度を該測温センサによって直接に検出するように構成することが望ましい。このような構成を採用すれば、測温センサによる測温治具の温度検出精度が向上されるのであり、それによって、アルミニウム材の加熱温度の測定精度も有利に向上されるのである。なお、測温治具における測温センサの収容構造は、特に限定されるものでないが、例えば、測温治具に溝や孔を設けて、そこに測温センサを収容配置すること等が有効である。特に、測温治具に孔を設ける場合には、測温治具を分割パネル構造とし、それらの突き合わせ面に設けた凹溝を、分割パネル同士の突き合わせによって覆蓋することで、加工が難しい材質の測温治具であっても、測温センサの配設用孔を容易に形成することが可能となる。また、測温治具におけるアルミニウム材側に対する重ね合わせ面に開口して、測温センサの収容部を設け、測温センサの測温部分を、測温治具だけでなく、アルミニウム材にも、直接または間接に接触させても良い。
【００１９】
また、本発明に従う構造とされた加熱温度測定装置にあっては、例えば、演算手段において、測温センサによる温度検出値に基づいて、アルミニウム材の加熱温度を求めるに際し、該測温センサによる温度検出値に応じて異なる演算式を採用することが有効である。即ち、本発明者等の実験に基づけば、測温センサによる温度検出値とアルミニウム材の加熱温度との関係式は、一般に、加熱温度に応じて変化する傾向が認められるのであり、それ故、測温センサによる温度検出値に応じて異なる演算式を採用することによって、アルミニウム材の加熱温度の検出精度を広い温度範囲に亘ってより有利に維持することが可能となるのである。なお、加熱温度制御が、より高精度に要求される場合や、例えば加熱と冷却を繰り返すような複雑な温度制御パターンを有する場合、加熱処理状況に対応して加熱プログラムが大幅に変化する場合等、特別な場合においては、例えば、演算式の補正を考慮することも有効である。具体的には、有限要素法や差分法等を用いた解析を行い、その結果を利用して、演算式の係数を修正することで適応制御したり、アルミニウム材の温度分布等を考慮して演算式を補正したりすること等が可能である。
【００２０】
更にまた、本発明に従う構造とされた加熱温度測定装置においては、例えば、測温治具が、アルミニウム材の加熱処理装置における加熱炉内に常設的に配設されてなる構成が、好適に採用される。このような構成を採用すれば、複数のアルミニウム材を加熱処理するに際して、測温治具の交換が必要とされない限り、極めて優れた作業性が実現され得るのである。なお、本発明においては、測温治具を、アルミニウム材と共に炉外に取り出す構造も採用されるが、その場合には、例えば、測温治具に設けられた測温センサの出力側の電気端子が接続されるコネクタ等を、炉内の適当な箇所に設けておき、手動または自動でコネクタ接続を行うようにすれば、一層優れた作業性が発揮される。
【００２１】
また、本発明に従う構造とされたアルミニウム材の加熱温度制御方法において、ヒータ手段による加熱作動の制御方法としては、従来から公知の各種のフィードバック制御やフィードフォワード制御、オープンループ制御等が採用可能であるが、特に、フィードバック制御が好適に採用される。また、フィードバック制御としても、ＰＩＤ制御や適応制御等、公知の手法が、何れも採用可能である。
【００２２】
その他、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであって、上述の具体的説明や以下に記載する実施例の記載によって何等限定的に解釈されるものでなく、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることが、理解されるべきである。
【００２３】
【実施例】
アルミニウム合金製のハニカムパネルを製造するためのろう付け処理に際して、かかるハニカムパネルの加熱温度を、本発明に従う構造とされた加熱温度測定装置を用いて実測した実験としての実施例について、その結果を、以下に記載する。
【００２４】
本実施例において、製造するハニカムパネルは、図１に示されているように、４本のロ形中空断面の押出形材を組み合わせて得た矩形枠体形状の枠材１２を、一対の薄板の矩形平板形状を有する面板１４，１４で挟み込むと共に、枠材１２で囲まれた枠内にコルゲート成形した複数枚のハニカム形成板を並べて複数の六角形のセルを有するハニカムコア１６を形成して、一対の面板１４，１４間に配設したものであり、それら枠材１２，面板１４，１４，ハニカムコア１６を互いに組み付けて、加熱処理装置の炉内に挿入配置し、表裏両面から加圧しつつ加熱処理して相互にろう付け一体化することによって、目的とするハニカムパネルとするものである。
【００２５】
特に、本実施例では、枠材１２を形成する押出形材として、６０００番系のアルミニウム押出し材である中空形材を採用すると共に、面板１４として、厚さが１mmで一方の面にろう材がクラッドされた６０００番系のアルミニウムブレージングシートを採用し、更に、ハニカムコア１６を形成するハニカム形成材として、厚さ：０．２mm，幅（ハニカムパネルの高さ方向寸法）：２５．４mmで両面にろう材がクラッドされた６０００番系のアルミニウムブレージングシートを３／４インチサイズのセルを形成し得るように連続した半六角形状（波形状）にコルゲート成形したものを採用した。そして、これら枠材１２と面板１４，１４，ハニカムコア１６を互いに組み付けて、所定厚さの平板形状のハニカムパネル形成板（アルミニウム材）１８としたものを、図２に示されているように、加熱処理装置の加熱炉内にセットし、加熱処理した。かかる加熱処理に際しては、ハニカムパネル形成板１８の主たる面としての表裏両面（各面板１４の外面）２０，２０の各全面に対して、それぞれ、肉厚：０．６mmのカーボンシートからなる潤滑シート２２を重ね合わせ、その外側に、ハニカムパネルの表面平坦度を確保するための厚さ：１５mmのカーボン板からなる整形板２４を、ハニカムパネル形成板１８の表面各全面に重ね合わせた上に、更に、載荷用重量物としての鋼製の積載金具２６を重ね合わせることにより、鉛直上方の積載金具２６の自重を載荷重として作用せしめつつ、炉内の周囲に配設されたカーボン発熱体からなる電気ヒータ２８にて加熱した。また、加熱に際しては、炉内を大気から密閉し、真空中で加熱処理を実施した。
【００２６】
そこにおいて、整形板２４は、矩形長板形状を有する分割板３０の複数枚（本実施例では、７枚）を、幅方向端面において非接着で突き合わせて並設することにより形成した。また、図３に示されているように、それら各整形板２４の幅方向端面には、長手方向全長に亘って延びる凹溝３２を形成し、それによって、各整形板２４の突き合わせ面間において、互いの凹溝３２，３２にて、整形板２４の内部を直線的に貫通して延びる貫通孔３４を形成した。そして、測温センサとしての熱電対（図示せず）を、かかる貫通孔３４に挿入することによって、整形板２４の内部に配設し、この熱電対によって、整形板２４の温度を直接に測定するようにした。なお、このことから明らかなように、本実施例では、複数枚の分割板３０からなる整形板２４により、測温治具が構成されている。
【００２７】
そして、整形板２４の略中央部分に位置するＡ点（図２参照）と、整形板２４の略コーナー部分に位置するＢ点の２点において、それぞれ熱電対により温度：Ｔｊを検出し、この検出した検出温度：Ｔｊに基づいて、ハニカムパネル形成板１８の加熱処理温度：Ｔｐを演算にて求めた。なお、かかる演算に際しては、予め予備試験によって求めた下記（ａ）〜（ｃ）の演算式を採用した。このことから、本実施形態では、予め設定されたプログラムにより、下記（ａ）〜（ｃ）の演算式に従って、熱電対による検出温度：Ｔｊからハニカムパネル形成板１８の加熱処理温度：Ｔｐを求める演算処理を実施する電子計算機（図示せず）によって、演算手段が構成されている。また、実験時の室温は２４．２℃であり、加熱装置の炉は、十分に冷却された状態から加熱を開始した。
【００２８】
（ａ）ＲＴ≦Ｔｊ＜１００℃の場合
Ｔｐ＝（Ｔｊ2 ／２５０）＋ＲＴ
但し、ＲＴは、室温（℃）
（ｂ）１００℃≦Ｔｊ＜２００℃の場合
Ｔｐ＝０．８９Ｔｊ−２５
（ｃ）２００℃≦Ｔｊの場合
Ｔｐ＝１．１２Ｔｊ−７２
【００２９】
本実施例において得られたハニカムパネル形成板１８の加熱処理温度：Ｔｐの値を、下記表１に示す。なお、検証のために、ハニカムパネル形成板１８における各温度測定部位に熱電対を装着しておき、実測した値を、実測値として併せ示す。また、Ｔｐと実測値との差を誤差として、表１中に併せ示した。更にまた、表中、炉温は、熱処理装置における炉内温度の制御値である。
【００３０】
【表１】
0004429416.tif 000002
【００３１】
上記表１の結果から明らかなように、加熱処理の全過程において、本実施例に係る加熱温度測定装置によって求められた加熱温度：Ｔｐと実測値との差は、±５℃以内に抑えられている。特に、熱電対による検出温度：Ｔｊが６００℃を越えてからは、誤差が±１．５℃以内に抑えられていることが認めれた。このことから、上述の如き構造とされた本発明に係る加熱温度測定装置によれば、アルミニウム材の正常なろう付けを行うために十分な精度で測温することが可能であることが、明らかである。
【００３２】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明に従う構造とされたアルミニウム材の加熱温度測定装置においては、アルミニウム材の加熱処理に際して、アルミニウム材の加熱温度を容易に且つ高精度に求めることが出来るのであり、特にアルミニウム材に対して直接に測温センサ等を取り付ける必要がないことから、加熱処理作業に悪影響を及ぼすこともない。
【００３３】
また、本発明に係るアルミニウム材加熱温度制御方法に従えば、アルミニウム材の加熱処理に際して、アルミニウム材の加熱温度を容易に且つ高精度に制御することが出来ることから、目的とする加熱処理を、良好なる作業性をもって有利に且つ安定して実施することが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例において採用したアルミニウム材としてのハニカムパネル形成板を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例において用いた加熱装置における加熱処理のための概略構造を示すモデル図である。
【図３】図２に示された加熱装置に採用されている測温治具としての整形板の要部構造を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
１８  ハニカムパネル形成板
２０  主たる面（パネル表裏面）
２４  整形板
２８  電気ヒータ
【図１】
0004429416.tif 000003
【図２】
0004429416.tif 000004
【図３】
0004429416.tif 000005