(57)【要約】【課題】平面状に配列されたヒーターの上に鋼板などの被加熱体としてのワークを配置して加熱すると、外側からの輻射熱等により、中央部よりも端部の温度が高くなってしまう。マスクを用いた従来の加熱調整手法では、ワークの全体を均一に加熱することが難しかった。【解決手段】加熱装置によりワークを均一に加熱するための加熱方法を提供する。当該加熱方法は、ワークの形状に対応する領域ごとに加熱装置からの熱を通過させる割合を、少なくとも当該ワークの情報を用いて決定する決定工程と、決定工程で決定された割合に従って熱が通過する部分を設けたマスクを製作する製作工程と、加熱装置の熱源とワークとの間に製作工程で製作されたマスクを配置して、ワークを加熱装置により加熱する加熱工程とを有する。【選択図】図１
2017206748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱装置によりワークを均一に加熱するための加熱方法であって、
前記ワークの形状に対応する領域ごとに前記加熱装置からの熱を通過させる割合を、少なくとも前記ワークの情報を用いて決定する決定工程と、
前記決定工程で決定された前記割合に従って前記熱が通過する部分を設けたマスクを製作する製作工程と、
前記加熱装置の熱源と前記ワークとの間に前記製作工程で製作された前記マスクを配置して、前記ワークを前記加熱装置により加熱する加熱工程と
を有する加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の製造工程において鋼板を高温に加熱する場合がある。加熱装置としては、近赤外線を用いたヒーターを熱源とするものなどが用いられる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２８１１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
平面状に配列されたヒーターの上に鋼板などのワークを配置して加熱すると、外側からの輻射熱等により、中央部よりも端部の温度が高くなってしまう。端部が輻射熱を受けないように、図８（ａ）のように、ヒーター面９００の上でワーク９１０の周囲をマスク９２０で取り囲んで加熱すると、熱膨張によりワーク９１０とマスク９２０が干渉してしまう。
【０００５】
熱膨張を考慮して、図８（ｂ）のように、ワーク９１０よりもマスク９２０を大きくすると、輻射熱を完全に遮断することができず、やはり端部の温度が高くなってしまう。逆に、図８（ｃ）のように、マスク９２０をワーク９１０より少し小さくして、ワーク９１０の端部を重ねるように覆うと、今度は端部の温度が中央部よりも低くなってしまう。すなわち、マスクを用いた従来の加熱の調整手法では、ワークの全体を均一に加熱することが難しかった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ヒーターを用いて鋼板などのワークを均一に加熱する加熱方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様における加熱方法は、加熱装置によりワークを均一に加熱するための加熱方法であって、ワークの形状に対応する領域ごとに加熱装置からの熱を通過させる割合を、少なくとも当該ワークの情報を用いて決定する決定工程と、決定工程で決定された割合に従って熱が通過する部分を設けたマスクを製作する製作工程と、加熱装置の熱源とワークとの間に製作工程で製作されたマスクを配置して、ワークを加熱装置により加熱する加熱工程とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、被加熱体としてのワークをより均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る加熱装置の加熱室内の様子を示す断面概略図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本実施形態に係るマスクの構造を説明する説明図である。
【図４】マスク加工装置の概略図である。
【図５】ワークを均一に加熱するまでの工程を示すフロー図である。
【図６】他の実施例に係るマスクの構造を説明する説明図である。
【図７】ワークの板厚が不均一な場合の加熱室内の様子を示す断面概略図である。
【図８】従来技術におけるマスクとワークの関係を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る加熱装置１００の加熱室１１０内の様子を示す断面概略図である。加熱装置１００は、ワーク３００を加熱する装置である。熱源は、赤外線ランプ１２０である。赤外線ランプ１２０は、加熱室１１０の天井面および床面に複数配置され、赤外光を加熱室１１０の内部へ向けて照射する。より具体的には、凹面鏡等の作用により、加熱室１１０の天地方向（図１におけるｚ軸方向）に沿って平行に赤外光を照射する。すなわち、複数配列された赤外線ランプ１２０は、天井面および床面において、ヒーター面を形成する。
【００１１】
加熱室１１０は、ワーク３００を支持するワーク架台１４０を備える。ワーク架台１４０は、ワーク３００の均一加熱を阻害しないように、点接触や線接触でワーク３００を支持する構造を有する。ワーク３００は、例えば鋼板であり、本実施例においては説明を簡略化する観点から、厚さが均一な板材として説明する。
【００１２】
本実施形態においては、ワーク３００の両表面の全体ができるだけ均一な温度となるように加熱するために、赤外線ランプ１２０からの赤外光を選択的に通過させるマスクを利用する。具体的には、ワーク３００の上面に照射される赤外光の照射量を調整する上マスク２１０と、ワーク３００の下面に照射される赤外光の照射量を調整する下マスク２２０を利用する。
【００１３】
上マスク２１０は、ワーク３００の上面と、天井面に配列された赤外線ランプ１２０との間に配置される。加熱室１１０は、上マスク２１０を支持する上マスク架台１３１を備え、上マスク２１０は、上マスク架台１３１に載置される。上マスク架台１３１は、上マスク２１０とワーク３００の上面との間に隙間ができるように高さが調整されている。このように隙間を設けることにより、熱せられたワーク３００が膨張しても、上マスク２１０との接触を回避できる。
【００１４】
下マスク２２０は、ワーク３００の下面と、床面に配列された赤外線ランプ１２０との間に配置される。加熱室１１０は、下マスク２２０を支持する下マスク架台１３２を備え、下マスク２２０は、下マスク架台１３２に載置される。下マスク架台１３２は、下マスク２２０とワーク３００の下面との間に隙間ができるように高さが調整されている。このように隙間を設けることにより、熱せられたワーク３００が膨張しても、下マスク２２０との接触を回避できる。
【００１５】
上マスク２１０には、ワーク３００の形状に対応して開口２１１と通過孔２１２が設けられている。開口２１１と通過孔２１２は、上マスク２１０を厚さ方向に貫通する空間を形成し、赤外線ランプ１２０からの赤外光をワーク３００の上面へ通過させる。上マスク２１０のうち、開口２１１と通過孔２１２以外の部分は、赤外線ランプ１２０からの赤外光を遮断する。遮断してワーク３００の上面へ赤外光を到達させないのであれば、赤外光を反射する構造であっても、吸収する構造であっても良い。
【００１６】
同様に、下マスク２２０にも、ワーク３００の形状に対応して開口２２１と通過孔２２２が設けられている。開口２２１と通過孔２２２は、下マスク２２０を厚さ方向に貫通する空間を形成し、赤外線ランプ１２０からの赤外光をワーク３００の下面へ通過させる。下マスク２２０のうち、開口２２１と通過孔２２２以外の部分は、赤外線ランプ１２０からの赤外光を遮断する。遮断してワーク３００の下面へ赤外光を到達させないのであれば、赤外光を反射する構造であっても、吸収する構造であっても良い。
【００１７】
なお、上マスク２１０、下マスク２２０は、開口２１１、２２１および通過孔２１２、２２２以外の部分で赤外光をできるだけ遮断する素材が好ましいが、完全に遮断できなくても良い。透過する成分があっても、後述するシミュレーションにおいて当該透過成分を考慮すれば、従来技術に比較してより均一な加熱を実現することができる。上マスク２１０、下マスク２２０の素材としては、鉄、タングステン、セラミックなどを採用し得る。
【００１８】
図２は、図１の点線で囲んだＧの部分拡大図である。なお、ワーク架台１４０は省略している。また、点線で示す矢印で、赤外線ランプ１２０から照射された赤外光を表している。
【００１９】
図で表されるように、開口２２１では、赤外光は下マスク２２０を通過し、ワーク３００の下面に到達している。また、通過孔２２２でも、赤外光は下マスク２２０を通過し、ワーク３００の下面に到達している。一方、それ以外の部分では、赤外光は下マスク２２０の下面に衝突し、ワーク３００の下面には到達しない。開口２１１および通過孔２２２は、後述するようにワーク３００の平面形状に対応して設けられている。さらに、通過孔２２２は、ワーク３００の平面形状に対応して、設けられる数や大きさが決定されている。したがって、下マスク２２０により、ワーク３００の下面に到達する赤外光の照射量を、その領域ごとに異ならせることができる。上マスク２１０によるワーク３００の上面に対する作用も同様である。そこで、これらのマスクの構造について、下マスク２２０を例に、さらに詳述する。
【００２０】
図３は、下マスク２２０の構造を説明する説明図である。図３の左図は、下マスク２２０の正面から観察した図である。下マスク２２０は、点線Ｌで表すワーク３００の外形に対応して、外縁部から中心部へ向かって領域ＡからＤの４つの領域に区分されている。図３の右列の図は、それぞれの領域に分解して並べた図である。
【００２１】
領域ＡからＣには、通過孔２２２が設けられている。領域Ｄは、全部が開口２１１である。領域ＡからＣにおける通過孔２２２の数は、それぞれの領域において単位面積あたりの数が一定となるように定められている。特に、中心部に近い領域Ｃにおける単位面積あたりの通過孔２２２の数は、外側に位置する領域Ｂの単位面積あたりの通過孔２２２の数よりも多く、また、領域Ｂの単位面積あたりの通過孔２２２の数は、外側に位置する領域Ａの単位面積あたりの通過孔２２２の数よりも多い。換言すると、ワーク３００の形状の中心部に対応する領域から外縁部に対応する領域へ向かって、単位面積あたりの通過孔２２２の数が減少するように設計されている。なお、図において通過孔２２２は、理解のため大きく示しているが、もちろん大きさは任意に設定可能である。
【００２２】
各領域における単位面積あたりの通過孔２２２の数は、赤外線ランプ１２０から到達する赤外線を通過させる割合を意味する。別言すれば、熱源からの熱をどれくらい通過させるかの割合と言える。したがって、図示する本実施例においては径が同じ大きさの通過孔２２２を採用しているが、この割合を調整できる限りにおいて、領域間で径の大きさを異ならせても良いし、同じ領域内で径の異なる通過孔を設けても良い。
【００２３】
本実施例においては、ワーク３００の端部が輻射熱等により余分に加熱されて熱分布が生じないように、ワーク３００の端部付近において、赤外線ランプ１２０から到達する赤外線を制限しようとするものである。したがって、中心部付近においては、赤外線ランプ１２０からの赤外線を全面的に受ける方が熱効率の観点からは好ましい。そこで、本実施例においては、ワーク３００の中心部に対応する領域Ｄを、開口２２１としている。なお、ワーク形状や目標温度などによっては、中心部を開口部とすることなく、通過孔によって赤外線を通過させる割合を調整しても良い。
【００２４】
図示する本実施例では、下マスク２２０の領域を４つに区分しているが、領域の数、領域の形状、単位面積あたりに通過させる熱の割合は、加熱対象であるワーク３００の情報に基づいて、コンピュータプログラムを用いたシミュレーションによって決定する。コンピュータプログラムに入力されるワーク３００の情報としては、形状、厚さ、材質の情報が含まれる。具体的には、コンピュータプログラムは、マスクをどのような領域に区分して、どの領域にどのような通過孔あるいは開口を設ければワーク３００が均一に加熱されるかを、熱解析を用いたシミュレーション演算により決定する。
【００２５】
マスクは、シミュレーション演算によって決定されたパラメータに沿って製作される。マスクを加工する加工装置について説明する。図４は、マスク加工装置４００の概略図である。ここでは、シミュレーション演算を行うコンピュータも内蔵する装置として説明する。
【００２６】
マスク加工装置４００は、装置全体の制御を担う制御部４５０、ワーク情報等を取得する取得部４５１、および装置の制御プログラムやシミュレーションプログラムを記憶するメモリ４５２を備える。制御部４５０は、例えばＣＰＵであり、メモリ４５２に記憶されたプログラムを読み込んで、装置の動作制御、シミュレーション等を実行する。取得部４５１は、例えばＬＡＮインタフェースであり、シミュレーション演算等に用いる各種パラメータやプログラムを外部機器から取得する。また、取得部４５１は、キーボードやタッチパネルなどの操作部材であっても良く、この場合は、作業者がパラメータ等を入力する。
【００２７】
制御部４５０は、取得部４５１を介して取得した形状、厚さ、材質等のワーク情報を用いて、マスクをどのような領域に区分し、どの領域にどのような通過孔あるいは開口を設けるかを、シミュレーション演算により決定する。制御部４５０は、シミュレーション演算を実行するコンピュータプログラムと協働して決定部として機能する。
【００２８】
そして、決定したパラメータに従って、マスク２００を加工する。マスク加工装置４００のうち、マスク２００を加工する加工部は、基台４１０、ヘッド４２０、ドリル４４０を備える。基台４１０は、マスク２００を載置する載置台であり、マスク２００は、基台４１０上において、クランプ４１２により固定される。
【００２９】
基台４１０は、ヘッド４２０をｘ軸方向へガイドするＸガイドレール４１４を支持しており、さらに、Ｘガイドレール４１４は、ヘッド４２０をｙ軸方向へガイドするＹガイドレール４１６を支持している。Ｘガイドレール４１４およびＹガイドレール４１６により、制御部４５０は、不図示のアクチュエータを駆動して、ヘッド４２０をｘｙ平面方向へ移動させることができる。なお、ｘｙ平面は、図示するように、マスク２００の平面と平行な面であり、ｚ軸方向は、マスク２００の厚み方向である。
【００３０】
ヘッド４２０は、Ｚガイドレール４３０を備える。Ｚガイドレール４３０により、制御部４５０は、不図示のアクチュエータを駆動して、ドリル４４０をｚ軸方向へ進退させることができる。このような加工部の構成により、制御部４５０は、マスク２００の平面内の任意の位置に、通過孔を設けることができる。なお、開口部を設ける場合は、ドリルをエンドミルに交換すれば良い。
【００３１】
マスク加工装置４００は、シミュレーション演算を行うコンピュータも内蔵する装置として説明したが、シミュレーション演算は外部のコンピュータで行い、その結果を入力してマスクの加工のみを行う装置であっても良い。その場合、外部のコンピュータとはネットワークを介して接続されており、シミュレーション演算の結果は当該ネットワークを通じて取得するように構成しても良い。
【００３２】
図５は、ワークを均一に加熱するまでの工程を示すフロー図である。ここでは、図４を用いて説明したマスク加工装置４００でマスクを製作し、図１を用いて説明した加熱装置１００でワークを加熱する手順として説明する。
【００３３】
ステップＳ１０１では、マスク加工装置４００の制御部４５０は、形状、厚さ、材質等のワーク情報を取得する。そして、ステップＳ１０２へ進み、シミュレーション演算を実行して、マスクをどのような領域に区分し、どの領域にどのような通過孔あるいは開口を設けるかを決定する。すなわち、マスクの設計を行う。制御部４５０は、ステップＳ１０３へ進み、ステップＳ１０２で決定したパラメータに従って、加工部でマスクの製作を実行する。
【００３４】
マスクが完成したら、作業者は、マスク加工装置４００から完成したマスクを取り出し、加熱装置１００に、加熱対象であるワークと共に設置する。そして、ステップＳ１０４で、加熱装置１００によりワークの加熱を行う。ワークをできる限り均一に加熱するまでの工程は以上であるが、塗装等の目的に応じてワークは次工程に引き渡される。
【００３５】
以上に説明した実施例における上マスク２１０および下マスク２２０は、マスクに孔を設けることにより、赤外線ランプ１２０から到達する赤外線を通過させる割合を調整した。しかし、この割合を調整する手法としては、マスクに孔を設ける以外の手法も採用し得る。
【００３６】
図６は、他の実施例に係るマスク２３０の構造を説明する説明図である。マスク２３０は、その素材として石英ガラスなどの透明基板が採用しており、それぞれの領域における赤外線の通過割合を、透明基板の表面に設ける遮熱層によって調整している。
【００３７】
例えば図示するように、単位面積あたりの通過割合は、遮熱層を成す矩形模様の割合で調整される。遮熱層は矩形に限らず、ドットでも他の形状でも構わない。遮熱層は、例えば熱を吸収する塗料が塗布されることにより形成される。
【００３８】
次に、加熱対象であるワークの板厚が均一でない場合について説明する。図７は、ワーク７００の板厚が不均一な場合の加熱室１１０内の様子を示す断面概略図である。ここでは、ワーク７００は、ベースとなる第１ワーク７１０に第２ワーク７２０が接合されたものであって、第２ワーク７２０が接合されていることにより、部分的に下マスク２２０方向に板厚となっているものとする。
【００３９】
ワーク７００が部分的に板厚となっている旨の情報は、シミュレーション演算に取り込まれ、ワーク７００に適した下マスク２２０が設計される。下マスク２２０には、図示するように、例えば、第２ワーク７２０に対応する領域として領域Ｅが設けられ、板薄部分である第１ワーク７１０の中央付近に到達する熱量と、第２ワーク７２０に到達する熱量とが等しくなるように、領域Ｅに通過孔２２２が設けられる。
【００４０】
なお、ワークは、部分的に板厚に形成される以外にも、曲面を有していたり、穴部が設けられていたりしても良い。この場合も、これらの情報はワークの情報としてシミュレーション演算に取り込まれ、それぞれのワークに適したマスクが設計される。例えば、曲面を有する場合は、曲面の単位領域における法線方向により赤外線を受ける量が減少するので、その減少量に応じて赤外線を通過させる割合を増加させる調整を行う。また、穴部が設けられている場合には、その端面が輻射熱を受けて近傍の温度が上がる傾向にあるので、ワーク端部と同様に、赤外線を通過させる割合を減少させる調整を行う。
【００４１】
また、以上で説明した実施形態においては、シミュレーション演算によってマスクをどのような領域に区分し、どの領域にどのような通過孔あるいは開口を設けるかを決定したが、作業者による試行錯誤によって決定しても構わない。
【００４２】
以上に説明した本実施形態に係る各態様を以下のように纏めることができる。
＜態様１＞
加熱装置によりワークを均一に加熱するための加熱方法であって、
前記ワークの形状に対応する領域ごとに前記加熱装置からの熱を通過させる割合を、少なくとも前記ワークの情報を用いて決定する決定工程と、
前記決定工程で決定された前記割合に従って前記熱が通過する部分を設けたマスクを製作する製作工程と、
前記加熱装置の熱源と前記ワークとの間に前記製作工程で製作された前記マスクを配置して、前記ワークを前記加熱装置により加熱する加熱工程と
を有する加熱方法。
【００４３】
＜態様２＞
前記決定工程は、前記加熱装置により前記ワークを均一に加熱するための、コンピュータプログラムを用いたシミュレーション演算により実行される態様１に記載の加熱方法。
【００４４】
＜態様３＞
前記製作工程は、前記熱を遮断する効果を有する熱遮断基材に、前記熱が通過する部分として孔を設ける設孔工程を含む態様１または２に記載の加熱方法。
【００４５】
＜態様４＞
前記製作工程は、前記熱を通過させる効果を有する熱通過基材に、前記熱が通過する部分以外の部分に遮熱層を設ける設層工程を含む態様１または２に記載の加熱方法。
【００４６】
＜態様５＞
前記決定工程は、前記形状の中心部に対応する領域から縁部に対応する領域へ向かって、少なくとも一部が、熱を通過させる部分が段階的に減少するように前記割合を決定する態様１から４のいずれか１項に記載の加熱方法。
【００４７】
＜態様６＞
加熱装置によりワークを均一に加熱するために用いるマスクの製造方法であって、
前記ワークの情報を取得する取得工程と、
前記取得工程により取得した前記情報を用いて、前記ワークの形状に対応する領域ごとに前記加熱装置からの熱を通過させる割合を決定する決定工程と、
マスク基材に前記決定工程で決定された前記割合に従って前記熱が通過する部分を設ける加工工程と
を有するマスクの製造方法。
【００４８】
＜態様７＞
加熱装置によりワークを均一に加熱するために用いるマスクの製造装置であって、
前記ワークの情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得した前記情報を用いて、前記ワークの形状に対応する領域ごとに前記加熱装置からの熱を通過させる割合を決定する決定部と、
マスク基材に前記決定部で決定された前記割合に従って前記熱が通過する部分を設ける加工部と
を備えるマスクの製造装置。
【００４９】
以上説明した実施形態において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現し得る。便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１００  加熱装置、１１０  加熱室、１２０  赤外線ランプ、１３１  上マスク架台、１３２  下マスク架台、１４０  ワーク架台、２００、２３０  マスク、２１０  上マスク、２１１  開口、２１２  通過孔、２２０  下マスク、２２１  開口、２２２  通過孔、３００  ワーク、４００  マスク加工装置、４１０  基台、４１２  クランプ、４１４  Ｘガイドレール、４１６  Ｙガイドレール、４２０  ヘッド、４３０  Ｚガイドレール、４４０  ドリル、４５０  制御部、４５１  取得部、４５２  メモリ、７００  ワーク、７１０  第１ワーク、７２０  第２ワーク、９００  ヒーター面、９１０  ワーク、９２０  マスク
【図１】
2017206748.tif 000003
【図２】
2017206748.tif 000004
【図３】
2017206748.tif 000005
【図４】
2017206748.tif 000006
【図５】
2017206748.tif 000007
【図６】
2017206748.tif 000008
【図７】
2017206748.tif 000009
【図８】
2017206748.tif 000010