JP5937524B2 - 赤外炉、赤外線加熱方法およびそれを用いて製造された鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、赤外炉、赤外線加熱方法およびそれを用いて製造された鋼板に関し、特に、一個のワークを異なる温度域に加熱可能な赤外炉および赤外線加熱方法、又は、一枚に異なる強度域が形成された鋼板に関する。

燃費向上を目的とする車体の軽量化又は衝突安全性に対するニーズの高まりに伴い、車体部品の製造方法として、ダイクエンチ工法が注目されている。ダイクエンチ工法は、加熱された鋼板を、プレス金型で成形と同時に急速冷却することにより、鋼板を焼入れする工法である。

また、鋼板を焼入れするために鋼板を加熱する方法として、赤外線加熱方法が注目されている。赤外線加熱方法は、ワークに赤外線を照射して、ワークに赤外線を吸収させることにより、ワークを発熱させる方法である。

また、車体部品等の車両用部品に関しては、高強度部品と低強度部品を溶接して一つの部品を製造する手間を省くため、一つの部品内に強度の変化を持たせたいという要求がある。このような部品は、高強度部によって強度が確保され、低強度部は加工し易いという利点を有している。

以上の背景技術に関連する特許文献を以下に紹介する。

特許文献１には、鋼板と赤外線ランプの間に所定の形状を有するプレート材を配置すること、および、鋼板のプレート材で覆われていない側の少なくとも一部の加熱強度分布を、鋼板の前記プレート材で覆われている側の加熱強度分布と異なるよう設定すること、が提案されている。

特許文献２には、鋼板の第１の領域により弱い赤外線を照射し、この鋼板の第２の領域に強い赤外線を照射する赤外線加熱装置が提案されている。

特許文献３には、鋼板の目標加熱温度に応じて点灯させる赤外線ランプの個数を選択すると共に、点灯させる全ての赤外線ランプの出力強度を同率に設定する赤外線加熱装置が提案されている。

特許文献４には、鋼板の加熱状態を領域ごとに制御するため、マトリックス状に配置された複数の赤外線ランプのうち、所定列のランプの出力を低くし、他列のランプの出力を高くする赤外線加熱装置が提案されている。

特許文献５には、鋼板の一部分をＡｒ１変態点以上に赤外線加熱すると共に、鋼板の残部の温度が室温〜Ａｒ１変態点未満の状態で、鋼板のプレス成形を開始するプレス方法が提案されている。

特許第４５７５９７６号公報 特開２０１１−２００８６６号公報 特開２０１１−７４６９号公報 特開２０１１−９９５６７号公報 特開２００５−１９３２８７号公報

例えば、一枚の鋼板において、その低温設定領域は焼入れしない部分に相当し、その高温設定領域は焼入れする部分に相当する。赤外線加熱時、この低温設定領域の上方にプレート材を配置して、低温設定領域を全面的に遮蔽した場合、低温設定領域の温度が予想よりも低下したり、昇温に時間が掛かったりする傾向がある。これによって、高温設定領域から低温設定領域へ流れる熱量が大きくなりすぎて、高温設定領域が部分的に十分に焼入れできなかったり、高温設定領域と低温設定領域の間に不可避的に形成される徐変部が予想よりも幅広く形成されてしまったりするおそれがある。

したがって、要求される温度分布の正確な実現に貢献すると共に、鋼板の成形工程の省力化と成形設備の簡素化に貢献できる鋼板の赤外線加熱方法が望まれる。

ワークの第１の領域と第２の領域を異なる温度域に加熱可能な赤外炉に関して、第１の視点は、下記の手段を提供する：
ワークとこのワークに対向する複数の赤外線ランプの間であって第１および第２の領域間で加熱により不可避的に形成される両領域の中間的な特性を持った徐変部に対応する境界域上に配置されて、少なくとも部分的に赤外線を遮蔽する５〜７０ｍｍ幅の物体。

ワークの第１の領域と第２の領域を異なる温度域に加熱する赤外線加熱方法に関して、第２の視点は、下記の手段等を提供する：
ワークと複数の赤外線ランプの間であって、第１および第２の領域間で加熱により不可避的に形成される両領域の中間的な特性を持った徐変部に対応する境界域上に少なくとも部分的に赤外線を遮蔽する５〜７０ｍｍ幅の物体を配置する；
第１の領域に入射する赤外線の強度を相対的に高くする；
第２の領域に照射する赤外線の強度を相対的に低くする。

上記第２の視点に基づく鋼板に関する第３の視点は、下記の手段等を提供する：
上記加熱後に急冷成形されて焼入れされた第１の領域；
上記加熱後に冷却成形されても焼入れされない第２の領域；
これら第１の領域と第２の領域の間に不可避的に形成され両領域の中間的な特性を有する幅２０ｍｍ以下の徐変部。

上記各視点は、要求される温度分布の正確な実現に貢献すると共に、鋼板等の成形工程の省力化と成形設備の簡素化に貢献する。

実施形態に係る赤外炉の基本構造の一例を説明するブロック図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態１に係る赤外炉の構造およびこの赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を図示する模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態２に係る赤外炉の構造およびこの赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を図示する模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態３に係る赤外炉の構造およびこの赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を図示する模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態４に係る赤外炉の構造およびこの赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を図示する模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態５に係る赤外炉の構造およびこの赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を図示する模式図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、実施形態６に係る赤外炉の構造およびこの赤外炉によって加熱されたワークの特性分布、さらに、赤外線を遮蔽する物体のメッシュ部およびその変形例を図示する模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態７に係る赤外炉の構造およびこの赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を図示する模式図である。 実験１の概要を示す模式図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、実験１の結果を示すグラフである。 実験２の結果を示すグラフである。 実験３の結果を示すグラフである。

本発明の実施形態は、下記の作用効果を奏することができる。なお、下記の説明では、第１の領域は第２の領域よりも高温に赤外線加熱され、赤外線加熱後の急冷成形によって第１の領域は焼入れされるものとし一方、第２の領域は焼入れされないものとする。

（１）物体は、第１と第２の領域間の線状の境界域を遮蔽するから、第２の領域の第１の領域に隣接する部分に赤外線が過剰に照射され、この部分が第２の領域の設定温度域を超えて加熱されることを防止する。同時に、第１の領域の第２の領域に隣接する部分の温度低下が防止される。
（２）物体は、ワークを部分的かつ最小限に遮蔽するから、第２の領域の温度が低下しすぎることを防止する。これによって、境界域付近の温度勾配が小さくなり、第１の領域から第２の領域へ移動する単位時間当たりの熱量が減少し、両領域間に不可避的に形成される両領域の中間的な特性を持った徐変部が可及的に小さく形成される。
（３）物体の幅を狭く形成することができるため、赤外炉内で物体の支持が容易となる。
（４）加熱工程において、ワークに部分焼入れに必要な温度差を持った温度分布が形成されるため、成形工程において、ワークに温度差を付与するための特別の工程が不要となり、又、ワークに温度差を付与するための特別の設備も不要となる。
（５）かくして、一個のワークに要求される温度分布が正確に実現され、さらに、一個のワークに要求される強度分布が正確に実現され得る。

物体は、前記境界域の少なくとも一部を覆うよう該境界域に沿って延在することが好ましい。

物体の幅は、好ましくは３〜６０ｍｍ、さらに好ましくは５〜５０ｍｍ、５〜３０ｍｍ、５〜２０ｍｍ、５〜１０ｍｍに設定する。

赤外炉は、好ましくは、複数の赤外線ランプのうち、物体よりも第１の領域側に位置する一又は複数の赤外線ランプの出力を、物体よりも第２の領域側に位置する一又は複数の赤外線ランプの出力よりも高くする一又は複数のコントローラを備える。

第１の領域側の赤外線ランプと、第２の領域側の赤外線ランプの出力比率は、基本的には、第１の領域と第２の領域の設定温度の比に応じて設定すればよい。赤外線ランプの出力強度は、投入する電力量、又は、赤外線を放射する陰極線に流れる電流量を調整することによって、制御することができる。

また、赤外線ランプとワークが対向する方向において、物体と赤外線ランプ間の第１の距離と、物体とワーク間の第２の距離の好ましい関係は、第１の距離／第２の距離＝１／９〜９／１、さらに好ましくは、２／８〜８／２、３／７〜７／３、４／６〜６／４の範囲となることが好ましい。

次に、複数の赤外線ランプの好ましい他の配置形態について説明する。下記の形態等は、複数の赤外線ランプの配置関係によって、ワークの第１の領域に入射するないし照射される赤外線の強度を、同ワークの第２の領域に入射するないし照射される赤外線の強度よりも高くする。

物体よりも第１の領域側には、複数の赤外線ランプが相対的に密に配置され、物体よりも第２の領域側には、一又は複数の赤外線ランプが相対的に疎に配置される。

物体よりも第１の領域側には、一又は複数の赤外線ランプが相対的にワークの近くに配置され、物体よりも第２の領域側には、一又は複数の赤外線ランプが相対的にワークの遠くに配置される。

上記所定の熱処理は、代表的には焼入れであるが、第１の領域と第２の領域を異なる温度に加熱することが必要な熱処理であれば、他の熱処理であってもよい。

上記物体は、赤外線部分透過性であってもよい。この物体が赤外線の一部を透過させることによって、第２の領域も十分に加熱されるため、第１の領域から第２の領域への熱伝導による第１の領域の温度低下が防止される。

上記物体は、メッシュ状であってもよい。この物体のメッシュ部が赤外線の一部を透過させることによって、第２の領域も十分に加熱されるため、第１の領域から第２の領域への熱伝導による第１の領域の温度低下が防止される。

赤外線の一部又は全部を遮蔽するための上記物体の材質は、セラミックス、耐熱ボード、耐熱性鉄板、耐熱シリカ等から選択することができる。

赤外線ランプは、エネルギ密度が高く、比較的狭い範囲の面加熱に適した近赤外線を放射することが好ましい。好ましい波長の範囲は０．８〜２μｍである。なお、場合によっては、波長の比較的長い赤外線を用いることも可能である。

赤外線ランプとしては、各種形状のランプを用いることができるが、中でも、安価で、赤外炉への装着が容易な長管型を用いることが好ましい。本発明によれば、長管型を用いても、一つの部品に十分な特性の変化を形成することができる。

赤外線加熱に適したワークとしては、各種鋼板、例えば、ボロン鋼板、ＧＡ鋼板およびＧＩ鋼板が例示されるが、部分的な熱処理が可能なものであれば、その他の金属板でもよい。

好ましくは、ワークの一面側には複数の赤外線ランプが配置され、ワークの他面側には、赤外線を反射する反射面が配置される。反射面は、鏡面や光沢面のように、赤外線の反射率が高いことが好ましい。反射率は、６０％以上が好ましく、さらには、７０％以上、８０％以上、９０％以上が好ましい。反射面は、例えば、各種金属メッキ、例えば、金メッキ又は銀メッキから形成することができる。

一又は複数の冷却材によって、ワークの他面を局所的に冷却してもよい。これによって、ワークの特性をスポット的に変化させることができる。

複数の赤外線ランプは、ワークの輪郭ないし所望の特性分布に応じて、平面的あるいは立体的に配置することが好ましい。

車両用部品として好ましい鋼板は、赤外線加熱後に急冷成形されて焼入れされた第１の領域と、この第１の領域と同時に冷却されても急冷はされず、よって、焼入れされない第２の領域と、これら第１の領域と第２の領域の間に不可避的に形成され両領域の中間的な特性を有する狭小幅の徐変部と、を有する。徐変部の幅は、２０ｍｍ以下、さらには、１０ｍｍ以下にできることが確認され、諸条件の最適化によって５ｍｍ以下にすることも可能である。

なお、上述の各形態は、本発明の効果が達成される限り、適宜組み合わせることが可能である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる図面参照符号は、理解を助けるために、図面中の要素に便宜上付記したものであって、本発明を図示の態様に限定することを意図するために用いるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る赤外炉１０の基本構造の一例を説明するブロック図である。図１を参照すると、一個のワークＷには、赤外線加熱後の成形工程によって、焼入れされて高強度化される第１の領域Ｒ１と、焼入れされずに高延性化される第２の領域Ｒ２の両方を形成することが要求されている。したがって、赤外炉１０による赤外線加熱においては、第１の領域Ｒ１をオーステナイト化温度以上の高温度域に加熱し、第２の領域Ｒ２をオーステナイト化温度未満の低温度域に加熱することが要求される。

赤外炉１０は、ワークＷに対向する複数の赤外線ランプ１と、第１および第２の領域Ｒ１，Ｒ２間の線状の境界域Ｂ上に配置された物体５を有している。複数の赤外線ランプ１は、ワークＷの一面側に配置されている。ワークの他面側には、複数の赤外線ランプ１から放射された赤外線を反射する反射面３が配置されている。なお、複数の赤外線ランプ１がワークの下側に配置される場合、物体５はワークＷの下方における境界域Ｂ上に配置され、ワークＷが立設されてワークＷの横側に複数の赤外線ランプ１が配置される場合には、物体５はワークＷの横側における境界域Ｂ上に配置される。

さらに、赤外炉１０は、複数の赤外線ランプ１のオンオフ制御および出力制御を行うコントローラ４を備えている。コントローラ４は、例えば、複数の赤外線ランプ１のうち、物体５よりも第１の領域Ｒ１側に位置する一又は複数の赤外線ランプ１ａの出力を、物体５よりも第２の領域Ｒ２側に位置する一又は複数の赤外線ランプ１ｂの出力よりも高くすることができる。

なお、複数のコントローラ４を、複数の赤外線ランプ１に一対一に設け、赤外線ランプ１の出力強度を個別に調整してもよい。また、ワークＷを下から複数のピンによって支持する場合には、複数の赤外線ランプ１は図１に示すように上方に配置することが好ましく、ワークＷを上から吊り下げる場合には、複数の赤外線ランプ１を下方に配置することが好ましい。一又は複数のコントローラ４は、後述する各種実施形態において、複数の赤外線ランプ１の出力調整用に適宜用いられる。

ここで、反射面３の設置によって生じる効果を、実験結果を参照しながら説明する。

図１に示したように、ワークＷの一面側にのみ複数の赤外線ランプ１を設け、ワークＷの他面側には反射面３を配置した場合、すなわち、片側加熱の場合と、ワークＷの一面側と他面側の両方に複数の赤外線ランプ１を配置した場合、すなわち、両側加熱の場合とで、厚み１．６ｍｍのボロン鋼板（ワークＷ）の昇温速度を測定した。同時に、このボロン鋼板の一面と他面との温度差を測定した。なお、両側加熱は、二倍の個数の赤外線ランプ１を要するため、片側加熱と比べて約２倍の電力量を要する。

室温から９００℃に到達する時間は、片側加熱の場合には３１．４秒であり、両側加熱の場合には２９．６秒であり、両者の昇温速度に有意な差はなかった。したがって、片側加熱により、省エネルギを達成しつつ、十分に短い鋼板の昇温時間が得られることがわかった。また、片側加熱の場合でも、ボロン鋼板の一面と他面との温度差は５℃以内に抑制されており、この温度差は、温度制御上、問題のないレベルである。

［実施形態１］
図２（Ａ）は、実施形態１に係る赤外炉の内部構造を模式的に示す正面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の平面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を示す平面図である。なお、図２（Ｂ）中、複数の赤外線ランプ１の一部を、物体５を図示する都合上取り除いている。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照すると、実施形態１の赤外炉１０は、ワークＷの一面に対向する出力調整自在な複数の赤外線ランプ１と、ワークＷの他面に対向し、赤外線を反射する反射面３と、ワークＷの線状の境界域Ｂ上に配置された物体５と、を備えている。物体５は、境界域（境界線）Ｂを覆うよう、境界域Ｂに沿ってワークＷの幅方向に延在している。

この赤外炉１０によるワークＷの赤外線加熱方法を説明する。図１に示したコントローラ４は、下記のように、複数の赤外線ランプ１の出力を制御する。すなわち、複数の赤外線ランプ１のうち、物体５よりも第１の領域Ｒ１側に位置する（第１の領域Ｒ１に対向する）複数の赤外線ランプ１ａは高強度の赤外光２ａを放射し、物体５よりも第２の領域Ｒ２側に位置する（第２の領域Ｒ２に対向する）複数の赤外線ランプ１ｂは低強度の赤外光２ｂを放射する。したがって、第１の領域Ｒ１の一面には高強度の赤外光２ａが入射し、第２の領域Ｒ２の一面には低強度の赤外光２ｂが入射し、同時に、ワークＷの他面には、反射面３からの反射光２ｃが入射する。

このような赤外線加熱によって、第１の領域Ｒ１は焼入れ可能なほど高温に加熱され、第２の領域Ｒ２は焼入れされないような低温に加熱される。境界域Ｂ上の物体５は、第２の領域Ｒ２の第１の領域Ｒ１に隣接する部分に、高強度な赤外光２ａが過剰に照射され、この部分が第２の領域Ｒ２の設定温度を超えて加熱されることを防止している。同時に、第１の領域Ｒ１の第２の領域Ｒ２に隣接する部分の過度の温度低下が防止されている。さらに、物体５は、ワークＷを最小限に遮蔽しているから、第２の領域Ｒ２の温度が設定よりも下がりすぎることを防止している。これによって、境界域Ｂを挟んだ温度勾配が小さくなり、第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２へ移動する単位時間当たりの熱量が減少し、図２（Ｃ）に示すように、両領域Ｒ１，Ｒ２間に不可避的に形成される両領域Ｒ１，Ｒ２の中間的な特性を持った徐変部Ｔの幅が可及的に小さく形成される。

このように赤外炉１０において、ワークＷに高精度な温度分布が付与されるため、後工程の成形工程において、ワークＷに温度差を付与するための特別の工程が不要となり、又、ワークＷに温度差を付与するための特別の設備も不要となる。

［実施形態２］
図３（Ａ）は、実施形態２に係る赤外炉の内部構造を模式的に示す正面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の平面図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）の赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を示す平面図である。

図３（Ａ）を参照すると、実施形態２は、複数の赤外線ランプ１の配置密度によって、ワークＷの一面に入射する赤外線の強度を、ワークＷの位置に応じて可変することを特徴としている。以下の実施形態２の説明においては、主として、本実施形態２と前記実施形態１の相違点について説明し、両実施形態の共通点については、適宜、実施形態１の説明を参照するものとする。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照すると、実施形態２の赤外炉１０では、ワークＷの境界域Ｂ上に配置された物体５よりも第１の領域Ｒ１側には、複数の赤外線ランプ１ａが相対的に密に配置され、この物体５よりも第２の領域Ｒ２側には、一又は複数の赤外線ランプ１ｂが相対的に疎に配置されている。したがって、複数の赤外線ランプ１ａ，１ｂが同様の強度で赤外線を放射しても、第１の領域Ｒ１の一面には高強度の赤外光２ａが入射し、第２の領域Ｒ２の一面には低強度の赤外光２ｂが入射し、同時に、ワークＷの他面には、反射面３からの反射光２ｃが入射する。

［実施形態３］
図４（Ａ）は、実施形態３に係る赤外炉の内部構造を模式的に示す正面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の平面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を示す平面図である。なお、図４（Ｂ）中、複数の赤外線ランプ１の一部を、物体５を図示する都合上取り除いている。

図４（Ａ）を参照すると、実施形態３は、複数の赤外線ランプ１とワークＷとの距離によって、ワークＷの一面に入射する赤外線の強度を、ワークＷの位置に応じて可変することを特徴としている。以下の実施形態３の説明においては、主として、本実施形態３と前記実施形態１の相違点について説明し、両実施形態の共通点については、適宜、実施形態１の説明を参照するものとする。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照すると、実施形態３の赤外炉１０では、ワークＷの境界域Ｂ上に配置された物体５よりも第１の領域Ｒ１側には、複数の赤外線ランプ１ａが相対的にワークＷの近くに配置され、物体５よりも第２の領域Ｒ２側には、複数の赤外線ランプ１ｂが相対的にワークＷの遠くに配置されている。したがって、複数の赤外線ランプ１ａ，１ｂが同様の強度で赤外線を放射しても、第１の領域Ｒ１の一面には高強度の赤外光２ａが入射し、第２の領域Ｒ２の一面には低強度の赤外光２ｂが入射し、同時に、ワークＷの他面には、反射面３からの反射光２ｃが入射する。

［実施形態４］
図５（Ａ）は、実施形態４に係る赤外炉の内部構造を模式的に示す正面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の複数の赤外線ランプを省略した平面図であり、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を示す平面図である。

図５（Ａ）を参照すると、実施形態４は、ワークＷの周囲に一又は複数の蓄熱材６を配置したことを特徴としている。以下の実施形態４の説明においては、主として、本実施形態４と前記実施形態１の相違点について説明し、両実施形態の共通点については、適宜、実施形態１の説明を参照するものとする。

図５（Ａ）を参照すると、実施形態４の赤外炉１０では、ワークＷの上方に複数の赤外線ランプ１が配置され、残りの三方に蓄熱材６がそれぞれ配置されている。複数の蓄熱材６からは蓄熱された熱が輻射され、第２の領域Ｒ２が焼入れ温度未満まで加熱されるのを助ける。なお、蓄熱材６は、他の実施形態にも適用することができる。蓄熱材６には、セラミック耐熱ボード等を用いることができる。

また、ワークＷの曲線状の境界域Ｂ上に配置された物体５は、第１および第２の領域Ｒ１，Ｒ２の輪郭に合わせて、曲線状に形成されている。境界域Ｂないし物体５の形状に合せて、図５（Ｃ）に示すように遷移部Ｔの輪郭も曲線状に形成される。なお、物体５は、円状な第２の領域Ｒ２の輪郭に合わせて環状に形成したり、四角形状な第２の領域Ｒ２の輪郭に合せて四角形状に形成したりすることができる。

［実施形態５］
図６（Ａ）は、実施形態５に係る赤外炉の内部構造を模式的に示す正面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の平面図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）の赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を示す平面図である。なお、図６（Ｂ）中、複数の赤外線ランプ１の一部を、物体５を図示する都合上取り除いている。

図６（Ａ）を参照すると、実施形態５は、物体５として、赤外線部分透過性のプレートを用いたことを特徴としている。以下の実施形態５の説明においては、主として、本実施形態５と前記実施形態１の相違点について説明し、両実施形態の共通点については、適宜、実施形態１の説明を参照するものとする。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照すると、実施形態５の赤外炉１０において、ワークＷの曲線状の境界域Ｂ上に配置された赤外線透過性の物体５は、複数の赤外線ランプ１ａ，１ｂから放射される赤外光２ａ，２ｂの一部を透過させる。物体５を透過した透過光２ｅは、特に、第２の領域Ｒ２の温度低下防止に寄与する。なお、赤外線透過性の物体５として、所望の透過率を有する曇り石英ガラスや半透明セラミックスを用いることができる。

［実施形態６］
図７（Ａ）は、実施形態６に係る赤外炉の内部構造を模式的に示す正面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の平面図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）の赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を示す平面図であり、図７（Ｄ）は、図７（Ｂ）に示した物体の部分拡大図であり、図７（Ｅ）は、図７（Ｄ）に示した部分の変形例を示す図である。

図７（Ｂ）を参照すると、実施形態６は、物体５として、メッシュ状のプレートを用いたことを特徴としている。以下の実施形態６の説明においては、主として、本実施形態６と前記実施形態５の相違点について説明し、両実施形態の共通点については、適宜、実施形態５の説明を参照するものとする。

図７（Ａ）および図７（Ｂ）を参照すると、実施形態６の赤外炉１０において、物体５はメッシュ状であるから、物体５は、複数の赤外線ランプ１ａ，１ｂから放射される赤外光２ａ，２ｂの一部を透過させる。物体５を透過した透過光２ｅは、特に、第２の領域Ｒ２の温度低下防止に寄与する。また、物体５としては、網目構造を有するセラミックスや多孔質セラミックスを用いてもよい。

図７（Ｄ）を参照して、メッシュは格子状に形成することができ、又、図７（Ｅ）を参照して、メッシュはハニカム状ないし六角状に形成して強度を高めてもよい。

［実施形態７］
図８（Ａ）は、実施形態７に係る赤外炉の内部構造を部分的に示す正面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の平面図であり、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）の赤外炉によって加熱されたワークの特性分布を示す平面図である。

図８（Ａ）を参照すると、実施形態７の赤外炉１０は、ワークＷの他面を局所的に冷却する冷却材７，７を備えている。図８（Ｂ）および（Ｃ）を参照すると、赤外線加熱によって、低出力の複数の赤外線ランプ１ｂに対向するワークＷの左端部に加えて、冷却材７，７がそれぞれ当接した部分も第２の領域Ｒ２，Ｒ２となり、これら第２の領域Ｒ２，Ｒ２の周囲も徐変部Ｔとなり、残部が第１の領域Ｒ１となる。

なお、冷却材７としては、セラミックスやナトリウムを封入した金属体などの温度吸収部材を用い、それをワークＷの他面に接触させることができる。このような温度吸収部材を、ワークＷを支持するピンとして用いてもよい。また、冷却材７として、水やエアを、ワークＷの他面側に配置されたノズルから噴出させてもよく、これらを、上述の金属体と併用してもよい。

なお、以上説明した複数の実施形態は、特に断り書きがない限り、併用することができる。

［実験１］
次に、図２（Ａ）に示したような物体５の好ましい幅を、実験１の結果に基づいて検討する。図９は、実験１の概要を示す模式図であり、図１０（Ａ）および（Ｂ）は、実験１の結果を示すグラフである。テストワークには、長さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚み１．６ｍｍのボロン鋼板を用いた。このテストワークを図１に示すような赤外炉１０によって赤外線加熱した。但し、複数の赤外線ランプの出力は同じにし、テストワークの一部を、下表に示す物体でそれぞれ覆いながら、約４０秒間、赤外線加熱を行った。そして、テストワークにおいて、物体に覆われていない“影なし加熱部”と、物体に覆われている“遮光部”の温度をそれぞれ測定した。“影なし加熱部”は、図２（Ｃ）に示した第１の領域Ｒ１に相当し、“遮光部”は図２（Ｃ）に示した徐変部Ｔに相当する。

物体のＮｏ． 物体の内容 赤外線遮蔽又は透過
１ φ３０ 筒状パイプ 遮蔽
２ φ６０ 半透明セラミックス 部分透過
３ ２０ｍｍ幅 遮断バー 遮蔽
４ １００ｍｍ幅 遮断バー 遮蔽
５ １００×１００ 鋼板 遮蔽
６ １００×１００ 半透明セラミックス 部分透過

図１０（Ａ）を参照すると、“影なし加熱部”の温度は、遮蔽等のために用いた物体にかかわらず、ほぼ一定の温度（９００℃）であった。図１０（Ｂ）を参照すると、一方、“遮光部”の温度は、１００ｍｍ幅の物体（Ｎｏ.４〜６）を用いた場合は大きく低下し、６０ｍｍ幅以下の物体（Ｎｏ.１〜３）を用いた場合は、７００℃前後に維持された。

“影なし加熱部”をＡｃ３点以上に加熱して、後の成形工程における焼入れ性を担保しつつ、成形工程後のスプリングバックを防止する観点から、“遮光部”の温度は、Ａｃ１点以下近辺が好ましく、すなわち、７００℃前後が好ましい。

以上より、物体が赤外線遮蔽性である場合、物体の幅は、好ましくは５〜５０ｍｍ、さらに好ましくは１０〜４０ｍｍであり、物体が赤外線部分透過性である場合には、物体の幅は、好ましくは１０〜７０ｍｍ、さらに好ましくは２０〜７０ｍｍとすることにより、十分な赤外線遮蔽効果が得られると考えられる。

［実験２］
ここで、領域の設定温度（例えば、約４００〜９００℃）に応じた赤外線ランプの出力調整方法の一例を実験結果に基づいて説明する。赤外線加熱されるワークとしては、厚み１．６ｍｍ、長さ１００ｍｍ、幅８０ｍｍのボロン鋼板を用い、その中央に熱電対を取り付け、複数の赤外線ランプから出力される赤外線の強度を約５０〜１００％の間で変えて赤外線加熱をそれぞれ行い、ボロン鋼板の温度変化をそれぞれ測定した。

図１１は、実験２の結果を示すグラフであって、鋼板に対する赤外線出力強度の違いによる、鋼板の加熱温度の違いを示すグラフである。図１１を参照すると、赤外線ランプの出力調整によって鋼板の温度を自在に設定できること、さらに、複数の赤外線ランプの部分的な出力調整によって鋼板の複数の所定領域の温度を自在に設定できることが分かる。

［実験３］
次に、図２（Ａ）に示したような赤外炉１０において、長さ２５０ｍｍのボロン鋼板の赤外線加熱試験を行った。詳細には、ボロン鋼板の長手方向（図２（Ａ）中左右方向）に沿って５０〜２５０ｍｍの範囲（第１の領域Ｒ１としたい領域）に入射する赤外線の強度を、同じく０〜５０ｍｍの範囲（第２の領域Ｒ２としたい領域）に入射する赤外線の強度よりも、所望の温度差に応じて高く設定した。境界域Ｂ上に配置される物体５としては、幅２０ｍｍの遮断バーを用い、この遮断バーの幅方向中心線を、ボロン鋼板の５０ｍｍ上に位置させた。赤外線加熱終了後、ボロン鋼板の長手方向のビッカース硬度分布（Ｈｖ）を測定した（図１２中、「物体あり」のプロット参照）。

また、比較のため、上記遮断バーを用いなかった以外は、上記と同条件で加熱試験を行い（図１２中、「物体なし」のプロット参照）、又、上記遮断バーを用いず且つ赤外線の部分的な強度調整を行わなかった以外は、上記と同条件で加熱試験を行い（図１２中、「全加熱」のプロット参照）、上記と同様にビッカース硬度分布（Ｈｖ）をそれぞれ測定した。

以上の実験３の結果を図１２に示す。図１２のビッカース硬度分布を参照すると、全加熱の場合には、当然、ボロン鋼板の長手方向の硬度分布は一定であった。赤外線の部分的な入力強度調整を行なったが、遮断バーによる狭小幅の遮蔽を行わなかった場合には、硬度はボロン鋼板の７０〜１６０ｍｍの範囲で緩やかに変化し、徐変部Ｔの幅は９０ｍｍ程度と広くなった。一方、赤外線の部分的な入力強度調整に加えて、遮断バーによる狭小幅の遮蔽を行った場合には、硬度はボロン鋼板の７０〜８０ｍｍの範囲でシャープに変化し、徐変部Ｔの幅は、１０ｍｍ以下と非常に狭くなった。

以上、本発明の実施形態等を説明したが、本発明は、上記した実施形態等に限定されるものではなく、本発明の基本的な技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形、置換又は調整を加えることができる。

なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

本発明は、車体部品、例えば、各種ピラー、サイドメンバ、又は、ドアの構成部品であるインパクトバー等の熱処理ないし加熱成形に好適に利用される。

１ 複数の赤外線ランプ
１ａ 第１の領域に対向する一又は複数の赤外線ランプ
１ｂ 第２の領域に対向する一又は複数の赤外線ランプ
２ａ 第１の領域に対向する赤外線ランプから放射される赤外光、高強度の赤外光
２ｂ 第２の領域に対向する赤外線ランプから放射される赤外光、低強度の赤外光
２ｃ 反射光
２ｅ 透過光
３ 反射面
４ コントローラ
５ 赤外線を遮蔽又は部分透過する物体
６ 蓄熱材
７ 冷却材
１０ 赤外炉、赤外線加熱装置
Ｗ ワーク
Ｒ１ 第１の領域、高強度部、高硬度部
Ｒ２ 第２の領域、低強度部、低硬度部
Ｂ 第１および第２の領域間に設定される線状の境界域
Ｔ 徐変部、遷移部
１０ 赤外炉

Claims (11)

1. ワークの第１の領域と第２の領域を異なる温度域に加熱可能な赤外炉であって、
   前記ワークに対向する複数の赤外線ランプと、
   前記ワークと前記複数の赤外線ランプの間であって前記第１および第２の領域間で加熱により不可避的に形成される両領域の中間的な特性を持った徐変部に対応する境界域上に配置されて、少なくとも部分的に赤外線を遮蔽する５〜７０ｍｍ幅の物体と、
   を備える、ことを特徴とする赤外炉。
2. 前記物体は、前記境界域の少なくとも一部を覆うよう該境界域に沿って延在することを特徴とする請求項１記載の赤外炉。
3. 前記複数の赤外線ランプのうち、前記物体よりも前記第１の領域側に位置する一又は複数の前記赤外線ランプの出力を、前記物体よりも前記第２の領域側に位置する一又は複数の前記赤外線ランプの出力よりも高くする一又は複数のコントローラと、
   を備える、ことを特徴とする請求項１記載の赤外炉。
4. 前記物体よりも前記第１の領域側の位置には、複数の前記赤外線ランプが相対的に密に配置され、前記物体よりも前記第２の領域側の位置には、一又は複数の前記赤外線ランプが相対的に疎に配置される、ことを特徴とする請求項１記載の赤外炉。
5. 前記物体よりも前記第１の領域側の位置には、一又は複数の前記赤外線ランプが相対的に前記ワークの近くに配置され、前記物体よりも前記第２の領域側の位置には、一又は複数の前記赤外線ランプが相対的に前記ワークの遠くに配置される、ことを特徴とする請求項１記載の赤外炉。
6. 前記ワークの一面側には、前記複数の赤外線ランプが配置され、
   前記ワークの他面側には、赤外線を反射する反射面が配置される、
   ことを特徴とする請求項１記載の赤外炉。
7. 前記ワークの周囲に蓄熱材を配置したことを特徴とする請求項１記載の赤外炉。
8. 前記物体は、赤外線部分透過性であることを特徴とする請求項１記載の赤外炉。
9. 前記物体は、メッシュ状であることを特徴とする請求項１記載の赤外炉。
10. 前記ワークの前記他面を局所的に冷却する冷却材を備えることを特徴とする請求項６記載の赤外炉。
11. ワークの第１の領域と第２の領域を異なる温度域に加熱する赤外線加熱方法であって、
    前記ワークと複数の赤外線ランプの間であって前記第１および第２の領域間で加熱により不可避的に形成される両領域の中間的な特性を持った徐変部に対応する境界域上に少なくとも部分的に赤外線を遮蔽する５〜７０ｍｍ幅の物体を配置し、
    前記第１の領域に入射する赤外線の強度を相対的に高くし、
    前記第２の領域に入射する赤外線の強度を相対的に低くする、
    ことを特徴とする赤外線加熱方法。

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