目 次 第 1 章 研 究 開 発 の 概 要 1-1 研 究 開 発 の 背 景 研 究 目 的 及 び 目 標 1-2 研 究 体 制 ( 研 究 組 織 管 理 体 制 研 究 者 氏 名 協 力 者 ) 1-3 成 果 概 要 1-4 当 該 研 究 開 発 の 連 絡 窓 口 第 2 章

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1 平 成 23 年 度 戦 略 的 基 盤 技 術 高 度 化 支 援 事 業 環 境 対 応 の 高 熱 効 率 鍛 造 加 熱 法 の 開 発 と 実 用 化 研 究 開 発 成 果 等 報 告 書 平 成 24 年 3 月 委 託 者 関 東 経 済 産 業 局 委 託 先 社 団 法 人 日 本 鍛 造 協 会

2 目 次 第 1 章 研 究 開 発 の 概 要 1-1 研 究 開 発 の 背 景 研 究 目 的 及 び 目 標 1-2 研 究 体 制 ( 研 究 組 織 管 理 体 制 研 究 者 氏 名 協 力 者 ) 1-3 成 果 概 要 1-4 当 該 研 究 開 発 の 連 絡 窓 口 第 2 章 本 論 2-1 調 査 研 究 [ 関 連 技 術 調 査 及 び 技 術 動 向 調 査 ] 2-2 評 価 試 験 装 置 コンセプトの 検 討 2-3 IRヒータの 開 発 2-4 高 効 率 小 ロット 対 応 IH+IRハイブリッド 加 熱 評 価 機 の 開 発 2-5 高 効 率 大 ロット 対 応 IH+IRハイブリッド 加 熱 評 価 機 の 開 発 2-6 素 材 ( 非 鉄 金 属 ) 部 分 加 熱 を 目 的 とした 遠 赤 外 線 (IR) 部 分 加 熱 炉 の 開 発 2-7 軽 量 型 金 型 予 熱 評 価 システムの 開 発 角 形 金 型 ( 浅 部 形 状 金 型 :クランクシャフト 用 ) 予 熱 器 の 開 発 丸 形 金 型 ( 深 部 形 状 金 型 :ツバ 付 シャフト 用 ) 予 熱 器 の 開 発 2-8 生 産 量 変 動 対 応 可 能 なフレキシブル 生 産 システムの 構 築 第 3 章 全 体 総 括 3-1 複 数 年 の 研 究 開 発 成 果 3-2 研 究 開 発 後 の 課 題 事 業 化 展 開 3-3 事 業 化 ( 実 用 化 )の 活 動 計 画 付 記 : 専 門 用 語 解 説 付 記 : 参 考 文 献

3 第 1 章 研 究 開 発 の 概 要 鍛 造 品 は 重 要 保 安 部 品 として 自 動 車 産 業 をはじめ 輸 送 機 械 や 建 設 機 械 等 様 々な 分 野 の 重 要 保 安 部 品 として 使 用 さ れており 日 本 の 鍛 造 業 は 常 に 世 界 にトップレベルの 技 術 水 準 にある 鍛 造 品 を 安 定 的 に 供 給 し 機 械 産 業 全 般 を 支 えて いる グローバル 競 争 が 加 速 する 中 鍛 造 品 のコスト 低 減 機 能 及 び 品 質 の 向 上 は 緊 急 課 題 であり それらの 解 決 手 段 の 一 助 として この 度 の 技 術 開 発 では 鍛 造 加 工 の 前 工 程 である 材 料 加 熱 と 鍛 造 金 型 の 予 熱 に 着 目 し エネルギー や 製 品 歩 留 まり の 改 善 によってコスト 低 減 及 び 生 産 性 の 向 上 を 追 求 するものである 研 究 開 発 実 施 項 目 第 2 章 本 論 開 発 テーマ ( 主 目 標 評 価 ) 表 -1: 委 託 期 間 内 の 研 究 開 発 取 組 目 標 総 委 託 事 業 期 間 の 研 究 取 組 2-1 調 査 研 調 究 査 : 研 究 ( 最 新 の 市 場 調 査 ) 評 価 試 験 装 置 評 価 試 験 装 置 2-2 コンセフ トの 検 コンセフ トの 討 : 検 討 本 技 術 開 発 に 関 連 する 国 内 外 の 技 *H21 年 度 は 熱 間 鍛 造 向 け 素 材 全 体 加 熱 機 及 び 金 型 予 熱 器 術 動 向 調 査 特 許 調 査 及 び 研 究 動 の 技 術 動 向 調 査 を 行 った 向 調 査 を 実 施 して その 優 位 性 独 *H22 H23 年 度 は H21 年 度 の 未 調 査 案 件 について 追 加 調 査 を 創 性 を 確 認 する うと 共 に 最 新 技 術 調 査 を 行 った * 評 価 装 置 仕 様 書 の 作 成 * 素 材 全 体 加 熱 機 及 び 金 型 予 熱 器 の 評 価 装 置 製 作 にあたり * 高 速 定 温 化 ( 品 質 向 上 ),エネルキ ー 加 熱 エネルキ ー 向 上 や ムタ 削 減 目 標 にして 検 討 を 行 改 善, 加 熱 素 材 のムタ 削 減 を 目 的 製 作 仕 様 書 のまとめを 行 った に 評 価 装 置 を 検 討 する IRヒータの 開 発 2-3 IRヒータ 開 発 * 高 温 使 用 温 度 :13 以 上 * 技 術 目 標 値 達 成 を 目 指 し H21 年 度 に 技 術 調 査 後 評 価 試 験 機 *ヒータ 耐 久 性 :1512cycles の 以 製 上 作 を 行 い 下 記 素 材 全 体 加 熱 機 素 材 部 分 加 熱 機 に 反 (125 の 鍛 造 ライン* 赤 外 線 放 射 率 :ε=.85 以 上 映 した に 対 応 ) * 高 断 熱 特 性 :ヒータ 裏 面 1 以 *その 下 後 IRヒータ 耐 久 性 評 価 試 験 に 向 けて 再 度 コンセフ ト 検 討 及 び 炉 外 壁 5 以 下 新 型 IRヒータを 製 作 し 評 価 試 験 を 継 続 している 素 材 全 体 加 熱 ( 加 熱 効 率 向 上 均 熱 化 ) 素 材 ( 非 鉄 金 2-6属 ) 部 分 加 熱 ( 加 熱 効 率 向 上 均 熱 化 ) 小 ロット 対 応 IH+IRハイ *H21 H22 年 度 は 評 価 試 験 機 の 製 作 を 行 い 加 熱 エネルキ ー ブリッド 加 熱 機 の 開 発 * 加 熱 エネルキ ー 効 率 :2% 向 上 を 重 点 研 究 テーマとして 評 価 モテ ル 機 の 選 出 を 行 い φ65 単 ( 少 量 多 品 種 加 熱 機 ) *IH 運 転 効 率 :8.2% 向 上 (φ65~φ44mmヒ レット 対 応 )にて 生 産 ヒ レットサイス 主 目 標 評 価 : 加 熱 * 焼 ざまし 低 減 :2% 以 下 エネルキ ー 効 率 の 向 上 について 評 価 を 行 った * 素 材 温 度 精 度 :±1 以 下 (IH 運 転 効 率 向 上 含 ) * 焼 ざまし 低 減 評 価 試 験 もH22 年 度 に 追 加 評 価 した 大 ロット 対 応 IH+IRハイ ブリッド 加 熱 機 の 開 発 ( 多 量 少 品 種 加 熱 機 ) 主 要 目 標 評 価 : 焼 ざまし 低 減 * 加 熱 エネルキ ー 効 率 :2% 向 上 *IH 運 転 効 率 :8.2% 向 上 * 焼 ざまし 低 減 :2% 以 下 * 素 材 温 度 精 度 :±1 以 下 *H21 H22 年 度 は 評 価 試 験 機 の 製 作 を 行 い 焼 ざまし 低 減 を 重 点 研 究 テーマとして 評 価 モテ ル 機 の 選 出 を 行 い φ83 単 コ (φ8~φ75mmヒ レット 対 応 )にて 生 産 ヒ レットサイス について 評 価 を 行 った * 加 熱 エネルキ ー 向 上 や 焼 ざまし 低 減 の 追 加 評 価 は H23 に 行 った 素 材 ( 非 鉄 金 属 ) *H21 年 度 は 既 設 炉 ( 重 油 炉 )の 現 状 調 査 ( 目 標 値 )を 行 い 評 価 部 分 加 熱 炉 * 加 熱 エネルキ ー 効 率 :2% 向 上 装 置 のコンセフ ト 検 討 を 行 った ( 加 熱 エネルキ ー 効 率 * 素 材 温 度 精 度 :±3 以 下 *H22 H23 年 度 は 各 種 素 材 ( 鋼 材 及 び 非 鉄 金 属 )の 加 熱 エネ 向 上 と 環 境 改 善 ) 効 率 向 上 の 調 査 を 行 い IR 加 熱 の 優 位 性 を 確 認 した IR 金 型 予 熱 ( 短 時 間 昇 温 均 熱 化 ) 角 形 金 型 予 熱 器 の 開 発 ( 浅 部 形 状 金 型 ) ( 昇 温 時 間 均 熱 改 善 ) 丸 形 金 型 予 熱 器 の 開 発 ( 深 部 形 状 金 型 ) ( 昇 温 時 間 均 熱 改 善 ) * 金 型 温 度 精 度 :±5 以 下 * 金 型 予 熱 時 間 :3min 以 内 *H21 年 度 は 既 設 予 熱 器 (カ スハ ーナー 予 熱 )の 現 状 調 査 ( 目 行 い 評 価 装 置 のコンセフ ト 検 討 を 行 った *H22 H23 年 度 は 評 価 予 熱 器 を 製 作 し 金 型 予 熱 時 間 や 金 温 度 精 度 評 価 試 験 を 行 い 事 業 化 の 検 討 を 行 った 生 産 量 変 動 段 取 り 時 間 の 短 縮 対 応 可 能 な 生 産 システムの 構 築 段 取 り 時 間 の 短 縮 や 焼 ざまし 低 減 生 産 システムの 生 産 システムの 構 築 は [3-2] 小 ロット *[3-2] 小 ロットライン 対 応 及 び[3-3] 大 ロットライン 対 応 加 2-8構 築 : ライン 対 応 及 び[3-3] 大 ロットライン 対 応 確 認 後 ( 特 にH23 年 度 )にシステムの 構 築 を 行 った ( 加 熱 効 率 向 上 加 熱 機 にて 実 験 確 認 後 システムの 焼 ざまし 低 減 焼 きざまし 量 構 築 を 行 う 削 減 ) システムの 構 築 1-1 研 究 開 発 の 背 景 研 究 目 的 及 び 目 標 自 動 車 部 品 の 鍛 造 加 工 においては 生 産 性 の 高 い 高 速 加 熱 が 可 能 な 誘 導 加 熱 炉 [ 熱 効 率 5~55%]が 最 も 多 く されている 誘 導 加 熱 炉 は 大 量 生 産 高 速 加 工 に 有 効 であるが 加 熱 温 度 の 均 一 制 御 や 周 波 数 変 換 効 率 に 限 界 が あり 加 熱 効 率 の 向 上 に 課 題 がある また 直 接 通 電 する 抵 抗 加 熱 の 加 熱 効 率 [7~8%]は 高 いが 加 熱 温 度 性 や 外 径 面 性 状 の 悪 い 鍛 造 用 切 断 材 料 には 適 用 が 難 しい 課 題 がある 3

4 本 研 究 開 発 は 加 熱 効 率 の 高 い 高 放 射 率 遠 赤 外 線 (IR) 加 熱 [ 熱 効 率 6%~7%]を 有 効 に 鍛 造 加 熱 に 熱 技 術 の 開 発 新 しい 誘 導 加 熱 と 遠 赤 外 線 加 熱 の 複 合 炉 の 開 発 そして 鍛 造 加 熱 システムの 開 発 を 行 う これは 鍛 造 加 熱 はもとより あらゆる 加 熱 炉 として 初 めての 複 合 炉 (ハイブリッド 加 熱 炉 )である 開 発 する 複 合 炉 は 遠 赤 外 線 加 熱 の 加 熱 効 率 向 上 に 加 えて 鍛 造 材 料 ( 鉄 鋼 )のキューリー 点 (77 ) 以 上 の 加 熱 効 率 低 下 ( 約 5%)を 改 善 できる また 遠 赤 外 線 加 熱 は 熱 源 温 度 を 容 易 に 制 御 可 能 なため 温 度 の 均 一 性 の 上 や 鍛 造 プレスの 一 時 停 止 時 における 加 熱 材 料 の 廃 棄 及 びムダの 削 減 にも 効 果 が 期 待 できる 本 開 発 は 鍛 造 業 界 のコスト 低 減 や 生 産 性 の 向 上 が 目 的 であるので 研 究 開 発 成 果 は 鍛 造 業 界 各 社 へ 水 平 展 開 の 可 能 性 を 検 証 する 研 究 開 発 の 目 的 ( 川 下 製 造 メーカの 抱 える 課 題 及 びニーズ) (1) 鍛 造 製 品 のコスト 削 減 (ムダの 削 除 ) (2) 鍛 造 製 品 の 量 産 品 質 向 上 (3) 品 質 を 具 備 しながら 生 産 量 変 動 に 迅 速 かつフレキシブルに 対 応 できる 供 給 システム 研 究 開 発 の 目 標 ( 川 上 装 置 メーカの 研 究 開 発 目 標 ) (1) 素 材 及 び 金 型 温 度 の 均 熱 化 保 温 化 によるエネルギーコスト 削 減 製 品 の 歩 留 まり 改 善 (2) 素 材 及 び 金 型 温 度 の 高 速 定 温 化 に 基 づく 鍛 造 製 品 の 品 質 向 上 (3) 生 産 量 変 動 対 応 高 効 率 加 熱 システムの 構 築 ( 多 源 エネルギー 加 熱 システム) この 研 究 開 発 は 鍛 造 加 工 の 前 工 程 である 素 材 の 加 と 熱 金 型 の 予 に 熱 着 目 し エネルギー 効 や 率 製 品 歩 留 の まり改 善 によって コスト 低 及 減 び 生 産 性 の 向 を 上 追 求 するものである 具 体 的 には 次 の 通 り: 項 目 1 素 材 全 体 加 熱 2 素 材 部 分 加 熱 3 金 型 予 熱 表 -2: 具 体 的 な 研 究 評 価 装 置 従 来 技 術 誘 導 (IH) 加 熱 法 燃 焼 ( 重 油 ) 加 熱 法 新 技 術 * 用 語 誘 導 加 熱 1) * 用 語 2) + 遠 赤 外 線 (IR) 加 熱 複 合 法 (1) 小 ロット 対 応 ハイブリッド 加 熱 機 (2) 大 ロット 対 応 ハイブリッド 加 熱 機 遠 赤 外 線 (IR) 加 熱 法 (3) 素 材 ( 非 鉄 金 属 ) 部 分 加 熱 炉 燃 焼 (カ ス) 加 熱 法 遠 赤 外 線 (IR) 加 熱 法 ハロケ ンランフ 加 (4) 熱 法 金 型 ( 角 形 丸 形 ) 予 熱 器 研 究 目 的 及 び 目 標 に 対 する 実 施 結 果 : 表 -3: 目 的 目 標 に 対 する 評 価 結 果 研 究 開 発 の 目 的 及 び[ 目 標 ] 実 施 結 果 * 小 ロット 対 応 ハイフ リット 加 熱 機 [ 評 価 確 認 試 験 で 達 成 ] 大 1). コスト 削 減 (ムダの 削 除 ) 対 応 ハイフ リット 加 熱 機 [シミュレーション 技 術 で 算 出 し 達 成 [ 温 度 の 均 熱 化 エネルギーコスト判 断 ] 及 び 素 材 部 分 加 熱 炉 [ 評 価 確 認 試 験 で 達 成 ]にて * 用 語 3) 削 減 ] 加 熱 エネルキ ー 効 率 向 上 や 焼 きざまし 量 削 減 を 評 価 し 目 標 値 を 達 成 できた 2). 量 産 品 質 向 上 [ 鍛 造 製 品 の 品 質 向 上 ] * 川 下 製 造 メーカからの 製 品 要 求 に 機 能 品 質 向 上 評 価 確 認 ( 鍛 造 製 品 試 験 )として 素 材 酸 化 度 合 脱 炭 結 晶 粒 度 が あり 発 注 仕 様 内 の 確 認 が 得 られた * 小 ロット 対 応 ハイフ リット 及 び 大 ロット 対 応 ハイフ リット 3). 生 産 量 変 動 対 応 フレキシブル 供 給 キシフ ル 供 給 システム となる 単 コイルで 指 定 ヒ レットサイ システム[ 生 産 量 変 動 対 応 高 効 率 加 えて 加 熱 エネルキ ー 効 率 向 上 など 種 々の 目 標 値 を 達 成 可 能 熱 システムの 構 築 ] か 評 価 し 達 成 できた 4

5 1-2 研 究 体 制 [ 研 究 組 織 管 理 体 制 ] 事 業 管 理 者 : 社 団 法 人 日 本 鍛 造 協 会 東 京 都 中 央 区 日 本 橋 本 町 本 栄 ヒ ル9F 再 委 託 再 委 託 再 委 託 再 委 託 再 委 託 再 委 託 主 たる 研 究 実 施 場 所 : 八 木 工 業 株 式 会 社 群 馬 県 高 崎 市 倉 賀 野 町 3121 研 究 実 施 場 所 : 株 式 会 社 ワイエイシイデンコー 東 京 都 青 梅 市 今 井 研 究 実 施 場 所 : 株 式 会 社 黒 松 電 機 製 作 所 兵 庫 県 姫 路 市 勝 原 区 山 戸 研 究 実 施 場 所 : 株 式 会 社 ミヤジマ 滋 賀 県 犬 上 郡 多 賀 町 多 賀 18 研 究 実 施 場 所 : 株 式 会 社 角 田 鉄 工 所 埼 玉 県 入 間 郡 三 芳 町 藤 久 保 13 研 究 実 施 場 所 : 株 式 会 社 ゴーシュー 滋 賀 県 湖 南 市 石 部 緑 台 総 括 研 究 代 表 者 (PL) 社 団 法 人 日 本 鍛 造 協 会 会 長 竹 内 雅 彦 副 総 括 研 究 代 表 者 (SL) 株 式 会 社 ワイエイシイデンコー 新 規 事 業 推 進 担 当 阿 部 範 良 注 釈 : 新 ) 株 式 会 社 ワイエイシイデンコー 旧 ) 株 式 会 社 デンコー [ 研 究 員 氏 名 ] 社 団 法 人 日 本 鍛 造 協 会 竹 内 雅 彦 研 究 員 ( 会 長 ) 志 村 栄 治 研 究 員 八 木 工 業 株 式 会 社 伊 藤 健 一 郎 生 産 技 術 部 生 産 技 術 課 課 長 大 井 一 彦 生 産 技 術 部 生 産 技 術 課 係 長 上 原 雅 史 生 産 技 術 部 生 産 技 術 課 斉 藤 宏 之 生 産 技 術 部 生 産 技 術 課 株 式 会 社 ワイエイシイデンコー 阿 部 範 良 新 規 事 業 推 進 担 当 統 轄 付 坂 下 博 之 生 産 技 術 部 研 究 開 発 課 課 長 髙 宮 大 介 生 産 技 術 部 研 究 開 発 課 エキスハ ート 関 田 祥 弘 生 産 技 術 部 研 究 開 発 課 株 式 会 社 黒 松 電 機 製 作 所 黒 松 節 夫 代 表 取 締 役 社 長 丹 成 弘 製 造 部 技 術 部 長 中 塚 伸 吾 製 造 部 製 造 部 長 株 式 会 社 ミヤジマ 宮 嶋 誠 一 郎 代 表 取 締 役 社 長 綿 谷 悠 吾 管 理 部 技 術 課 課 長 大 野 重 之 管 理 部 品 質 保 証 課 課 長 株 式 会 社 角 田 鉄 工 所 大 川 公 明 製 造 部 部 長 福 田 栄 治 製 造 部 彫 型 課 課 長 5

6 株 式 会 社 ゴーシュー 護 法 良 憲 技 術 部 部 長 田 崎 賢 児 技 術 ク ルーフ スタッフリータ ー 森 貴 之 技 術 ク ルーフ スタッフリータ ー 田 中 亮 技 術 ク ルーフ スタッフ 結 城 和 久 技 術 ク ルーフ スタッフ [ 協 力 者 ] 名 古 屋 工 業 大 学 大 学 院 北 村 憲 彦 つくり 領 域 准 教 授 株 式 会 社 ウチノ 内 野 恵 司 代 表 取 締 役 株 式 会 社 栗 本 鐵 工 所 岡 田 博 文 取 締 役 機 械 システム 事 業 本 部 長 新 日 本 製 鐵 株 式 会 社 戸 田 正 弘 技 術 開 発 本 部 棒 鋼 線 材 研 究 所 主 幹 研 究 員 住 友 重 機 械 テクノフォート 株 式 会 社 久 山 裕 也 営 業 部 プレス 担 当 部 長 株 式 会 社 タイチク 松 田 勇 取 締 役 副 本 部 長 学 校 法 人 日 本 大 学 関 口 常 久 講 師 トヨタ 自 動 車 株 式 会 社 森 下 弘 一 鍛 圧 表 改 生 技 部 技 術 企 画 室 主 査 日 本 精 工 株 式 会 社 山 村 賢 二 総 合 研 究 開 発 センター 基 盤 技 術 研 究 所 材 料 熱 処 理 技 術 室 部 長 三 井 造 船 株 式 会 社 川 中 啓 二 機 械 システム 事 業 本 部 機 械 工 場 パワーエレクトロニクス 設 計 部 部 長 1-3 成 果 概 要 1). 技 術 的 数 値 目 標 値 1-1).エネルギー 効 率 目 標 値 ( 成 果 見 込 ) 項 目 現 状 目 標 鍛 造 加 熱 エネルキ ー 効 率 5~55% 2% 効 率 アッフ =(A1-B1)/A1 (IH 鍛 造 加 熱 炉 ) CO 2 排 出 削 減 値 [ 京 都 議 定 書 ヘ ース] a) 鍛 造 ラインの 一 時 停 止 (チョコ 停 ) 15% 時 と 操 業 開 始 時 のムタ 削 減 (IH 鍛 造 加 熱 炉 ) a-1) IH 運 転 効 率 :8.2% 向 上 =(A2-B2)/A a-2) 焼 ざましムタ 合 計 : 排 出 2.% 以 下 =(B3+ * 用 語 4) チョコ 時 ロス(A3 B3) 停 操 業 開 始 時 ロス(A4 B4) 現 状 投 入 電 力 量 (kwh) [1%] A1 運 転 開 始 時 ロス(k WH) A4 A3 [5%] チョコ 停 時 ロス(k WH) IH 加 熱 炉 効 ロス(kWH) 率 [1% ] [26% ] 素 材 加 熱 電 力 合 計 (kwh) [59% ] 素 材 加 熱 有 効 電 力 (kwh) A2 [46% ] 従 来 技 術 歩 留 ロス(kWH) [13%] 定 温 化 均 熱 化 保 温 化 目 新 技 術 標 運 転 開 始 時 ロス(kWH) B4チョコ 停 時 ロス(k WH ) IH 加 熱 炉 効 率 ロス(kWH) B3 [%] [2%] 投 入 電 力 量 [19%] 素 材 加 熱 有 効 電 力 (kwh) (kwh) [8%] 素 材 加 熱 電 力 合 計 (kwh) B2 [46%] 歩 留 ロス(kWH) B1 [59%] [13%] 1-2).その 他 技 術 課 題 の 目 標 値 ( 成 果 見 込 ) 項 目 現 状 目 標 b) 鍛 造 ラインの 加 熱 温 度 均 熱 化 b-1) 素 材 加 熱 ( 全 体 加 熱 ) b-2) 金 型 予 熱 ( 丸 形 金 型 と 角 形 金 型 ) b-1) 素 材 加 熱 均 熱 温 度 精 度 b-1) 素 材 加 熱 均 熱 温 度 精 度 IH 加 熱 炉 出 口 にて:>±3 IR 加 熱 炉 出 口 にて:<+2,- ( 目 標 <+1,- ) b-2) 金 型 予 熱 温 度 精 度 b-2) 金 型 予 熱 温 度 精 度 金 型 表 面 温 度 にて:>±15 金 型 表 面 温 度 にて:<±5 金 型 予 熱 時 間 :3min~6min 金 型 予 熱 時 間 : 現 状 の1/2 時 間 短 縮 図 -1: 技 術 的 数 値 目 標 値 ( 成 果 見 込 み) 6

7 2). 研 究 開 発 の 成 果 ( 数 値 目 標 達 成 成 果 ) 表 -4: 研 究 開 発 の 成 果 ( 技 術 的 数 値 目 標 と 結 果 ) 鍛 造 加 熱 によるCO 2 排 出 削 減 値 [36,2Ton-CO 2/Year] at 生 産 量 25 万 Ton/Yea 鍛 造 加 熱 エネルギー 効 率 の 向 上 現 状 目 標 値 実 験 結 果 まとめ 小 ロットライン 対 応 ( 少 量 多 品 種 加 熱 機 ) 主 目 標 評 価 : 加 熱 エネルキ ー 効 率 内 a-1.ih 運 転 効 率 訳 * 主 目 標 評 価 項 目 で φ5:47.3% φ5:2.% 向 上 2% 向 上 ある 加 熱 エネルキ ー φ38:28.9% φ38:4.7% 向 上 効 率 向 上 及 び IH 運 転 効 率 向 上 は 全 て 技 術 数 値 目 標 φ5:5.% φ5:18.6% を 向 達 上 成 a-1.ih 運 転 効 率 8.2% 向 上 φ38:29.8% φ38:42.2% *φ65コイル(φ65~ 向 上 φ44ヒ レット 対 応 ) 制 限 範 囲 外 のヒ レッ φ65~φ44 トサイス にて 単 コイル φ5:1.27% 以 下 a-2. 焼 ざまし 低 の 減 平 均 値 : 2.% 以 下 で 対 応 可 能 かを φ38:.7% 以 下 5.2% 確 認 し 達 成 した 加 熱 エネルギー 効 率 の 向 上 素 材 加 熱 効 率 全 体 加 熱 φ83:16.7% * 主 目 向 標 上 評 価 項 目 で φ75:1.% 向 上 加 熱 エネルギー φ83:53.2% ある 焼 ざまし 低 減 2% 向 上 [φ75:シミュレーション 効 率 の 向 上 φ75:53.1% は シミュレーション 技 での 推 定 数 値 : による 算 出 で 達 成 2% 以 上 向 上 ] 出 来 ると 判 断 * 加 熱 エネルキ ー 効 率 大 ロットライン 対 応 φ83:1.% 向 上 やIH 運 転 効 率 も ( 多 量 少 品 種 加 熱 機 ) φ75:9.5% 向 上 φ83:62.5% シミュレーション 技 術 に a-1.ih 運 転 効 率 8.2% 向 上 [φ75:シミュレーション φ75:61.8% る 算 出 で 達 成 出 来 主 目 標 評 価 : での 推 定 数 値 : a-2. 焼 ざまし 低 減 内 ると 判 断 17% 以 上 向 上 ] *φ83コイル(φ83~ 訳 φ75ヒ レット 対 応 ) φ83~φ75 [シミュレーションで 制 限 範 囲 外 のヒ レッ a-2. 焼 ざまし 低 の 減 平 均 値 : 2.% 以 下 の 推 定 数 値 : トサイス にて 単 コイル 13.8% 2.% 以 下 確 認 ] で 対 応 可 能 かを 確 認 し 達 成 した 素 材 ( 非 鉄 金 属 ) 部 分 加 熱 加 熱 エネルギー 主 目 標 評 価 : 加 熱 エネルキ ー 効 率 効 率 の 向 上 1%( 重 2% 油 ) 向 上 *IR 加 熱 は 重 油 加 熱 に 比 べ 高 エネルキ ー φ32:69.6% 向 上 効 率 であることが ( 重 油 消 費 量 :36L/Hr) 証 明 された 全 体 加 熱 小 ロットライン 対 応 目 的 : 温 度 の 均 熱 化 ( 少 量 多 品 種 加 熱 機 ) 大 ロットライン 対 応 目 的 : 温 度 の 均 熱 化 ( 多 量 少 品 種 加 熱 機 ) >±3 ±1 以 下 φ5:±3 *IR 加 熱 の 特 徴 で >±3 ±1 以 下 φ75:±3 ある 温 度 均 熱 化 が 実 証 できた 素 材 ( 非 鉄 金 属 ) 部 分 加 熱 目 的 : 温 度 の 均 熱 化 ( 鋼, SUS 系, 黄 銅 ) *IR 加 熱 の 特 徴 で φ32:±28.5 ±54 ±3 以 下 ある 温 度 均 熱 化 以 下 が 実 証 できた 温 度 均 熱 化 金 型 予 熱 角 形 金 型 予 熱 ( 浅 部 形 状 金 型 ) 丸 形 金 型 予 熱 ( 深 部 形 状 金 型 ) 目 的 : 温 度 の 均 熱 化 ] 目 的 : 昇 温 時 間 の 短 縮 目 的 : 温 度 の 均 熱 化 目 的 : 昇 温 時 間 の 短 縮 * 主 目 標 評 価 の 温 ±53.8 ±5 以 下 ±43.3 度 均 熱 度 や 昇 温 時 間 を 実 用 化 レヘ ル で 達 成 * 実 用 化 ( 今 後 の 主 6min3min 以 内 27.7min要 テーマは 軽 量 ) 化 を 推 進 する * 主 目 標 評 価 の 温 ±75.5 ±5 以 下 ±5.9 度 均 熱 度 や 昇 温 時 間 をほぼ 実 用 化 レヘ ルで 達 成 * 実 用 化 ( 今 後 の 主 要 テーマは 使 い 勝 45min15~3min38.3min手 改 良 )を 推 進 す る 7

8 3). 研 究 開 発 の 成 果 ( 達 成 成 果 の 説 明 ) 表 -5: 研 究 達 成 成 果 の 説 明 研 究 開 発 実 施 項 目 第 2 章 本 論 開 発 テーマ ( 主 目 標 評 価 ) 複 数 年 の 研 究 開 発 成 果 調 査 研 究 2-1 調 査 研 究 : ( 最 新 の 市 場 調 査 ) 1).IH 加 熱 機 の 最 新 の 技 術 は 1 多 電 源 化 2 多 周 波 数 化 3 急 速 加 熱 4 加 熱 コイルの 熱 効 率 向 上 5スキット レールの 無 水 冷 化 などが 開 発 されている 2). 部 分 加 熱 炉 の 新 開 発 情 報 は なし 3). 金 型 予 熱 器 は 既 存 の 遠 赤 外 線 (IR)を 使 用 したものはない 1 電 気 ヒータ 予 熱 器 2ハロケ ンヒータ 予 熱 器 など 販 売 されている 評 価 試 験 装 置 評 価 試 験 装 置 2-2 コンセフ トの 検 コンセフ トの 討 : 検 討 H21 年 度 にコンセフ ト 検 討 し 評 価 機 に 反 映 した 1). 小 ロット 対 応 ハイフ リット 加 熱 機 は 加 熱 エネルキ ー 効 率 向 上 を 目 標 と 大 ロット 対 応 ハイフ リット 加 熱 機 は 焼 きざまし 低 減 を 目 標 とした H22 年 度 にコンセフ ト 検 討 し 評 価 機 に 反 映 した 2). 素 材 部 分 加 熱 炉 は 加 熱 温 度 管 理 を 自 動 化 し 品 質 の 安 定 化 を 図 った 3). 金 型 予 熱 器 は 浅 部 形 状 金 型 (クランクシャフト 用 )と 深 部 形 状 金 型 (ツバ 用 )を 代 表 モテ ルとして 開 発 し 短 時 間 昇 温 と 均 熱 化 を 図 った IRヒータの 開 発 2-3 IRヒータ 開 発 に 対 応 ) (125 の 鍛 造 ライン 1). 常 用 使 用 温 度 1,3 を 確 認 達 成 した 2).ヒータ 耐 久 性 評 価 は 継 続 中 : 未 完 了 (18cycles/84days [ ワイエイシイテ ンコー 社 内 で 評 価 試 験 継 続 中 ] 3). 赤 外 線 放 射 率 :ε=.864( 達 成 ) 4). 高 断 熱 特 性 :ヒータ 裏 面 温 度 及 び 炉 外 壁 温 度 は 未 達 成 であり 今 後 メーカー 独 自 にて 研 究 開 発 を 継 続 する 小 ロット 対 応 IH+IR[φ65コイル(φ65~φ44mmヒ レット)にて 評 価 確 認 ] 2-4 ハイブリッド 加 熱 機 の 開 発 ( 少 量 多 品 種 加 熱 機 ) 主 目 標 評 価 : 加 熱 1). 加 熱 エネルキ ー 効 率 :φ5 φ38ヒ レットにて2% 以 上 の 向 上 確 2).IH 運 転 効 率 :φ5 φ38ヒ レットにて8.2% 以 上 の 向 上 確 認 達 3). 焼 ざまし 低 減 :φ5 φ38ヒ レットにて2.% 以 下 を 確 認 達 成 し 4). 素 材 温 度 制 度 :φ5ヒ レットにて±3 を 確 認 達 成 した エネルキ ー 効 率 の 向 上 5). 機 能 品 質 向 上 評 価 で 素 材 酸 化 度 合 脱 炭 結 晶 粒 度 の 仕 様 内 を 確 素 材 全 体 加 熱 及 びIH 運 転 効 率 向 上 した( 達 成 ) ( 加 熱 効 率 向 上 均 熱 化 ) 大 ロット 対 応 IH+IR[φ83コイル(φ83~φ75mmヒ レット)にて 評 価 確 認 ] ハイブリッド 加 熱 機 下 記 数 値 は IH 装 置 の 全 体 改 良 を 想 定 したシミュレーション 技 術 により 確 認 2-5 の 開 発 1). 加 熱 エネルキ ー 効 率 :φ83 φ75ヒ レットにて2.% 以 上 の 向 ( 多 量 少 品 種 加 熱 機 ) 2).IH 運 転 効 率 :φ83 φ75ヒ レットにて8.2% 以 上 の 向 上 確 認 達 主 要 目 標 評 価 : 焼 ざまし 低 減 3). 焼 ざまし 低 減 :φ83ヒ レットにて2.% 以 下 を 確 認 達 成 した 4). 素 材 温 度 制 度 :φ75ヒ レットにて±3 を 確 認 達 成 した 素 材 ( 非 鉄 金 素 材 ( 非 鉄 金 属 ) 2-6 属 ) 部 分 加 熱 部 分 加 熱 炉 1). 加 熱 エネルキ ー 効 率 :69.6% 向 上 を 確 認 達 成 した ( 加 熱 効 率 向 上 ( 加 熱 エネルキ ー 効 率 2). 評 価 素 材 ( 表 -9 参 照 ) 温 度 精 度 ( 最 大 値 ):±28.5 以 下 を 確 認 達 均 熱 化 ) 向 上 と 環 境 改 善 ) IR 金 型 予 熱 ( 短 時 間 昇 温 均 熱 化 ) 角 形 金 型 予 熱 器 [ 実 用 化 に 近 づけた 角 形 金 型 予 熱 器 評 価 ] の 開 発 1). 金 型 温 度 精 度 :±43.3 ( 達 成 ) ( 浅 部 形 状 金 型 ) 2). 金 型 予 熱 時 間 :27.7min( 達 成 ) ( 昇 温 時 間 均 熱 改 善 ) 丸 形 金 型 予 熱 器 [ 実 用 化 に 近 づけた 丸 形 金 型 予 熱 器 評 価 ] の 開 発 1). 金 型 温 度 精 度 :±5.9 ( 未 達 成 ) ( 深 部 形 状 金 型 ) 2). 金 型 予 熱 時 間 :38.3min( 未 達 成 ) ( 昇 温 時 間 均 熱 改 善 ) 備 考 : 昇 温 性 能 上 未 達 であるが 使 用 上 問 題 なしと 判 断 した 生 産 量 変 動 対 応 可 能 な 段 取 り 時 間 の 短 縮 生 産 システムの 生 産 システムの 構 築 2-8構 築 : ( 加 熱 効 率 向 上 焼 きざまし 量 焼 ざまし 低 減 削 減 ) システムの 構 築 * 小 ロット 対 応 ハイフ リット 加 熱 機 でφ65コイルで 評 価 ( 加 熱 効 率 他 )し 操 業 可 能 と 判 断 した * 大 ロット 対 応 ハイフ リット 加 熱 機 でφ83コイルで 評 価 ( 加 熱 効 率 他 )し 操 業 可 能 判 断 にはシミュレーション 技 術 が 必 要 とし シミュレーションによる 算 より 操 業 可 能 と 判 断 できた * 大 ロット 対 応 ハイフ リット 加 熱 機 にて 焼 きざまし 量 削 減 を 目 指 し シミュレーション 技 術 による 算 出 数 値 より 達 成 可 能 と 判 断 できた 1-4 当 該 研 究 開 発 の 連 絡 窓 口 社 団 法 人 日 本 鍛 造 協 会 ( 常 務 理 事 村 島 善 樹 ) 連 絡 先 8 TEL: FAX: project@jfa-tanzo.jp

9 第 2 章 本 論 2-1 調 査 研 究 [ 関 連 技 術 調 査 及 び 技 術 動 向 調 査 ] 本 技 術 開 発 に 関 連 する 国 内 外 の 技 術 動 向 調 査 特 許 調 査 及 び 研 究 動 向 調 査 をサポイン 関 係 者 の 協 力 を 得 て 実 施 した 1IH 加 熱 機 の 加 熱 方 法 * 生 産 性 向 上 では 高 速 加 熱 化 省 エネでは 多 電 源 化 多 周 波 数 化 ( 加 熱 コイル 毎 に 出 力 周 波 数 を 変 更 できる)の 加 熱 機 あ * 加 熱 コイルの 使 用 範 囲 拡 大 では 減 処 理 運 転 を 2% 迄 可 能 にし 焼 ざまし 低 減 化 段 替 え 不 要 化 の 傾 向 となって * 加 熱 開 始 時 の 炉 温 安 定 化 や 初 期 運 転 モート にて 焼 きざまし 排 出 量 を1 個 まで 削 減 している( 大 ロット 専 用 の 生 産 2IH 加 熱 機 の 加 熱 コイル * 加 熱 コイルの 熱 効 率 向 上 (コイルキ ャッフ 削 減 コイル 形 状 の 工 夫 断 熱 絶 縁 方 法 の 工 夫 )が 行 われてきた *スキット レール( 無 水 冷 化 )の 採 用 は 加 熱 ソ ーン 及 び 均 熱 ソ ーンで 拡 大 して 来 ている 3IH 加 熱 機 の 均 熱 化 * 加 熱 温 度 分 布 の 均 熱 化 は 画 期 的 な 報 告 が 無 く ±2~±3 程 度 が 現 状 の 限 界 である * 文 献 (1) * 汎 用 ライン 機 では 本 開 発 の±1 以 内 のものは 存 在 しない 4 遠 赤 外 線 (IR)ヒータ * 家 電 液 晶 などにおいて 7 迄 のものが 製 造 販 売 されている * 最 高 使 用 温 度 は 当 開 発 メンハ ーの ワイエイシイテ ンコーが 1,15 の IR ヒータを 製 造 販 売 している ヒータとして 金 属 エレメント 製 ( 耐 振 動 対 応 ) で 常 用 使 用 温 度 1,3 に 耐 えられるヒータ は 無 い 5 金 型 予 熱 器 * 市 販 のカ スハ ーナーで 予 熱 を 行 う 鍛 造 メーカ トーチ 部 分 を 型 形 状 に 合 わせ カハ ーをつけるなど 改 良 が 多 * 温 度 制 御 が 難 しく 金 型 の 各 部 位 を 均 熱 化 出 来 ない また 昇 温 に 時 間 がかかるなどの 欠 点 がある *シース ヒーター ハロケ ンヒーターなどを 用 いて 温 度 管 理 を 実 施 している 予 熱 器 があるが 種 々の 欠 点 ( 昇 温 がある 2-2 評 価 試 験 装 置 コンセプトの 検 討 加 工 ライン 効 率 改 善 システムの 構 築 [ 高 効 率 ハイブリッド 加 熱 システムのコンセプト 検 討 素 材 部 分 加 熱 炉 のコンセプト 討 軽 量 型 金 型 予 熱 器 のコンセプト 検 討 後 の 概 略 仕 様 の 作 成 ]を 行 った 表 -6: 各 研 究 項 目 の 評 価 試 験 機 の 主 要 コンセプト 検 討 ハイブリッド 評 価 試 験 機 の 主 要 コンセプトを 下 記 で 検 討 した 1 既 存 の 設 備 の 低 投 資 での 改 良 を 目 的 に エネルギー 効 率 向 上 及 び 歩 留 まり 率 向 上 を 可 能 とするため 現 有 設 備 ( 既 存 )のIH 加 熱 コイル 長 さの 範 囲 IH 内 に 加 熱 コイル+IR 加 を 熱 組 部 込 む 仕 様 2ハイブリッド 評 価 機 のIH 加 熱 部 は 加 熱 炉 長 を 短 縮 し ヒートパターンは 急 速 加 熱 で 省 エネを 図 る また IH 加 熱 コイルは 採 用 可 能 な 省 エネ 技 術 を 盛 り 込 む [ 銅 コイル 設 計 無 水 スキッドレールなど] 3ハイブリッド 評 価 機 のIR 加 熱 部 は IH 加 熱 炉 長 短 縮 内 寸 法 で 検 討 し 13 対 応 高 断 熱 構 造 を 採 用 し 均 熱 特 性 向 上 保 温 特 性 向 上 に 対 応 する 仕 様 で 製 作 する アプセット 鍛 造 用 素 材 部 分 加 熱 炉 の 主 要 コンセプトを 下 記 で 検 討 した 1 既 存 の 設 備 の 低 投 資 での 改 良 を 目 的 に エネルギー 効 率 向 上 均 熱 化 による 品 質 向 上 及 び 作 業 環 境 改 善 を 目 的 に 現 有 設 備 ( 既 存 )の 重 油 加 熱 炉 をIR 加 熱 炉 に 置 き 換 える 仕 様 2IR 加 熱 評 価 炉 では 様 々な 材 質 ( 鋼 材 や 非 鉄 金 属 )に 対 応 可 能 で 汎 用 性 が 高 く 温 度 均 一 性 に 優 れた 装 置 の 製 作 軽 量 型 金 型 予 熱 器 の 主 要 コンセプトを 下 記 で 検 討 した 1IR 金 型 予 熱 器 では 製 品 一 個 目 から 良 品 とすることを 目 的 に 操 業 開 始 前 に 金 型 を 目 標 温 度 に 到 達 さ せると 共 に 金 型 温 度 精 度 も 向 上 する 仕 様 ( 昇 温 速 度 の 改 善 均 熱 温 度 精 度 の 改 善 ) 2IR 金 型 予 熱 器 では トラブル 時 のチョコ 停 止 時 や 昼 休 み 等 の 操 業 一 次 停 止 時 の 金 型 温 度 低 下 を 保 温 可 能 とすることで 操 業 再 開 時 に 即 鍛 造 が 開 始 出 来 るコンセプトも 併 せて 検 討 3IR 金 型 予 熱 器 では 作 業 環 境 ( 騒 音 や 熱 放 散 対 策 ) 改 善 や 地 球 環 境 (CO2 排 出 量 削 減 ) 改 善 9

10 六 角 高 ナット( 鋼 )M12 19L D-B12*5 M1 4A9697 4A9697 A F-25 TL-3G A F -2 5 A A A F-25 A F -2 5 六 角 高 ナット( 鋼 )M12 19L TL-3G D-B12*5 2-3 IRヒータの 開 発 鍛 造 加 熱 システムに 使 用 可 能 な 高 温 対 応 高 効 率 遠 赤 外 線 (IR)ヒータの 実 用 化 を 目 的 として 下 記 表 -7 目 標 値 を 設 定 し 研 究 開 発 を 行 い 一 部 目 標 を 達 成 した 項 目 以 外 は 継 続 評 価 研 究 中 である 1 新 型 IRヒータ 開 発 結 果 試 験 確 認 項 目 2 赤 外 線 放 射 率 [ε]の 確 認 の 測 定 結 果 表 -7: 遠 赤 外 線 (IR)ヒータの 評 価 結 果 仕 様 (ターケ ット) 値 評 価 結 果 構 造 上 異 常 がないことを 確 認 した 1) 最 高 使 用 温 度 の 確 認 Max.1,35 常 用 1,3 (H21 年 度 達 成 済 み) 分 光 放 射 計 測 定 を 公 的 機 関 で 測 定 し 2) 赤 外 線 放 射 率 の 確 認 >.85 以 上 (at 25 ) 放 射 率 ε=.864を 達 成 した 3) ヒータ 耐 久 性 の 確 認 >1,512cycles 18cycles/84days 確 認 (at 1, ( 過 負 荷 試 験 にて 確 認 ) 12cycles/day [2Hr/cycle] ランニンク 継 試 続 験 中 : 新 規 高 断 熱 材 でのヒータ 裏 面 炉 外 壁 温 度 4) 高 断 熱 性 の 確 認 ヒータ 裏 面 1 炉 外 壁 5 以 下 計 測 し 炉 外 壁 温 度 5 以 下 を 達 成 した 放 射 率 (ε) 高 温 対 応 高 効 率 遠 赤 外 線 ヒータの 分 光 放 射 率 Denko Coat-O 試 験 品 名 Denko Coat-O 試 験 品 表 面 温 度 ( ) 228 試 験 品 絶 対 温 度 T(K) 51 π kb 1.381E-23 h 6.626E-34 c 3.E+8 赤 外 線 の 各 波 長 に 於 ける 放 射 率 ( 分 光 放 射 率 測 定 ) 波 長 (μm) エネルキ ーに 変 換 E(λ,T)[W m^-2 μm^-1] 放 射 発 散 度 グラフ(Denko Coat-O) 理 想 黒 体 (ε=1) Eb(λ,T): 黒 体 Enew(λ,T)*ε(λ) Eold(λ,T)*ε(λ) 測 定 サンフ ル(ε=.864) 一 般 電 熱 ヒータエレメントに 特 殊 コーティンク した 一 般 電 熱 ヒータ(ε=.676) 比 較 測 定 放 射 発 散 度 (W/cm2) 3~14.5μm 放 射 率 黒 体 (228 ) Denko Coat-O(228 ) (3~14.5μm) 波 長 λ[μm] 計 測 公 的 機 関 名 : 新 潟 県 工 業 技 術 総 合 研 究 所 図 -2:IR ヒータの 分 光 放 射 率 と 放 射 発 散 度 グラフ 2-4 高 効 率 小 ロット 対 応 IH+IRハイブリッド 加 熱 評 価 機 の 開 発 小 ロット 対 応 ハイブリッドモデル 機 ( 少 量 多 品 種 対 応 )の 実 用 化 を 目 的 として 主 目 標 評 価 項 目 である 加 熱 エ ギー 効 率 向 上 及 びIH 運 転 効 率 向 上 ( 太 径 及 び 細 径 にて 確 認 ) の 確 認 を 行 い 目 標 を 達 成 した 1IH 加 熱 炉 からIH+IRハイブリッド 加 熱 機 への 転 換 端 子 カバ( 横 ) 断 熱 シールドゾーン IHコイル 共 通 台 127 F.L 小 ロット 対 応 加 熱 炉 (IH+IR 炉 ) 252 図 -3:IH+IR 小 ロット 対 応 ハイブリッド 評 価 試 験 機 の 概 略 図 及 び 装 置 写 真 1

11 2 新 技 術 (IH+IRハイブリッド 加 熱 機 )のシミュレーションによるヒートパターン 図 14 小 ロットライン 対 応 HybIH+IR 加 熱 炉 ヒートパターン 13 加 熱 温 度 ( ) θc: 中 心 温 度 θm: 半 径 中 間 温 度 θs: 表 面 温 度 θs θm θc IH 出 口 θs=1,235 電 磁 熱 緩 衝 函 IR 炉 温 度 設 定 シュ ート 部 1,25 傾 斜 4 IH L48 2 台 (96mm) IR 炉 L6 発 熱 部 (4mm) 既 設 加 熱 コイル 全 長 L=1,83mm IR 出 口 θs=1,21 θ=-13k 鍛 造 製 品 性 能 評 価 試 験 結 果 IH 炉 (1) IH 炉 (2) 経 過 時 間 (sec) IR 炉 (1) シュ ーター 繋 ぎ 図 -4:IH+IR ハイフ リット 加 熱 機 のシミュレーションヒートハ ターン 図 表 -8: 素 材 酸 化 度 合 脱 炭 結 晶 粒 度 評 価 まとめ 試 験 表 酸 化 スケール 発 生 量 測 定 ヒ レット 重 量 保 持 温 度 保 温 時 間 スケール 比 率 品 質 確 認 結 果 (S55C,φ5) 既 存 IH 炉 1,25 g/pc 1,22 min.4% 脱 炭 確 認 及 び 結 晶 1,265 g/pc 1,22 min 粒 度 確 認 において.24% IH+IR ハイフ リット 1,264 炉 g/pc 1,22 5 min 客 先 発 注 仕 様 内 を.71% 確 認 した 1,263 g/pc 1,22 1 min 1.11% ハイブリッド 加 熱 炉 内 に 於 いて 素 材 酸 化 抑 制 技 術 の 調 査 を 行 う 目 的 にて ライン 停 止 (チョコ 停 等 )に よる 炉 内 保 温 時 の 酸 化 スケール 量 の 測 定 を 行 った 本 研 究 は 小 ロット 対 応 ハイブリッド 加 熱 炉 にて 行 い 上 記 のスケール 発 生 結 果 に 基 づき 判 断 したとこ ろ 外 乱 の 影 響 ( 外 部 からの 酸 素 の 吸 入 )が 少 なく 製 品 の 製 作 仕 様 上 での 問 題 はない 4 加 熱 エネルギー 効 率 評 価 試 験 まとめ 図 [φ65 単 体 加 熱 コイル 使 用 時 の 材 料 径 別 運 転 効 率 評 価 結 果 ] 加 熱 エネルキ ー 効 率 η-heat(%) 9% 8% IH 加 熱 炉 仕 様 [ 適 用 材 料 径 :φ44~φ65(mm) 7% 6% 5% 2% φ6 4% 4.7% φ5 3% φ38 2% 1% 既 設 IH 加 熱 機 加 熱 エネルキ ー 効 率 ( 実 測 値 ) 小 ロット 対 応 IH+IR 加 熱 機 加 熱 エネルキ ー 効 率 ( 実 測 値 ) 省 エネ 改 善 率 (%) % 材 料 径 B(φmm) 図 -5: 加 熱 エネルギー 効 率 向 上 の 評 価 結 果 まとめ 図 11

12 M8 M8 B B B B B B A M 5 M 5 A A A M8 M8 4A9697 4A9697 A M 5 M 5 A M8 M8 A LV 1- M MTSWB15 UCFL22C UCFL22C 1 RS35- B36T M1 M1 UCFL22C ALV1-H15 M1 RS35-1 B36T SUBA KI M1 ALG16R UCFL22C ALG16R ALV1-H15 A MTSWB15 B UCFL22C R S35-1 B3 6T PID 16 SI S31 3- S UCP22E FLT45R C F5R C F5R M1 M1 M8 M8 M1 M1 5 既 設 IH 加 熱 機 及 び 新 型 ハイブリッド 加 熱 機 でのビレット 温 度 測 定 まとめ 図 図 -6: 評 価 搬 送 速 度 :1% 標 準 運 転 (8.4mm/sec) φ65 コイルにてφ5m 2-5 高 効 率 大 ロット 対 応 IH+IRハイブリッド 加 熱 評 価 機 の 開 発 大 ロット 対 応 ハイブリッドモデル 機 ( 多 量 少 品 種 対 応 )の 実 用 化 を 目 的 として 主 目 標 評 価 項 目 である 焼 ざま 減 ( 各 種 微 速 保 温 運 転 にて 確 認 ) の 確 認 を 行 い 目 標 を 達 成 した また 追 加 項 目 として 太 径 細 径 における エネルギー 効 率 向 上 IH 運 転 効 率 向 上 の 評 価 確 認 も 行 い 目 標 を 達 成 した 1IH 加 熱 炉 からIH+IRハイブリッド 加 熱 機 への 転 換 端 子 カバ( 横 ) IHコイル IR 炉 体 フレーム CF5R CF5R UCFL22C θs θm θc 従 来 技 術 (IH 加 熱 機 ) 加 熱 温 度 ( ) θs φ5mmヒ レット 測 温 位 置 θm θs:1,238 θm:1,235 θc:1,216 Δt=22 ヒ レ ッ ト の 流 れ ( シ ュ ー タ ー ) 16Ton フ レス 機 2 θc 1 距 離 ( m m ) IH 炉 (1) IH 炉 (2) IH 炉 (3) IH 炉 (4) 48mm 48mm 48mm 38mm 183mm 新 技 術 6 (IH+IR 小 ロット 5 対 応 加 熱 機 ) 加 熱 温 度 ( ) θs θm θc IH 電 源 設 備 :3φ6V 4kw(3KHz) θs:1,191 θm: 1,197 θc:1,196 t = 6 IR 電 源 設 備 :3φ2V 目 標 温 度 精 度 : ± 1 以 内 32.5kVA ヒ レ ッ ト の 流 れ ( シ ュ ー タ ー ) 16Ton フ レス 機 経 過 時 間 (s ec ) IH 炉 (1) IH 炉 (2) IR 炉 (1) シュ ーター 繋 ぎ 54mm 54mm 61mm 14mm (67.5sec) (67.5sec) (76sec) 183mm 3645 断 熱 シールドゾーン IH-4 IH-5 IH IR-1 IR 共 通 台 IR 部 高 さ 1329 UCFL22C 1 RS35- B12T シャッタ 部 A 大 ロット 対 応 加 熱 (IH+IR 炉 炉 ) 3 F.L 共 通 台 IH 端 子 部 図 -7:IH+IR 大 ロット 対 応 ハイブリッド 評 価 試 験 機 の 概 略 図 及 び 装 置 写 真 12

13 2 新 技 術 (IH+IRハイブリッド 加 熱 機 )のシミュレーションによるヒートパターン 図 加 熱 温 度 ( ) 大 ロットライン 対 応 Hyb IH+IR 加 熱 炉 ヒートパターン 38Tライン(φ83 用 コイル:φ75mmヒ レット 加 熱 CT=3.sec) θc 中 心 θm 中 間 θs 表 面 IHコイル L72 3 台 (216mm) 1 標 準 昇 温 ゾーン [MF1] θs θ θc 中 間 ローラ(4mm) IH 出 口 θs:1,212 [MF2] IHコイル L72 3 台 (216 mm) 2 急 速 昇 温 ゾーン IR 炉 出 口 θs:1,196 θ:12k 加 熱 炉 出 て 6 秒 後 鍛 造 IR 炉 (1,44mm) 設 定 温 度 1,28 3 高 速 均 熱 ゾーン 1 経 過 時 間 (sec) IH 炉 (1)IH 炉 (2)IH 炉 (3) IH 炉 (4)IH 炉 (5)IH 炉 (6)IR 炉 (1)IR 炉 (2) 図 -8: 既 設 及 び 新 設 大 ロット 対 応 加 熱 機 のヒートパターン 図 3 加 熱 エネルギー 効 率 評 価 試 験 まとめ 図 [φ83mm 単 体 加 熱 コイル 使 用 時 の 材 料 径 別 運 転 効 率 評 価 及 びシミュレーション 技 術 採 用 ] 運 転 効 率 8% η-heat(%) シミュレーション 値 7% 6% 5% IH+IRハイフ リット 加 熱 炉 既 設 IH 加 熱 炉 IHφ83mmコイル 炉 +IRヒータ 炉 φ83mmコイル (MF1コイル 改 良 + 中 間 コイル 改 良 値 ) φ65mmコイル IHφ83mmコイル 炉 +IRヒータ 炉 材 料 径 (φmm) 4% 図 -9: 加 熱 エネルギー 効 率 評 価 試 験 結 果 ( 線 はシミュレーション 値 13

14 4 焼 ざましムダ 削 減 効 果 を 確 認 するため φ75mm ビレットでの 評 価 実 験 結 果 [φ83 コイルにてφ75mm ヒ レットでの 5%,4%,33%,2% ( 特 にチョコ 停 止 時 間 微 の 速 大 保 半 温 を 運 占 転 める 3 分 間 及 び 5 分 間 の 微 速 保 温 運 転 での 確 認 試 験 )から 1% 通 常 運 転 復 帰 時 の 焼 ざまし 排 出 量 の 評 価 試 験 結 果 ] 備 考 現 状 のIH 加 熱 炉 試 験 に 於 5%-4 いて 分 間 の 微 速 保 温 運 から 1% 転 通 常 運 転 への 焼 ざまし 復 帰 排 時 出 量 を36 と 個 確 認 したことで 総 合 焼 ざまし 排 出 量 は 36+34(5%- 4 分 間 の 焼 ざまし 排 出 数 7 ) 個 となり = 操 業 迄 の 待 ち 時 間 は 約 6 分 8 秒 となる 焼 ざまし 数 (pcs) pcs 5 分 運 転 微 速 運 転 時 通 常 運 転 復 帰 微 速 運 転 時 通 常 運 転 復 帰 3 分 運 転 時 の 焼 ざまし 量 5 分 運 転 時 の 焼 ざまし 量 pcs 3 分 運 転 操 業 迄 の 時 間 :3 分 26pcs 26 43pcs 43 操 業 迄 の 時 間 :5 分 操 業 迄 の 時 間 :4.36 分 56pcs 44pcs 操 業 迄 の 時 間 :6.3 分 47pcs 59pcs 通 1% 常 運 転 5% 4% 33% 2% (1%) 微 速 運 転 操 業 迄 の 時 間 :4.77 分 操 業 迄 の 時 間 :6.77 分 操 業 迄 の 時 間 :5.7 分 46pcs pcs 操 業 迄 の 時 間 :7.7 分 [ 図 -1の 解 説 ] 図 -1:φ83 コイルにてφ75mm x 117.7mmL ヒ レットでの 焼 ざましムダ a). 温 度 計 によるヒ レット 温 度 が 12 ±3 に 入 るまでの 焼 ざまし 数 量 測 定 条 件 b). 使 用 したサンフ ル 試 験 サイス は φ75 x 117.7mmL ヒ レットを 使 c).1% 通 常 運 転 仕 様 : 送 り 速 度 V=33.2mm/sec (サイクルタイム C/ 11% 通 常 運 転 時 の 焼 ざまし 量 3 分 間 運 転 [51pcs/3min] 5 分 間 運 転 [85pc 25% 微 速 保 温 運 転 時 の 焼 ざまし 量 3 分 間 運 転 [26pcs/3min] 5 分 間 運 転 [43 [ 但 し 通 常 への 復 帰 時 には 各 焼 ざまし 量 は[ 個 ]であった また 操 業 までの 待 ち 時 間 は 各 微 速 運 転 時 間 のみであり 最 コスト も 低 減 に 寄 与 することが 解 った ] 34%~2% 微 速 保 温 運 転 時 の 焼 ざまし 量 測 定 説 明 [ 例 :2% 微 速 保 温 運 転 時 の 焼 ざまし 量 で 説 明 2% 微 速 保 温 運 転 時 の 焼 ざまし 量 3 分 間 運 転 [11pcs/3min] 5 分 間 運 転 [17 復 帰 時 の 焼 ざまし 数 3 分 間 後 の 焼 ざまし 数 [35pcs] 5 分 間 後 の 焼 ざまし 数 [17pcs/ 3 分 時 は11+35=46pcs であり 5 分 時 は17+35=52pcs である 操 業 までの 待 ち 時 間 は 3 分 時 は 3+2.7=5.7 であり 5 分 時 は5+2.7=7.7 である 分 14

15 5 既 設 IH 加 熱 機 新 型 ハイブリッド 加 熱 機 でのφ75mm ビレット 温 度 測 定 まとめ 図 加 熱 温 度 ( ) θs θm θc 従 来 技 術 (IH 加 熱 機 ) Φ75mmヒ レット 測 温 位 置 θs:1,256 ヒ レットの 流 れ θm: 1,253 (シューター) θc: 1,236 Δt = 2 38Ton フ レス 機 距 離 ( m m ) IH 炉 (1) IH 炉 (2) IH 炉 (3) IH 炉 (4) IH 炉 (5) IH 炉 (6) IH 炉 (7) IH 炉 (8) 216mm (72mm 3 炉 ) 中 間 x ローラ 216mm (72mm x 3 炉 ) 144mm (72mm x 2 炉 ) 616mm 加 熱 温 度 ( ) 新 技 術 6 (IH+IR 大 ロット 対 応 加 熱 機 ) θs θm θc 目 標 温 度 精 度 : ± 1 以 内 θs:1,183 θm: 1,183 ヒ レットの れ 流 θc: 1,177 (シューター) t = 6 38Ton フ レス 機 IH 電 源 設 備 :3φ88 V 22kw (2KHz) IR 電 源 設 備 :3φ2V 距 離 ( mm ) IH 炉 (1) IH 炉 (2) IH 炉 (3) IH 炉 (4) IH 炉 (5) IH 炉 (6) IR 炉 (1) IR 炉 (2) 83.5kVA 216mm (6.3sec) 中 間 ローラ 216mm (6.3sec) 616mm 144mm (4.2sec) 図 -11: 評 価 搬 送 速 度 :1% 標 準 運 転 (33.2mm/sec) φ83 コイルにてφ75m 15

16 ２-６ 素材 非鉄金属 部分遠赤外線 IR 加熱炉の開発 加熱エネルギー効率と環境改善を目的としたＩＲ加熱炉を試作製作し 鋼及び非鉄金属材などに関しての評価確 認を完了した ①素材部分加熱炉の据付状況及び製作外形図 制御盤 部分ＩＲ加熱炉 図-１２ 素 材 (非 鉄 金 属 )部 分 ＩＲ加 熱 炉 外 形 図 ②評 価 サンプル加 熱 試 験 状 況 及 び鍛 造 評 価 試 験 でのサンプル品 部分ＩＲ加熱炉から昇温ｻﾝﾌﾟﾙ材取出中 部分ＩＲ加熱炉にてサンプル昇温中 図-１３ 部分ＩＲ加熱炉にて素材昇温(測温含む)及び加熱素材取出中 黄銅材(C3771)ｻﾝﾌﾟﾙ 品 SU S材ｻﾝﾌﾟﾙ品 S4 5 C材(φ2 2 ) ｻﾝﾌﾟﾙ品 S4 5 C材(φ3 2 )ｻﾝﾌﾟﾙ品 図-１４ アプセット鍛 造 後 (鋼 材 及 び非 鉄 金 属 )のサンプル品 16

17 3 加 熱 条 件 と 加 熱 結 果 [ 重 油 加 熱 炉 と 部 分 IR 加 熱 炉 による 鍛 造 狙 い 温 度 到 達 時 間 測 定 及 び 温 度 偏 差 値 の 比 較 データ] 表 -9: 重 油 加 熱 炉 と 部 分 IR 加 熱 炉 による 非 鉄 金 属 鋼 材 の 各 種 比 較 データ TP 材 質 [ 狙 い 温 度 ] 加 熱 炉 狙 い 温 度 到 達 平 均 温 度 温 度 偏 差 時 間 (mm:ss) (Ave ) (Δt ) 備 考 重 油 炉 8: *IR/ 16 重 油 加 熱 の 昇 温 時 間 比 は 重 油 加 熱 より S45C 1.39~2.9 倍 昇 温 時 間 がかかるが 昇 温 [123±5 ] 時 間 の 遅 れはC/T(サイクルタイム)に 合 わせ 事 前 IR 炉 11: に 炉 内 に 挿 入 ( 材 料 加 熱 )しておくことが 可 能 であることから 操 業 への 支 障 はないと 考 え 重 油 炉 9: ている SUS43 [12±5 ] *ビレット 均 熱 温 度 精 度 は 約 1.8~2.3 倍 の IR 炉 16: 向 が 上 図 れることから 均 熱 向 上 は 品 質 安 定 化 に 寄 与 する 重 油 炉 7: *IR 15 加 熱 炉 は 騒 音 の 発 生 が 皆 無 であることか SUS34 ら 作 業 環 境 の 改 善 に 大 きく 貢 献 する また [12±5 ] IR 炉 14: 消 費 エネルギーの 低 減 に 有 効 である * 本 評 価 では 黄 銅 の 表 面 温 度 を 正 確 に 測 定 で 重 油 炉 4:2 746 きなかったことから 安 全 な 昇 温 手 段 (ヒータ 44 温 度 を 下 げて 昇 温 )としたことで 大 幅 に 昇 温 C3771 時 間 が 必 要 となった [75±5 ] * 最 近 黄 銅 等 非 鉄 金 属 でも 非 接 触 にてかな IR 炉 22: り 正 確 な 表 面 温 度 を 測 定 できる 放 射 温 度 計 が 出 てきており 今 後 我 らの 研 究 課 題 として 取 り 組 んでいく 事 を 検 討 している Temp( ) 143 S45C 138 重 油 炉 温 度 偏 差 Δ16 IR 炉 温 度 偏 差 Δ 重 油 炉 8 :15 IR 炉 11 : Temp( ) 14 SUS 重 油 炉 温 度 偏 差 Δ18 IR 炉 温 度 偏 差 Δ 重 油 炉 9 :2 IR 炉 16 : 測 定 CH-No 測 定 CH-No Temp( ) 14 SUS 重 油 炉 温 度 偏 差 Δ15 IR 炉 温 度 偏 差 Δ 重 油 炉 7: 1 IR 炉 14 : Temp( ) 95 C 重 油 炉 温 度 偏 差 Δ44 IR 炉 温 度 偏 差 Δ 重 油 炉 4 :2 IR 炉 22 : 測 定 CH-No 測 定 CH-No φ2 CH1 CH2 CH3 45 CH5 CH6 A B A-A 断 面 B-B 断 面 18( 加 熱 長 ) φ2 CH A B φ36 図 -15: 狙 い 温 度 到 達 時 間 時 点 の 温 度 均 熱 データ 及 び 素 材 テストピ-スへの 熱 電 対 (T.C) 取 付 位 置 図 17

18 2-7 軽 量 型 金 型 予 熱 評 価 システムの 開 発 評 価 部 品 名 クランクシャフト 研 究 場 所 : 角 田 鉄 工 所 1 予 熱 器 : 角 形 金 型 予 熱 器 ( 浅 部 形 状 金 型 ) 表 -6: 鍛 造 金 型 予 熱 システム 製 作 のための 現 状 調 査 及 び 製 作 目 標 仕 様 現 状 調 査 目 標 ( 昇 温 均 熱 ) 仕 様 金 型 予 熱 手 法 :3 種 の 予 熱 対 応 [ 鍛 造 製 品 1 個 目 より 温 度 一 定 化 ] 1. 外 段 取 * 用 語 5) り 予 熱 1. 外 段 取 り 予 熱 : 2.フ レス 機 内 セット 予 熱 RT 1 ~3 /6min 3.チョコ 停 時 金 型 保 温 2.フ レス 機 内 セット 予 熱 : 予 熱 方 式 :カ スハ ーナー 加 熱 方 RT 1 ~3 /3~6min 式 予 熱 時 間 :6min 加 熱 3.チョコ 停 時 金 型 保 温 : 潤 滑 剤 : 黒 色 潤 滑 剤 使 用 1 ~3 / ツバ 付 シャフト 研 究 場 所 : ゴーシュー 2 予 熱 器 : 丸 形 金 型 予 熱 器 ( 深 部 形 状 金 型 ) 金 型 予 熱 現 状 :3 種 の 予 熱 対 応 1. 外 段 取 り 予 熱 2.フ レス 機 内 セット 予 熱 3.チョコ 停 時 金 型 保 温 予 熱 方 式 :カ スハ ーナー 加 熱 方 式 予 熱 時 間 :3~6min 加 熱 潤 滑 剤 : 白 色 潤 滑 剤 使 用 [ 鍛 造 製 品 1 個 目 より 温 度 一 定 化 ] 1. 外 段 取 り 予 熱 : RT 15 ~25 /6min 2.フ レス 機 内 セット 予 熱 : RT 15 ~25 /3~6min 3.チョコ 停 時 金 型 保 温 : 15 ~25 / 備 考 : 本 研 究 の 設 備 電 源 容 量 は 工 場 溶 接 用 予 備 電 源 [3 相 2V 1A 34kVA]で 1 角 形 金 型 ( 浅 部 形 状 金 型 ) 予 熱 器 の 製 作 外 系 図 及 び 製 作 予 熱 器 荒 打 ち 型 仕 上 げ 型 の 上 下 金 型 IR 予 熱 中 ( 可 動 距 離 ) IRヒータ 電 源 : 3φ 2V 34kW 13 3 ( 13 82( 可 動 距 離 )) 図 -16: 角 形 金 型 予 熱 器 システム 製 作 図 と 装 置 外 形 写 真 2 丸 形 金 型 ( 深 部 形 状 金 型 ) 予 熱 器 の 製 作 外 系 図 及 び 製 作 予 熱 器 18

19 16 TCL -1SW 3W M 5 3φ 2V 3kW M 発熱部 ＩＲﾋｰﾀ電源 NV 125- CW M 5 M 5 TCL -1SW 3W 深部加熱用ｼｰｽﾋｰﾀ電源 SN 8 S-N φ 2V 1.5kW 図-１７ 丸形金型予熱器システム製作図と装置外形写真 角形金型 浅部形状金型 クランクシャフト用 予熱器の開発 実用化対応角形金型予熱器による荒打ち用 仕上げ用上下金型 ４型用 ＩＲ予熱器での昇温試験結果 実用化対応ＩＲ予熱器 現地試験結果 実用化対応ＩＲ予熱器 28分後の金型面内温度分布 温度( ) 3 4 備考 ＩＲ予熱は通常業務と同方法で実施した 荒 上CH1 荒 上CH2 35 荒 上CH3 IR予熱開始28分後 荒 上CH4 25 荒 上CH5 仕上 上CH1 3 仕上 上CH2 仕上 上CH3 2 仕上 上CH4 25 仕上 上CH5 温度( ) 荒 下CH1 Δt =87 荒 下CH2 2 荒 下CH3 15 荒 下CH4 荒 下CH5 仕上 下CH1 15 仕上 下CH2 1 仕上 下CH3 仕上 下CH4 1 荒 上型 仕上 下CH5 仕上 上型 5 荒 下型 5 仕上 下型 測定ポイント 1 2 経過時間(分) 測定ポイント図(荒打ち型) 3 4 測定ポイント図(仕上げ型) CH4 CH4 CH2 CH3 CH4 CH5 上下４金型の昇温時間は 目標温度(1 3 )に CH1 CH2 CH1 実用向けＩＲ角形予熱器では 荒打ち用 仕上げ用 CH3 CH5 CH2 CH1 CH5 到達まで２８分を必要とすることを確認した CH3 図-１８ 上下４型用 角形金型ＩＲ予熱器 電源設備 ３４ｋＷ による２８分後の金型昇温ﾃﾞｰﾀ 均熱ﾃﾞｰﾀ 丸形金型 深部形状金型 ツバ付シャフト用 予熱器の開発 実用化対応丸形金型予熱器による細 深穴部へ特殊ヒータ挿入での昇温試験結果 H23年度 実用化対応ＩＲ丸形金型予熱現地試験結果 実用化対応ＩＲ予熱器 38分後の金型面内温度分布 温度( ) 4 3 CH1 丸形上下金型 CH2 35 CH3 25 CH4 CH5 3 CH6 ＩＲ加熱38分後 全ポイント15 到達 2 温度( ) 25 Δt =12 操業温度域 測定ポイント 5 1 上金型(CH1) 15 2 経過時間(分) CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 4,5ch 3ch 5ch 実用向けＩＲ丸形予熱器では 細 深穴部の加熱 特殊 1ch ﾋｰﾀの挿入 により 昇温時間は 目標温度(15 25 ) 6ch 2ch 4ch 2,3ch に到達まで３８分を必要とすることを確認した 手前側 下金型(CH2-6) 6ch 図-１９ 上下２型用 丸形金型ＩＲ予熱器(電源設備 ３２ｋW)による３８分後の金型昇温ﾃﾞｰﾀ 均熱 19

20 ２-８ 生産量変動対応可能なフレキシブル生産システムの構築 ①システムの構築 加熱の切り口で対応できる 生産工場内でのコスト低減 ビレット加熱と金型予熱 を図るシステムを構築する (2)鍛造 材料切断 (1)ﾋﾞﾚｯﾄ加熱 (3)熱処理 出 荷 検 査 最もエネルギー効率が左右されるプロセス 図-２０ 鍛造 熱間鍛造 温間鍛造 冷間鍛造 の生産フロー図 ②鍛造の生産フロー 図-２０-(1)より 最もエネルギー効率を左右するプロセスに使用されている生産設備より 小ロット対応及び大ロット対応ＩＨ ＩＲハイブリッド加熱機において 加熱エネルギー効率向上 ＩＨ運転効率向 上 のみならず 段取り換えなしで操業可能を確認 及び 焼ざまし量削減確認 により研究開発目標値を達成し たことで ビレット加熱フレキシブル生産システムの構築を行うことが可能と判断した ③鍛造の生産フロー 図-２０-(2)より 浅部形状金型である角形金型予熱器 及び 深穴部形状金型である丸形金 型予熱器 において 現在一般に使用されているガス金型予熱器に比べ 目標到達昇温速度の早さ 均熱温度 精度の向上 評価試験において 研究開発目標値を達成したことで 鍛造金型予熱フレキシブル生産システムの 構築を行うことが可能と判断した 第３章 全体総括 ３-１ 複数年の研究開発成果 複数年の研究開発成果は 表-４ 技術的数値目標と結果 及び表-５ 達成成果の説明 に記載した ３-２ 研究開発後の課題 事業化展開 研究開発後の課題 本研究の波及効果を含む ①小ロット及び大ロットライン仕様のハイブリッド加熱機は 通常の生産稼働体制時における加熱エネルギー効率 向上 運転効率向上 焼ざまし低減を 現状の既設加熱機よりも経済的優位性を を実証していく ②素材部分ＩＲ加熱炉は 素材加熱温度管理を確実にし 品質安定化の一層向上を目指す また トラブル発生時 の素材保護方法の工夫を凝らし 実用機の完成度を高めていく ③金型予熱器は 予熱ヒータ部や温度制御部の軽量化を再検討すると共に 予熱ヒータ部への外乱 外気の流入 や熱気の放出 を防ぐためのフードや潤滑剤の滴下防止機構 流入防止シールなど付帯設備の検討を進め 評 価確認していく ④他分野への展開として 材料加熱では低温域での急速加熱と均熱能力を活用し 大物鍛造品の再加熱 非鉄 難成形品 軸受鋼材 インコネル材 チタン材など の加熱 高張力鋼材 高強度材 のホットプレス用加熱 鍛造 の試打ち用加熱などへの適用が可能である 金型予熱では 樹脂型 ダイキャスト型 非鉄金属も含めた温間 領域の鍛造型などに展開が可能であり 今後ＰＲを積極的に行い拡販を推進する 事業化展開 事業化を行う商品 概略商品仕様を記す ①素材全体加熱炉 少量多品種対応複合加熱機 小ﾛｯﾄ対応ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ加熱機 製品例 異形ﾘﾝｸﾞ *ﾋﾞﾚｯﾄ素材径φ38 65mm対応 *少量多品種(7種)対応 *急速昇温 省ｴﾈｺﾝｾﾌﾟﾄ *高温 IRﾕﾆｯﾄﾋｰﾀ使用 *使用温度 常用125 *ﾌﾟﾚｽ機振動対応加熱機 図-２１ 小ﾛｯﾄ対応ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ加熱機 2

21 ②素材全体加熱炉 多量少品種対応複合加熱機 大ﾛｯﾄ対応ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ加熱機 *ﾋﾞﾚｯﾄ素材径φ55 83mm対応 *多量少品種対応 *急速昇温 省ｴﾈｺﾝｾﾌﾟﾄ *高温 IRﾕﾆｯﾄﾋｰﾀ使用 *使用温度 常用125 *ﾌﾟﾚｽ機振動対応加熱機 製品例 ﾎﾞｽ付ｹｰｽ 図-２２ 大ﾛｯﾄ対応ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ加熱機 ③素材(非鉄金属)部分加熱炉 素材(非鉄金属)部分IR加熱機 *ﾋﾞﾚｯﾄ素材径φ2 5mm対応 ｱﾌﾟｾｯﾄ鍛造の製品例 *急速昇温 省ｴﾈｺﾝｾﾌﾟﾄ加熱炉 *使用温度 常用125 *材質(鋼 SUS系 黄銅) 材料径 加熱長さに対応 *ﾌﾟﾚｽ機振動対応加熱炉 *作業環境 地球環境に優しい加熱炉 図-２３ 素材部分加熱炉 ④ＩＲ金型予熱器 素材加熱機とのｾｯﾄ販売又は単独販売を検討 角形(浅部形状)金型IR予熱器 製品例 ｸﾗﾝｸｼｬﾌﾄ *角形金型予熱(白色 黒色潤滑剤)対応 *高温 IRﾕﾆｯﾄﾋｰﾀ使用 *使用温度 常用9 *ﾌﾟﾚｽ機振動対応装置 *酸化ｽｹｰﾙ落下防止対応 *作業環境 地球環境に優しい予熱炉 図-２４ 角形金型予熱器 ⑤ＩＲ金型予熱器 素材加熱機とのｾｯﾄ販売又は単独販売を検討 丸形(深部形状)金型IR予熱器 製品例 ﾂﾊﾞ付ｼｬﾌﾄ *丸形金型予熱(白色 黒色潤滑剤)対応 *高温 IRﾕﾆｯﾄﾋｰﾀ使用 *使用温度 常用9 *ﾌﾟﾚｽ機振動対応装置 *酸化ｽｹｰﾙ落下防止対応 *作業環境 地球環境に優しい予熱炉 図-２５ 丸形金型予熱器 21

22 3-3 事 業 化 ( 実 用 化 )の 活 動 計 画 及 び 手 法 [ 事 業 化 ( 実 用 化 )の 活 動 計 画 ] 本 研 究 の 成 果 を( 社 ) 日 本 鍛 造 協 会 が 会 員 会 社 へ 普 及 する 実 用 化 にあたっては 装 置 製 造 メーカ 各 社 が 2 年 間 で 計 15 社 以 上 への 導 入 促 進 活 動 を 実 施 し システム 及 び 活 用 マニュアルの 熟 成 を 図 る 1). 鍛 造 製 品 のコスト 削 減 化 ( 加 熱 エネルギー 効 率 及 びIH 運 転 効 率 向 上 )の 技 術 的 手 法 を 体 系 化 する 2). 鍛 造 製 品 の 機 能 品 質 向 上 ( 加 熱 素 材 の 温 度 均 一 化 に 基 づく 鍛 造 サンプル 評 価 ) の 技 術 的 手 法 を 体 系 化 する 3). 本 研 究 成 果 に 基 づき 加 熱 システムの 定 量 データの 活 用 を 図 るためのマニュアル 作 りを 行 う 4). 温 度 シミュレーション 技 術 により 本 研 究 加 熱 機 以 外 のデータベース 化 を 行 う 5). OJT 教 育 指 導 を 行 う 付 記 : 専 門 用 語 の 解 説 1). 誘 導 加 熱 (IH):Induction Heating 磁 界 内 に 金 属 などの 良 導 体 を 置 くと 電 磁 誘 導 作 用 によって 渦 電 流 が 流 れて 被 加 熱 物 が 磁 性 体 の 場 合 に は 発 熱 する 鍛 造 加 熱 においては 誘 導 加 熱 コイル 内 に 鍛 造 材 料 を 置 き 12 程 度 に 加 熱 する [ 加 熱 効 率 は 5%~55%である ] 2). 遠 赤 外 線 加 熱 (IR):Far Infrared Rays Heating 遠 赤 外 線 加 熱 は 電 磁 波 による 赤 外 線 ( 波 長.76μm~1μm) 加 熱 法 で 産 業 分 野 で 主 に 利 用 される 域 (2.5μm~3μm)で 高 放 射 率 ( 同 温 度 における 物 質 より 放 出 するエネルギー 量 / 理 想 黒 体 より 放 出 るエネルギー 量 の 比 率 ) 特 性 を 利 用 した 放 射 伝 熱 方 式 である 遠 赤 外 線 は 一 部 の 金 属 ( 例 : 研 磨 アルミニュ ウム)を 除 く 殆 どの 物 質 に 非 常 に 良 く( 例 : 高 分 子 化 合 物 人 体 ) 吸 収 される [ 加 熱 効 率 は 7%~75%である ] 3). 焼 きざまし: 加 熱 されたが 使 用 できずに 放 冷 された 材 料 エネルギーと 時 間 のムダが 発 生 している 数 回 焼 きざましを 繰 り 返 すと 酸 化 スケールが 多 くなり 使 用 できない 4).チョコ 停 : 停 止 時 間 の 少 ない 停 止 が 頻 繁 に 発 生 すること(= 頻 発 停 止 ) 5). 外 段 取 り: 生 産 の 準 備 作 業 ( 段 取 り)のうち ラインを 止 めずに 行 う 段 取 り 型 材 料 の 準 備 作 業 などがあり 熱 間 鍛 造 では 型 を15~25 程 度 に 予 熱 しておく 対 比 語 に 内 段 取 り : 段 取 り 替 え 作 業 のうち ラインや 機 械 設 備 の 運 転 を 止 めなければできない 型 刃 具 治 具 類 の 交 換 作 業 付 記 : 参 考 文 献 (1). ( 財 ) 鍛 造 技 術 研 究 所 [ 鍛 造 ビレット 用 の 省 エネ 型 誘 導 加 熱 装 置 の 開 発 研 究 報 告 書 (21 年 1 月 ) 22