JP2015160228A

JP2015160228A - 通電加熱装置

Info

Publication number: JP2015160228A
Application number: JP2014036935A
Authority: JP
Inventors: 浩司大武; Koji Otake
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-09-07

Abstract

【課題】鋼板を加熱したときの垂れ下がりを簡単な機構で防止する。【解決手段】本発明の通電加熱装置は、クランプ機構３の下側電極３２を幅方向に移動可能とすると共に、クランプ機構３の上側電極を幅方向で固定した。そして、各電極３１，３２に取り付けられた一対のカム部材５１，５２からなり、シリンダ３３により上側電極３１を降下させる駆動力を、下側電極３２を幅方向外側に移動させる駆動力に変換するカム機構５を設けた。【選択図】図３

Description

本発明は、ブランク材を通電により加熱する通電加熱装置に関し、特に、熱間プレス成形を施すブランク材を予め加熱する通電加熱装置に関する。

例えば、自動車の車体のフレームは、鋼板をプレス成形することで形成される。車体フレームは、衝突時の乗員の安全を確保するために高強度が要求されるため、材料に高張力鋼板（ハイテン材）が用いられることがある。しかし、鋼板の強度（張力）が高くなればなるほど、プレス成形後のスプリングバックが大きくなり、寸法精度が低下する。このような不具合を回避する方法として、鋼板を所定温度（例えば９００℃）に加熱して軟化させた状態でプレス成形する、熱間プレス成形が知られている。熱間プレス成形によれば、プレス成形後のスプリングバックが抑えられ、寸法精度が向上すると共に、加熱された鋼板がプレス成形金型と接触することにより冷却され、これにより焼き入れが施されて強度が高められる。

熱間プレス成形を行うために予め鋼板を加熱する加熱装置の一種として、鋼板の両端を一対のクランプ機構でクランプした状態で両クランプ機構間に通電し、このときの通電抵抗により鋼板を加熱する通電加熱装置が知られている。この場合、鋼板が加熱されることで軟化及び伸張するため、鋼板の中央部が自重により垂れ下がって変形し、鋼板の通電加熱装置からの搬出やプレス成形装置への搬入に支障を来たしたり、プレス成形装置における鋼板の位置決め精度の悪化を招いたりする恐れがある。そこで、下記の特許文献１の通電加熱装置では、鋼板の両端を一対のクランプ機構でクランプした状態で、通電加熱中に一対のクランプ機構を互いに離反させて鋼板を引っ張ることにより、加熱による鋼板の中央部の垂れ下がりを防止している。

特開２００９−１４２８５４号公報

しかし、上記特許文献１の通電加熱装置では、クランプ機構で鋼板をクランプするための駆動部と、クランプ機構を水平方向外側に移動させるための駆動部とが必要となるため、装置が大型化すると共にコストが高くなる。

以上のような事情に鑑み、本発明が解決すべき課題は、鋼板を通電加熱したときの中央部の垂れ下がりを、簡単な機構で防止することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、幅方向に離間して配置され、鋼板の加熱予定領域の両端を挟持する一対のクランプ機構と、前記一対のクランプ機構間に電圧を印加する電源とを備え、各クランプ機構は、鋼板の厚さ方向に対向して配置された一対のクランプ部材と、前記一対のクランプ部材を前記厚さ方向に相対移動させる駆動部とを有し、少なくとも一方のクランプ機構において、一方のクランプ部材が幅方向に移動可能とされ、他方のクランプ部材が幅方向で固定され、前記一方のクランプ機構の各クランプ部材に取り付けられた一対のカム部材からなり、前記駆動部により前記一対のクランプ部材を前記厚さ方向に相対移動させる駆動力を、前記一方のクランプ部材を幅方向外側に移動させる駆動力に変換するカム機構を設けた通電加熱装置を提供する。

このように、本発明に係る通電加熱装置では、鋼板を挟持した一対のクランプ部材の双方を幅方向（一対のクランプ機構の離間方向）に移動させるのではなく、一方のクランプ部材のみを幅方向に移動可能とした。すなわち、一対のクランプ部材で鋼板を挟持した状態で、一方のクランプ部材のみを幅方向外側（一対のクランプ機構が互いに対向する側と反対側。以下同様。）に移動させ、この一方のクランプ部材に追従させて鋼板の端部を幅方向外側に移動させることにより、鋼板が引っ張られて中央部の垂れ下がりを防止できる。この構成によれば、他方のクランプ部材を幅方向に移動させる必要はなく、幅方向に固定することができる。この場合、各クランプ部材に取り付けたカム部材からなるカム機構を設け、駆動部により一対のクランプ部材を厚さ方向に相対移動させる際に、両カム部材を互いに押し付けることにより、駆動部による駆動力を、一方のクランプ部材を幅方向外側に移動させる駆動力に変換することができる。これにより、鋼板の挟持及び引っ張りを共通の駆動部で行うことができるため、これらを別々の駆動部で行う場合と比べて、装置を簡略化することができる。

上記の通電加熱装置では、例えば、前記一方のクランプ機構の一対のクランプ部材に、前記厚さ方向で互いに対向する凸曲面を設け、これらの凸曲面同士で鋼板を挟持することができる。この場合、例えば両凸曲面の頂部同士で鋼板を挟持した後、一方のクランプ部材を幅方向外側に移動させて両凸曲面の頂部同士を同方向でずらすことで、両クランプ部材を厚さ方向でさらに接近させることができるため、鋼板を通電しながら引っ張ることが可能となる。

以上のように、本発明の通電加熱装置によれば、一対のクランプ部材を接近させる駆動部の駆動力で、一方のクランプ部材を幅方向外側にスライドさせて鋼板を引っ張ることができるため、鋼板を加熱したときの垂れ下がりを簡単な機構で防止することができる。

本発明の一実施形態に係る通電加熱装置の側面図である。上記通電加熱装置のクランプ機構で鋼板を挟持した状態を示す側面図である。上記通電加熱装置の下側電極を外側に移動させた状態を示す側面図である。他の実施形態に係る通電加熱装置の側面図である。図４の通電加熱装置の上側電極を外側に移動させた状態を示す側面図である。さらに他の実施形態に係る通電加熱装置のクランプ機構の側面図である。図６の通電加熱装置の下側電極を外側に移動させた状態を示す側面図である。さらに他の実施形態に係る通電加熱装置のクランプ機構の側面図である。

本発明の一実施形態に係る通電加熱装置は、図１に示すように、アッパベース１と、ロアベース２と、一対のクランプ機構３と、電源４と、カム機構５とを主に備える。アッパベース１及びロアベース２は、図示しない固定フレームに固定されている。尚、本実施形態では、鋼板Ｗの厚さ方向を鉛直方向とした場合（すなわち、鋼板Ｗを水平方向に平置きした場合）を示す。

一対のクランプ機構３は、幅方向（図１の左右方向）に互いに離間して配置され、鋼板Ｗの加熱領域の両端を挟持する位置に配される。図示例では、鋼板Ｗの両端付近にクランプ機構３が設けられ、これにより鋼板Ｗのほぼ全域が加熱される。各クランプ機構３は、一方のクランプ部材としての下側電極３２と、他方のクランプ部材としての上側電極３１と、両電極３１，３２を上下方向で相対移動させる駆動部としてのシリンダ３３とを備える。

上側電極３１は、昇降可能とされる。図示例では、上側電極３１が、シリンダ３３を介してアッパベース１に固定され、シリンダ３３のピストンロッドを進退させることにより昇降される。上側電極３１は、幅方向で固定されている。上側電極３１の下面には下方に突出した凸曲面３１ａが設けられる。図示例では、凸曲面３１ａが部分球面で構成される。

下側電極３２は、幅方向に移動可能とされる。図示例では、ロアベース２上に、幅方向に自由移動可能なスライド台６が設けられ、このスライド台６の上に下側電極３２が固定される。スライド台６は、図示しない付勢手段により幅方向内側に付勢され、図１に示す初期位置で、図示しないストッパにより幅方向内側への移動が規制される。下側電極３２は、上下方向で固定されている。下側電極３２の上面には上方に突出した凸曲面３２ａが設けられる。図示例では、凸曲面３２ａが部分球面で構成される。

一対のクランプ機構３には、電源４が接続される。図示例では、電源４の正極が、一方のクランプ機構３の両電極３１，３２に接続されると共に、電源４の負極が、他方のクランプ機構３の両電極３１，３２に接続される。

カム機構５は、上側電極３１に取り付けられ、これと一体に昇降する上側カム部材５１と、下側電極３２にスライド台６を介して取り付けられ、これと一体に幅方向に移動する下側カム部材５２とを備える。カム機構５は、上側電極３１を降下させる駆動力を、下側電極３２を幅方向外側に移動させる駆動力に変換するものである。図示例では、上側カム部材５１の下面に、幅方向外側へ向けて上方に傾斜したカム面５１ａが設けられ、下側カム部材５２の上面に、上側カム部材５１のカム面５１ａと平行で、且つ、上下方向に対向したカム面５２ａが設けられる。

以下、上記の通電加熱装置を用いて鋼板Ｗを加熱する手順を説明する。

まず、図１に示すように、シリンダ３３により上側電極３１を上端位置まで上昇させた状態で、下側電極３２の凸曲面３２ａの上に鋼板Ｗ（ブランク材）を載置する。

次に、シリンダ３３により上側電極３１を降下させ、図２に示すように、上側電極３１の凸曲面３１ａの頂部と、下側電極３２の凸曲面３２ａの頂部とで鋼板Ｗを上下両側から挟持する。この状態で、電源４により、両クランプ機構３間に電圧を印加し、鋼板Ｗに通電する。具体的には、電源４→一方のクランプ機構３の電極３１，３２→鋼板Ｗ→他方のクランプ機構３の電極３１，３２→電源４という通電経路が形成される。これにより、鋼板Ｗが通電抵抗により加熱される。

上記のように鋼板Ｗに通電しながら、シリンダ３３により上側電極３１をさらに降下させる。これにより、図３に示すように、上側カム部材５１のカム面５１ａが下側カム部材のカム面５２ａに押し付けられ、両カム面５１ａ，５２ａが摺動しながら、下側カム部材５２が幅方向外側に移動し、これに伴って下側カム部材５２，スライド台６，及び下側電極３２が一体に幅方向外側に移動する。このとき、下側電極３２の凸曲面３２ａと鋼板Ｗとの接触抵抗により、下側電極３２に追従して鋼板Ｗの端部が幅方向外側に引っ張られ、鋼板Ｗにテンションが与えられる。このように、鋼板Ｗへの通電加熱を行いながら、鋼板Ｗを引っ張ってテンションを与えることにより、加熱により軟化した鋼板Ｗの中央部が垂れ下がる事態を防止できる。

このとき、両電極３１，３２の凸曲面３１ａ，３２ａ同士で鋼板Ｗを挟持することで、鋼板Ｗを挟持した後、上側電極３１をさらに降下させることが可能となる。具体的には、両電極３１，３２の凸曲面３１ａ，３２ａの頂部同士で鋼板Ｗを挟持した後、カム機構５を介して下側電極３２を幅方向外側にずらすことで、上側電極３１の凸曲面３１ａの頂部の真下から下側電極３２の凸曲面３１ａの頂部が退避され、上側電極３１のさらなる降下が許容される。これにより、鋼板Ｗを挟持して通電加熱しながら、下側電極３２を幅方向外側に移動させて鋼板Ｗを引っ張ることが可能となる。

尚、上記の工程において、鋼板Ｗを挟持する前（図１の状態から図２の状態まで）は、上側電極３１を移動させるだけの空ストロークであるため、比較的早い速度で降下させることにより、サイクルタイムの短縮が図られる。一方、鋼板Ｗを挟持した後（図２の状態以降）は、鋼板Ｗの加熱による微小な伸長量に応じて下側電極３２を幅方向外側に移動させる必要があるため、上側電極３１を比較的遅い速度で降下させることが好ましい。以上より、鋼板Ｗを挟持した後の上側電極３１の降下速度は、鋼板Ｗを挟持する前の上側電極３１の降下速度よりも遅くすることが好ましい。

鋼板Ｗが所定温度まで加熱されたら、シリンダ３３により上側電極３１及び上側カム部材５１を上昇させる。これにより、上側カム部材５１による下側カム部材５２に対する押し下げ力が解放され、下側カム部材５２が図示しない付勢手段により図１に示す初期位置に復帰される。その後、加熱された鋼板Ｗを通電加熱装置から搬出し、熱間プレス成形装置に搬入され、プレス成形が施される。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、鋼板Ｗを加熱しながら引き延ばす際、下側電極３２の幅方向外側への移動に鋼板Ｗを追従させやすくする手段を、下側電極３２に講じてもよい。例えば、下側電極３２と鋼板Ｗとの摩擦係数を、上側電極３１と鋼板Ｗとの摩擦係数よりも大きくすることで、上記の追従手段を構成することができる。この場合、例えば、下側電極３２の凸曲面３２ａの表面に、粗面化処理を施したり、ディンプル状の微小凸部あるいは微小凹部を形成することにより、下側電極３２と鋼板Ｗとの摩擦係数を大きくすることができる。この他、下側電極３２の凸曲面３２ａの曲率を、上側電極３１の凸曲面３１ａの曲率よりも大きくすることで、上記の追従手段を構成することができる。

また、上記の実施形態では、下側電極３２を幅方向外側に移動させる場合を示したが、これに限らず、上側電極３１を幅方向外側に移動させてもよい。例えば図４に示す実施形態では、下側電極３２及び下側カム部材５２がロアベース２に固定される。一方、シリンダ３３が、アッパベース１に設けたスライドレール７にスライド可能に取り付けられ、これにより、シリンダ３３、上側電極３１、及び上側カム部材５１が、幅方向に移動可能とされる。両カム部材５１，５２のカム面５１ａ，５２ａは、幅方向外側へ向けて下方に傾斜している。

上記の通電加熱装置において、両電極３１，３２で鋼板Ｗを挟持した状態から、シリンダ３３により上側電極３１をさらに降下させると、上側カム部材５１のカム面５１ａが下側カム部材５２のカム面５２ａに押し付けられ、上側カム部材５１、上側電極３１、及びシリンダ３３が一体に幅方向外側に移動する（図５参照）。これにより、上側電極３１に追従して鋼板Ｗの端部が幅方向外側へ引っ張られて、鋼板Ｗが引き延ばされる。

また、図６に示す実施形態では、下側電極３２とスライド台６との間に、所定値以上の圧力が加わったときに下側電極３２の降下を許容するダンパー８が設けられる。この場合、両電極３１，３２で鋼板Ｗを挟持した状態から、シリンダ３３のピストンロッドをさらに突き出すと、ダンパー８が短縮されながら、上側電極３１のさらなる降下が許容される。これにより、図７に示すように、上側カム部材５１のカム面５１ａが下側カム部材５２のカム面５２ａに押し付けられ、スライド台６に設けられた下側カム部材５２、ダンパー８、及び下側電極３２が幅方向外側に移動する。この場合、両電極３１，３２に凸曲面を設ける必要はなく、一方あるいは双方を平坦面とすることができ、図示例では下側電極３２の上面を平坦面３２ｂとしている。尚、ダンパーを設ける位置は上記に限らず、例えば、図８に示すように、上側電極３１と、シリンダ３３のピストンロッドの下端に設けられた昇降板９との間に、所定値以上の圧力が加わったときに上側電極３１の昇降板９に対する上昇を許容するダンパー８を設けてもよい。

また、上記の実施形態では、下側電極３２あるいは上側電極３１を外側にスライドさせるカム機構５等を、一対のクランプ機構３の双方に設けた場合を示したが、これに限らず、カム機構５等を一方のクランプ機構３にのみ設けてもよい。

また、上記の実施形態では、各クランプ機構３の一対のクランプ部材が、何れも電源４に接続された電極である場合を示したが、これに限らず、一対のクランプ部材の一方を電源４に接続して電極とし、他方を、電源４と接続せずに単なる受け部としてもよい。

１アッパベース
２ロアベース
３クランプ機構
４電源
５カム機構
６スライド台
３１上側電極（他方のクランプ部材）
３１ａ凸曲面
３２下側電極（一方のクランプ部材）
３２ａ凸曲面
３３シリンダ（駆動部）
５１上側カム部材（他方のカム部材）
５１ａカム面
５２下側カム部材（一方のカム部材）
５２ａカム面
Ｗ鋼板

Claims

幅方向に離間して配置され、鋼板の加熱予定領域の両端を挟持する一対のクランプ機構と、前記一対のクランプ機構間に電圧を印加する電源とを備え、
各クランプ機構は、鋼板の厚さ方向に対向して配置された一対のクランプ部材と、前記一対のクランプ部材を前記厚さ方向に相対移動させる駆動部とを有し、
少なくとも一方のクランプ機構において、一方のクランプ部材が幅方向に移動可能とされ、他方のクランプ部材が幅方向で固定され、
前記一方のクランプ機構の各クランプ部材に取り付けられた一対のカム部材からなり、前記駆動部により前記一対のクランプ部材を前記厚さ方向に相対移動させる駆動力を、前記一方のクランプ部材を幅方向外側に移動させる駆動力に変換するカム機構を設けた通電加熱装置。