JP5692126B2 - 通電加熱装置及び通電加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、通電加熱装置及び通電加熱方法に関する。

特許文献１には、プレス加工に関して、高強度にする部位にブロックヒータを押し当てて部分的に加熱する第一加熱工程と、一対の電極ブロックを用いてワークの長手方向両端部を挟み込み、電極ブロック間に通電することによってワーク全体を加熱し、高強度にする部位のみを焼入れ温度以上に加熱する第二加熱工程とを含むワークの加熱工程が開示されている。加熱工程によって加熱されるワークは、プレス金型によって所望の形状にプレス成形されるとともに、高強度となる部位には焼入れが施される。

特開２００９−９５８６９号公報

高温に加熱されるワークは、熱膨張に起因する変形（波打ち、うねり等）が生じることが知られている。そのような変形が電極との接触部位に生じた場合、電極とワークの接触状況が均一でなくなり、電極とワークとの間の抵抗値に変動が生じて加熱むらが生じることがある。
本発明は、ワークの熱膨張による変形を考慮して、通電加熱時に電極とワークが均一な面圧で接触するようにし、通電加熱による加熱むらを抑制する技術を提供する。

本発明の通電加熱装置は、ワークの両端部に配置される電極と、前記電極と対向するように配置される電極押さえとを具備し、前記電極と電極押さえによってワークの両端部を挟持し、前記電極間に通電することによって加熱する通電加熱装置であって、前記電極及び電極押さえの前記ワークとの接触面は、前記電極側に向けて膨らむ湾曲形状に形成される。

前記通電加熱装置は、前記ワークの前記電極及び電極押さえによって変形される湾曲形状と同一形状を有し、前記ワークの通電方向中央部を厚み方向両側から支持するワーク押さえをさらに具備することが好ましい。

本発明の通電加熱装置の好ましい一実施形態において、前記ワークは、予め前記電極及び電極押さえの湾曲形状に応じた形状に加工される。

本発明の通電加熱方法は、ワークの両端部に配置される電極と、前記電極と対向するように配置される電極押さえとを用いて、前記電極と電極押さえによってワークの両端部を挟持し、前記電極間に通電することによって加熱する通電加熱方法であって、前記電極及び電極押さえの前記ワークとの接触面は、前記電極側に向けて膨らむ湾曲形状に形成され、前記ワークを電極及び電極押さえの湾曲形状に沿って変形させた状態で通電加熱する。

前記通電加熱方法では、前記ワークの前記電極及び電極押さえによって変形される湾曲形状と同一形状のワーク押さえを用いて、前記ワークへの通電加熱中に、前記ワークの通電方向中央部を厚み方向両側から支持することが好ましい。

本発明の通電加熱方法の好ましい一実施形態において、前記ワークは、予め前記電極及び電極押さえの湾曲形状に応じた形状に加工される。

本発明によれば、通電加熱時のワークの熱膨張方向を考慮した電極形状によって、通電加熱中のワークと電極との接触状況を均一にし、加熱むらを低減できる。

通電加熱装置を示す図である。 通電加熱中のワークの熱膨張を示す図である。 通電加熱装置のワーク押さえを示す図である。 通電加熱装置に投入するワークの一実施形態を示す図である。

図１に示すように、通電加熱装置１は、ワーク２の両端部を挟持して通電することにより加熱する。ワーク２は、焼入れ可能な鋼材によって構成される矩形平板である。
通電加熱装置１は、一対の電極１０と、ワーク２を挟んで電極１０と対向するように配置される電極押さえ２０とを具備する。電極１０及び電極押さえ２０はそれぞれワーク２の端部に配置される。電極１０と電極押さえ２０によってワーク２の両端部を厚み方向から挟み込んで支持する。電極１０には、適宜の電源装置が接続され、ワーク２を挟持した状態で電極１０間に電流を流すことによって、ワーク２にジュール熱を発生させて加熱する。
通電加熱装置１によって焼入れ温度以上に加熱されるワーク２は、プレス成形装置に移送されて所望の製品形状にプレス成形される。この際、プレス成形装置内でワーク２を所定時間保持することによって、ワーク２に焼入れが施される。

図１及び図２に示すように、電極１０及び電極押さえ２０のワーク２の押さえ面、つまりワーク２との接触面は、電極１０側に向けて膨らむ湾曲形状に形成される。言い換えれば、電極１０のワーク接触面は、ワーク２の通電方向と直交する方向の中央部が窪んだ凹形状に湾曲し、電極押さえ２０のワーク接触面は、ワーク２の通電方向と直交する方向の中央部が突出した凸形状に湾曲するように形成されている。
このように、電極１０と電極押さえ２０が湾曲状に形成されていることにより、ワーク２は、電極１０側に膨らんだ湾曲形状に沿って変形した状態で挟持される。このとき、電極１０と電極押さえ２０によってワーク２の両端部を挟持することにより、ワーク２全体が同じように湾曲した形状で保持される。

ワーク２は、通電加熱によって高温（焼入れ温度以上）に加熱される。このため、通電加熱中のワーク２には熱膨張が生じて変形する。
図２に示すように、電極１０と電極押さえ２０とに挟持される部位において、ワーク２は湾曲形状の径方向（湾曲形状のＲ中心からの放射方向であり、図中に矢印で示す方向）に膨張し、円周方向に沿って変形する。このとき、電極１０及び電極押さえ２０の押さえ面が電極１０側に湾曲していることによって、ワーク２の膨張方向に電極１０のワーク接触面が存在することとなり、ワーク２と電極１０とが均一に密着した状態が保持される。

以上のように、電極１０及び電極押さえ２０は、電極１０側に湾曲する形状を有することにより、ワーク２の熱膨張の方向を電極１０側に規制することができる。これにより、ワーク２の加熱による膨張が生じてもワーク２と電極１０の密着度合いに変化がなくなり、均一な面圧が維持される。従って、ワーク２と電極１０との間の抵抗値に変動がなく、通電加熱装置１を用いてワーク２を均一に通電加熱することが可能となり、ワーク２内の温度むらを低減できる。

また、ワーク２を挟持する電極１０と電極押さえ２０との両方を電極としても良い。
例えば、ワーク２の厚みが大きい場合は、厚み方向の両側から通電することにより、効率的な通電加熱が可能となる。

図３に示すように、通電加熱装置１は、ワーク押さえ３０をさらに具備する。ワーク押さえ３０は、ワーク２を厚み方向両側から挟持する一対の薄板である。ワーク押さえ３０におけるワーク２との接触面は、電極１０及び電極押さえ２０の湾曲形状と同一の湾曲形状に形成され、少なくともワーク２との接触部が断熱性材料によって構成される。ワーク押さえ３０は、電極１０間の中央部に配置されている、つまりワーク２の通電方向中央部に配置される。
ワーク押さえ３０は、通電加熱装置１による通電加熱中にワーク２の中央部を支持する。これにより、材料全体の熱膨張によるたわみを物理的に抑制でき、ワーク２の厚み方向への変形を抑制できる。

ワーク２は、通電加熱装置１によって挟持される際に、電極１０及び電極押さえ２０によって湾曲形状を付与する実施形態について示したが、図４に示すように、通電加熱装置１に投入されるワーク２に、予め電極１０及び電極押さえ２０の湾曲形状に応じた形状に加工しておくことも可能である。
この場合、必ずしも同一の湾曲Ｒ（湾曲半径）を有した湾曲形状を付与する必要はなく、電極１０及び電極押さえ２０の湾曲Ｒよりも大きいＲ（半径）、つまり緩やかな湾曲形状を予めワーク２に付与し、電極１０と電極押さえ２０のクランプによる変形の予備加工的な位置付けとしても良い。
例えば、通電方向の長さが大きい、又は、厚みが大きい等、大型のワーク２を用いる場合は、予め電極１０及び電極押さえ２０の形状に沿った湾曲状に形成しておくことによって、電極１０と電極押さえ２０の挟み込みによる変形量が少なくなり、自然なクランプが可能となる。

電極１０、電極押さえ２０、ワーク押さえ３０の湾曲の大きさ、つまりワーク２の湾曲形状については、後工程のプレス成形装置によるプレス工程に影響を与えない範囲であれば良い。特に、前記プレス工程に影響を与えない範囲では、湾曲Ｒが小さい方が好ましく、ワーク２の変形形状が無理のない傾斜となるため、面圧むらが小さくなる。
例えば、ワーク２の幅を３００［ｍｍ］とした場合は、Ｒ＝３００［ｍｍ］の湾曲形状を付与することが好ましく、ワーク２の幅と同程度の湾曲Ｒを付けることが好ましい。

１：通電加熱装置、２：ワーク、１０：電極、２０：電極押さえ、３０：ワーク押さえ

Claims (6)

1. ワークの両端部に配置される電極と、前記電極と対向するように配置される電極押さえとを具備し、前記電極と電極押さえによってワークの両端部を挟持し、前記電極間に通電することによって加熱する通電加熱装置であって、
   前記電極及び電極押さえの前記ワークとの接触面は、前記電極側に向けて膨らむ湾曲形状に形成されることを特徴とする通電加熱装置。
2. 前記ワークの前記電極及び電極押さえによって変形される湾曲形状と同一形状を有し、前記ワークの通電方向中央部を厚み方向両側から支持するワーク押さえをさらに具備する請求項１に記載の通電加熱装置。
3. 前記ワークは、予め前記電極及び電極押さえの湾曲形状に応じた形状に加工される請求項１又は２に記載の通電加熱装置。
4. ワークの両端部に配置される電極と、前記電極と対向するように配置される電極押さえとを用いて、前記電極と電極押さえによってワークの両端部を挟持し、前記電極間に通電することによって加熱する通電加熱方法であって、
   前記電極及び電極押さえの前記ワークとの接触面は、前記電極側に向けて膨らむ湾曲形状に形成され、前記ワークを電極及び電極押さえの湾曲形状に沿って変形させた状態で通電加熱することを特徴とする通電加熱方法。
5. 前記ワークの前記電極及び電極押さえによって変形される湾曲形状と同一形状のワーク押さえを用いて、前記ワークへの通電加熱中に、前記ワークの通電方向中央部を厚み方向両側から支持する請求項４に記載の通電加熱方法。
6. 前記ワークは、予め前記電極及び電極押さえの湾曲形状に応じた形状に加工される請求項４又は５に記載の通電加熱方法。

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