JP6424537B2

JP6424537B2 - ホットスタンプ用めっき金属板の通電加熱装置

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Publication number: JP6424537B2
Application number: JP2014191283A
Authority: JP
Inventors: 学福本; 晃大仙石
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: JP2016062818A

Description

本発明は、ホットスタンプ用めっき金属板、たとえば、自動車用部品のめっき鋼板を通電加熱する装置に関する。

高強度の金属板（たとえば、鋼板）を所望の形状に成形する方法の一つとして、ホットスタンプ法がある。ホットスタンプ法では、たとえば、金属板が鋼板である場合、鋼板をオーステナイト化温度（またはＡ３変態点）以上に加熱した状態でプレス成形する。金属板の加熱は、現在、炉を用いて行われることが多いが、より短時間で金属板を所望の温度に加熱し得る方法として、通電加熱が注目されている。

表面に低融点金属がめっきされた金属板、たとえば、Ａｌがめっきされた鋼板を、通電加熱すると、めっき金属が、特定の方向に移動することが知られている。具体的には、めっき金属の一部が、金属板の面内方向、かつ、金属板を流れる電流の方向に直交する方向に移動し、その結果、めっき層に薄い部分と厚い部分とが生じる。このようにめっき金属が移動する現象を、以下、「めっき層の寄り」ともいう。

めっき層の寄りが生じると、成形品の外観が損なわれ、また、めっき層厚が薄い部分では耐食性が低下する。めっき層の寄りは、加熱によりめっき層の融液が生じ、この融液に流れる電流によるローレンツ力が作用することにより生ずるものと考えられている。

このようなめっき層の寄りを防止するため、種々の方法が提案されている。特許文献１では、めっき鋼鈑の電流が流れる方向に延びる側縁に対して絶縁間隙を挟んで延びる側縁を有する補助通電板を、めっき鋼鈑と同一平面内に並べ、めっき鋼鈑および補助通電板に同位相の電流を通電する装置が提案されている。この装置では、補助通電板に流れる電流によるローレンツ力で、金属板に流れる電流によるローレンツ力の少なくとも一部が打ち消される。

また、特許文献２では、めっき鋼板の表面に直交する壁面を有する強磁性の磁束誘導体を、めっき鋼板の電流が流れる方向に延びる側面に沿って配置する装置が提案されている。めっき鋼板の側面と磁束誘導体の壁面との間には、絶縁間隙が設けられる。この装置では、磁束誘導体で金属板に流れる直流電流による磁界を制御することにより、ローレンツ力の少なくとも一部が打ち消される。

特許文献３には、ホットスタンプ用めっき金属板と同一形状の金属導体と、ホットスタンプ用めっき金属板とを、位置を揃えて平行に配置し、ホットスタンプ用めっき金属板と金属導体とを電気的に接続して通電することが提案されている。

図１Ａに、特許文献３に開示された通電加熱装置での、めっき金属板と金属導体との電気的接続態様の一例を示し、図１Ｂに、その通電回路を示す。図１Ａおよび図１Ｂに示す態様は、特許文献３に開示された各種の態様の中では、めっき層の寄りを抑制する効果を最も大きくすることができると考えられる。

この通電加熱装置は、金属導体４Ａ、４Ｂを備えている。金属導体４Ａと金属導体４Ｂとは、互いに同じ形状（平面形状は、ホットスタンプ用素材１と同じ）を有し、互いに同じ材料からなる。したがって、金属導体４Ａと金属導体４Ｂとは、同じ電気抵抗を有する。

ホットスタンプ用素材（めっき金属板）１と金属導体４Ａ、４Ｂとは、位置を揃えて配置されている。金属導体４Ａ、４Ｂは、それぞれ、ホットスタンプ用素材１の表面と裏面とに、間隙をおいて対向されている。ホットスタンプ用素材１と金属導体４Ａとの間隔Ｌ１は、ホットスタンプ用素材１と金属導体４Ｂとの間隔Ｌ２に等しい。ホットスタンプ用素材１の両端と金属導体４Ａ、４Ｂの両端とには、給電部材２が電気的に接続されている。

ホットスタンプ用素材１の端部、および金属導体４Ａ、４Ｂの端部には、給電部材２を介して、電源３が接続されている。電源３に対して、ホットスタンプ用素材１と金属導体４Ａ、４Ｂとは直列に接続されており、金属導体４Ａと金属導体４Ｂとは並列に接続されている。各金属導体４Ａ、４Ｂに流れる電流の向きは、ホットスタンプ用素材１に流れる電流の向きと逆であり、各金属導体４Ａ、４Ｂには、ホットスタンプ用素材１に流れる電流の１／２の電流が流れる。

特開２０１２−１１５８６４号公報特開２０１２−１６６２４２号公報特開２０１２−２２１７８４号公報

しかし、特許文献１および２の方法では、めっき層の寄りを抑制する効果は十分ではなく、特に、めっき鋼板の幅が広い場合は、補助通電板、または磁束誘導体を配置することによる効果は限定的なものとなる。

特許文献３の装置を用いた場合は、金属板の幅が狭くなるほど、また、ホットスタンプ用素材と金属導体との間隔が大きくなるほど、ローレンツ力を抑制してめっき層の寄りを抑制する効果は低減する。

そこで、本発明の目的は、ホットスタンプ用めっき金属板、特に、ホットスタンプ用めっき鋼板の通電加熱装置であって、従来の通電加熱装置よりも、溶融しためっき層に作用するローレンツ力を小さくして、めっき層の寄りを低減することができる通電加熱装置を提供することである。

本発明は、下記通電加熱装置を要旨とする。
第１および第２端部を有するホットスタンプ用めっき金属板に通電して加熱する通電加熱装置であって、
前記めっき金属板と同じ平面形状を有し、前記めっき金属板の第１表面に対向されて前記めっき金属板に平行に配置される第１補助通電板であって、前記めっき金属板の前記第１および第２端部とそれぞれ位置を揃えて配置される第１および第２端部を有する第１補助通電板と、
前記めっき金属板と同じ平面形状を有し、前記めっき金属板の第２表面に対向されて前記めっき金属板に平行に配置される第２補助通電板であって、前記めっき金属板の前記第１および第２端部とそれぞれ位置を揃えて配置される第１および第２端部を有する第２補助通電板と、
前記めっき金属板の第１および第２端部、ならびに前記第１および第２補助通電板の各々の第１および第２端部に接続され、前記めっき金属板に電流を流すとともに、前記第１および第２補助通電板の各々に、前記めっき金属板に流れる電流の大きさの１／２より大きく前記めっき金属板に流れる電流と逆向きの電流を流すための電源装置とを備えた、ホットスタンプ用めっき金属板の通電加熱装置。

本発明の通電加熱装置によれば、ホットスタンプ用めっき金属板に通電して加熱する際、従来の通電加熱装置を用いた場合に比して、溶融しためっき層が一方向に移動する現象（めっき層の寄り）を抑制することができる。その結果、ホットスタンプにより得られる成型品の表面性状を良好なものとすることができる。

図１Ａは、従来の通電加熱装置を用いた場合のホットスタンプ用素材および金属導体の電気的接続態様を示す図である。図１Ｂは、図１Ａに示すホットスタンプ用素材および金属導体の通電回路を示す図である。図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係る通電加熱装置の構成を示す図である。図２Ｂは、本発明の第１の実施形態の変形例に係る通電加熱装置の構成を示す図である。図３Ａは、本発明の第２の実施形態に係る通電加熱装置の構成を示す図である。図３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る通電加熱装置の変形例の構成を示す図である。図４は、めっき金属板の幅方向に関して、めっき金属板の中央からの距離と、その位置で生じるローレンツ力の大きさとの関係を示す図である。

図１Ａおよび図１Ｂを参照して、特許文献３の通電加熱装置を用いた場合は、金属導体４Ａ、４Ｂの各々に流れる電流の大きさは、ホットスタンプ用素材１に流れる電流の大きさの１／２に固定される。本発明者らは、このような制約を取り除き、金属導体４Ａ、４Ｂの各々に流れる電流の大きさを、ホットスタンプ用素材１に流れる電流の大きさの１／２より大きくすることを可能とすれば、ローレンツ力を抑制する効果が、より大きくなることを知見した。本発明は、このような知見に基づいて完成したものである。

本発明の通電加熱装置は、上述のように、第１および第２端部を有するホットスタンプ用めっき金属板に通電して加熱するためのものである。この通電加熱装置は、第１補助通電板と、第２補助通電板と、電源装置とを備えている。第１補助通電板は、めっき金属板と同じ平面形状を有し、めっき金属板の第１表面に対向されてめっき金属板に平行に配置される。第１補助通電板は、めっき金属板の第１および第２端部とそれぞれ位置を揃えて配置される第１および第２端部を有する。第２補助通電板は、めっき金属板と同じ平面形状を有し、めっき金属板の第２表面に対向されてめっき金属板に平行に配置される。第２補助通電板は、めっき金属板の第１および第２端部とそれぞれ位置を揃えて配置される第１および第２端部を有する。電源装置は、めっき金属板の第１および第２端部、ならびに第１および第２補助通電板の各々の第１および第２端部に接続され、めっき金属板に電流を流すとともに、第１および第２補助通電板の各々に、めっき金属板に流れる電流の大きさの１／２より大きくめっき金属板に流れる電流と逆向きの電流を流すための電源装置とを備えている。

めっき金属板において、０．１ＭＮ／ｍ³以下のローレンツ力が作用する部分では、通常、溶融しためっき層の移動は生じない。本発明の通電加熱装置によれば、めっき金属板に流れる電流の大きさに対する、第１および第２補助通電板に流れる電流の大きさの比を適切なものとすることにより、めっき金属板の側部領域を除く広い領域について、その領域内の各部に作用するローレンツ力を０．１ＭＮ／ｍ³以下にすることができる。この領域は、めっき金属板の幅方向に関して、たとえば、当該幅の９０％の領域である。

めっき金属板の側部（電流が流れる方向に直交する方向の縁部）は、めっき層の寄り等により品質が良好ではない場合は、トリミングにより除去することができる。本発明の通電加熱装置により、そのような除去する領域を少なくすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の通電加熱装置の実施形態について具体的に説明する。
図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係る通電加熱装置の構成を示す図である。

この通電加熱装置１０は、めっき金属板１１をホットスタンプ加工するに際して、めっき金属板１１に通電して加熱するためのものである。通電加熱装置１０は、第１および第２補助通電板１２、１３を備えている。第１補助通電板１２は、めっき金属板１１の第１表面（図２Ａにおいて上面）に対向されてめっき金属板１１に平行に配置される。第２補助通電板１３は、めっき金属板１１の第２表面（図２Ａにおいて下面）に対向されてめっき金属板１１に平行に配置される。

めっき金属板１１は、たとえば、表面に低融点金属（Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ等）がめっきされた鋼板であってもよい。これらの低融点金属は、ホットスタンプを行うに際しての加熱により、液相を生ずる。第１および第２補助通電板１２、１３は、熱伝導が大きい材料からなることが好ましく、たとえば、銅または銅合金からなる。

めっき金属板１１ならびに第１および第２補助通電板１２、１３は、いずれも板状であり、これらを垂直に見て、第１および第２補助通電板１２、１３の各々は、めっき金属板１１と、実質的に同じ平面形状（この実施形態では、矩形）および大きさを有する。

通電加熱装置１０は、めっき金属板１１ならびに第１および第２補助通電板１２、１３の各々の長手方向両端部にそれぞれ取り付けられる給電部材１４を備えている。給電部材１４は、導電性を有する。以下、めっき金属板１１ならびに第１および第２補助通電板１２、１３のそれぞれについて、長手方向の同じ一方側（図２Ａで右側）の端部を「第１端部」といい、他方側（図２Ａで左側）の端部を「第２端部」という。

めっき金属板１１の第１端部に取り付けられた給電部材１４には、非磁性絶縁体を介して、第１補助通電板１２の第１端部に取り付けられた給電部材１４と、第２補助通電板１３の第１端部に取り付けられた給電部材１４とが重ねられる。また、めっき金属板１１の第２端部に取り付けられた給電部材１４には、非磁性絶縁体を介して、第１補助通電板１２の第２端部に取り付けられた給電部材１４と、第２補助通電板１３の第２端部に取り付けられた給電部材１４とが重ねられる。

これにより、めっき金属板１１の第１および第２端部に対して、それぞれ、第１補助通電板１２の第１および第２端部が位置を揃えて配置されるとともに、第２補助通電板１３の第１および第２端部が位置を揃えて配置される。また、めっき金属板１１と第１補助通電板１２との間隔は、めっき金属板１１と第２補助通電板１３との間隔に等しくなる。

通電加熱装置１０は、給電部材１４を介してめっき金属板１１に直流電流を流すための第１電源１５と、給電部材１４を介して第１および第２補助通電板１２、１３の各々に直流電流を流すための第２電源１６とを含む。

第２電源１６は、第１および第２出力端子１６ａ、１６ｂを含む。第１出力端子１６ａは、第１補助通電板１２の第１端部と、第２補助通電板１３の第１端部とに接続されており、第２出力端子１６ｂは、第１補助通電板１２の第２端部と、第２補助通電板１３の第２端部とに接続されている。すなわち、第１補助通電板１２と第２補助通電板１３とは、第２電源１６に対して並列に接続されている。また、第１補助通電板１２と第２補助通電板１３とは、互いに実質的に同じ大きさの電気抵抗を有する。このため、第２電源１６により第１および第２補助通電板１２、１３に電圧を印加すると、第１補助通電板１２に流れる電流の大きさと第２補助通電板１３に流れる電流の大きさとは、実質的に同じになる。第２電源１６は、第１電源１５によりめっき金属板１１に流される電流と逆向きの電流を、第１および第２補助通電板１２、１３の各々に流す。

第１電源１５の出力電圧は可変であり、これにより、めっき金属板１１に流れる直流電流の大きさを調整することができる。同様に、第２電源１６の出力電圧は可変であり、これにより、第１および第２補助通電板１２、１３に流れる直流電流の大きさを調整することができる。第１電源１５により、めっき金属板１１に第１および第２端部を介して流される電流の大きさをＩ₁とすると、第２電源１６は、大きさＩ₂が１／２×Ｉ₁より大きな電流を、第１および第２補助通電板１２、１３の各々に第１および第２端部を介して流すことができる。

めっき金属板１１を通電加熱する際は、まず、めっき金属板１１ならびに第１および第２補助通電板１２、１３が上述のように配置され、これらに対して、第１および第２電源１５、１６が上述のように接続された状態とする。第１および第２補助通電板１２、１３ならびにめっき金属板１１の変形（たとえば、撓み）により、これらのうち隣接するものが接触しないように、第１および第２補助通電板１２、１３の各々は、めっき金属板１１と、１ｍｍ以上の間隔をあけて配置されることが好ましい。

そして、第１電源１５により、めっき金属板１１に直流電流Ｉ₁を流すとともに、第２電源１６により、第１および第２補助通電板１２、１３の各々に、直流電流Ｉ₂を流す。第１および第２補助通電板１２、１３を流れる電流の向きは、めっき金属板１１を流れる電流の向きと逆になるようにする。図２Ａに、電流の向きの例を、矢印で示す。また、第１および第２補助通電板１２、１３の各々を流れる電流の大きさＩ₂は、めっき金属板１１を流れる電流の大きさＩ₁の１／２より大きくなるようにする。

第１および第２補助通電板１２、１３の各々を流れる電流の大きさＩ₂を適切に選択することにより、Ｉ₂＝１／２×Ｉ₁とした場合に比して、めっき金属板１１に流れる電流によって生じる磁場によりめっき金属板１１に生じるローレンツ力を、第１および第２補助通電板１２、１３に流れる電流によって生じる磁場により、低減することができる。これにより、めっき金属板１１に通電加熱することにより、めっき層が溶融しても、その融液に作用するローレンツ力を抑制し、その融液の移動を抑制することができる。したがって、この通電加熱装置１０を用いた通電加熱により、従来の通電加熱装置を用いた場合に比して、めっき層の寄りを抑制することができる。

第１および第２補助通電板１２、１３は、めっき金属板１１と同じ平面形状および大きさを有するので、めっき金属板１１と第１および第２補助通電板１２、１３との間隔、および、この間隔に応じた第１および第２補助通電板１２、１３への通電量を、それぞれ適切に設定した場合、めっき層の寄りを抑制する効果は、めっき金属板１１の幅が広い場合でも、めっき金属板１１の大部分の領域に及ぶ。

図２Ｂは、本発明の第１の実施形態の変形例に係る通電加熱装置の構成を示す図である。図２Ｂにおいて、図２Ａに示す構成要素に対応する構成要素には、図２Ａと同じ参照符号を付して説明を省略する。

この通電加熱装置２０は、図２Ａに示す通電加熱装置１０の第１および第２電源１５、１６の代わりに、それぞれ、第１および第２電源２５、２６を備えている。第２電源２６は、第１および第２出力端子２６ａ、２６ｂを含む。第１出力端子２６ａは、第１補助通電板１２の第１端部と、第２補助通電板１３の第１端部とに接続されており、第２出力端子２６ｂは、第１補助通電板１２の第２端部と、第２補助通電板１３の第２端部とに接続されている。

第１および第２電源２５、２６は、いずれも、互いに同じ周波数の交流電圧を発生する。第１電源２５により、めっき金属板１１に交流電流を流すことができる。第２電源２６は、第１電源２５によってめっき金属板１１に流される電流（大きさがＩ₁）と同じ周波数を有し、大きさＩ₂が１／２×Ｉ₁より大きい交流電流を、第１および第２補助通電板１２、１３の各々に流すことが可能である。図２Ｂには、ある瞬間における電流の向きを矢印で示す。

通電加熱装置２０は、同期装置２７を備えている。同期装置２７は、めっき金属板１１に流れる交流電流と第１および第２補助通電板１２、１３を流れる交流電流とを逆位相になるように同期させる。

同期装置２７によって、このように同期を行うと、めっき金属板１１を流れる電流の向きと、第１および第２補助通電板１２、１３の各々を流れる電流の向きとは、常に逆になるので、図２Ａに示す実施形態の場合と同様に、めっき金属板１１の通電加熱により生じる融液に作用するローレンツ力を抑制し、その融液の移動を抑制することができる。

図３Ａは、本発明の第２の実施形態に係る通電加熱装置の構成を示す図である。図３Ａにおいて、図２Ａに示す構成要素に対応する構成要素には、図２Ａと同じ参照符号を付して説明を省略する。

この通電加熱装置３０は、１対の出力端子である第１および第２端子３５ａ、３５ｂを有する電源３５と、第１および第２回路３７、３８とを備えている。電源３５は、直流電圧を発生するものであってもよく、交流電圧を発生するものであってもよい。第１および第２回路３７、３８は、電源３５に対して、めっき金属板１１と、第１補助通電板１２と、第２補助通電板１３とを並列に接続する回路を形成する。

第１回路３７は、電源３５の第１出力端子３５ａと、めっき金属板１１の第１端部、第１補助通電板１２の第２端部、および第２補助通電板１３の第２端部とを電気的に接続する。第１回路３７は、電源３５の第１出力端子３５ａとめっき金属板１１の第１端部とを接続し第１分岐点Ｐ１が設けられた導電経路と、第１補助通電板１２の第２端部と第２補助通電板１３の第２端部とを接続し第２分岐点Ｐ２が設けられた導電経路と、第１分岐点Ｐ１と第２分岐点Ｐ２とを接続する導電経路とを含む。

第２回路３８は、電源３５の第２出力端子３５ｂと、めっき金属板１１の第２端部、第１補助通電板１２の第１端部、および第２補助通電板１３の第１端部とを電気的に接続する。第２回路３８は、電源３５の第２出力端子３５ｂとめっき金属板１１の第２端部とを接続し第３分岐点Ｐ３が設けられた導電経路と、第１補助通電板１２の第１端部と第２補助通電板１３の第１端部とを接続し第４分岐点Ｐ４が設けられた導電経路と、第３分岐点Ｐ３と第４分岐点Ｐ４とを接続する導電経路とを含む。

第１分岐点Ｐ１と第２分岐点Ｐ２との間の導電経路、および第３分岐点Ｐ３と第４分岐点Ｐ４との間の導電経路には、第１可変抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２が、それぞれ介装されている。第１分岐点Ｐ１とめっき金属板１１の第１端部との間の導電経路、および第３分岐点Ｐ３とめっき金属板１１の第２端部との間の導電経路には、第２可変抵抗器Ｒ２１、Ｒ２２が、それぞれ介装されている。

第１可変抵抗器Ｒ１１および第１可変抵抗器Ｒ１２の少なくとも一方の抵抗値を大きくすると、第１および第２補助通電板１２、１３の各々に流れる電流の大きさＩ₂が小さくなる。第２可変抵抗器Ｒ２１および第２可変抵抗器Ｒ２２の少なくとも一方の抵抗値を大きくすると、めっき金属板１１に流れる電流の大きさＩ₁が小さくなる。すなわち、第１可変抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２および第２可変抵抗器Ｒ２１、Ｒ２２の抵抗値を調整（いずれかの可変抵抗器の抵抗値をゼロにする場合を含む。）することにより、これらの電流の大きさＩ₁、Ｉ₂を調整することができる。

この実施形態では、電源３５が、直流電圧を発生するものである場合および交流電圧を発生するものである場合のいずれであっても、第１および第２補助通電板１２、１３の各々を流れる電流の向きは、常に、めっき金属板１１を流れる電流の向きと逆になる。また、第１可変抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２および第２可変抵抗器Ｒ２１、Ｒ２２それぞれの抵抗値を適切に調整することにより、第１および第２補助通電板１２、１３の各々を流れる電流の大きさＩ₂が、めっき金属板１１を流れる電流の大きさＩ₁の１／２より大きくなるようにすることができる。

したがって、この状態で、図２Ａに示す実施形態の場合と同様に、めっき金属板１１の通電加熱により生じる融液に作用するローレンツ力を抑制し、その融液の移動を抑制することができる。

めっき金属板１１の通電加熱により生じる融液に作用するローレンツ力は、たとえば、下記パラメータにより変化する。
(i) めっき金属板１１と第１補助通電板１２との間隔、およびめっき金属板１１と第２補助通電板１３との間隔
(ii) めっき金属板１１、ならびに第１および第２補助通電板１２、１３それぞれの板厚
(iii) 第１および第２補助通電板１２、１３の材質

このようなパラメータに応じて、融液全体についてローレンツ力が最小になるように、めっき金属板１１に流れる電流の大きさＩ₁、ならびに第１および第２補助通電板１２、１３に流れる電流の大きさＩ₂を最適化することが好ましい。第１可変抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２および第２可変抵抗器Ｒ２１、Ｒ２２それぞれの抵抗値を調整することにより、このような最適な電流の大きさＩ₁、Ｉ₂を実現することができる。

第１回路３７の第１可変抵抗器Ｒ１１、および第２回路３８の第１可変抵抗器Ｒ１２の一方は、設けられていなくてもよい。この場合でも、第１回路３７の第１可変抵抗器Ｒ１１、または第２回路３８の第１可変抵抗器Ｒ１２により、第１および第２補助通電板１２、１３に流れる電流の大きさＩ₂を調整することができる。同様に、第１回路３７の第２可変抵抗器Ｒ２１、および第２回路３８の第２可変抵抗器Ｒ２２の一方は、設けられていなくてもよい。この場合でも、第１回路３７の第２可変抵抗器Ｒ２１、または第２回路３８の第２可変抵抗器Ｒ２２により、めっき金属板１１に流れる電流の大きさＩ₁を調整することができる。

さらに、第１および第２補助通電板１２、１３に適切な大きさＩ₂の電流が流れる場合は、第１可変抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２は設けられていなくてもよい。同様に、めっき金属板１１に適切な大きさＩ₁の電流が流れる場合は、第２可変抵抗器Ｒ２１、Ｒ２２は設けられていなくてもよい。さらに、第１および第２補助通電板１２、１３に適切な大きさＩ₂の電流が流れ、かつめっき金属板１１に適切な大きさＩ₁の電流が流れる場合は、第１可変抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２、および第２可変抵抗器Ｒ２１、Ｒ２２のいずれも設けられていなくてもよい。たとえば、第１および第２補助通電板１２、１３の抵抗値、ならびに、電源３５の出力電圧が適切に選択されている場合、第１および第２補助通電板１２、１３に適切な大きさＩ₂の電流が流れ、かつめっき金属板１１に適切な大きさＩ₁の電流が流れる状態を実現し得る。

この実施形態において、めっき金属板１１に流れる電流の大きさＩ₁に対する、第１および第２補助通電板１２、１３の各々に流れる電流の大きさＩ₂の比を変更する必要がない場合は、第１可変抵抗器Ｒ１１、Ｒ１２および第２可変抵抗器Ｒ２１、Ｒ２２の代わりに、いずれも、固定抵抗器を用いてもよい。

図３Ｂは、本発明の第２の実施形態の変形例の構成を示す図である。図３Ｂにおいて、図３Ａに示す構成要素に対応する構成要素には、図３Ａと同じ参照符号を付して説明を省略する。

この通電加熱装置３０Ａと図３Ａに示す通電加熱装置３０との差異として、通電加熱装置３０Ａには、可変抵抗器Ｒ１２、Ｒ２２は設けられておらず、第２回路３８の導電経路には、第３分岐点Ｐ３と第４分岐点Ｐ４とが一致した分岐点である分岐点Ｐが設けられている。通電加熱装置３０Ａは、めっき金属板１１に流れる電流の大きさＩ₂を調整する手段として、１つの第１可変抵抗Ｒ１（図３Ａの第１可変抵抗器Ｒ１１に対応）を含み、第１および第２補助通電板１２、１３に流れる電流の大きさＩ₁を調整する手段として、１つの第２可変抵抗Ｒ２（図３Ａの第２可変抵抗器Ｒ２１に対応）を含む。

第１および第２可変抵抗器Ｒ１、Ｒ２それぞれの抵抗値を適切に調整することにより、第１および第２補助通電板１２、１３の各々を流れる電流の大きさＩ₂が、めっき金属板１１を流れる電流の大きさＩ₁の１／２より大きくなるようにすることができる。したがって、この状態で、めっき金属板１１の通電加熱により生じる融液に作用するローレンツ力を抑制し、その融液の移動を抑制することができる。

本発明の通電加熱装置を用いた場合、および図１に示す特許文献３の通電加熱装置を用いた場合のそれぞれについて、通電加熱対象のめっき金属板の各部に生じるローレンツ力を、磁場解析（シミュレーション）により求めた。解析は、下記の条件に基づいて行った。

めっき金属板のサイズは、以下の通りとした。
幅：２００ｍｍ
厚さ：１．６ｍｍ
長さ：１０００ｍｍ

第１および第２補助通電板は、互いに同じサイズのものとし、そのサイズは、下記の通りとした。
幅：２００ｍｍ
厚さ：２０ｍｍ
長さ：１０００ｍｍ

めっき金属板と第１補助通電板との間隔、およびめっき金属板と第２補助通電板との間隔は、いずれも、２０ｍｍとした。

めっき金属板と、第１および第２補助通電板の各々とには、互いに逆向きの直流電流を流すものとした。めっき金属板に流す直流電流の大きさは、１４３００Ａとした。したがって、図１に示す特許文献３の通電加熱装置を用いる場合は、第１および第２補助通電板に流す直流電流の大きさは、７１５０Ａ（１４３００Ａの１／２）とした。本発明の通電加熱装置を用いる場合は、第１および第２補助通電板に流す直流電流の大きさを、７１５０Ａより大きい範囲で変更しながら、めっき金属板に生じるローレンツ力が最小になるときの直流電流の大きさを求めた。

図４に、めっき金属板の幅方向に関して、めっき金属板の板幅中央から距離と、その位置で生じるローレンツ力の大きさとの関係を示す。めっき部に作用するローレンツ力はめっき金属板の板幅中央に関して板幅方向に対称であるため、図４では、板幅中央から板幅の半分の領域のみを図示している。図４において、ローレンツ力の値が負の数であることは、ローレンツ力がめっき金属板の幅方向中央側に向いていることを意味する。

特許文献３の通電加熱装置を用いた場合は、めっき金属板の中央から約４０ｍｍまでの位置では、ローレンツ力はほぼ０であったが、中央から４０ｍｍを超えて遠くなると、ローレンツ力の絶対値は次第に大きくなった。これに対して、本発明の通電加熱装置を用いた場合は、めっき金属板の中央から約９０ｍｍまでの位置で、ローレンツ力はほぼ０であり、中央から９０ｍｍを超えて遠くなると、ローレンツ力の絶対値は次第に大きくなった。

めっき金属板の中央から、９０ｍｍの位置で比較するとローレンツ力は、本発明の通電加熱装置を用いた場合が約−０．１ＭＮ／ｍ³であったのに対し、特許文献３の通電加熱装置を用いた場合は約−１ＭＮ／ｍ³であった。

ローレンツ力の絶対値が０．１ＭＮ／ｍ³以下であると、めっき層の寄りは実質的に生じない。このため、めっき層の寄りが生じた部分を、トリミングにより除去するとすれば、めっき金属板の幅方向片側につき、特許文献３の通電加熱装置を用いた場合は、めっき金属板の幅の約５０％の領域を除去しなければならないのに対して、本発明の通電加熱装置を用いた場合は、めっき金属板の幅の１０％の領域を除去すれば足りる。

以上の結果は、上述のように、めっき金属板と第１および第２補助通電板との間隔が２０ｍｍの場合であるが、この間隔を、１ｍｍ、および４０ｍｍに変更して、同様の解析を行った。その結果、それぞれの間隔に対して適切な電流Ｉ₁およびＩ₂を設定すれば、めっき金属板と第１および第２補助通電板との間隔が２０ｍｍの場合と同様に、特許文献３の通電加熱装置を用いた場合に比して、本願発明の通電加熱装置を用いた場合で、ローレンツ力の大きさ（絶対値）は小さくなった。

１０、２０、３０、４０：通電加熱装置、
１１：ホットスタンプ用めっき金属板、１２：第１補助通電板、
１３：第２補助通電板、１４：給電部材、１５、２５：第１電源、
１６、２６：第２電源、１６ａ、２６ａ：第１出力端子、
１６ｂ、２６ｂ：第２出力端子、２７：同期装置、３５：電源、
３５ａ：第１出力端子、３５ｂ：第２出力端子、
３７、４７：第１回路、３８、４８：第２回路、Ｐ：分岐点、
Ｐ１：第１分岐点、Ｐ２：第２分岐点、Ｐ３：第３分岐点、
Ｐ４：第４分岐点、Ｒ１、Ｒ１１、Ｒ１２：第１可変抵抗器、
Ｒ２、Ｒ２１、Ｒ２２：第２可変抵抗器

Claims

第１および第２端部を有するホットスタンプ用めっき金属板に通電して加熱する通電加熱装置であって、
前記めっき金属板と同じ平面形状を有し、前記めっき金属板の第１表面に対向されて前記めっき金属板に平行に配置される第１補助通電板であって、前記めっき金属板の前記第１および第２端部とそれぞれ位置を揃えて配置される第１および第２端部を有する第１補助通電板と、
前記めっき金属板と同じ平面形状を有し、前記めっき金属板の第２表面に対向されて前記めっき金属板に平行に配置される第２補助通電板であって、前記めっき金属板の前記第１および第２端部とそれぞれ位置を揃えて配置される第１および第２端部を有する第２補助通電板と、
前記めっき金属板の第１および第２端部、ならびに前記第１および第２補助通電板の各々の第１および第２端部に接続され、前記めっき金属板に電流を流すとともに、前記めっき金属板の幅方向に関して当該幅の少なくとも６０％の領域において通電加熱により溶融しためっき層に作用するローレンツ力の絶対値が０．１ＭＮ／ｍ ^３以下となるように、前記第１および第２補助通電板の各々に、前記めっき金属板に流れる電流の大きさの１／２より大きく前記めっき金属板に流れる電流と逆向きの電流を流すための電源装置とを備えた、ホットスタンプ用めっき金属板の通電加熱装置。
請求項１に記載の通電加熱装置であって、
前記電源装置は、
前記めっき金属板の第１および第２端部に接続され前記めっき金属板に直流電流を流す第１電源装置と、
前記第１および第２補助通電板の各々の第１および第２端部に接続され、前記第１電源装置によって前記めっき金属板に流される電流の大きさの１／２より大きい直流電流を、前記第１および第２補助通電板の各々に流す第２電源装置とを備え、
前記第２電源装置は、
第１および第２出力端子を備えた電源と、
前記電源の第１出力端子と、前記第１補助通電板の第１端部、および前記第２補助通電板の第１端部とを電気的に接続するとともに、前記電源の第２出力端子と、前記第１補助通電板の第２端部、および前記第２補助通電板の第２端部とを電気的に接続して、前記電源に対して、前記第１補助通電板と、前記第２補助通電板とを並列に接続する回路とを備えた、通電加熱装置。
請求項１に記載の通電加熱装置であって、
前記電源装置は、
前記めっき金属板の第１および第２端部に接続され前記めっき金属板に交流電流を流す第１電源装置と、
前記第１および第２補助通電板の各々の第１および第２端部に接続され、前記第１電源装置によって前記めっき金属板に流される電流の大きさの１／２より大きい交流電流を、前記第１および第２補助通電板の各々に流す第２電源装置と、
前記めっき金属板に流れる交流電流と前記第１および第２補助通電板を流れる交流電流とを逆位相になるように調整する同期装置とを備え、
前記第２電源装置は、
第１および第２出力端子を備えた電源と、
前記電源の第１出力端子と、前記第１補助通電板の第１端部、および前記第２補助通電板の第１端部とを電気的に接続するとともに、前記電源の第２出力端子と、前記第１補助通電板の第２端部、および前記第２補助通電板の第２端部とを電気的に接続して、前記電源に対して、前記第１補助通電板と、前記第２補助通電板とを並列に接続する回路とを備えた、通電加熱装置。
請求項１に記載の通電加熱装置であって、
前記電源装置が、
第１および第２出力端子を備えた電源と、
前記電源に対して、前記めっき金属板と、前記第１補助通電板と、前記第２補助通電板とを並列に接続する回路とを備え、
前記回路は、
前記電源の前記第１出力端子と、前記めっき金属板の第１端部とを接続し、第１分岐点が設けられた導電経路と、
前記第１補助通電板の第２端部と、前記第２補助通電板の第２端部とを接続し、第２分岐点が設けられた導電経路と、
前記第１分岐点と、前記第２分岐点とを接続する導電経路と、
前記電源の前記第２出力端子と、前記めっき金属板の第２端部とを接続し、第３分岐点が設けられた導電経路と、
前記第１補助通電板の第１端部と、前記第２補助通電板の第１端部とを接続し、第４分岐点が設けられた導電経路と、
前記第３分岐点と、前記第４分岐点とを接続する導電経路と、
を含む、通電加熱装置。
請求項４に記載の通電加熱装置であって、
前記回路が、前記第１分岐点と前記第２分岐点との間の導電経路、および前記第３分岐点と前記第４分岐点との間の導電経路の少なくとも一方に介装された第１抵抗器をさらに含む、通電加熱装置。
請求項４または５に記載の通電加熱装置であって、
前記第１分岐点と前記めっき金属板の第１端部との間の導電経路、および前記第３分岐点と前記めっき金属板の第２端部との間の導電経路の少なくとも一方に介装された第２抵抗器をさらに含む、通電加熱装置。
請求項１〜６のいずれかに記載の通電加熱装置であって、
前記めっき金属板が、ホットスタンプ用めっき鋼板である、通電加熱装置。
請求項１〜７のいずれかに記載の通電加熱装置であって、
前記第１および第２補助通電板が、銅または銅合金からなる、通電加熱装置。
請求項１〜８のいずれかに記載の通電加熱装置であって、
前記第１および第２補助通電板の各々と前記めっき金属板とが、１ｍｍ以上の間隔をあけて配置されるように構成された、通電加熱装置。