CN101933391B - 电极支撑构造以及具有该电极支撑构造的通电加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在通电加热时被加工材料不会发生局部加热的电极支撑构造。电极支撑构造用于对电极(4、5)施加载荷，所述电极用于金属板的通电加热，该支撑构造至少包括第一部件(1)和第二部件(2)这两个部件，所述第一部件固定该电极(4、5)，所述第二部件承受来自该第一部件的载荷或者使该第一部件与载荷单元(9)连接，所述两个部件经由弹性材料(3)结合。该支撑构造能够均匀地施加载荷以使通电加热用电极与被加工材料均匀地接触，从而能够均匀地进行加热。

Description

电极支撑构造以及具有该电极支撑构造的通电加热装置

技术领域

【关联申请的记载】

本发明要求基于日本专利申请：特愿2007-322506号(2007年12月13日提交)的优先权，该申请的所有记载内容通过引用而被编入、记载在本申请文件中。

本发明涉及用于被加工材料、特别是板状的被加工材料的通电加热装置的电极支撑构造，特别是涉及用于向通电加热用电极均匀地施加载荷的电极支撑构造以及具有该电极支撑构造的通电加热装置。

背景技术

作为车辆部件等要求具有高强度的部件的制造方法之一，有热压法或模压淬火法。该方法是指以下方法：例如在钢板的情况下，将钢板加热到大约900℃之后进行冲压成形，或者将钢板加热到大约900℃之后与模压成形同时进行急冷，对产品进行淬火。

此时的加热方法通常是放入到加热炉等加热装置中来进行加热，但是在加热炉内升温至900℃大约需要3～5分钟左右的时间，与冲压工序所需要的时间相比非常长。另外，由于将升温了的钢板从炉内取出后到运送至冲压工序需要一定程度的时间，因此存在着温度下降、温度不均匀、以及发生氧化皮粘附(スケ一ル付着)的问题。

因此，为了解决该问题，作为加热方法而使用通电加热。这是在被加工材料的两个端部安装电极并使大电流在电极之间流动以通过焦耳热来进行加热的方法。在该情况下，电极的形状使用半球状、或进行平面性接触的扁棒(flat bar)电极。例如，在专利文献1中，在金属板的两个端部分别使用一处以上的半球状电极。

电极与被加工材料的两个端部连接，但是在为扁棒电极的情况下，需要使电极与被加工材料充分地接触。因此，形成为以下构造：在各个端部处通过上下相对的一组电极(分别称为上部电极、下部电极)从表背两个面(上下方向)夹持被加工材料的一端来进行夹紧保持，通过在被加工材料的两个端部处进行该夹紧保持来使电极与被加工材料充分地接触，在两个端部的电极之间进行通电。

专利文献1：日本特开2002-18531号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

以上的专利文献1的公开内容通过引用而被编入、记载在本申请文件中。以下给出本发明的关联技术的分析。

扁棒电极尤其是在希望对被加工材料的整体进行通电加热的情况下使用。这是因为：在为半球状电极的情况下，即使设置有多个电极，电流也不流经端面方向的没有电极的部分，因而在被加工材料的中央部分和端面部分容易产生不均匀的温度分布。

如果扁棒电极是在两端使用长度与被加工材料的宽度相同的电极，则电流会流经被加工材料的整个面，因此应该不会产生温度不均匀。但是，这是以扁棒电极的与被加工材料的接触面作为整体是均匀接触的这一点为条件的。因此，虽然通常使扁棒电极从被加工材料的表背两个面(上下方向)侧进行压接，但是此时由于扁棒电极由刚性材料构成，因此难以使扁棒电极与被加工材料均匀地接触，常常会产生局部电流、即局部加热。在该情况下，预定加热区域的温度分布会变得不均匀。

本发明的目的在于提供一种在通电加热中不会发生被加工材料的局部加热的电极支撑构造以及具有该电极支撑构造的通电加热装置。

用于解决问题的手段

在本发明的第一观点中，电极支撑构造是用于对电极施加载荷的电极支撑构造，所述电极用于被加工材料的通电加热，所述电极支撑构造的特征在于，该支撑构造至少包括固定该电极的第一部件、和承受来自该第一部件的载荷或者使该第一部件与载荷单元连接的第二部件这两个部件，并使该两个部件经由弹性材料结合

优选的是：所述两个部件沿着向电极施加载荷的方向直列地排列。

优选的是：所述两个部件的相对的面为互补的形状，在所述两个部件的相对的面之间配置有所述弹性材料。

优选的是：所述两个部件的相对的面形成互补的高低式阶梯(stepdifferences)构造(段違い段差構造)。

优选的是：所述弹性材料为绝缘体。

优选的是：所述弹性材料由橡胶和绝缘树脂中的任一方或双方构成。

优选的是：所述电极由上部电极和下部电极构成，该上部电极和下部电极具有平面状、带状或线状的接触面，该上部电极和下部电极双方与板状被加工材料抵接而夹持该板状被加工材料，并且至少一方的电极的与所述被加工材料的接触面的形状为带状或线状。

优选的是：所述带状或线状的接触面将棒状电极的截面中圆形或椭圆形的一部分作为接触面。

在本发明的第二观点中，被加工材料的通电加热装置的特征在于，具有上述任一电极支撑构造。

发明的效果

根据本发明，能够在不施加不必要的过大载荷的情况下使通电加热用电极与被加工材料均匀地接触，从而能够实现均匀的加热。即，对电极的与被加工材料的接触面施加均匀的载荷。

附图说明

图1是具有本发明的电极支撑构造的通电加热装置的正视图；

图2是图1的(A)部分的放大图；

图3是本发明的电极支撑构造的第一部件和第二部件的连接面的形状的例子；

图4是本发明的电极支撑构造下的上下电极的截面形状的组合例子；

图5是使用本发明的电极支撑构造的通电加热和现有技术的加热炉的温度上升曲线。

附图标记说明：

1第一部件

2第二部件

3弹性材料

4上部电极

5下部电极

6螺栓

6a绝缘套管

6b绝缘垫板(或垫圈)

7拉杆(tension bar)

8架台

9载荷装置

10金属板(被加工材料)

11绝缘树脂

具体实施方式

为了使通电加热用电极(上部电极和下部电极)与被加工材料均匀接触而施加的载荷，通常大多是从上方向下方(铅垂方向)施加。因此，固定了上部电极的电极支撑构造的第一部件经由弹性材料与配置在其上部的电极支撑构造的第二部件结合，该第二部件最终与最上部的载荷装置结合并发挥经由弹性材料向第一部件、进而向上部电极传递载荷的作用。

作为被加工材料，是能够进行通电加热的材料即可，特别是包括板状材料。典型地，包括钢铁材料和钢板(片状铁板)等钢材，还包括非铁金属、合金以及复合材料等。

另一方面，固定了下部电极的电极支撑构造的第一部件经由其他的弹性材料与配置在其下方的电极支撑构造的第二部件结合，该第二部件最终与设备的架台(底座(base))结合，并发挥经由第一部件和弹性材料与架台(底座)一起承受施加给下部电极的载荷的作用。

这样构成的第一部件通过弹性材料与第二部件柔性地结合，补偿固定在第一部件上的电极与被加工材料的接触的不均匀，将载荷均匀地传递给电极或被加工材料，从而能够确保两者之间的均匀接触。另外，对第一部件、第二部件的材质均没有特殊的限定，只要是具有必要强度的构造部件即可，同样对第一部件、第二部件的截面形状也均没有特殊的限定。

配置弹性材料的电极支撑构造也可以仅用于上部电极或者仅用于下部电极，但是配置于上下电极的效果更好。并且，通电加热用电极大多使用扁棒(棒状)电极，在该情况下为了最大限度地发挥由本发明的电极支撑构造带来的效果，可以使上、下电极面的与被加工材料的接触面的至少单面为带状或线状而非平面。由此，能够进一步可靠地实现电极与被加工材料之间的均匀接触。该带状或线状的接触面可以并优选构成为具有曲面的外周面的棒状体(例如圆柱状或椭圆柱状体)的外周面的一部分。

另外，即使在载荷方向改变为从下方向上方、或者改变为水平方向的情况下，也可以配合载荷方向来使用相同的构造。

弹性材料为产生弹性变形的物质即可，有橡胶、弹簧、高分子材料等固体和/或使用流体的形式的弹性材料，其中橡胶最简便。弹性材料优选还具有绝缘性，但是不需要为单一材料，既可以是中间夹持或层叠了高绝缘性片状材料的层叠材料，也可以通过与多个弹性材料(根据情况有时为绝缘部件)的组合来实现。

实施例

(实施例1)

图1是具有本发明的电极支撑构造的通电加热装置的正视图。通电加热装置包括架台8、载荷装置9、上部电极4、下部电极5、以及支撑该上部电极4和下部电极5的四个电极支撑构造。在架台8的内侧，左右共计四处设置有电极支撑构造，该四处电极支撑构造在上下各设置有两个，在每个电极支撑构造的第一部件1上各固定有一个扁棒(棒状)电极(上部电极4或下部电极5)。通过使左右的上下各两个上部电极4和下部电极5的双方与被加工材料(金属板，未进行图示)抵接，通过上部电极4和下部电极5来夹持被加工材料(金属板，未进行图示)的两个端部并进行通电。在实施例1中，四个电极全部使用本发明的电极支撑构造。另外，第一部件1与第二部件2的结合部通过纵截面图来表示。

在图1中为以下构造：在上部设置有用于从上部施加载荷的载荷装置(载荷单元)9，通过上部的第二部件2、上部的弹性材料(橡胶)3、上部的第一部件1向图中的左右的上部电极4施加载荷。下部电极5固定在下部的第一部件1上，该第一部件1为以下构造：经由下部的弹性材料(橡胶)3与下部的第二部件2、并最终与架台8相连，支撑从上部电极4经由金属板(未进行图示)施加给下部电极5的载荷。另外，相同的部件中的一部分虽然省略了附图标记，是左右大致对称的构造。

配置在第一部件1与第二部件2之间的弹性材料3具有以下效果：使第一部件1柔性地与第二部件2结合，从而向电极4和5均匀地施加载荷，使电极4和5与金属板(未进行图示)均匀地接触。在本实施例1中，第一部件1、第二部件2均为钢材，两者的横截面形状均为矩形，但是不限于此，也可以为圆形或宽翼缘工字(H型)钢材等。

图2是图1的(A)部的放大图。第一部件1和第二部件2的结合部通过截面图来表示。第一部件1和第二部件2为了绝缘而通过螺栓6与绝缘垫板(座板)(或垫圈)6b和绝缘套管6a一起来结合。在实施例1中设置有拉杆7，该拉杆7用于在通过电极4和电极5来夹持金属板(未进行图示)并进行通电时将电极向左右方向牵拉而对金属板施加牵拉力(张力)。因此，使第一部件1与第二部件2的结合部为曲柄状以与左右方向的载荷相对应并使螺栓结合变得容易。第一部件1和第二部件2的相对的面为互补的形状、即相互咬合的形状，在两个面之间夹持有弹性材料3和绝缘树脂11。

弹性材料(橡胶)3配置在承受铅垂方向的载荷的位置(在图2中沿横向方向配置的两处)，绝缘树脂11配置在承受横向方向的载荷的位置(在图2中沿纵向方向配置的一处)，第一部件1和第二部件2通过螺栓6结合并相互绝缘。但是，结合方法不限于螺栓。另外，由于在横向方向上作用的载荷不对两个电极直接施加铅垂方向的载荷，因此不必一定在承受向横向方向施加的载荷的连接面上配置弹性材料。另外，弹性材料(橡胶)3和绝缘树脂11还发挥使第一部件1与第二部件2之间绝缘的作用。

为了实现均匀的通电加热，上下电极4和5的形状采用扁棒电极。扁棒电极的接触面基本上为平面状，虽然也可以使用上下电极的接触面均为平面状的电极来应用本发明，但是通过至少使单方电极的与金属板的接触面的形状为带状或线状，能够最大限度地发挥出本发明的电极支撑构造的效果。电极的材料使用铜、钨等热传导性良好的材料并进行水冷。

图4是通过上部电极4和下部电极5夹持了金属板10时的截面图。图4(a)为本实施例1中的扁棒电极的组合的截面图，上部电极4使用截面为半圆形或半椭圆形的扁棒电极，下部电极5使用截面为矩形的扁棒电极。通过使用截面为半圆形或半椭圆形的扁棒电极，与金属板的接触面为带状或线状。也可以如图4(b)那样对上下电极4、5均采用矩形的扁棒电极。虽然未进行图示，但是上下电极也可以均使用截面为半圆形或半椭圆形的电极。

图5是使用图4(a)的形状的扁棒电极(电极长度为125mm，电极宽度大约为20mm左右)对800×125mm、厚度为1.6mm的钢板进行了通电加热时的温度上升曲线、以及通过现有技术的加热炉加热了同样的钢板时的温度上升曲线的比较图。现有技术的加热炉从室温加热至900℃大约需要160秒，但是在使用本发明的电极支撑构造来进行通电加热的情况下，从室温加热至900℃大约需要15秒，并能够均匀地加热整体。

(实施例2)

在实施例1中使第一部件1与第二部件2的结合部为曲柄状，但是不必一定使结合部为曲柄状，也可以包括斜面。图3是本发明的电极支撑构造的第一部件1和第二部件2的结合面的形状的例子。既可以如图3(a)所示那样采用单纯的平面性凸缘结合(フランジ結合)，也可以如图3(b)所示那样组合成一者为凸状、另一者为凹状的互补形状。无论在哪种情况下，均在第一部件1与第二部件2之间配置弹性材料3并通过螺栓6与绝缘垫板(或垫圈)6b和绝缘套管6a一起等来进行绝缘结合。

另外，具有以下特征的、用于在板状的被加工材料的两个端部处从两面侧在相互相对的位置进行夹持并对两个端部之间进行通电加热的、各端部处的两个通电加热用电极的组合本身对于解决本发明的课题来说具有一定的效果，所述特征是指：单个面侧的电极的与被加工材料的接触面为平面，另一个面侧的电极的与被加工材料的接触面为由圆柱状或椭圆柱状外周面的一部分构成的带状或线状。

以上基于上述实施方式说明了本发明，但是本发明不仅限于上述实施方式的构成，不言而喻包括本领域技术人员能够在本发明的范围内获得的各种变形和修正。

Claims (7)

1.一种电极支撑构造，是对被加工材料个别地进行通电加热的加热装置中的用于对电极施加载荷的电极支撑构造，所述电极用于该被加工材料的通电加热，所述电极支撑构造的特征在于，

该支撑构造包括固定该电极并由钢材形成的第一部件、和承受来自该第一部件的载荷或者将该第一部件与载荷单元连接的第二部件至少这两个部件，并使该两个部件经由由绝缘体形成的弹性材料结合，该两个部件的相对的面为互补的形状即相互咬合的形状，在该两个部件的相对的面之间配置有该弹性材料。

2.如权利要求1所述的电极支撑构造，其特征在于，

所述两个部件沿着向电极施加载荷的方向直列地排列。

3.如权利要求1或2所述的电极支撑构造，其特征在于，

所述两个部件的相对的面形成互补的高低式阶梯构造。

4.如权利要求1或2所述的电极支撑构造，其特征在于，

所述弹性材料由橡胶和绝缘树脂中的任一方或双方构成。

5.如权利要求1或2所述的电极支撑构造，其特征在于，

所述第一部件上下配置，在该上下的第一部件上分别固定有上部电极和下部电极，该上部电极和下部电极具有平面状、带状或线状的与板状被加工材料的接触面，且彼此与该板状被加工材料抵接而夹持该板状被加工材料，并且至少一方电极的与所述被加工材料的接触面的形状为带状或线状。

6.如权利要求5所述的电极支撑构造，其特征在于，

所述带状或线状接触面是将棒状电极的截面中圆形或椭圆形的一部分作为接触面。

7.一种通电加热装置，其特征在于，

具有权利要求1～6中的任一项所述的电极支撑构造。

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