JP2014038716A - 加熱用電極体、通電加熱装置及び通電加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱される領域の左右幅、厚みの少なくとも一方が奥行き方向で変化する板材を効率よく通電加熱する加熱用電極体、通電加熱装置及び通電加熱方法を提供する。
【解決手段】加熱される領域の左右幅、厚みの何れか一方又は双方が奥行き方向に変化する板材を通電加熱する際、加熱用電極体１０を用いる。加熱用電極体１０は、加熱される領域における左右端間の抵抗の奥行き方向の差を補う補償用抵抗部１１と、補償用抵抗部１１を挟んで板材と逆側に配置される通電用電極部１２と、を備える。板材の加熱される領域の左端部、右端部の一方又は双方に補償用抵抗部１１が板材に接触するように加熱用電極体１０を配置することで、加熱される領域に流れる電流密度が、場所によらず同じ範囲になるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、加熱される領域の左右幅又は厚みが奥行き方向によって変化する板材を通電加熱する際に用いられる加熱用電極体及び通電加熱装置と、板材を効率よく通電加熱する通電加熱方法に関する。

自動車の各種のピラーやリィンフォースメントなど車体構造物は、板材に熱処理を施し、その後プレス成形加工が施されて作製されている。その際、板材の左右幅が奥行き方向によらず略一定であって厚みが略一定であれば、板材の左右端部に電極をそれぞれ設置し、電極間に電流を流せばよい。板材の全面に略均一な電流が流れることから、通電により生じる発熱量が板材の各部位によらず等しくなる。これは単位時間当たりの発熱量が電流の２乗と抵抗との積に比例するからである。

一方、板材の左右幅が奥行き方向により異なる場合、板材の左右端部に電極をそれぞれ設置して電極間に電圧を印加すると、板材の左右方向に流れる電流は奥行き方向に異なる。よって、左右幅が短い領域の発熱量は、左右幅が広い領域のそれと比べて大きくなり、板材が均一に加熱されない。

特許文献１には、一つの部品のうち各部において形や厚みが互いに異なる異形部品を所定範囲内の温度になるように加熱する技術が開示されている。その技術によれば、例えば、幅方向に切断したときに得られる横断面の面積が長手方向に沿って変化しかつ均一厚さの異形部品を加熱する際には、この異形部品のうち幅方向の一端部及び他端部双方に、長手方向に等間隔に複数の電極を配置し、これら複数の電極のうち幅方向において向き合う一対の電極間それぞれに同一値の電流を流せばよいとされている。

特許第３５８７５０１号公報（例えば請求項１）

しかしながら、特許文献１の技術では次のような煩わしさがある。
第１に、幅方向において向き合う電極対を長手方向に間隔をあけて並べる必要がある。
第２に、各電極対に流れる電流を幅方向の寸法によらず一定にするため、電極対間に印加する電圧を調整する必要がある。そのためには、電極対毎に電圧を調整する手段を設けたり、または、電極対毎に電源を設けたりする必要がある。よって、設備コストが膨大となるばかりか、作業効率性も悪い。

また、特許文献１の技術では、左右幅が長手方向、つまり奥行き方向に細かく変化する場合、奥行き方向に沢山の電極を配置することになり、電極の奥行き方向の長さは非常に小さくなる。確かに、電極の奥行き方向の長さを小さくすれば、電流のばらつきが小さくなり、均一に加熱することができるかもしれない。しかしながら、電極の奥行き方向の長さは、実際には、５ｃｍ以上必要となり、板材の左右幅が奥行き方向に細かく変化している部材では、特許文献１の技術は実効的ではない。

そこで、本発明においては、加熱される領域の左右幅、厚みの少なくとも一方が奥行き方向で変化する板材を効率よく通電加熱する加熱用電極体、通電加熱装置及び通電加熱方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る加熱用電極体は、加熱される領域の左右幅、厚みの何れか一方又は双方が奥行き方向で変化する板材を通電加熱する際に用いられ、加熱される領域における左右端間の抵抗の奥行き方向の差を補う補償用抵抗部と、補償用抵抗部を挟んで板材と逆側に配置される通電用電極部と、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る加熱用電極体は、加熱される領域の左右幅、厚みの何れか一方又は双方が奥行き方向に変化する板材であって、加熱される領域が複数の仮想領域に区分され、同じ仮想領域では左右端間の抵抗差が許容範囲内であり、隣接した仮想領域同士では左右端間の抵抗に差が生じる板材を通電加熱する際に用いられ、隣接した仮想領域同士の左右端間の抵抗の差を補うように、奥行き方向に仮想的に区分される補償用抵抗部であって、隣接する区分領域が異なった抵抗値を有する補償用抵抗部と、補償用抵抗部を挟んで板材と逆側に配置される通電用電極部と、を備え、加熱される領域の左端部、右端部の一方又は双方に補償用抵抗部が板材に接触するように配置されることにより板材の仮想領域と補償用抵抗部の区分領域とが電気的に直列接続されることを特徴とする。

上記構成において、好ましくは、隣接する区分領域の断面積、長さの何れか一方又は双方が異なるように、補償用抵抗部の寸法が設定されている。好ましくは、補償用抵抗部は、鋳鉄又はステンレス材で構成されている。補償用抵抗部に、板材との接触面と通電用電極部との接続面とをつなぐ方向に沿って一又は複数の長孔が形成されていれば、通電用電極部と板材との間に流れる電流の向きが制御できる。

上記目的を達成するため、本発明に係る通電加熱装置は、上述の加熱用電極体と該加熱用電極体に通電を行う電源とを備えたことを特徴とする。
上記構成において、さらに、パンチ及びダイを有するプレス機構を有する。

上記目的を達成するため、加熱される領域の左右幅、厚みの何れか一方又は双方が奥行き方向に変化する板材であって、加熱される領域が複数の仮想領域に区分され、同じ仮想領域では左右端間の抵抗差が許容範囲内であり、隣接した仮想領域同士では左右端間の抵抗に差が生じる板材を通電加熱する方法であって、加熱される領域の左端部と右端部とに加熱用電極体を配置する第１ステップと、加熱用電極体の対に電圧を印加する第２ステップと、を含んでおり、第１ステップでは、加熱用電極体の対のうち少なくとも一方に、隣接した仮想領域同士の左右端間の抵抗の差を補うように、奥行き方向に仮想的に区分される補償用抵抗部であって、隣接する区分領域が異なった抵抗値を有する補償用抵抗部を板材側に向けて配置し、第２ステップにより、加熱される領域に流れる電流の密度が仮想領域によらず異ならないようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、加熱される領域の左右幅、厚みが奥行き方向に変化していても、奥行き方向に変化する抵抗の差を補償用抵抗部で補い、加熱される領域の左端部、右端部の少なくとも一方に補償用抵抗部を配置することで、補償用抵抗部と板材とを直列接続し、その直列接続した両端の抵抗の差が奥行き方向で極力抑制されると評価されうるようにした。よって、その直列接続した両端間に、奥行き方向に実質上異ならないと評価され得る電流密度を流すことが容易になる。このような補償用抵抗部を含んだ加熱用電極体を加熱される領域の左端部、右端部の何れか一方に少なくとも配置すればよいので、作業の効率性が向上し、また、設備費の高騰を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る通電加熱装置の模式図である。 本発明の実施形態で想定される板材の一例を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る加熱用電極体を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は背面図、（Ｃ）は平面図である。 板材の左端部への加熱用電極体の配置関係を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る加熱用電極体のコンセプトを示すために、加熱対象となる板材を模式的に示す図である。 図３に示す加熱用電極体の機能を説明するための概念図である。 計算モデルを示し、（Ａ）は実際のワークの形状を示す図であり、（Ｂ）はワークと加熱用電極体との関係を概念的に示す図である。 図７に示す計算モデルに関し、ワーク及び加熱用電極体の等価回路を示す図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は補償用抵抗部における区分領域毎の抵抗が板材の抵抗の２倍，３倍，４倍となるように設定した場合における板材の仮想領域毎の温度分布を示すグラフである。 本発明が適用される板材の別例を示す平面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

〔通電加熱装置の全体構成〕
図１は本発明の実施形態に係る通電加熱装置の模式図である。本発明の実施形態に係る通電加熱装置１は、板材ｗの左端部及び右端部にそれぞれ配置される加熱用電極体１０Ｌ，１０Ｒと、加熱用電極体１０Ｌ，１０Ｒ間に電圧を印加する電源２１と、を備えている。図１に示す形態にあっては、さらに、加熱用電極体１０Ｌ，１０Ｒとの間で板材ｗを挟む受け部２２Ｌ，２２Ｒと、受け部２２Ｌ，２２Ｒを上下方向に移動するアクチュエータ２３Ｌ，２３Ｒと、アクチュエータ２３Ｌ，２３Ｒ及び電源２１を制御する制御部２４と、プレス機構２５と、を備えている。プレス機構２５には、板材ｗを押さえる板押さえ２６と上下動するパンチ２７が板材ｗの下側に配置され、カウンタパンチ２８とダイ２９とが板材ｗの上側に配置されている。よって、図１に示されている通電加熱装置１では、加熱用電極体１０Ｌ，１０Ｒから板材ｗに電圧を印加して板材ｗを通電加熱し、板材ｗが加熱されている状態でプレス機構２５により板材ｗをプレス成形することができる。

〔板材〕
本発明の実施形態において想定される板材ｗについて説明する。板材ｗは、加熱される領域を有しており、その加熱される領域の左端と右端との間の抵抗が奥行き方向に変化する。以下の説明では、加熱される領域を単に「加熱領域」と表記する。板材ｗが均一な素材から成っており、例えば、左右幅、厚みの何れか一方又は双方が奥行き方向に変化している。ここで、抵抗、左右幅、厚みが「奥行き方向に変化している」とは、その値が奥行き方向に増加している場合でも減少している場合でも増加と減少とを繰り返している場合でもよく、奥行き方向の何れかに値が変化しない部分が含まれている場合でもよい。このような加熱領域は、奥行き方向に隣接するようにかつ次のような仮想領域に区分可能であり、同じ仮想領域では左端と右端との間の抵抗が同一と評価される範囲、即ち許容範囲内であり、隣接した仮想領域同士では左右端間の抵抗に差が生じる。このように、板材ｗにおいて加熱される領域は、左端と右端との間の抵抗が許容範囲内と評価され得る仮想領域に区分可能なものである。電気抵抗は、電流の流れる断面の断面積に反比例し、長さに比例するので、左端と右端との間の抵抗は、奥行き方向において隣接する仮想領域同士で異なる。ここで、左端と右端の間の抵抗が許容範囲であるか否かについては材料の組成、硬度などにより依存するものの、通電加熱して材料を処理した状態において同一の範囲と評価できればよく、仮想領域の区分を細分化して区分数を増加すれば、許容範囲内に収まる場合が殆どと考えられる。

以下、板材ｗ全体が加熱領域として設定されており、板材ｗの左右端が奥行き方向に単調に減少しているような、平面視で台形状である場合を説明する。図２は、本発明の実施形態に係る台形状の板材ｗを示す平面図である。図２に示すように、板材ｗは、左右幅方向に対応するＸ方向と奥行き方向に対応するＹ方向の長さを有し、奥行き方向Ｙに進むにつれて左右幅方向Ｘの寸法が減少している。説明を簡略するために、板材ｗの厚みが変化しないとする。なお、板材ｗの厚みが変化しているときも、仮想領域内では左右端の間の抵抗が等しいと評価できるように、奥行き方向に沿って複数の仮想領域に区分して考えればよい。

図２に示す板材ｗは、平面視で台形状の仮想領域Ｓｉに区分可能であり、各仮想領域Ｓｉの左右幅が異なることから、各仮想領域Ｓｉの左端と右端との間の抵抗は仮想領域毎に異なっている。なお、説明上板材ｗの上底、下底が平面視で直線状になっているが、必ずしもその必要はない。仮想領域Ｓｉの添え字ｉは仮想領域の番号を示しており１〜ｎの整数である。

〔加熱用電極体〕
図３は本発明の実施形態に係る加熱用電極体を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は背面図、（Ｃ）は平面図である。図４は、板材の左端部への加熱用電極体の配置関係を示す模式図である。

本発明の実施形態に係る加熱用電極体１０は、図３に示すように、補償用抵抗部１１と通電用電極部１２とを備えている。補償用抵抗部１１は、図４に示すように板材ｗの左右各端部に配置されるものである。補償用抵抗部１１は、奥行き方向に隣接する仮想領域Ｓｉの左右端間の抵抗の差を補うように、奥行き方向に仮想的に複数に区分され、その隣接する区分領域は異なった抵抗値を有する。すなわち、補償用抵抗部１１は、板材ｗの各仮想領域Ｓｉの左右端間の抵抗が奥行き方向で異なっているため、隣接する仮想領域同士の抵抗差を補うように、補償用抵抗部１１は仮想領域の区分に対応した区分領域に分けられている。仮想領域Ｓｉの左右端部の一方又は双方に補償用抵抗部の区分領域が電気的に直列接続されることにより、その直列接続された両端の抵抗は奥行き方向で異ならない。一方、通電用電極部１２は、補償用抵抗部１１を挟んで板材ｗと逆側に配置されるものであり、補償用抵抗部１１はこの補償用抵抗部１１が板材ｗと接触する面、即ち接触面１１Ａと逆側の接続面１１Ｂで通電用電極部１２に接続されている。補償用抵抗部１１と通電用電極部１２とは接続面１１Ｂ，１２Ｂでろう付けなどにより一体化されている。ここで、加熱用電極体１０は、板材ｗの左右端で奥行き全幅に亘って配置されるが、補償用抵抗部１１は板材ｗの左右各端部に奥行き全幅にわたって配置される必要はなく、通電用電極部１２が部分的に板材ｗに接してもよい。

本発明の実施形態における補償用抵抗部１１を説明する前提として、本発明のコンセプトについて説明する。図５は本発明の実施形態に係る加熱用電極体のコンセプトを示すために、加熱対象となる板材を模式的に示す図である。図５に示すように板材ｗが平面視で台形状を呈しているとする。上底がＬｂ，下底がＬａの台形は、点線で示す左側の三角形と右側の三角形を切り欠いたものとして表すことができる。そこで、板材ｗの左端に補償用抵抗部１１となる補償板ｗａを接続し、板材ｗの右側に補償用抵抗部１１となる補償板ｗｂを接続したとすると、板材ｗと補償板ｗａ，ｗｂとにより左右幅が奥行き方向に変化しないで一定の長さＬａとすることができる。ここで、補償板ｗａ，ｗｂの厚みは板材ｗの厚みと等しいと評価できるものとし、その材質も板材ｗの材質と同じものとする。このように、左右幅が奥行き方向に異なっているが厚みが均一と評価できれば、板材ｗの左右にそれぞれ補償板ｗａ，ｗｂを取り付け、その際、板材ｗ，補償板ｗａ，ｗｂの上面及び下面を面一にしておき、補償板ｗａ，ｗｂの左右側面に通電用電極部（図５には示さず）をそれぞれ配置して、通電用電極部の対に電圧を印加すれば、板材ｗは奥行き方向に左右端の抵抗が異なっていても、板材ｗには密度が等しい電流が流れる。こうして通電加熱を行うことで、台形状の板材ｗをほぼ均一に加熱することができる。

図５に示す態様にあっては、補償板ｗａ，ｗｂは通電により板材ｗと同じ温度（例えば９００℃程度前後）まで加熱されるので、補償板ｗａ，ｗｂの電気的特性も変化してしまい、板材ｗへの通電回数に応じて取り替えなければならない。また、補償板ｗａ，ｗｂの厚みは板材ｗと同様、小さく、例えば１．２ｍｍ〜１．６ｍｍであるので、板材ｗの左右端にそれぞれ補償板ｗａ，ｗｂを配置し、しかも、板材ｗの上面、下面に連続するようにセットすることが難しい。仮に、補償板ｗａ，ｗｂにそれぞれ水冷等の冷却機構を備えてもよいが、板材ｗは通電中冷却しないのにもかかわらず補償板ｗａ，ｗｂを冷却すると、板材ｗと補償板ｗａ，ｗｂとは抵抗が同一視出来なくなってしまう。

そこで、繰り返し使用することが可能な加熱用電極体１１について図３を参照して説明する。通電用電極部１２は、銅材など抵抗率が小さい素材で構成されている。加熱対象である板材ｗと補償用抵抗部１１とに、安定した電流を供給することができるからである。通電用電極部１２には冷却管を貫通して設けたり又は冷却水路を形成して設けたりすることで、水冷してもよい。通電用電極部１２の昇温を抑制し、通電用電極部１２の電気的な特性が変化しないためである。

図６は図３に示す加熱用電極体１０の機能を説明するための概念図である。加熱用電極体１０のうち補償用抵抗部１１は、板材ｗの仮想領域毎に対応して複数の区分領域に区分け可能であり、奥行き方向で隣接している区分領域同士は異なる抵抗を有している。板材ｗは、前述したように、図６に示すように仮想領域毎に抵抗Ｒｉ（ｉ＝１〜ｎ）に仮想的に区分けできる。ここで、Ｒの添え字ｉは１〜ｎまでの整数であり、ｎは仮想領域の数であり、抵抗Ｒｉはｉ番目の仮想領域Ｓｉにおける左右端間の抵抗を示している。

補償用抵抗部１１は、板材ｗ、つまり加熱される領域の仮想領域に応じて複数の区分領域に区分けされており、その区分領域は、仮想領域における左右端間の抵抗に応じてＲｉａ又はＲｉｂの抵抗を有する。ここで、Ｒｉａ，Ｒｉｂはｉ番目の区分領域の抵抗を示し、ａは板材ｗの左端部に対応しており、ｂは板材ｗの右端部に対応していることを示している。板材ｗが左右端部を仮想的に重ねるようにしたときの仮想中心線に対して左右対称である場合には、抵抗Ｒｉａと抵抗Ｒｉｂとを等しくすることができるので、板材ｗの左端部に設けられる加熱用電極体１０Ｌと板材ｗの右端部に設けられる加熱用通電体１０Ｒとは同じものであってもよい。

補償用抵抗部１１は、例えば、奥行き方向に沿って抵抗Ｒｉａ，Ｒｉｂが何番目の仮想領域に対応して設けられているかにより抵抗値が異なるように設計される。補償用抵抗部１１が板材ｗの左右端部にそれぞれ配置されるので、その両端、つまり、左側の加熱用電極体１０Ｌの補償用抵抗部１１と板材ｗと右側の加熱用電極体１０Ｒの補償用抵抗部１１とは直列接続されたものとみなすことができ、左側の補償用抵抗部１１における区分領域の抵抗Ｒｉａと板材ｗの仮想領域の抵抗Ｒｉと右側の補償用抵抗部１１における区分領域の抵抗Ｒｉｂとが直列接続されたものとして扱うことができる。よって、左右の補償用抵抗部１１ａ、１１ｂとの両端の抵抗は、補償用抵抗部１１ａの区分領域の抵抗Ｒｉａと板材ｗの仮想領域の抵抗Ｒｉと補償用抵抗部１１ｂの区分領域の抵抗体Ｒｉｂとの和となる。

いま、板材ｗの仮想領域の抵抗Ｒｉは、奥行き方向に隣接する仮想領域同士で異なるので、上記抵抗の和が添え字ｉによらず等しくなるよう、抵抗Ｒｉａと抵抗Ｒｉｂの各値を設定すればよい。すると、加熱用電極体１０Ｌ，１０Ｒを板材ｗの加熱領域の左端部及び右端部に配置することで、補償用抵抗部１１ａ，１１ｂ間に等しい電圧を加えても、仮想領域と区分領域とを直列接続したもの同士の抵抗が等しいので、板材ｗの加熱領域には、場所によらず等しいと評価し得る電流密度が流れる。

補償用抵抗部１１がその奥行き方向の各領域、即ち区分領域に応じて抵抗値を有するようにするためには幾つか考えられるが、例えば区分領域毎に断面積、長さの何れか一方又は双方を異ならせるよう寸法設定すればよい。具体的には、各区分領域において図３に示すように、板材ｗとの接触面１１Ａから通電用電極側端面１１Ｂまでの長さを調整することにより補償用抵抗部１１中で電流が流れる距離を変えたり、図示を省略するが奥行き方向に厚みを調整したりすることで実現される。その際、第１の仮想領域Ｓ１の抵抗Ｒ１はゼロとなるように寸法設定してもよい。即ち、図３に示すように、奥行き方向に沿って補償用抵抗部が存在せず、接触面１１Ａと面一の位置に通電用電極部１２の板材ｗへの接触面１２Ａがあってもよい。

補償用抵抗部１１は、常温で抵抗率が板材ｗよりも高い素材で構成される。これは、板材ｗが通常鋼材等であるので、鋼材よりも抵抗率が高い方が、仮想領域毎の左右端間の抵抗差を補うのに好都合だからである。

特に、補償用抵抗部１１の素材は、鋳鉄又はステンレス材で構成されていることが好ましい。鋳鉄やステンレス材は熱伝導度が板材ｗより悪く、板材ｗが直接接触する補償用抵抗部１１に熱が流れ難くなる。板材ｗに流れる電流の密度を仮想領域毎に拠らず等しいと評価されるようにしているので、補償用抵抗部１１が板材ｗからの熱を奪わないからである。

図３に示す加熱用電極体１０では、補償用抵抗部１１に長孔１１Ｃが、奥行き方向と交差、好ましくは直交する方向に沿って一又は複数設けられている。補償用抵抗部１１のうち、板材ｗと接触しない側の一端には、通電用電極部１２が全区分領域に亘り設けられている。これにより、どの区分領域にも等しい電圧が加わり、電流が流れるように設計される。電流は最も抵抗が低くなる方向に流れるので、長孔１１Ｃを構成する部位に対し、長孔１１Ｃの孔の長手方向に沿って電流が流れるようにするためである。

一方、通電用電極部１２は、補償用抵抗部１１と比べて抵抗成分を無視しうるよう、銅などで構成される。通電用電極部１２は図３に示すように、加熱用電極体１０全体で、上端と下端との距離が奥行き方向で異ならないよう、補償用抵抗部１１の区分領域の長さの差分を補うように長さ調整される。なお、通電用電極部１２の厚さは補償用抵抗部１１の厚みよりも厚い。通電用電極部１２は良導体であって強度を確保しかつ取付穴を設ける必要性から厚くし、補償用抵抗部１１は抵抗体であって比較的強度を有しており、短距離で所定の抵抗値を得る必要性から薄くしている。

通電用電極部１２は、電源２１からの配線に接続できるよう、電気伝導性のある基台１３上に設置される（図３参照）。通電用電極部１２には、基台１３が通電用電極部１２上に固定できるよう取付用穴１２Ｃが設けられ、基台に対してネジ等の取付具１４で締結される。通電用電極部１２は通電による温度上昇を防止するために、水冷パイプ（図示せず）を挿通するための水冷パイプ用取付孔１２Ｄが穿設されている。

加熱用電極体１０は、補償用抵抗部１１と通電用電極部１２とが傾斜した接続面１１Ｂ，１２Ｂでろう付けにより接続され一体化されている。

〔通電加熱方法〕
このような通電加熱装置１を用いて板材ｗを通電加熱する方法について説明する。板材ｗは、前述のように、左右幅、厚みの何れか一方又は双方が奥行き方向で異なっており、それゆえ、加熱される領域の左端と右端との間の抵抗が奥行き方向に変化している。しかしながら、加熱される領域は奥行き方向に隣接する複数の仮想領域に区分され、仮想領域は同一領域では左右端間の抵抗差が許容範囲内であると評価され、隣接する仮想領域では左右端間の抵抗に差が生じている。いま、加熱される領域が板材ｗ全体に設定されているとする。

先ず、第１ステップとして、図１に示すように、板材ｗの左端部と右端部とに図３に示す加熱用電極体１０Ｌ，１０Ｒを配置する。その際、各補償用抵抗部１１を板材ｗ側に向けておく。

第２ステップとして、加熱用電極体１０Ｌ，１０Ｒの対に電源２１から電圧を印加する。すると、加熱用電極体１０Ｌの補償用抵抗部１１と加熱用電極体１０Ｒの補償用抵抗部１１との間の抵抗が奥行き方向で略等しいと評価できるようになる。よって、板材ｗにおける各仮想領域に流れる電流密度が仮想領域毎に異ならないと評価し得る範囲内に収められる。従って、仮想領域の左右端間の抵抗が、それに隣接する仮想領域の左右端間の抵抗と異なっていても、仮想領域によらずほぼ等しいと評価し得る範囲内で板材ｗを均一に加熱することができる。

このように、本発明の実施形態によれば、板材ｗが奥行き方向に左右幅、厚みが変化していても、その左右幅、厚みの変化により生じる抵抗差を補償用抵抗部１１で補い、補償用抵抗部１１を板材ｗの左端部、右端部に配置することで、補償用抵抗部１１と板材ｗとを直列接続し、その直列接続した両端の抵抗が奥行き方向で異ならないと評価されうるようにした。よって、その直列接続した両端間で、奥行き方向に異ならないと評価され得る電流密度を流すことが容易になる。加熱用電極体１１はこのような補償用抵抗部１１を備えているので、加熱用電極体１０を板材ｗの左端部、右端部の全長に亘って配置すればよく、作業の効率性が向上し、また、設備費の高騰を抑えることができる。

補償用抵抗部が板材ｗに対してどの程度の抵抗値を有していればよいか計算により検討した。図７は計算モデルを示し、（Ａ）は実際のワークの形状を示す図であり、（Ｂ）はワークと加熱用電極体との関係を概念的に示す図である。図８は計算モデルに関し、ワーク及び加熱用電極体の等価回路を示す図である。図示するように、板材ｗは均一な厚みｔを有し、平面視において下底Ｌａが上底Ｌｂより短い等脚台形状であるとする。上底及び下底の左端同士、右端同士を結ぶ線分が高さ方向に対して角度ｋθをなし、その線分に沿って電極長ｈを有する加熱用電極体１０が配置される状態を想定した。

加熱用電極体１０は奥行き方向に沿って５等分され、図７（Ａ）に符号１０ａ乃至１０ｅで模式的に示しており、それに伴い、補償用抵抗部を４等分し、加熱用電極体の５等分のうち１等分については補償用抵抗部を設けないこととした。補償用抵抗部の１等分毎に、板材ｗが４短冊直接接続されている。なお、板材ｗの右端にも加熱用電極体１０を５等分したものが配置されるが、図７（Ａ）には示していない。

等価回路的には、図８に示すように、板材ｗの抵抗Ｒ１〜Ｒ２０のうち順に４つの抵抗が並列接続され、抵抗Ｒ１〜Ｒ４を除いた抵抗Ｒ５〜Ｒ８、抵抗Ｒ９〜Ｒ１２、抵抗Ｒ１３〜Ｒ１６、抵抗Ｒ１７〜Ｒ２０の各並列接続に対して、それぞれ補償用抵抗部１１の各区分領域の抵抗Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの対，抵抗Ｒ３ａ，Ｒ３ｂの対，抵抗Ｒ４ａ，Ｒ４ｂの対，抵抗Ｒ５ａ，Ｒ５ｂの対が直列に接続されている。

この等価回路に対して、通電時間により板材ｗの抵抗Ｒ１〜Ｒ２０の各値を有する仮想領域に電流が流れ、ジュール熱により発生した熱が、その仮想領域の温度上昇に使用されたとして、仮想領域毎の上昇温度を計算した。

板材ｗの寸法設定は次のようにした。平面視で等脚台形の上底と下底とを結ぶ線分の長さをｈに等しいとして５０ｍｍとし、この線分が高さ方向に対してなす角度ｋθを２７度とし、上底の長さを最短電極間隔Ｌに等しいとして２００ｍｍとし、厚みｔを０．６ｍｍとした。材質としては０．０６％Ｃのキルド鋼とした。

補償用抵抗部１１の各区分領域の抵抗については、ワークの切り欠き部ｗａ，ｗｂの常温抵抗の２〜４倍に相当する固定抵抗とし、図７（Ｂ）及び図８ではＲ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａ，Ｒ５ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂ，Ｒ４ｂ，Ｒ５ｂで示している。なお、補償抵抗部１１は、切り欠き部の抵抗の２〜４倍になるように長さを区分領域毎に変えているが、断面積を区分領域毎に変えてもよい。
ここで、Ｒ５ａ＝ρ×Ｌ／（ｈ５×ｔ）×倍率［Ω］とし、Ｒ２ａ等についても対応するＬの長さを代入することで求まる。なお、ρはワークの常温での抵抗率、ｈ５は区分の奥行き方向の長さ、ｔはワークｗの厚さである。補償用抵抗の各値Ｒ２ａ，Ｒ３ａ，Ｒ４ａ，Ｒ５ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ３ｂ，Ｒ４ｂ，Ｒ５ｂは、補償用抵抗部の温度が２００℃となることを想定して、ステンレス抵抗率を９．４９×１０^-7Ω・ｍとした。

補償用抵抗部１１の区分領域毎の抵抗を切り欠き部ｗａ，ｗｂの区分幅の常温抵抗の２倍，３倍，４倍の各値となるよう設定した。

図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、補償用抵抗部における区分領域毎の抵抗が板材ｗの抵抗の２倍，３倍，４倍となるように設定した場合における板材ｗの仮想領域毎の温度分布を示すグラフである。
抵抗を２倍、３倍、４倍と大きくすることにより、仮想領域毎の温度差が約８９０℃〜９４０℃強、８９６℃〜９３５℃，９０５℃〜９２７℃となり、補償用抵抗部１１の区分領域毎の抵抗を板材ｗの抵抗の２〜４倍の範囲とすることにより、板材ｗの仮想領域毎の温度差も小さく、許容範囲内に収めることができる。なお、補償用抵抗部１１の区分領域毎の抵抗を板材ｗの抵抗の５倍とすると、補償用抵抗部１１での損失が大きくなるので好ましくない。

補償用抵抗部１１は、抵抗率の大きいステンレス、鋳鉄で構成されることが好ましい。これにより、板材ｗとの接触面積を大きくし、かつ、補償用抵抗部１１が抵抗成分を有するものの隣接した通電用電極部１２を水冷することで、補償用抵抗部１１の温度を板材ｗの加熱温度まで上昇させずに、補償用抵抗部を実質的に固定抵抗として扱うことができる。また、補償用抵抗部１１の温度を２００℃以下とすることにより、補償用抵抗部１１を極力酸化させないようにできる。補償用抵抗部１１がたとえ酸化したとしても板材ｗへ補償用抵抗部１１を接触させて押圧するので酸化膜が剥離し、酸化の影響は小さくなる。

補償用抵抗部１１を仮に板材ｗと同じ温度領域まで加熱すると、温度上昇により抵抗が急激に大きくなるが、補償用抵抗部１１をステンレス、鋳鉄で作製し間接的に水冷することで温度が所定以下とでき、補償用抵抗部１１による電力損失も抑えられる。

補償用抵抗部１１のうち板材ｗと接触する面などには銅メッキを施すことで、補償用抵抗部１１の板材ｗへの接触性が向上するので、部分的な非接触による接触抵抗を小さくすることができる。

補償用抵抗部１１には、図３に示すように、長穴１１Ｃを形成することに加え、各区分領域に電流が区分けされるように、板材ｗとの接触面側に小さなスリット１１Ｄを設けてもよい。

補償用抵抗部１１は板材ｗとは異なる材質で作製されているので、補償用抵抗部１１の温度は板材ｗまで上昇せず、補償用抵抗部１１を加熱毎に取り替える必要がない。

本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、発明の範囲内で種々設計変更した形態が含まれる。上記説明では、板材ｗの左右端部が左右端からの等距離にある軸に対して対称となっているので、各端部に加熱用電極体１０を配置しているが、板材ｗの左右の何れか一方側だけを切り欠いている場合にはその切り欠いた側のみに補償用抵抗部１１を備えた加熱用電極体１０を配置し、切り欠いていない側の端部には通電用電極部１２のみを直接板材ｗに接触してもよい。また、板材ｗが左右対称でなくても一方の補償用抵抗部１１に抵抗差を補うだけの抵抗を有するようにしてもよい。

以上の説明では、板材の全体が加熱される場合を説明している。しかしながら、板材の或る特定の領域が加熱領域として設定されている場合でも本発明を適用することができる。その際には、「板材の左右幅」を「加熱領域の左右幅」とすればよく、加熱用電極体を加熱領域の左端部や右端部に配置すればよい。

また、図２、図５、図７に示した板材ｗは平面視において互いに対向する線が略平行であり、板材ｗの左右幅は奥行き方向に沿って増加又は減少している。しかしながら、本発明の実施形態は、前述したように図２、図５、図７に模式的に示す場合に限定されず、図１０に示すように、平面視において、手前端の左右幅をＬｃとし、奥端の左右幅をＬｂとし、ほぼ中間での左右幅をＬａとすると、Ｌｃ＜Ｌｂ＜Ｌａの関係を満たすように、加熱領域の左右幅が奥行き方向に一定と評価されずに、変化しているか、又は、加熱領域の左右幅ではなく加熱領域の厚みだけが変化しているか、加熱領域の左右幅及び厚みが一定と評価されず何れも変化していてもよい。

また、加熱領域の奥行き方向に平行な断面が、加熱領域の手前からの距離に応じて変化していれば、本発明の実施形態に係る加熱用電極体、通電加熱装置及び通電加熱方法を適用することができる。

さらに、板材ｗに設定される加熱領域が平面視において対向する線が略平行でなくても、加熱される領域が奥行き方向に隣接する仮想領域に区分され、同じ仮想領域であれば左右端間の抵抗差が許容範囲内であり、隣接する仮想領域では左右端間の抵抗に差が生じるような板材ｗであれば、本発明の実施形態に係る加熱用電極体を用いて、加熱領域を略均一に加熱することができる。

１：通電加熱装置
１０，１０Ｌ，１０Ｒ：加熱用電極体
１１：補償用抵抗部
１１Ａ：接触面
１１Ｂ：接続面
１１Ｃ：長孔
１１Ｄ：スリット
１２：通電用電極部
１２Ａ：接触面
１２Ｂ：接続面
１２Ｃ：取付用穴
１２Ｄ：水冷パイプ用取付孔
１３：基台
１４：取付具
２１：電源
２２Ｌ，２２Ｒ：受け部
２３Ｌ，２３Ｒ：アクチュエータ
２４：制御部
２５：プレス機構
２６：板押さえ
２７：パンチ
２８：カウンタパンチ
２９：ダイ
Ｓｉ：仮想領域
ｗ：板材
ｗａ，ｗｂ：補償板（切り欠き部）

Claims (8)

1. 加熱される領域の左右幅、厚みの何れか一方又は双方が奥行き方向で変化する板材を通電加熱する際に用いられ、
   上記加熱される領域における左右端間の抵抗の奥行き方向の差を補う補償用抵抗部と、該補償用抵抗部を挟んで上記板材と逆側に配置される通電用電極部と、を備えた、加熱用電極体。
2. 加熱される領域の左右幅、厚みの何れか一方又は双方が奥行き方向に変化する板材であって、上記加熱される領域が複数の仮想領域に区分され、同じ仮想領域では左右端間の抵抗差が許容範囲内であり、隣接した仮想領域同士では左右端間の抵抗に差が生じる上記板材を通電加熱する際に用いられ、
   隣接した仮想領域同士の左右端間の抵抗の差を補うように、奥行き方向に仮想的に区分される補償用抵抗部であって、隣接する区分領域が異なった抵抗値を有する上記補償用抵抗部と、上記補償用抵抗部を挟んで上記板材と逆側に配置される通電用電極部と、を備え、
   上記加熱される領域の左端部、右端部の一方又は双方に上記補償用抵抗部が上記板材に接触するように配置されることにより上記板材の仮想領域と上記補償用抵抗部の区分領域とが電気的に直列接続される、加熱用電極体。
3. 隣接する前記区分領域の断面積、長さの何れか一方又は双方が異なるように、前記補償用抵抗部の寸法が設定されている、請求項２に記載の加熱用電極体。
4. 前記補償用抵抗部が、鋳鉄又はステンレス材で構成されている、請求項１又は２に記載の加熱用電極体。
5. 前記補償用抵抗部には、前記板材との接触面と前記通電用電極部との接続面とをつなぐ方向に沿って一又は複数の長孔が形成されていることにより、前記通電用電極部と前記板材との間に流れる電流の向きを制御する、請求項１又は２に記載の加熱用電極体。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の加熱用電極体と、該加熱用電極体に通電を行う電源と、を備えた、通電加熱装置。
7. さらに、パンチ及びダイを有するプレス機構を有する、請求項６に記載の通電加熱装置。
8. 加熱される領域の左右幅、厚みの何れか一方又は双方が奥行き方向に変化する板材であって、上記加熱される領域が複数の仮想領域に区分され、同じ仮想領域では左右端間の抵抗差が許容範囲内であり、隣接した仮想領域同士では左右端間の抵抗に差が生じる上記板材を通電加熱する方法であって、
   上記加熱される領域の左端部と右端部とに加熱用電極体を配置する第１ステップと、
   上記加熱用電極体の対に電圧を印加する第２ステップと、
   を含んでおり、
   上記第１ステップでは、上記加熱用電極体の対のうち少なくとも一方に、隣接した仮想領域同士の左右端間の抵抗の差を補うように、奥行き方向に仮想的に区分される補償用抵抗部であって、隣接する区分領域が異なった抵抗値を有する補償用抵抗部を板材側に向けて配置し、
   上記第２ステップにより、上記加熱される領域に流れる電流の密度が上記仮想領域によらず異ならないようにした、通電加熱方法。

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