JP2017045656A - 通電加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの加熱ムラを低減することができる通電加熱装置を提供する。
【解決手段】通電加熱装置１００は、ワークＷに通電する一対の電極１１と、一対の電極１１の一方とワークＷを介して対向配置された複数のワーク押さえ１２と、複数のワーク押さえ１２のそれぞれに設けられたバネ１５と、バネ１５を介して、複数のワーク押さえをワークＷに押し付けるサーボモータ１４と、を備えたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークを通電加熱する通電加熱装置に関するものである。

特許文献１には、ワークを通電加熱する通電加熱装置が開示されている。特許文献１の通電加熱装置は、電極、及び電極抑えを備えている。電極と電極抑えとは、素材（ワーク）を挟んで対向配置されている。電極と電極抑えがワークを挟んだ状態で、一対の電極に通電する。こうすることで、ワークに電流が流れるため、ワーク自体の抵抗発熱によって加熱を行うことができる。

特開２０１３−１３１３３３号公報

しかしながら、特許文献１の通電加熱装置では、ワークが平坦でないと、加熱ムラが発生するという問題点がある。すなわち、ワークである金属板が、電極の接触面に対して凹凸していると、ワークと電極との接触状態とが不均一になってしまう。したがって、ワーク面内に大きな温度ムラが生じてしまう。面内の温度ムラは、目標とする加熱温度範囲に対して大きく乖離する場合があり、１００℃を越える温度ムラが発生することもある。鋼の焼き入れを行うための加熱工程において、面内温度ムラは焼き入れ不良や表面に酸化スケールを発生させる原因となってしまう。

また、電極自体の発熱を抑えるために、電極内部を通る水路に水を流して冷却することがある。この状態で、通電加熱した場合、電極端から発熱するワークまで３０ｍｍ以内で７００℃以上の温度が発生することがある。ワーク内で急激な温度差が発生すると、熱膨張によってワークが波打つように湾曲する。この湾曲により、電極とワークとの接触状態が面接触から点接触へと変化する。すなわち、ワークが波打ってしまい、電極がワークの凸部のみ、又は凹部のみと接触してしまう。点接触部の電流密度が局部的に高くなる。この結果、電流密度の高い箇所が局所的に加熱され、ワーク面内に温度ムラが発生する。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ワークの加熱ムラを低減することができる通電加熱装置を提供するものである。

本発明の一態様に係る通電加熱装置は、ワークに通電する一対の電極と、前記一対の電極の一方と前記ワークを介して対向配置された複数のワーク押さえと、前記複数のワーク押さえのそれぞれに設けられた付勢手段と、前記付勢手段を介して、複数の前記ワーク押さえを前記ワークに押し付ける加圧機構と、を備えたものである。この構成により、ワークの加熱ムラを低減することができる。

本発明によれば、ワークの加熱ムラを低減することができる通電加熱装置を提供することができる。

本実施の形態にかかる通電加熱装置の構成を示す斜視図である。 本実施の形態にかかる通電加熱装置の側面図である。 比較例にかかる通電加熱装置の側面図である。

以下、本発明に係る通電加熱装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。各図において同一の符号は実質的に同じ構成を示す。

本実施の形態にかかる通電加熱装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、通電加熱装置１００の構成を模式的に示す斜視図である。

通電加熱装置１００は、ワークＷを通電加熱する。ワークＷは例えば、矩形状の金属板である。なお、図１では、説明の明確化のため、三次元直交座標系を示している。Ｚ方向が上下方向であり、ワークＷの厚さ方向となっている。Ｘ方向、及びＹ方向は、それぞれワークＷの端辺に沿った方向である。具体的には、Ｘ方向が矩形状のワークＷの長辺に沿った方向であり、Ｙ方向が短辺に沿った方向である。

ワークＷは、Ｙ方向に沿って搬送されていく。例えば、通電加熱を行うワークＷが−Ｙ側から、通電加熱装置１００に搬入される。そして、通電加熱が終了すると、ワークＷが＋Ｙ側に搬出される。

ワークＷは、鋼板などの焼き入れ可能な金属製の矩形材板である。通電加熱装置１００は、ワークＷを焼き入れ温度以上に加熱する。その後、ホットスタンプ金型によってワークＷにプレス成形されるとともに冷却されることによって、焼き入れが施させる。

通電加熱装置１００は、正極ユニット１０と負極ユニット２０とを備えている。正極ユニット１０と負極ユニット２０は、Ｘ方向に離間して配置されている。そして、正極ユニット１０がワークＷの一端に配置され、負極ユニット２０がワークＷの他端に配置さている。

正極ユニット１０は、電極１１、複数のワーク押さえ１２、筐体１３、サーボモータ１４、バネ１５、及び減速機１６を備えている。同様に、負極ユニット２０は、電極２１、複数のワーク押さえ２２、筐体２３、サーボモータ２４、バネ２５、及び減速機２６を備えている。電極１１が電源装置（不図示）の正極に接続され、電極２１が負極に接続される。そして、電源装置が、一対の電極１１と電極２１とに電圧を印可する。

正極ユニット１０の詳細な構成について、図２を合わせて参照して説明する。図２は、通電加熱装置１００の構成を模式的に示す側面図である。正極ユニット１０と負極ユニット２０とは、同じ構成となっているため、負極ユニット２０の詳細な構成については説明を省略する。すなわち、負極ユニット２０の電極２１、ワーク押さえ２２、筐体２３、サーボモータ２４、バネ２５、減速機２６がそれぞれ、正極ユニット１０の電極１１、ワーク押さえ１２、筐体１３、サーボモータ１４、バネ１５、減速機１６に対応している。

電極１１は、ワークＷの下に配置されている。複数のワーク押さえ１２は、ワークＷの上に配置されている。ワークＷを介して、電極１１と複数のワーク押さえ１２とが対向配置されている。すなわち、電極１１とワーク押さえ１２がワークＷの端部を挟み込む。なお、図２では、電極１１に対して、６つのワーク押さえ１２が設けられているが、ワーク押さえ１２の数は２以上であれば、特に限定されるものではない。

複数のワーク押さえ１２は、Ｙ方向に沿って１列に並んでいる。ここでは、複数のワーク押さえ１２が等しいピッチで並設されている。例えば、複数のワーク押さえ１２は、３０ｍｍピッチで並んでいる。

複数のワーク押さえ１２の上には、付勢手段であるバネ１５が配置されている。それぞれのワーク押さえ１２には、バネ１５が連結されている。すなわち、複数のワーク押さえ１２は、バネ１５によって保持されている。バネ１５は、それぞれのワーク押さえ１２に独立して設けられている。ここでは、正極ユニット１０に、６つのワーク押さえ１２が設けられているため、６つのバネ１５が設けられている。なお、付勢手段としては、弾性体であればよく、バネ以外のもの、例えば、樹脂やゴムなどを用いてもよい。

バネ１５の上には、筐体１３が配置されている。複数のバネ１５は、１つの筐体１３に固定されている。筐体１３は、Ｙ方向を長手方向とする直方体状になっており、その下面に複数のバネ１５が連結されている。複数のワーク押さえ１２は、バネ１５を介して筐体１３に連結されている。したがって、筐体１３は、複数のバネ１５を用いて、複数のワーク押さえ１２を弾性保持する。

筐体１３の上には、サーボモータ１４が設けられている。図２では、筐体１３に対して、２つのサーボモータ１４が設けられている。２つのサーボモータ１４は、Ｙ方向に離間して配置されている。サーボモータ１４は、加圧機構であり、ワーク押さえ１２と電極１１でワークＷに加圧する。具体的には、サーボモータ１４はボールねじなどを介して筐体１３を上下に移動する。サーボモータ１４が筐体１３を下降させると、筐体１３に取り付けられたワーク押さえ１２がワークＷを電極１１に押し付ける。電極１１とワーク押さえ１２とによって、ワークＷが挟み込まれて、加圧される。このように、サーボモータ１４は、バネ１５を介して、複数のワーク押さえ１２をワークＷに押し付ける。

さらに、本実施の形態では、サーボモータ１４と筐体１３との間に、減速機１６が設けられている。サーボモータ１４で発生した力が、減速機１６を介して、筐体１３に伝達する。

電極１１とワーク押さえ１２とが挟み込まれた状態で、ワークＷに通電する。すなわち、ワークＷの一端を電極１１とワーク押さえ１２で挟み込み、ワークＷの他端を電極２１とワーク押さえ２２とで挟み込む。この状態で電極１１と電極２１との間に電圧を印可する。これにより、ワークＷが通電される。ワークＷに流れる電流によってジュール熱が発生する。よって、ワークＷ自体が発熱して加熱される。

通電加熱中は、サーボモータ１４のトルク制御によって、一定の力でワークＷが電極１１に押し付けられている。よって、一定の力で電極１１とワークＷとが接触する状態を保つことができる。ワークＷを電極１１に確実に接触させることができる。

また、ワークＷが変形していると、ワークＷが非平坦になってしまう。例えば、加熱中にワークＷ自体の発熱によって熱膨張した場合、ワークＷが図２に示すように波打ってしまう。しかしながら、ワークＷの波打ちをバネ１５によって吸収することができる。よって、電極１１とワークＷとの接触状態を良好に保つことができうる。すなわち、ワークＷの変形に応じて、バネ１５が伸縮するため、均一な力でワーク押さえ１２がワークＷを電極１１に押し付けることができる。よって、ワークＷに流れる電流量に面内ムラが発生するのを防ぐことができる。これにより、加熱ムラを低減することができる。

具体的には、ワークＷの凸部（図２中のＡ）においては、バネ１５が縮む。ワークＷの変形に応じて、バネ１５が伸縮する。よって、ワークＷが押し上げられるのを防ぐことができる。これにより、電極１１とワークＷとが面接触となり、良好な接触状態を保つことができる。ワークＷに凹凸がある場合でも接触面積の減少を抑制することができ、均一な通電加熱が可能になる。したがって、加熱ムラを低減することができる。

図３に、本実施の形態にかかる通電加熱装置１００と比較するための比較例にかかる通電加熱装置２００を示す。図３は、通電加熱装置２００の構成を示す側面図である。比較例にかかる通電加熱装置２００では、ワーク押さえ１２が複数に分割されておらず、一体となっている。通電加熱装置２００では、バネ１５によってワーク押さえ１２が支持されていない。また、加圧機構がサーボモータ１４ではなく、エアシリンダ１７となっている。

通電加熱装置２００では、ワークＷが変形した場合、ワーク押さえ１２全体が押し上げられてしまう。すなわち、ワークＷの凸部（図３中のＢ）が強い力で押し付けられるため、ワークＷが反って、ワークＷの両端が持ち上がってしまう。図３では、ワークＷと電極１１とが点接触となり、良好な接触状態を保つことができない。

一方、本実施の形態にかかる通電加熱装置１００では、１つの電極１１に対してワーク押さえ１２を分割している。換言すると、１つの電極１１に対して複数のワーク押さえ１２が対向して配置される。そして、電極１１と複数のワーク押さえ１２がワークＷの端部を挟み込む。さらに、複数のワーク押さえ１２が独立したバネ１５によって支持されている。したがって、ワークＷが変形した場合でも、良好な接触状態を保つことができる。これにより、加熱ムラを低減することができる。

また、比較例にかかる通電加熱装置２００では、筐体１３がエアシリンダ１７によって上下動する。これに対して、本実施の形態にかかる通電加熱装置１００では、サーボモータ１４と減速機１６とによって、筐体１３が上下動する。これにより、２つのサーボモータ１４が均一な力で複数のワーク押さえ１２を押しつけることができる。よって、面内ムラを低減することができ、より均一な接触状態を作ることができる。

このように、本実施の形態にかかる通電加熱装置１００によれば、加熱ムラを低減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

Ｗ ワーク
１０ 正極ユニット
１１ 電極
１２ ワーク押さえ
１３ 筐体
１４ サーボモータ
１５ バネ
１６ 減速機
１７ エアシリンダ
２０ 負極ユニット
２１ 電極
２２ ワーク押さえ
２３ 筐体
２４ サーボモータ
２５ バネ
２６ 減速機
１００ 通電加熱装置
２００ 通電加熱装置

Claims (1)

1. ワークに通電する一対の電極と、
   前記一対の電極の一方と前記ワークを介して対向配置された複数のワーク押さえと、
   前記複数のワーク押さえのそれぞれに設けられた付勢手段と、
   前記付勢手段を介して、複数の前記ワーク押さえを前記ワークに押し付ける加圧機構と、を備えた通電加熱装置。

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