JP5477738B2 - 鋼材加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材に電極部を接触させて直接通電加熱する鋼材加熱装置に関するものである。

従来、各種の鋼材や鋼材からなる各種の部材を加熱する方式として、ワークの互いに離間した二箇所に電極を接触させ、電極間に交流電流を流すことにより直接通電加熱する方式が知られている。

直接通電加熱方式としては、例えば特許文献１に自動車用ドアガードビームの製造方法が開示されている。この方法においては、加熱処理すべきワークである鉄鋼製パイプの両端付近に電極の接続端子を接触させ、交流電流を流すことにより所定温度まで加熱し、その後鉄鋼製パイプに冷却水を噴射して冷却することで、鉄鋼製パイプの焼入れが行なわれる。

特許文献１では、加熱後に冷却水を噴射してワークを急冷する際、ワークに引張力を加えながら冷却水を噴射して焼入れを行なうことで、熱処理により柔軟になったワークが自重で変形するのを防止して真っすぐに保持できるとされている。

また、特許文献２には、長手方向の断面積がほぼ一定の本体部と、長手方向に本体部を挟んで設けられた一対の取付部とから成るワークの本体部を焼入れする熱処理装置が開示されている。この装置では、ワークの本体部を挟んだ両側の取付部を固定部位とすると共に通電部位とし、本体部の長手方向に直接通電して本体部を加熱して熱処理が行われる。

特許文献２では、一方の固定手段に対して他方の固定手段を進退自在に構成することで熱処理に際して自動車用部材の長手方向の伸びに対する拘束が回避され、自動車用部材の歪みの発生を抑制することができるとされている。

特開平０４−２８０９２４号公報 特開２００６−３２２０６５号公報

しかしながら、特許文献１のように加熱後に引張力を加えて冷却水により冷却すると、加熱時から冷却開始までの間に変形が生じ易く、冷却時に十分に変形が除去できる程度に引張力を負荷すると、ワークに伸びなどが生じ易かった。

特許文献２のように、固定手段を進退自在にすることで、熱処理時のワークの伸びを許容すると、ワーク重量が負荷された状態の固定手段がワークにより押圧されて、受動的に固定手段が進退するため、加熱されて変形し易くなったワークの熱膨張に対する抵抗力となり、ワークに曲がりが生じ易かった。特に、本体部に対して変形許容量以下の間隙が設けられた上治具及び下治具を配置しない場合には顕著であった。

本発明は、以上の点に鑑み、簡単な構造で鋼材の伸び及び曲がりなどの変形を防止しつつ容易に加熱処理を行うことが可能な鋼材加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の鋼材加熱装置は、
架台と、鋼材から成るワークの長さ方向に離れた位置で架台に装着された第一電極部及び第二電極部と、第一電極部及び第二電極部の少なくとも一方を付勢する付勢手段と、を備え、
第一電極部及び第二電極部が、ワークを支持して互いに相対変位可能に構成されると共に、第一電極部及び第二電極部のそれぞれがワークに対して移動不能に接続され、
第一電極部及び第二電極部の少なくとも一方が、他方に対して離接可能となるようにガイドレールに移動自在に支持され、
付勢手段が、ガイドレールに平行に設けられたネジ軸の回転により移動可能に支持され、付勢手段が上記ガイドレールに支持された第一電極部及びは第二電極部の少なくとも一方に連結されており、
第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加することによりワークの第一電極部と第二電極部との間の領域を直接通電加熱する時にはワークの熱膨張により第一電極部と第二電極部との間の距離が増加し、冷却時にはワークの熱収縮により第一電極部と第二電極部との間の距離が減少するように、付勢手段が、ワークの加熱時及び冷却時にワークの熱膨張及び熱収縮に対応した所定の付勢力で互いに離間する方向に、第一電極部及び第二電極部の少なくとも一方を付勢する。

上記鋼材加熱装置によれば、第一電極部及び第二電極部が互いに相対変位可能に構成され、それぞれがワークに対して移動不能に接続されているので、第一電極部及び第二電極部をワークに確実に接続してワークへ電力を供給し易くできると同時に、第一電極部及び第二電極部を利用してワークに引張力を負荷することが可能である。そのため、鋼材加熱装置の構造を簡単にできる。しかも、第一電極部及び第二電極部の少なくとも一方が、付勢手段により加熱時のワークの熱膨張及び冷却時の熱収縮に対応した力で互いに離間させる方向に付勢されているので、加熱時にワークが熱膨張すると、第一電極部と第二電極部との間の距離を容易に増加することができ、ワークの伸長に対する抵抗力を小さく抑えることができる。一方、冷却時にワークが熱収縮すると、過剰な引張力が作用することがなく、容易に付勢力に抗して第一電極部と第二電極部との間の距離を減少することが可能で、加熱されたワークに対して収縮を妨げるような抵抗力を抑えることができる。そのため、ワークの熱膨張及び熱収縮の際に、ワークが圧縮されたり引き延ばされたりすることを防止でき、ワークの伸びや曲がりなどの変形を防止して加熱処理することが可能である。

第一電極部及び第二電極部の一方又は双方が、互いに対向する一対の接触面を備え、一対の接触面間でワークが挟持されることにより、一対の接触面間で十分な力でワークを挟持することでワークに確実に付勢力を与えることができると共に、第一電極部及び第二電極部の一方又は双方の接触面をワークに十分な力で面接触させることで、接触抵抗を小さく抑えてワークを加熱し易くできる。

第一電極部及び第二電極部の少なくとも一方が、他方に対して離接可能となるようにガイドレールに移動自在に支持され、付勢手段が、ガイドレールに平行に設けられたネジ軸の回転により移動可能に支持され、付勢手段がガイドレールに支持された第一電極部又は第二電極部と連結されている場合には、第一電極部及び第二電極部の少なくとも一方がガイドレールに移動自在に支持されているので、第一電極部と第二電極部との相対位置を自在に調整できる。そして、ネジ軸に支持された付勢手段が、ガイドレールに支持された第一電極部又は第二電極部と連結されているので、ネジ軸を回転させて付勢手段を移動させることで、第一電極部と第二電極部との相対位置を調整することが可能であり、さらに、ネジ軸を停止して付勢手段を任意の位置に配置すると共に、付勢手段により第一電極部又は第二電極部を付勢することで、ワークに付勢力を負荷することが可能である。そのため、第一電極部と第二電極部との相対距離を調整する構造や付勢力を負荷する構造を簡単にすることができる。

上記構成において、好ましくは、ワークが、前記第一電極部及び第二電極部のみにより支持され、付勢手段が、エアーシリンダを備え、エアーシリンダに供給される空気圧により前記所定の付勢力が設定されている。
ワークが第一電極部及び第二電極部のみにより支持されることにより、ワークの熱膨張や熱収縮の際にワークの伸長や収縮に対する抵抗力が負荷され難く、加熱されて軟化したワークに変形が生じることを防止し易くできる。
付勢手段がエアーシリンダを備え、エアーシリンダに供給される空気圧により所定の付勢力が設定されていることにより、供給する空気圧の調整することで付勢力の調整を容易に行うことができ、種々のワークに応じた適切な付勢力をワークに負荷することが可能である。しかも、空気圧であれば圧縮性があり、第一電極部と第二電極部との間の距離の変化に対する付勢力の変動が小さく、ワークの熱膨張及び熱収縮時に安定した引張力を付与することができる。

上記構成において、好ましくは、さらに、第一電極部及び第二電極部に接続される電源用トランスを備え、
電源用トランスが、
一方の端面から他方の端面まで貫通した中空部を有する環状の鉄芯と、
中空部の内面、鉄芯の一方の端面、鉄芯の一方の端面と鉄芯の他方の端面とをつなぐ側面及び鉄芯の他方の端面に沿って、中空部の内面に戻るように中空パイプを複数ターン巻回して成る一次巻線と、
環状の鉄芯及び一次巻線に巻回した二次巻線と、
を備え、
二次巻線が、
鉄芯の中空部に挿通された板状の第一硬質導電部材と、
鉄芯の一方の端面よりも外側に配置され、板状の第一硬質導電部材の一端と接続された板状の一方の第二硬質導電部材と、
鉄芯の他方の端面よりも外側に配置され、板状の第一硬質導電部材の他端と接続された板状の他方の第二硬質導電部材と、
鉄芯の側面よりも外側で一端が一方の第二硬質導電部材の他端と接続された一方の第三硬質導電部材と、
鉄芯の側面よりも外側で一端が他方の第二硬質導電部材の他端と接続された他方の第三硬質導電部材と、
を備え、
第一硬質導電部材の一端と一方の第二硬質導電部材の一端とが連結され、第一硬質導電部材の他端と他方の第二硬質導電部材の一端とが連結され、一方の第二硬質導電部材の他端と一方の第三硬質導電部材の一端とが連結され、かつ他方の第二硬質導電部材の他端と他方の第三硬質導電部材の一端とが連結されることにより、二次巻線がワンターンを構成する。

これによれば、二次巻線が１ターンの巻線からなる電源トランスにより第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加して第一電極部と第二電極部との間の領域に電流を流すので、構造が簡単なトランスにより、二次巻線の断面積を大きく確保して大電流を通電し易くできる。そのため、ワークの加熱対象領域に大電流量を通電して短い昇温時間でワークを急昇温して加熱処理し易い。

本発明によれば、ワークを支持すると共にワークに対して移動不能に接続される第一電極部及び第二電極部が、互いに相対変位可能に構成されており、第一電極部及び第二電極部の少なくとも一方が、付勢手段により加熱時のワークの熱膨張及び冷却時の熱収縮に対応した力で互いに離間させる方向に付勢されているので、簡単な構造で鋼材の伸び及び曲がりなどの変形を防止しつつ容易に加熱処理を行うことが可能な鋼材加熱装置の電極構造を提供することができる。さらに、鋼材を急昇温して加熱処理する際、簡単な構造で鋼材の伸び及び曲がりなどの変形を防止し易い鋼材加熱方法を提供することができる。

本発明による鋼材加熱装置の電極構造の一実施形態を備えた鋼材加熱装置を示す概略正面図である。 図１の鋼材加熱装置の概略Ａ−Ａ断面図である。 図１の鋼材加熱装置の概略側面図である。 図１の鋼材加熱装置の部分拡大図である。 図１の鋼材加熱装置の電源側を示す一部を断面で示す概略平面図である。 図１の電源トランスを示す概略斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

この鋼材加熱装置１０は、板材、棒材、パイプ材、異形材、立体形状物など、種々の形状を呈した鋼材からなる各種のワークＷを加熱するための装置である。ワークＷとしては、鋼材からなるものであれば特に限定されないが、この実施の形態では、例えば板厚２ｍｍ以下、幅５００ｍｍ以下、長さ２０００ｍｍ以下、断面積２０００ｍｍ^２以下の板又は板加工品の加熱に特に好適に使用可能である。

鋼材加熱装置１０では、図１乃至図３に示すように、ワークＷの長さ方向の互いに離れた位置に電気的に接触する第一電極部２０と第二電極部３０とが、架台としてのフレーム１１の一方の側面側に、互いに離接可能に装着されて構成されている。ワークＷは第一電極部２０及び第二電極部３０のみにより支持されている。

第一電極部２０及び第二電極部３０には、図５及び図６に示す電源トランス８０の二次巻線８３からの導電部材４１,４２が電気的に接続されている。導電部材４２の第二電極部３０との接続位置は移動可能に構成されているが、詳細な図示は省略されている。この実施の形態では、第一電極部２０及び第二電極部３０間に、例えば５０Ｖ〜１００Ｖの高電圧を印加してワークＷに５０００Ａ〜２００００Ａの大電流を流すことが可能となっている。

第一電極部２０は、フレーム１１の互いに縦方向に離間した位置に離接可能に配置された第一下側電極部２０Ａ及び第一上側電極部２０Ｂを備える。第一下側電極部２０Ａは、フレーム１１に固定された略Ｌ字状の取付部材２４と、取付部材２４の水平部に固定された支持部２３と、支持部２３に揺動可能に支持された電極組立体２１とを備える。

第一上側電極部２０Ｂは、フレーム１１に装着された加圧部としての駆動シリンダ２７と、駆動シリンダ２７に鉛直方向に上下動可能に装着された支持部２５と、支持部２５に揺動可能に支持された電極組立体２２とを備える。

電極組立体２１，２２は、導電材料からなり板状を呈する電極基体６１と、導電材料からなり電極基体６１の表面に面接触して固定されると共に、固定部位から突出してワークＷとの接触面６２が形成された電極本体６３とを有する。第一下側電極部２０Ａ及び第一上側電極部２０Ｂの接触面６２同士は互いに対向している。

接触面６２は、それぞれワークＷの表面に対応した形状を呈しており、ここでは平面形状となっている。この接触面６２は、ワークＷの幅方向に延びて加熱予定領域の幅以上に形成されていることが好適であり、ここでは、ワークＷ表面の全幅に亘って接触できる長さに形成されている。電極組立体２１，２２が支持部２３，２５に揺動可能に支持されているため、ワークＷに押し付けられることで接触面６２がワークＷの表面に面接触可能となっている。

電極組立体２１，２２の電極基体６１には給電部６１ａが設けられている。給電部６１ａには給電用ケーブル７２が接続されており、この給電用ケーブル７２としては可撓性を有するものが好適で、例えば編組銅線ケーブルを使用することができる。

第一上側電極部２０Ｂの駆動シリンダ２７は、空気圧等の流体圧により駆動されるガイド付きシリンダであって、支持部２５を第一下側電極部２０Ａ側に加圧可能となっている。駆動シリンダ２７による加圧力は、電極組立体２１，２２の接触面６２が十分な接圧でワークＷの表面に面接触させることが可能であると同時に、接触面６２間でワークＷを十分な挟持力で挟持でき、後述する付勢力が負荷された際に、第一電極部２０がワークＷに対して摺動することなく移動不能な状態を維持できることが必要である。

第二電極部３０は、フレーム１１の第一電極部２０と同じ側面に装着されて第一電極部２０との間の距離を調整するための間隔調整部４０と、フレーム１１に間隔調整部４０を介して装着され、互いに縦方向に離間した位置に離接可能に配置された第二下側電極部３０Ａ及び第二上側電極部３０Ｂと、第一電極部２０から離間する方向に第二電極部３０に引張力又は加圧力からなる付勢力を負荷可能な付勢手段としての引張部５０とを備えている。

第二電極部３０の第二下側電極部３０Ａは、間隔調整部４０の後述する移動ベース３８に固定された略Ｌ字状の取付部材３４と、取付部材３４の水平部に固定された支持部３３と、支持部３３に揺動可能に支持された電極組立体３１とを備える。

第二電極部３０の第二上側電極部３０Ｂは、移動ベース３８に装着された加圧部としての駆動シリンダ３７と、駆動シリンダ３７により鉛直方向に上下動可能に装着された支持部３５と、支持部３５に揺動可能に支持された電極組立体３２とを備える。

第二電極部３０の電極組立体３１，３２は、導電材料からなり板状を呈する電極基体６１と、導電材料からなり電極基体６１の表面に面接触して固定されると共に、固定部位から突出してワークＷとの接触面６２が形成された電極本体６３とを有する。第二下側電極部３０Ａ及び第二上側電極部３０Ｂの接触面６２同士は互いに対向している。

接触面６２は、それぞれワークＷの表面に対応した形状を呈しており、ここでは平面形状となっている。この接触面６２は、ワークＷの幅方向に延びて加熱予定領域の幅以上に形成されていることが好適であり、ここでは、ワークＷ表面の全幅に亘って接触できる長さに形成されている。電極組立体３１，３２が支持部３３，３５に揺動可能に支持されているため、ワークＷに押し付けられることで接触面６２がワークＷの表面に面接触可能となっている。

電極組立体３１，３２の電極基体６１には給電部６１ａが設けられている。給電部６１ａには給電用ケーブル７２が接続されており、この給電用ケーブル７２としては可撓性を有するものが好適で、例えば編組銅線ケーブルを使用することができる。

第二上側電極部３０Ｂの駆動シリンダ３７は、空気圧等の流体圧により駆動されるガイド付きシリンダであって、支持部３５を第二下側電極部３０Ａ側に加圧可能となっている。駆動シリンダ３７による加圧力は、電極組立体３１，３２の接触面６２が十分な接圧でワークＷの表面に面接触させることが可能であると同時に、接触面６２間でワークＷを十分な挟持力で挟持でき、後述する付勢力が負荷された際に、第二電極部３０がワークＷに対して移動不能に維持できることが必要である。

第二電極部３０の間隔調整部４０及び引張部５０は、フレーム１１の上方及び下方の位置に互いに平行に固定されたガイドレール１２ａ，１２ｂと、ガイドレール１２ａ，１２ｂに水平方向に横移動可能に支持された移動ベース３８と、ガイドレール１２ａ、１２ｂと平行に配置され、ハンドル３９ｃにより回転可能なネジ軸３９ｂと、ネジ軸３９ｂに螺合する移動ブロック３９ａと、移動ブロック３９ａに固定され、移動ベース３８と連結されたロッド５１とを有するエアーシリンダ５２とを備える。

間隔調整部４０では、ハンドル３９ｃによりネジ軸３９ｂを回転させて移動ブロック３９ａを移動させると、エアーシリンダ５２を介して連結された移動ベース３８がガイドレール１２ａ，１２ｂに沿って移動でき、これにより第二電極部３０が第一電極部２０に対して相対変位可能で、近接又は離間することが可能となっている。

引張部５０では、図４に示すように、移動ベース３８及び移動ブロック３９ａが所定位置に配置された状態で、エアーシリンダ５２に調整された空気圧を供給することで、供給された空気圧に対応する力で移動ベース３８を移動ブロック３９ａ側に引っ張ることが可能となっている。

引張部５０による移動ベース３８の付勢力は、ワークＷの加熱時及び冷却時の熱膨張及び熱収縮に対応した所定の力に調整されている。付勢力の調整はエアーシリンダ５２に供給する空気圧の調整により行うことができる。ここでは、所定の力は加熱時にワークＷの熱膨張により第一電極部２０と第二電極部３０との間が離間することが可能であると共に、冷却時にワークＷの熱収縮により第一電極部２０と第二電極部３０との間が収縮することが可能に設定されている。

具体的には、ワークＷを挟持することでワークＷの重量が第二電極部３０に負荷された状態で、エアーシリンダ５２の引張力により移動ベース３８がガイドレール１２ａ，１２ｂ上で移動できる力以上であって、ワークＷの冷却時の熱収縮する力で、エアーシリンダ５２の引張力に抗して移動ベース３８がガイドレール１２ａ，１２ｂ上で移動可能な力以下であることが必要である。特に、ワークＷの冷却時の熱収縮する力で、熱収縮量を完全に移動できる力であることが望ましい。

熱膨張及び熱収縮時にワークＷに生じる力は、ワークの材質、長さ、質量又は体積、形状、加熱温度、昇温速度又は降温速度など、種々の条件に応じて変動する。そのため、引張部５０の引張力は、加熱予定のワークＷに応じて、移動ベース３８を移動させるための力と複合して設定されるのが好適である。引張部５０の好ましい付勢力は、種々の条件から近似的に演算などにより求めてもよいが、予備試験などにより予め求めたり、その値を実際の鋼材加熱装置に応じて補正するなどにより求めることも可能である。

一方、この鋼材加熱装置１０の電源トランス８０は、図５及び図６に示すように、環状の鉄芯８１と、この鉄芯８１に巻回された一次巻線８２及び二次巻線８３を備える。

鉄芯８１は、公知の鉄芯材料により環状に形成されており、外形形状が略直方体状を呈し、中央に一方の端面８１ａから他方の端面８１ｂまで貫通する間口としての中空部８４を備えている。鉄芯８１の一次巻線８２及び二次巻線８３が巻回される領域において、その断面積は出力電圧及び周波数に対応して設定されている。

一次巻線８２は、導電材料からなる中空パイプにより構成されており、鉄芯８１の周囲に沿って、例えば鉄芯８１の中空部８４の内面、鉄芯８１の一方の端面８１ａ、一方又は他方の側面８１ｃ，８１ｄ、他方の端面８１ｂに沿って、鉄芯８１の中空部８４の内面に戻るように鉄芯８１の表面に沿って引き回されている。一次巻線８２の巻数は、鉄芯８１の左右の各部分で、それぞれ複数ターンとなっている。

一次巻線８２は、鉄芯８１の左右の各部分において、それぞれ始端及び終端に接続端子８２ａ，８２ｂを備え、接続端子８２ａ，８２ｂには交流電源からの交流が電力調整部８５を介して供給されるように接続されている。

一次巻線８２は、鉄芯８１の端面８１ａ側に配置された始端及び終端に、図示しない水等の冷却媒体の供給部が接続されており、一次巻線８２の内部に冷却媒体が流通されて一次巻線８２を冷却可能となっている。

二次巻線８３は、鉄芯８１の中空部８４に挿通された第一硬質導電部材８６と、この第一硬質導電部材８６に接続された一対の第二硬質導電部材８７，８８及び一対の第三硬質導電部材８９，９０とを備えている。硬質導電部材８６〜９０は、導電材料から十分な断面積を有して形成されており、曲げ加工が容易でない程度の剛性を有する。

具体的には、第一硬質導電部材８６は導電材料から板状に形成されており、その断面積は出力電流に対応して設定され、第一硬質導電部材８６の長さは鉄芯８１の中空部８４の長さより長く設定されている。第一硬質導電部材８６は、鉄芯８１の中空部８４内に挿通されたとき、その両端８６ａ，８６ｂが鉄芯８１の端面８１ａ，８１ｂから突出する。

各第二硬質導電部材８７，８８は、第一硬質導電部材８６と同様の導電材料から板状に形成されており、その断面積も同じである。第二硬質導電部材８７，８８には、一端８７ａ，８８ａを直角に屈曲されることで第一硬質導電部材８６との連結部位が立体的に形成されている。連結部位における第一硬質導電部材８６との接触面積は第二硬質導電部材８７，８８の断面積以上に確保されている。各第二硬質導電部材８７，８８は、第一硬質導電部材８６の両端８６ａ，８６ｂに対してそれぞれ一端８７ａ，８８ａが締結具としてのボルト３６により連結されている。

各第二硬質導電部材８７，８８の長さは、鉄芯８１の中空部８４内側から側面８１ｄまでの長さより長く設定されており、第一硬質導電部材８６と連結された状態で各第二硬質導電部材８７，８８の他端８７ｂ，８８ｂが鉄芯８１の側面８１ｄを越えて突出している。

各第三硬質導電部材８９，９０は、第一硬質導電部材８６及び第二硬質導電部材８７，８８と同様の導電材料から板状に形成され、その断面積も同様である。第三硬質導電部材８９，９０には、一端８９ａ，９０ａを直角に屈曲されることで第二硬質導電部材８７，８８との連結部位が立体的に形成されている。連結部位における各第二硬質導電部材８７，８８との接触面積は第三硬質導電部材８９，９０の断面積以上に確保されている。各第三硬質導電部材８９，９０は、第二硬質導電部材８７，８８の他端８７ｂ，８８ｂに対してそれぞれ一端８９ａ，９０ａが締結具としてのボルト９１により連結されている。

第三硬質導電部材８９，９０は、鉄芯８１の他方の側面８１ｄに向き合って延び、各第三硬質導電部材８９，９０の他端８９ｂ，９０ｂが、鉄芯８１の他方の側面８１ｄ側で互いに離れた位置に配置されている。

このような第一から第三硬質導電部材８６〜９０は、互いに連結されることで二次巻線８３が全長で連続した１本の導電体として構成され、全体で１ターンの巻き線となっている。

第一から第三硬質導電部材８６〜９０のそれぞれその表面には、各硬質導部材８６〜９０毎に冷却手段９２ａ〜９２ｅが設けられている。各冷却手段９２ａ〜９２ｅは、各硬質導電部材８６〜９０の表面に接触状態で接合された冷却パイプから構成されており、その始端及び終端に、図示しない水等の冷却媒体の供給部及び排出部が接続されている。これにより、各冷却手段９２ａ〜９２ｅの内部に冷却媒体が流通されることで、第一から第三硬質導電部材８６〜９０が冷却可能となっている。

この鋼材加熱装置１０では、ワークＷの加熱領域全体を均一に急速温度上昇させることが可能であり、２００℃／秒以上の昇温速度を実現することも可能となっている。

そのような電源トランス８０に要求される仕様としては、例えば商用周波数５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚで入力電圧がＡＣ２００Ｖ、４４０Ｖ又は６６０Ｖであり、容量が５００ｋＶＡ〜２０００ｋＶＡ以上で、１ターンの二次巻線８３により、ワークＷに応じた例えばＡＣ５０Ｖ〜１００Ｖの出力電圧、ＡＣ８，０００Ａ〜２０，０００Ａ又はそれ以上の出力電流が得られることが好ましい。二次巻線８３としては、このような出力電圧及び出力電流が得られるように、断面積を確保することが好ましい。

以上のような電極構造を有する鋼材加熱装置１０において、ワークＷを熱処理するには次のように行う。

まず、直接通電加熱すべきワークＷの加熱予定の領域の長さに合わせ、間隔調整部４０のハンドル３９ｃを回転操作し、第一電極部２０と第二電極部３０の間隔を調整する。

ワークＷの全長に亘って加熱する場合には、第一電極部２０の電極組立体２１，２２と第二電極部３０の電極組立体３１，３２を、それぞれワークＷの両端部に接触できるように、第一電極部２０と第二電極部３０の間隔を調整する。

ワークＷの一部を加熱する場合には、第一電極部２０の電極組立体２１，２２と第二電極部３０の電極組立体３１，３２を、それぞれワークＷの加熱すべき領域の両端付近に接触できるように、第一電極部２０と第二電極部３０の間隔を調整する。

次いで、第一電極部２０の電極組立体２１，２２の間と、第二電極部３０の電極組立体３１，３２の間とにワークＷを挿入し、ワークＷの幅方向の中心に揺動支点を整合させるようにして、第一下側電極部２０Ａ及び第二下側電極部３０Ａの接触面６２上にワークＷを載置する。ここでは、電極組立体２１，２２，３１，３２の揺動支点が接触面６２の中央部に対応する位置であるため、各接触面６２の中央部がワークＷの幅方向の中心となるようにワークＷが載置される。

載置後、第一上側電極部２０Ｂ及び第二上側電極部３０Ｂの駆動シリンダ２７，３７を駆動し、第一上側電極部２０Ｂ及び第二上側電極部３０Ｂの各接触面６２を、それぞれワークＷ表面に対して近接させて押し付ける。これにより第一電極部２０及び第二電極部３０の２カ所において、ワークＷがそれぞれ各電極組立体２１，２２，３１，３２間で十分な力で挟持され、第一電極部２０及び第二電極部３０の接触面６２がワークＷに対して移動不能に接続される。

挟持後、エアーシリンダ５２に予め設定された所定の空気圧を供給することで、ネジ軸３９ｂに螺合状態で配置されている移動ブロック３９ａ側へ移動ベース３８が付勢される。ここでは、第一電極部２０及び第二電極部３０の接触面６２がワークＷに対して移動不能に接続されているため、第一電極部２０及び第二電極部３０を利用してワークＷに所定の付勢力を負荷することができる。

この状態では、電源トランス８０では、第一から第三硬質導電部材８６〜９０が接続されて二次巻線８３が構成され、この二次巻線８３が導電部材４１,４２、第一電極部及び第二電極部２０，３０を介してワークＷに接続されることで、全体で鉄芯１１の周囲に１ターンの閉じた回路が構成される。

そして、商用電源等の交流電源から交流を電源トランス８０の複数巻回された一次巻線８２に供給する。このとき、電源トランス８０の一次巻線８２及び二次巻線８３の冷却手段９２ａ〜９２ｅに対して冷却装置から冷却媒体を流通させつつ通電する。

これにより、二次巻線８３の第一硬質導電部材８６から第二硬質導電部材８７，８８、第三硬質導電部材８９，９０、導電部材４１,４２、第一電極部及び第二電極部２０，３０及びワークＷにより形成される閉回路に各種の条件に対応した電流が生じる。

このとき、二次巻線８３が１ターンの巻線として構成されているため、閉回路のワークＷには大電流を流すことができ、ワークＷを短時間で急激に昇温させることができる。例えば、ワークＷの加熱予定の領域を２００℃／秒以上の昇温速度で、１０００℃程度の高温まで一気に昇温させることができる。

加熱時には、各電極組立体２１，２２，３１，３２の接触面６２がワークＷ表面に十分な接圧で面接触しているため接触抵抗をできるだけ小さく抑えることができる。そのため、ワークＷのより広い範囲で電流を均一に流し易く、ワークＷの広い領域を均一に加熱することが可能である。例えば、ワークＷに高電圧で大電流を通電して直接通電加熱を行うことで、大電流を流して短時間で急昇温させても、昇温速度や温度のばらつきを防止できて均一な加熱を行うことが可能である。

この加熱時には、引張部５０により熱膨張及び冷却時の熱収縮に対応した所定の引張力が常時ワークＷに負荷されている。そのため、加熱時にワークＷが昇温されて熱膨張すると、第一電極部２０と第二電極部３０との間の距離が容易に増加し、ワークＷの伸長に対する抵抗力が小さく抑えられ、例えば線膨張係数に応じて伸長することができてワークＷに変形が生じない。

そして、ワークＷを所望の温度まで急昇温させた後には、直ちに、或いは、必要に応じて通電を所定時間継続して所定温度を保持した後、通電を停止し、ワークＷを空冷或いは水冷などの適宜な方法で冷却する。

この冷却時にも引張部５０により所定の引張力が常時ワークＷに負荷されている。そのため、適度な引張力が負荷されつつ、ワークＷが熱収縮することができ、過剰な引張力が作用することがなく、容易に付勢力に抗して第一電極部２０と第二電極部３０との間の距離を減少することが可能で、加熱されたワークＷに対して収縮を妨げるような抵抗力を抑えることができる。

従って、加熱及び冷却時にワークＷが熱膨張及び熱収縮する際、ワークＷが圧縮されたり引き延ばされることを防止でき、ワークＷの伸びや曲がりなどの変形を防止して加熱処理を行うことができる。

特に、二次巻線８３が１ターンの巻線からなる電源トランス８０により第一電極部２０と第二電極部３０との間に電圧を印加して第一電極部２０と第二電極部３０との間の領域に電流を流すことでワークＷを加熱しているので、電源トランス８０を簡単な構成でコンパクトに形成し易く、また二次巻線８３の断面積を大きく確保して大電流を通電し易く、そのため、コンパクトな装置で、ワークＷの加熱対象領域に大電流量を通電して短い昇温時間でワークＷを急昇温させることが可能である。

そして、このようにワークＷの所定領域に大電流を通電して急昇温するような加熱処理を行う場合であっても、ワークＷに特定の引張力を負荷することで、加熱時におけるワークの伸長に対する抵抗力を小さく抑えると共に、冷却時におけるワークＷの熱収縮に対する過剰な引張力を小さく抑えることができるので、ワークの急激な熱膨張や熱収縮に対してワークが圧縮されたり引き延ばされることを防止でき、ワークの伸びや曲がりなどの変形を確実に防止することができる。

加えて、この鋼材加熱装置１０では、ワークＷが第一電極部２０及び第二電極部３０のみにより支持されるので、ワークＷの熱膨張や熱収縮の際、第一電極部２０及び第二電極部３０以外からワークＷの伸長や収縮に対する抵抗力が負荷されることがなく、加熱軟化されたワークＷの変形をより防止できる。

引張部５０のエアーシリンダ５２では、供給される空気圧により所定の付勢力が設定できるので、付勢力の調整が容易にでき、種々のワークＷに応じた適切な付勢力をワークＷに負荷させることができる。

しかも、空気圧の圧縮性を利用して、第一電極部２０と第二電極部３０との間の距離の変化に対する付勢力の変動を小さくでき、ワークＷの熱膨張及び熱収縮時に安定した引張力を付与できる。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。

例えば上記では、付勢手段として、エアーシリンダ５２により移動ベース３８を引っ張るように構成したが、他の流体圧シリンダ、バネ等、他の付勢手段を用いていてもよい。また、第二電極部３０に対して反対側に移動ブロック３９ａ及びエアーシリンダを配置して、移動ベース３８を押圧することでワークＷを引っ張る方向に付勢してもよい。

上記では、第一電極部２０及び第二電極部３０に、それぞれ上下両側の電極組立体２１，２２，３１，３２に給電されるように構成したが、下側または上側の一方の電極組立体２１，２２，３１，３２のみに給電されるようにしてもよい。

これらの電極組立体２１，２２，３１，３２の形状や構成も変更可能であり、各支持部２３，２５，３３，３５に支持される一つの部材からなるものであってもよい。

１０ 鋼材加熱装置
１１ フレーム（架台）
１２ａ，１２ｂ ガイドレール
２０ 第一電極部
２０Ａ 第一下側電極部
２０Ｂ 第一上側電極部
２１，２２，３１，３２ 電極組立体
２３，２５，３３，３５ 支持部
２４，３４ 取付部材
２７，３７ 駆動シリンダ
３０ 第二電極部
３０Ａ 第二下側電極部
３０Ｂ 第二上側電極部
３８ 移動ベース
３９ａ 移動ブロック
３９ｂ ネジ軸
３９ｃ ハンドル
４０ 間隔調整部
５０ 引張部（付勢手段）
５１ ロッド
５２ エアーシリンダ
６１ 電極基体
６１ａ 給電部
６２ 接触面
６３ 電極本体
７２ 給電用ケーブル
８０ 電源トランス
８１ 鉄芯
８２ 一次巻線
８３ 二次巻線
８４ 中空部
８５ 電力調整部
８６ 第一硬質導電部材
８７，８８ 第二硬質導電部材
８９，９０ 第３硬質導電部材
Ｗ ワーク（鋼材）

Claims (3)

1. 架台と、鋼材から成るワークの長さ方向に離れた位置で上記架台に装着された第一電極部及び第二電極部と、上記第一電極部及び上記第二電極部の少なくとも一方を付勢する付勢手段と、を備え、
   上記第一電極部及び上記第二電極部が、上記ワークを支持して互いに相対変位可能に構成されると共に、上記第一電極部及び上記第二電極部のそれぞれが上記ワークに対して移動不能に接続され、
   上記第一電極部及び上記第二電極部の少なくとも一方が、他方に対して離接可能となるようにガイドレールに移動自在に支持され、
   上記付勢手段が、上記ガイドレールに平行に設けられたネジ軸の回転により移動可能に支持され、上記付勢手段が上記ガイドレールに支持された上記第一電極部及び上記第二電極部の少なくとも一方に連結されており、
   上記第一電極部と上記第二電極部との間に電圧を印加することにより上記ワークの上記第一電極部と上記第二電極部との間の領域を直接通電加熱する時には上記ワークの熱膨張により上記第一電極部と上記第二電極部との間の距離が増加し、冷却時には上記ワークの熱収縮により上記第一電極部と上記第二電極部との間の距離が減少するように、上記付勢手段が、上記ワークの加熱時及び冷却時に上記ワークの熱膨張及び熱収縮に対応した所定の付勢力で互いに離間する方向に、上記第一電極部及び上記第二電極部の少なくとも一方を付勢する、鋼材加熱装置。
2. 前記ワークが、前記第一電極部及び第二電極部のみにより支持され、
   前記付勢手段が、エアーシリンダを備え、該エアーシリンダに供給される空気圧により前記所定の付勢力が設定されている、
   請求項１に記載の鋼材加熱装置。
3. さらに、前記第一電極部及び前記第二電極部に接続される電源用トランスを備え、
   上記電源用トランスが、
   一方の端面から他方の端面まで貫通した中空部を有する環状の鉄芯と、
   上記中空部の内面、上記鉄芯の一方の端面、上記鉄芯の一方の端面と上記鉄芯の他方の端面とをつなぐ側面及び上記鉄芯の他方の端面に沿って、上記中空部の内面に戻るように中空パイプを複数ターン巻回して成る一次巻線と、
   上記環状の鉄芯及び上記一次巻線に巻回した二次巻線と、
   を備え、
   上記二次巻線が、
   上記鉄芯の中空部に挿通された板状の第一硬質導電部材と、
   上記鉄芯の一方の端面よりも外側に配置され、上記板状の第一硬質導電部材の一端と接続された板状の一方の第二硬質導電部材と、
   上記鉄芯の他方の端面よりも外側に配置され、上記板状の第一硬質導電部材の他端と接続された板状の他方の第二硬質導電部材と、
   上記鉄芯の側面よりも外側で一端が上記一方の第二硬質導電部材の他端と接続された一方の第三硬質導電部材と、
   上記鉄芯の側面よりも外側で一端が上記他方の第二硬質導電部材の他端と接続された他方の第三硬質導電部材と、
   を備え、
   上記第一硬質導電部材の一端と上記一方の第二硬質導電部材の一端とが連結され、上記第一硬質導電部材の他端と上記他方の第二硬質導電部材の一端とが連結され、上記一方の第二硬質導電部材の他端と上記一方の第三硬質導電部材の一端とが連結され、かつ上記他方の第二硬質導電部材の他端と上記他方の第三硬質導電部材の一端とが連結されることにより、上記二次巻線がワンターンを構成する、
   請求項１又は２に記載の鋼材加熱装置。

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