JP5708470B2

JP5708470B2 - 通電加熱装置

Info

Publication number: JP5708470B2
Application number: JP2011278703A
Authority: JP
Inventors: 浩二秋永; 和久前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: JP2013131333A

Description

本発明は、通電加熱により素材を所定温度以上に加熱する通電加熱装置に関する。

従来、ホットスタンプの分野で、素材を焼入れ温度以上に加熱するために通電加熱が広く用いられている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、成形型に載置されるワークに近接移動する電極を用いてワークに通電する構成が開示されている。

特開２００８−８７００１号公報

一般的な通電加熱装置は、電極と、その電極と素材を挟んで対向するように配置される電極押さえと、によって素材をクランプした状態で通電する。これらの電極及び電極押さえは、クロム銅等の導電性の高い材料で構成されており、それ自体のジュール熱による加熱が抑制されている。このため、通電加熱を行うことにより、ジュール熱によって加熱される素材と、加熱されない電極及び電極押さえとの間で大きな温度差が発生し、素材から電極及び電極押さえへの抜熱量が大きくなるという課題を含む。
このように、従来の通電加熱装置では、通電加熱途中の電極及び電極押さえと加熱される素材との温度差に起因する抜熱について考慮されておらず、素材の被クランプ部近傍の温度が低くなってしまう加熱むらが生じることがある。そこで、本発明は、通電用の電極及び電極とともに素材を挟持する電極押さえによる抜熱量を抑え、加熱後の素材に温度むらが生じることを抑制する技術を提供する。

本発明の通電加熱装置は、少なくとも一対の電極及び一対の電極押さえで素材を挟持し、前記電極間に通電することによって前記素材を加熱する通電加熱装置であって、前記電極は、その通電方向に沿って分割される、前記電極間に通電する通電部と、該通電部を補強する補強部とによって構成され、前記電極押さえ、及び、前記電極の補強部が断熱性を有する部材によって構成され、前記補強部を前記通電部による通電領域の内側に配置する。

通電加熱装置の好ましい一実施形態では、前記電極押さえには、前記電極から素材への通電を確認するための通電確認手段が設けられる。

本発明によれば、電極及び電極押さえと素材の温度差に起因する抜熱を低減し、通電加熱後の温度むらを低減することができる。

通電加熱装置を示す図である。通電加熱装置における通電確認の様子を示す図である。通電加熱装置の別実施形態を示す図である。通電加熱装置の他の実施形態を示す図である。

図１に示すように、通電加熱装置１は、素材２の両端の被クランプ部３・３に当接して通電するための一対の電極１０・１０、及び、電極１０に対して素材２の被クランプ部３を挟んで対向する一対の電極押さえ２０・２０を具備する。
素材２は、鋼板等の焼入れ可能な金属製の矩形板材であり、通電加熱装置１によってその焼入れ温度以上に加熱される。その後、ホットスタンプ金型にてプレス成形されるとともに、冷却されることによって焼入れが施される。

図１に示すように、電極１０は、通電部１１と補強部１２とによって構成される。電極１０・１０は、矩形状に形成される素材２の長手方向又は短手方向の両端部に配置され、素材２に対して下方から接触する。電極１０・１０は、素材２との接触部において、素材２の被クランプ部の幅と同等又はそれよりも大きい幅を有するように構成される。

通電部１１は、クロム銅等の高導電性材料によって構成されている。対となる電極１０・１０の通電部１１・１１は、適宜の電源装置の正極及び負極に接続され、通電部１１・１１間に電圧が印加されて電流が付与される。
補強部１２は、断熱性を有する材料によって構成される断熱性部材であるとともに、通電部１１の側部に接触した状態で配置され、その強度を補強するための補強部材である。補強部１２は、通電部１１に対して通電方向内側に配置される。補強部１２を構成する断熱材料としては、素材２を十分にクランプできる強度及び加熱される素材２の温度に対する耐熱性を確保できる材料であれば良い。

電極１０における素材２との接触部の一部を断熱性部材からなる補強部１２で構成することによって、通電部１１による通電が行われて素材２の温度が上昇してきた場合にも、補強部１２によって素材２と電極１０との温度差に起因する熱の移動を抑えることが可能である。

電極１０による抜熱量低減の観点から、通電部１１の通電方向の厚み、つまり通電部１１と素材２との接触部の面積は出来る限り小さくすることが好ましいが、断熱材料によって構成される補強部１２によって通電部１１を補強することで、通電部１１の幅を出来る限り小さくすることができる。これにより、電極１０自体の強度を落とすことなく、加熱後の素材２から通電部１１への抜熱量を出来る限り低減できる。
また、補強部１２を通電部１１による通電領域の内側に配置することで、素材２の被加熱領域を十分に確保することができ、歩留まり向上に寄与できる。

図１に示すように、電極押さえ２０は、素材２に対して上方から接触する。電極押さえ２０は、電極１０に対して上下移動可能であり、素材２を電極１０・１０上に載置した状態で、電極押さえ２０・２０を素材２に向けて移動させることによって、電極１０・１０と電極押さえ２０・２０とで素材２の被クランプ部３・３を上下方向から挟持する。
電極押さえ２０は、断熱材料によって構成される断熱性部材である。電極押さえ２０を構成する断熱材料としては、素材２を十分にクランプできる強度及び加熱される素材２の温度に対する耐熱性を確保できる材料であれば良い。
電極押さえ２０は、電極１０の素材接触面と同様の形状を有する。つまり、電極押さえ２０の通電方向の厚みは、通電部１１と補強部１２との合計の厚みに等しくなるように設定される。

以上のように、本実施形態の通電加熱装置１では、その一部が断熱性部材によって構成される一対の電極１０・１０と、断熱性部材によって構成される一対の電極押さえ２０・２とによって素材２を挟持した状態で、電極１０・１０間に通電して素材２にジュール熱を発生させて加熱している。
このように、電極１０・１０の補強部１２・１２と電極押さえ２０・２０とを断熱性部材で構成することによって、加熱後の素材２との温度差に起因する抜熱を抑えることができ、素材２の被クランプ部３近傍の加熱温度むらを低減できる。

なお、電極押さえ２０の略全部を断熱性部材で構成しているが、素材２との接触部のみを別部材として断熱性部材によって構成しても良いし、素材２との接触部の一部分を断熱性部材として構成しても良い。何れの場合にも、素材２との接触面に断熱性部材を配置することにより、素材２からの抜熱を抑制することができる。

図２に示すように、電極押さえ２０・２０の一方には、通電確認用の導電部３０が設けられる。
導電部３０は、電極押さえ２０の下面、つまり素材２との接触面に露出される電極部３１と、電極部３１から電極押さえ２０の外側に引き延ばされる導線３２と、導線３２に接続される電流検出部３３と、を含む。

電極１０・１０の通電部１１・１１間に電流が印加されると、通電部１１から素材２を通じて電極部３１に電流が流れる。そして、電極部３１、導線３２を通じて電流検出部３３に電流が流れて検出され、通電が確認される。
これに対して、電極１０と電極押さえ２０とによるクランプが不十分である場合、電極１０の通電部１１と素材２との接触が不十分である場合等には、電流検出部３３で電流が検出されることがなく、通電不良であると判断される。

なお、電極１０の通電部１１と素材２との接触不良は、上述のような導電部３０に限らず、電極１０と電極押さえ２０による素材２のクランプに起因する圧力を検出する圧力センサを用いても検出できる。つまり、電極１０に対して移動し、押圧する電極押さえ２０に圧力センサを設けることによって、電極１０と電極押さえ２０との間に生じる圧力を検出する。このように、電極１０・１０間（通電部１１・１１間）の通電を確認する手段として、電流を検出することに限らず、通電時の電極１０と素材２との接触の良／不良を検出することによっても、通電を確認することができる。
例えば、電極１０と電極押さえ２０によるクランプ圧を予め設定しておき、通電時に前記圧力センサによって実際のクランプ圧を検出することによって、クランプ不良、つまり通電不良を検出することができる。

図３に示すように、通電加熱装置１の別実施形態として、電極１０を通電部１１及び補強部１２によって構成することによって、電極側の一部に断熱性部材を設け、かつ、電極押さえ側を従来と同様の構成の電極押さえ４０とすることも可能である。電極押さえ４０は、クロム銅等、電極と同様の材料によって構成される剛体である。
係る場合にも、加熱後の素材２から電極１０側への抜熱量を低減することができ、素材２の被クランプ部３近傍の加熱温度むらを低減できる。

図４に示すように、通電加熱装置１の他の実施形態として、電極押さえ２０を断熱性部材で構成することによって、電極押さえ側に断熱性部材を設け、かつ、電極側を従来と同様の構成の電極５０とすることも可能である。電極５０は、全体としてクロム銅等の高伝導性材料によって構成される。
係る場合にも、加熱後の素材２から電極押さえ２０側への抜熱量を低減することができ、素材２の被クランプ部近傍の加熱温度むらを低減できる。

上述の実施形態では、「一対の電極及び一対の電極押さえ」を用いて通電加熱を実施する場合を記載しているが、本発明は、「二対の電極及び二対の電極押さえ」を用いて通電加熱を実施する場合にも適用することも可能であり、電極及び電極押さえを一対ずつに限定するものではない。このように、複数対の電極又は電極押さえの組み合わせを適用する場合は、例えば、素材の被クランプ部を幅方向（通電方向と直交する方向）に分割した状態で配置することができる。
また、電極及び電極押さえの対の個数も同数に限定されるものではなく、例えば、二対の電極と一対の電極押さえを用いて通電加熱を実施しても良い。

１：通電加熱装置、２：素材、１０：電極、２０：電極押さえ、３０：導電部（通電確認手段）

Claims

少なくとも一対の電極及び一対の電極押さえで素材を挟持し、前記電極間に通電することによって前記素材を加熱する通電加熱装置であって、
前記電極は、その通電方向に沿って分割される、前記電極間に通電する通電部と、該通電部を補強する補強部とによって構成され、
前記電極押さえ、及び、前記電極の補強部が断熱性を有する部材によって構成され、
前記補強部を前記通電部による通電領域の内側に配置することを特徴とする通電加熱装置。
前記電極押さえには、前記電極から素材への通電を確認するための通電確認手段が設けられる請求項１に記載の通電加熱装置。