JP5835328B2 - 通電加熱装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板に通電して加熱する通電加熱装置及び方法に関する。

従来、通電用の電極を兼ねた一対のクランプ装置で、被加熱材の両端を上下方向から挟み込んで通電加熱を行うとともに、通電加熱中にクランプ装置を互いに離れる方向に移動させて被加熱材にテンションを加えることで材料膨張による被加熱材のたわみを解消する技術が広く利用されている（例えば、特許文献１）。
また、特許文献１には、被加熱材の中央部下方に配置される複数のピンを用いて、通電加熱中の被加熱材を支持し、垂れ下がりを防止する構成が開示されている。

特開２００９−１４２８５４号公報

特許文献１の技術では、被加熱材をクランプした状態で、クランプ装置を移動させることにより、被加熱材にテンションを加えてたわみを抑制することができる。
一方、通電加熱による加熱精度を確保するためには、電極と被加熱材との接触面積を出来る限り小さくし、電流分布の発生を抑えることが好ましい。しかしながら、小さい接触面積にてクランプした状態でクランプ装置を移動すると、被加熱材を引っ張る際に電極表面と被加熱材との間に滑りが生じる、又は滑りを防止するために大きな力でクランプすると、電極表面と被加熱材との間に大きな摩擦力が掛かって、電極が摩耗してしまう。

そこで、本発明は、通電用の電極を兼ねた一対のクランプ装置を用いて、通電加熱中にクランプ装置を互いに離れる方向に移動させる通電加熱装置において、電極によって被加熱材を良好にクランプし、電極と被加熱材との均一な接触を確保できる技術を提供する。

本発明の第一の態様である通電加熱装置は、通電用の電極を兼ねた一対のクランプ装置を具備し、通電加熱中にクランプ装置を互いに離れる方向に移動させることによって、前記クランプ装置に挟持される被加熱材にテンションを付与する通電加熱装置であって、前記クランプ装置は、当該クランプ装置の移動方向に対して傾斜する対向面を含み、前記対向面によって、前記被加熱材における前記クランプ装置に挟持されるクランプ部に、当該被加熱材の平面方向に対して傾斜する傾斜面を含む予備成形部を成形するとともに、前記通電加熱中に前記傾斜面に前記電極を引っ掛けて、前記一対のクランプ装置を互いに離れる方向に移動させることによって、前記クランプ装置に挟持される被加熱材にテンションを付与する。

通電加熱装置の好ましい一実施形態において、前記クランプ装置は、前記対向面を含み、前記被加熱材に対して近接方向及び離間方向に移動可能な電極と、前記被加熱材を挟んで前記電極と対向し、前記被加熱材を載置するための固定台及び可動台とを具備し、前記電極には、下面から下方に向けて突出する段差部が形成されるとともに、当該段差部の壁面に前記対向面が形成され、前記可動台は、前記電極の移動に従動して移動可能であり、前記電極が被加熱材に対して近接方向に移動する際に、前記固定台に対して相対的に移動することによって、固定台との間に段差が形成され、前記クランプ装置によって被加熱材を挟持する際に、前記電極の段差部と前記固定台及び可動台に形成される段差とによって、前記被加熱材を曲げ成形して予備成形部を成形する。

通電加熱装置の好ましい他の実施形態において、前記クランプ装置は、前記対向面を含み、前記被加熱材に対して近接方向及び離間方向に移動可能な電極と、前記被加熱材を挟んで前記電極と対向し、前記被加熱材を載置するための載置台を具備し、前記電極には、下面から下方に向けて突出する凸部が形成され、前記載置台には、前記凸部に応じた凹部が形成され、前記クランプ装置によって被加熱材を挟持する際に、前記凸部と凹部とによって、前記被加熱材を曲げ成形して予備成形部を成形する。

本発明の第二の態様である通電加熱方法は、通電用の電極を兼ねた一対のクランプ装置を具備し、通電加熱中にクランプ装置を互いに離れる方向に移動させることによって、前記クランプ装置に挟持される被加熱材にテンションを付与する通電加熱装置を用いて、前記被加熱材に通電加熱する通電加熱方法であって、前記クランプ装置によって被加熱材を挟持する際に、前記被加熱材における前記クランプ装置に挟持されるクランプ部に、当該被加熱材の平面方向に対して傾斜する傾斜面を含む予備成形部を成形する工程と、
前記通電加熱中に前記傾斜面に前記電極を引っ掛けて、前記一対のクランプ装置を互いに離れる方向に移動させることによって、前記クランプ装置に挟持される被加熱材にテンションを付与する工程と、を含む。

本発明によれば、通電用の電極を兼ねた一対のクランプ装置を用いて、通電加熱中にクランプ装置を互いに離れる方向に移動させる通電加熱装置において、電極によって被加熱材を良好にクランプし、電極と被加熱材との均一な接触を確保できる。

通電加熱装置を示す図である。 通電加熱装置における予備成形工程を示す図である。 通電加熱装置による通電加熱工程を示す図である。 電極の他の実施形態を示す図である。 クランプ装置の他の実施形態を示す図である。 クランプ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、被加熱材であるワーク２に通電して加熱するための加熱装置である。ワーク２は、一方向を長手方向とする長方形状の鋼板である。
通電加熱装置１は、ワーク２の長手方向両端部を挟持して支持するとともに、挟持部からワーク２に通電することによって、ワーク２を通電加熱する。通電加熱装置１では、ワーク２は厚み方向を上下方向とした状態でセットされ、長手方向に沿って通電される。
なお、ワーク２において、通電加熱装置１によって挟持されるクランプ部はワーク２の端部に限定されるものではなく、通電加熱形態に応じた部位に設定できる。

通電加熱装置１は、一対のクランプ装置１０・１０を具備する。クランプ装置１０・１０は、ワーク２の長手方向両端部に配置されており、ワーク２の中央線に対して対称に配置されている。
クランプ装置１０・１０は、ワーク２を上下方向から挟持するとともに、ワーク２に通電するための装置である。クランプ装置１０・１０は、適宜の移動装置を含み、互いに離れる方向に移動可能である。
クランプ装置１０・１０は、ワーク２に通電しつつ、互いに離れる方向に移動することにより、加熱に起因する材料膨張によるたわみを防止する。言い換えれば、クランプ装置１０・１０は、ワーク２の平面方向（長手方向）に沿って、中央から端部に向かう方向に移動する。これにより、クランプ装置１０・１０間の距離が大きくなり、クランプ装置１０・１０に支持されるワーク２にテンションが付与され、たわみが防止される。

図１に示すように、クランプ装置１０は、上下方向に移動可能な電極２０と、ワーク２を載置するための固定台３０と、電極２０の上下方向の移動に従動する可動台４０とを含む。電極２０は、ワーク２の上面側に配置され、固定台３０及び可動台４０は、ワーク２の下面側に配置されている、ワーク２を固定台３０及び可動台４０に載置し、電極２０で上方から挟み込むことによってワーク２を上下方向から挟持する。

電極２０は、適宜のアクチュエータによって上下方向に駆動され、ワーク２の上面に対して近接する方向及び離間する方向に移動する。電極２０は、導体によって構成されており、適宜の電源装置に接続されている。その電源装置から電極２０に電圧を印加することによって、ワーク２と電極２０との接触面からワーク２に電流が流れる。
一対のクランプ装置１０・１０のうち、一方の電極２０を正極、他方の電極２０を負極とし、それぞれの電極２０に適宜の電圧を印加することによって、ワーク２に所望の通電を行う。

固定台３０は、上面が平面として形成され、その上面にワーク２を載置可能である。固定台３０は、ワーク２の端を支持する。より詳細には、ワーク２の端部は、固定台３０の中央部に位置するように載置される。
固定台３０は、クランプ装置１０に固定されており、上下方向に移動不能に支持されている。なお、クランプ装置１０の移動の際には、ワーク２の長手方向に沿って移動可能である。

可動台４０は、上面が平面として形成され、固定台３０とともにワーク２を載置するための台として機能する。可動台４０は固定台３０よりもワーク２の長手方向における内側に隣接した状態で配置されており、ワーク２の端よりも内側を支持する。可動台４０は、適宜のアクチュエータを介してクランプ装置１０に支持される。
可動台４０は、上下方向に移動可能であり、電極２０の上下方向の移動に従動する。電極２０を下方へ押し付けてワーク２をクランプする際は、電極２０による下方への押圧力を受けて、下方に移動する。他方、ワーク２の通電加熱終了後は、電極２０によるクランプが外れて、電極２０の上方への移動に伴って可動台４０も上方に移動する。

以上のように、ワーク２をクランプ装置１０・１０にセットする際は、固定台３０及び可動台４０に載置し、電極２０をワーク２に向けて押圧する。これにより、ワーク２が電極２０と、固定台３０及び可動台４０とによって挟持されて支持される。

図２に示すように、電極２０の下端面には、段差部２１が設けられる。段差部２１は、電極２０の幅方向全域に設けられる。段差部２１は、電極２０の下端面のうち、ワーク２の中央側に設けられており、端部側より下方に突出する形状に形成される。言い換えれば、電極２０の下端面は、段差部２１によって段付き形状に形成される。
段差部２１は、電極２０の下段面から上方に向けて立設される対向面２２を有する。対向面２２は、段差部２１の外側壁面（ワーク２の端部側壁面）として形成されている。対向面２２は、クランプ装置１０・１０の移動方向に対して傾斜しており、ワーク２の平面方向に対して傾斜する面として設けられる。つまり、対向面２２は、クランプ装置１０・１０の移動方向に対して抵抗を与え得る平面として形成される。本実施形態の対向面２２は、ワーク２の平面方向に対して直交する面として設けられ、ワーク２の幅方向に沿って設けられる。

図２に示すように、電極２０を下方に移動することによって、ワーク２に上方からの押圧力が付与されて、ワーク２とともに可動台４０が下方に移動する。このとき、固定台３０の高さは変わらないため、可動台４０の載置面と固定台３０の載置面との間に段差５０が生じる。
さらに、電極２０からの押圧力を受けて下方に移動するワーク２の端部には、固定台３０から上方への圧力がかかり、段差５０及び電極２０の段差部２１によって形成される形状に折り曲げられる。このようにして、ワーク２の端部が曲げ成形されて、段形状に成形される。

以上のように、クランプ装置１０において、電極２０と固定台３０及び可動台４０との間でワーク２をクランプする際、つまり通電加熱を行う前に、ワーク２の端部に予備成形が行われる。
このとき、ワーク２の端部には、段差部２１及び段差５０によって、ワーク２の平面方向に対して直交する予備成形部６０が設けられる。言い換えれば、ワーク２の端部には、通電加熱中のクランプ装置１０・１０の移動方向に対して傾斜する傾斜面６１を含む予備成形部６０が設けられる。傾斜面６１は、ワーク２の端部において、略垂直方向に延びる平面であり、電極２０の対向面２２の形状に沿って成形される。

図３に示すように、電極２０・２０に電圧が印加されてワーク２への通電加熱が開始されると、ワーク２が昇温される。
ワーク２の温度上昇に応じて、クランプ装置１０・１０を互いに離れる方向に移動させることによって、ワーク２の平面方向にテンションを加えて材料膨張に起因するたわみを防止する。

このとき、ワーク２の両端部には端部から中央部に向けて折り曲げられる予備成形部６０・６０が成形されていることにより、クランプ装置１０・１０の移動方向への力は、電極２０・２０の対向面２２・２２からワーク２の傾斜面６１・６１に伝達される。言い換えれば、ワーク２において、予備成形面６０の傾斜面６１が荷重の受け面として利用される。
以上のように、ワーク２へのテンションの付与方向をクランプ装置１０・１０の移動方向と同一方向とし、ワーク２の表面との摩擦力による引っ張り力を利用しない形態を実現できる。従って、電極２０・２０とワーク２の表面との間に大きな摩擦力が発生することを防止でき、電極２０・２０の摩耗を抑えることができる。これにより、電極２０・２０とワーク２との均一な接触を確保でき、加熱精度を確保できる。

以下、図４を参照して、電極の他の好ましい実施形態について説明する。
図４に示すように、クランプ装置１０の電極として、上述のように構成される電極２０を複数備えた回転式の電極群２５としても良い。例えば、電極群２５は、上下方向に移動可能に構成される回転軸２６を備え、回転軸２６の周方向に向けて等間隔に配置される四つの電極２０を備える。この場合、実際にワーク２を挟持するのに用いられる電極２０は、回転軸２６の下方に位置する電極２０である。
このように、回転軸２６周りに同一構成の電極２０を複数配置することによって、一つの電極２０に不具合が生じた場合に、回転軸２６を回転させて他の電極２０に早急に交換することが可能であり、生産性の向上に寄与できる。

以下、図５及び図６を参照して、クランプ装置の他の好ましい実施形態について説明する。

図５に示すように、固定台３０及び可動台４０に代えて、載置台７０を具備する。つまり、二部材として構成するワーク２載置用の台に代えて、一部材により構成される載置台７０を具備する実施形態について説明する。
載置台７０は、上端面の中央部に凹部７１を含む。凹部７１は、断面視方形状の溝であり、載置台７０の幅方向に沿って設けられる。凹部７１は、載置台７０の上面から下方に向けて窪むように設けられ、その内側（ワーク２の端部側）の壁面は対向面７２として形成される。載置台７０の凹部７１を除く平面部位は、ワーク２を載置するための面として利用される。
電極２０は、段差部２１に代えて、凹部７１に応じた形状を有する凸部７３を具備する。凸部７２は、電極２０の下面から下方向に突出して設けられる。凸部７２は、電極２０の幅方向に沿って設けられ、断面視方形状を有する。凸部７３の外側（ワーク２の長手方向中央側）の壁面は対向面７４として形成される。

載置台７０・７０に置かれた状態のワーク２に対して、電極２０・２０を近接方向に移動させて押圧することによって、電極２０・２０と載置台７０・７０との間でワーク２をクランプするとともに、凹部７１と凸部７３とでワーク２の端部をプレスして、クランク状に曲げ成形し、ワーク２の端部に予備成形部６０を成形する。
このように、載置台７０の凹部７１及び電極２０の凸部７３によっても、ワーク２の端部に予備成形部６０を成形することが可能である。また、この場合の予備成形部６０には、凹部７１の対向面７２及び凸部７３の対向面７４によって、クランプ装置１０の移動方向に対して傾斜する傾斜面６１を二つ成形することができ、電極２０と載置台７０とによるクランプ力を増大することが可能である。
さらには、載置台７０の構成を簡易なものとすることができ、設備コスト的に優れたものを提供できる。

また、凹部７１及び凸部７３は、図６に示すように、湾曲状に形成しても良い。この場合、凹部７１は、断面視略半円状の溝として形成され、凸部７３は、同様に断面視略半円状の突起として形成される。そして、凹部７１及び凸部７３によって湾曲状の予備成形部６０が成形される。この予備成形部６０は、ワーク２の平面方向に対して曲面状に傾斜する傾斜面６２・６２を有する。
このように、ワーク２の端部の成形形状を湾曲状に設定することにより、予備成形部６０の端部形状の角度を緩やかにできる。言い換えれば、曲面状の傾斜面６２・６２を有する予備成形部６０を成形することによって、ワーク２と電極２０との接触部分に鋭角部位が形成されることを防止できる。このため、電極２０からワーク２への通電加熱時に電流が過度に集中することを確実に防ぐことができ、加熱精度を確保できる。

なお、上述の凹部７１及び凸部７３の形状については、予備成形部６０に成形される傾斜面６１又は傾斜面６２のように、クランプ装置１０・１０の移動方向に対して直線状又は曲線状に傾斜する面を成形可能な形状であれば適用可能である。
また、図５及び図６に示すクランプ装置の電極２０において、図４に示すように回転軸２５の周囲に複数備える構成としても良い。

本発明は、電極を兼ねたクランプ装置によって、被加熱材を上下方向からクランプし、通電加熱中に各クランプ装置を互いに離れる方向に移動させることによって、被加熱材にテンションを加える通電加熱装置に利用可能である。

１：通電加熱装置、２：ワーク（被加熱材）、１０：クランプ装置、２０：電極、２１：段差部、２２：対向面、３０：固定台、４０：可動台、５０：段差、６０：予備成形部、６１：傾斜面

Claims (4)

1. 通電用の電極を兼ねた一対のクランプ装置を具備し、通電加熱中にクランプ装置を互いに離れる方向に移動させることによって、前記クランプ装置に挟持される被加熱材にテンションを付与する通電加熱装置であって、
   前記クランプ装置は、当該クランプ装置の移動方向に対して傾斜する対向面を含み、
   前記対向面によって、前記被加熱材における前記クランプ装置に挟持されるクランプ部に、当該被加熱材の平面方向に対して傾斜する傾斜面を含む予備成形部を成形するとともに、前記通電加熱中に前記傾斜面に前記電極を引っ掛けて、前記一対のクランプ装置を互いに離れる方向に移動させることによって、前記クランプ装置に挟持される被加熱材にテンションを付与する通電加熱装置。
2. 前記クランプ装置は、前記対向面を含み、前記被加熱材に対して近接方向及び離間方向に移動可能な電極と、前記被加熱材を挟んで前記電極と対向し、前記被加熱材を載置するための固定台及び可動台とを具備し、
   前記電極には、下面から下方に向けて突出する段差部が形成されるとともに、当該段差部の壁面に前記対向面が形成され、
   前記可動台は、前記電極の移動に従動して移動可能であり、前記電極が被加熱材に対して近接方向に移動する際に、前記固定台に対して相対的に移動することによって、固定台との間に段差が形成され、
   前記クランプ装置によって被加熱材を挟持する際に、前記電極の段差部と前記固定台及び可動台に形成される段差とによって、前記被加熱材を曲げ成形して予備成形部を成形する請求項１に記載の通電加熱装置。
3. 前記クランプ装置は、前記対向面を含み、前記被加熱材に対して近接方向及び離間方向に移動可能な電極と、前記被加熱材を挟んで前記電極と対向し、前記被加熱材を載置するための載置台を具備し、
   前記電極には、下面から下方に向けて突出する凸部が形成され、
   前記載置台には、前記凸部に応じた凹部が形成され、
   前記クランプ装置によって被加熱材を挟持する際に、前記凸部と凹部とによって、前記被加熱材を曲げ成形して予備成形部を成形する請求項１に記載の通電加熱装置。
4. 通電用の電極を兼ねた一対のクランプ装置を具備し、通電加熱中にクランプ装置を互いに離れる方向に移動させることによって、前記クランプ装置に挟持される被加熱材にテンションを付与する通電加熱装置を用いて、前記被加熱材に通電加熱する通電加熱方法であって、
   前記クランプ装置によって被加熱材を挟持する際に、前記被加熱材における前記クランプ装置に挟持されるクランプ部に、当該被加熱材の平面方向に対して傾斜する傾斜面を含む予備成形部を成形する工程と、
   前記通電加熱中に前記傾斜面に前記電極を引っ掛けて、前記一対のクランプ装置を互いに離れる方向に移動させることによって、前記クランプ装置に挟持される被加熱材にテンションを付与する工程と、を含む通電加熱方法。

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