JP6024063B2 - 通電加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状のワークを通電する通電加熱方法に関する。

自動車の構造物、例えばピラーやリィンフォースメントなどの強度を必要とする部材には、熱処理が施されている。熱処理の種類としては間接加熱と直接加熱とがある。間接加熱には、ワークを炉に収容して炉の温度を制御することで加熱する、いわゆる炉加熱などがある。直接加熱には、ワークに渦電流を流すことで加熱する、いわゆる誘電加熱と、ワークに直接電流を流すことによって加熱する、いわゆる通電加熱がある。

特許文献１では、難加工性の金属材を塑性加工する加工手段の前段において、加熱手段によって金属材を通過する中に、誘導加熱又は通電加熱を施すことが開示されている。それによれば、カッタ装置を備えた加工手段の前段に、誘導加熱用コイル又は電極ローラからなる加熱手段を配置し、電極ローラによって金属材を連続搬送しながら通電加熱している。

奥行き幅が左右方向でほぼ等しい平板状の鋼材を通電により熱処理するには、鋼材の一端部、他端部にそれぞれ一つの電極を配置し、電極間に電圧を印加すればよい。鋼材には一様な電流が流れるので、発熱量は鋼材の部位に依らず均一となる。

奥行き幅が左右方向で異なる板状の鋼材を通電により熱処理する技術が、例えば特許文献２や特許文献３に開示されている。特許文献２では、鋼材の一端部に複数の電極を並べて配置し、鋼材の他端部に複数の電極を並べて配置し、鋼材の両端部に配置した電極で対を構成し、電極に供給する電力を電極毎に調整することにより、鋼材を一様な温度に加熱している。

板状の鋼材ではないが、鋼棒材を通電加熱する技術が特許文献４に開示されており、それによると、鋼棒材の一端に一方の電極を固定し、鋼棒材のうち加熱を必要とする部分と必要としない部分との境にクランプ型の電極を挟持せしめることにより、鋼棒材を部分的に加熱することが可能とされている。

非特許文献１では、非矩形ワークに対する通電加熱方法に関し、ワークを矩形となる部分毎に通電加熱を行うとともに、加熱済み部分を冷却する間に、未加熱の部分を通電加熱することが開示されている。

特開平０６-７９３８９号公報 特許第４６０４３６４号公報 特許第３５８７５０１号公報 特開昭５３-７５１７号公報

発明協会公開技報、公技番号２０１１−５０４３５１，２０１１年１１月１日発行

ワークの中でも奥行き幅が左右方向で異なっている鋼材を熱処理する場合には、炉加熱のように鋼材の単位体積当たりに加える熱量が鋼材の場所毎で異ならないことが望ましい。しかしながら、炉などの加熱装置を用いた場合には、加熱炉のため設備が大掛かりとなるばかりでなく、炉の温度制御が難しい。

そのため、特許文献１〜４及び非特許文献１に開示されているように、通電によって加熱することが生産コスト上好ましい。しかしながら、特許文献２のように、複数の電極対を設け、それぞれの電極対への通電量を制御するためには、電極対毎に通電量を制御しなければならず、設備コストの上で好ましくない。また、一つのワークに対して複数の電極対を配置する必要があるため、生産性も悪くなる。

そこで、本発明の目的は、板状のワークのうち奥行き幅が左右で異なる領域をほぼ均一に加熱する通電加熱方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、板状のワークのうち加熱すべき領域の一端中間部と他端中間部とを結ぶ中心線と略直交しかつワークを横断するように、一方の電極及び他方の電極を上記ワーク上に配置し、一方の電極と他方の電極との間に電流を流しながら一方の電極、他方の電極の何れか一方又は双方を中心線に沿って移動する、通電加熱方法において、中心線に沿って微小長さ当たりの抵抗が増加又は減少しており、一方の電極及び他方の電極をワーク上に配置する際に、ワークを水平面上で回転させるか又は一方の電極及び他方の電極を水平面で回転させることを特徴とする。

上記構成において、一方の電極又は他方の電極を中心線に沿ってワークの微小長さ当たりの抵抗が増加する方向に移動し、加熱すべき領域の各部に供給される電流の時間を調整する。

本発明によれば、板状のワークのうち加熱すべき領域の一端中間部と他端中間部とを結ぶ中心線と略直交しかつワークを横断するように一方の電極及び他方の電極を配置する。そのため、一方の電極が接触する部位と他方の電極が接触する部位とのワークの左右に沿った間隔が、ワークの奥行き方向位置に拘わらず同一の範囲となる。つまり、一方の電極と他方の電極との間に流す電流の値を、ワークの奥行き方向の位置に拘わらず同一の範囲とすることができる。従って、ワークの所定領域をほぼ均一に加熱することができる。

中心線に沿ってワークの微小長さ当たりの抵抗が増加する場合にあっては、その抵抗が増加する方向に一方の電極又は他方の電極を移動することにより、加熱すべき領域の各部に供給される電流の時間を調整し、加熱すべき領域をほぼ均一に加熱することができる。

本発明の実施形態に係る通電加熱方法のコンセプトを示しており、（ａ）は通電前の状態の平面図、（ｂ）は通電前の状態の正面図、（ｃ）は通電後の状態の平面図、（ｄ）は通電後の状態の正面図である。 本発明の実施形態で対象とするワークの形状の一例を示す平面図である。 一方向に沿って配置されている電極対に対してワークの設置状態を示し、（ａ）は通電前の状態を示す平面図、（ｂ）は通電後の状態を示す平面図である。 直接通電における基本的な関係式を説明するための図である。 図２に示すワークを水平面上で回転させないで配置した状態を示し、（ａ）は通電前の状態を示す平面図、（ｂ）は通電後の状態を示す平面図である。 図１に示す通電加熱装置の具体的な構成を示す正面図である。 図１に示す通電加熱装置の具体的な構成を示す左側面図である。 図１に示す通電加熱装置の具体的な構成の一部を示す平面図である。 図１に示す通電加熱装置の具体的な構成を示す右側面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態において、通電加熱される対象は平板状のワークである。具体的には、厚みが一定で奥行き幅が左右方向に沿って変化していないワークのみならず、加熱すべき領域（以下、「加熱領域」という。）の一端方向、他端方向の何れかの一方向又は双方向に沿って奥行き幅や厚みが変化していることにより断面積が減少又は増加しているワーク、加熱領域内に開口や切り欠いた領域が存在して、左右の何れかの方向でそれに直交する断面の寸法が減少又は増加しているワークも対象となる。ワークの材質は例えば電流を流して通電加熱し得る鋼材であればよい。ワークは、一つの部材からなっていても、或いは抵抗率の異なる部材同士を溶接加工などにより一体物にしたものであってもよい。また、ワークには加熱すべき領域が一領域だけ設定されている場合のみならず、複数の領域が設定されていてもよい。その場合、複数の領域は隣接していても、隣接せず離れていてもよい。

図１は、本発明の実施形態に係る通電加熱方法のコンセプトを示しており、（ａ）は通電前の状態の平面図、（ｂ）は通電前の状態の正面図、（ｃ）は通電後の状態の平面図、（ｄ）は通電後の状態の正面図である。

本発明の実施形態に係る通電加熱方法において使用される通電加熱装置１０は、一方の電極１１及び他方の電極１２を電極対１３として備える。一方の電極１１及び他方の電極１２は、ワークｗを横断するように同じ方向に延びたロール状又は角状を有している。一方の電極１１と他方の電極１２とは給電部１に電気的に接続され、一方の電極１１と他方の電極１２との間に挟まれたワークｗの一部を通電加熱する。

図１に示す通電加熱装置１０では、一方の電極１１がロール状の移動電極であり、移動機構１５により一方の電極１１を左右方向の何れか一方向に沿ってワークｗ上に接触したまま移動させることができる。

つまり、一方の電極１１及び他方の電極１２をワークｗに接触した状態で、給電部１から電極対１３を経由してワークｗに通電している状態で、移動機構１５は一方の電極１１を移動して一方の電極１１と他方の電極１２との間隔を変化させることができる。

移動機構１５は、一方の電極１１の移動速度を制御する調整部１５ａと、調整部１５ａにより一方の電極１１を移動させる駆動機構１５ｂと、を備える。調整部１５ａは、ワークｗ、特に加熱すべき領域ｗ_１の形状及び寸法に関するデータから一方の電極１１の移動速度を求め、駆動機構１５ｂがその求めた移動速度により一方の電極１１を移動させる。

他方の電極１２は固定電極としてもよいし、別途同様の移動機構により移動する移動電極としてとしてもよい。以下、一方の電極１１を移動機構１５により移動させることができる場合を前提に説明する。もちろん、ワークｗの形状等によっては、一方の電極１１は固定したままでもよい。

一方の電極１１及び他方の電極１２は、図１（ａ）に示すように、ワークｗの左右方向の場所によらず、平面視で、ワークｗの前端と後端とを跨ぐ長さを有する。

ワークｗは、一端側から他端側へ例えば略左右に延びる平板状を有しており、図１に示すように奥行き幅が左右で異なる、所謂異形を有している。そして、ワークｗのうち本来加熱すべき領域ｗ_１の一端と他端とがほぼ平行な台形状を呈している。加熱すべき領域ｗ_１の左側には左領域ｗ_Ｌを有している。加熱すべき領域ｗ_１の右側には右領域ｗ_Ｒを有している。図１に示す形態では、ワークｗは、加熱すべき領域ｗ_１の左側に左領域ｗ_Ｌを、加熱すべき領域ｗ_１の右側に右領域ｗ_Ｒを、それぞれ連続するように有している。本発明の実施形態では、ワークｗが左領域ｗ_Ｌ、右領域ｗ_Ｒの何れかを有する場合であっても、双方を有さない場合であってもよい。

本発明の実施形態では、ワークｗを横断するように同じ方向に延びる一方の電極１１と他方の電極１２とを板状のワークｗに配置する際、図３に示すように、加熱すべき領域ｗ_１の一端Ｌの中間部Ｌ_Ｍと他端Ｒの中間部Ｒ_Ｍとを結ぶ中心線Ｌ_αが略直交するように、ワークｗを水平面上で回転させてワークｗ上に各電極１１，１２を配置するか又は各電極１１，１２を水平面で回転させてワークｗ上各電極１１，１２を配置する。例えば、ワークｗを横断する一方の電極１１及び他方の電極１２により電極対１３が構成されている状況において、略左右方向に延びるワークｗを水平面上で傾け、このワークｗ上に電極対１３を配置する。

以下、電極対１３に対しワークｗをどのように配置するかについて具体的に説明する。
図２は本発明の実施形態で対象とするワークｗの形状の一例を示す平面図である。本発明の実施形態で対象とするワークｗは、図２に示すように、加熱すべき領域ｗ_１の左側と右側にそれぞれ左領域ｗ_Ｌと右領域ｗ_Ｒとを有している。加熱すべき領域ｗ_１の左端（一端側）Ｌは、平面視で前点Ｌ_Ｆと後点Ｌ_Ｂとを前後端に有している。加熱すべき領域Ｗ_１の左端（他端側）Ｒは、平面視で前点Ｒ_Ｆと後点Ｒ_Ｂとを前後端に有している。

さらに、図２に示すように、平面視において、左領域Ｗ_Ｌの前点Ｌ_Ｆの右への延長線上と直線Ｒ_ＦＬ_Ｆとのなす角をθ_Ｆとし、左領域Ｗ_Ｌの後点Ｌ_Ｂの右への延長線上と直線Ｒ_ＢＬ_Ｂとのなす角をθ_Ｂとすると、角θ_Ｆ，θ_Ｂは、それぞれ前点Ｌ_Ｆ、後点Ｌ_Ｂを中心に平面視において反時計回りで、何れも正の値を有する。なお、角θ_Ｆ，θ_Ｂは、それぞれ前点Ｌ_Ｆ、後点Ｌ_Ｂを中心に平面視において時計回りで、何れも負の値を有していてもよい。

図３は、一方向に沿って配置されている電極対１３に対してワークｗの設置状態を示し、（ａ）は通電前の状態を示す平面図で、（ｂ）は通電後の状態を示す平面図である。

加熱すべき領域ｗ_１における左端Ｌの中間部Ｌ_Ｍと右端Ｒの中間部Ｒ_Ｍとを結ぶ中心線Ｌ_αが一方の電極１１及び他方の電極１２の各延びる方向と略直交するように、ワークｗを水平面上で僅かに回転させ、ワークｗ上に一方の電極１１及び他方の電極１２を配置する。図３（ａ）及び（ｂ）に示す形態にあっては、左端Ｌの中点Ｌ_Ｃと右端Ｒの中点Ｒ_Ｃとを結ぶ中心線Ｌ_αを想定し、その中心線Ｌ_αが一方及び他方の電極１１，１２と略直交するように、ワークｗを配置する。中心線Ｌ_αによってワークｗが奥行き幅に二分することになる。

図２及び図３に示すワークｗの加熱すべき領域ｗ_１の奥行き幅は、右領域ｗ_Ｒ側に延びるに従い、狭くなっている。よって、図３（ａ）に示すように、一方の電極１１と他方の電極１２とが略平行に配置されている状態において、中心線Ｌ_αが電極１１，１２と略直交するように、ワークｗを水平面上で回転させ、他方の電極１２を加熱すべき領域ｗ_１の左側に接触させ、一方の電極１１を他方の電極１２と間隔をあけて平行に配置する。

そして、給電部１１から一方の電極１１と他方の電極１２との間に給電しながら、一方の電極１１を移動機構１５により他方の電極１２から遠ざけ、図１（ｃ）及び（ｄ）並びに図３（ｂ）に示すように、加熱すべき領域ｗ_１の他端Ｒを完全に乗り越えるまで移動させ、給電部１からの給電を停止する。

本発明の実施形態では、ワークｗを水平面上で回転させるか、又は、一方の電極１１及び他方の電極１２を水平面上で回転させることにより、加熱すべき領域ｗ_１の左端Ｌ及び右端Ｒに対して一方の電極１１、他方の電極１２がそれぞれ平行にならないように、つまりワークｗの略左右方向と電極１１，１２とが交差するように電極１１、１２を配置する。このように電極１１、１２を配置するのは下記の理由による。

一方の電極１１と他方の電極１２との間に給電部１から給電すると、一方の電極１１に接触したワークｗの部位と他方の電極１２に接触したワークｗの部位との間に、電流が流れる。当該電流は、一方の電極１１との接触部位と他方の電極１２との接触部位との間のワークｗの部分で抵抗が最も小さいところを流れる。ワークｗの部分であって一方の電極１１の接触部位と他方の電極１２の接触部位との間が、電極１１，１２の延びる方向の区分毎に均質であるとすると、電流は最短経路を流れる。そのため、一方の電極１１と他方の電極１２との間のワークｗの領域の中心線Ｌ_αに沿った寸法が、電極１１，１２の延びる方向の区分毎に、同一の範囲内にある。すると、一方の電極１１と他方の電極１２との間のワークｗの部分にほぼ等しい電流が流れ、通電により生じるジュール熱が一様になる。

当然、一方の電極１１と他方の電極１２との間のワークｗの部分は通電により温度が上昇するわけであるが、当該部分が電極１１，１２の延設方向に対して昇温の度合いが変化しなければ、当該部分をさらに電極１１，１２の延設方向で仮想的に区分けしても、抵抗が変化しないで、一様に電流が流れる。そのため、抵抗が電極１１，１２の延設方向で大きく異なることもなく、単位時間での昇温の度合いがほぼ等しくなる。

次に、図１に示すように、一方の電極１１を移動機構１５により移動させる理由について説明する。ワークｗの厚みを一定と仮定すると、図３に拡大して示すように、中心線Ｌ_αと直交するワークｗの断面積は、右方向に沿って減少している。そのため、中心線Ｌ_αに沿って断面積が減少する方向に一方の電極１１を移動させる。これにより、図３（ａ）に示す通電開始状態から図３（ｂ）に示す通電終了状態までの間において、他方の電極１２と一方の電極１１とにより通電される部分の単位体積当たりの熱量の総和が部位毎に依らず一定の範囲に収まる。

このように、一方の電極１１と他方の電極１２とにより通電される領域について、電極対１３に給電部１から通電を開始してから停止するまでに一方の電極１１を移動させることにより、電極１１の移動方向に従って短冊状に仮想的に分割した領域毎の熱量を制御することができる。このときの短冊状に分割した領域は一方の電極１１の移動方向に並んでいることになる。

移動機構１５の調整部１５ａで求める移動速度について以下説明する。図４に示すように、微小長さの断面積Ａ_０に電流Ｉをｔ_０（ｓｅｃ）時間流したときの昇温は次式から求まる。
θ_０＝ρｅ／（ρ・ｃ）×（Ｉ^２×ｔ_０）／Ａ_０ ^２ （℃） （式１）
ただし、ρｅは抵抗率（Ω・ｍ）、ρは密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｃは比熱（Ｊ／ｋｇ・℃）である。
微小長さの断面積Ａ_ｎに電流Ｉをｔ_ｎ（ｓｅｃ）時間流したときの昇温は次式から求まる。
θ_ｎ＝ρｅ／（ρ・ｃ）×（Ｉ^２×ｔ_ｎ）／Ａ_ｎ ^２ （℃） （式２）
ここで、電流Ｉを一定にして、昇温θ_０＝θ_ｎとして、次の関係式が成り立つ。
ｔ_０／Ａ_０ ^２＝ｔ_ｎ／Ａ_ｎ ^２ （式３）
よって、一定の電流を流して、異なる断面を同じ温度に加熱する時間は断面積比の２乗に比例する。
移動電極の速度ΔＶは次のようにすればよい。
ΔＶ＝ΔＬ／（ｔ_０−ｔ_ｎ） （式４）
ただし、ΔＬはワークの左右方向の長さである。
従って、調整部１５ａによって、鋼材などのワークｗ、加熱領域ｗ_１の形状及び寸法のデータと、給電部１から供給される電流量、所定の加熱温度から、移動速度を求めることができる。

例えば、ワークｗの厚みが一定であるとして、図３（ｂ）に示すように、通電終了直前の状態において一方の電極１１と他方の電極１２とで囲まれる領域ｗ_２、つまり通電される領域（以下、「通電領域」という。）ｗ_２がほぼ台形状に近似できる。つまり、左右方向に沿って奥行き幅が単調に変化していると近似できる。通電領域ｗ_２を略均一に加熱するために、一方の電極１１と他方の電極１２とを間隔をおいて通電領域ｗ_２に横断させて配置する。例えば図３（ｂ）に示すように他方の電極１２を通過領域ｗ_２の一端と隣接するように配置し、それよりも右側に一方の電極１１を配置する。具体的に説明すると、ワークを横断するのに十分な寸法を有する一方の電極１１及び他方の電極１２を用いる。他方の電極１２を中心線Ｌ_αと略直交しかつ加熱すべき領域ｗ_１の左端Ｌの前後端の何れかと接触するようにワークｗ上に配置し、他方の電極１２と略平行に一方の電極１１をワークｗ上に配置する。その際、一方の電極１１は加熱すべき領域ｗ_１と少なくとも部分的に接触するようにする。そして給電部１から一方の電極１１及び他方の電極１２に通電状態のまま一方の電極１１を中心線Ｌ_αに沿って移動させる。一方の電極１１が図３（ｂ）に示すように加熱すべき領域ｗ１の全領域を通過すると、通電を停止する。すると、電極の移動方向に沿ってワークｗの奥行き幅が変化しても、一方の電極１１を移動する速度を、単位長あたりの抵抗の変化に応じて、この場合には奥行き幅の変化に対応して、加熱領域の各部に供給される通電の時間を調整することができる。

このように、ワークｗの電極移動方向に沿って奥行き幅単位で短冊状に仮想的に分割したとすると、上述のように通電の時間を調整することで、その分割した領域の抵抗の値に見合った通電量を確保することができ、ワークｗの通電領域ｗ_２を一定の幅の温度範囲で加熱することができる。

例えば図３のように、通電領域ｗ_２が右向きに奥行き幅が狭くなっている場合には、一方の電極１１が通電領域ｗ_２に接触している幅の変化に基いて、その移動速度を調整する。移動速度は、上記式４から、断面積の変化率の２乗に比例した関数で規定される。

ここで、給電部１は直流電源である場合のみならず、交流電源であってもその一定周期の平均電流が変化していなければ、通電時間を調整することによって、通電による温度上昇幅を、ワークｗの加熱領域の部位によらず同一性の範囲とすることができる。

ここで、図１及び図３に示す形態とは異なり、ワークｗを水平面上で僅かに回転させないで電極対１３に配置した場合にどのようになるかについて説明する。図５は、図２に示すワークｗを水平面上で回転させないで配置した状態を示し、（ａ）は通電前の状態を示す平面図、（ｂ）は通電後の状態を示す平面図である。

図５（ａ）に示すように、他方の電極１２を加熱領域ｗ_１の左端Ｌに沿って平行に配置し、一方の電極１１を他方の電極１２に平行になるように僅かにずらして配置する。そして、一方の電極１１を移動機構１５によって移動させるとする。

すると、図５（ｂ）に示すように通電終了直前では、加熱領域ｗ_１の前端側では矢印ｉ_Ｆの方向に電流が流れる一方、加熱すべき領域ｗ_１の後端側では矢印ｉ_Ｂで示すように加熱すべき領域ｗ_１の左端Ｌ及び右端Ｒと直交する方向に流れる。すると、図５（ｂ）において符号Ａで示す領域には電流が流れ難くなる。よって、ワークｗの加熱領域ｗ_１を均一加熱することができ難くなる。

このように、本発明の実施形態では、一方の電極１１及び他方の電極１２が板状のワークｗを横断しかつワークｗの加熱すべき領域ｗ_１における左端Ｌの中間部Ｌ_Ｍと右端Ｒの中間部Ｒ_Ｍとを結ぶ中心線Ｌ_αと略直交するように、一方の電極１１及び他方の電極１２をワークｗ上に配置する。本発明の実施形態では、図３（ｂ）にハッチングを付している領域、つまり一方の電極１１と他方の電極１２とで囲まれるワークｗ上の領域を通電領域ｗ_２と呼び、加熱すべき領域ｗ_１と区別する。通電領域ｗ_２は、一方の電極１１と他方の電極１２とを最も離した状態において、図３（ｂ）に示すように、加熱すべき領域ｗ_１と、左領域ｗ_Ｌの一部で加熱すべき領域ｗ_１の左端Ｌを一辺とする略三角形の領域ΔＬと、右領域ｗ_Ｒの一部で加熱すべき領域ｗ_１の右端Ｒを一辺とする略三角形の領域ΔＲにより形成される。

そのため、ワークｗのうち、一方の電極１１が接触する部位と他方の電極１２が接触する部位との間隔が、ワークの奥行き方向位置に拘わらず同一性の範囲に収まり易い。つまり、ワークｗのうち一方の電極１１と他方の電極１２との間に流す電流を、ワークｗの奥行き方向位置に拘わらず同一性の範囲とすることができる。これにより、板状のワークｗをほぼ均一に加熱することができる。

さらに、中心線Ｌ_αに沿ってワークｗの微小長さ当たりの抵抗が増加する場合には、つまり、中心線Ｌ_αに垂直な断面でワークｗを区分したとき区分した各領域の抵抗が中心線Ｌ_αに沿って増加する場合には、その抵抗が増加する方向に一方の電極１１を移動することにより、加熱すべき領域ｗ_１の各部に供給される電流の時間を調整し、熱処理を施したい領域をほぼ均一に加熱することができる。ここで「微小長さ」とは「単位長さ」であってもよく、中心線Ｌ_αに沿う方向の例えば１ｃｍの距離を意味する。図示を省略するが、加熱すべき領域ｗ_１の左右方向の中間部における奥行き幅が最も広く左右方向に沿って減少する場合には、中間部に一方の電極１１と他方の電極１２とを中心線Ｌ_αと略直交するように配置し、一方の電極１１と他方の電極１２とを逆方向に移動して電極間隔を広くすればよい。

図６〜図９は、図１に示す通電加熱装置の具体的な構造を示し、図６は正面図、図７は左側面図、図８は平面図、図９は右側面図である。図６〜図９に示すように、通電加熱装置２０は、ワークｗを上下方向から挟む電極部２１ａ，２２ａと補助電極部２１ｂ，２２ｂとにより各電極２１，２２が構成されている。

図６において、移動電極２１は向かって左側に配置され、固定電極２２は向かって右側に配置されている。移動電極２１、固定電極２２の何れも、対をなすリード部２１ｃ，２２ｃと、ワークｗに接触する電極部２１ａ，２２ａと、ワークｗを電極部２１ａ，２２ａ側に押圧する補助電極部２１ｂ，２２ｂと、を備えている。

図６に示すように、移動機構２５として、ガイドレール２５ａが左右方向に延設され、その上方に、ねじ軸からなる移動制御棒２５ｂが左右方向に延設され、ガイドレール２５ａ上をスライドするスライダー２５ｃに移動制御棒２５ｂが螺合しており、移動制御棒２５ｂをステップモータ２５ｄにより速度調整して回転することで、スライダー２５ｃが左右へ移動する。

移動電極用のリード部２１ｃが、絶縁板２１ｄを介在してスライダー２５ｃ上に配置され、給電部１に電気的に接続された配線２ａが移動電極用のリード部２１ｃの一端部に固定され、移動用の電極部２１ａが移動電極用のリード部２１ｃの他端部に固定されており、移動用の補助電極部２１ｂを上下動可能に配置する吊り下げ機構２６が配設されている。

吊り下げ機構２６は、ステージ２６ａ，壁部２６ｂ，２６ｃ及び橋部２６ｄ等で構成された架台に設けられている。即ち、吊り下げ機構２６は、ステージ２６ａの他端部に奥行き方向に離隔して設けられた対の壁部２６ｂ，２６ｃと、壁部２６ｂ，２６ｃ上端に架け渡された橋部２６ｄと、橋部２６ｄの軸上に取り付けられたシリンダーロッド２６ｅと、シリンダーロッド２６ｅの先端部に取り付けられる挟持部２６ｆ（固定具と呼んでもよい。）と、補助電極部２１ｂを絶縁して保持する保持プレート２６ｇと、を備える。シリンダーロッド２６ｅの先端が挟持部２６ｆの上端に固定され、壁部２６ｂ，２６ｃのそれぞれ対向面に支持部２６ｉが設けられ保持プレート２６ｇを連結軸２６ｈで揺動可能な状態でガイドする。シリンダーロッド２６ｅが上下動することにより、挟持部２６ｆ、連結軸２６ｈ、保持プレート２６ｃ及び補助用電極部２１ｂが上下動する。その際、ワークｗの加熱領域を横断するように固定用の電極部２１ａ及び補助用電極部２１ｂが延びているので、連結軸２６ｈで揺動されることにより、固定用の電極部２１ａの上面と補助用電極２１ｂの下面の各全面をワークｗに押し当てることができる。

吊り下げ機構２６及び移動電極用のリード部２１ｃが移動機構２５により左右に移動しても、移動用の電極部２１ａと移動用の補助電極部２１ｂとが平板状のワークｗに接触したまま挟持するように、移動用の電極部２１ａ、移動用の補助電極部２１ｂでは、何れも、ワークｗの奥行き方向にワークｗを横断するように転動ローラ２７ａ，２７ｂが配置され、転動ローラ２７ａ，２７ｂを一対の軸受２８ａ，２８ｂで転動自在にしている。移動機構２５で移動用の電極部２１ａ及び移動用の補助電極部２６ｂを左右に移動しても、一対の軸受２８ａ，２８ｂ及び転動ローラ２７ａを経由してワークｗに通電した状態を維持することができる。

通電加熱装置２０の他方側には固定電極２２が設置されている。図６に示すように、固定電極用の引っ張り手段２９がステージ２９ａ上に配置されている。固定電極用のリード部２２ｃは固定電極用の引っ張り手段２９上に絶縁板２９ｂを介在して配置されている。給電部１に電気的に接続された配線２ｂが固定電極用のリード部２２ｃの一端部に固定されている。固定用の電極部２２ａは固定電極用のリード部２２ｃの他端部に固定されている。固定用の補助電極部２２ｂを上下動可能に配置する吊り下げ機構３１が固定用の電極部２２ａを覆うように配置される。

固定電極用の引っ張り手段２９は、絶縁板２９ｂの下面に接続されてステージ２９ａを左右に移動させる移動手段２９ｃと、絶縁板２６ｂを直接左右にスライドするためのスライダー２９ｄ，２９ｅと、スライダー２９ｄ，２９ｅをガイドするガイドレール２９ｆとを有しており、移動手段２９ｃによって、補助電極部２２ｂ、電極部２２ａ及び固定電極用のリード部２２ｃを左右にスライドして位置調整する。通電加熱装置２０にこのような引っ張り手段２９を設けていることにより、ワークｗが通電加熱により膨張しても平坦化することができる。

吊り下げ機構３１は、ステージ３１ａの他端部に奥行き方向に離隔して立設した対の壁部３１ｂ，３１ｃと、壁部３１ｂ，３１ｃ上端に架け渡された橋部３１ｄと、橋部３１ｄの軸上に取り付けられたシリンダーロッド３１ｅと、シリンダーロッド３１ｅの先端部に取り付けられる挟持部３１ｆと、補助電極部２２ｂを絶縁して保持する保持プレート３１ｇと、を備える。保持プレート３１ｇは連結軸３１ｈを介して挟持部３１ｆで挟持される。シリンダーロッド３１ｅの先端は挟持部３１ｆの上端に固定され、吊り下げ機構２６と同様に、壁部３１ｂ，３１ｃのそれぞれ対向面に設けた支持部によって保持プレートを揺動自在に支持する。シリンダーロッド３１ｅが上下動することにより、挟持部３１ｆ、連結軸３１ｈ、保持プレート３１ｇ及び補助用電極部２２ｂは上下動する。その際、ワークｗの加熱領域を横断するように固定用の電極部２２ａ及び補助用電極部２２ｂが延びているので、連結軸３１ｈで揺動することにより、固定用の電極部２２ａの上面と補助用電極部２２ｂの下面の各全面をワークｗに押し当てることができる。

図６乃至図９には示さないが、水平支持手段によってワークｗを水平に支持しておき、固定用電極２１と補助用電極２２でワークｗを挟んで固定し、移動用電極２１と補助電極２２とでワークｗを挟み、移動機構２５で移動用電極２１及び補助電極２２を移動する。速度調整部１５ｂによって移動速度を制御しながら、移動機構２５により移動用電極２１を移動する。よって、速度調整部１５ｂによりワークｗの形状に応じて、移動用電極２１及び補助電極２２の移動速度を調整することで、ワークｗの加熱領域を均一に加熱したり、又はワークｗの加熱領域を高温領域から低温領域に滑らかに変化するように分布させて加熱することもできる。

このように、通電加熱装置２０では、ワークｗを上下で挟むように電極部２１ａと補助用電極部２１ｂとを配置する。ワークｗの加熱領域を横断する形状を有する中実の電極部２１ａが、電極移動方向に沿って敷設された一対のリード部２１ｃ（ブスバーと呼んでもよい。）に横断して設けられる。電極部２１ａと補助用電極部２１ｂ及び一対のリード部２１ｃが駆動機構２５によって電極移動方向に沿って移動する手段に取り付けられている。電極部２１ａ及び補助用電極部２１ｂの少なくとも何れか一方が押圧手段としてのシリンダーロッド２６ｅによって上下動して、電極部２１ａと補助用電極部２１ｂとでワークｗを挟んだまま、ワークｗ上を走行することにより、ブスバー２１ｃを経由して電極部２１ｂからワークｗに通電しながら移動する。

なお、図６乃至図９に示した形態のみならず、電極部２１ａ及び補助用電極部２１ｂの少なくとも何れか一方が押圧手段としてのシリンダーロッド２６ｅによって上下動して、電極部２１ａと補助用電極部２１ｂとでワークｗを挟んだまま、電極部２１ａが一対のブスバー上を走行することによりブスバーを経由して電極部２１ｂからワークｗに通電しながら移動できるように設計変更してもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、ワークｗの形状及び寸法に応じて適宜変更して実施することができる。ワークｗは図示した形状に限定されず、ワークｗが、一方向に沿う断面積が小さくなるなどして単位長さ当たりの抵抗が大きくなる領域を含んでいれば、その方向に電極を移動させることによりその領域を均一加熱することができる。なお、ワークｗは、外周辺のうち左右両端をつなぐ横辺は直線である必要はなく湾曲していてもよいし、横辺が複数の直線や曲率の異なる曲線をつなげて構成されていてもよい。

また、上述では、ワークｗの一部に一つの加熱領域を有する場合について説明している。しかしながら、ワークｗが複数の領域に分けられており各領域が加熱領域である場合についても適用することができる。

また、本発明は、ワークが単一の素材からなるものでなく、例えば溶接等により二枚のプレート材を溶接した場合でもよく、その際溶接線を跨いで加熱領域が設定されていても本発明を適用することができる。

１：給電部
１０，２０：通電加熱装置
１１：一方の電極（移動電極）
１２：他方の電極（固定電極）
１３：電極対
１５：移動機構
１５ａ：調整部
１５ｂ：駆動機構
２１：電極（移動電極）
２２：電極（固定電極）
２１ａ，２２ａ：電極部
２１ｂ，２２ｂ：補助電極部
２１ｃ，２２ｃ：リード部
２１ｄ：絶縁板
２５：移動機構
２５ａ：ガイドレール
２５ｂ：移動制御棒
２５ｃ：スライダー
２５ｄ：ステップモータ
２６，３１：吊り下げ機構
２６ａ，３１ａ：ステージ
２６ｂ，２６ｃ，３１ｂ，３１ｃ：壁部
２６ｄ，３１ｄ：橋部
２６ｅ，３１ｅ：シリンダーロッド
２６ｆ，３１ｆ：挟持部
２６ｇ，３１ｇ：保持プレート
２６ｈ，３１ｈ：連結軸
２６ｉ：支持部
２７ａ，２７ｂ：転動ローラ
２８ａ，２８ｂ：軸受
２９：引っ張り手段
２９ａ：ステージ
２９ｂ：絶縁板
２９ｃ：移動手段
２９ｄ，２９ｅ：スライダー
２９ｆ：ガイドレール

Claims (2)

1. 板状のワークのうち加熱すべき領域の一端中間部と他端中間部とを結ぶ中心線と略直交しかつ前記ワークを横断するように、一方の電極及び他方の電極を前記ワーク上に配置し、
   前記一方の電極と前記他方の電極との間に電流を流しながら前記一方の電極、前記他方の電極の何れか一方又は双方を前記中心線に沿って移動する、通電加熱方法において、
   前記中心線に沿って微小長さ当たりの抵抗が増加又は減少しており、
   前記一方の電極及び前記他方の電極を前記ワーク上に配置する際に、前記ワークを水平面上で回転させるか又は前記一方の電極及び前記他方の電極を水平面で回転させることを特徴とする、通電加熱方法。
2. 前記一方の電極又は前記他方の電極を前記中心線に沿って前記ワークの微小長さ当たりの抵抗が増加する方向に移動し、加熱すべき領域の各部に供給される電流の時間を調整する、請求項１に記載の通電加熱方法。

Images