JP6295696B2 - 通電加熱用電極及びこれを用いた鋼板の通電加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、高強度鋼板のホットスタンプ成形するに当たり、鋼板を均一に通電加熱するために用いられる通電加熱用電極及びこれを用いた鋼板の通電加熱方法に関するものである。

近年、資源問題、環境意識の高まりにより自動車の燃費向上やＣＯ_２排出量の削減が強く要請されており、燃費への大きな影響因子である車両重量の軽量化は、自動車メーカー各社共通の取り組み課題となっている。

車体骨格の軽量化を図る方策としては、従来よりも高強度の鋼板を用いることにより、鋼板を肉薄化することが効果的である。しかし高強度鋼板は従来の軟質鋼板に比較して成形性が悪く、プレス後のスプリングバック等により形状精度を確保することが容易ではない。そこで、加熱した鋼板を金型に供給してプレス成形し、金型内部で成形とともに冷却して焼入れを行うホットスタンプ成形が実用化されている。

このホットスタンプ成形をうまく行うためには、その直前において鋼板を所定温度まで均一に加熱する必要がある。このための加熱方法の代表的なものは炉内加熱と通電加熱であるが、炉内加熱は加熱温度の均一性には優れるものの設備が大型化するという問題があるため、通電加熱が採用されているのが一般的である。例えば特許文献１には、鋼板の両端部を棒状の一体型電極で挟圧して通電加熱する方法が開示されている。

ところが、鋼板の両端部を一体型電極で挟圧した場合には、鋼板への電極の片当りにより鋼板の部位によって電極と鋼板との間の面圧が一定にならず、面圧が高い部分と比較的低い部分とが不可避的に発生することとなる。例えば特許文献１の代表図に示されるような形状の一体型電極では、荷重が加えられる電極中心付近の面圧が高くなり、中心から離れる部分は面圧が相対的に低下する傾向となる。

上記したような電極と鋼板との間の面圧の不均一が発生すると、通電加熱を行なったときに鋼板が均一加熱されず、面圧の強い部分の周辺が局部加熱したり、電極近傍でめっき材が燃焼したりするなどのトラブルが発生し易く、目的とするホットスタンプ成形が行えないことがあった。

特開２０１０−１８０４２８号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、鋼板への電極の片当りを抑制し面圧の均一化を図ることによって、鋼板を均一加熱することができる通電加熱用電極及びこれを用いた鋼板の通電加熱方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の通電加熱用電極は、矩形の鋼板の両端部を表裏両面から挟圧して通電加熱するための通電加熱用電極であって、鋼板の幅方向に延びる一体型の金属製の角柱体の固定電極が、角部を上向きにしてＶ溝を備えた電極ホルダーに保持されており、この固定電極に対して鋼板の端部を押圧する金属製の角柱体の分割押圧子が角部を下向きにしてＶ溝を備えたホルダーに保持されており、該分割押圧子は鋼板の幅方向に分割され、各分割押圧子は均等な押圧力を発生する押圧手段にそれぞれ取付けられた構造であることを特徴とするものである。

本発明の通電加熱用電極は、鋼板の幅方向に複数に分割された分割押圧子によって鋼板を一体型の固定電極に向けて押圧するため、各分割押圧子に作用させる押圧手段の押圧力をバランスさせておけば、鋼板の両端面を幅方向に均等な面圧で固定電極に接触させることができる。このため従来のような電極の片当りによる面圧の不均一が発生せず、鋼板の全体を均一に通電加熱することが可能となる。従って、本発明により均一加熱された鋼板をホットスタンプすれば、鋼板温度の不均一に伴うプレス形状のばらつきや、強度特性のばらつき等をなくすことができる。また本発明の通電加熱用電極は、電極当り面の平面度維持のためのメンテナンスを頻繁に行う必要もない利点もある。

特に押圧手段として共通の圧力源に接続された流体圧シリンダを使用すれば、各分割押圧子に作用させる押圧力を容易にバランスさせることができる。また、固定電極と分割押圧子を金属製の角柱体とし、角部を上向きまたは下向きとしてＶ溝を備えた電極ホルダーに保持させたので、摩耗してきたときに接触面を変更して更に使用することができ、電極の使用寿命を延長することができる。

本発明の実施形態を示す全体図である。 実施形態の通電加熱用電極を示す正面図である。 図２のＡ−Ａ矢視図である。 図２のＢ‐Ｂ矢視図である。 図２のＣ−Ｃ矢視図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態を示す側面図である。図中、１はホットスタンプ素材である矩形の鋼板であり、例えば自動車用の亜鉛メッキされた高強度鋼板である。その左右の両端は、本発明の通電加熱用電極２により挟圧され、９００℃以上のオーステナイト領域まで通電加熱される。

図２〜図５は実施形態の通電加熱用電極２の詳細図であり、図２は正面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視図、図４は図２のＢ‐Ｂ矢視図、図５は図２のＣ−Ｃ矢視図である。図２及び図５において、３は一体型の固定電極、４は複数に均等分割された分割押圧子である。分割押圧子４は固定電極３の直上位置に配置されている。固定電極３はこの実施形態では四角柱状の銅バーであり、角部を上向きにしてＶ溝を備えた電極ホルダー５に保持されている。電極ホルダー５はベースに対して絶縁保持されるとともに、図３、図４に示すようにブスバー１１が接続されて通電可能な構造となっている。鋼板１はその端部をこの固定電極３の上に載せられる。

分割押圧子４もこの実施形態では四角柱状の銅ブロックであり、角部を下向きにしてＶ溝を備えたホルダー６に保持されている。このように固定電極３と分割押圧子４を角柱体としておけば、鋼板１との接触面が摩耗してきたときに回転させることにより、新しい角部を鋼板１との接触面として使用することができる利点がある。その断面形状は四角形に限定されるものではなく、三角形や六角形等とすることもできる。

分割押圧子４はこの実施形態では９分割されており、ホルダー６も各分割押圧子４に対応させて分割されている。分割数が少なすぎると本発明の目的を十分に達成できず、分割数が多すぎると構造が複雑化するため、鋼板１のサイズにもよるが、分割数は４〜１２程度が最適である。

鋼板１の幅方向に延びる上部フレーム７には、押圧手段として９本の流体圧シリンダ８が垂直に配置されている。流体圧シリンダ８はこの実施形態では空気圧シリンダであり、空気圧ホース９を通じて共通の油圧源から同一圧力の空気圧が供給される。各流体圧シリンダ８のピストンロッド１０の下端にはホルダー６に保持された分割押圧子４が取り付けられている。なお、流体圧シリンダ８のストロークは２０〜３０ｍｍ程度で十分であり、供給される空気圧は０.５〜１.０ＭＰａ程度とし、１本当たり数十ｋｇの押圧力を発揮できるようにしておくことが好ましい。各流体圧シリンダ８によって分割押圧子４は鋼板１の上面に押圧される。なお、流体圧シリンダ８は空気圧シリンダに限定されるものではなく、油圧シリンダとすることももちろん可能である。

このように構成された通電加熱用電極２は、図１に示すように鋼板１の両端を固定電極３と分割押圧子４との間で挟圧し、固定電極３を通じて鋼板１に大電流を通電してジュール熱による通電加熱を行なわせるものであるが、本発明では上記したように、鋼板１の幅方向に分割された分割押圧子４によって鋼板１を固定電極３に向けて押圧する構造となっている。各流体圧シリンダ８には共通の圧力源から同一の流体圧が供給され、同一の押圧力を発生するように設定されているため、分割押圧子４によって押圧される鋼板１の各部位と固定電極３との間の面圧は均等となる。従って従来のような電極の片当りがなくなり、鋼板１の全体に均等に電流が流れるため、均一な通電加熱が可能となる。

なお、電極側を分割構造とすることも理論的には可能であるが、その場合には昇降する電極に通電するためのケーブルを多数設ける必要があるため、実用上は本発明のように電極側は一体型の固定電極３とし、分割押圧子４により押圧する構造が好ましい。また、両側を分割構造とすると構造が複雑化するうえ、鋼板１との接触状態を均一化することが困難となるのでやはり好ましくない。

上記した実施形態では、固定電極３と分割押圧子４を共に銅製としたが、分割押圧子４は通電機能を有するものではないため、強度に優れた鋼鉄製とすることもできる。しかし硬質金属は鋼板１の表面を疵付ける可能性があるため、鋼板１よりも軟質の金属製とすることが好ましい。

以上に説明したように、本発明によれば従来のような電極の片当りによる面圧の不均一が発生せず、鋼板１の全体を均一に通電加熱することが可能となる。従って、本発明により均一加熱された鋼板１をホットスタンプすれば、鋼板温度の不均一に伴うプレス形状のばらつきや、強度特性のばらつき等をなくすことができ、その実用的効果は極めて大である。

１ 鋼板
２ 通電加熱用電極
３ 固定電極
４ 分割押圧子
５ 電極ホルダー
６ ホルダー
７ 上部フレーム
８ 流体圧シリンダ
９ 油圧ホース
１０ ピストンロッド
１１ ブスバー

Claims (1)

1. 矩形の鋼板の両端部を表裏両面から挟圧して通電加熱するための通電加熱用電極であって、鋼板の幅方向に延びる一体型の金属製の角柱体の固定電極が、角部を上向きにしてＶ溝を備えた電極ホルダーに保持されており、この固定電極に対して鋼板の端部を押圧する金属製の角柱体の分割押圧子が角部を下向きにしてＶ溝を備えたホルダーに保持されており、該分割押圧子は鋼板の幅方向に分割され、各分割押圧子は均等な押圧力を発生する押圧手段にそれぞれ取付けられた構造であることを特徴とする通電加熱用電極。