JP6902928B2 - 通電加熱装置、及び通電加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属パイプ材料に通電して加熱する通電加熱装置、及び通電加熱方法に関する。

従来、金属パイプを成形金型により型閉してブロー成形する成形装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された成形装置は、成形金型と、金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、を備えている。この成形装置では、加熱された金属パイプ材料を成形金型内に配置し、成形金型を型閉した状態で金属パイプ材料に気体供給部から気体を供給して膨張させることによって、金属パイプ材料を成形金型の形状に対応する形状に成形する。

特開２０１５−１１２６０８号公報

従来の成形装置では、膨張成形前に電極で金属パイプ材料を保持し、電極を介して通電を行うことで金属パイプ材料の加熱が行われる。ここで、完成品としての金属パイプは、様々な形状のものが求められていたため、それに伴って金属パイプ材料も様々な形状のものが用いられていた。ここで、金属パイプ材料として、全体が曲がったものが用いられる場合があった。しかしながら、電流が金属パイプ材料内を最短経路で流れようとするので、曲がった金属パイプ材料の通電加熱を行う場合、金属パイプ材料の軸方向において、金属パイプ材料に温度むらが生じやすいという問題がある。従って、金属パイプ材料の軸方向の温度分布のむらを抑制することが求められている。

そこで、本発明は、加熱時における金属パイプ材料の軸方向の温度分布のむらを低減することができる通電加熱装置、及び通電加熱方法を提供することを目的とする。

本発明に係る通電加熱装置は、金属パイプ材料に通電して加熱する通電加熱装置であって、金属パイプ材料の外周面に接して電力を供給する電極を備え、電極は、金属パイプ材料の外周面の周方向における一部分に対して通電を行い、且つ金属パイプ材料の外周面の周方向における他の部分に対して通電を行わない。

本発明に係る通電加熱装置によれば、電極は、金属パイプ材料の外周面の周方向における一部分に対して通電を行い、且つ金属パイプ材料の外周面の周方向における他の部分に対して通電を行わない。従って、金属パイプ材料の外周面のうち周方向における曲げの突出側の一部分に通電がなされるように、金属パイプ材料を電極に対して配置することができる。このように配置した場合、電流の経路が長く加熱されにくい部分である金属パイプ材料の曲げの突出側で通電を行い、電流の経路が短くなり加熱されやすい部分である金属パイプ材料の曲げの窪み側では通電が行われない。これにより、金属パイプ材料の曲げの窪み側に電流が集中して流れることを抑制することで、当該位置で発熱量が大きくなることを抑制できる。以上により、加熱時における金属パイプ材料の軸方向の温度分布のむらを低減することができる。

通電加熱装置において、電極は、互いに離間し、且つ、金属パイプ材料の外周面を互いに挟み込む第１の部分、及び第２の部分を備え、第１の部分は金属パイプ材料の外周面の周方向における一部分に対して通電を行い、第２の部分は金属パイプ材料の外周面の周方向における他の部分に対して通電を行わない。これにより、金属パイプ材料のうち、通電を行う部分を第１の部分で支持し、通電を行わない部分を第２の部分で支持すればよいので、電極に対する金属パイプ材料の位置合わせを行いやすい。

通電加熱装置において、電極は、金属パイプ材料の外周面の周方向における一部分と接触して金属パイプ材料を支持する導電部と、金属パイプ材料の外周面の周方向における他の部分と接触して金属パイプ材料を支持する絶縁部と、を備える。このように、導電部と絶縁部を設けることで、通電を行う部分と通電を行わない部分とを容易に構成することができる。

本発明に係る通電加熱方法は、上述の通電加熱装置を用いて金属パイプ材料に通電して加熱する通電加熱方法であって、曲げ方向に突出するように曲がった金属パイプ材料を準備する工程と、金属パイプ材料の外周面のうち周方向における曲げの突出側の一部分に通電がなされるように、金属パイプ材料を電極に対して配置する工程と、電極で金属パイプ材料を通電加熱する工程と、を備える。

本発明に係る通電加熱方法によれば、上述の通電加熱装置と同様の作用・効果を得ることができる。

本発明の通電加熱装置によれば、加熱時における金属パイプ材料の軸方向の温度分布のむらを低減することができる通電加熱装置、及び通電加熱方法を提供できる。

本実施形態に係る通電加熱装置で加熱した金属パイプ材料が用いられる成形装置を示す概略構成図である。 電極周辺の拡大図であって、（ａ）は電極が金属パイプ材料を保持した状態を示す図、（ｂ）は電極にシール部材を押し付けた状態を示す図、（ｃ）は電極の正面図である。 本実施形態に係る通電加熱装置の斜視図である。 本実施形態に係る通電加熱装置の模式図である。 図４に示すＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 変形例に係る電極の断面図である。 変形例に係る電極の断面図である。 変形例に係る電極の断面図である。

以下、本発明による通電加熱装置で加熱した金属パイプ材料が用いられる成形装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

〈成形装置の構成〉
図１は、本実施形態に係る成形装置の概略構成図である。図１に示されるように、金属パイプを成形する成形装置１０は、上型１２及び下型１１からなる成形金型１３と、上型１２及び下型１１の少なくとも一方を移動させる駆動機構８０と、上型１２と下型１１との間に配置される金属パイプ材料１４を保持するパイプ保持機構３０と、上型１２及び下型１１の間に保持され加熱された金属パイプ材料１４内に高圧ガス（気体）を供給するための気体供給部６０と、パイプ保持機構３０で保持された金属パイプ材料１４内に気体供給部６０からの気体を供給するための一対の気体供給機構４０，４０と、成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２とを備えると共に、上記駆動機構８０の駆動、上記パイプ保持機構３０の駆動、及び上記気体供給部６０の気体供給をそれぞれ制御する制御部７０と、を備えて構成されている。

成形金型１３の一方である下型１１は、基台１５に固定されている。下型１１は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、その上面に例えば矩形状のキャビティ（凹部）１６を備える。下型１１には冷却水通路１９が形成され、略中央に下から差し込まれた熱電対２１を備えている。この熱電対２１はスプリング２２により上下移動自在に支持されている。

更に、下型１１の左右端（図１における左右端）近傍にはスペース１１ａが設けられており、当該スペース１１ａ内には、パイプ保持機構３０の可動部である後述する下側の保持部材１７，１８等が、上下に進退動可能に配置されている。そして、下側の保持部材１７，１８上に金属パイプ材料１４が載置されることで、下側の保持部材１７，１８は、上型１２と下型１１との間に配置される金属パイプ材料１４に接触する。

下側の保持部材１７，１８は、パイプ保持機構３０を構成するアクチュエータ（不図示）の可動部である進退ロッド９５に固定されている。このアクチュエータは、下側の保持部材１７，１８等を上下動させるためのものであり、アクチュエータの固定部は、下型１１と共に基台１５側に保持されている。

成形金型１３の他方である上型１２は、駆動機構８０を構成する後述のスライド８１に固定されている。上型１２は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、内部に冷却水通路２５が形成されると共に、その下面に例えば矩形状のキャビティ（凹部）２４を備える。このキャビティ２４は、下型１１のキャビティ１６に対向する位置に設けられる。

上型１２の左右端（図１における左右端）近傍には、下型１１と同様に、スペース１２ａが設けられており、当該スペース１２ａ内には、パイプ保持機構３０の可動部である後述する上側の保持部材１７，１８等が、上下に進退動可能に配置されている。そして、上側の保持部材１７，１８上に金属パイプ材料１４が載置された状態において、上側の保持部材１７，１８は、下方に移動することで、上型１２と下型１１との間に配置された金属パイプ材料１４に接触する。

上側の保持部材１７，１８は、パイプ保持機構３０を構成するアクチュエータの可動部である進退ロッド９６に固定されている。このアクチュエータは、上側の保持部材１７，１８等を上下動させるためのものであり、アクチュエータの固定部は、上型１２と共に駆動機構８０のスライド８１側に保持されている。

パイプ保持機構３０の右側部分において、保持部材１８，１８が互いに対向する面のそれぞれには、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝１８ａが形成されていて（図２参照）、当該凹溝１８ａの部分に丁度金属パイプ材料１４が嵌り込むように載置可能とされている。また、保持部材１８の正面（金型の外側方向の面）には、凹溝１８ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１８ｂが形成されている。よって、パイプ保持機構３０の右側部分で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の右側端部の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができるように構成されている。

パイプ保持機構３０の左側部分において、保持部材１７，１７が互いに対向する面のそれぞれには、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝１７ａが形成されていて（図２参照）、当該凹溝１７ａの部分に丁度金属パイプ材料１４が嵌り込むように載置可能とされている。また、保持部材１７の正面（金型の外側方向の面）には、凹溝１７ａに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面１７ｂが形成されている。よって、パイプ保持機構３０の左側部分で金属パイプ材料１４を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料１４の左側端部の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができるように構成されている。

図１に示されるように、駆動機構８０は、上型１２及び下型１１同士が合わさるように上型１２を移動させるスライド８１と、上記スライド８１を移動させるための駆動力を発生するシャフト８２と、該シャフト８２で発生した駆動力をスライド８１に伝達するためのコネクティングロッド８３とを備えている。シャフト８２は、スライド８１上方にて左右方向に延在していると共に回転自在に支持されており、その軸心から離間した位置にて左右端から突出して左右方向に延在する偏心クランク８２ａを有している。この偏心クランク８２ａと、スライド８１の上部に設けられると共に左右方向に延在している回転軸８１ａとは、コネクティングロッド８３によって連結されている。駆動機構８０では、制御部７０によってシャフト８２の回転を制御することにより偏心クランク８２ａの上下方向の高さを変化させ、この偏心クランク８２ａの位置変化をコネクティングロッド８３を介してスライド８１に伝達することにより、スライド８１の上下動を制御できる。ここで、偏心クランク８２ａの位置変化をスライド８１に伝達する際に発生するコネクティングロッド８３の揺動（回転運動）は、回転軸８１ａによって吸収される。なお、シャフト８２は、例えば制御部７０によって制御されるモータ等の駆動に応じて回転又は停止する。

図１に戻り、一対の気体供給機構４０の各々は、シリンダユニット４２と、シリンダユニット４２の作動に合わせて進退動するシリンダロッド４３と、シリンダロッド４３におけるパイプ保持機構３０側の先端に連結されたシール部材４４とを有する。シリンダユニット４２はブロック４１上に載置固定されている。シール部材４４の先端には先細となるようにテーパー面４５が形成されており、保持部材１７，１８のテーパー凹面１７ｂ，１８ｂに合わさる形状に構成されている（図２参照）。シール部材４４には、シリンダユニット４２側から先端に向かって延在し、詳しくは図２（ａ），（ｂ）に示されるように、気体供給部６０から供給された高圧ガスが流れるガス通路４６が設けられている。

気体供給部６０は、ガス源６１と、このガス源６１によって供給されたガスを溜めるアキュムレータ６２と、このアキュムレータ６２から気体供給機構４０のシリンダユニット４２まで延びている第１チューブ６３と、この第１チューブ６３に介設されている圧力制御弁６４及び切替弁６５と、アキュムレータ６２からシール部材４４内に形成されたガス通路４６まで延びている第２チューブ６７と、この第２チューブ６７に介設されている圧力制御弁６８及び逆止弁６９とからなる。圧力制御弁６４は、シール部材４４の金属パイプ材料１４に対する押力に適応した作動圧力のガスをシリンダユニット４２に供給する役割を果たす。逆止弁６９は、第２チューブ６７内で高圧ガスが逆流することを防止する役割を果たす。第２チューブ６７に介設されている圧力制御弁６８は、制御部７０の制御により、金属パイプ材料１４を膨張させるための作動圧力を有するガスを、シール部材４４のガス通路４６に供給する役割を果たす。

制御部７０は、気体供給部６０の圧力制御弁６８を制御することにより、金属パイプ材料１４内に所望の作動圧力のガスを供給することができる。また、制御部７０は、図１に示す（Ａ）から情報が伝達されることによって、熱電対２１から温度情報を取得し、駆動機構８０等を制御する。

水循環機構７２は、水を溜める水槽７３と、この水槽７３に溜まっている水を汲み上げ、加圧して下型１１の冷却水通路１９及び上型１２の冷却水通路２５へ送る水ポンプ７４と、配管７５とからなる。省略したが、水温を下げるクーリングタワーや水を浄化する濾過器を配管７５に介在させることは差し支えない。

〈成形装置を用いた金属パイプの成形方法〉
次に、成形装置１０を用いた金属パイプの成形方法について説明する。最初に、焼入れ可能な鋼種の円筒状の金属パイプ材料１４を準備する。この金属パイプ材料１４を、後述のロボットアーム等を用いて、下型１１側に備わる保持部材１７，１８上に載置（投入）する。投入時における金属パイプ材料１４は、後述の通電加熱装置１００によって加熱された状態である。保持部材１７，１８には凹溝１７ａ，１８ａが形成されているので、当該凹溝１７ａ，１８ａによって金属パイプ材料１４が位置決めされる。

次に、制御部７０は、駆動機構８０及びパイプ保持機構３０を制御することによって、当該パイプ保持機構３０に金属パイプ材料１４を保持させる。具体的には、駆動機構８０の駆動によりスライド８１側に保持されている上型１２及び保持部材１７，１８等が下型１１側に移動すると共に、パイプ保持機構３０に含まれる保持部材１７，１８等及び保持部材１７，１８等を進退動可能としているアクチュエータを作動させることによって、金属パイプ材料１４の両方の端部付近を上下からパイプ保持機構３０により挟持する。この挟持は保持部材１７，１８に形成される凹溝１７ａ，１８ａの存在によって、金属パイプ材料１４の両端部付近の全周に渡って密着するような態様で挟持されることとなる。

なお、このとき、図２（ａ）に示されるように、金属パイプ材料１４の保持部材１８側の端部は、金属パイプ材料１４の延在方向において、保持部材１８の凹溝１８ａとテーパー凹面１８ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している。同様に、金属パイプ材料１４の保持部材１７側の端部は、金属パイプ材料１４の延在方向において、保持部材１７の凹溝１７ａとテーパー凹面１７ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している。また、上側の保持部材１７，１８の下面と下側の保持部材１７，１８の上面とは、それぞれ互いに接触している。ただし、金属パイプ材料１４の両端部全周に渡って密着する構成に限られず、金属パイプ材料１４の周方向における一部に保持部材１７，１８が当接するような構成であってもよい。

続いて、制御部７０による駆動機構８０の制御によって、加熱後の金属パイプ材料１４に対して成形金型１３を閉じる。これにより、下型１１のキャビティ１６と上型１２のキャビティ２４とが組み合わされ、下型１１と上型１２との間のキャビティ部内に金属パイプ材料１４が配置密閉される。

その後、気体供給機構４０のシリンダユニット４２を作動させることによってシール部材４４を前進させて金属パイプ材料１４の両端をシールする。このとき、図２（ｂ）に示されるように、金属パイプ材料１４の保持部材１８側の端部にシール部材４４が押し付けられることによって、保持部材１８の凹溝１８ａとテーパー凹面１８ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している部分が、テーパー凹面１８ｂに沿うように漏斗状に変形する。同様に、金属パイプ材料１４の保持部材１７側の端部にシール部材４４が押し付けられることによって、保持部材１７の凹溝１７ａとテーパー凹面１７ｂとの境界よりもシール部材４４側に突出している部分が、テーパー凹面１７ｂに沿うように漏斗状に変形する。シール完了後、高圧ガスを金属パイプ材料１４内へ吹き込んで、加熱により軟化した金属パイプ材料１４をキャビティ部の形状に沿うように成形する。

金属パイプ材料１４は高温（９５０℃前後）に加熱されて軟化しているので、金属パイプ材料１４内に供給されたガスは、熱膨張する。このため、例えば供給するガスを圧縮空気とし、９５０℃の金属パイプ材料１４を熱膨張した圧縮空気によって容易に膨張させることができる。

ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ材料１４の外周面が下型１１のキャビティ１６に接触して急冷されると同時に、上型１２のキャビティ２４に接触して急冷（上型１２と下型１１は熱容量が大きく且つ低温に管理されているため、金属パイプ材料１４が接触すればパイプ表面の熱が一気に金型側へと奪われる。）されて焼き入れが行われる。このような冷却法は、金型接触冷却又は金型冷却と呼ばれる。急冷された直後はオーステナイトがマルテンサイトに変態する（以下、オーステナイトがマルテンサイトに変態することをマルテンサイト変態とする）。冷却の後半は冷却速度が小さくなったので、復熱によりマルテンサイトが別の組織（トルースタイト、ソルバイト等）に変態する。従って、別途焼戻し処理を行う必要がない。また、本実施形態においては、金型冷却に代えて、あるいは金型冷却に加えて、冷却媒体を例えばキャビティ２４内に供給することによって冷却が行われてもよい。例えば、マルテンサイト変態が始まる温度までは金型（上型１２及び下型１１）に金属パイプ材料１４を接触させて冷却を行い、その後型開きすると共に冷却媒体（冷却用気体）を金属パイプ材料１４へ吹き付けることにより、マルテンサイト変態を発生させてもよい。

上述のように金属パイプ材料１４に対してブロー成形を行った後に冷却を行い、型開きを行うことにより、例えば略矩形筒状の本体部を有する金属パイプを得る。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る通電加熱装置１００について説明する。なお、本実施形態で用いられる金属パイプ材料１４は、軸方向において全体的に曲げ方向Ｄ１に突出するように曲がった形状を有している。ここでは、金属パイプ材料１４は、軸方向における中央部にて頂部を有するように円弧状に湾曲する。以降の説明においては、金属パイプ材料１４のうち、曲げ方向Ｄ１において突出する側の領域を第１の領域Ｅ１と称し、曲げ方向Ｄ１と反対側において窪んでいる側の領域を第２の領域Ｅ２と称する場合がある。図４に示すように、金属パイプ材料１４を曲げ方向Ｄ１及び軸方向と直交する方向から見たとき、金属パイプ材料１４の湾曲形状における外周側の領域が第１の領域Ｅ１であり、内周側の領域が第２の領域Ｅ２となる。なお、第１の領域Ｅ１と第２の領域Ｅ２との境界は、図４に示す方向から見たときの金属パイプ材料１４の幅方向における中央位置であるものとする。通電加熱装置１００は、このような金属パイプ材料１４を保持すると共に、通電加熱する機能を有している。また、通電加熱装置１００は、保持した金属パイプ材料１４を成形金型１３にセットする機能を有している。図４に示すように、通電加熱装置１００は、第１の電極１０１と、第２の電極１０２と、電力供給部１０３と、制御部１０６と、を備えている。また、図３に示すように、通電加熱装置１００は、第１の電極１０１に対して設けられた第１の位置調整部１０８と、第２の電極１０２に対して設けられた第２の位置調整部１０９と、を備えている。

図４に示すように、電極１０１は、金属パイプ材料１４を保持し、第２の電極１０２との間で金属パイプ材料１４に通電を行う部材である。第１の電極１０１は、保持部材（第１の部分）１０１Ａ及び保持部材（第２の部分）１０１Ｂを備えている。第１の電極１０１は、保持部材１０１Ａと保持部材１０１Ｂとの間で金属パイプ材料１４を挟み込むことによって保持する。第１の電極１０１は、金属パイプ材料１４の軸方向における一方の端部１４ｂ付近を保持する。なお、一方の保持部材１０１Ａが電力供給部１０３から延びる導線１１０と接続されている。これにより、保持部材１０１Ａは、金属パイプ材料１４へ電流を流すことができる。なお、第１の電極１０１の詳細な構成については後述する。

第２の電極１０２は、第１の電極１０１と異なる位置で、金属パイプ材料１４を保持し、第１の電極１０１との間で金属パイプ材料１４に通電を行う部材である。第２の電極１０２は、保持部材１０２Ａ及び保持部材１０２Ｂを備えている。第２の電極１０２は、保持部材１０２Ａと保持部材１０２Ｂとの間で金属パイプ材料１４を挟み込むことによって保持する。第２の電極１０２は、金属パイプ材料１４の軸方向における他方の端部１４ｃ付近を保持する。なお、一方の保持部材１０２Ａが電力供給部１０３から延びる導線１１１と接続されている。

電力供給部１０３は、第１の電極１０１及び第２の電極１０２で金属パイプ材料１４を保持した状態で、第１の電極１０１と第２の電極１０２との間で通電させる装置である。電力供給部１０３は、少なくとも直流電源及びスイッチを備えて構成されている。電力供給部１０３は、導線１１０を介して第１の電極１０１の保持部材１０１Ａと電気的に接続され、導線１１１を介して第２の電極１０２の保持部材１０２Ａと電気的に接続されている。制御部１０６は、電力供給部１０３のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替える制御を行うことができる。従って、制御部１０６は、所定のタイミングで電力供給部１０３のスイッチをＯＮとし、金属パイプ材料１４に電流を流すことができる。

図３に示すように、第１の位置調整部１０８、及び第２の位置調整部１０９は、ロボットアームによって構成されている。例えば、第１の位置調整部１０８は、金属パイプ材料１４を把持するロボットハンド１０８ａ、ロボットハンド１０８ａの姿勢を三次元的に変更可能な可動部１０８ｂ、及び可動部１０８ｂ及びロボットハンド１０８ａ全体を水平方向に回転させる台座１０８ｃなどを備えている。これにより、第１の位置調整部１０８は、あらゆる角度及び方向から金属パイプ材料１４を保持することができる。また、第１の位置調整部１０８は、金属パイプ材料１４をあらゆる姿勢に保持することが可能であり、保持した金属パイプ材料１４を可動域の範囲内であらゆる位置に配置することができる。第２の位置調整部１０９は、第１の位置調整部１０８と同趣旨の構成を有している。

第１の位置調整部１０８は、第２の位置調整部１０９から離間した位置にて当該第１の位置調整部１０８と並ぶように設けられている。第１の位置調整部１０８は、ロボットハンド１０８ａの先端部に第１の電極１０１を備えている。これにより、第１の位置調整部１０８は、金属パイプ材料１４に対する第１の電極１０１の取付位置を調整可能となる。第２の位置調整部１０９は、ロボットハンド１０９ａの先端部に第２の電極１０２を備えている。これにより、金属パイプ材料１４に対する第１の電極による保持の位置を調整可能となる。

各位置調整部１０８，１０９は、金属パイプ材料１４を成形金型１３外で保持し、当該金属パイプ材料１４を搬送して成形金型１３内に設置することができる。なお、各位置調整部１０８，１０９は、制御部１０６（図４参照）によって制御されてよい。従って、制御部１０６は、各位置調整部１０８，１０９で金属パイプ材料１４を保持し、通電加熱を行った後、加熱された当該金属パイプ材料を成形金型１３に配置することができる。

次に、図５を参照して、第１の電極１０１の詳細な構成について説明する。図５は、図４に示すＶ−Ｖ線に沿った断面図である。なお、第２の電極１０２は第１の電極１０１と同趣旨の構成を有しているため、説明を省略する。

図５に示すように、保持部材１０１Ａは、断面略矩形状のブロック状の部材である。保持部材１０１Ａの側面のうち、保持部材１０１Ｂと対向する対向面１０１Ａａには、溝部１０１Ａｂが形成される。溝部１０１Ａｂは、金属パイプ材料１４の外周面１４ａに対応した形状を有しており、半円状に窪んだ形状を有している。保持部材１０１Ａは、金属パイプ材料１４を保持するときは、溝部１０１Ａｂを金属パイプ材料１４の外周面１４ａにおける第１の領域Ｅ１と接触させる。保持部材１０１Ｂは、断面略矩形状のブロック状の部材である。保持部材１０１Ｂの側面のうち、保持部材１０１Ａと対向する対向面１０１Ｂａには、溝部１０１Ｂｂが形成される。溝部１０１Ｂｂは、金属パイプ材料１４の外周面１４ａに対応した形状を有しており、半円状に窪んだ形状を有している。保持部材１０１Ｂは、金属パイプ材料１４を保持するときは、溝部１０１Ａｂを金属パイプ材料１４の外周面１４ａにおける第２の領域Ｅ２と接触させる。なお、溝部１０１Ａｂ，１０１Ｂｂの形状は、金属パイプ材料１４の断面形状に合わせた形状に適宜変更してよい。

ここで、第１の電極１０１は、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における一部分に対して通電を行い、且つ金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における他の部分に対して通電を行わない。本実施形態では、第１の電極１０１は、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における第１の領域Ｅ１に対して通電を行い、且つ金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における第２の領域Ｅ２に対して通電を行わない。なお、第１の電極１０１のうち、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における一部分に対して通電を行う部分を通電部分１５０Ａとし、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における他の部分に対して通電を行わない部分を非通電部分１５０Ｂとして説明を行う場合がある。非通電部分１５０Ｂは、金属パイプ材料１４の外周面１４ａと接触し、金属パイプ材料１４を支持した状態でありながら、当該金属パイプ材料１４に通電を行わない部分である。

上述のように、第１の電極１０１は、互いに離間し、且つ、金属パイプ材料１４の外周面１４ａを互いに挟み込む保持部材１０１Ａ、及び保持部材１０１Ｂを備えている。保持部材１０１Ａは金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における第１の領域Ｅ１に対して通電を行う。保持部材１０１Ｂは金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における第２の領域Ｅ２に対して通電を行わない。具体的には、保持部材１０１Ａは導電性を有する材料から構成されている。導電性を有する材料として、例えば、銅、アルミニウム等が用いられる。保持部材１０１Ｂは、絶縁性を有する材料から構成されている。絶縁性を有する材料として、例えば、セラミックス、マイカ、石綿、ガラス繊維等が用いられる。

以上のような構成により、保持部材１０１Ａは、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における第１の領域Ｅ１と接触して金属パイプ材料１４を支持する導電部１２１Ａとして機能する。保持部材１０１Ａは、導線１１０から流れる電流を溝部１０１Ａｂを介して金属パイプ材料１４へ流す。あるいは、電流の方向が逆の場合、保持部材１０１Ａは、金属パイプ材料１４から流れる電流を溝部１０１Ａｂを介して導線１１０へ流す。従って、保持部材１０１Ａは、金属パイプ材料１４に対する通電部分１５１Ａとして機能する。なお、本明細書での「通電」とは、電極から金属パイプ材料に対して電流を流すこと、及び金属パイプ材料からの電流を受けることを意味するものとする。保持部材１０１Ｂは、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における第２の領域Ｅ２と接触して金属パイプ材料１４を支持する絶縁部１２１Ｂとして機能する。また、保持部材１０１Ｂは、金属パイプ材料１４に対して通電を行わない非通電部分１５１Ｂとして機能する。なお、図５に示す例では、保持部材１０１Ｂ全体が絶縁材料で構成されていたが、少なくとも金属パイプ材料１４と接触する部分、すなわち溝部１０１Ｂｂが絶縁材料で構成されていればよい。例えば、導電材料からなる保持部材１０１Ｂの表面全体を絶縁材料でコーティングしてもよい。

次に、上述の通電加熱装置１００を用いた通電加熱方法について説明する。

まず、図４に示すような、曲げ方向Ｄ１に突出するように曲がった金属パイプ材料１４を準備する工程が実行される。次に、金属パイプ材料１４の外周面１４ａのうち周方向における曲げの突出側の一部分（第１の領域Ｅ１）に通電がなされるように、金属パイプ材料１４を第１の電極１０１及び第２の電極１０２に対して配置する工程が実行される。この工程では、第１の電極１０１の保持部材１０１Ａの溝部１０１Ａｂに金属パイプ材料１４の外周面１４ａの第１の領域Ｅ１を接触させる。また、この工程では、第１の電極１０１の保持部材１０１Ｂの溝部１０１Ｂｂに金属パイプ材料１４の外周面１４ａの第２の領域Ｅ２を接触させる。このような態様にて、第１の電極１０１は、保持部材１０１Ａ，１０１Ｂにて金属パイプ材料１４を保持する。第２の電極１０２も、第１の電極１０１と同趣旨の態様にて、金属パイプ材料１４を保持する。次に、第１の電極１０１及び第２の電極１０２で金属パイプ材料１４を通電加熱する工程が実行される。この工程では、第１の電極１０１のうち、保持部材１０１Ａのみで金属パイプ材料１４に対して通電が行われ、保持部材１０１Ｂでは通電が行われない。第２の電極１０２のうち、保持部材１０２Ａのみで金属パイプ材料１４に対して通電が行われ、保持部材１０２Ｂでは通電が行われない。

次に、本実施形態に係る通電加熱装置１００及び通電加熱方法の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る通電加熱装置１００によれば、電極１０１，１０２は、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における一部分に対して通電を行い、且つ金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における他の部分に対して通電を行わない。従って、金属パイプ材料１４の外周面１４ａのうち周方向における曲げの突出側の一部分（第１の領域Ｅ１）に通電がなされるように、金属パイプ材料１４を電極１０１，１０２に対して配置することができる。このように配置した場合、電流の経路が長く加熱されにくい部分である金属パイプ材料１４の曲げの突出側（第１の領域Ｅ１）で通電を行い、電流の経路が短くなり加熱されやすい部分である金属パイプ材料の曲げの窪み側（第２の領域Ｅ２）では通電が行われない。これにより、金属パイプ材料１４の曲げの窪み側に電流が集中して流れることを抑制することで、当該位置で発熱量が大きくなることを抑制できる。以上により、加熱時における金属パイプ材料１４の軸方向の温度分布のむらを低減することができる。

通電加熱装置１００において、電極１０１，１０２は、互いに離間し、且つ、金属パイプ材料１４の外周面１４ａを互いに挟み込む保持部材１０１Ａ，１０２Ａ、及び保持部材１０１Ａ，１０１Ｂを備える。保持部材１０１Ａ，１０２Ａは金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における一部分（第１の領域Ｅ１）に対して通電を行い、保持部材１０１Ｂ，１０２Ｂは金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における他の部分（第２の領域Ｅ２）に対して通電を行わない。これにより、金属パイプ材料１４のうち、通電を行う部分を保持部材１０１Ａ，１０２Ａで支持し、通電を行わない部分を保持部材１０１Ｂ，１０２Ｂで支持すればよいので、電極１０１，１０２に対する金属パイプ材料１４の位置合わせを行いやすい。

通電加熱装置１００において、電極１０１，１０２は、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における一部分（第１の領域Ｅ１）と接触して金属パイプ材料１４を支持する導電部１２１Ａと、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における他の部分（第２の領域Ｅ２）と接触して金属パイプ材料１４を支持する絶縁部１２１Ｂと、を備える。このように、導電部１２１Ａと絶縁部１２１Ｂを設けることで、通電を行う通電部分１５１Ａと通電を行わない非通電部分１５１Ｂとを（例えば、後述の図７，８のように通電部分の切替を行う構成に比して）容易に構成することができる。

本実施形態に係る通電加熱方法は、上述の通電加熱装置１００を用いて金属パイプ材料１４に通電して加熱する通電加熱方法であって、曲げ方向Ｄ１に突出するように曲がった金属パイプ材料１４を準備する工程と、金属パイプ材料１４の外周面１４ａのうち周方向における曲げの突出側の一部分（第１の領域Ｅ１）に通電がなされるように、金属パイプ材料１４を電極１０１，１０２に対して配置する工程と、電極１０１，１０２で金属パイプ材料１４を通電加熱する工程と、を備える。

本実施形態に係る通電加熱方法によれば、上述の通電加熱装置１００と同様の作用・効果を得ることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、電極は、一つの保持部材の中で導電部と絶縁部を有してよい。図６に示す電極２００は、保持部材２００Ａ，２００Ｂを備えている。なお、以降の説明では、保持部材２００Ａ，２００Ｂ同士が対向する方向を対向方向Ｄ２と称し、対向方向Ｄ２及び軸方向と直交する方向を幅方向Ｄ３として説明を行う。保持部材２００Ａ，２００Ｂは、幅方向Ｄ３における一方側に導電材料で構成された導電部２０１Ａ，２０１Ｂと、幅方向Ｄ３における他方側に絶縁材料で構成された絶縁部２０２Ａ，２０２Ｂと、を備えている。導線１１０は、導電部２０１Ａに接続されている。この場合、導電部２０１Ａと導電部２０１Ｂとは、互いの対向面２０１Ａａ，２０１Ｂａを介して互いに導通される。ただし、導線１１０は、導電部２０１Ｂに接続されてもよく、導電部２０１Ａ及び導電部２０１Ｂの両方に接続されてもよい。以上のような構成により、導電部２０１Ａ，２０１Ｂは、金属パイプ材料１４に対して通電を行う通電部分２５１Ａとして機能する。絶縁部２０２Ａ，２０２Ｂは、金属パイプ材料１４に対して通電を行わない非通電部分２５１Ｂとして機能する。

このような電極２００は、導電部２０１Ａ，２０１Ｂにて、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における一部分に対して通電を行い、且つ絶縁部２０２Ａ，２０２Ｂにて、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における他の部分に対して通電を行わない。従って、金属パイプ材料１４の外周面１４ａのうち周方向における曲げの突出側の一部分（第１の領域Ｅ１）に通電がなされるように、金属パイプ材料１４を電極２００に対して配置することができる。ここでは、金属パイプ材料１４は、第１の領域Ｅ１と第２の領域Ｅ２とが幅方向Ｄ３に対向するように配置され、第１の領域Ｅ１が導電部２０１Ａ，２０１Ｂに接触、第２の領域Ｅ２が絶縁部２０２Ａ，２０２Ｂに接触する。このように配置した場合、電流の経路が長く加熱されにくい部分である金属パイプ材料１４の曲げの突出側（第１の領域Ｅ１）で通電を行い、電流の経路が短くなり加熱されやすい部分である金属パイプ材料の曲げの窪み側（第２の領域Ｅ２）では通電が行われない。これにより、金属パイプ材料１４の曲げの窪み側に電流が集中して流れることを抑制することで、当該位置で発熱量が大きくなることを抑制できる。以上により、加熱時における金属パイプ材料１４の軸方向の温度分布のむらを低減することができる。

また、電極２００は、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における一部分（第１の領域Ｅ１）と接触して金属パイプ材料１４を支持する導電部２０１Ａ，２０１Ｂと、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における他の部分（第２の領域Ｅ２）と接触して金属パイプ材料１４を支持する絶縁部２０２Ａ，２０２Ｂと、を備える。このように、導電部２０１Ａ，２０１Ｂと絶縁部２０２Ａ，２０２Ｂを設けることで、通電を行う通電部分２５１Ａと通電を行わない非通電部分２５１Ｂとを（例えば、後述の図７，８のように通電部分の切替を行う構成に比して）容易に構成することができる。

また、例えば、電極は、一つの保持部材の中で通電部分と非通電部分とを切替可能に構成されてよい。図７に示す電極３００は、保持部材３００Ａ，３００Ｂを備えている。保持部材３００Ａ，３００Ｂは、幅方向Ｄ３における一方側に導電材料で構成された導電部３０１Ａ，３０１Ｂと、幅方向Ｄ３における他方側に導電材料で構成された導電部３０２Ａ，３０２Ｂと、幅方向Ｄ３における中央位置で導電部３０１Ａ，３０２Ａ間に絶縁材料で構成された絶縁部３０３Ａと、幅方向Ｄ３における中央位置で導電部３０１Ｂ，３０２Ｂ間に絶縁材料で構成された絶縁部３０３Ｂと、を備えている。

導線１１０は、分岐部１１０ａ及び分岐部１１０ｂに分岐されている。また、分岐部１１０ａにはスイッチ１１２が設けられ、分岐部１１０ｂにはスイッチ１１３が設けられる。分岐部１１０ａは導電部３０１Ａに接続され、分岐部１１０ｂは導電部３０２Ａに接続されている。この場合、導電部３０１Ａと導電部３０１Ｂとは、互いの対向面３０１Ａａ，３０１Ｂａを介して互いに導通される。導電部３０２Ａと導電部３０２Ｂとは、互いの対向面３０２Ａａ，３０２Ｂａを介して互いに導通される。

以上のような構成を有する電極３００は、通電部分３５１Ａと非通電部分３５１Ｂとを切り替えることができる。例えば、図７に示すようにスイッチ１１２をＯＮとし、スイッチ１１３をＯＦＦとした場合、導電部３０１Ａ，３０１Ｂが通電部分３５１Ａとして機能し、導電部３０２Ａ，３０２Ｂ及び絶縁部３０３Ａ，３０３Ｂが非通電部分３５１Ｂとして機能する。また、スイッチ１１２をＯＦＦとし、スイッチ１１３をＯＮとした場合、導電部３０２Ａ，３０２Ｂが通電部分３５１Ａとして機能し、導電部３０１Ａ，３０１Ｂ及び絶縁部３０３Ａ，３０３Ｂが非通電部分３５１Ｂとして機能する。

このような電極３００は、スイッチ１１２をＯＮとし、スイッチ１１３をＯＦＦとした場合、導電部３０１Ａ，３０１Ｂにて、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における一部分に対して通電を行い、且つ導電部３０２Ａ，３０２Ｂにて、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における他の部分に対して通電を行わない。従って、金属パイプ材料１４の外周面１４ａのうち周方向における曲げの突出側の一部分（第１の領域Ｅ１）に通電がなされるように、金属パイプ材料１４を電極３００に対して配置することができる。ここでは、金属パイプ材料１４は、第１の領域Ｅ１と第２の領域Ｅ２とが幅方向Ｄ３に対向するように配置され、第１の領域Ｅ１が導電部３０１Ａ，３０１Ｂに接触、第２の領域Ｅ２が導電部３０２Ａ，３０２Ｂに接触する。このように配置した場合、電流の経路が長く加熱されにくい部分である金属パイプ材料１４の曲げの突出側（第１の領域Ｅ１）で通電を行い、電流の経路が短くなり加熱されやすい部分である金属パイプ材料の曲げの窪み側（第２の領域Ｅ２）では通電が行われない。これにより、金属パイプ材料１４の曲げの窪み側に電流が集中して流れることを抑制することで、当該位置で発熱量が大きくなることを抑制できる。以上により、加熱時における金属パイプ材料１４の軸方向の温度分布のむらを低減することができる。

また、スイッチ１１２，１１３を切り替えることで、通電部分３５１Ａと非通電部分３５１Ｂの位置を切り替えることができる。すなわち、図７に示す状態から、スイッチ１１２をＯＦＦに切り替え、スイッチ１１３をＯＮに切り替えた場合、導電部３０２Ａ，３０２Ｂが通電部分３５１Ａとなる。この場合、第１の領域Ｅ１が導電部３０２Ａ，３０２Ｂに接触、第２の領域Ｅ２が導電部３０１Ａ，３０１Ｂに接触するように、金属パイプ材料１４を電極３００に対して配置する。このような切替機構を備えることで、電極３００で金属パイプ材料１４を保持した後に、通電部分３５１Ａと非通電部分３５１Ｂを設定することができる。

また、図８に示すように、更に多くの切替のパターンを有する電極４００を採用してもよい。図８に示す電極４００は、保持部材４００Ａ，４００Ｂを備えている。図８に示す電極４００は、図７の電極３００の導電部３０１Ａ，３０１Ｂ，３０２Ａ，３０２Ｂ、及び絶縁部３０３Ａ，３０３Ｂと同趣旨の、導電部４０１Ａ，４０１Ｂ，４０２Ａ，４０２Ｂ、及び絶縁部４０３Ａ，４０３Ｂを有する。更に、電極４００は、導電部４０１Ａの対向面に設けられた絶縁部４０４Ａと、導電部４０１Ｂの対向面に設けられた絶縁部４０４Ｂと、導電部４０２Ａの対向面に設けられた絶縁部４０６Ａと、導電部４０２Ｂの対向面に設けられた絶縁部４０６Ｂと、を備える。このような構成により、金属パイプ材料１４を保持した状態では、導電部４０１Ａ，４０１Ｂ，４０２Ａ，４０２Ｂは、互いに絶縁された状態となる。

導線１１０は、スイッチ１１２を有する分岐部１１０ａと、スイッチ１１３を有する分岐部１１０ｂと、スイッチ１１４を有する分岐部１１０ｃと、スイッチ１１５を有する分岐部１１０ｄと、を有する。分岐部１１０ａは導電部４０１Ａに接続され、分岐部１１０ｂは導電部４０２Ａに接続され、分岐部１１０ｃは、導電部４０１Ｂに接続され、分岐部１１０ｄは導電部４０２Ｂに接続される。

以上のような構成を有する電極４００は、通電部分４５１Ａと非通電部分４５１Ｂとを切り替えることができる。例えば、図８に示すようにスイッチ１１２，１１３をＯＮとし、スイッチ１１４，１１５をＯＦＦとした場合、導電部４０１Ａ，４０２Ａが通電部分３５１Ａとして機能し、導電部４０１Ｂ，４０２Ｂ及び絶縁部４０３Ａ，４０３Ｂ，４０４Ａ，４０４Ｂ，４０６Ａ，４０６Ｂが非通電部分３５１Ｂとして機能する。また、スイッチ１１４，１１５をＯＮとし、スイッチ１１２，１１３をＯＦＦとした場合、導電部４０１Ｂ，４０２Ｂが通電部分３５１Ａとして機能し、導電部４０１Ａ，４０２Ａ及び絶縁部４０３Ａ，４０３Ｂ，４０４Ａ，４０４Ｂ，４０６Ａ，４０６Ｂが非通電部分３５１Ｂとして機能する。また、スイッチ１１２，１１４をＯＮとし、スイッチ１１３，１１５をＯＦＦとした場合、導電部４０１Ａ，４０１Ｂが通電部分３５１Ａとして機能し、導電部４０２Ａ，４０２Ｂ及び絶縁部４０３Ａ，４０３Ｂ，４０４Ａ，４０４Ｂ，４０６Ａ，４０６Ｂが非通電部分３５１Ｂとして機能する。また、スイッチ１１３，１１５をＯＮとし、スイッチ１１２，１１４をＯＦＦとした場合、導電部４０２Ａ，４０２Ｂが通電部分３５１Ａとして機能し、導電部４０１Ａ，４０１Ｂ及び絶縁部４０３Ａ，４０３Ｂ，４０４Ａ，４０４Ｂ，４０６Ａ，４０６Ｂが非通電部分３５１Ｂとして機能する。

このような電極４００は、スイッチ１１２，１１３をＯＮとし、スイッチ１１４，１１５をＯＦＦとした場合、導電部４０１Ａ，４０２Ａにて、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における一部分に対して通電を行い、且つ導電部４０１Ｂ，４０２Ｂにて、金属パイプ材料１４の外周面１４ａの周方向における他の部分に対して通電を行わない。従って、金属パイプ材料１４の外周面１４ａのうち周方向における曲げの突出側の一部分（第１の領域Ｅ１）に通電がなされるように、金属パイプ材料１４を電極３００に対して配置することができる。ここでは、金属パイプ材料１４は、第１の領域Ｅ１と第２の領域Ｅ２とが対向方向Ｄ２に対向するように配置され、第１の領域Ｅ１が導電部４０１Ａ，４０２Ａに接触、第２の領域Ｅ２が導電部４０１Ｂ，４０２Ｂに接触する。このように配置した場合、電流の経路が長く加熱されにくい部分である金属パイプ材料１４の曲げの突出側（第１の領域Ｅ１）で通電を行い、電流の経路が短くなり加熱されやすい部分である金属パイプ材料の曲げの窪み側（第２の領域Ｅ２）では通電が行われない。これにより、金属パイプ材料１４の曲げの窪み側に電流が集中して流れることを抑制することで、当該位置で発熱量が大きくなることを抑制できる。以上により、加熱時における金属パイプ材料１４の軸方向の温度分布のむらを低減することができる。

また、スイッチ１１２，１１３，１１４，１１５のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、電極４００の通電部分４５１Ａ及び非通電部分４５１Ｂの位置を切り替えることができる。従って、金属パイプ材料１４の配置に応じて、第１の領域Ｅ１が通電部分４５１Ａと接触し、第２の領域Ｅ２が非通電部分４５１Ｂと接触するように、通電部分４５１Ａ及び非通電部分４５１Ｂの位置を切り替えることができる。

なお、金属パイプ材料の形状は上述のものに限定されない。例えば、金属パイプ材料は、湾曲ではなく屈曲している形状でもよい。

上述の通電加熱装置は、電極と位置調整部とを有する構成であったが、位置調整部を有していなくともよい。すなわち、成形装置側に上述と同趣旨の構成を有する電極を設けてもよい。この場合、成形装置に金属パイプ材料を設置する際に、電極と金属パイプ材料との位置合わせを行う。

１００…通電加熱装置、１０１，１０２，２００，３００，４００…電極、１０３…電力供給部、１０１Ａ，１０２Ａ，２００Ａ，３００Ａ，４００Ａ…保持部材（第１の部分）、１０１Ｂ，１０２Ｂ，２００Ｂ，３００Ｂ，４００Ｂ…保持部材（第２の部分）１２１Ａ，２０１Ａ，２０１Ｂ，３０１Ａ，３０１Ｂ，３０２Ａ，３０２Ｂ，４０１Ａ，４０１Ｂ，４０２Ａ，４０２Ｂ…導電部、１２１Ｂ，２０２Ａ，２０２Ｂ，３０３Ａ，３０３Ｂ，４０３Ａ，４０３Ｂ，４０４Ａ，４０４Ｂ，４０６Ａ，４０６Ｂ…絶縁部。

Claims (4)

1. 金属パイプ材料に通電して加熱する通電加熱装置であって、
   前記金属パイプ材料の外周面に接して電力を供給する電極を備え、
   前記金属パイプ材料は、軸方向において湾曲するように曲がった形状を有し、
   前記電極は、
   前記金属パイプ材料を保持すると共に、
   前記金属パイプ材料の前記外周面の周方向における曲げの突出側に対して通電を行い、且つ前記金属パイプ材料の前記外周面の周方向における曲げの窪み側では通電を行わない、通電加熱装置。
2. 前記電極は、互いに離間し、且つ、前記金属パイプ材料の前記外周面を互いに挟み込む第１の部分、及び第２の部分を備え、
   前記第１の部分は前記金属パイプ材料の前記外周面の周方向における前記曲げの突出側に対して通電を行い、
   前記第２の部分は前記金属パイプ材料の前記外周面の周方向における前記曲げの窪み側に対して通電を行わない、請求項１に記載の通電加熱装置。
3. 前記電極は、
   前記金属パイプ材料の前記外周面の周方向における前記曲げの突出側と接触して前記金属パイプ材料を支持する導電部と、
   前記金属パイプ材料の前記外周面の周方向における前記曲げの窪み側と接触して前記金属パイプ材料を支持する絶縁部と、を備える、請求項１又は２に記載の通電加熱装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の通電加熱装置を用いて前記金属パイプ材料に通電して加熱する通電加熱方法であって、
   曲げ方向に突出するように曲がった前記金属パイプ材料を準備する工程と、
   前記金属パイプ材料の前記外周面のうち周方向における曲げの突出側の一部分に通電がなされるように、前記金属パイプ材料を前記電極に対して配置する工程と、
   前記電極で前記金属パイプ材料を通電加熱する工程と、を備える通電加熱方法。
   

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