JP6960772B2

JP6960772B2 - 通電加熱装置

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Publication number: JP6960772B2
Application number: JP2017101048A
Authority: JP
Inventors: 章博井手; 正之石塚; 雅之雑賀; 公宏野際
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2037-05-22
Also published as: JP2018195539A

Description

本発明は、通電加熱装置に関する。

従来、金属体である金属パイプ材料を加熱すると共に当該金属パイプ材料内に気体を供給して金属パイプを成形する成形装置が知られている。このような成形装置として、例えば特許文献１には、一対の金型と、一対の金型間に配置される金属パイプ材料に接触し電気的に接続可能な電極と、電極が金属パイプ材料に電気的に接続された状態において、電極を介して金属パイプ材料に通電可能な電力供給部と、を備える成形装置が記載されている。この成形装置は、金属パイプ材料に通電することで生じるジュール熱によって、金属パイプ材料を加熱し、型成形する通電加熱装置である。

特開２０１５−１１２６０８号公報

ところで、上記のような通電加熱装置にあっては、高電流を流し金属パイプ材料を通電加熱するため、金属パイプ材料と当該金属パイプ材料に接触する電極との間での電気的な接続が不十分であると（例えば、隙間が生じていると）、スパーク（アーキング；以下アーク放電と呼ぶ）が発生してしまう可能性が高くなる。そして、特に強いアーク放電が発生すると、電極表面が傷つき、通電時の抵抗となって、電極自体の発熱や金属パイプ材料の温度上昇の妨げ等の不具合が生じてしまうことになる。

そこで、本発明は、金属パイプ材料を始めとした金属体と電極との間において、アーク放電による電極への影響を抑制することができる通電加熱装置を提供することを目的とする。

本発明による通電加熱装置は、金属体に電力を供給し当該金属体を通電加熱する通電加熱装置であって、金属体に接触する少なくとも２つの電極と、電極に電力を供給する電力供給部と、電力供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、電極への電力の供給を開始してから第１所定時間の間、第１電流値にて電極に電力を供給するように電力供給部を制御し、第１所定時間の経過後、第１電流値よりも大きい第２電流値にて電極に電力を供給するように電力供給部を制御する。

このような通電加熱装置によれば、第２電流値にて電極に電力を供給して金属体を目標温度まで加熱し始める前に、電極への電力の供給を開始してから第１所定時間の間、第２電流値よりも小さい第１電流値にて電極に電力を供給する。これにより、金属体と電極との間の電気的な接続が不十分であると（例えば、隙間が生じていると）、弱いアーク放電が発生する。弱いアーク放電が発生すると、電極表面は、溶融するものの電流値が小さいため大きくは傷つかない。そして、電極表面が溶融することで電極と金属体とが短絡し、アーク放電は消滅する。その後、第１電流値よりも大きい第２電流値にて電極に電力を供給して金属体を目標温度まで加熱し始めたときには、既に電極と金属体とが短絡しているため、電極表面を大きく傷つけるほどの強いアーク放電が発生することが抑制される。よって、金属パイプ材料を始めとした金属体と電極との間において、アーク放電による電極への影響を抑制することができる。

ここで、通電加熱装置は、電極間の電圧を測定する電圧測定部を備え、制御部は、第２電流値にて電極に電力を供給するように電力供給部を制御している場合において、電圧測定部により測定された電極間の電圧値に基づき、電極と金属体との間でのアーク放電の発生を検知したときには、第２所定時間の間、第２電流値よりも小さい第３電流値にて電極に電力を供給するように電力供給部を制御し、第２所定時間の経過後、第２電流値にて電極に電力を供給するように電力供給部を制御してもよい。これによれば、第１電流値にて電極に電力が供給されて弱いアーク放電が発生しただけでは、第２電流値にて電極に電力が供給されることによる強いアーク放電の発生を十分に抑制可能な程度には電極と金属体とが短絡せず、強いアーク放電が発生した場合に、第２所定時間の間、第２電流値よりも小さい第３電流値にて電極に電力を供給し、電極表面を大きく傷つけることを抑制する。この第３電流値にて電極に電力を供給している状態において、アーク放電が発生したとしても、そのアーク放電は弱いアーク放電となる。弱いアーク放電が発生すると、電極表面は、再び溶融するものの電流値が小さいため大きくは傷つかない。そして、電極表面が溶融することで電極と金属体とが十分に短絡し、アーク放電は消滅する。その後、再び第２電流値にて電極に電力を供給するときには、電極と金属体とが十分に短絡しているため、強いアーク放電が発生することが抑制される。

このような本発明によれば、金属体と電極との間において、アーク放電による電極への影響を抑制可能な通電加熱装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る通電加熱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。通電加熱時の電流、電圧を示すタイミングチャートであって、（ａ）は供給電流を示す図、（ｂ）は（ａ）の供給電流に対する電圧の経時的変化を示す図である。

以下、本発明による通電加熱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、通電加熱装置としての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からなるブロー成形金型（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、パイプ保持機構３０で保持されている金属パイプ材料１４に通電して加熱する加熱機構５０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、ブロー成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２と、アーク放電が発生した場合に警告を発する警告装置７１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、上記加熱機構５０の駆動、上記気体供給部６０の気体供給及び警告装置７１の動作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。

ブロー成形金型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電極１７，１８（下側電極）等が、上下に進退動可能に配置されている。そして、下側電極１７，１８上に金属パイプ材料１４が載置されることで、下側電極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。これにより、下側電極１７，１８は金属パイプ材料１４に電気的に接続される。

下型１１と下側電極１７との間及び下側電極１７の下部、並びに下型１１と下側電極１８との間及び下側電極１８の下部には、通電を防ぐための絶縁材９１がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材９１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、下側電極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。

ブロー成形金型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電極１７，１８（上側電極）等が、上下に進退動可能に配置されている。そして、下側電極１７，１８上に金属パイプ材料１４が載置された状態において、上側電極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。これにより、上側電極１７，１８は金属パイプ材料１４に電気的に接続される。

上型１２と上側電極１７との間及び上側電極１７の上部、並びに上型１２と上側電極１８との間及び上側電極１８の上部には、通電を防ぐための絶縁材１０１がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材１０１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、上側電極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、電極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。パイプ保持機構３０の右側部分において、絶縁材９１，１０１が互いに対向する露出面には、上記凹溝１８ａと同様に、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝が形成されている。また、電極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、電極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。パイプ保持機構３０の左側部分において、絶縁材９１，１０１が互いに対向する露出面には、上記凹溝１８ａと同様に、金属パイプ材料１４の外周面に対応した半円弧状の凹溝が形成されている。また、電極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。

加熱機構５０は、電力供給部５５と、電力供給部５５と電極１７，１８とを電気的に接続するブスバー５２と、電極１７，１８間の電圧を測定する電圧測定部としての電圧計５３と、を備える。電力供給部５５は、直流電源及びスイッチを含み、電極１７，１８が金属パイプ材料１４に電気的に接続された状態において、ブスバー５２、電極１７，１８を介して金属パイプ材料１４に通電可能とされている。ブスバー５２は、ここでは、下側電極１７，１８に接続されており、電圧計５３は、ブスバー５２の下側電極１７寄りの位置に接続されると共に、ブスバー５２の下側電極１８寄りの位置に接続されている。なお、電力供給部５５は、約１００００Ａ２０Ｖ以上の電力を供給するようになっている。

この加熱機構５０では、電力供給部５５から出力された直流電流は、ブスバー５２によって伝送され、電極１７に入力される。そして、直流電流は、金属パイプ材料１４を通過して、電極１８に入力される。そして、直流電流は、ブスバー５２によって伝送されて電力供給部５５に入力される。

電圧計５３により測定される電圧値（図１に示す（Ｂ）からの情報）は、制御部７０のアーク放電検知部７０ａに入力される。アーク放電検知部７０ａは、電圧計５３で測定した電圧値に基づき電極１７，１８と金属パイプ材料１４との間におけるアーク放電の発生を検知する。制御部７０は、アーク放電検知部７０ａがアーク放電の発生を検知したら、加熱機構５０の電力供給部５５に対して、出力すべき電力を調整させる電力調整指令を送出すると共に、警告装置７１に警告指令を送出する。警告装置７１は、例えばランプや音や画面表示等で警告を発するものである。

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、電極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、例えばロボットアーム等を用いて、下型１１側に備わる電極１７，１８上に載置（投入）する。電極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及び上側電極１７，１８等が下型１１側に移動すると共に、パイプ保持機構３０に含まれる上側電極１７，１８等及び下側電極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。この挟持は電極１７，１８に形成される凹溝１７ａ，１８ａ、及び絶縁材９１，１０１に形成される凹溝の存在によって、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の電極１８側の端部は、金属パイプ材料１４の延在方向において、電極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の電極１７側の端部は、金属パイプ材料１４の延在方向において、電極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、上側電極１７，１８の下面と下側電極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電極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は、加熱機構５０を制御することによって、金属パイプ材料１４を加熱する。具体的には、制御部７０は、加熱機構５０の電力供給部５５を制御して電力を供給し、図３（ａ）に示されるように電流制御を行う。より具体的には、制御部７０は、電極１７，１８に電力の供給を開始してから第１所定時間Ｔ１の間、第１電流値Ｃ１にて電極１７，１８に電力を供給するように、電力供給部５５を制御（定電流制御）する。なお、「第１所定時間Ｔ１」とは、予め設定された時間である。例えば、第１所定時間Ｔ１は、１秒未満の時間であってもよい。また、「第１電流値Ｃ１」とは、第２電流値Ｃ２よりも小さい電流値である。例えば、第１電流値Ｃ１は、１０Ａ以上１００Ａ以下の電流値であってもよい。「第２電流値Ｃ２」とは、金属パイプ材料１４を目標温度まで通電加熱する際に電極１７，１８に供給される電流値である。例えば、第２電流値Ｃ２は、１００００Ａ以上の電流値であってもよい。

このように制御部７０が電力供給部５５を制御して電流値を第１電流値Ｃ１とすると、ブスバー５２を介して下側電極１７，１８に伝達される電力が、金属パイプ材料１４を挟持している上側電極１７，１８及び金属パイプ材料１４に供給される。

このとき、金属パイプ材料１４と電極１７，１８との電気的な接続が不十分であると（例えば、隙間が生じていると）、図３（ｂ）に示されるように、電極１７，１８と金属パイプ材料１４との間においてアーク放電ＥＡ１が発生する。

アーク放電ＥＡ１が発生するとき、電力供給部５５は、第２電流値Ｃ２よりも小さい電流値である第１電流値Ｃ１にて電極１７，１８に電力を供給している。このため、アーク放電ＥＡ１は、電力供給部５５が第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給している場合に発生するアーク放電と比較して弱い（すなわち、低出力・低電力の）アーク放電である。アーク放電ＥＡ１が発生すると、電極１７，１８の表面は、溶融するものの大きくは傷つかない。そして、電極１７，１８の表面が溶融することで電極１７，１８と金属パイプ材料１４とが短絡し、アーク放電ＥＡ１は消滅する。

アーク放電ＥＡ１が発生すると、制御部７０のアーク放電検知部７０ａは、電圧計５３で測定した電圧値に基づいて電極１７，１８と金属パイプ材料１４との間におけるアーク放電ＥＡ１の発生を検知する。例えば、アーク放電検知部７０ａは、単位時間当たりの電圧の変化量（ｄｖ／ｄｔ；微分）に基づきアーク放電ＥＡ１の発生を検知する。具体的には、アーク放電検知部７０ａは、単位時間当たりの電圧の変化量が所定値以上となった場合に、アーク放電ＥＡ１が発生したと判断する。この所定値は、予め定められた値であり、アーク放電ＥＡ１が発生したと判断して良い値である。

制御部７０は、アーク放電ＥＡ１の発生を検知したら、警告装置７１に指令を送出し、例えばランプや音や画面表示等で警告を発生させる。

続いて、制御部７０は、電極１７，１８に電力の供給を開始してから第１所定時間Ｔ１が経過した後、第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給するように、電力供給部５５を制御（定電流制御）する。これにより、金属パイプ材料１４に存在する抵抗により、金属パイプ材料１４自体がジュール熱によって発熱する。

このとき、金属パイプ材料１４と電極１７，１８との電気的な接続が不十分であると（例えば、アーク放電ＥＡ１による電極１７，１８と金属パイプ材料１４との短絡が不十分であると）、図３（ｂ）に示されるように、電極１７，１８と金属パイプ材料１４との間においてアーク放電ＥＡ２が発生する。

アーク放電ＥＡ２が発生するとき、電力供給部５５は、第１電流値Ｃ１よりも大きい電流値である第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給している。このため、アーク放電ＥＡ２は、アーク放電ＥＡ１と比較してやや強い（すなわち、高出力・高電力の）アーク放電である。ただし、既に弱いアーク放電ＥＡ１が発生して電極１７，１８と金属パイプ材料１４とが短絡しているため、アーク放電ＥＡ２は、アーク放電ＥＡ１が発生する前に第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給した場合に発生し得る非常に強いアーク放電と比較すると、弱いアーク放電である。

アーク放電ＥＡ２が発生すると、制御部７０のアーク放電検知部７０ａは、アーク放電ＥＡ１が発生した場合と同様に、電圧計５３で測定した電圧値に基づいて電極１７，１８と金属パイプ材料１４との間におけるアーク放電ＥＡ２の発生を検知する。

制御部７０は、アーク放電ＥＡ２の発生を検知したら、警告装置７１に指令を送出し、例えばランプや音や画面表示等で警告を発生させる。なお、制御部７０は、アーク放電検知部７０ａが予め定められた複数回数検知した場合に、電極１７，１８のメンテナンス又は電極１７，１８の交換を促させる警告を発生させても良い。

そして、制御部７０は、アーク放電ＥＡ２の発生を検知したら、加熱機構５０の電力供給部５５に対して、出力すべき電力を調整させる電力調整指令を送出する。これにより、制御部７０は、第２所定時間Ｔ２の間、第２電流値Ｃ２よりも小さい第３電流値Ｃ３にて電極１７，１８に電力を供給するように電力供給部５５を制御する。ここで、「第２所定時間Ｔ２」とは、予め設定された時間である。例えば、第２所定時間Ｔ２は、１秒未満の時間であってもよい。また、「第３電流値Ｃ３」とは、第２電流値Ｃ２よりも小さい電流値である。図３（ａ）において示される第３電流値Ｃ３は、第１電流値Ｃ１よりも大きく且つ第２電流値Ｃ２よりも小さい電流値である。なお、第３電流値Ｃ３は第１電流値Ｃ１と同じ大きさの電流値であってもよい。

アーク放電ＥＡ２が発生すると、電極１７，１８の表面は更に溶融する。ここで、上述のように、制御部７０は、アーク放電ＥＡ２の発生を検知したら、第２電流値Ｃ２よりも小さい第３電流値Ｃ３にて電極１７，１８に電力を供給するように電力供給部５５を制御しているため、強いアーク放電ＥＡ２が発生している状態が継続せずに短絡し、電極１７，１８の表面が大きく傷つくことが抑制される。

第３電流値Ｃ３にて電極１７，１８に電力が供給される状態においては、アーク放電が発生したとしても、そのアーク放電は弱いアーク放電となる。弱いアーク放電が発生すると、電極１７，１８の表面は、再び溶融するものの第３電流値Ｃ３の電流値が第２電流値Ｃ２よりも小さいため大きくは傷つかない。電極１７，１８の表面が溶融することで電極１７，１８と金属パイプ材料１４とが十分に短絡し、アーク放電は消滅する。

続いて、制御部７０は、電極１７，１８に電力の供給を開始してから第２所定時間Ｔ２が経過した後、第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給するように、電力供給部５５を制御（定電流制御）する。これにより、金属パイプ材料１４に存在する抵抗により、金属パイプ材料１４自体がジュール熱によって発熱する。そして、電圧計５３で測定される電圧値は徐々に上がっていき、所定値に達したら通電を終了する。

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に対してブロー成形金型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の電極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、電極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の電極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、電極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。

このように、本実施形態によれば、第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給して金属パイプ材料１４を目標温度まで加熱し始める前に、電極１７，１８への電力の供給を開始してから第１所定時間Ｔ１の間、第２電流値Ｃ２よりも小さい第１電流値Ｃ１にて電極１７，１８に電力を供給している。このため、金属パイプ材料１４と電極１７，１８との間の電気的な接続が不十分であると（例えば、隙間が生じていると）、弱いアーク放電ＥＡ１が発生し、弱いアーク放電ＥＡ１が発生すると、電極１７，１８の表面は、溶融するものの電流値が小さいため大きくは傷つかない。そして、電極１７，１８の表面が溶融することで電極１７，１８と金属パイプ材料１４とが短絡し、アーク放電ＥＡ１は消滅する。その後、第１電流値Ｃ１よりも大きい第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給して金属パイプ材料１４を目標温度まで加熱し始めたときには、既に電極１７，１８と金属パイプ材料１４とが短絡しているため、電極１７，１８の表面を大きく傷つけるほどの強いアーク放電が発生することが抑制される。よって、金属パイプ材料１４と電極１７，１８との間において、アーク放電による電極１７，１８への影響を抑制することができる。

また、成形装置１０は、電極１７，１８間の電圧を測定する電圧計５３を備え、制御部７０は、第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給するように電力供給部５５を制御している場合において、電圧計５３により測定された電極１７，１８間の電圧値に基づき、電極１７，１８と金属パイプ材料１４との間でのアーク放電ＥＡ２の発生を検知したときには、第２所定時間Ｔ２の間、第２電流値Ｃ２よりも小さい第３電流値Ｃ３にて電極１７，１８に電力を供給するように電力供給部５５を制御し、第２所定時間Ｔ２の経過後、第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給するように電力供給部５５を制御している。このため、第１電流値Ｃ１にて電極１７，１８に電力が供給されて弱いアーク放電ＥＡ１が発生しただけでは、第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力が供給されることによる強いアーク放電ＥＡ２の発生を十分に抑制可能な程度には電極１７，１８と金属パイプ材料１４とが短絡せず、強いアーク放電ＥＡ２が発生した場合に、第２所定時間Ｔ２の間、第２電流値Ｃ２よりも小さい第３電流値Ｃ３にて電極１７，１８に電力を供給し、電極１７，１８の表面を大きく傷つけることを抑制している。この第３電流値Ｃ３にて電極１７，１８に電力を供給している状態において、アーク放電が発生したとしても、そのアーク放電は弱いアーク放電となる。弱いアーク放電が発生すると、電極１７，１８の表面は、再び溶融するものの第３電流値Ｃ３の電流値が第２電流値Ｃ２よりも小さいため大きくは傷つかない。そして、電極１７，１８の表面が溶融することで電極１７，１８と金属パイプ材料１４とが十分に短絡し、アーク放電は消滅する。その後、再び第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給するときには、電極１７，１８と金属パイプ材料１４とが十分に短絡しているため、強いアーク放電が発生することが抑制される。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態では、電極１７，１８を２つとしているが、電極１７，１８より軸線方向内側へ電極を追加して電極を３つ以上としても良い。

また、アーク放電検知部７０ａは、電圧計５３で測定した電圧値に基づき、電極１７，１８と金属パイプ材料１４との間でのアーク放電の発生を検知することができれば、その具体的な判定手法は特に限定されない。例えば、アーク放電検知部７０ａは、電圧計５３で測定した電圧値と所定の設定値との差に基づきアーク放電の発生を検知するようにしても良い。ここでいう設定値は、予め定められた電圧値であり、アーク放電が発生したと判断して良い電圧値である。そして、アーク放電検知部７０ａは、測定した電圧値と設定値との差に基づいて、アーク放電が発生したか否かを判断する。例えば、電圧計５３で測定した電圧値が設定値を超えたときにアーク放電が発生したと判断する。

また、制御部７０は、電極１７，１８に供給する電力を第２電流値Ｃ２から第３電流値Ｃ３に切り換える際に、一時的に第３電流値Ｃ３とは異なる電流値となる期間を設けてもよい。例えば、制御部７０は、第２電流値Ｃ２から０Ａの電流値の状態を経た後に、第３電流値Ｃ３に切り換えてもよい。

また、制御部７０は、第２電流値Ｃ２にて電極１７，１８に電力を供給するように電力供給部５５を制御する状態と、第３電流値Ｃ３にて電極１７，１８に電力を供給するように電力供給部５５を制御する状態とを、アーク放電が発生しなくなるまで複数回繰り返してもよい。なお、この場合には、各回における第３電流値Ｃ３は、互いに異なる電流値でもよい。

また、上記実施形態においては、成形対象を金属パイプ材料１４としているが、金属パイプ材料１４に限定されるものではなく、金属棒状体や金属板状体等に対しても適用でき、要は、ある程度延びる金属体に対して適用できる。また、成形装置も、気体供給を行わずに通電加熱を行う鍛造装置等とすることもできる。

１０…成形装置（通電加熱装置）、１４…金属パイプ材料（金属体）、１７，１８…電極、５３…電圧計（電圧測定部）、５５…電力供給部、７０…制御部、Ｃ１…第１電流値、Ｃ２…第２電流値、Ｃ３…第３電流値、ＥＡ１，ＥＡ２…アーク放電、Ｔ１…第１所定時間、Ｔ２…第２所定時間。

Claims

金属体に電力を供給し当該金属体を通電加熱する通電加熱装置であって、
前記金属体に接触する少なくとも２つの電極と、
前記電極に電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電極への電力の供給を開始してから予め設定された第１所定時間の間、第１電流値にて前記電極に電力を供給することによって、前記金属体と前記電極との間の電気的な接続が不十分である場合にアーク放電を発生させるように前記電力供給部を制御し、
前記第１所定時間の経過後、前記第１電流値よりも大きい第２電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御する、通電加熱装置。
前記制御部は、予め設定された前記第１所定時間の間、前記第１電流値で一定として、前記電極に電力を供給することで前記アーク放電が発生した場合、当該アーク放電を発生させた前記第１所定時間の経過後に、前記第２電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御する、請求項１に記載の通電加熱装置。
金属体に電力を供給し当該金属体を通電加熱する通電加熱装置であって、
前記金属体に接触する少なくとも２つの電極と、
前記電極に電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部と、
前記電極間の電圧を測定する電圧測定部と、を備え、
前記制御部は、
前記電極への電力の供給を開始してから第１所定時間の間、第１電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御し、
前記第１所定時間の経過後、前記第１電流値よりも大きい第２電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御し、
前記第２電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御している場合において、前記電圧測定部により測定された前記電極間の電圧値に基づき、前記電極と前記金属体との間でのアーク放電の発生を検知したときには、第２所定時間の間、前記第２電流値よりも小さい第３電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御し、
前記第２所定時間の経過後、前記第２電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御する、通電加熱装置。