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Patent Searching and Data


Title:
ELECTRODE SUPPORT STRUCTURE AND ELECTRIC HEATING DEVICE HAVING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/075133
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is an electrode support structure in which local heating can be prevented from occurring in a workpiece during the electric heating. The electrode support structure is usable for applying a load to the electrodes (4, 5) used for the electric heating of a metal plate, and comprises at least two members, i.e., a first member (1) to which the electrodes (4, 5) are fixed and a second member (2) which receives the load from the first member or connects the first member to a load means (9). The support structure in which the two members are joined to each other through an elastic member (3) can uniformly apply the load to the electrodes for electric heating so that the electrodes can uniformly contact with the workpiece, whereby the workpiece can be uniformly heated.

Inventors:
ISHIGURO, Katsunori (1 Tennoh, Takaoka Shin-machi, Toyota-sh, Aichi 01, 4738501, JP)
石黒 克則 (〒01 愛知県豊田市高丘新町天王1番地 アイシン高丘株式会社内 Aichi, 4738501, JP)
Application Number:
JP2008/067474
Publication Date:
June 18, 2009
Filing Date:
September 26, 2008
Export Citation:
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Assignee:
AISIN TAKAOKA CO., LTD. (1 Tennoh, Takaoka Shin-machi Toyota-sh, Aichi 01, 4738501, JP)
アイシン高丘株式会社 (〒01 愛知県豊田市高丘新町天王1番地 Aichi, 4738501, JP)
ISHIGURO, Katsunori (1 Tennoh, Takaoka Shin-machi, Toyota-sh, Aichi 01, 4738501, JP)
International Classes:
H05B3/00; B21D24/00
Attorney, Agent or Firm:
KATO, Asamichi (20-12 Shin-Yokohama 3-chome Kohoku-ku, Yokohama-sh, Kanagawa 33, 2220033, JP)
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Claims:
 被加工材の通電加熱に用いる電極に荷重をかけるための電極支持構造であって、該支持構造は該電極を固定する第1部材と、該第1部材からの荷重を受け又は該第1部材を荷重手段に接続する第2部材との少なくとも2つの部材からなり、該2つの部材を弾性材を介在して結合したことを特徴とする電極支持構造。
 前記2つの部材は電極に荷重をかける方向に沿って直列に配列されていることを特徴とする、請求項1に記載の電極支持構造。
 前記2つの部材の相対する面が互いに相補的な形状であり、該2つの部材の相対する面の間に前記弾性材が配置されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電極支持構造。
 前記2つの部材の相対する面が互いに相補的な段違い段差構造を成すことを特徴とする、請求項3に記載の電極支持構造。
 前記弾性材は絶縁体であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一に記載の電極支持構造。
 前記弾性材はゴム及び絶縁樹脂のいずれか又は両方から構成されることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一に記載の電極支持構造。
 前記電極は、平面状又は帯状ないし線状の接触面を有し、互いに板状被加工材に当接して該板状被加工材を挟み込む上部電極及び下部電極から構成され、少なくとも一方の電極の前記被加工材との接触面の形状が帯状ないし線状であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一に記載の電極支持構造。
 前記帯状ないし線状接触面は、バー状電極の断面において円形ないし楕円形の一部を接触面とすることを特徴とする、請求項7に記載の電極支持構造。
 請求項1~8のいずれか一に記載の電極支持構造を有することを特徴とする通電加熱装置。
Description:
電極支持構造及びそれを有する 電加熱装置

[関連出願の記載]
 本発明は、日本国特許出願:特願2007-322506号( 2007年12月13日出願)の優先権主張に基づくもの であり、同出願の全記載内容は引用をもって 本書に組み込み記載されているものとする。
 本発明は、被加工材、特に板状の被加工材 通電加熱装置のための電極支持構造に関し 特に通電加熱用電極に均一に荷重をかける めの電極支持構造及びそれを有する通電加 装置に関する。

 車両部品等の高強度が要求される部品の 造方法の一つとして、熱間プレス工法ない ダイクエンチ工法がある。この工法は、例 ば鋼板の場合約900℃まで加熱し、プレス成 する、又はプレス成形と同時に急冷させ、 品に焼きを入れる工法である。

 この際の加熱方法は、加熱炉等の加熱装 中に入れて加熱することが一般的であるが 加熱炉内で900℃まで昇温させるには約3~5分 度の時間がかかり、プレス工程に要する時 よりかなり長い。また昇温させた鋼板を炉 から取り出し、プレス工程へ搬送するまで ある程度の時間を要することから、温度低 や温度むら、さらにはスケール付着の問題 ある。

 そこで、この問題を解決するために加熱 法として通電加熱が用いられる。これは被 工材の両端部に電極を取り付け、電極間に 電流を流してジュール熱で加熱する方法で る。この場合、電極の形状は半球状か、又 平面的に接するフラットバー電極が用いら る。例えば特許文献1では金属板の両端部に 各々1箇所以上の半球状電極を用いている。

 電極は被加工材の両端部に接続されるが、 ラットバー電極の場合、電極を被加工材に 分接触させる必要がある。そのため、各端 において上下相対する一組の電極(それぞれ 上部電極、下部電極という)で被加工材の一 を裏表両面(上下方向)から挟み込んでクラン プ保持し、これを被加工材の両端部で行って 十分に接触させ、両端部の電極間に通電する 構造になっている。

特開2002-18531号公報

 以上の特許文献1の開示事項は、本書に引用 をもって繰り込み記載されているものとする 。以下に本発明による関連技術の分析を与え る。
 フラットバー電極は、被加工材の全体を均 に通電加熱したい場合に特に用いられる。 球状電極の場合は、複数個の電極を設置し も端面方向の電極がない部分には電流が流 ず、被加工材の中央部と端面部とで不均一 温度分布が発生しやすいからである。

 フラットバー電極は、被加工材の幅と同 の長さの電極を両端に用いれば被加工材全 に電流が流れ、温度むらは発生しないはず ある。しかしそれはフラットバー電極の被 工材との接触面が全体として均一に接して ることが条件となる。そのため通常フラッ バー電極は被加工材の裏表両面(上下方向) から圧接されるが、この時にフラットバー 極が剛性材料から構成されているため被加 材に均一に接触させることが難しく、しば ば局所電流即ち局所加熱が発生する。その 合、所定加熱領域に対する温度分布が不均 化する。

 本発明は、通電加熱において被加工材の 所加熱が発生しない電極支持構造及びそれ 有する通電加熱装置を提供することを目的 する。

 本発明の第1の視点において、電極支持構 造は、被加工材の通電加熱に用いる電極に荷 重をかけるための電極支持構造であって、該 支持構造は該電極を固定する第1部材と、該 1部材からの荷重を受け又は該第1部材を荷重 手段に接続する第2部材との少なくとも2つの 材からなり、該2つの部材を弾性材を介在し て結合したことを特徴とする。

 前記2つの部材は電極に荷重をかける方向 に沿って直列に配列されていることが好まし い。

 前記2つの部材の相対する面が互いに相補 的な形状であり、該2つの部材の相対する面 間に前記弾性材が配置されていることが好 しい。

 前記2つの部材の相対する面が互いに相補 的な段違い段差構造を成すことが好ましい。

 前記弾性材は絶縁体であることが好まし 。

 前記弾性材はゴム及び絶縁樹脂のいずれ 又は両方から構成されることが好ましい。

 前記電極は、平面状又は帯状ないし線状 接触面を有し、互いに板状被加工材に当接 て該板状被加工材を挟み込む上部電極及び 部電極から構成され、少なくとも一方の電 の前記被加工材との接触面の形状が帯状な し線状であることが好ましい。

 前記帯状ないし線状接触面は、バー状電 の断面において円形ないし楕円形の一部を 触面とすることが好ましい。

 本発明の第2の視点において、被加工材の 通電加熱装置は、上記のいずれかの電極支持 構造を有することを特徴とする。

 本発明によれば、不必要に過大な荷重を けることなく、通電加熱用電極を被加工材 均一に接触させることができ、均一な加熱 実現することができる。即ち、電極の被加 材との接触面に均一な荷重が印加される。

本発明に係る電極支持構造を有する通 加熱装置の立面図である。 図1の(A)部の拡大図である。 本発明に係る電極支持構造の第1部材と 第2部材の接続面の形状の例である。 本発明に係る電極支持構造に伴う上下 極の断面形状の組み合わせ例である。 本発明に係る電極支持構造を用いた通 加熱と従来技術の加熱炉の温度上昇曲線で る。

符号の説明

1 第1部材
2 第2部材
3 弾性材
4 上部電極
5 下部電極
6 ボルト
6a 絶縁スリーブ
6b 絶縁座板(ないしワッシャ)
7 テンションバー
8 架台
9 荷重装置
10 金属板(被加工材)
11 絶縁樹脂

 通電加熱用電極(上部電極及び下部電極) 被加工材に均一に接触させるために与える 重は、通常上方から下方に向かって(鉛直方 に)与えられることが多い。よって上部電極 を固定した電極支持構造の第1部材は、弾性 を介在してその上部に配置された電極支持 造の第2部材に結合され、この第2部材は最終 的に最上部の荷重装置に結合され、荷重を弾 性材を介して第1部材ひいては上部電極に伝 る働きをする。

 被加工材としては、通電加熱可能な材料 あればよく、特に板状材を含む。典型的に 、鉄鋼材及び鋼板(シート状鉄板)などの鋼 を含み、非鉄金属、合金及び複合材なども む。

 一方、下部電極を固定した電極支持構造 第1部材は、別の弾性材を介在してその下方 に配置された電極支持構造の第2部材に結合 れ、この第2部材は最終的に設備の架台(ベー ス)に結合され、下部電極に加えられた荷重 第1部材及び弾性材を介して架台(ベース)と に受け止める働きをする。

 このように構成された第1部材は、弾性材 により第2部材とフレキシブルに結合し、第1 材に固定された電極と被加工材との接触の 均一さを補償して荷重を均一に電極ないし 加工材に伝達し、両者の均一な接触を確保 ることが可能になる。なお、第1部材、第2 材とも必要な強度を持った構造部材であれ 材質は特に限定されず、同様に横断面形状 特に限定されない。

 弾性材を配置する電極支持構造は上部電 のみ、又は下部電極のみのために用いるこ もできるが、上下電極に配置するほうがよ 効果的である。さらに、通電加熱用電極に フラットバー(棒状)電極が用いられること 多いが、その場合に本発明に係る電極支持 造による効果を最大限に発揮するには、上 電極面の被加工材との接触面の少なくとも 方を平面ではなく帯状ないし線状にするこ がよい。こうすることにより、電極と被加 材との均一な接触をさらに確実にすること できる。この帯状ないし線状の接触面は、 面の外周面を有する棒状体(例えば、円柱状 いし楕円柱状体)の外周面の一部として構成 されることができ、かつ好ましい。

 また、荷重方向が下方から上方へ、又は 平方向に変わった場合でも、同様の構造を 重方向に合わせて用いることができる。

 弾性材は、弾性変形をする物質であれば く、ゴム、バネ、高分子材料等の固体や、 体を用いた形式のものが考えられるが、ゴ がもっとも簡便である。弾性材は、併せて 縁性を有することが好ましいが、単一材で ることを要せず、絶縁性の高いシート状材 を介在ないし積層した積層材であってもよ 、複数の弾性部材(場合により絶縁部材)と 組み合わせによっても実現できる。

(実施例1)
 図1は、本発明に係る電極支持構造を有する 通電加熱装置の立面図である。通電加熱装置 は、架台8、荷重装置9、上部電極4及び下部電 極5とこれらを支持する4つの電極支持構造を えている。架台8の内側に上下2つずつの電 支持構造が左右合わせて4箇所配設されてお 、それぞれの第1部材1に1つずつフラットバ (棒状)電極(上部電極4又は下部電極5)が固定 れている。左右の各上下2つの上部電極4及 下部電極5を互いに被加工材(金属板、図示せ ず)に当接することで、上部電極4及び下部電 5で被加工材(金属板、図示せず)の両端部を み込み、通電する。実施例1では、4つの電 全てに本発明に係る電極支持構造を用いて る。なお、第1部材1と第2部材2との結合部は 断面図で示している。

 図1では、荷重を上部からかけるための荷 重装置(荷重手段)9が上部に設置されており、 上部の第2部材2、上部の弾性材(ゴム)3、上部 第1部材1を通じて図の左右の上部電極4に荷 をかける構造である。下部電極5は、下部の 第1部材1に固定されており、この第1部材1は 部の弾性材(ゴム)3を介して下部の第2部材2へ 、そして最終的には架台8につながり、上部 極4から金属板(図示せず)を介して下部電極5 受ける荷重を支持する構造である。なお、 号は同種のものは一部省略したが、左右ほ 対称の構造である。

 第1部材1と第2部材2との間に配置された弾 性材3は、第1部材1は第2部材2に対してフレキ ブルに結合され、電極4及び5へ荷重を均一 伝え、電極4及び5が金属板(図示せず)に均一 接触させる効果を有する。本実施例1におい ては第1部材1、第2部材2とも鋼材で横断面形 は矩形であるがこれに限定されず、円形で よいしH型鋼材等を用いてもよい。

 図2は、図1の(A)部の拡大図である。第1部 1と第2部材2との結合部は断面図で示してい 。第1部材1と第2部材2とは、絶縁のため、絶 縁座板(ないしワッシャ)6b及び絶縁スリーブ6a とともにボルト6で結合されている。実施例1 は、電極4及び5で金属板(図示せず)を挟んで 通電する時に、電極を左右方向に引っ張り、 金属板にテンションをかけるためのテンショ ンバー7を設けている。そのため、左右方向 荷重に対応し及びボルト結合を容易にする め第1部材1と第2部材2の結合部をクランク状 している。第1部材1と第2部材2の相対する面 は互いに相補的な形状即ち互いにかみ合う形 状であり、その間に弾性材3及び絶縁樹脂11を 挟んでいる。

 弾性材(ゴム)3は、鉛直方向の荷重を受け 位置(図2で横方向に配置された2箇所)に、絶 縁樹脂11は、横方向の荷重を受ける位置(図2 縦方向に配置された1箇所)に配置され、第1 材1と第2部材2とはボルト6で絶縁結合されて る。ただし結合方法はボルトに限定される のではない。なお、横方向への荷重は直接 電極に鉛直方向の荷重を負荷するものでは いので、横方向への荷重を受ける接続面に 必ずしも弾性材を配置する必要はない。ま 、弾性材(ゴム)3及び絶縁樹脂11は第1部材1と 第2部材2との間の絶縁も兼ねている。

 上下電極4及び5の形状は均一な通電加熱 目的としてフラットバー電極を用いている フラットバー電極は基本的に接触面は平面 であり、上下電極とも接触面が平面状の電 を用いて本発明を適用することも可能であ が、少なくとも片方の電極の金属板との接 面形状を帯状ないし線状にすることで、本 明に係る電極支持構造の効果を最大限に引 出すことができる。電極の材料は銅やタン ステン等の熱伝導性の良いものを使用し、 冷を行う。

 図4は、上部電極4及び下部電極5で金属板1 0を挟んだ場合の断面図である。図4(a)は、本 施例1におけるフラットバー電極の組み合わ せの断面図であり、上部電極4に断面が半円 ないし半楕円形のフラットバー電極を用い 下部電極5には断面が矩形のフラットバー電 を用いている。断面が半円形ないし半楕円 のフラットバー電極を用いることにより、 属板との接触面が帯状ないし線状となる。 4(b)のように、上下電極4、5とも矩形のフラ トバー電極を用いることも可能である。図 しないが上下電極とも断面が半円形ないし 楕円形の電極を用いることもできる。

 図5は、図4(a)の形状のフラットバー電極( 極長さ125mm、電極幅約20mm程度)を用いて、800 ×125mm、厚さ1.6mmの鋼板を通電加熱した場合の 温度上昇曲線と、同等の鋼板を従来技術の加 熱炉で加熱した場合の温度上昇曲線を比較し たものである。従来技術の加熱炉では、室温 から900℃まで加熱するのに約160秒必要であっ たが、本発明の電極支持構造を用いて通電加 熱した場合は、室温から900℃まで加熱するの に約15秒であり、全体を均一に加熱すること できた。

(実施例2)
 実施例1では、第1部材1と第2部材2の結合部 クランク状にしているが、必ずしも結合部 クランク状にする必要はなく、斜面を含ん もよい。図3は、本発明に係る電極支持構造 第1部材1と第2部材2の結合面の形状の例であ る。図3(a)に示すように単純に平面的にフラ ジ結合でもよいし、図3(b)のように片方を凸 に、他方を凹状とする相補的形状に組み合 せてもよい。いずれも第1部材1と第2部材2の 間に弾性材3を配置し、絶縁座板(ないしワッ ャ)6b及び絶縁スリーブ6aとともにボルト6等 絶縁結合する。

 なお、板状の被加工材の両端部において 面側から互いに相対する位置で挟み込んで 端部間を通電加熱するための、各端部にお る2つの通電加熱用電極の組み合わせであっ て、片面側の電極の被加工材との接触面は平 面であり、他面側の電極の被加工材との接触 面は円柱状ないし楕円柱状外周面の一部によ って構成される帯状ないし線状であることを 特徴とする、通電加熱用電極の組み合わせ自 体も、本発明に係る課題の解決に一定の効果 を有する。

 以上、本発明を上記実施形態に即して説 したが、本発明は上記実施形態の構成にの 制限されるものでなく、本発明の範囲内で 業者であればなし得るであろう各種変形、 正を含むことは勿論である。