(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材から成るワークの長さ方向に互いに離れた位置に電気的に接触する第一電極部及び第二電極部を備え、上記第一電極部と第二電極部との間に電圧が印加されることにより、上記ワークの上記第一電極部と上記第二電極部との間の領域が直接通電加熱される鋼材加熱装置の電極構造であって、
上記第一電極部及び第二電極部の一方又は双方は、上記ワーク表面に接触可能な接触面を有する電極本体と、
上記電極本体を背面側中央部を揺動支点として揺動可能に支持する支持部と、
該支持部と上記ワークとを近接する方向に加圧して上記ワーク表面に上記電極本体の接触面を面接触させる加圧部とを備えたことを特徴とする、鋼材加熱装置の電極構造。
【請求項２】
前記第一電極部及び第二電極部の一方又は双方は、前記接触面が互いに対向配置された一対の前記電極本体及び支持部を有することを特徴とする、請求項１に記載の鋼材加熱装置の電極構造。
【請求項３】
前記電極本体の接触面は、前記ワークの幅方向に延びると共に該ワーク表面の全幅に亘って接触することを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼材加熱装置の電極構造。
【請求項４】
前記揺動支点は、前記支持部及び前記電極本体の何れか一方に、他方と当接するように突出して設けられた突部からなり、
前記支持部及び前記電極本体は、連結部により離接可能に連結されると共に、付勢手段により互いに離間方向に付勢されていることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の鋼材加熱装置の電極構造。
【請求項５】
前記支持部は、前記揺動支点を前記ワーク表面における上記電極本体の被接触面の中心に整合するように配置されることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の鋼材加熱装置の電極構造。
【請求項６】
前記電極本体は、前記揺動支点を通り前記ワークの長さ方向に延びる軸線上に給電部を備え、該給電部に可撓性を有する給電用ケーブルが接続されていることを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の鋼材加熱装置の電極構造。
【請求項７】
前記第一電極部と第二電極部との間の間隔を調整する間隔調整部を備えることを特徴とする、請求項１乃至６の何れかに記載の鋼材加熱装置の電極構造。
【請求項８】
鋼材から成るワークに対し、長さ方向に互いに離れた位置で第一電極部及び第二電極部を電気的に接触させ、電源トランスから上記第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加することにより、上記ワークの上記第一電極部と上記第二電極部との間の領域を直接通電加熱する鋼材加熱方法であって、
上記第一電極部及び第二電極部の一方又は双方で、上記ワーク表面と接触可能な接触面を備えた電極本体を、背面側中央部の揺動支点で揺動可能な状態で支持部により支持し、
上記支持部と上記ワークとを近接する方向に加圧することで、上記電極本体の上記接触面を上記ワーク表面に面接触させ、
二次巻線が１ターンの巻線からなる上記電源トランスの該二次巻線に、上記第一電極部及び第二電極部を接続して、該第一電極部及び第二電極部間に電圧を印加することを特徴とする、鋼材加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材に電極部を接触させて直接通電加熱する鋼材加熱装置に好適に使用される電極構造及び鋼材加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の鋼材や鋼材からなる各種の部材を加熱する方式として、ワークの互いに離間した二箇所に電極を接触させ、電極間に交流電流を流すことにより直接通電加熱する方式が知られている。
【０００３】
直接通電加熱方式としては、例えば特許文献１に、自動車用ドアガードビームの製造方法が開示されている。この方法においては、加熱処理すべきワークである鉄鋼製パイプの両端付近に電極の接続端子を接触させ、交流電流を流すことにより所定温度まで加熱し、その後鉄鋼製パイプに冷却水を噴射して冷却することで、鉄鋼製パイプの焼入れが行なわれる。
【０００４】
また、特許文献２には、電極の第一接触子と第二接触子とを鋼板に接触させ、これらの接触子の間の領域で鋼板に高周波の交流電流を流すと共に、これらの接触子が鋼板の表面に沿って延びる延長部を有することにより、鋼板中を流れる交流電流が、延長部を流れる交流電流に引き寄せられることにより、延長部が対向する鋼板の中央部分に交流電流を集中させて鋼板の中央部分のみを加熱するようにした、鋼板の部分焼入れ方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０４−２８０９２４号公報
【特許文献２】特開平１１−１４０５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、鉄鋼製パイプの両端付近から電極を介して交流を流すことで、全体を加熱する加熱装置や、特許文献２のように、ワークの一部分を部分的に加熱するような加熱装置では、より幅の広い領域を均一に加熱することが容易でない。
【０００７】
例えば、ワークの幅の広い領域に対して部分的に電極を接触させて通電したとしても、幅方向の中心部分と側縁部分とで加熱むらが生じ易い。一方、電極を大きく形成して広い幅に接触させようとしても、硬質な電極の接触面をワーク表面の広い範囲に接触させるとすると、電極の接触面とワーク表面との相対傾斜により端部や縁部が浮き上がり、部分的にワーク表面との間に間隙が形成され易く、部分的な加熱むらが生じ易い。
【０００８】
特に、機械的に電極の接触面とワーク表面とを接触させる鋼材加熱装置や、直接通電加熱によりワークに大電流を供給して短時間で昇温する鋼材加熱装置の場合には、加熱温度や昇温速度などに顕著にむらが生じ易かった。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑み、電極を接触させて電圧を印加することで鋼材を加熱する加熱処理装置において、簡単な構成で、より幅の広い領域を全体に均一に加熱し易い鋼材加熱装置の電極構造を提供することを一目的とし、さらに、鋼材を急昇温して加熱処理する際に簡単な構成でより幅の広い領域を全体に均一に加熱し易い鋼材加熱方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記一目的を達成する本発明の鋼材加熱装置の電極構造は、鋼材から成るワークの長さ方向に互いに離れた位置に電気的に接触する第一電極部及び第二電極部を備え、第一電極部と第二電極部との間に電圧が印加されることにより、ワークの第一電極部と第二電極部との間の領域が直接通電加熱される鋼材加熱装置の電極構造であって、第一電極部及び第二電極部の一方又は双方は、ワーク表面に接触可能な接触面を有する電極本体と、電極本体を背面側中央部を揺動支点として揺動可能に支持する支持部と、支持部とワークとを近接する方向に加圧してワーク表面に電極本体の接触面を面接触させる加圧部とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
このような構成であれば、電極本体の背面側中央部を揺動支点として揺動可能に支持する支持部と、支持部とワークとを近接する方向に加圧する加圧部とを備えているので、加圧部により支持部とワークとを近接する方向に加圧すると、電極本体の接触面とワーク表面とが当接する際、電極本体を揺動させて接触面をワーク表面に沿わせることができ、しかも、電極本体を背面側中央部で加圧できるため、電極本体を揺動させつつ接触面をワーク表面に均一に圧接することが可能である。
【００１２】
そのため、電極本体を支持部により支持して加圧するという簡単な構成であっても、ワーク表面のより広い範囲に電極本体の接触面をより均一な接圧で接触させることができる。その結果、ワークの幅方向に均一に電流を流すことで第一電極部及び第二電極部の間の領域全体でワークを均一に加熱することが可能である。
【００１３】
本発明の第一電極部及び第二電極部の一方又は双方は、接触面が互いに対向配置された一対の電極本体及び支持部を有するのが好ましい。これにより厚さ方向の距離が大きいワークを均一に加熱し易くできる。
【００１４】
本発明の電極本体の接触面は、ワークの幅方向に延びると共にワーク表面の全幅に亘って接触するのが好適である。これにより、ワークの加熱領域の幅全体をより均一に加熱し易くできる。
【００１５】
本発明の揺動支点は、支持部及び電極本体の何れか一方に、他方と当接するように突出して設けられた突部からなり、支持部及び電極本体が、連結部により離脱不能に連結されると共に、付勢手段により互いに離間方向に付勢されているのが好適である。
【００１６】
これにより、電極本体の接触面をワーク表面に接触させる際、突部を中心に電極本体を傾斜させることができると共に、支持部からの加圧力で電極本体の背面側中央部を突部を介して十分に加圧することができ、接触面をワーク表面に十分な接圧で均一に面接触させることが可能である。しかも、付勢手段により互いに離間方向に付勢されているので、電極本体の接触面をワークに当接させる前や、電極本体の接触面をワークに当接させた際に、電極本体を支持部により安定した状態で支持でき、安定した動作を実現し易い。
【００１７】
本発明の支持部は揺動支点をワーク表面における電極本体の被接触面中心に整合するように配置されるのが好適である。これにより、支持部で電極本体を加圧した際、電極本体の接触面をワークの被接触面中心で押し付けることで、ワークの被接触面に均一な接圧で電極本体の接触面を接触させ易くできる。
【００１８】
本発明の電極本体は、揺動支点を通りワークの長さ方向に延びる軸線上に給電部を備え、この給電部に可撓性を有する給電用ケーブルが接続されているのが好適である。これにより、給電部に給電される電力が電極本体の接触面に対して幅方向に均等に電力を供給することが可能である。
【００１９】
本発明では、第一電極部と第二電極部との間の間隔を調整する間隔調整部を備えるのが好適である。これにより、ワークの任意の領域に応じて最適な位置に電極本体を配置することができ、種々の長さの領域を加熱処理し易くできる。
【００２０】
上記他の目的を達成する本発明の鋼材加熱方法は、鋼材から成るワークに対し、長さ方向に互いに離れた位置で第一電極部及び第二電極部を電気的に接触させ、電源トランスから第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加することにより、ワークの第一電極部と第二電極部との間の領域を直接通電加熱する鋼材加熱方法であって、第一電極部及び第二電極部の一方又は双方で、ワーク表面と接触可能な接触面を備えた電極本体を、背面側中央部の揺動支点で揺動可能な状態で支持部により支持し、支持部とワークとを近接する方向に加圧することで、電極本体の接触面をワーク表面に面接触させ、二次巻線が１ターンの巻線からなる電源トランスの二次巻線により、第一電極部及び第二電極部間に電圧を印加することを特徴としている。
【００２１】
このような鋼材加熱方法によれば、二次巻線が１ターンの巻線からなる電源トランスにより第一電極部と第二電極部との間に電圧を印加して第一電極部と第二電極部との間の領域に電流を流すので、構造が簡単なトランスにより、二次巻線の断面積を大きく確保して大電流を通電し易くできる。そのため、ワークの加熱対象領域に大電流量を通電して短い昇温時間でワークを急昇温させ易い。
【００２２】
そして、大電流を通電させるための第一及び第二電極部において、電極本体を背面側中央部の揺動支点で揺動可能な状態で支持部により支持し、支持部により揺動支点を介して電極本体を加圧して面接触させるので、電極本体を揺動させて接触面をワーク表面に沿わせて接触させ易い。同時に、電極本体を背面側中央部で加圧するため、電極本体の接触面をワーク表面に均一な接圧で圧接し易い。そのため、ワークのより広い領域に均一に大電流を供給して短い昇温時間で急昇温させることが可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、第一電極部及び第二電極部の一方又は双方が、ワーク表面に接触可能な接触面を有する電極本体と、電極本体を背面側中央部を揺動支点として揺動可能に支持する支持部と、支持部とワークとを近接する方向に加圧してワーク表面に電極本体の接触面を面接触させる加圧部とを備えているので、簡単な構成で、より幅の広い領域を全体に均一に加熱し易い鋼材加熱装置の電極構造を提供することができる。さらに、鋼材を短い昇温時間で急昇温して加熱処理する際、簡単な構成でより幅の広い領域を全体に均一に加熱し易い鋼材加熱方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による鋼材加熱装置に係る電極構造の一実施形態を備えた鋼材加熱装置を示す概略正面図である。
【図２】図１の鋼材加熱装置の概略Ａ−Ａ断面図である。
【図３】図１の鋼材加熱装置の概略側面図である。
【図４】図１の鋼材加熱装置の要部を示す部分拡大正面図である。
【図５】図１の鋼材加熱装置の要部を示す部分拡大側面図である。
【図６】図１の鋼材加熱装置の電源側を示す一部を断面で示す概略平面図である。
【図７】図１の電源トランスを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２６】
この鋼材加熱装置１０は、板材、棒材、パイプ材、異形材、立体形状物など、種々の形状を呈した鋼材からなる各種のワークＷを加熱するための装置である。ワークＷとしては、鋼材からなるものであれば特に限定されないが、この実施の形態では、例えば板厚２ｍｍ以下、幅５００ｍｍ以下、長さ２０００ｍｍ以下、断面積２０００ｍｍ２以下の板又は板加工品の加熱に特に好適に使用可能である。
【００２７】
鋼材加熱装置１０では、図１乃至図３に示すように、ワークＷの長さ方向の互いに離れた位置に電気的に接触する第一電極部２０と第二電極部３０とが、フレーム１１の一方の側面側に、互いに離接可能に配置されて構成されている。第一電極部２０及び第二電極部３０には、図６及び図７に示す電源トランス８０の二次巻線８３からの導電部材４１,４２が電気的に接続されている。この実施の形態では、第一電極部２０及び第二電極部３０間に、例えば５０Ｖ〜１００Ｖの高電圧を印加してワークＷに５０００Ａ〜２００００Ａの大電流を流すことが可能となっている。
【００２８】
第一電極部２０は、フレーム１１の互いに縦方向に離間した位置に離接可能に配置された第一下側電極部２０Ａ及び第一上側電極部２０Ｂを備える。
【００２９】
第一下側電極部２０Ａは、フレーム１１に固定された略Ｌ字状の取付部材２４と、取付部材２４の水平部に固定された支持部２３と、支持部２３に揺動可能に支持された電極組立体２１とを備える。
【００３０】
第一上側電極部２０Ｂは、フレーム１１に装着された加圧部としての駆動シリンダ２７と、駆動シリンダ２７に鉛直方向に上下動可能に装着された支持部２５と、支持部２５に揺動可能に支持された電極組立体２２とを備える。駆動シリンダ２７は、流体圧により駆動されるガイド付きシリンダであって、支持部２５を第一下側電極部２０Ａ側に加圧可能となっている。第一下側電極部２０Ａ及び第一上側電極部２０Ｂの支持部２３，２５及び電極組立体２１，２２の構造については後述する。
【００３１】
第二電極部３０は、フレーム１１の第一電極部２０と同じ側面に装着されて第一電極部２０との間の距離を調整するための間隔調整部４０と、フレーム１１に間隔調整部４０を介して装着され、互いに縦方向に離間した位置に離接可能に配置された第二下側電極部３０Ａ及び第二上側電極部３０Ｂと、第一電極部２０から離間する方向に第二電極部３０に引張力又は加圧力を負荷可能な引張部５０とを備える。
【００３２】
間隔調整部４０及び引張部５０は、フレーム１１の上方及び下方の位置に互いに平行に固定されたガイドレール１２ａ，１２ｂと、ガイドレール１２ａ，１２ｂに水平方向に横移動可能に支持された移動ベース３８と、ガイドレール１２ａ，１２ｂと平行に配置され、ハンドル３９ｃにより回転可能なネジ軸３９ｂと、ネジ軸３９ｂに螺合する移動ブロック３９ａと、移動ブロック３９ａに固定され、移動ベース３８と連結されたロッド５１を有するエアーシリンダ５２とを備える。
【００３３】
間隔調整部４０では、ハンドル３９ｃによりネジ軸３９ｂを回転させて移動ブロック３９ａを移動させると、エアーシリンダ５２を介して連結された移動ベース３８がガイドレール１２ａ，１２ｂに沿って移動し、これにより第二下側電極部３０Ａ及び第二上側電極部３０Ｂが、第一電極部２０に対して近接又は離間することが可能となっている。
【００３４】
引張部５０では、移動ベース３８及び移動ブロック３９ａが所定位置に配置された状態で、エアーシリンダ５２に調整された空気圧を供給することで、供給された空気圧に対応する力で移動ベース３８を移動ブロック３９ａ側に引っ張ることが可能となっている。
【００３５】
引張部５０による移動ベース３８の付勢力は、ワークＷの加熱時及び冷却時の熱膨張及び熱収縮に対応した所定の力に調整されている。付勢力の調整はエアーシリンダ５２に供給する空気圧の調整により行うことができる。ここでは、所定の力は加熱時にワークＷの熱膨張により第一電極部２０と第二電極部３０との間が離間することが可能であると共に、冷却時にワークＷの熱収縮により第一電極部２０と第二電極部３０との間が収縮することが可能に設定されている。
【００３６】
具体的には、ワークＷを挟持することでワークＷの重量が第二電極部３０に負荷された状態で、エアーシリンダ５２の引張力により移動ベース３８がガイドレール１２ａ，１２ｂ上で移動できる力以上であって、ワークＷの冷却時の熱収縮する力で、エアーシリンダ５２の引張力に抗して移動ベース３８がガイドレール１２ａ，１２ｂ上で移動可能な力以下であることが必要である。特に、ワークＷの冷却時の熱収縮する力で、熱収縮量を完全に移動できる力であることが望ましい。
【００３７】
熱膨張及び熱収縮時にワークＷに生じる力は、ワークの材質、長さ、質量又は体積、形状、加熱温度、昇温速度又は降温速度など、種々の条件に応じて変動する。そのため、引張部５０の引張力は、加熱予定のワークＷに応じて、移動ベース３８を移動させるための力と複合して設定されるのが好適である。引張部５０の好ましい付勢力は、種々の条件から近似的に演算などにより求めてもよいが、予備試験などにより予め求めたり、その値を実際の鋼材加熱装置に応じて補正するなどにより求めることも可能である。
【００３８】
第二電極部３０の第二下側電極部３０Ａは、移動ベース３８に固定された略Ｌ字状の取付部材３４と、取付部材３４の水平部に固定された支持部３３と、支持部３３に揺動可能に支持された電極組立体３１とを備える。
【００３９】
第二電極部３０の第二上側電極部３０Ｂは、フレームに装着された加圧部としての駆動シリンダ３７と、駆動シリンダ３７により鉛直方向に上下動可能に装着された支持部３５と、支持部３５に揺動可能に支持された電極組立体３２とを備える。駆動シリンダ３７は、流体圧により駆動されるガイド付きシリンダであって、支持部３５を第二下側電極部３０Ａ側に加圧可能となっている。
【００４０】
この鋼材加熱装置１０では、第一下側電極部２０Ａ、第一上側電極部２０Ｂ、第二下側電極部３０Ａ及び第二上側電極部３０Ｂにおいて、支持部２３，２５，３３，３５及び電極組立体２１，２２，３１，３２は同様の構成を有している。
【００４１】
具体的には、図４及び図５に示すように、支持部２３，２５，３３，３５は、板状体からなり、取付部材２４，３４又は駆動シリンダ２７，３７に絶縁断熱板６６を介して固定されている。
【００４２】
電極組立体２１，２２，３１，３２は、導電材料からなり板状を呈する電極基体６１と、導電材料からなり、電極基体６１の表面に面接触して固定されると共に、固定部位から突出してワークＷとの接触面６２が形成された電極本体６３とを有する。
【００４３】
この実施の形態では、第一下側電極部２０Ａ及び第一上側電極部２０Ｂの接触面６２同士は互いに対向しており、第二下側電極部３０Ａ及び第二上側電極部３０Ｂの接触面６２同士も互いに対向している。
【００４４】
接触面６２は、それぞれワークＷの表面に対応した形状を呈しており、ここでは平面形状となっている。この接触面６２は、ワークＷの幅方向に延びて加熱予定領域の幅以上に形成されていることが好適であり、ここでは、ワークＷ表面の全幅に亘って接触できる長さに形成されている。
【００４５】
電極組立体２１，２２，３１，３２は、接触面６２の中央部の背面側に、支持部２３，２５，３３，３５に対して揺動支点を中心に揺動可能に支持されている。接触面６２の中央部は、ワークＷ幅方向において該中央部の両側に接触面６２が存在する位置であればよいが、好ましくはワークＷの幅方向に対応する接触面６２の幅方向における中心であり、特に接触面６２の中心であるのが好適である。ここでは、揺動支点が後述するセンターピン６７の突部６７ａにより構成されている。
【００４６】
電極組立体２１，２２，３１，３２の背面となる電極基体６１の一方側の端部には複数の給電部６１ａが設けられている。全ての給電部６１ａは、電極基体６１の揺動支点を通り、ワークＷの長さ方向、即ち、第一電極部２０と第二電極部３０との配置方向に延びる仮想の軸線上に設けられている。
【００４７】
給電部６１ａに接続された給電用ケーブル７２は、可撓性を有するものが好適であり、例えば編組銅線ケーブルを使用することができる。
【００４８】
電極組立体２１，２２，３１，３２の背面となる電極基体６１の揺動支点の位置にはセンターピン６７が配置されており、センターピン６７の一端側の大径部が電極基体６１表面より支持部２３，２５，３３，３５側に突出することで突部６７ａが形成されている。一方、支持部２３，２５，３３，３５の電極組立体２１，２２，３１，３２側の表面には、突部６７ａが遊嵌でき、突部６７ａの厚さより浅い凹部６８が形成されている。
【００４９】
そのため、突部６７ａが凹部６８に遊嵌されて、電極組立体２１，２２，３１，３２が支持部２３，２５，３３，３５に近接したとき、突部６７ａの頂部が凹部６８の底部に当接可能である。突部６７ａが凹部６８に遊嵌されると共に突部６７ａの頂部が凹部６８の底部に当接した状態では、電極組立体２１，２２，３１，３２が支持部２３，２５，３３，３５に対して突部６７ａを揺動支点として揺動可能である。
【００５０】
ここでは、揺動支点は、センターピン６７の突部６７ａと凹部６８とが互いに当接する部位により形成されている。この揺動支点は、必ずしも面積が微少で実質的に面積を有しない点である必要はなく面積を有するものであってもよく、互いに当接する部位により、支持部２３，２５，３３，３５に対し、電極本体６３の接触面６２が揺動可能な構成であれば特に限定されるものではない。
【００５１】
そのため、この実施形態では、突部６７ａの頂部と凹部６８の底部とが、電極本体６３の接触面６２に比べて十分に狭く、互いに自在に離接及び傾倒可能な円形の平面によりに形成され、電極本体６３の接触面６２が支持部２３，２５，３３，３５に対して傾斜した際、突部６７ａの頂部周縁が支点となって電極本体６３の接触面６２が揺動するようになっている。
【００５２】
なお、この揺動支点としては、他の構成を採用することも可能である。図４及び図５では、電極本体６３側である電極組立体２１，２２，３１，３２に突部６７ａを設け、支持部２３，２５，３３，３５に凹部６８を設けたが、電極組立体２１，２２，３１，３２に凹部６８を設けて支持部２３，２５，３３，３５に突部６７ａを設けてもよい。さらに、図４及び図５では、突部６７ａの頂部と凹部６８の底部とが略平面に形成したが、例えば突部６７ａを球面形状に形成してもよく、突部６７ａ及び凹部６８が互いに近似又は略同一形状の球面形状に形成することも可能である。
【００５３】
このような突部６７ａの高さ及び凹部６８の深さは、電極組立体２１，２２，３１，３２と支持部２３，２５，３３，３５との対向面が平行な状態で、電極組立体２１，２２，３１，３２と支持部２３，２５，３３，３５が最も近接したとき、両者間に所定の間隙ｄが形成されるように設定されている。間隔ｄは、所望の揺動量が確保できる範囲であることが必要であり、接触面６２の大きさに応じて設定するのが好適で、例えば１ｍｍ程度としてもよい。
【００５４】
支持部２３，２５，３３，３５には、凹部６８とは異なる位置の貫通孔に、段付きネジ６９が装着されており、電極組立体２１，２２，３１，３２に螺合されることで、支持部２３，２５，３３，３５と電極組立体２１，２２，３１，３２とが離接可能で離脱不能に連結されている。電極組立体２１，２２，３１，３２が支持部２３，２５，３３，３５から離間した状態では、電極組立体２１，２２，３１，３２の突部６７ａと凹部６８の底部とが互いに離間した状態となる。
【００５５】
段付きネジ６９の周囲には付勢部としての圧縮バネ７１が装着されており、電極組立体２１，２２，３１，３２と支持部２３，２５，３３，３５とが互いに離間する方向に付勢されている。
【００５６】
一方、この鋼材加熱装置１０の電源トランス８０は、図６及び図７に示すように、環状の鉄芯８１と、この鉄芯８１に巻回された一次巻線８２及び二次巻線８３を備える。
【００５７】
鉄芯８１は、公知の鉄芯材料により環状に形成されており、外形形状が略直方体状を呈し、中央に一方の端面８１ａから他方の端面８１ｂまで貫通する間口としての中空部８４を備えている。鉄芯８１の一次巻線８２及び二次巻線８３が巻回される領域において、その断面積は出力電圧及び周波数に対応して設定されている。
【００５８】
一次巻線８２は、導電材料からなる中空パイプにより構成されており、鉄芯８１の周囲に沿って、例えば鉄芯８１の中空部８４の内面、鉄芯８１の一方の端面８１ａ、一方又は他方の側面８１ｃ，８１ｄ、他方の端面８１ｂに沿って、鉄芯８１の中空部８４の内面に戻るように、鉄芯８１の表面に沿って引き回されている。一次巻線８２の巻数は、鉄芯８１の左右の各部分で、それぞれ複数ターンとなっている。
【００５９】
一次巻線８２は、鉄芯８１の左右の各部分において、それぞれ始端及び終端に接続端子８２ａ，８２ｂを備え、接続端子８２ａ，８２ｂには交流電源からの交流が電力調整部８５を介して供給されるように接続されている。
【００６０】
一次巻線８２は、鉄芯８１の端面８１ａ側に配置された始端及び終端に、図示しない水等の冷却媒体の供給部が接続されており、一次巻線８２の内部に冷却媒体が流通されて、一次巻線８２を冷却可能となっている。
【００６１】
二次巻線８３は、鉄芯８１の中空部８４に挿通された第一硬質導電部材８６と、この第一硬質導電部材８６に接続された一対の第二硬質導電部材８７，８８及び一対の第三硬質導電部材８９，９０とを備えている。硬質導電部材８６〜９０は、導電材料から十分な断面積を有して形成されており、曲げ加工が容易でない程度の剛性を有する。
【００６２】
具体的には、第一硬質導電部材８６は導電材料から板状に形成されており、その断面積は出力電流に対応して設定され、第一硬質導電部材８６の長さは鉄芯８１の中空部８４の長さより長く設定されている。第一硬質導電部材８６は、鉄芯８１の中空部８４内に挿通されたとき、その両端８６ａ，８６ｂが鉄芯８１の端面８１ａ，８１ｂから突出する。
【００６３】
各第二硬質導電部材８７，８８は、第一硬質導電部材８６と同様の導電材料から板状に形成されており、その断面積も同じである。第二硬質導電部材８７，８８には、一端８７ａ，８８ａを直角に屈曲されることで第一硬質導電部材８６との連結部位が立体的に形成されている。連結部位における第一硬質導電部材８６との接触面積は第二硬質導電部材８７，８８の断面積以上に確保されている。各第二硬質導電部材８７，８８は、第一硬質導電部材８６の両端８６ａ，８６ｂに対してそれぞれ一端８７ａ，８８ａが締結具としてのボルト３６により連結されている。
【００６４】
各第二硬質導電部材８７，８８の長さは、鉄芯８１の中空部８４内側から側面８１ｄまでの長さより長く設定されており、第一硬質導電部材８６と連結された状態で各第二硬質導電部材８７，８８の他端８７ｂ，８８ｂが鉄芯８１の側面８１ｄを越えて突出している。
【００６５】
各第三硬質導電部材８９，９０は、第一硬質導電部材８６及び第二硬質導電部材８７，８８と同様の導電材料から板状に形成され、その断面積も同様である。第三硬質導電部材８９，９０には、一端８９ａ，９０ａを直角に屈曲されることで第二硬質導電部材８７，８８との連結部位が立体的に形成されている。連結部位における各第二硬質導電部材８７，８８との接触面積は第三硬質導電部材８９，９０の断面積以上に確保されている。各第三硬質導電部材８９，９０は、第二硬質導電部材８７，８８の他端８７ｂ，８８ｂに対してそれぞれ一端８９ａ，９０ａが締結具としてのボルト９１により連結されている。
【００６６】
第三硬質導電部材８９，９０は、鉄芯８１の他方の側面８１ｄに向き合って延び、各第三硬質導電部材８９，９０の他端８９ｂ，９０ｂが、鉄芯８１の他方の側面８１ｄ側で互いに離れた位置に配置されている。
【００６７】
このような第一から第三硬質導電部材８６〜９０は、互いに連結されることで、二次巻線８３が全長で連続した１本の導電体として構成され、全体で１ターンの巻き線となっている。
【００６８】
第一から第三硬質導電部材８６〜９０のそれぞれその表面には、各硬質導電部材８６〜９０毎に冷却手段９２ａ〜９２ｅが設けられている。各冷却手段９２ａ〜９２ｅは、各硬質導電部材８６〜９０の表面に接触状態で接合された冷却パイプから構成されており、その始端及び終端に、図示しない水等の冷却媒体の供給部及び排出部が接続されている。これにより、各冷却手段９２ａ〜９２ｅの内部に冷却媒体が流通されることで、第一から第三硬質導電部材８６〜９０が冷却可能となっている。
【００６９】
この鋼材加熱装置１０では、ワークＷの加熱領域全体を均一に急速温度上昇させることが可能であり、２００℃／秒以上の昇温速度を実現することも可能となっている。
【００７０】
そのような電源トランス８０に要求される仕様としては、例えば商用周波数５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚで入力電圧がＡＣ２００Ｖ、４４０Ｖ又は６６０Ｖであり、容量が５００ｋＶＡ〜２０００ｋＶＡ以上で、１ターンの二次巻線８３により、ワークＷに応じた例えばＡＣ５０Ｖ〜１００Ｖの出力電圧、ＡＣ８，０００Ａ〜２０，０００Ａ又はそれ以上の出力電流が得られることが好ましい。
【００７１】
二次巻線８３としては、このような出力電圧及び出力電流が得られるように、断面積を確保することが好ましい。
【００７２】
以上のような電極構造を有する鋼材加熱装置１０は、以下のように動作する。
【００７３】
まず、直接通電加熱すべきワークＷの加熱予定の領域の長さに合わせ、間隔調整部４０のハンドル３９ｃを回転操作し、第一電極部２０と第二電極部３０の間隔を調整する。
【００７４】
ワークＷの全長に亘って加熱する場合には、第一電極部２０の電極組立体２１，２２と第二電極部３０の電極組立体３１，３２を、それぞれワークＷの両端部に接触できるように、第一電極部２０と第二電極部３０の間隔を調整する。
【００７５】
ワークＷの一部を加熱する場合には、第一電極部２０の電極組立体２１，２２と第二電極部３０の電極組立体３１，３２を、それぞれワークＷの加熱すべき領域の両端付近に接触できるように、第一電極部２０と第二電極部３０の間隔を調整する。
【００７６】
次いで、第一電極部２０の電極組立体２１，２２の間、そして第二電極部３０の電極組立体３１，３２の間にワークＷを挿入し、ワークＷの幅方向の中心に揺動支点を整合させるようにして、第一下側電極部２０Ａ及び第二下側電極部３０Ａの接触面６２上にワークＷを載置する。
【００７７】
載置後、第一上側電極部２０Ｂ及び第二上側電極部３０Ｂの駆動シリンダ２７，３７を駆動し、第一上側電極部２０Ｂ及び第二上側電極部の各接触面６２を、それぞれワークＷ表面の各接触面６２に対向する部位である被接触面に対して押し付ける。
【００７８】
このとき、各電極組立体２１，２２，３１，３２では、電極本体６３の接触面６２がワークＷに当接した後、揺動支点に配置された突部６７ａの頂部が凹部６８の底部に当接するまでの間、圧縮バネ７１を付勢力に抗して圧縮させることで各電極組立体２１，２２，３１，３２を各支持部２３，２５，３３，３５に対して揺動傾斜させ、各接触面６２をワークＷの表面に沿わせて当接させる。
【００７９】
揺動支点に配置された突部６７ａの頂部が凹部６８の底部に当接した後は、突部６７ａの頂部を支点として電極組立体２１，２２，３１，３２を揺動させつつ、電極組立体２１，２２，３１，３２の各接触面６２をワークＷ表面に圧接して面接触させる。
【００８０】
その際、突部６７ａが電極組立体２１，２２，３１，３２の接触面６２の中央部に配置されているため、支持部２３，２５，３３，３５により電極組立体２１，２２，３１，３２を加圧すると、接触面６２を中央部で加圧でき、接触面６２のワークＷとの接触部分全体を均一に圧接することができる。その結果、ワークＷ表面に傾斜などの歪みが多少存在していたとしても、電極組立体２１，２２，３１，３２の各接触面６２を確実にワークＷ表面に密着させて面接触させることができる。
【００８１】
このとき、電源トランス８０では、第一から第三硬質導電部材８６〜９０が接続されて構成された二次巻線８３が、導電部材４１,４２、第一電極部２０及び第二電極部３０を介してワークＷに接続されることで、全体で鉄芯８１の周囲に１ターンの閉じた回路が構成される。
【００８２】
そして、商用電源等の交流電源から交流を電源トランス８０の複数巻回された一次巻線８２に供給する。このとき、電源トランス８０の一次巻線８２及び二次巻線８３の冷却手段９２ａ〜９２ｅに対して冷却装置から冷却媒体を流通させつつ通電する。
【００８３】
これにより、二次巻線８３の第一硬質導電部材８６から第二硬質導電部材８７，８８、第三硬質導電部材８９，９０、導電部材４１,４２、第一電極部及び第二電極部２０，３０及びワークＷにより形成される閉回路に各種の条件に対応した電流が生じる。
【００８４】
このとき、二次巻線８３が１ターンの巻線として構成されているため、閉回路のワークＷには大電流を流すことができ、ワークＷを短時間で急昇温させることができる。例えば、ワークＷの加熱予定の領域を２００℃／秒以上の昇温速度で、１０００℃程度の高温まで一気に昇温させることができる。
【００８５】
この加熱時には、各電極組立体２１，２２，３１，３２の接触面６２がワークＷ表面に面接触しているため、接触面積を大きく確保できて接触抵抗をできるだけ小さく抑えることができる。そのため、ワークＷのより広い範囲で電流を均一に流し易く、ワークＷの広い領域を均一に加熱することが可能である。
【００８６】
特に、二次巻線８３が１ターンの巻線からなる電源トランス８０により第一電極部２０と第二電極部３０との間に電圧を印加して第一電極部２０と第二電極部３０との間の領域に電流を流すことでワークＷを加熱しているので、電源トランス８０を簡単な構成でコンパクトに形成し易いと共に、二次巻線８３の断面積を大きく確保して大電流を通電し易い。そのため、コンパクトな装置で、ワークＷの加熱対象領域に大電流量を通電して短い昇温時間でワークＷを急昇温させることが可能である。
【００８７】
そして、このようにワークＷの所定領域に大電流を通電して急昇温する場合であっても、電極本体６３を揺動させて接触面をワークＷ表面に沿わせて接触させ易いと共に、電極本体６３の接触面をワークＷ表面に均一な接圧で圧接し易いので、昇温速度や温度のばらつきを防止できて均一な加熱を行うことが可能である。
【００８８】
このようにしてワークＷを所望の温度まで昇温させた後には、直ちに、或いは、必要に応じて通電を所定時間継続して所定温度を保持した後、通電を停止して冷却することで、ワークＷの各種の熱処理が行なうことができる。
【００８９】
なお、この鋼材加熱装置１０では、第一電極部２０及び第二電極部３０のそれぞれで、ワークＷが各電極組立体２１，２２，３１，３２により挟持されているが、引張部５０のエアーシリンダ５２に供給される空気圧により、第一電極部２０に対して第二電極部３０が離間方向に引っ張られている。そのため、加熱時及び冷却時にワークＷが熱膨張及び熱収縮して長さが変化したとき、ワークＷの長さ変化に追従して移動ベース３８が移動できる。従って、ワークＷを各電極組立体２１，２２，３１，３２により挟持していても、熱膨張及び熱収縮による変形を防止することが可能である。
【００９０】
この鋼材加熱装置１０では、第一電極部２０及び第二電極部３０の各接触面６２がそれぞれ互いに対向配置されているので、厚さ方向の距離が大きいワークＷであっても均一に加熱できる。また、各接触面６２がワークＷの幅方向に延びて、ワークＷの表面の全幅に亘って接触しているので、ワークＷの幅全体を均一に加熱できる。
【００９１】
このような鋼材加熱装置１０では、支持部２３，２５，３３，３５の揺動支点が、ワークＷの幅方向の中心に整合するように配置されることで、ワーク表面における電極本体６３の被接触面の中心に配置されているので、支持部２３，２５，３３，３５により電極組立体２１，２２，３１，３２を加圧した際、電極本体６３の接触面６２をワークＷの被接触面の中心で押し付けることができ、ワークＷの幅方向に均一な接圧で接触面６２を接触させることができる。
【００９２】
この鋼材加熱装置１０では、揺動支点を通りワークＷの長さ方向に延びる軸線上の給電部６１ａに給電用ケーブル７２が接続されており、各電極組立体２１，２２，３１，３２への給電が中心軸上で行なわれるので、ワークＷに対して軸線の両側に均等に給電でき、ワークＷを均一に加熱できる。
【００９３】
この鋼材加熱装置１０では、揺動支点が支持部２３，２５，３３，３５の凹部６８と遊嵌したセンターピン６７の突部６７ａからなり、支持部２３，２５，３３，３５及び電極組立体２１，２２，３１，３２とが、段付きネジ６９により離脱不能に連結されると共に、圧縮バネ７１により互いに離間方向に付勢されているので、電極本体６３の接触面６２をワークＷ表面に接触させる際、突部６７ａを中心に電極本体６３を傾斜させることができると共に、突部６７ａにより電極本体６３の背面側中央部を十分に加圧し易く、接触面６２をワークＷ表面に十分な接圧で均一に面接触させることが可能である。
【００９４】
しかも、圧縮バネ７１により互いに離間方向に付勢されているので、電極本体６３の接触面６２をワークＷに当接させる前や、電極本体６３の接触面６２をワークＷに当接させた際に、電極本体６３が支持部２３，２５，３３，３５に対して不必要に変動することがなく、電極本体６３を安定した状態で支持でき、安定した動作を実現させ易い。
【００９５】
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【００９６】
例えば、上述した実施形態においては、第一電極部２０及び第二電極部３０の全ての電極組立体２１，２２，３１，３２が揺動可能に支持されているが、下側または上側の一方の電極組立体２１，２２，３１，３２が固定配置されていてもよい。
【００９７】
上述では、第一電極部２０及び第二電極部３０に、それぞれ上下両側の電極組立体２１，２２，３１，３２に給電されるように構成したが、下側または上側の一方の電極組立体２１，２２，３１，３２のみに給電されるようにしてもよい。これらの電極組立体２１，２２，３１，３２の形状や構成も変更可能であり、各支持部２３，２５，３３，３５に支持される一つの部材からなるものであってもよい。
【００９８】
上述では、第一及び第二電極部２０，３０が横方向に互いに離間した位置に配置された例について説明したが、向きは任意であり、例えば上下に配置されてもよい。
【００９９】
上述では、支持部２３，３３がそれぞれ取付部材２４、３４に固定された例について説明したが、フレーム１１や移動ベース３８等に直接固定されていてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１０  鋼材加熱装置
１１  フレーム
１２ａ，１２ｂ  ガイドレール
２０  第一電極部
２０Ａ  第一下側電極部
２０Ｂ  第一上側電極部
２１，２２，３１，３２  電極組立体
２３，２５，３３，３５  支持部
２４，３４  取付部材
２７，３７  駆動シリンダ（加圧部）
３０  第二電極部
３０Ａ  第二下側電極部
３０Ｂ  第二上側電極部
３８  移動ベース
３９ａ  移動ブロック
３９ｂ  ネジ軸
３９ｃ  ハンドル
４０  間隔調整部
５０  引張部
６１  電極基体
６１ａ  給電部
６２  接触面
６３  電極本体
６６  絶縁断熱板
６７  センターピン
６７ａ  突部（揺動支点）
６８  凹部
６９  段付きネジ（連結部）
７１  圧縮バネ（付勢手段）
７２  給電用ケーブル
８０  電源トランス
８１  鉄芯
８２  一次巻線
８３  二次巻線
８４  中空部
８５  電力調整部
８６  第一硬質導電部材
８７，８８  第二硬質導電部材
８９，９０  第三硬質導電部材
Ｗ  ワーク（鋼材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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