(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの加熱領域を第１方向に横断する長さを有する電極対を前記第１方向に沿ってワークに配置し、
前記電極対に電流を流しながら、前記電極対のうち少なくとも一方の電極を前記加熱領域において前記第１方向と直交する第２方向に移動させて、前記加熱領域を通電加熱し、
前記加熱領域を前記第１方向に仮想的に区分してなる複数の区分領域の各々の前記電極対間の長さに応じて、前記電極対のうち少なくとも一方の電極と前記ワークとの前記第１方向の接触圧力分布を調整して前記加熱領域の各部の加熱温度を調整する加熱方法。
【請求項２】
請求項１記載の加熱方法であって、
前記電極対間の長さが大きい前記区分領域ほど、前記電極と前記ワークとの接触圧力を大きくする加熱方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の加熱方法であって、
前記加熱領域は、前記第１方向の寸法が前記第２方向に変化しているものである加熱方法。
【請求項４】
請求項３記載の加熱方法であって、
前記加熱領域は、前記第１方向の寸法が前記第２方向に単調に減少しているものである加熱方法。
【請求項５】
ワークの加熱領域を第１方向に横断するように配置される電極対と、
前記電極対に電流を供給する給電部と、
前記電極対のうち少なくとも一方の電極を前記加熱領域において前記第１方向と直交する第２方向に移動させる移動部と、
前記電極対のうち少なくとも一方の電極に設けられ、前記電極と前記ワークとの前記第１方向の接触圧力分布を調整可能に、前記電極を前記ワークに対して押圧する押圧部と、
前記加熱領域を前記第１方向に仮想的に区分してなる複数の区分領域の各々の前記電極対間の長さに応じて前記押圧部を制御し、前記電極と前記ワークとの前記第１方向の接触圧力分布を調整する制御部と、
を備える加熱装置。
【請求項６】
請求項５記載の加熱装置であって、
前記制御部は、前記電極対間の長さが大きい前記区分領域ほど、前記電極と前記ワークとの接触圧力を大きくする加熱装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載の加熱装置であって、
前記押圧部は、前記第１方向に間隔あけて配置され、互いに独立に動作される複数の加圧体を有する加熱装置。
【請求項８】
請求項１から４のいずれか一項記載の加熱方法を用いて板状ワークを加熱し、プレス型により加圧してホットプレス成形を行う、プレス成形品の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状ワークを通電加熱する加熱方法及び加熱装置、並びにプレス成形品の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材からなるワークを熱処理する際の加熱方法としては間接加熱と直接加熱とがあり、間接加熱には炉加熱などがある。一方、直接加熱には、電磁誘導によってワークに渦電流を流すことで加熱する、いわゆる誘導加熱や、ワークに直接電流を流すことによって加熱する、いわゆる通電加熱などがある。
【０００３】
特許文献１に記載された加熱方法は、長手方向に幅が変化する加熱領域を有する板状ワークを通電加熱するものである。加熱領域がワークの長手方向に並ぶ複数の短冊状の領域に区分され、区分領域毎に電極対が設けられ、電極対毎に電流が流されて加熱領域が一様に通電加熱される。
【０００４】
特許文献２に記載された加熱方法もまた長手方向に幅が変化する加熱領域を有する板状ワークを通電加熱するものであり、長手方向の一方の端部から他方の端部に向けて幅が単調に減少するワークの加熱領域において相対的に幅広の端部に電極対が配置され、電極対に電流が流されながら一方の電極が相対的に幅狭の端部に向けて移動されて加熱領域が一様に通電加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５８７５０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１１４９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された加熱方法では、一つの加熱領域に対して複数の電極対を要し、加熱装置の構成が複雑なものとなる。これに対し、特許文献２に記載された加熱方法によれば、一つの電極対で加熱領域を一様に加熱することができ、加熱装置の構成を簡潔にできる。
【０００７】
しかし、長手方向に幅が変化する加熱領域を幅方向に並ぶ複数の短冊状の領域に仮想的に区分してなる各区分領域の電極対間の長さは互いに異なり、抵抗値もまた異なる。電極対間の長さが相対的に長い、即ち抵抗値が相対的に大きい区分領域に流れる電流は相対的に小さく、その区分領域の発熱量は相対的に小さくなる。そのため、特許文献２に記載された加熱方法では、詳細には加熱領域の幅方向に温度分布が生じ得る。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、ワークの加熱領域を均熱化でき、さらにはワークの加熱領域に所望の温度分布をもたせることも可能な加熱方法及び加熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の加熱方法は、ワークの加熱領域を第１方向に横断する長さを有する電極対を前記第１方向に沿ってワークに配置し、前記電極対に電流を流しながら、前記電極対のうち少なくとも一方の電極を前記加熱領域において前記第１方向と直交する第２方向に移動させて、前記加熱領域を通電加熱し、前記加熱領域を前記第１方向に仮想的に区分してなる複数の区分領域の各々の前記電極対間の長さに応じて、前記電極対のうち少なくとも一方の電極と前記ワークとの前記第１方向の接触圧力分布を調整して前記加熱領域の各部の加熱温度を調整する。
【００１０】
また、本発明の一態様の加熱装置は、ワークの加熱領域を第１方向に横断するように配置される電極対と、前記電極対に電流を供給する給電部と、前記電極対のうち少なくとも一方の電極を前記加熱領域において前記第１方向と直交する第２方向に移動させる移動部と、前記電極対のうち少なくとも一方の電極に設けられ、前記電極と前記ワークとの前記第１方向の接触圧力分布を調整可能に、前記電極を前記ワークに対して押圧する押圧部と、前記加熱領域を前記第１方向に仮想的に区分してなる複数の区分領域の各々の前記電極対間の長さに応じて前記押圧部を制御し、前記電極と前記ワークとの前記第１方向の接触圧力分布を調整する制御部と、を備える。
【００１１】
また、本発明の一態様のプレス成形品の作製方法は、前記加熱方法を用いて板状ワークを加熱し、プレス型により加圧してホットプレス成形を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワークの加熱領域を均熱化でき、さらにはワークの加熱領域に所望の温度分布をもたせることも可能な加熱方法及び加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態を説明するための、ワークの一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を説明するための、加熱装置の一例を示す図である。
【図３】図１のワークを図２の加熱装置によって通電加熱する加熱方法の一例を示す図である。
【図４】図３の通電加熱方法において、電極対に流れる電流の調整、及び移動電極の移動速度の調整のコンセプトを示す図である。
【図５】図３の通電加熱方法において、加熱開始からの経過時間と移動電極の位置との関係、移動電極の移動と電極対に流れる電流との関係、並びに加熱終了時におけるワークの長手方向の温度分布の一例を示すグラフである。
【図６】図３の通電加熱方法において、加熱開始からの経過時間と移動電極の位置との関係、移動電極の移動と電極対に流れる電流との関係、並びに加熱終了時におけるワークの長手方向の温度分布の他の例を示すグラフである。
【図７】図３の通電加熱方法の詳細を示す図である。
【図８】図３の通電加熱方法における電気的な等価回路を示す図である。
【図９】実験例１の移動電極とワークとの接触圧力分布、及びワークの通電加熱後の温度分布を示す図である。
【図１０】実験例２の移動電極とワークとの接触圧力分布、及びワークの通電加熱後の温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施形態を説明するための、ワークの一例を示す。
【００１５】
図１に示すワークＷは、厚みが一定な帯板材であり、長手方向（第２方向）の一方の端部Ｒ側から他方の端部Ｌ側に向けて幅方向（第１方向）の寸法が単調に減少している。なお、ワークＷは、全体が加熱領域とされている。
【００１６】
図２はワークＷを加熱する加熱装置の一例を示す。
【００１７】
加熱装置１は、電極１１，１２からなる電極対１０と、給電部１３と、移動部１４と、押圧部１５と、制御部１６と、を備える。
【００１８】
電極対１０を構成する電極１１，１２は、ワークＷ（加熱領域）を幅方向に横断して配置される。そして、図２に示す例では、電極１１は、ワークＷの長手方向に移動可能に移動部１４によって支持されており、電極１２は、ワークＷの相対的に幅広の端部Ｒに配置され、その位置に固定されている。なお、電極１２についても、移動部１４によって支持し、ワークＷの長手方向に移動可能に構成してもよい。
【００１９】
移動される電極１１（以下、移動電極という）は、ワークＷを厚み方向に挟む主電極部１１ａ及び補助電極部１１ｂを有し、ワークＷに固定される電極（以下、固定電極という）１２もまた、ワークＷを厚み方向に挟む主電極部１２ａ及び補助電極部１２ｂを有する。移動電極１１の主電極部１１ａ及び補助電極部１１ｂは、いずれもローラで構成されており、移動電極１１が移動部１４によって移動される際には、ワークＷとの接触を保ってワークＷの表面を転動する。
【００２０】
移動電極１１の主電極部１１ａは、ワークＷの長手方向に延びるブスバー１１ｄ上を補助ローラ１１ｃを介して転動する。ブスバー１１ｄは給電部１３に接続されており、ブスバー１１ｄ及び補助ローラ１１ｃを介して給電部１３から主電極部１１ａに電流が供給される。なお、主電極部１１ａと補助電極部１１ｂとを電気的に接続し、主電極部１１ａ及び補助電極部１１ｂに電流が供給されるようにしてもよい。
【００２１】
押圧部１５は、電極対１０のうち少なくとも一方の電極とワークＷとの幅方向の接触圧力分布を調整可能に構成され、図示の例では、移動電極１１とワークＷとの接触圧力分布を調整する第１押圧部１５ａと、固定電極１２とワークＷとの接触圧力分布を調整する第２押圧部１５ｂとを有する。
【００２２】
移動電極１１とワークＷとの接触圧力分布を調整する第１押圧部１５ａは、例えば移動電極１１の補助電極部１１ｂに沿って間隔をあけて設けられ、互いに独立して駆動されるシリンダ等の複数の加圧体を含んで構成され、これらの加圧体によって補助電極部１１ｂにおける複数箇所を押圧することにより、ワークＷと移動電極１１との接触圧力分布を調整する。
【００２３】
第２押圧部１５ｂもまた同様に構成でき、固定電極１２の補助電極部１２ｂに沿って間隔をあけて設けられ、互いに独立して駆動されるシリンダ等の複数の加圧体を含んで構成され、これらの加圧体によって補助電極部１２ｂにおける複数箇所を押圧することにより、固定電極１２とワークＷとの接触圧力分布を調整する。
【００２４】
給電部１３は、制御部１６の制御のもと、電極対１０に直流又は交流の電流を供給する。移動部１４は、制御部１６の制御のもと、移動電極１１をワークＷの長手方向に移動させる。押圧部１５は、制御部１６の制御のもと、移動電極１１及び固定電極１２の各々とワークＷとの接触圧力分布を調整する。
【００２５】
次に、ワークＷを加熱装置１によって通電加熱する加熱方法を説明する。
【００２６】
図３は、ワークＷの加熱温度をワークＷの長手方向に制御する例であり、固定電極１２が配置されているワークＷの端部Ｒに移動電極１１が配置される。そして、電極対１０に電流が流され、その状態で、移動電極１１がワークＷの端部Ｒから端部Ｌに向けて移動される。
【００２７】
移動電極１１がワークＷの端部Ｒから端部Ｌに向けて移動される間、電極対１０に流れる電流及び／又は移動電極１１の移動速度が適宜調整される。これにより、ワークＷを長手方向に仮想的に区分してなる複数の区分領域Ａｉ（ｉ＝１，２，３・・・ｎ）の各々の加熱温度を調整することが可能となる。
【００２８】
特に、ワークＷの長手方向に移動される移動電極１１の移動方向に幅が単調に減少する、換言すれば移動電極１１の移動方向に断面積が単調に減少する、つまりは単位長さあたりの抵抗が単調に増大するワークＷでは、ワークＷを長手方向に一様に加熱することが可能である。
【００２９】
図４は、ワークＷを長手方向に一様に加熱する場合の、電極対１０に流れる電流の調整、及び移動電極１１の移動速度の調整のコンセプトを示す。
【００３０】
単位長さΔｌの区分領域Ａｉを移動電極１１が通過する時の通電電流をＩｉ、通電時間をｔｉ（ｓｅｃ）とすると、各区分領域Ａｉの温度（昇温量）θｉは、移動電極１１がこの区分領域を通過した以後加熱されるので、次式で与えられる。
【００３１】
【数１】
0006450608.tif 000002
ただし、ρｅは抵抗率（Ω・ｍ）、ρは密度（ｋｇ／ｍ３）、ｃは比熱（Ｊ／ｋｇ・℃）、aｉは区分領域Ａｉの断面積（ｍ２）である。
【００３２】
各区分領域Ａｉの温度θｉがθ１＝θ２＝・・・＝θｎで一様となるためには、次式が満たされるように各区分領域Ａｉの通電電流Ｉｉや通電時間ｔｉ（電極移動速度Ｖｉ）を調整すればよい。速度一定であればｔｉ＝一定であるのでＩｉだけを調整すればよく、電流一定であればＩｉ＝一定であるのでｔｉだけを調整すればよい。通電電流Ｉｉ及び通電時間ｔｉの両方を調整するようにしてもよい。
【００３３】
【数２】
0006450608.tif 000003
【００３４】
固定電極１２がワークＷの端部Ｒに固定され、移動電極１１がワークＷの端部Ｒから端部Ｌに向けて移動される場合には、ワークＷにおいて移動電極１１と固定電極１２との間に挟まれる通電区間は、移動電極１１の移動方向の単位長さあたりの抵抗が相対的に小さい端部Ｒ側から次第に拡大される。
【００３５】
したがって、各区分領域Ａｉの通電時間ｔｉは異なり、端部Ｒ側の区分領域ほど通電時間が長くなる。また、端部Ｒ側の区分領域及び端部Ｌ側の区分領域に同じ電流を同じ時間流した場合に、移動電極１１の移動方向の単位長さあたりの抵抗が相対的に小さい端部Ｒ側の区分領域ほど生じる熱量は小さくなる。
【００３６】
そこで、移動電極１１の移動方向の単位長さあたりの抵抗の変化に基づき、各区分領域Ａｉの通電時間ｔｉとの関係で、電極対１０に流れる電流及び／又は移動電極１１の移動速度を調整することによって各区分領域Ａｉに生じる熱量を調整するようにすれば、ワークＷを長手方向に一様に加熱することができる。
【００３７】
図５及び図６は、加熱開始からの経過時間と移動電極１１の位置との関係、移動電極１１の移動と電極対１０の間に流す電流との関係、並びに加熱終了時におけるワークＷの長手方向の温度分布の一例をそれぞれ示す。なお、図５及び図６において、移動電極１１の位置は、加熱開始時における移動電極１１の初期位置（ワークＷの端部Ｒ）を原点とし、原点からの距離で示されている。
【００３８】
図５に示す例では、ワークＷの端部Ｒから端部Ｌに向けて移動電極１１が一定速度で移動され、電極対１０に流れる電流が次第に小さくなるように調整されている。なお、移動電極１１が端部Ｌに達した後の一定時間、移動電極１１は端部Ｌに保持され、その期間も移動電極１１が端部Ｌに達した時点での電流が電極対１０に流されている。かかる電流調整により、ワークＷを長手方向に一様に加熱することができる。
【００３９】
図６に示す例では、電極対１０に一定電流が流され、移動電極１１がワークＷの端部Ｒから端部Ｌに向けて移動され、且つ移動速度が次第に大きくなるように調整されている。なお、移動電極１１が端部Ｌに達した後の一定時間、移動電極１１は端部Ｌに保持され、その期間も電極対１０に一定電流が流されている。かかる速度調整によっても、ワークＷを長手方向に一様に加熱することができる。
【００４０】
図７は、ワークＷの加熱温度をワークＷの幅方向に制御する例であり、移動電極１１がワークＷの端部Ｒから端部Ｌに向けて移動される間の任意の時点で、移動電極１１と固定電極１２との間の通電区間をワークＷの幅方向に並ぶ複数の区分領域Ｂｊ（ｊ＝１，２，３・・・ｍ）に区分して考える。
【００４１】
移動電極１１の移動方向に幅が単調に減少するワークＷにおいて、各区分領域Ｂｊ（ｊ＝１，２，３・・・ｍ）の電極対間の長さｌｊは異なり、電気抵抗もまた異なる。図示の例では、ワークＷの一方の側縁に沿った区分領域Ｂ１側に比べて他方の側縁に沿った区分領域Ｂｍ側ほど電極対間の長さが大きく、区分領域Ｂｍ側ほど電気抵抗も大きくなっている。
【００４２】
図８は、区分領域Ｂｊの通電加熱における電気的な等価回路を示し、等価回路は、区分領域ＢｊにおけるワークＷの電気抵抗Ｒｓｊ（Ω）と、区分領域ＢｊにおけるワークＷと移動電極１１との接触抵抗Ｒｃ１ｊ（Ω）と、区分領域ＢｊにおけるワークＷと固定電極１２との接触抵抗Ｒｃ２ｊ（Ω）とが直列に接続された回路として表すことができる。図７に示した例では、区分領域Ｂｍ側ほど電気抵抗Ｒｓが大きくなっている。
【００４３】
ここで、移動電極１１がワークＷに均一に接触しており、Ｒｃ１１＝Ｒｃ１２＝・・・＝Ｒｃ１ｍで一様であるとし、固定電極１２もまたワークＷに均一に接触しており、Ｒｃ２１＝Ｒｃ２２＝・・・＝Ｒｃ２ｍで一様であるとした場合に、電気抵抗Ｒｓが相対的に大きい区分領域Ｂｍに流れる電流は相対的に小さく、区分領域Ｂｍの発熱量は相対的に小さくなる。
【００４４】
ここで、接触抵抗Ｒｃ１ｊ，Ｒｃ２ｊは、区分領域ＢｊにおけるワークＷと移動電極１１や固定電極１２との接触面積の増加に伴って減少する。そして、接触面積は区分領域ＢｊにおけるワークＷと移動電極１１や固定電極１２との接触圧力に関連し、接触圧力が大きいほど接触面積も大きくなる。
【００４５】
そこで、電気抵抗Ｒｓｊとの関係で、つまりは区分領域Ｂｊの電極対間の長さｌｊとの関係で、区分領域ＢｊにおけるワークＷと移動電極１１や固定電極１２との接触圧力を調整して接触抵抗Ｒｃ１ｊ，Ｒｃ２ｊを調整することにより、区分領域ＢｊにおけるワークＷの発熱量を調整することができ、ワークＷの加熱温度をワークＷの幅方向に制御することができる。
【００４６】
例えば、電気抵抗Ｒｓが相対的に大きい区分領域Ｂｍ側ほどワークＷと移動電極１１や固定電極１２との接触圧力を大きくするようにすれば、ワークＷを幅方向に一様に加熱することができ、図５に示した電流調整や図６に示した移動電極１１の速度調整と併せて、ワークＷを均熱化することができる。
【００４７】
以下、実験例について説明する。
【００４８】
実験例は、図３に示したように、ワークＷの相対的に幅広の端部Ｒに電極対１０を配置し、一方の電極１１を相対的に幅狭の端部Ｌに向けて移動させ、ワークＷを長手方向に一様に通電加熱したものである。
【００４９】
実験例１の移動電極１１とワークＷとの接触圧力分布を図９（Ａ）に示し、実験例１のワークＷの通電加熱後の温度分布を図９（Ｂ）に示す。また、実験例２の移動電極１１の各部とワークＷとの接触圧力分布を図１０（Ａ）に示し、実験例２のワークＷの通電加熱後の温度分布を図１０（Ｂ）に示す。
【００５０】
なお、移動電極１１とワークＷとの接触圧力分布は感圧紙を用いて検出し、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）において、移動電極１１とワークＷとの接触圧力分布は感圧紙の発色のパターンによって示されている。また、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）において、ワークＷの温度分布はグレースケールで表されており、温度が高い程に薄い階調で表されている。
【００５１】
実験例１では、図９（Ａ）に示すように、ワークＷの相対的に幅広の端部Ｒ側において、移動電極１１とワークＷとの接触圧力が領域Ａでは感圧紙で検出不能な程に小さくなっており、図９（Ｂ）に示すように、通電加熱後のワークＷの温度分布において、領域Ａの温度は相対的に低く、領域Ａに対してワークＷの幅方向に並ぶ領域Ｂの温度は相対的に高くなっている。
【００５２】
実験例２では、図１０（Ａ）に示すように、移動電極１１とワークＷとの領域Ａにおける接触圧力が領域Ｂにおける接触圧力と略同一となるように移動電極１１とワークＷとの接触圧力分布を調整しており、図１０（Ｂ）に示すように、通電加熱後、実験例１の幅広の端部Ｒ側における温度のばらつきが解消されて均熱化されている。
【００５３】
以上説明した加熱方法は、例えば加熱後の急冷による焼入処理に用いることもでき、また、加熱後の高温状態でプレス型により加圧してホットプレス成形を行うプレス成形品の作製方法に用いることもできる。上述した加熱方法によれば、加熱ための設備が簡素な構成でよく、加熱ための設備をプレス装置に近接配置し、又は一体に組み込むことができる。そのため、板状ワークを加熱後に短時間でプレス成形することができ、加熱された板状ワークの温度低下を抑制してエネルギーロスを削減し、また板状ワークの表面の酸化を防止して高品質なプレス成形品を作製することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１     加熱装置
１０   電極対
１１   移動電極
１２   固定電極
１３   給電部
１４   移動部
１５   押圧部
１６   制御部
【図１】
0006450608.tif 000004
【図２】
0006450608.tif 000005
【図３】
0006450608.tif 000006
【図４】
0006450608.tif 000007
【図５】
0006450608.tif 000008
【図６】
0006450608.tif 000009
【図７】
0006450608.tif 000010
【図８】
0006450608.tif 000011
【図９】
0006450608.tif 000012
【図１０】
0006450608.tif 000013