(57)【要約】  材料ブランクの所望の温度へのより一貫したジュール加熱のためのシステムおよび方法である。電気端子がブランクの端部に電流を供給する。端子は端部が所望の温度に達するのを妨げるヒートシンク作用を有する。能動熱緩衝要素が端子と端部との間に挿置される。緩衝要素は、端部に当接する第１の表面と、端子に当接する第２の表面とを含む。緩衝要素はブランクと共にジュール加熱され、第１の表面が所望の温度にあり、第２の表面が端子のヒートシンク作用のためにより低い温度にあるように、緩衝要素にわたって温度勾配が生成される。これにより、緩衝要素はヒートシンク作用を相殺し、端部が所望の温度に達することを可能にする。
2021530077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料ブランクの所望の温度へのより一貫したジュール加熱を達成するためのシステムであって、前記材料ブランクは端部を有し、前記システムは、
前記材料ブランクをジュール加熱するために、前記材料ブランクの前記端部に電流を供給するように構成された電気端子であって、熱ヒートシンク作用を有する、電気端子と、
前記電気端子と前記材料ブランクの前記端部との間に電気的かつ熱的に挿置されており、前記電流によってジュール加熱されるように構成され、かつ、前記電気端子の前記熱ヒートシンク作用を相殺し、それによって、前記材料ブランクの前記端部が前記所望の温度に達することを可能にするように構成された能動熱緩衝要素と、
を備える、システム。
【請求項２】
前記能動熱緩衝要素は、
前記材料ブランクの前記端部に物理的に当接するように構成された第１の接触面と、
前記電気端子に当接するように構成された第２の接触面と、
を有し、
前記能動熱緩衝要素のジュール加熱は、前記第１の接触面が少なくとも前記所望の温度であり、前記第２の接触面が、前記電気端子の前記熱ヒートシンク作用のためにより低い温度であるように、前記能動熱緩衝要素にわたる温度勾配を生成する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記材料ブランクはチタンで構築され、前記能動熱緩衝要素はステンレス鋼で構築されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記材料ブランクはチタンで構築され、前記能動熱緩衝要素はタングステンで構築されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記能動熱緩衝要素は、異なる電気的特性または熱的特性を有する２つまたはそれよりも多くの材料で構築されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の接触面は、丸みが付けられた形状、角度が付けられた形状、およびローレットが付けられた形状からなる群から選択される非平面形状を有する、請求項２から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記材料ブランクを物理的に支持し、前記材料ブランクが前記所望の温度にジュール加熱されると前記材料ブランクを所望の形状に成形するように構成された成形サブシステムをさらに備え、前記成形サブシステムは、
ジュール加熱および成形の両方のために前記材料ブランクを所望の位置に物理的に支持するように構成された支持要素と、
成形中に前記材料ブランクに物理的な力を加えて前記材料ブランクの初期形状を前記所望の形状に変化させるように構成された成形ツールと、
を有する、
請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記材料ブランクを成形する準備として、前記材料ブランクに電流を送り、それによって前記材料ブランクを所望の温度にジュール加熱するように構成されたジュール加熱サブシステムをさらに備え、前記ジュール加熱サブシステムは、
前記ジュール加熱を達成するために、前記電流を電流源から前記電気端子に搬送するように構成された電気バスと、
前記電気端子および前記能動熱緩衝要素を前記材料ブランクと電気的接触するように、また、電気的接触しないように移動させるように構成された作動要素と、
前記電気端子を前記電気バスに接続し、前記作動要素の作動中に前記電気バスに対する前記電気端子の移動を吸収するように構成された可撓性部材と、
を有する、
請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
材料ブランクを所望の形状に成形するために、前記材料ブランクの所望の温度までのより一貫したジュール加熱を達成するためのシステムであって、前記材料ブランクは端部を有し、前記システムは、
前記材料ブランクを成形するための準備において、前記材料ブランクに電流を送り、それによって前記材料ブランクを所望の温度までジュール加熱するように構成されたジュール加熱サブシステムと、
前記材料ブランクを物理的に支持し、前記材料ブランクが前記所望の温度にジュール加熱されると前記材料ブランクを成形するように構成された成形サブシステムと、
を備え、
前記ジュール加熱サブシステムは、
前記ジュール加熱を達成するために、前記電流を電流源から電気端子に搬送するように構成された電気バスと、
前記材料ブランクをジュール加熱するために前記材料ブランクの前記端部に電流を供給するように構成された前記電気端子であって、熱ヒートシンク作用を有する、前記電気端子と、
前記電気端子と前記材料ブランクの前記端部との間に電気的かつ熱的に挿置されており、前記電流によってジュール加熱されるように構成され、かつ、前記電気端子の前記熱ヒートシンク作用を相殺し、それによって前記材料ブランクの前記端部が前記所望の温度に達することを可能にするように構成された能動熱緩衝要素と、
前記電気端子および前記能動熱緩衝要素を前記材料ブランクと電気的接触するように、また、電気的接触しないように移動させるように構成された作動要素と、
前記電気端子を前記電気バスに接続し、前記作動要素の作動中の前記電気バスに対する前記電気端子の移動を吸収するように構成された可撓性部材と、
を有し、
前記成形サブシステムは、
ジュール加熱および成形の両方のために前記材料ブランクを所望の位置に物理的に支持するように構成された支持要素と、
成形中に前記材料ブランクに物理的な力を加えて前記材料ブランクの初期形状を前記所望の形状に変化させるように構成された成形ツールと、
を有する、
システム。
【請求項１０】
前記能動熱緩衝要素は、
前記材料ブランクの前記端部に物理的に当接するように構成された第１の接触面と、
前記電気端子に当接するように構成された第２の接触面と、
を有し、
前記能動熱緩衝要素のジュール加熱は、前記第１の接触面が少なくとも前記所望の温度であり、前記第２の接触面が、前記電気端子の前記熱ヒートシンク作用のためにより低い温度であるように、前記能動熱緩衝要素にわたる温度勾配を生成する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記材料ブランクはチタンで構築され、前記能動熱緩衝要素はステンレス鋼で構築されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記材料ブランクはチタンで構築され、前記能動熱緩衝要素はタングステンで構築されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記能動熱緩衝要素は、異なる電気的特性または熱的特性を有する２つまたはそれよりも多くの材料で構築されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の接触面は、丸みが付けられた形状、角度が付けられた形状、およびローレットが付けられた形状からなる群から選択される非平面形状を有している、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記作動要素は、力を及ぼして、前記第１の接触面の前記非平面形状を前記材料ブランクの前記端部に一致させるように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
材料ブランクの所望の温度へのより一貫したジュール加熱を達成するための方法であって、前記材料ブランクは端部を有し、前記方法は、
電気端子と前記材料ブランクの前記端部との間に能動熱緩衝要素を電気的かつ熱的に挿置する段階であって、前記能動熱緩衝要素は、前記材料ブランクの前記端部に物理的に当接するように構成された第１の接触面と、前記電気端子に当接するように構成された第２の接触面とを含む、挿置する段階と、
前記能動熱緩衝要素および前記材料ブランクをジュール加熱するために前記電気端子を介して電流を供給する段階であって、前記電気端子は熱ヒートシンク作用を有する、供給する段階と、
前記第１の接触面が少なくとも前記所望の温度であり、前記第２の接触面が、前記電気端子の前記熱ヒートシンク作用のためにより低い温度であるように、前記能動熱緩衝要素をジュール加熱して前記能動熱緩衝要素にわたる温度勾配を生成し、それによって前記電気端子の前記熱ヒートシンク作用を相殺し、前記材料ブランクの前記端部が前記所望の温度に達することを可能にする段階と、
を備える、方法。
【請求項１７】
前記能動熱緩衝要素は、異なる電気的特性または熱的特性を有する２つまたはそれよりも多くの材料で構築されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の接触面は、丸みが付けられた形状、角度が付けられた形状、およびローレットが付けられた形状からなる群から選択される非平面形状を有する、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記材料ブランクが前記所望の温度に加熱されると、前記材料ブランクの初期形状を所望の形状に変化させるために、成形ツールを用いて前記材料ブランクに物理的な力を加えることによって、前記材料ブランクを前記所望の形状に成形する段階をさらに備える、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記材料ブランクおよび前記能動熱緩衝要素をジュール加熱する前に、前記能動熱緩衝要素が前記材料ブランクの前記端部と物理的に接触するように、作動要素を用いて前記電気端子を移動させる段階と、
前記材料ブランクおよび前記能動熱緩衝要素をジュール加熱した後に、かつ、前記材料ブランクを成形する前に、前記能動熱緩衝要素が前記材料ブランクの前記端部と物理的に接触しないように、前記作動要素を用いて前記電気端子を移動させる段階と、
をさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジュール加熱を使用して材料を加熱するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、実施形態は、能動熱緩衝要素を使用して、材料の端部に対する電気端子の熱的作用を低減し、それによって材料のより一貫したジュール加熱を提供するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジュール加熱は、抵抗加熱とも呼ばれ、導電性材料に電流を通すことによる熱の発生である。ジュール加熱は、例えば、航空機および他の車両ならびに構造物の金属部品を成形する際に使用される。図１（先行技術）を参照すると、ジュール加熱され成形されるべき例示的な金属ブランク２０に、電気バスの電気接続部（例えば、銅端子）に物理的に接続するように構成された端部２２、２４（例えば、ボルト穴を有する）が作成されている。図２（先行技術）も参照すると、金属ブランク２０は、ジュール加熱され成形されると、端部２２、２４は除去され、成形された金属ブランク２０はその最終形状にさらに機械加工され得る。しかしながら、電気接続部の材料は、電気接続部と物理的に接触している金属ブランク２０の端部２２、２４の一貫した加熱を妨げる熱的作用を導入する。例えば、電気接続部は、端部２２、２４から熱を引き抜き、それらが金属ブランク２０の残りの部分よりも低い温度に保たれるようにするヒートシンクとして作用し得る。
【０００３】
さらに、成形に使用されるブランクを加熱するのに十分な接触面積を有するために、機構を成形プレートから離して、加熱下の材料の妨げられない移動を可能にしなければならない。フレキシブルカップリングまたは他の解決策を使用して接触したままにしておくと、成形されているプレートの望ましくない変形および寸法安定性に対するより大きな懸念が生じる。１つの解決策では、ブランクは、銅フレキシブルカップリングを介して、ブランクに接触し、ブランクに機械加工される電気タブの移動を吸収するように移動可能なままにされるプレートを介して銅製の電気バスにボルト止めされる。これらの銅カップリングは、本質的に大きな銅スプリングであり、電気バスとして使用されるボルト止めされた銅プレートが、成形されたブランクの比較的冷たい部分と共に移動することを可能にする。フレキシブルカップリングを有するボルト止めされた銅バスを用いて成形されたチタンブランクは、加熱されたブランクへのスプリングの引張力によって顕著に変形する。成形されたプレートは、銅フレキシブルカップリングによって引っ張られる電気タブの最も近くで寸法変化が最も大きい。この背景技術の説明は、必ずしも先行技術ではない本発明に関する情報を提供することを意図している。
【発明の概要】
【０００４】
実施形態は、能動熱緩衝要素を使用して、材料の端部に対する電気端子の熱的作用を低減し、それによって材料のより一貫したジュール加熱を提供するシステムおよび方法を提供することによって、先行技術における上記および他の問題ならびに制限に対処する。
【０００５】
第１の実施形態では、端部を有する材料ブランクの所望の温度へのより一貫したジュール加熱を達成するためのシステムが提供される。システムは大まかに、電気端子と、能動熱緩衝要素とを含み得る。電気端子は、材料ブランクの端部に電流を供給して材料ブランクをジュール加熱するように構成され得る。電気端子は、熱ヒートシンク作用を有する。能動熱緩衝要素は、電気端子と材料ブランクの端部との間に電気的かつ熱的に挿置され得、電流によってジュール加熱され、電気端子の熱ヒートシンク作用を相殺し、それによって材料ブランクの端部が所望の温度に達することを可能にするように構成され得る。
【０００６】
第２の実施形態では、端部を有する材料ブランクの所望の温度へのより一貫したジュール加熱を達成するための方法が提供される。この方法は、以下のステップを含み得る。能動熱緩衝要素は、電気端子と材料ブランクの端部との間に電気的かつ熱的に挿置され得る。能動熱緩衝要素は、材料ブランクの端部に物理的に当接するように構成された第１の接触面と、電気端子に当接するように構成された第２の接触面とを含み得る。電流が電気端子を介して供給されて、能動熱緩衝要素および材料ブランクがジュール加熱され得る。電気端子は、熱ヒートシンク作用を有する。能動熱緩衝要素は、第１の接触面が少なくとも所望の温度であり、第２の接触面が、電気端子の熱ヒートシンク作用のためにより低い温度にあるように能動熱緩衝要素にわたって温度勾配を生成するようにジュール加熱され、それによって電気端子の熱ヒートシンク作用を相殺し、材料ブランクの端部が所望の温度に達することを可能にし得る。
【０００７】
前述の実施形態の様々な実装形態は、以下の追加または代替の特徴のうちの任意の１つまたは複数を含み得る。能動熱緩衝要素は、材料ブランクの端部に物理的に当接するように構成された第１の接触面と、電気端子に当接するように構成された第２の接触面とを含み得る。能動熱緩衝要素のジュール加熱は、第１の接触面が少なくとも所望の温度であり、第２の接触面が、電気端子の熱ヒートシンク作用のためにより低い温度であるように能動熱緩衝要素にわたって温度勾配を生成する。材料ブランクはチタンで構築され得、能動熱緩衝要素はステンレス鋼で構築され得、または材料ブランクはチタンで構築され得、能動熱緩衝要素はタングステンで構築され得る。能動熱緩衝要素は、異なる電気的特性または熱的特性を有する２つまたはそれよりも多くの材料で構築され得る。第１の接触面は、丸みが付けられた形状、角度が付けられた形状、およびローレットが付けられた形状からなる群から選択される非平面形状を有し得る。
【０００８】
追加の成形サブシステム／サブ方法は、材料ブランクを物理的に支持し、材料ブランクが所望の温度にジュール加熱されると所望の形状に成形するように構成され得る。成形サブシステム／サブ方法は、ジュール加熱および成形の両方のために材料ブランクを所望の位置に物理的に支持するように構成された支持要素と、成形中に材料ブランクに物理的な力を加えて材料ブランクの初期形状を所望の形状に変化させるように構成された成形ツールとを含み得る。
【０００９】
ジュール加熱サブシステム／サブ方法の追加の要素は、材料ブランクを成形する準備として、材料ブランクに電流を送り、それによって所望の温度にジュール加熱するように構成され得る。ジュール加熱サブシステム／サブ方法は、ジュール加熱を達成するために、電流を電流源から電気端子に搬送するように構成された電気バスと、電気端子および能動熱緩衝要素を材料ブランクと電気的接触するように、また、電気的接触しないように移動させるように構成された作動要素と、電気端子を電気バスに接続する可撓性部材と、作動要素の作動中に電気バスに対する電気端子の移動を吸収するように構成された可撓性部材とを含み得る。
【００１０】
この概要は、本発明の本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、また、特許請求の範囲を限定するために使用されることを意図するものでもない。本発明のこれらおよび他の態様は、以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。
【００１２】
【図１】（先行技術）ジュール加熱されて成形される金属ブランクであって、電気端子に物理的に接続するように構成された端部を含む金属ブランクの斜視図である。
【００１３】
【図２】（先行技術）ジュール加熱されて成形された後の図１（先行技術）の金属ブランクであって、端部が除去されている金属ブランクの斜視図である。
【００１４】
【図３】材料ブランクをジュール加熱して成形するためのシステムの一実施形態であって、材料ブランクと電気端子との間に配置された能動熱緩衝要素を使用するシステムの一実施形態の平面図である。
【００１５】
【図４】材料ブランクが所定の位置にある、図３のシステムの等角図である。
【００１６】
【図５】材料ブランクが除去されている、図３のシステムの等角図である。
【００１７】
【図６】能動熱緩衝要素の実施形態の第１の等角図である。
【００１８】
【図７】能動熱緩衝要素の実施形態の第２の等角図である。
【００１９】
【図８】能動熱緩衝要素の第１の面の第１の丸みが付けられた実装形態を示す、図３のシステムの一部分の断面立面図である。
【００２０】
【図９】材料ブランクの端部と動作接触している能動熱緩衝要素の第１の面の第１の丸みが付けられた実装形態を示す、図８のシステムの一部分の断面立面図である。
【００２１】
【図１０】能動熱緩衝要素の第１の面の第２の角度が付けられた実装形態を示す、 図３のシステムの一部分の断面立面図である。
【００２２】
【図１１】材料ブランクの端部と動作接触している能動熱緩衝要素の第１の面の第２の角度が付けられた実装形態を示す、図１０のシステムの一部分の断面立面図である。
【００２３】
【図１２】能動熱緩衝要素の第１の面の第３のローレットが付けられた実装形態を示す、図３のシステムの一部分の断面立面図である。
【００２４】
【図１３】材料ブランクの端部と動作接触している能動熱緩衝要素の第１の面の第３のローレットが付けられた実施形態を示す、図１２のシステムの一部分の断面立面図である。
【００２５】
【図１４】材料ブランクをジュール加熱して成形するための方法の実施形態であって、材料ブランクと電気端子との間に配置された能動熱緩衝要素を使用する方法の実施形態におけるステップのフローチャートである。
【００２６】
図面は、本発明を、それらが描写する特定の実施形態に限定することを意図していない。図面は、必ずしも縮尺通りではない。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。実施形態は、本発明の態様を当業者が本発明を実施することを可能にするのに十分詳細に説明することを意図している。本発明の実施形態は、限定としてではなく、例として示されている。他の実施形態を利用してもよく、また、特許請求の範囲から逸脱することなく変更が行われてもよい。したがって、以下の説明は限定的なものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲と、そのような特許請求の範囲に認められる均等物の全範囲とによってのみ定義される。
【００２８】
本説明では、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、または「実施形態（ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」への参照は、参照された１つの特徴または複数の特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本説明での「一実施形態」、「実施形態」、または「実施形態」への別個の参照は、必ずしも同じ実施形態を指すものではなく、また、そのように述べられない限り、相互に排他的ではない。具体的には、一実施形態において説明された特徴、構成要素、動作、ステップなどが他の実施形態にも含まれてもよいが、必ずしも含まれない。したがって、本発明の特定の実装形態は、本明細書において説明される実施形態の様々な組合せおよび／または統合を含むことができる。
【００２９】
大まかに、本発明は、材料のジュール加熱を改善するためのシステムおよび方法を提供する。より具体的には、実施形態は、能動熱緩衝要素を使用して、材料の端部に対する電気端子の熱的作用を低減し、それによって材料のより一貫したジュール加熱を提供するシステムおよび方法を提供する。一実施形態では、能動熱緩衝要素は、金属または他の材料と、材料ブランクをジュール加熱するための電流を供給する電気端子との間に動作上（すなわち、電気的かつ熱的に）挿置され得る。
【００３０】
能動熱緩衝要素は、電気端子によって供給される電流によって、少なくとも材料ブランクの端部の所望の温度の高さの温度までジュール加熱されもする点で能動熱緩衝器である。能動熱緩衝要素は、材料ブランクに当接する能動熱緩衝要素の第１の表面が少なくとも所望の温度であり、電気端子に当接する能動熱緩衝要素の第２の接触面が、電気端子の熱ヒートシンク作用のために比較的低い温度であり得るように能動熱緩衝要素にわたる熱勾配を生成することによって、効率を有利に増加させ、さもなければ、ジュール加熱およびその後の成形プロセスを改善する。したがって、材料ブランクではなく能動熱緩衝要素が、電気端子の熱的作用を受ける。能動熱緩衝要素は、材料ブランクをより効果的および完全に加熱することを可能にするので、材料ブランクをより十分に利用することができる。より具体的には、先行技術とは対照的に、材料ブランクの端部は、加熱不足でも加熱されることもないため、ジュール加熱プロセス後に除去され廃棄される必要はない。
【００３１】
本明細書では、航空機を製造する例示的な文脈で説明するが、本技術は、材料のジュール加熱を伴う実質的にすべての適切な用途（例えば、自動車産業および／または造船産業）での使用に適合されてもよい。
【００３２】
図３、図４および図５を参照すると、能動熱緩衝要素を使用して、材料ブランク３２の端部に対する電気端子の熱的作用を低減し、それによって材料のより一貫したジュール加熱を提供するシステム３０の実施形態が示されている。材料ブランク３２は、第１の端部３４および第２の端部３６と、それらの間に延在する中間部３８とを有し得る。材料ブランク３２は、ジュール加熱に適した実質的にすべての材料または材料の組み合わせで構築され得る。システム３０およびシステム３０の例示的な動作環境は大まかに、支持要素４２および成形ツール４４を含む成形サブシステム４０と、電気バス５２、第１の電気端子５４および第２の電気端子５６、第１の能動熱緩衝要素５８および第２の能動熱緩衝要素６０ならびに第１の作動要素６２および第２の作動要素６４を含むジュール加熱サブシステム５０とを含み得る。
【００３３】
成形サブシステム４０は、材料ブランク３２を物理的に支持し、材料ブランク３２が十分にジュール加熱されると材料ブランク３２を成形するように構成され得る。支持要素４２は、ジュール加熱およびその後の成形の両方のために材料ブランク３２を所望の位置にしっかりと物理的に支持するように構成された、他の点では実質的に従来の支持技術であり得る。成形ツール４４は、材料ブランク３２の形状を変えるために材料ブランク３２に物理的な力を加えるように構成された、他の点では実質的に従来の成形技術であり得る。
【００３４】
ジュール加熱サブシステム５０は、材料ブランク３２に電流を送り、それによって材料ブランク３２を所望の温度にジュール加熱するように構成され得る。所望の温度とは、材料ブランク３２を成形するのに必要な所望の温度であり得る。所望の温度は、材料ブランク３２の物理的特性、電気的特性および熱的特性などの要因、ならびに、該当する場合、成形プロセスの要件に応じて変化し得る。
【００３５】
電気バス５２は、ジュール加熱を達成するために電流源から電流を搬送するように構成され得る。第１の電気端子５４および第２の電気端子５６は、電気バス５２に電気的に接続され、材料ブランク３２に電流を供給するように構成され得る。電気端子５４、５６は、銅、または実質的にすべての他の適切な材料もしくは材料の組み合わせで構築され得る。電気端子５４、５６は、ジュール加熱される材料ブランク３２よりも高い熱伝導率を有し得、したがって、材料ブランク３２に対してヒートシンクまたはコールドシンクとして挙動し得る。電気端子５４、５６の各々は、作動要素６２、６４の作動による電気バス５２に対する電気端子５４、５６の移動を吸収するように、電気端子５４、５６を電気バス５２に接続するスプリングアームまたは他の可撓性部材６６を含み得る。
【００３６】
第１の作動要素６２および第２の作動要素６４は、電気端子５４、５６を材料ブランク３２と電気的接触するように、また、電気的接触しないように移動させるように構成された、他の点では実質的に従来の作動技術であり得る。一実装形態では、各作動要素６２、６４は、材料ブランク３２の端部３４、３６と接触するように、また、接触しないように電気端子５４、５６および取り付けられた能動熱緩衝要素５８、６０を移動させるために、電気端子５４、５６に選択的に力を加えたり外したりするように構成された空気または流体作動可能な構成要素を含み得る。電気端子５４、５６のスプリングアームまたは他の可撓性部材６６は、この力の印加および除去から生じるたわみを吸収し得る。
【００３７】
図６および図７も参照すると、能動熱緩衝要素５８、６０は、電気端子５４、５６と材料ブランク３２の端部３４、３６との間に電気的かつ熱的に挿置され得、電気端子５４、５６の熱的作用を相殺し、それによって材料ブランク３２の端部３４、３６の温度を維持するように構築および／または構成され得る。より具体的には、各能動熱緩衝要素５８、６０は、材料ブランク３２の端部３４、３６に物理的に当接するように構成された第１の接触面６８と、電気端子５４、５６に当接するように構成された第２の接触面７０とを含み得る。動作中、能動熱緩衝要素５８、６０は、材料ブランク３２と共にジュール加熱され得、これにより、第１の面６８の温度が少なくとも材料ブランク３２に望まれる最低温度となり、第２の接触面７０の温度が、電気端子５４、５６の熱ヒートシンク作用により、材料ブランク３２の温度よりも比較的低くなり得るように能動熱緩衝要素５８、６０にわたって温度勾配が生じ得る。
【００３８】
能動熱緩衝要素５８、６０は、任意の適切な材料または材料の組み合わせで構築され、実質的に任意の適切な形状を有し得る。理想的には、能動熱緩衝要素は、完全な導電体および完全な熱絶縁体の両方である材料で構築され得る。しかしながら、実際には、能動熱緩衝要素５８、６０は、電気端子５４、５６の熱ヒートシンク作用を相殺し、材料ブランク３２の隣接する端部３４、３６を所望の温度に維持する温度までジュール加熱されるように十分に高い電気抵抗を有する材料で構築され得る。材料ブランク３２がチタンであり得る一実装形態では、能動熱緩衝要素５４、５６は、ステンレス鋼またはタングステンであり得る。別の実装形態では、能動熱緩衝要素５４、５６は、異なる電気的特性および／または熱的特性を有する２つまたはそれよりも多くの材料で構築され得る。例えば、１つの材料（例えば、導電体）の層が別の材料（例えば、電気絶縁体および／または熱絶縁体）の層と交互にされても、または１つの材料が別の材料でドープされてもよい。
【００３９】
一般に、能動熱緩衝要素５８、６０の形状ならびに／または第１の接触面６８および／もしくは第２の接触面７０の形状は、特定の用途のための所望の電気的特性および／または熱的特性を得るように構成されてもよい。一実装形態では、能動熱緩衝要素５４、５６は、略長方形の形状を有し得る。
【００４０】
材料ブランク３２の端部３４、３６は、不完全に平面であってもよく、これにより、能動熱緩衝要素５８、６０の第１の接触面６８も平面であった場合に、２つの接触面間にかなりの間隙が生じて、電気アークが発生する可能性がある。したがって、図４〜図９も参照して、様々な実装形態において、第１の接触面６８は、丸みが付けられている（図８および図９）、角度が付けられている（図１０および図１１）、ローレットが付けられている（図１２および図１３）、またはより良く電気的に接触するように別様に成形され得る。さらに、作動要素６２、６４は、（図８、図１０、および図１２に見られるように）第１の接触面６８を材料ブランク３２の端部３４、３６に少なくとも部分的に一致させる（すなわち、平らにする）のに十分な力を及ぼすように構成され得る。
【００４１】
第２の接触面７０には、能動熱緩衝要素５８、６０を電気端子５４、５６に取り付ける（例えば、ボルト止めする）ための１つまたは複数の構造（例えば、ねじ穴）が設けられ得る。
【００４２】
また、図１４を参照すると、システム３０は、実質的に以下のように動作し得る。１３２および１３４に示すように、能動熱緩衝要素５８、６０は、電気端子５４、５６と材料ブランク３２の端部３４、３６との間に電気的かつ熱的に挿置され得る。１３６に示すように、電流が電気端子５４、５６を介して供給されて、能動熱緩衝要素５８、６０および材料ブランク３２がジュール加熱され得る。ここで、電気端子５４、５６は、熱ヒートシンク作用を有する。１３８に示すように、各能動熱緩衝要素５８、６０は、第１の接触面６８が少なくとも所望の温度であり、第２の接触面７０が、電気端子５４、５６の熱ヒートシンク作用のためにより低い温度であるように能動熱緩衝要素５８、６０にわたって温度勾配を生成するようにジュール加熱され、それによって電気端子５４、５６の熱ヒートシンク作用を相殺し、材料ブランク３２の端部３４、３６が所望の温度に達することを可能にし得る。
【００４３】
加えて、材料ブランク３２および能動熱緩衝要素５８、６０をジュール加熱する前に、１３４に示すように、作動要素６２、６４は、能動熱緩衝要素５８、６０が材料ブランク３２の端部３４、３６と物理的に接触するように電気端子５４、５６を移動させ得る。材料ブランク３２および能動熱緩衝要素５８、６０をジュール加熱した後、および材料ブランク３２を成形する前に、１４０に示すように、作動要素６２、６４は、能動熱緩衝要素５８、６０が材料ブランク３２の端部３４、３６と物理的に接触しないように電気端子５４、５６を移動させ得る。次に、１４２に示すように、材料ブランク３２は所望の形状に成形され得る。
【００４４】
システム３０は、より多くの、より少ない、または代替の構成要素を含んでもよく、および／または、本明細書の他の場所で説明されるもの、特に方法を説明する以下のセクションで説明されるものを含む、より多くの、より少ない、または代替の動作を実行してもよい。
【００４５】
再び図１４を参照すると、能動熱緩衝要素を使用して、材料ブランク３２の端部に対する電気端子の熱的作用を低減し、それによって材料のより一貫したジュール加熱を提供するための方法１３０の実施形態のフローチャートが示されている。１３２に示すように、能動熱緩衝要素は、金属または他の材料ブランク３２と、材料ブランクをジュール加熱するための電流を供給する電気端子５４、５６との間に動作上（すなわち、電気的かつ熱的に）挿置されるように、それぞれの電気端子５４、５６に取り付けられるか、または他の方法で関連付けられ得る。
【００４６】
１つの実装形態では、１３４に示すように、作動要素６２、６４は、第１の能動熱緩衝要素５８および第２の能動熱緩衝要素６０が材料ブランク３２の第１の端部３４および第２の端部３６と物理的に接触するように、電気端子５４、５６を移動させ得る。
【００４７】
次いで、１３６に示すように、電流が電気バス５２を通って、１つの電気端子５４およびその関連する能動熱緩衝要素５８を通って、材料ブランク３２を通って、もう１つの能動熱緩衝要素６０およびその関連する電気端子５６を通って流され、それによって能動熱緩衝要素５８、６０および材料ブランク３２がジュール加熱され得る。
【００４８】
１３８に示すように、能動熱緩衝要素は、材料ブランクの端部に当接する能動熱緩衝要素の第１の表面が少なくとも材料ブランクの所望の温度であり、電気端子に当接する能動熱緩衝要素の第２の接触面が、電気端子の熱ヒートシンク作用のためにより比較的低い温度であり得るように各能動熱緩衝要素にわたって熱勾配が生成されるまでジュール加熱され得る。このようにして、端部を含む材料ブランク全体が所望の温度に達し、電気端子の熱的作用は能動熱緩衝要素が受ける。
【００４９】
一実装形態では、１４０に示すように、作動要素６２、６４は、能動熱緩衝要素５８、６０が材料ブランク３２の端部３４、３６ともはや物理的に接触せず、その結果、電流が材料ブランク３２をもはや流れないように、電気端子５４、５６を移動させ得る。一実装形態では、１４２に示すように、ジュール加熱された材料ブランク３２は次に、例えば成形ツールによって所望の形状に成形され得る。
【００５０】
方法１３０は、本明細書の他の場所で説明されるものを含む、より多くの、より少ない、または代替の動作を含み得る。
【００５１】
本発明は、図面に示された１つまたは複数の実施形態を参照して説明されたが、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書において均等物を使用し、置換を行い得ることを理解されたい。
【００５２】
このように、本発明の１つまたは複数の実施形態を説明したが、新規であり、特許によって保護されることが望まれるものとして特許請求されるものには以下のものが含まれる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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