(57)【要約】【課題】ワークの通電加熱を行う際に、肉厚や板幅のばらつきによる加熱不良を回避して加熱が必要な部位を十分かつ確実に加熱することを可能にする。【解決手段】加熱処理を施すワーク１に、互いに距離を隔てた対の電極７ａ、７ｂを接触させ、該電極７ａ、７ｂへの通電によってワーク１を加熱する通電加熱方法であり、前記電極７ａ、７ｂ間のワーク１の所定部位（減幅部４）の横断面長さＷ１を設計基準寸法Ｗ０よりも小さくして前記通電に際し該所定部位（減幅部４）の加熱温度を部分的に高める。特に加熱したい部位の幅を狭くし、加熱が不必要な部位の断面積より小さくして発熱が幅の狭い部位に集中できる。ワークに対し直通加熱による大電流、急速加熱を可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱処理を施すワークに、互いに距離を隔てた対の電極を接触させ、該電極への通電によって該ワークを加熱する通電加熱方法において、前記電極間のワークの所定部位の横断面長さを設計基準寸法よりも小さくして前記通電に際し該所定部位の加熱温度を部分的に高めることを特徴とする通電加熱方法。
【請求項２】
前記ワークは、設計基準寸法において横断面形状が連続して一定であることを特徴とする請求項１記載の通電加熱方法。
【請求項３】
加熱処理を施すワークに、互いに距離を隔てた対の電極を接触させ、該電極への通電によって該ワークを加熱する通電加熱方法において、前記ワークは、設計基準寸法において横断面形状が連続して一定である形状を有し、前記電極間のワークの所定部位の横断面長さを前記電極が接触する部位の横断面長さよりも小さくして前記通電に際し該所定部位の加熱温度を部分的に高めることを特徴とする通電加熱方法。
【請求項４】
前記ワークは、周囲に加工代を有する粗形材であり該加工代量を部分的に小さくすることで前記所定部位の横断面長さを設計寸法よりも小さくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の通電加熱方法。
【請求項５】
前記ワークは最終形状品であり、前記所定の部位に対する他の部位の横断面長さを前記設計基準寸法よりも大きくすることで前記所定部位の横断面長さを相対的に小さくすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の通電加熱方法。
【請求項６】
前記横断面長さの減少率が２％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の通電加熱方法。
【請求項７】
前記横断面長さを小さくした所定部位が、電極の接触位置から、減少した横断面長さに対し０．５倍以上の距離を隔てていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の通電加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対の電極を介してワークに通電をして抵抗加熱によりワークの加熱処理を行う通電加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワークを加熱して焼き入れ熱処理などの加熱処理を行う際には、加熱炉などを用いて加熱する他、ワークに通電をして抵抗加熱する通電加熱の方法も用いられている（例えば特許文献１参照）。通電加熱は、急速加熱が可能でＣＯ２の排出のないクリーンなエネルギーのため、熱処理や熱間プレスの加熱手段として広く使われている。その原理は通電電流Ｉと被加熱物の抵抗ＲによるＩ２×Ｒで表されるジュール発熱によるものであり、被加熱ワークの両端を電極でクランプし、その電極間に電圧をかけ商用周波もしくは高周波の電流を流すことで加熱を行う。
【特許文献１】特開平５−１４４９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、板材プレス成形品の熱処理や板材の熱間プレス成形のために通電加熱を行う場合、プレス成形時の加工量の違いにより、プレス品では板厚変化およびカット幅のばらつきが生じる。しかし、通電加熱に供するワークにおいて、通電方向と直交する方向の断面積が通電方向で一定でないと抵抗Ｒが変わってくるため発熱量が変わり、加熱温度も変わってくる。このため、板材のスリット幅の僅かな違いや冷間プレス時の加工量の違いによる板厚や板幅の変化があると、通電加熱時に板幅の狭い部位や肉厚の薄い部位の温度が高くなる。温度の高くなった部分は抵抗がより高くなり、ますます発熱量が多くなり温度がさらに高くなる。また、大電流を流す場合は電極の締め付け力の不均一により接触抵抗によるオーバーヒートも発生しやすい。その結果、ワークの目的とする部位の温度を十分に上げることができず、熱処理や熱間加工のための加熱が不十分になり、所望とする特性が得られなかったり、不均一になるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ワークの所望部位を確実かつ十分に加熱することができる通電加熱方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明の通電方法のうち、第１の発明は、加熱処理を施すワークに、互いに距離を隔てた対の電極を接触させ、該電極への通電によって該ワークを加熱する通電加熱方法において、前記電極間のワークの所定部位の横断面長さを設計基準寸法よりも小さくして前記通電に際し該所定部位の加熱温度を部分的に高めることを特徴とする。
【０００６】
第２の通電方法の発明は、第１の発明において、前記ワークは、設計基準寸法において横断面形状が連続して一定であることを特徴とする。
【０００７】
第３の通電方法の発明は、加熱処理を施すワークに、互いに距離を隔てた対の電極を接触させ、該電極への通電によって該ワークを加熱する通電加熱方法において、前記ワークは、設計基準寸法において横断面形状が連続して一定である形状を有し、前記電極間のワークの所定部位の横断面長さを前記電極が接触する部位の横断面長さよりも小さくして前記通電に際し該所定部位の加熱温度を部分的に高めることを特徴とする。
【０００８】
第４の通電方法の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記ワークは、周囲に加工代を有する粗形材であり該加工代量を部分的に小さくすることで前記所定部位の横断面長さを設計寸法よりも小さくすることを特徴とする。
【０００９】
第５の通電方法の発明は、第１〜第４の発明のいずれかにおいて、前記ワークは最終形状品であり、前記所定の部位に対する他の部位の横断面長さを前記設計基準寸法よりも大きくすることで前記所定部位の横断面長さを相対的に小さくすることを特徴とする。
【００１０】
第６の通電方法の発明は、第１〜第５の発明のいずれかにおいて、前記横断面長さの減少率が２％以上であることを特徴とする。
【００１１】
第７の通電方法の発明は、第１〜第６の発明のいずれかにおいて、前記横断面長さを小さくした所定部位が、電極の接触位置から、減少した横断面長さに対し０．５倍以上の距離を隔てていることを特徴とする。
【００１２】
すなわち本発明によれば、電極間に通電することでワークに電流が流れ、設計基準寸法よりも横断面長さを小さくした所定部位で電流密度が増し、該部位を設計基準寸法のものよりも高温に加熱することができる。この結果、所定の部位における加熱処理を確実かつ十分に行うことができ、ワークの肉厚や幅にばらつきがある場合にも所定の部位の加熱が不十分になるのを回避することができる。そして、電極が接触する位置から離れた位置の横断面長さを小さくすることにより、もともと接触抵抗のばらつきで温度が不安定になり易い電極接触部近傍の横断面長さが相対的に大きくなり温度上昇を抑えることができる。ワークの加熱処理においては中央部の強度を必要とされる場合が多く、両端の電極接触部近傍の温度は低くて良い場合が多い。また熱間プレスの場合は電極で挟む両端部は切代とされるので温度も少なくて良く、どちらの場合も電極接触部近傍に高い温度を必要としないので好都合である。
【００１３】
なお、加熱処理の対象となるワークは、特に用途などが限定をされるものではなく、加熱処理が必要とされる種々のワークを処理対象にすることができる。例えば、内側の部位で特に発熱を集中させて高強度化をしたいドアインパクトビームなどに好適である。
該ワークは、好適には設計基準寸法において横断面が連続して一定のものが挙げられる。ただし、本発明としてはこれに限定されず、異形横断面形状のものであってもよい。
また、ワークは板形状のものが代表的に挙げられるが、この他に、断面形状として屈曲形状や湾曲形状を含むものが例示され、さらには、筒形状を有するものが挙げられる。これらワークにおける横断面長さとしては、ワーク断面形状における合計長さで示すことができる。したがって湾曲部や屈曲部は湾曲形状や屈曲形状に沿った横断面長さを有し、筒形状では、周長で示される。なお、横断面とは、電極間方向に対し直交する方向に沿った断面を意味している。通常は、ワークの長尺方向に対し横断する断面が横断面となる。
【００１４】
また、前記設計基準寸法は通電加熱時の設計基準となるものであり、所定部位の横断面長さを小さくする前の形状に対するものである。粗形材においてはバリなどの加工代を含む寸法として与えられるものであり、最終製品形状に加工代量を含めたものが設計基準寸法となる。加工代量は、加工方法によってその量が異なってくるが、通常は、同一方向、例えば横方向両側では連続して同一の加工代量とし、縦方向両側でも連続して同一の加工代量とする。例えば、ワークの横断面が連続して一定の形状を有していれば、加工代を含む粗形材形状も通常は横断面が連続して一定の形状となるので、上記所定部位のバリ量を小さくすることで、該所定部位の横断面長さを電極が接触する部位よりも横断面長さを小さくすることができる。
【００１５】
また、加熱処理の対象となるワークが最終形状品である場合、所定の部位の横断面長さが相対的に小さくなるように、他の部位の横断面長さを設計基準寸法よりも大きくすることができる。ワークの横断面形状が連続して同一である場合は、前記のように電極が接触する部位の横断面長さを所定の部位の横断面長さよりも大きくすればよい。
【００１６】
前記した横断面長さを小さくして加熱温度を部分的に上げる「所定の部位」は、電極間において適宜の領域を選定することができるが、通常は、電極が接触する部位およびこの近傍を除いた領域で横断面長さを小さくする。
なお、横断面長さの減少率は、小さな減少率でも効果は認められるが、２％以上の減少率において明らかな効果が認められる。より望ましくは３％以上である。これにより横断面長さを小さくした所定の部位は、他の部位に比べて顕著に通電加熱効果が向上し、横断面を減少させる前に比べて、通電時に確実に、発熱を集中させることができる。なお、減少率を０．２％以上としたが、横断面長さを無制限に減幅しても、電極部を設置する部位における電流集中が起き、均一な温度が得られなくなるため、最大１５％以下を限度とするのが望ましい。
また、横断面長さを減少させる所定の部位は、電極の直近に設けないのが望ましい。これは電極部の近くは、接触抵抗のばらつきにより温度が不安定になりやすいので、その温度上昇を助長するのが好ましくないためである。このため、横断面長さを小さくする所定の部位は、設計基準寸法に対し、０．５倍以上の距離で電極の接触部位と離れているのが望ましい。また、上限としては１．０倍が好ましい。これは、電極接触部位の面積が広くなるに従いワークの温度の均一が得られなくなるためである。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の通電加熱方法によれば、加熱処理を施すワークに、互いに距離を隔てた対の電極を接触させ、該電極への通電によって該ワークを加熱する通電加熱方法において、前記電極間のワークの所定部位の横断面長さを設計基準寸法よりも小さくして前記通電に際し該所定部位の加熱温度を部分的に高めるので、ワークを特に加熱したい部位の幅を狭くし、加熱が不必要な部位の断面積より小さくして発熱が幅の狭い部位に集中させることができる。この結果、ワークに対し直通加熱による大電流、急速加熱を可能にし、ワークに対し効率的かつ効果的に加熱処理を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
この実施形態では、ワーク１は鋼製で長板形状を有し、設計基準寸法からなる設計基準形状１ａにおいて横断面長さが長尺方向において一定になっている。
該ワーク１は、長尺方向両端側が電極７ａ、７ｂの接触する部位とその近傍の幅広部２ａ、２ｂからなり、幅広部２ａ、２ｂ間が減幅境界部３ａ、３ｂを介して横断面長さを小さくした減幅部４となっており、該減幅部４は本発明の所定部位に相当する。幅広部２ａ、２ｂと減幅部４との間は、幅が次第に変化して幅広部２ａ、２ｂと減幅部４とが連なる減幅テーパ部３ａ、３ｂとなっている。
【００１９】
なお、この実施形態では上記減幅部３ａ、３ｂは、設計基準形状１ａの寸法（横断面長さＷ０）に対し、好適には３％以上で横断面長さＷ１（この実施形態では幅）が減少されている。また、減幅テーパ部３ａ、３ｂは、設計基準形状１ａの幅Ｗ０に対し、０．５倍以上の長さで電極７ａ、７ｂが接触する部位から離れており、この結果、減幅部３ａ、３ｂの両端も電極７ａ、７ｂが接触する部位から設計基準形状１ａの幅に対し０．５倍以上の長さＬで離れている。
また、上記ワーク１の両側に接触させる電極７ａ、７ｂは、通電加熱に際しては、適宜の固定手段（図示しない）によってワーク１の両端部に取り付け固定される。電極７ａ、７ｂは、変圧器６の二次側に接続されており、変圧器６の一次側に交流電源５が接続されている。
【００２０】
次に、この実施形態の作用について説明する。
交流電源５により変圧器６に通電を行うと、変圧比による二次電圧が得られ、電極７ａ、７ｂ間に通電される。なお、該通電においては、定電圧、定電流、または電圧制御、電流制御のいずれによってなされるものであってもよい。
上記通電によって電極７ａ、７ｂ間で、幅広部２ａ、減幅テーパ部３ａ、減幅部４、減幅テーパ部３ｂ、幅広部２ｂを通して電流が流れる。この際に、減幅部４では横断面長さが他部よりも小さくなっているため、電流密度が大きくなり、発熱が集中して他部よりも温度が高くなる。一方、電極７ａ、７ｂに近い幅広部２ａ、２ｂでは、電流密度が相対的に小さくなり発熱が抑えられる。これにより大電流による加熱処理においても所望の部位（この実施形態では減幅部４）を確実に加熱昇温させることができ、また温度が不安定になりやすい電極接触部分の近傍の発熱を抑制することができる。
【００２１】
上記実施形態では、平板の長尺形状のワークを加熱処理の対象として説明をした。ただし、本発明のワーク形状が平板状のものに限定されないことは前記したとおりであり、その他の形状の例を図２に示す。なお、図２は、各ワークの横断面形状を示すものである。
ワーク１０は、前記したワーク１と同様に平板状の形状を有するものであり、ワーク１に対しやや小さい横断面長さを有している。該ワーク１０では、設計基準寸法における横幅断面長さＷ１０に対し、減幅部の横断面長さＷ１１を小さくしている。
ワーク２０は、屈曲形状により断面門型で下端に外側に屈曲した屈曲片を有している。該ワーク２０では、設計基準寸法における横断面長さＷ２０は、門型部と両側の屈曲片に至る長さを示すものである。減幅部を設ける場合、例えば屈曲片の横断面長さを小さくして全体の横断面長さＷ２１を減少させることができる。
【００２２】
ワーク３０は、断面矩形に屈曲させ、その一終端を内側に折り曲げて断面日型形状としたものである。このワーク３０では、矩形部から内側折り曲げ部に至る長さが横断面長さにおける設計基準寸法Ｗ３０として与えられる。一方、横断面長さを小さくする場合、例えば屈曲部と折り曲げ部のそれぞれの端部を短くすることで横断面長さＷ３１を小さくすることができる。
ワーク４０は、断面矩形の筒形状を有するものであり、設計基準寸法となる横断面長さＷ４０は周長により示される。そして横断面長さを小さくする場合、筒幅や筒高さを小さくすることで周長である横断面長さＷ４１を小さくすることができる。なお、上記各形状のワークにおいて、横断面長さの減少が上記の減少方法に限定されるものではない。
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定をされるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜の変更が可能である。
【実施例１】
【００２３】
以下に、本発明の実施例を説明する。
ワーク１として長さ１２００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの平板状の鋼板を用意し、長手方向中央部で長さ７００ｍｍに亘って減幅部４を設けた。なお、所定の部位（幅１００ｍｍ）に対する減幅部４の横断面長さの減少率（以下減幅率という）を変えたもの（減幅率１％、２％、３％、４％、５％）をそれぞれ供試材（Ｎｏ．１〜５）とした。
上記供試材の両端側に電極７ａ、７ｂを接触するように固定し、幅広部２ａ、２ｂの長さをそれぞれ１４０ｍｍとした。減幅テーパ部３ａ、３ｂは、その結果、１０ｍｍ長さとなった。
【００２４】
上記供試材において以下の条件で通電加熱を行った。
（加熱条件）
通電電圧      ９〜２０Ｖ（最大２５．６Ｖ）
通電電流      ２７００〜５７００Ａ（最大９８００Ａ）
加熱時間      １０秒
【００２５】
上記通電加熱に際し、図３（ａ）に示すように、ワークの幅中央において、電極７ｂから７５ｍｍ距離のＡ点、減幅部４の長手方向中央のＢ点、電極７ａと減幅テーパ部３ａとの境界にあって電極７ａから１４０ｍｍ距離のＣ点について、加熱温度を測定した。最高加熱温度を表１に示し、供試材の一部について加熱温度の変化を図４〜図６に示した。
表１および図から明らかなように、減幅に従って減幅部での発熱が集中しやすくなっており、供試材Ｎｏ．２（減幅率２％）〜供試材Ｎｏ．５（減幅率５％）で減幅部に発熱が集中し、供試材Ｎｏ．３（減幅率３％）〜供試材Ｎｏ．５で減幅部への集中が顕著になっている。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
次に、上記ワーク１において５％の減幅によって長さ７００ｍｍ、幅９５ｍｍの減幅部４を設け、該減幅部４の両側に電極間距離が８５５ｍｍとなるように電極７ａ、７ｂを配置した。そして、幅広部２ａ、２ｂはそれぞれ７２．５ｍｍ長、減幅テーパ部３ａ、３ｂは５ｍｍ長とした。
上記ワークにおける電極の配置位置を、電極間距離を一定にして長尺方向に所定量ずらした供試材をそれぞれ用意し、図３（ｂ）に示すように、ワークの幅中央において、減幅テーパ部３ｂの長手方向中央をＡ１点、減幅部４の長手方向中央をＢ１点、減幅テーパ部３ａの長手方向中央をＣ１点とした。これら各点の位置は、Ａ１、Ｂ１点においては電極２ｂからの距離とし、Ｃ１点は電極２ａからの距離とした。
【００２８】
この供試材に対し、前記と同じ通電条件で加熱を行い、各点での温度を測定した。最大加熱温度を表２に示し、加熱温度の変化を図７〜図１０に示した。
表２および図から明らかなように、板幅減少位置を電極に接近させると、境界部の温度が上昇し、電極から離れた減幅部の中央部の温度が次第に低下する。これは表面積の多い方に熱を奪われるためである。減幅部が、設計基準寸法の横断面長さに対し、０．５倍未満の距離で電極に近接していると、減幅部と電極近傍との温度差が僅かになってしまう。したがって、減幅部を過度に電極に接近させるのは望ましくないことが分かる。
【００２９】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態におけるワークへの通電状態を示す図である。
【図２】同じく、ワークの変更例を示す図である。
【図３】本発明の実施例におけるワークおよび温度測定位置を示す図である。
【図４】同じく、通電時の供試材の温度変化を示す図である。
【図５】同じく、通電時の他の供試材の温度変化を示す図である。
【図６】同じく、通電時のさらに他の供試材の温度変化を示す図である。
【図７】同じく、通電時のさらに他の供試材の温度変化を示す図である。
【図８】同じく、通電時のさらに他の供試材の温度変化を示す図である。
【図９】同じく、通電時のさらに他の供試材の温度変化を示す図である。
【図１０】同じく、通電時のさらに他の供試材の温度変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    ワーク
２ａ  幅広部
２ｂ  幅広部
３ａ  減幅テーパ部
３ｂ  減幅テーパ部
４    減幅部
５    交流電源
７ａ  電極
７ｂ  電極
１０、２０、３０、４０  ワーク
【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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