通電加熱装置及びそれを有する熱間プレス成形装置並びに通電加熱方法
【課題】通電加熱によるワークの歪みを可及的に防止することができると共に、通電加熱の下流工程へ通電加熱済のワークを安定供給することができる通電加熱装置及びそれを有する熱間プレス成形装置並びに通電加熱方法を提供すること。
【解決手段】熱間プレス成形されるワークＷをクランプ機構（３０，３１等）によってクランプしてテンションを印加しながら通電加熱する通電加熱装置３であって、クランプ機構（３０，３１等）は、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１と、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１の昇降用シリンダ３２と、可動クランプ部材３１をワークＷの面方向に沿って駆動するテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂと、を備え、通電加熱時、固定クランプ部材３０は、ワークＷの一側を固定位置でクランプして保持し、可動クランプ部材３１は、ワークＷの熱変形と共にワークＷの他側を保持しながら移動することにより、ワークＷにはワークＷの熱変形に応じたテンションが印加される。
【解決手段】熱間プレス成形されるワークＷをクランプ機構（３０，３１等）によってクランプしてテンションを印加しながら通電加熱する通電加熱装置３であって、クランプ機構（３０，３１等）は、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１と、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１の昇降用シリンダ３２と、可動クランプ部材３１をワークＷの面方向に沿って駆動するテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂと、を備え、通電加熱時、固定クランプ部材３０は、ワークＷの一側を固定位置でクランプして保持し、可動クランプ部材３１は、ワークＷの熱変形と共にワークＷの他側を保持しながら移動することにより、ワークＷにはワークＷの熱変形に応じたテンションが印加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電加熱装置及びそれを有する熱間プレス成形装置並びに通電加熱方法に関し、特に、熱間プレス成形装置に組み込まれる通電加熱装置及び熱間プレス成形装置で実行される通電加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度が要求される車両部品を量産する工法の一つとして、熱間プレス成形工法ないしダイクエンチ工法が採用されている。ダイクエンチ工法は、鋼板を約９００℃まで加熱した後、プレス成形と同時に急冷して、成形品を焼入れする工法である。また、上記鋼板の加熱には、従来、プレス成形装置とは別に設置された連続加熱炉が一般的に用いられている。
【０００３】
一方、特許文献１には、鋼板の加熱に通電加熱機構を用いた熱間プレス成形方法が開示されている。詳細には、特許文献１には、「金型内部又は金型外の型近傍において、金属板の両端部に各々一箇所以上の電極を取り付け、電極間に電流を印加することにより、ジュール熱により金属板を所定の加工温度まで加熱した後、熱間プレス成形を行う」金属板の熱間プレス成形方法が開示されている。
【０００４】
特許文献１の通電加熱機構は、ワークの長手方向に沿って移動する一対の左右クランプ電極を有し、一対の左右クランプ電極は、通電加熱時、ワークの長手方向両端をそれぞれクランプすることにより、ワークに対して、ワークの長手方向に沿って左右両方向に向かって引張力を印加している。一対の左右クランプ電極はいずれも、通電加熱時、停止しており、一対の左右クランプによるクランプ間隔は固定である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の通電加熱機構によれば、通電加熱時、ワークに引張力が印加されているにもかかわらず、ワークが大きく歪んで、特に、ワーク中央部が垂下するという問題がある。
【０００７】
その理由は、通電加熱時、ワークは昇温に伴って伸張するにもかかわらず、一対の左右クランプによるクランプ間隔が固定であるからである。すなわち、通電加熱時、ワークの両端が固定位置で拘束されているため、結局、昇温により熱変形し易くなったワークの中央部が自重により垂下してしまうことになる。
【０００８】
このため、特許文献１の通電加熱機構によれば、通電加熱の下流工程にワークを安定供給することが困難である。その理由は、通電加熱によるワークの歪みが大きいため、ワークの位置決めが困難となり、又大きく歪んだ部分が、搬送機構の保持具や熱間プレス機構の型と干渉するおそれがあるからである。
【０００９】
本発明は、通電加熱によるワークの歪みを可及的に防止することができると共に、通電加熱の下流工程へ通電加熱済のワークを安定供給することができる通電加熱装置及びそれを有する熱間プレス成形装置並びに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】
【００１０】
本発明は、第１の視点において、熱間プレス成形されるワークをクランプ機構によってクランプしてテンションを印加しながら、通電加熱する通電加熱装置であって、前記クランプ機構は、前記ワークの一側をクランプして該ワークの一側を保持自在であると共に所定方向に沿って位置固定ないし位置固定自在な固定クランプ部材と、前記ワークの他側をクランプして該ワークの他側を保持自在であると共に前記所定方向に沿って移動自在な可動クランプ部材と、を有し、通電加熱時、前記固定クランプ部材は固定位置で前記ワークの一側を保持し、前記可動クランプ部材は前記ワークの前記所定方向に沿った熱変形と共に前記ワークの他側を保持しながら該所定方向に沿って移動することにより、該ワークにテンションが印加される、通電加熱装置を提供する。前記所定方向は、前記ワークが熱変形により伸張し易い主方向であり、例えば、ワークの長手方向、ワークの上下面ないしプレス面に沿った方向と同方向となる。
【００１１】
本発明は、第２の視点において、熱間プレス成形されるワークをクランプ機構によってクランプしてテンションを印加しながら通電加熱する通電加熱装置であって、前記クランプ機構は、前記ワークをそれぞれ異なるクランプ位置でクランプして前記ワークにテンションを印加する第１及び第２のクランプ部材と、前記第１及び第２のクランプ部材を駆動して前記ワークをクランプさせるクランプ方向駆動機構と、通電加熱時、前記ワークの熱変形に応じて、前記第１及び第２のクランプ部材によるクランプ間隔を可変するクランプ間隔可変機構と、を有する通電加熱装置を提供する。
【００１２】
本発明は、第３の視点において、本発明による通電加熱装置と、前記通電加熱装置によって加熱された前記ワークを熱間プレス成形する熱間プレス機構と、を有する熱間プレス成形装置を提供する。
【００１３】
本発明は、第４の視点において、熱間プレス成形されるワークをクランプしてテンションを印加しながら通電加熱する通電加熱方法であって、前記ワークの一側と他側をそれぞれクランプして該ワークを保持しながらテンションを印加するクランプ工程と、前記クランプされた前記ワークを通電加熱する通電加熱工程と、前記通電加熱工程において、前記ワークの一側を固定位置でクランプすると共に、該ワークの他側をクランプしている位置を熱変形する該ワークと共に移動させることにより、該ワークにテンションを印加する通電加熱時のテンション印加工程と、を含む通電加熱方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、通電加熱中、ワークの熱変形、特に、熱膨張又は伸張に応じて、ワークを保持しているクランプ位置又はクランプ間隔を、熱変形するワークと共に好ましくは熱変形分に応じて移動又は可変する。これによって、通電加熱中、ワークに対して適正なテンションが印加され、昇温によるワークの歪みが抑制され、特に、ワーク中央部が大きく垂下することが抑制され、ワークが可及的にフラットな状態が維持される。この結果、通電加熱済のワークを下流の熱間プレス機構へ搬送する場合、ワークと搬送機構又は熱間プレス機構の構成部品との干渉が防止される。
【００１５】
本発明によれば、通電加熱中、固定クランプ部材により、ワークの一側を固定位置でクランプする。これによって、ワークの熱変形或いは可動クランプ部材の移動に起因する、ワーク位置決め位置のずれが防止される。この結果、通電加熱済のワークを下流の熱間プレス機構へ搬送する場合、搬送機構又は熱間プレス機構へのワークの引渡しが容易であり、熱間プレス成形工程においてはワーク位置決めが容易となる。すなわち、通電加熱されたワークの安定供給が達成される。
【００１６】
かくして、本発明は、下流工程へ通電加熱済のワークを安定供給することができるため、熱間プレス成形、特に、ダイクエンチのハイサイクル化に貢献するものである。また、クランプが電極兼用クランプである場合、上述したように、本発明によれば、通電加熱時、ワークが可及的にフラットな状態が維持されるため、ワークの均一加熱が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記クランプ機構は、前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材を、前記ワークの厚み方向に沿って昇降自在に駆動して該ワークをクランプさせる昇降方向駆動機構と、前記可動クランプ部材を、前記所定方向に沿って移動自在に駆動する可動クランプ部材駆動機構と、を有する。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材は、前記ワークの厚み方向に沿って対向して該ワークを挟持自在な一対の上下クランプを、それぞれ具備する。この形態によれば、ワークのクランプが安定し、又可動クランプ部材の移動ストロークを確保することが容易となる。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材がそれぞれ具備する前記一対の上下クランプのうち、前記所定方向ないし前記ワークの長手方向に沿って互いに離間した該下クランプが、前記ワークに通電をする一対の電極である。この形態によれば、省電力、省機構及びワークの均一加熱が期待される。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材はそれぞれ、前記ワークの厚み方向に沿って対向して該ワークを挟持自在な一対の上下クランプを、具備し、前記上クランプの前記ワークを挟持する部分が凸曲面状であり、前記下クランプの前記ワークを挟持する部分が平面状である。この形態によれば、クランプが安定する。また、クランプが電極を兼用する場合には、電極のワークに対する片当りが防止され、ワークの局部過熱が防止される。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態によれば、通電加熱中の前記ワークの中央部下方に配置され、該中央部を支持自在な垂下防止部材を備える。さらに、好ましくは、前記垂下防止部材は、鉛直方向に沿って立設された複数のピンである。このような形態によれば、ワークの通電加熱装置への供給又はその下流への取り出しを妨げずに、通電加熱時においてワーク中央部の垂下を防止又は抑制することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記クランプ機構は、前記ワークを弾性的にクランプするクランプ又は電極兼用クランプを有する。さらに好ましくは、前記クランプ機構は、前記クランプ又は前記電極兼用クランプが取り付けられる支持部材ないし支持柱を有し、前記支持部材は、基部と、前記基部に直接又は間接的に接続されると共に前記クランプ又は前記電極兼用クランプが取り付けられる取付部と、前記基部と前記取付部との間でクランプ方向に沿って弾性力を作用するよう、該基部と前記取付部との間に直接又は間接的に挿入された弾性部と、を含む。この形態によれば、クランプとワークの接触面積が増大すると共に、均一なクランプ荷重がワークに作用することにより、クランプが安定し、又電極とワークの接触面積が増大してワークの局部過熱が防止される。
【００２３】
本発明の実施の形態において、通電加熱は、熱間プレス可能な温度にワークを加熱すれば十分である。例えば、ワークが鋼材の場合、Ａ１変態点から液相析出点の間、例えば、８５０から１２００℃の間で通電加熱すればよい。
【００２４】
本発明は、通電加熱、及び熱間加工が可能な種々の材質のワークの加熱さらには加熱成形、特にダイクエンチに好適に適用され、例えば、鋼系、アルミニウム系などの種々の金属材の成形に適用される。本発明は、一般鋼板の他に、めっき鋼板（例えば、亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板など）の加熱、さらには熱間成形にも好適に適用される。
【実施例】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る通電加熱装置が組み込まれた熱間プレス成形装置の外観図である。
【００２６】
図１を参照すると、この熱間プレス成形装置１においては、装置１内に、ロボット式の投入機構２からワークが一枚ずつ供給される通電加熱装置３と、通電加熱装置３の下流に熱的に離隔して配置されたダイクエンチ式の熱間プレス機構４と、少なくとも、通電加熱装置３から熱間プレス機構４に通電加熱されたワークを搬送すると共に熱間プレス機構４から取出位置へ向かって成形品を搬送するトランスファ機構５と、が組み込まれている。なお、熱間プレス成形装置１には、同装置１の払出位置から成形品ないし完成品を取り出すための搬送コンベヤ７が付設されている。
【００２７】
ワーク投入機構２は、ロボット機構であって、複数枚のワークないしブランクが収容されたマガジンから一枚ずつ取り出して、ワークを一枚ずつ通電加熱装置３に供給する。
【００２８】
通電加熱装置３は、投入されたワークのクランプ及びクランプ解除を行うと共に、クランプによるテンションが印加されたワークに通電を行い、ワークを加熱する。
【００２９】
熱間プレス機構４は、加熱されたワークを熱間プレスし且つ急冷することにより、ワークから成形品を形成する。
【００３０】
トランスファ機構５は、熱間プレス成形装置１ないし通電加熱装置３内にワークが投入される投入位置、通電加熱装置３がワークに通電する通電位置、熱間プレス機構４がワークを熱間プレス成形する加工位置、及び、熱間プレス成形装置１から成形品が払い出される払出位置で、ワーク又は成形品を保持又は保持解除すると共に、前記投入位置と前記通電位置、前記通電位置と前記加工位置、及び前記加工位置と前記払出位置の間をそれぞれ往復動する、複数の保持機構ないし保持具を備えている。
【００３１】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、図１に示した通電加熱装置ないし熱間プレス成形装置の機械的な構造を説明するための三面図であり、図２（Ａ）は上面図、図２（Ｂ）は正面図、図２（Ｃ）は側面図である。図３は、図２（Ｃ）の拡大図である。なお、図２（Ｃ）は、上クランプ３０ａ,３１ａが上昇位置にあり、可動クランプ部材３１が端部に移動した状態を示している。
【００３２】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）及び図３を参照すると、熱間プレス成形装置１においては、搬送方向に沿って上流から下流に向かって順に、ワークＷが投入される投入位置Ｐ０、通電加熱装置３による通電加熱が行われる通電位置Ｐ１、熱間プレス機構４による熱間プレス成形ないしダイクエンチが行われる加工位置Ｐ２、熱間プレス成形装置１から成形品が払い出される払出位置Ｐ３が等ピッチで設定されている。
【００３３】
通電加熱装置３は、後述するクランプ機構（３０，３１，３２，３３ａ，３３ｂ，３４）と、ワークＷに接触する電極、電極と電源との間を電気的に接続する配線及び通電スイッチを備える通電機構（図４の通電機構３７参照）と、通電加熱中のワークＷの中央部下方に配置され、鉛直方向に沿って立設されて、ワークＷの中央部を支持自在な垂下防止部材である複数のピン３５と、を有している。
【００３４】
クランプ機構（３０，３１，３２，３３ａ，３３ｂ，３４）は、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１（第１及び第２のクランプ部材）と、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１の昇降方向駆動機構ないしクランプ方向駆動機構である昇降用シリンダ３２と、可動クランプ部材３１を前記所定方向に沿って移動させる可動クランプ部材駆動機構ないしワークＷの熱変形に応じたクランプ間隔可変機構である上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂと、可動クランプ部材３１の移動を案内する上下の直動ガイド３４，３４と、を備えている。
【００３５】
固定クランプ部材３０は、ワークＷの一側をワークＷ長手方向ないし左右方向に沿って固定位置でクランプして同一側を保持自在であると共に、ワークＷの位置決め機能も有する。可動クランプ部材３１は、ワークＷの他側をクランプして同他側を保持自在であると共に前記所定方向ないし左右方向に沿って移動自在である。通電加熱時、固定クランプ部材３０は固定位置でワークの一側を保持し、一方、可動クランプ部材３１はワークＷの熱変形と共にワークＷの他側を保持しながら移動する。このような固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１によって、通電加熱時、ワークＷには、ワークＷ中央部の垂下が可及的に防止されるようテンションが印加され、特に、可動クランプ部材３１の移動方向前方へ向かって作用する、テンションが印加される。
【００３６】
固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１はそれぞれ、ワークＷの厚み方向に沿って対向してワークＷを挟持自在な一対の上下クランプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂを具備している。固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１がそれぞれ具備する一対の上下クランプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂのうち、ワークＷの長手方向に沿って互いに離間した一対の下クランプ３０ｂ，３１ｂが、ワークＷに通電をする一対の電極である。
【００３７】
昇降用シリンダ３２は、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１の上クランプ３０ａ，３１ａをワークＷの厚み方向に沿って昇降自在に駆動してワークＷをクランプして保持させる。上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂは、可動クランプ部材３１を、前記所定方向、すなわち、ワークＷの長手方向ないし左右方向に沿って移動自在に駆動する。上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂは、通電加熱時、可動クランプ部材３１を移動させる際、可動クランプ部材３１がワークＷに対して滑らないよう、可動クランプ部材３１に対して付勢力を及ぼす。なお、固定クランプ部材３０は、前記所定方向に沿って、位置固定に設ける、或いは、エアシリンダやモータ等によって、ワークＷの形状に応じてその初期位置を可変できるよう設ける。
【００３８】
クランプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂは、それぞれ上下支持柱３９ａ，３９ｂの端部に取り付けられている。上支持柱３９ａ，３９ａは昇降自在な上フレーム３８ａに取り付けられ、上フレーム３８ａは昇降用シリンダ３２に接続されている。下支持柱３９ｂ，３９ｂは不動の下フレーム３８ｂに取り付けられている。上下フレーム３８ａ，３８ｂには、それぞれ上下の直動ガイド３４，３４及びテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂが配置されている。なお、可動クランプ部材３１の上下クランプ３１ａ，３１ｂを一つのシリンダなどで駆動することも可能である。
【００３９】
熱間プレス機構４は、通電位置Ｐ１でワークＷが通電加熱された後、トランスファ機構５によって通電位置Ｐ１から搬送されたワークＷを加工位置Ｐ２で熱間プレス成形して急冷する冷却ダイ４１を備えている。
【００４０】
トランスファ機構５は、ワークＷの搬送方向に沿って延在する一対の平行アーム５１と、一対の平行アーム５１を、搬送方向、搬送方向に直交する昇降方向、及び搬送及び昇降方向に直交する幅方向に沿って往復動自在に駆動する駆動手段である不図示のシリンダと、一対の平行アーム５１に搬送方向に沿って所定間隔毎に複数個取り付けられ、一対の平行アーム５１が幅方向に沿って接近する際にワークＷ又は成形品を保持し、同離隔する際に保持解除する保持機構ないし保持具である不図示の複数のクランプと、を有している。複数のクランプは、投入位置Ｐ０、通電位置Ｐ１、加工位置Ｐ２及び払出位置Ｐ３間の間隔に対応して、一対の平行アーム５１上に等ピッチで配置されている。なお、駆動手段であるシリンダに代えて、駆動手段としてサーボモータ等を採用することができる。
【００４１】
さらに、トランスファ機構５は、通電位置Ｐ１と加工位置Ｐ２の間に、通電加熱により中央部が垂下する状態に熱変形したワークＷを支持ないし案内する支持棒５４を有している。支持棒５４は、通電位置Ｐ１側に比べて加工位置Ｐ２側が高くなるよう、搬送方向下流側に向かって高く傾斜している。支持棒５４の傾斜角度は、ワークＷの材質、加熱温度及びトランスファ機構５の昇降方向ストローク幅に応じて設定される。
【００４２】
図４は、図３に示した通電加熱装置３の制御構成を説明するためのブロック図である。図４を参照すると、通電加熱装置３は、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１（第１及び第２のクランプ部材）と、昇降用シリンダ３２と、上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂと、ワークＷに通電される電流量を検出する電流センサ３６ａと、ワークの温度を検出する温度センサ３６ｂと、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１の昇降方向位置を検出する昇降用位置センサ３６ｃと、可動クランプ部材３１の移動方向位置を検出する可動クランプ部材用位置センサ３６ｄと、ワークＷへの通電を制御する通電機構３７と、センサ３６ａ〜３６ｄが検出した情報に基づいて昇降用シリンダ３２、上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂ及び通電スイッチ３７ａを制御する手段である制御盤（マイクロコンピュータ）３６ｅと、を具備している。通電機構３７は、電極兼用である一対の下クランプ３０ｂ，３１ｂと、直流又は交流電源Ｐと、直流又は交流電源Ｐと下クランプ３０ｂ，３１ｂ間に接続されワークＷへの通電をオンオフする前記通電スイッチ３７ａと、前記電流センサ３６ａ及び前記温度センサ３６ｂ、を含んで構成されている。
【００４３】
次に、通電加熱装置３の動作について説明する。図５（Ａ）〜図５（Ｆ）は、図３及び図４に示した本発明の一実施例に係る通電加熱装置の動作を説明する工程図である。なお、図５（Ａ）〜図５（Ｆ）では上下支持柱の図示を省略しており、図５（Ｅ）では上下フレームの図示を省略している。また、図５（Ｆ）は図５（Ｅ）の上面図である。図６は、比較例に係る、クランプ間隔Ｌが固定な通電加熱装置の問題点を説明するための工程図である。
【００４４】
［クランプ工程］
図５（Ａ）〜図５（Ｂ）を参照すると、ワークＷは、トランスファ機構５が備える一対の平行アーム５１の保持具５３によって保持されて、シリンダ５２ａによって、図２（Ａ）に示した通電加熱装置３の通電位置Ｐ１に搬送され、一対の下クランプ３０ｂ，３１ｂ上に載置される。続いて、一対の平行アーム５１はシリンダ５２ｃによって互いに離間された後、シリンダ５２ｂによって上昇され、かくしてワークＷは通電加熱装置３側に受け渡される。
【００４５】
図５（Ｃ）〜図５（Ｄ）を参照すると、上昇位置にある固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１の上クランプ３０ａ，３１ａは、昇降用シリンダ３２によって下降させられ、これによって、固定クランプ部材３０側では、一対の上下クランプ３０ａ，３０ｂによってワークＷの一側が固定位置でクランプされて保持されることにより、ワークＷの位置決めがなされ、一方、可動クランプ部材３１側では、一対の上下クランプ３１ａ，３１ｂによって、ワークの他側がクランプされて保持される。なお、最初のクランプ間隔は“Ｌ”に設定されている。
【００４６】
なお、固定クランプ部材３０の一対の上下クランプ３０ａ，３０ｂの初期位置を設定ないし保持する別のシリンダを一対の上下支持柱３９ａ，３９ｂにそれぞれ接続してもよい。なお、これらのシリンダに代えて、位置決め可能なサーボモータ等を採用することができる。
【００４７】
［通電加熱工程］
ワークＷの長手方向に離間する下クランプ３０ｂ，３１ｂは電極を兼用しており、一対の下クランプ３０ｂ，３１ｂこれらを介してワークＷに通電が開始される。なお、上クランプ３０ａ，３１ａがワークＷをクランプする部分は凸曲面状に形成され、下クランプ３０ｂ，３１ｂがワークＷをクランプする部分は平面状に形成されていることにより、クランプ能が向上され、又均一加熱が期待される。
【００４８】
また、上下クランプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂには、ワークＷの幅方向ないしワークの搬送方向に沿って十分な長さを有するバー状クランプないしバー状電極が用いられていることにより、クランプ能が向上され、又均一加熱が期待される。ワークＷの幅に対して、クランプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂの幅は、ワークＷの幅と同じか、或いはワークＷの幅よりも多少長く設定されており、ワークＷの幅を長く設定する場合には、例えば、数％から２０％程度長く設定することが好ましい。
【００４９】
［通電加熱工程におけるテンション印加工程］
図５（Ｅ）及び図５（Ｆ）を参照すると、通電時間の経過、通電電流の積算又はワークＷの昇温に従って、通電加熱中、上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂによって、可動クランプ部材３１の一対の上下クランプ３１ａ，３１ｂは、ワークＷの他側を保持しながら、熱膨張するワークＷの伸張分、同期してワークＷの長手方向端部に向かって徐々に移動していく。これによって、特に、可動クランプ部材３１の移動方向前方に向かって、ワークＷにテンションが作用する。また、通電開始時のクランプ間隔“Ｌ”に対して、通電終了時のクランプ間隔は“Ｌ＋”に拡大している。すなわち、通電加熱時、ワークＷの伸張分、すなわち、“Ｌ＋”−“Ｌ”分、クランプ間隔は拡大される。なお、図５（Ｄ）の通電開始時における上下クランプ３１ａ，３１ｂによるクランプ位置とワークＷの図中左端との間隔を“Ｄ”、図５（Ｅ）の通電終了時における上下クランプ３１ａ，３１ｂによるクランプ位置とワークＷの図中左端との間隔を“Ｅ”とすると、“Ｄ”と“Ｅ”は同じ長さか、熱膨張後の間隔である“Ｅ”の方が熱膨張前の間隔である“Ｄ”よりも若干長くなる。
【００５０】
このようにして、本発明の一実施例に係る通電加熱装置によれば、通電加熱中、昇温に伴って伸張するワークＷに対して、適切なクランプ位置で適正なテンションを常時印加することができるため、通電加熱によるワークＷ中央部の垂下が可及的に防止される。
【００５１】
これに対して、図６に示した比較例に係る通電加熱装置によれば、二つのクランプ位置が固定であって、両者のクランプ間隔は“Ｌ”で一定である。すなわち、ワークＷ長手方向両端の拘束位置が不変であるため、通電加熱時、昇温に伴って伸張するワークＷに有効なテンションを印加し続けることができず、その中央部が垂下したり、上方へ反り上がったりしてしまうことになる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明による通電加熱装置は、熱間プレス成形装置、特に、ダイクエンチ装置に好適に組み込まれる。また、本発明による通電加熱装置及び通電加熱方法は、熱間プレス成形される金属製板材、特に、長さを有する板材の加熱に適用され、具体的には、量産性が要求される車両用部品の成形前の加熱、例えば、車両ボディの各種補強材、特に、ドアビーム及びバンパーリインフォース等の熱間成形前の加熱に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施例に係る通電加熱装置が組み込まれた熱間プレス成形装置の外観図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示した通電加熱装置ないし熱間プレス成形装置の機械的な構造を説明するための三面図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図３】図２（Ｃ）の拡大図である。
【図４】図３に示した通電加熱装置の制御構成を説明するためのブロック図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｆ）は、図３及び図４に示した通電加熱装置の動作を説明する工程図である。
【図６】比較例に係る、クランプ間隔Ｌが固定な通電加熱装置の問題点を説明するための工程図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 熱間プレス成形装置
２ 投入機構
３ 通電加熱装置
４ 熱間プレス機構
５ トランスファ機構
６ 制御機構
７ 搬送コンベヤ
３０ 固定クランプ部材
３０ａ，３０ｂ 上下クランプ
３１ 可動クランプ部材
３１ａ，３１ｂ 上下クランプ
３２ 昇降用シリンダ（昇降方向駆動機構）
３３ａ，３３ｂ 上下のテンション用シリンダ（可動クランプ部材駆動機構、クランプ間隔可変機構）
３４，３４ 上下の直動ガイド
（３０，３１，３２，３３ａ，３３ｂ，３４） クランプ機構
３５ 支持棒
３６ａ 電流センサ
３６ｂ 温度センサ
３６ｃ 昇降用位置センサ
３６ｄ 可動クランプ部材用位置センサ
３６ｅ 制御盤（制御手段，マイクロコンピュータ）
３７ 通電機構
３７ａ 通電スイッチ
３８ａ，３８ｂ 上下フレーム
３９ａ，３９ｂ 上下支持柱（支持部材）
４１ ダイ，冷却ダイ
５１ 一対の平行アーム
５２ａ〜５２ｃ シリンダ（駆動手段）
５３ 保持具（クランプ、保持手段）
５４ 支持棒
Ｌ，Ｌ＋ クランプ間隔
Ｐ 電源
Ｐ０ 投入位置
Ｐ１ 通電位置
Ｐ２ 加工位置
Ｐ３ 払出位置
Ｗ ワーク
Ｄ 通電開始時における可動クランプ位置とワークＷの図中左端との間隔
Ｅ 通電終了時における可動クランプ位置とワークＷの図中左端との間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電加熱装置及びそれを有する熱間プレス成形装置並びに通電加熱方法に関し、特に、熱間プレス成形装置に組み込まれる通電加熱装置及び熱間プレス成形装置で実行される通電加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度が要求される車両部品を量産する工法の一つとして、熱間プレス成形工法ないしダイクエンチ工法が採用されている。ダイクエンチ工法は、鋼板を約９００℃まで加熱した後、プレス成形と同時に急冷して、成形品を焼入れする工法である。また、上記鋼板の加熱には、従来、プレス成形装置とは別に設置された連続加熱炉が一般的に用いられている。
【０００３】
一方、特許文献１には、鋼板の加熱に通電加熱機構を用いた熱間プレス成形方法が開示されている。詳細には、特許文献１には、「金型内部又は金型外の型近傍において、金属板の両端部に各々一箇所以上の電極を取り付け、電極間に電流を印加することにより、ジュール熱により金属板を所定の加工温度まで加熱した後、熱間プレス成形を行う」金属板の熱間プレス成形方法が開示されている。
【０００４】
特許文献１の通電加熱機構は、ワークの長手方向に沿って移動する一対の左右クランプ電極を有し、一対の左右クランプ電極は、通電加熱時、ワークの長手方向両端をそれぞれクランプすることにより、ワークに対して、ワークの長手方向に沿って左右両方向に向かって引張力を印加している。一対の左右クランプ電極はいずれも、通電加熱時、停止しており、一対の左右クランプによるクランプ間隔は固定である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の通電加熱機構によれば、通電加熱時、ワークに引張力が印加されているにもかかわらず、ワークが大きく歪んで、特に、ワーク中央部が垂下するという問題がある。
【０００７】
その理由は、通電加熱時、ワークは昇温に伴って伸張するにもかかわらず、一対の左右クランプによるクランプ間隔が固定であるからである。すなわち、通電加熱時、ワークの両端が固定位置で拘束されているため、結局、昇温により熱変形し易くなったワークの中央部が自重により垂下してしまうことになる。
【０００８】
このため、特許文献１の通電加熱機構によれば、通電加熱の下流工程にワークを安定供給することが困難である。その理由は、通電加熱によるワークの歪みが大きいため、ワークの位置決めが困難となり、又大きく歪んだ部分が、搬送機構の保持具や熱間プレス機構の型と干渉するおそれがあるからである。
【０００９】
本発明は、通電加熱によるワークの歪みを可及的に防止することができると共に、通電加熱の下流工程へ通電加熱済のワークを安定供給することができる通電加熱装置及びそれを有する熱間プレス成形装置並びに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】
【００１０】
本発明は、第１の視点において、熱間プレス成形されるワークをクランプ機構によってクランプしてテンションを印加しながら、通電加熱する通電加熱装置であって、前記クランプ機構は、前記ワークの一側をクランプして該ワークの一側を保持自在であると共に所定方向に沿って位置固定ないし位置固定自在な固定クランプ部材と、前記ワークの他側をクランプして該ワークの他側を保持自在であると共に前記所定方向に沿って移動自在な可動クランプ部材と、を有し、通電加熱時、前記固定クランプ部材は固定位置で前記ワークの一側を保持し、前記可動クランプ部材は前記ワークの前記所定方向に沿った熱変形と共に前記ワークの他側を保持しながら該所定方向に沿って移動することにより、該ワークにテンションが印加される、通電加熱装置を提供する。前記所定方向は、前記ワークが熱変形により伸張し易い主方向であり、例えば、ワークの長手方向、ワークの上下面ないしプレス面に沿った方向と同方向となる。
【００１１】
本発明は、第２の視点において、熱間プレス成形されるワークをクランプ機構によってクランプしてテンションを印加しながら通電加熱する通電加熱装置であって、前記クランプ機構は、前記ワークをそれぞれ異なるクランプ位置でクランプして前記ワークにテンションを印加する第１及び第２のクランプ部材と、前記第１及び第２のクランプ部材を駆動して前記ワークをクランプさせるクランプ方向駆動機構と、通電加熱時、前記ワークの熱変形に応じて、前記第１及び第２のクランプ部材によるクランプ間隔を可変するクランプ間隔可変機構と、を有する通電加熱装置を提供する。
【００１２】
本発明は、第３の視点において、本発明による通電加熱装置と、前記通電加熱装置によって加熱された前記ワークを熱間プレス成形する熱間プレス機構と、を有する熱間プレス成形装置を提供する。
【００１３】
本発明は、第４の視点において、熱間プレス成形されるワークをクランプしてテンションを印加しながら通電加熱する通電加熱方法であって、前記ワークの一側と他側をそれぞれクランプして該ワークを保持しながらテンションを印加するクランプ工程と、前記クランプされた前記ワークを通電加熱する通電加熱工程と、前記通電加熱工程において、前記ワークの一側を固定位置でクランプすると共に、該ワークの他側をクランプしている位置を熱変形する該ワークと共に移動させることにより、該ワークにテンションを印加する通電加熱時のテンション印加工程と、を含む通電加熱方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、通電加熱中、ワークの熱変形、特に、熱膨張又は伸張に応じて、ワークを保持しているクランプ位置又はクランプ間隔を、熱変形するワークと共に好ましくは熱変形分に応じて移動又は可変する。これによって、通電加熱中、ワークに対して適正なテンションが印加され、昇温によるワークの歪みが抑制され、特に、ワーク中央部が大きく垂下することが抑制され、ワークが可及的にフラットな状態が維持される。この結果、通電加熱済のワークを下流の熱間プレス機構へ搬送する場合、ワークと搬送機構又は熱間プレス機構の構成部品との干渉が防止される。
【００１５】
本発明によれば、通電加熱中、固定クランプ部材により、ワークの一側を固定位置でクランプする。これによって、ワークの熱変形或いは可動クランプ部材の移動に起因する、ワーク位置決め位置のずれが防止される。この結果、通電加熱済のワークを下流の熱間プレス機構へ搬送する場合、搬送機構又は熱間プレス機構へのワークの引渡しが容易であり、熱間プレス成形工程においてはワーク位置決めが容易となる。すなわち、通電加熱されたワークの安定供給が達成される。
【００１６】
かくして、本発明は、下流工程へ通電加熱済のワークを安定供給することができるため、熱間プレス成形、特に、ダイクエンチのハイサイクル化に貢献するものである。また、クランプが電極兼用クランプである場合、上述したように、本発明によれば、通電加熱時、ワークが可及的にフラットな状態が維持されるため、ワークの均一加熱が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記クランプ機構は、前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材を、前記ワークの厚み方向に沿って昇降自在に駆動して該ワークをクランプさせる昇降方向駆動機構と、前記可動クランプ部材を、前記所定方向に沿って移動自在に駆動する可動クランプ部材駆動機構と、を有する。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材は、前記ワークの厚み方向に沿って対向して該ワークを挟持自在な一対の上下クランプを、それぞれ具備する。この形態によれば、ワークのクランプが安定し、又可動クランプ部材の移動ストロークを確保することが容易となる。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材がそれぞれ具備する前記一対の上下クランプのうち、前記所定方向ないし前記ワークの長手方向に沿って互いに離間した該下クランプが、前記ワークに通電をする一対の電極である。この形態によれば、省電力、省機構及びワークの均一加熱が期待される。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材はそれぞれ、前記ワークの厚み方向に沿って対向して該ワークを挟持自在な一対の上下クランプを、具備し、前記上クランプの前記ワークを挟持する部分が凸曲面状であり、前記下クランプの前記ワークを挟持する部分が平面状である。この形態によれば、クランプが安定する。また、クランプが電極を兼用する場合には、電極のワークに対する片当りが防止され、ワークの局部過熱が防止される。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態によれば、通電加熱中の前記ワークの中央部下方に配置され、該中央部を支持自在な垂下防止部材を備える。さらに、好ましくは、前記垂下防止部材は、鉛直方向に沿って立設された複数のピンである。このような形態によれば、ワークの通電加熱装置への供給又はその下流への取り出しを妨げずに、通電加熱時においてワーク中央部の垂下を防止又は抑制することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記クランプ機構は、前記ワークを弾性的にクランプするクランプ又は電極兼用クランプを有する。さらに好ましくは、前記クランプ機構は、前記クランプ又は前記電極兼用クランプが取り付けられる支持部材ないし支持柱を有し、前記支持部材は、基部と、前記基部に直接又は間接的に接続されると共に前記クランプ又は前記電極兼用クランプが取り付けられる取付部と、前記基部と前記取付部との間でクランプ方向に沿って弾性力を作用するよう、該基部と前記取付部との間に直接又は間接的に挿入された弾性部と、を含む。この形態によれば、クランプとワークの接触面積が増大すると共に、均一なクランプ荷重がワークに作用することにより、クランプが安定し、又電極とワークの接触面積が増大してワークの局部過熱が防止される。
【００２３】
本発明の実施の形態において、通電加熱は、熱間プレス可能な温度にワークを加熱すれば十分である。例えば、ワークが鋼材の場合、Ａ１変態点から液相析出点の間、例えば、８５０から１２００℃の間で通電加熱すればよい。
【００２４】
本発明は、通電加熱、及び熱間加工が可能な種々の材質のワークの加熱さらには加熱成形、特にダイクエンチに好適に適用され、例えば、鋼系、アルミニウム系などの種々の金属材の成形に適用される。本発明は、一般鋼板の他に、めっき鋼板（例えば、亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板など）の加熱、さらには熱間成形にも好適に適用される。
【実施例】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る通電加熱装置が組み込まれた熱間プレス成形装置の外観図である。
【００２６】
図１を参照すると、この熱間プレス成形装置１においては、装置１内に、ロボット式の投入機構２からワークが一枚ずつ供給される通電加熱装置３と、通電加熱装置３の下流に熱的に離隔して配置されたダイクエンチ式の熱間プレス機構４と、少なくとも、通電加熱装置３から熱間プレス機構４に通電加熱されたワークを搬送すると共に熱間プレス機構４から取出位置へ向かって成形品を搬送するトランスファ機構５と、が組み込まれている。なお、熱間プレス成形装置１には、同装置１の払出位置から成形品ないし完成品を取り出すための搬送コンベヤ７が付設されている。
【００２７】
ワーク投入機構２は、ロボット機構であって、複数枚のワークないしブランクが収容されたマガジンから一枚ずつ取り出して、ワークを一枚ずつ通電加熱装置３に供給する。
【００２８】
通電加熱装置３は、投入されたワークのクランプ及びクランプ解除を行うと共に、クランプによるテンションが印加されたワークに通電を行い、ワークを加熱する。
【００２９】
熱間プレス機構４は、加熱されたワークを熱間プレスし且つ急冷することにより、ワークから成形品を形成する。
【００３０】
トランスファ機構５は、熱間プレス成形装置１ないし通電加熱装置３内にワークが投入される投入位置、通電加熱装置３がワークに通電する通電位置、熱間プレス機構４がワークを熱間プレス成形する加工位置、及び、熱間プレス成形装置１から成形品が払い出される払出位置で、ワーク又は成形品を保持又は保持解除すると共に、前記投入位置と前記通電位置、前記通電位置と前記加工位置、及び前記加工位置と前記払出位置の間をそれぞれ往復動する、複数の保持機構ないし保持具を備えている。
【００３１】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、図１に示した通電加熱装置ないし熱間プレス成形装置の機械的な構造を説明するための三面図であり、図２（Ａ）は上面図、図２（Ｂ）は正面図、図２（Ｃ）は側面図である。図３は、図２（Ｃ）の拡大図である。なお、図２（Ｃ）は、上クランプ３０ａ,３１ａが上昇位置にあり、可動クランプ部材３１が端部に移動した状態を示している。
【００３２】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）及び図３を参照すると、熱間プレス成形装置１においては、搬送方向に沿って上流から下流に向かって順に、ワークＷが投入される投入位置Ｐ０、通電加熱装置３による通電加熱が行われる通電位置Ｐ１、熱間プレス機構４による熱間プレス成形ないしダイクエンチが行われる加工位置Ｐ２、熱間プレス成形装置１から成形品が払い出される払出位置Ｐ３が等ピッチで設定されている。
【００３３】
通電加熱装置３は、後述するクランプ機構（３０，３１，３２，３３ａ，３３ｂ，３４）と、ワークＷに接触する電極、電極と電源との間を電気的に接続する配線及び通電スイッチを備える通電機構（図４の通電機構３７参照）と、通電加熱中のワークＷの中央部下方に配置され、鉛直方向に沿って立設されて、ワークＷの中央部を支持自在な垂下防止部材である複数のピン３５と、を有している。
【００３４】
クランプ機構（３０，３１，３２，３３ａ，３３ｂ，３４）は、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１（第１及び第２のクランプ部材）と、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１の昇降方向駆動機構ないしクランプ方向駆動機構である昇降用シリンダ３２と、可動クランプ部材３１を前記所定方向に沿って移動させる可動クランプ部材駆動機構ないしワークＷの熱変形に応じたクランプ間隔可変機構である上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂと、可動クランプ部材３１の移動を案内する上下の直動ガイド３４，３４と、を備えている。
【００３５】
固定クランプ部材３０は、ワークＷの一側をワークＷ長手方向ないし左右方向に沿って固定位置でクランプして同一側を保持自在であると共に、ワークＷの位置決め機能も有する。可動クランプ部材３１は、ワークＷの他側をクランプして同他側を保持自在であると共に前記所定方向ないし左右方向に沿って移動自在である。通電加熱時、固定クランプ部材３０は固定位置でワークの一側を保持し、一方、可動クランプ部材３１はワークＷの熱変形と共にワークＷの他側を保持しながら移動する。このような固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１によって、通電加熱時、ワークＷには、ワークＷ中央部の垂下が可及的に防止されるようテンションが印加され、特に、可動クランプ部材３１の移動方向前方へ向かって作用する、テンションが印加される。
【００３６】
固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１はそれぞれ、ワークＷの厚み方向に沿って対向してワークＷを挟持自在な一対の上下クランプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂを具備している。固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１がそれぞれ具備する一対の上下クランプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂのうち、ワークＷの長手方向に沿って互いに離間した一対の下クランプ３０ｂ，３１ｂが、ワークＷに通電をする一対の電極である。
【００３７】
昇降用シリンダ３２は、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１の上クランプ３０ａ，３１ａをワークＷの厚み方向に沿って昇降自在に駆動してワークＷをクランプして保持させる。上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂは、可動クランプ部材３１を、前記所定方向、すなわち、ワークＷの長手方向ないし左右方向に沿って移動自在に駆動する。上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂは、通電加熱時、可動クランプ部材３１を移動させる際、可動クランプ部材３１がワークＷに対して滑らないよう、可動クランプ部材３１に対して付勢力を及ぼす。なお、固定クランプ部材３０は、前記所定方向に沿って、位置固定に設ける、或いは、エアシリンダやモータ等によって、ワークＷの形状に応じてその初期位置を可変できるよう設ける。
【００３８】
クランプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂは、それぞれ上下支持柱３９ａ，３９ｂの端部に取り付けられている。上支持柱３９ａ，３９ａは昇降自在な上フレーム３８ａに取り付けられ、上フレーム３８ａは昇降用シリンダ３２に接続されている。下支持柱３９ｂ，３９ｂは不動の下フレーム３８ｂに取り付けられている。上下フレーム３８ａ，３８ｂには、それぞれ上下の直動ガイド３４，３４及びテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂが配置されている。なお、可動クランプ部材３１の上下クランプ３１ａ，３１ｂを一つのシリンダなどで駆動することも可能である。
【００３９】
熱間プレス機構４は、通電位置Ｐ１でワークＷが通電加熱された後、トランスファ機構５によって通電位置Ｐ１から搬送されたワークＷを加工位置Ｐ２で熱間プレス成形して急冷する冷却ダイ４１を備えている。
【００４０】
トランスファ機構５は、ワークＷの搬送方向に沿って延在する一対の平行アーム５１と、一対の平行アーム５１を、搬送方向、搬送方向に直交する昇降方向、及び搬送及び昇降方向に直交する幅方向に沿って往復動自在に駆動する駆動手段である不図示のシリンダと、一対の平行アーム５１に搬送方向に沿って所定間隔毎に複数個取り付けられ、一対の平行アーム５１が幅方向に沿って接近する際にワークＷ又は成形品を保持し、同離隔する際に保持解除する保持機構ないし保持具である不図示の複数のクランプと、を有している。複数のクランプは、投入位置Ｐ０、通電位置Ｐ１、加工位置Ｐ２及び払出位置Ｐ３間の間隔に対応して、一対の平行アーム５１上に等ピッチで配置されている。なお、駆動手段であるシリンダに代えて、駆動手段としてサーボモータ等を採用することができる。
【００４１】
さらに、トランスファ機構５は、通電位置Ｐ１と加工位置Ｐ２の間に、通電加熱により中央部が垂下する状態に熱変形したワークＷを支持ないし案内する支持棒５４を有している。支持棒５４は、通電位置Ｐ１側に比べて加工位置Ｐ２側が高くなるよう、搬送方向下流側に向かって高く傾斜している。支持棒５４の傾斜角度は、ワークＷの材質、加熱温度及びトランスファ機構５の昇降方向ストローク幅に応じて設定される。
【００４２】
図４は、図３に示した通電加熱装置３の制御構成を説明するためのブロック図である。図４を参照すると、通電加熱装置３は、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１（第１及び第２のクランプ部材）と、昇降用シリンダ３２と、上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂと、ワークＷに通電される電流量を検出する電流センサ３６ａと、ワークの温度を検出する温度センサ３６ｂと、固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１の昇降方向位置を検出する昇降用位置センサ３６ｃと、可動クランプ部材３１の移動方向位置を検出する可動クランプ部材用位置センサ３６ｄと、ワークＷへの通電を制御する通電機構３７と、センサ３６ａ〜３６ｄが検出した情報に基づいて昇降用シリンダ３２、上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂ及び通電スイッチ３７ａを制御する手段である制御盤（マイクロコンピュータ）３６ｅと、を具備している。通電機構３７は、電極兼用である一対の下クランプ３０ｂ，３１ｂと、直流又は交流電源Ｐと、直流又は交流電源Ｐと下クランプ３０ｂ，３１ｂ間に接続されワークＷへの通電をオンオフする前記通電スイッチ３７ａと、前記電流センサ３６ａ及び前記温度センサ３６ｂ、を含んで構成されている。
【００４３】
次に、通電加熱装置３の動作について説明する。図５（Ａ）〜図５（Ｆ）は、図３及び図４に示した本発明の一実施例に係る通電加熱装置の動作を説明する工程図である。なお、図５（Ａ）〜図５（Ｆ）では上下支持柱の図示を省略しており、図５（Ｅ）では上下フレームの図示を省略している。また、図５（Ｆ）は図５（Ｅ）の上面図である。図６は、比較例に係る、クランプ間隔Ｌが固定な通電加熱装置の問題点を説明するための工程図である。
【００４４】
［クランプ工程］
図５（Ａ）〜図５（Ｂ）を参照すると、ワークＷは、トランスファ機構５が備える一対の平行アーム５１の保持具５３によって保持されて、シリンダ５２ａによって、図２（Ａ）に示した通電加熱装置３の通電位置Ｐ１に搬送され、一対の下クランプ３０ｂ，３１ｂ上に載置される。続いて、一対の平行アーム５１はシリンダ５２ｃによって互いに離間された後、シリンダ５２ｂによって上昇され、かくしてワークＷは通電加熱装置３側に受け渡される。
【００４５】
図５（Ｃ）〜図５（Ｄ）を参照すると、上昇位置にある固定クランプ部材３０及び可動クランプ部材３１の上クランプ３０ａ，３１ａは、昇降用シリンダ３２によって下降させられ、これによって、固定クランプ部材３０側では、一対の上下クランプ３０ａ，３０ｂによってワークＷの一側が固定位置でクランプされて保持されることにより、ワークＷの位置決めがなされ、一方、可動クランプ部材３１側では、一対の上下クランプ３１ａ，３１ｂによって、ワークの他側がクランプされて保持される。なお、最初のクランプ間隔は“Ｌ”に設定されている。
【００４６】
なお、固定クランプ部材３０の一対の上下クランプ３０ａ，３０ｂの初期位置を設定ないし保持する別のシリンダを一対の上下支持柱３９ａ，３９ｂにそれぞれ接続してもよい。なお、これらのシリンダに代えて、位置決め可能なサーボモータ等を採用することができる。
【００４７】
［通電加熱工程］
ワークＷの長手方向に離間する下クランプ３０ｂ，３１ｂは電極を兼用しており、一対の下クランプ３０ｂ，３１ｂこれらを介してワークＷに通電が開始される。なお、上クランプ３０ａ，３１ａがワークＷをクランプする部分は凸曲面状に形成され、下クランプ３０ｂ，３１ｂがワークＷをクランプする部分は平面状に形成されていることにより、クランプ能が向上され、又均一加熱が期待される。
【００４８】
また、上下クランプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂには、ワークＷの幅方向ないしワークの搬送方向に沿って十分な長さを有するバー状クランプないしバー状電極が用いられていることにより、クランプ能が向上され、又均一加熱が期待される。ワークＷの幅に対して、クランプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂの幅は、ワークＷの幅と同じか、或いはワークＷの幅よりも多少長く設定されており、ワークＷの幅を長く設定する場合には、例えば、数％から２０％程度長く設定することが好ましい。
【００４９】
［通電加熱工程におけるテンション印加工程］
図５（Ｅ）及び図５（Ｆ）を参照すると、通電時間の経過、通電電流の積算又はワークＷの昇温に従って、通電加熱中、上下のテンション用シリンダ３３ａ，３３ｂによって、可動クランプ部材３１の一対の上下クランプ３１ａ，３１ｂは、ワークＷの他側を保持しながら、熱膨張するワークＷの伸張分、同期してワークＷの長手方向端部に向かって徐々に移動していく。これによって、特に、可動クランプ部材３１の移動方向前方に向かって、ワークＷにテンションが作用する。また、通電開始時のクランプ間隔“Ｌ”に対して、通電終了時のクランプ間隔は“Ｌ＋”に拡大している。すなわち、通電加熱時、ワークＷの伸張分、すなわち、“Ｌ＋”−“Ｌ”分、クランプ間隔は拡大される。なお、図５（Ｄ）の通電開始時における上下クランプ３１ａ，３１ｂによるクランプ位置とワークＷの図中左端との間隔を“Ｄ”、図５（Ｅ）の通電終了時における上下クランプ３１ａ，３１ｂによるクランプ位置とワークＷの図中左端との間隔を“Ｅ”とすると、“Ｄ”と“Ｅ”は同じ長さか、熱膨張後の間隔である“Ｅ”の方が熱膨張前の間隔である“Ｄ”よりも若干長くなる。
【００５０】
このようにして、本発明の一実施例に係る通電加熱装置によれば、通電加熱中、昇温に伴って伸張するワークＷに対して、適切なクランプ位置で適正なテンションを常時印加することができるため、通電加熱によるワークＷ中央部の垂下が可及的に防止される。
【００５１】
これに対して、図６に示した比較例に係る通電加熱装置によれば、二つのクランプ位置が固定であって、両者のクランプ間隔は“Ｌ”で一定である。すなわち、ワークＷ長手方向両端の拘束位置が不変であるため、通電加熱時、昇温に伴って伸張するワークＷに有効なテンションを印加し続けることができず、その中央部が垂下したり、上方へ反り上がったりしてしまうことになる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明による通電加熱装置は、熱間プレス成形装置、特に、ダイクエンチ装置に好適に組み込まれる。また、本発明による通電加熱装置及び通電加熱方法は、熱間プレス成形される金属製板材、特に、長さを有する板材の加熱に適用され、具体的には、量産性が要求される車両用部品の成形前の加熱、例えば、車両ボディの各種補強材、特に、ドアビーム及びバンパーリインフォース等の熱間成形前の加熱に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施例に係る通電加熱装置が組み込まれた熱間プレス成形装置の外観図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示した通電加熱装置ないし熱間プレス成形装置の機械的な構造を説明するための三面図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図３】図２（Ｃ）の拡大図である。
【図４】図３に示した通電加熱装置の制御構成を説明するためのブロック図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｆ）は、図３及び図４に示した通電加熱装置の動作を説明する工程図である。
【図６】比較例に係る、クランプ間隔Ｌが固定な通電加熱装置の問題点を説明するための工程図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 熱間プレス成形装置
２ 投入機構
３ 通電加熱装置
４ 熱間プレス機構
５ トランスファ機構
６ 制御機構
７ 搬送コンベヤ
３０ 固定クランプ部材
３０ａ，３０ｂ 上下クランプ
３１ 可動クランプ部材
３１ａ，３１ｂ 上下クランプ
３２ 昇降用シリンダ（昇降方向駆動機構）
３３ａ，３３ｂ 上下のテンション用シリンダ（可動クランプ部材駆動機構、クランプ間隔可変機構）
３４，３４ 上下の直動ガイド
（３０，３１，３２，３３ａ，３３ｂ，３４） クランプ機構
３５ 支持棒
３６ａ 電流センサ
３６ｂ 温度センサ
３６ｃ 昇降用位置センサ
３６ｄ 可動クランプ部材用位置センサ
３６ｅ 制御盤（制御手段，マイクロコンピュータ）
３７ 通電機構
３７ａ 通電スイッチ
３８ａ，３８ｂ 上下フレーム
３９ａ，３９ｂ 上下支持柱（支持部材）
４１ ダイ，冷却ダイ
５１ 一対の平行アーム
５２ａ〜５２ｃ シリンダ（駆動手段）
５３ 保持具（クランプ、保持手段）
５４ 支持棒
Ｌ，Ｌ＋ クランプ間隔
Ｐ 電源
Ｐ０ 投入位置
Ｐ１ 通電位置
Ｐ２ 加工位置
Ｐ３ 払出位置
Ｗ ワーク
Ｄ 通電開始時における可動クランプ位置とワークＷの図中左端との間隔
Ｅ 通電終了時における可動クランプ位置とワークＷの図中左端との間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間プレス成形されるワークをクランプ機構によってクランプしてテンションを印加しながら、通電加熱する通電加熱装置であって、
前記クランプ機構は、
前記ワークの一側をクランプして該ワークの一側を保持自在であると共に所定方向に沿って位置固定ないし位置固定自在な固定クランプ部材と、
前記ワークの他側をクランプして該ワークの他側を保持自在であると共に所定方向に沿って移動自在な可動クランプ部材と、
を有し、
通電加熱時、前記固定クランプ部材は固定位置で前記ワークの一側を保持し、前記可動クランプ部材は前記ワークの前記所定方向に沿った熱変形と共に該ワークの他側を保持しながら該所定方向に沿って移動することにより、該ワークにテンションが印加される、
ことを特徴とする通電加熱装置。
【請求項２】
前記クランプ機構は、
前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材を、前記ワークの厚み方向に沿って昇降自在に駆動して該ワークをクランプさせる昇降方向駆動機構と、
前記可動クランプ部材を、前記所定方向に沿って移動自在に駆動する可動クランプ部材駆動機構と、
を有する、ことを特徴とする請求項１記載の通電加熱装置。
【請求項３】
前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材はそれぞれ、前記ワークの厚み方向に沿って対向して該ワークを挟持自在な一対の上下クランプを、具備することを特徴とする請求項１又は２記載の通電加熱装置。
【請求項４】
前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材がそれぞれ具備する前記一対の上下クランプのうち、前記所定方向に沿って互いに離間した該下クランプが、前記ワークに通電をする一対の電極であることを特徴とする請求項３記載の通電加熱装置。
【請求項５】
前記上クランプの前記ワークを挟持する部分が凸曲面状であり、
前記下クランプの前記ワークを挟持する部分が平面状である、
ことを特徴とする請求項３又は４記載の通電加熱装置。
【請求項６】
通電加熱中の前記ワークの中央部下方に配置され、該中央部を支持自在な垂下防止部材を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一記載の通電加熱装置。
【請求項７】
前記垂下防止部材は、鉛直方向に沿って立設された複数のピンであることを特徴とする請求項６記載の通電加熱装置。
【請求項８】
熱間プレス成形されるワークをクランプ機構によってクランプしてテンションを印加しながら通電加熱する通電加熱装置であって、
前記クランプ機構は、
前記ワークをそれぞれ異なるクランプ位置でクランプして前記ワークにテンションを印加する第１及び第２のクランプ部材と、
前記第１及び第２のクランプ部材を駆動して前記ワークをクランプさせるクランプ方向駆動機構と、
通電加熱時、前記ワークの熱変形に応じて、前記第１及び第２のクランプ部材によるクランプ間隔を可変するクランプ間隔可変機構と、
を有する、ことを特徴とする通電加熱装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一記載の前記通電加熱装置と、前記通電加熱装置によって加熱された前記ワークを熱間プレス成形する熱間プレス機構と、を有する、ことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項１０】
熱間プレス成形されるワークをクランプしてテンションを印加しながら通電加熱する通電加熱方法であって、
前記ワークの一側と他側をそれぞれクランプして該ワークを保持しながらテンションを印加するクランプ工程と、
前記クランプされた前記ワークを通電加熱する通電加熱工程と、
前記通電加熱工程において、前記ワークの一側を固定位置でクランプすると共に、該ワークの他側をクランプしている位置を熱変形する該ワークと共に移動させることにより、該ワークにテンションを印加する通電加熱時のテンション印加工程と、
を含む、ことを特徴とする通電加熱方法。
【請求項１】
熱間プレス成形されるワークをクランプ機構によってクランプしてテンションを印加しながら、通電加熱する通電加熱装置であって、
前記クランプ機構は、
前記ワークの一側をクランプして該ワークの一側を保持自在であると共に所定方向に沿って位置固定ないし位置固定自在な固定クランプ部材と、
前記ワークの他側をクランプして該ワークの他側を保持自在であると共に所定方向に沿って移動自在な可動クランプ部材と、
を有し、
通電加熱時、前記固定クランプ部材は固定位置で前記ワークの一側を保持し、前記可動クランプ部材は前記ワークの前記所定方向に沿った熱変形と共に該ワークの他側を保持しながら該所定方向に沿って移動することにより、該ワークにテンションが印加される、
ことを特徴とする通電加熱装置。
【請求項２】
前記クランプ機構は、
前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材を、前記ワークの厚み方向に沿って昇降自在に駆動して該ワークをクランプさせる昇降方向駆動機構と、
前記可動クランプ部材を、前記所定方向に沿って移動自在に駆動する可動クランプ部材駆動機構と、
を有する、ことを特徴とする請求項１記載の通電加熱装置。
【請求項３】
前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材はそれぞれ、前記ワークの厚み方向に沿って対向して該ワークを挟持自在な一対の上下クランプを、具備することを特徴とする請求項１又は２記載の通電加熱装置。
【請求項４】
前記固定クランプ部材及び前記可動クランプ部材がそれぞれ具備する前記一対の上下クランプのうち、前記所定方向に沿って互いに離間した該下クランプが、前記ワークに通電をする一対の電極であることを特徴とする請求項３記載の通電加熱装置。
【請求項５】
前記上クランプの前記ワークを挟持する部分が凸曲面状であり、
前記下クランプの前記ワークを挟持する部分が平面状である、
ことを特徴とする請求項３又は４記載の通電加熱装置。
【請求項６】
通電加熱中の前記ワークの中央部下方に配置され、該中央部を支持自在な垂下防止部材を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一記載の通電加熱装置。
【請求項７】
前記垂下防止部材は、鉛直方向に沿って立設された複数のピンであることを特徴とする請求項６記載の通電加熱装置。
【請求項８】
熱間プレス成形されるワークをクランプ機構によってクランプしてテンションを印加しながら通電加熱する通電加熱装置であって、
前記クランプ機構は、
前記ワークをそれぞれ異なるクランプ位置でクランプして前記ワークにテンションを印加する第１及び第２のクランプ部材と、
前記第１及び第２のクランプ部材を駆動して前記ワークをクランプさせるクランプ方向駆動機構と、
通電加熱時、前記ワークの熱変形に応じて、前記第１及び第２のクランプ部材によるクランプ間隔を可変するクランプ間隔可変機構と、
を有する、ことを特徴とする通電加熱装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一記載の前記通電加熱装置と、前記通電加熱装置によって加熱された前記ワークを熱間プレス成形する熱間プレス機構と、を有する、ことを特徴とする熱間プレス成形装置。
【請求項１０】
熱間プレス成形されるワークをクランプしてテンションを印加しながら通電加熱する通電加熱方法であって、
前記ワークの一側と他側をそれぞれクランプして該ワークを保持しながらテンションを印加するクランプ工程と、
前記クランプされた前記ワークを通電加熱する通電加熱工程と、
前記通電加熱工程において、前記ワークの一側を固定位置でクランプすると共に、該ワークの他側をクランプしている位置を熱変形する該ワークと共に移動させることにより、該ワークにテンションを印加する通電加熱時のテンション印加工程と、
を含む、ことを特徴とする通電加熱方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１４２８５４（Ｐ２００９−１４２８５４Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２２５０７（Ｐ２００７−３２２５０７）
【出願日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（０００１００８０５）アイシン高丘株式会社 (202)
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