通電加熱装置及び方法
【課題】ワークを均一に加熱処理する通電加熱装置及び方法を提供する。
【解決手段】ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすように並べて配置される複数の電極対１１と、ワークＷに流れる電流が設定値と一致するよう各々が対応した電極対１１に電流を流す複数の電流制御部１２と、電源１５からの電圧を調整して電流制御部１２と電極対１１とに加わる電圧を調整する複数の位相角調整部１４と、を備える。電流制御部１２から電極対１１に大きさと通電位相角とが調整された電流が流れてワークＷを加熱する。
【解決手段】ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすように並べて配置される複数の電極対１１と、ワークＷに流れる電流が設定値と一致するよう各々が対応した電極対１１に電流を流す複数の電流制御部１２と、電源１５からの電圧を調整して電流制御部１２と電極対１１とに加わる電圧を調整する複数の位相角調整部１４と、を備える。電流制御部１２から電極対１１に大きさと通電位相角とが調整された電流が流れてワークＷを加熱する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに通電することによって熱処理する通電加熱装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の構造物、例えばセンターピラー、リィンフォースメントなどの強度を必要とする部材には、熱処理が施されている。左右幅が奥行き方向で等しい鋼材を通電により熱処理するには、鋼材の左端部、右端部にそれぞれ一枚の電極を配置し、電極間に電圧を印加すればよい。鋼材には一様な電流が流れるので、発熱量は鋼材の部位に拠らず均一となる。
【０００３】
しかしながら、左右幅が奥行き方向で異なる鋼材にあっては、鋼材の左端部に複数の電極を並べて配置し、鋼材の右端部に複数の電極を並べて配置し、鋼材の左右端部に配置した電極で対を構成し、各電極対間に等しい電流を流すことにより、鋼材を一様な温度に加熱している。このような技術は例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５８７５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、鋼材を熱処理する際には、通常、直流電源又は交流電源を使用している。交流電源は直流電源より設備コストが低く、エネルギー効率がよいので、交流電源が用いられていることが多い。しかしながら、特許文献１では、どのような電源を用いるかについては言及されていない。
【０００６】
左右幅が奥行きで異なる鋼材（以下、単に「ワーク」と呼ぶ。）に通電して熱処理する場合、次のようにする必要がある。説明の簡略化のために、図１５に示すように、ワークは左右幅が長い長尺部Ｗ１と左右幅が短い短尺部Ｗ２とに仮想的に区分可能なものとし、しかも、長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２の厚みが等しく、奥行き幅Ｄ１，Ｄ２が等しいとする。
【０００７】
長尺部Ｗ１は、短尺部Ｗ２の左右幅に等しい部位Ｗ１０と、その部位Ｗ１０の左側の部位Ｗ１１と、その部位Ｗ１０の右側の部位Ｗ１２とに仮想的に区分される。長尺部Ｗ１の左右端には所定の電圧を加える必要がある。ここで、所定の電圧とは、部位Ｗ１０の抵抗Ｒ１０と部位Ｗ１１の抵抗Ｒ１１と部位Ｗ１２の抵抗Ｒ１２との直列抵抗の和に対し、長尺部Ｗ１に通す電流Ｉ１を掛け算して求まる値である。部位Ｗ１０の両端の電位差Ｅ１０即ちＲ１０×Ｉ１が、短尺部Ｗ２の左右端の電位差Ｅ２、即ち短尺部Ｗ２の抵抗Ｒ２と短尺部Ｗ２に流れる電流Ｉ２との積に等しくなれば、長尺部Ｗ１から短尺部Ｗ２に電流が流れ込まない。
【０００８】
しかしながら、交流電圧に直流成分を加減して上下に推移することは難しい。そこで、交流電圧の正弦波を制御し、平均値、即ち一周期の電流の値が一周期で等しくなるように制御することが考えられる。
【０００９】
即ち、図１５に示すように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２の左端部、右端部にそれぞれ電極１０１，１０２，１０３，１０４を配置し、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加える電圧をｅ（ｔ）＝Ｅ0ｓｉｎωｔとして表した場合、その電圧の振幅Ｅ0を変えないで、電圧を印加するタイミングをずらして、一周期で流れる電流量の総和を長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２とで等しくする。なお、ωは角周波数であり、ｔは時間である。
【００１０】
さらに具体的に説明する。図１６に示すように、長尺部Ｗ１に加える電圧をｅ１（ｔ）とし、短尺部Ｗ２に加わる電圧をｅ２（ｔ）とし、商用電源を用いることを想定すると、ｅ１（ｔ）＝Ｅ１・ｓｉｎωｔ，ｅ２（ｔ）＝Ｅ２・ｓｉｎωｔと表される。電圧の振幅を等しくＥ１＝Ｅ２とし、長尺部Ｗ１に流れる電流ｉ１（ｔ）の一周期分の電流量の総和と短尺部Ｗ２に流れる電流ｉ２（ｔ）の一周期分の電流量の総和とを等しくする。換言すると、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２にそれぞれ加える電圧ｅ１（ｔ），ｅ２（ｔ）の振幅Ｅ１，Ｅ２は等しくし、電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ）の実効値が等しくなるようにする。
【００１１】
しかしながら、電圧の振幅Ｅ１，Ｅ２が等しく、長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２とで左端と右端との間の抵抗が異なるので、短尺部Ｗ２に加わる電圧は、長尺部Ｗ１に対して位相遅れΔｔが生じ、短尺部Ｗ２に流れる電流は、長尺部Ｗ１に流れる電流に対して位相遅れΔｔが生じる。すると、長尺部Ｗ１には電圧が印加されるが、短尺部Ｗ２には電圧が印加されない状態が存在する。このような状態では、図１７に矢印で示すように、長尺部Ｗ１から短尺部Ｗ２に対して電流が流れ込む。このような流れ込みが短尺部Ｗ２の左右端部と長尺部Ｗ１との境目に生じる。商用電源を用いると、この流れ込みが１秒間当たり５０回若しくは６０回生じるので、このような境目に熱が蓄積され、不均一な加熱となる。
【００１２】
このように、長尺部Ｗ１にのみ電流が流れる期間が生じ、長尺部Ｗ１から短尺部Ｗ２に電流が流れ込み、長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２との境界部位（図１７において点線で囲む領域）は、加熱されやすい。よって、均一な加熱処理が困難である。
【００１３】
そこで、本発明においては、均一に加熱処理することができる通電加熱装置及び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】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明における通電加熱装置は、ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすように並べて配置される複数の電極対と、ワークに流れる電流が設定値と一致するよう接続された電極対に電流を流す複数の電流制御部と、それぞれが電流制御部に接続され、電源からの電圧を調整して電流制御部と電極対とに加わる電圧を調整することにより、電流制御部から電極対に流れる電流の通電位相角を調整する複数の位相角調整部と、を備え、電流制御部から電極対に大きさと通電位相角とが調整された電流を流してワークを加熱することを特徴とする。
【００１５】
上記構成において、電極対の一方の電極と電流制御部との配線に電気的に結合される位相検出部と、この位相検出部からの検出信号を受けて通電位相角を算出し位相角調整部で調整されるべき電圧値を求める同期制御部とを、さらに備え、同期制御部で求めた電圧値を位相角調整部で設定する。
上記構成において、電流制御部は、電極対に接続されるＳＣＲ（Silicon Controlled Rectifier）逆並列回路と、電極対に流れる電流を検出する検出部と、検出部により検出した電流の大きさが設定値となるようＳＣＲ逆並列回路の通電位相角を制御する位相制御部と、を備える。
上記構成において、さらに、一次コイルと二次コイルとを含んで構成された複数のトランスを備え、トランス毎に、一次コイルに位相角調整部が接続され、かつ二次コイルに電流制御部を介在して電極対が接続されている。
上記構成において、位相角調整部は、二次コイルに生じる電圧を調整するために一次コイルに設けられた複数のタップと、複数のタップの何れか一つに接続を切り替える切替スイッチと、を含んで構成されているか、または、一次コイルに入力される電圧を調整するスライダックにより構成されている。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の通電加熱方法は、ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすよう複数の電極対を並べて配置し、複数の電極対からワークへの通電開始タイミングを通電位相角により制御し、それぞれ設定された電流を各電極対に流すことを特徴とする。ワークは左右幅が奥行き方向に異なる板材である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の通電加熱装置によれば、ワークの一端部及び他端部に対をなすように電極対を並べて配置し、電流制御部により設定された値の電流を電極対に流す。その際、位相角調整部により電流制御部に印加する電圧を調整する。よって、各電流制御部により電極対を経由してワークに流れる電流の密度及び通電開始タイミングを電極毎によらず所定の範囲内となるように制御することで、ワークの部位に拠らず均一に加熱することができる。つまり、左右幅が奥行き方向で異なるワークであっても、電極対の間に、所定の範囲内の密度の電流が流れ、しかもワークの左右幅が長い仮想領域からワークの左右幅が短い仮想領域へ電流が流れ込むことはなく、発熱量をワークの部位によらず均一にすることができる。ここで、所定の範囲とはワークが均一加熱されていると評価され得る範囲である。
【００１８】
本発明の通電加熱方法によれば、ワークの相対する一端部及び他端部に向き合って電極対が並べて配置され、各電極対からワークに通電開始タイミング、つまり通電開始時を通電位相角により制御して各電流を電極対を経由してワークに流すようにしている。よって、左右幅が奥行き方向で異なるワークであっても、電極対の間に流れる電流の密度が同一範囲となり、左右幅が長い仮想領域からワークの左右幅が短い仮想領域へ電流が流れ込み難く、発熱量をワークの部位によらずほぼ均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る通電加熱装置の構成図である。
【図２】商用周波数電源からＳＣＲ逆並列回路を経由して鋼材を通電加熱する際の回路構成図である。
【図３】図２に示す回路で鋼材に印加される電圧波形（左側のグラフ）とその物理的な意味を説明した波形（右側のグラフ）とを示す説明図である。
【図４】通電位相角と電圧出力比との関係を示したグラフである。
【図５】異形板を通電加熱したときに生じる通電位相角差を説明するための回路図である。
【図６】異形板を通電加熱したときに生じる通電位相角差を模式的に示す概念図である。
【図７】図１の変形例を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る通電加熱装置を示す図である。
【図９】実施例に関し、（Ａ），（Ｂ）は２００ｍｍ×５０ｍｍ×厚さｔ０．６ｍｍのＳ２５Ｃの鋼材に、９２０Ａを１０秒流したとき、鋼材の温度、両端の電圧についての加熱時間依存性を示すグラフである。
【図１０】実施例により通電加熱したワークの平面図である。
【図１１】（Ａ）は計測例２において短尺部と長尺部にそれぞれ流す電流の波形を模式的に示す図であり、（Ｂ）は計測例３乃至７において短尺部と長尺部にそれぞれ流す電流の波形を模式的に示す図である。
【図１２】位相角の差と第１乃至第３の測定点における温度差との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に関し加熱対象となるワークの平面図である。
【図１４】トランスの出力電圧と図１３に示すワークの各部位の両端に印加される電圧との関係を示す図である。
【図１５】本発明が解決しようとする課題において対象とするワークを模式的に示す平面図である。
【図１６】本発明が解決しようとする課題においてワークの左端部と右端部とに加える電圧と電流の波形を模式的に示し、（Ａ）は長尺部に印加する電圧、電流の波形、（Ｂ）は短尺部に印加する電圧、電流の波形を示す図である。
【図１７】本発明が解決しようとする課題を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の幾つかの実施形態を説明する。
【００２１】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る通電加熱装置の構成図である。第１実施形態に係る通電加熱装置１０は、電極対１１と電流制御部１２とトランス１３と位相角調整部１４とを備えている。
【００２２】
〔第１実施形態の全体的な構成〕
図１に示すように、各位相角調整部１４の入力側が並列に接続されており、その一端が図示しない制御盤を介在して、例えば商用周波数電源などの電源１５に接続され、その他端が接地されている。位相角調整部１４の出力側がトランス１３の一次コイル１３ａに接続されている。
【００２３】
各トランス１３の二次コイル１３ｂの一端は電流制御部１２を経由して電極対１１の一方の電極に接続され、各トランス１３の二次コイル１３ｂの他端は電極対１１の他方の電極に接続されている。トランス１３は、ワークＷに対して所定電流が流れるよう十分な電圧、即ち電流制御部１２から出力される所定電流とワークＷの抵抗値との積より高い電圧を出力する。
【００２４】
電流制御部１２は、ワークＷに流れる電流が設定値と一致するよう対応の電極対１１に電流を流す。この設定値は所定の電流密度がワークＷに流れるようワークＷの寸法に応じて定められる。電流制御部１２の構成については種々考えられるが、電流制御部１２は、例えば、ＳＣＲ（Silicon Controlled Rectifier）逆並列回路１２Ａと検出部１２Ｂと位相制御部１２Ｃとを含んで構成される。
【００２５】
ＳＣＲ逆並列回路１２Ａは例えば一組のサイリスタが逆並列に接続されて構成され、ＳＣＲ逆並列回路１２Ａの一端がトランス１３の二次コイル１３ｂの一端に接続され、ＳＣＲ逆並列回路１２Ａの他端が電極対１１に接続される。
【００２６】
検出部１２Ｂは変流器で構成され、ＳＣＲ逆並列回路１２Ａと電極対１１の一方の電極との配線に対して電気的に接続されて電極対１１に流れる電流を検出する。検出部１２Ｂによる検出信号が位相制御部１２Ｃに出力される。
【００２７】
位相制御部１２Ｃは、検出部１２Ｂからの検出信号の入力を受け、その検出信号から求まる電流実測値が電流設定部１２Ｄに設定されている値と等しくなるよう、ＳＣＲ逆並列回路１２Ａの通電位相角を制御する。つまり、電流実測値と設定値とを比較してその偏差によりＳＣＲ逆並列回路１２Ａの通電位相角を制御する。ここでの設定値はワークＷの各部位に流れる電流が等しくなるようにする。
【００２８】
ここで、電流制御部１２がトランス１３の出力側に設けられている意義について説明する。一般には、ＳＣＲ逆並列回路はトランスの一次側で制御を行った方が損失が小さい。しかし、本発明の実施形態のように、異形板、即ち左右幅、厚みの一方又は双方が奥行き方向で変化する部材を加熱する場合、複数のトランスの一端が並列接続されており、他のトランスからの出力がトランスの二次側に電流を流し込むなどの相互干渉が生じ、異形板の温度を制御することができない。そこで、トランスの二次側にＳＣＲの逆並列回路を接続し、トランス相互間の干渉を防止している。また、トランスの二次側の回路は電圧が小さく電流が大きいため損失が大きいものの、一次側にＳＣＲ逆並列回路を接続した場合と比べ、５〜８％の損失増加となるが、電力効率は９０％以上となる。この電力効率は、直流電源の効率８０〜８５％よりも大きいことから、電力効率が特に悪いわけではない。本発明の実施形態と異なり複数の交流電源を使用する場合には位相調整回路が煩雑となるが、本発明の実施形態ではそのようなことはない。
【００２９】
位相角調整部１４は、電源１５からの電圧を調整して各電流制御部１２から電極対１１に流れる電流の通電位相角を等しくする。詳細については後述する。
【００３０】
通電加熱装置１０により通電加熱されるワークＷとして、左右幅が奥行き方向に異なっている鋼材を想定する。詳細に説明すると、ワークＷの左右幅は離散的又は連続的に奥行き方向に異なっている。そこで、ワークＷを、左右幅が等しいとみなせる範囲で、奥行き方向に略直交する面で複数の部位に仮想的に区分する。例えば図１に示すように、左右幅が大きい長尺部Ｗ１と、左右幅が小さい短尺部Ｗ２に仮想的に区分する。区分数は２つである必要はなく、それ以上であってもよい。また、ワークをそれぞれ仮想区分した際、区分された各部位の左右端部は図１のように互いに非平行であっても平行であってもよい。
【００３１】
前述の電極対１１は仮想的に区分された数だけ備えている。図１の例では、区分数は２であるので、電極対１１Ａ,１１Ｂの２対を備える。電極対１１Ａの一方の電極１１ＡＬが長尺部Ｗ１の左端部に配置され、電極対１１Ａの他方の電極１１ＡＲが長尺部Ｗ１の右端部に配置される。電極対１１Ｂの一方の電極１１ＢＬが短尺部Ｗ２の左端部に配置され、電極対１１Ｂの他方の電極１１ＢＲが長尺部Ｗ１の右端部に配置される。このように、各電極対１１の一方の電極がワークＷの一区分の左端部に配置され、各電極対１１の他方の電極がワークＷの一区分の右端部に配置される。左右で対をなす電極対１１が奥行き方向に並べて配置される。ここで、各電極１１ＡＬ，１１ＡＲ,１１ＢＬ，１１ＢＲは、ワークＷの各区分領域において奥行き全幅に跨るように配置されることが好ましい。これにより電流が各領域で左右方向に均一に流れる。
【００３２】
本発明の実施形態では、電流制御部１２及び位相角調整部１４によりワークＷに周期的に通電する際、その半周期分の通電開始時として通電位相角を調整し、ワークＷに対して複数の電極対１１からワークＷに対してワーク中での電流密度が等しいと評価される大きさの電流を流してワークを通電加熱する。好適には、電流制御部１２及び位相角調整部１４により、ワークＷの場所によらず、ワークＷに周期的に通電する際その半周期分における通電開始時と通電終了時とをそれぞれワークＷの場所によらずに等しいと評価されるよう同じタイミングでワークＷに対して複数の電極対１１からワークＷに電流を流す。ここで、「同じタイミング」とは、通電半周期分における通電開始時が半周期の時間に対して１〜２割の範囲内であることを意味する。ＳＣＲ逆並列回路１２Ａを用いているので、通電終了時はワークＷの部位毎に同じとなる。以下詳細に説明する。
【００３３】
〔ＳＣＲ逆並列回路の通電位相角と出力との関係〕
電流制御部１２及び位相角調整部１４の機能を説明する前提として、ＳＣＲ逆並列回路の通電位相角と出力との関係について説明する。図２は商用周波数電源からＳＣＲ逆並列回路を経由して鋼材を通電加熱する際の回路構成図である。図３は図２に示す回路で鋼材に印加される電圧波形（左側のグラフ）とその物理的な意味を説明した波形（右側のグラフ）とを示す説明図である。図３の何れの波形の横軸はωｔであり、縦軸は電圧強度である。なお、ωは角周波数で、ｔは時間である。
【００３４】
図２に示すように、ＳＣＲ逆並列回路５１に対して負荷抵抗ｒの鋼材５２と商用周波数電源５３とが直列接続されているとする。ＳＣＲ逆並列回路５１から鋼材５２に印加される電圧波形は、図３に示すように一周期の前半では角度αからπまでの間で、（√２）Ｅ0ｓｉｎωｔの電圧が印加される。図中、Ｅ0は電源電圧の実効値であり、ＥeはＳＣＲ逆並列回路５１からの出力電圧の実効値、αは位相角、ｉは出力電流の実効値である。このことから、ＳＣＲ逆並列回路５１の出力は次式により通電位相角αを変化させることによって制御される。
【数１】
【数２】
【００３５】
図４は式（１）について通電位相角αと出力比ａ＝Ｅe／Ｅ0との関係を示したグラフである。横軸は通電位相角α（度）であり、縦軸は出力比ａである。図のように、通電位相角αと出力比ａとは一対一に対応し、両者は負の相関関係がある。
【００３６】
〔異形板を通電加熱したときに生じる通電位相角差について〕
いま、左右幅が奥行き方向に異なる異形板を通電加熱することを検討する。図５に示すように、異形板であるワークＷが長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２とからなっており、長尺部Ｗ１は左右幅がＬ１で断面積がＡ１であり、短尺部Ｗ２は左右幅がＬ２で断面積がＡ２であるとする。このようなワークＷに対し電極６１ＡＬ,６１ＡＲ、６１ＢＬ,６１ＢＲが長尺部Ｗ１、短尺部Ｗ２の左端部、右端部にそれぞれ配置されている。そして、長尺部Ｗ１の左端部に配置した電極６１ＡＬとＳＣＲ逆並列回路６２Ａの出力端とが接続され、短尺部Ｗ２の左端部に配置した電極６１ＢＬとＳＣＲ逆並列回路６２Ｂの出力端とが接続され、ＳＣＲ逆並列回路６２Ａ,６２Ｂの各入力端が商用周波数電源６３の一端に接続され、長尺部Ｗ１の右端部に配置した電極６１ＡＲと短尺部Ｗ２の右端部に配置した電極６１ＢＲとが商用周波数電源６３の他端に接続されている。
【００３７】
説明を簡略化するために、長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２の何れの断面積Ａ１，Ａ２がＡで等しいとし、Ｌ１＞Ｌ２の関係を有して左右幅が異なっているとする。このようなワークＷに所定の電流を通電すると、ＳＣＲ逆並列回路６２Ａ,６２Ｂから電極対に印加される出力電圧Ｅe1，Ｅe2との間には、次に説明するように、通電位相角差が生じる。
【００３８】
ワークＷの抵抗率をρとすると、長尺部Ｗ１の抵抗ｒ１はＬ１×ρ／Ａ１で表され、短尺部Ｗ２の抵抗ｒ２はＬ２×ρ／Ａ２で表される。ここで、Ａ１＝Ａ２＝Ａであり、Ｌ１＞Ｌ２であるから、ｒ１＞ｒ２となる。一方、長尺部Ｗ１、短尺部Ｗ２の電源側電圧Ｅ01，Ｅ02は何れもＥ01＝Ｅ02＝Ｅ0の関係を満たし、長尺部Ｗ１に流れる電流ｉ１，短尺部Ｗ２に流れる電流ｉ２はｉ１＝ｉ２＝ｉで等しいとする。よって、長尺部Ｗ１、短尺部Ｗ２に出力される出力電圧Ｅe1，Ｅe2はｒ１×ｉ，ｒ２×ｉから、長尺部Ｗ１で生じる出力電圧Ｅe1（＝ｒ１×ｉ）＞短尺部Ｗ２で生じる出力電圧Ｅe2（＝ｒ２×ｉ）となる。よって、長尺部Ｗ１における出力比ａ１（＝Ｅe1／Ｅ0）が、短尺部Ｗ２における出力比ａ２（＝Ｅe2／Ｅ0）よりも大きい。ここで、図４を参照して説明したように通電位相角αと出力比ａとは負の相関関係にある。以上のことから、図６に示すように、長尺部Ｗ１の位相角α１よりも短尺部Ｗ２の位相角α２が大きく（α１＜α２）、長尺部Ｗ１に出力される電圧開始が短尺部Ｗ２に出力される電圧開始時よりも早くなる。
【００３９】
このように、共通の商用周波数電源６３から各ＳＣＲ逆並列回路６２Ａ,６２Ｂを経由して長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２との各電極対に電流を流すと、通電位相角でα１とα２との間だけ長尺部Ｗ１だけに電流が流れている。すると、均一に昇温することができない。
【００４０】
〔通電位相角差が生じないようにするための調整〕
そこで、本発明の実施形態においては、通電位相角α１を基準にし、長尺部Ｗ１における通電位相角α１に短尺部Ｗ２における通電位相角α２が一致するよう、長尺部Ｗ１における出力比ａ１（＝Ｅe1／Ｅo）と短尺部Ｗ２における出力比ａ２（＝Ｅe2／Ｅo）とを等しくする。そのためには、短尺部Ｗ２の電源側電圧Ｅ02を、Ｅ02＝Ｅe2／ａ１とする。
【００４１】
具体的には、ワークＷのうち最も長い部位（前述の例では長尺部Ｗ１）の通電位相角と、ワークＷのうち最長の部分を含まない各部位（前述の例では短尺部Ｗ２）で生じる電圧Ｅe2とが既知であれば、長尺部Ｗ１の通電位相角α１から上記式（１）の関係式を用いて長尺部への出力電圧Ｅe1の値を求め、電源側の電圧Ｅoの比から出力比ａ１（Ｅe1／Ｅo）が求まるので、短尺部Ｗ２のＳＣＲ逆並列回路６２Ｂに入力される電圧Ｅ02（「電源側電圧」と称する。）が、Ｅo2＝Ｅe2／ａ１より求まる。
【００４２】
図１に示す回路図においては、長尺部Ｗ１を通電するために位相角調整部１４ａからＳＣＲ逆並列回路１２Ａに対しＥ01（＝Ｅe1／ａ１）の電圧を印加すると、短尺部Ｗ２を通電するためにＳＣＲ逆並列回路１２Ａに対しＥ02＝Ｅe2／ａ１＝（Ｅe2／Ｅe1）・Ｅo1の電圧を印加するように、位相角調整部１４ｂを調整する。
【００４３】
位相角調整部１４ｂが図１に示すようにスライダックを含んで構成され、スライダックの入力側に電源１５が接続され、スライダックの出力側に一次コイル１３ａが接続されている場合、スライダーの位置を調整すればよい。これにより、短尺部Ｗ２に接続されている電流制御部１２に対し所定の電圧が印加される。
【００４４】
図７は図１の変形例を示す図である。図７に示す回路図では、位相角調整部１４が複数のタップ１４Ａと切替スイッチ１４Ｂとを含んで構成されている点で図１と相違する。複数のタップ１４Ａが一次コイル１３ａに間隔をあけて取り付けられ、切替スイッチ１４Ｂは一端が電源１５に接続されている。この場合、切替スイッチ１４Ｂにより複数のタップ１４Ａの何れかを選択する。これにより、短尺部Ｗ２に接続されている電流制御部１２に対し所定の電圧が印加される。
【００４５】
以上の説明では、ワークＷのうち最も長い部位（前述の例では長尺部Ｗ１）の通電位相角と、ワークＷのうち最長の部分を含まない各部位（前述の例では短尺部Ｗ２）で生じる電圧Ｅe2とが既知である場合を前提としている。これらが未知である場合，即ちワークＷの電気的な性質が未知である場合には図１に示す構成を次に説明するように変更すればよい。
【００４６】
〔第２実施形態〕
図８は、本発明の第２実施形態に係る通電加熱装置を示す図である。第２実施形態に係る通電加熱装置２０は図１に示す構成とは同期制御部及び位相検出部の有無の点で相違している。図１と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
位相検出部１６は、電流制御部１２と電極１１ＡＬ,１１ＢＬとの間の配線に電気的に結合されている。位相検出部１６は例えば変成器（Potential Transformer）で構成され、この配線に加わっている電圧を検出し、検出信号として同期制御部１７に出力する。
【００４８】
同期制御部１７は、通電位相角演算部１７Ａと印加電圧設定部１７Ｂとを含んで構成されている。通電位相角演算部１７Ａは、各位相検出部１６からの検出信号の入力を受け通電位相角α１，α２を求める。印加電圧設定部１７Ｂには、前述の式（１）の関係、即ち、通電位相角と出力比との関係がデータとして格納されており、通電位相角演算部１７Ａから通電位相角α１、α２のデータが入力されると、それに伴い出力比ａ１，ａ２を計算する。
【００４９】
位相角調整部１４の入力側は、電源１５に接続された切替スイッチ１４Ｂの一端に接続されている。位相角調整部１４の出力側には、トランス１３からの出力電圧Ｅ01,Ｅ02が既知であってその既知の値を離散的に選択することができるよう一次コイル１３ａに複数のタップ１４Ａが並列に接続されている。これら複数のタップ１４Ａを切替スイッチ１４Ｂにより選択することができるよう、印加電圧設定部１７Ｂは、計算した出力比ａ１，ａ２に基いてどのタップを選択するかに応じて、切替スイッチ１４Ｂを動作するための制御信号を切替スイッチ１４Ｂに出力する。
【００５０】
未知のワークＷに対しては、位相角調整部１４の切替スイッチ１４Ｂを任意のタップを選択するように初期設定し、ワークＷの各電極対に所定の電流を流す。すると、同期制御部１７において、通電位相角演算部１７Ａにより通電位相角α１、α２を求め、印加電圧設定部１７Ｂにより出力比ａ１，ａ２を求める。
【００５１】
その後、位相角調整部１４により、一次コイル１３ａの入力電圧の設定がＥo1a，Ｅo2aとなるように設定して位相角差α１−α２が生じた場合には、長尺部Ｗ１を基準にしたときのＳ２の切替スイッチ１４Ｂの設定電圧Ｅx2がＥo2a×ａ２／ａ１で求まる値となるよう切替スイッチ１４Ｂを制御して、Ｅx2に対応するタップを選択する。
【００５２】
位相角調整部１４がスライダックで構成されている場合には、スライダーを電圧Ｅx2に該当する位置まで摺動すればよい。なお、印加電圧設定部１７Ｂが直接切替スイッチを制御することなく、印加電圧設定部１７Ｂに内蔵されたモニターに、印加されるべき入力側電圧Ｅxの値そのもの又はそれを指標するものが表示され、作業者が手動でその表示された値などに対応するようスライダックや切替スイッチを調整するようにしてもよい。
以上のように、位相角調整部１４によって電源１５から電流制御部１２に加わる電圧を調整することで、電流制御部１２から電極対１１に流れる通電位相角を調整する。よって、位相角調整部１４は、単なる電圧調整部ではないが、一般的には電圧調整部と呼んでも差し支えない。
【００５３】
ここで、位相調整タイミングについて言及する。鋼材を定電流で通電加熱すると昇温と共に抵抗が変化し電圧も上昇する。このため、低温時では通電位相角を大きくして電圧を減らし、高温になるに従い位相角を小さくすることが好ましい。そこで、最高昇温時における通電位相角は、電圧変動などを考慮し、６０°〜７０°近辺に設定されるのが好ましい。位相調整は、未知の鋼材に対して運転開始時に位相調整を行えばよく、常時調整する必要はない。そこで、鋼材の材質を換える場合にはデータを保存しておき、開始時に設定する。
【実施例】
【００５４】
実際に鋼材を通電加熱することにより、長尺部に加える電源側電圧の値、短尺部の設定電圧の許容範囲について検証した。
【００５５】
〔ワークの長尺部に加える電源電圧の決定法〕
ワークの最も長い部分、すなわち長尺部の電源電圧をどのように決定するかについて検討した。２００ｍｍ×５０ｍｍ×厚さｔ０．６ｍｍのＳ２５Ｃの鋼材に、定電流９２０Ａを１０秒間流した。図９（Ａ），（Ｂ）は、２００ｍｍ×５０ｍｍ×厚さｔ０．６ｍｍのＳ２５Ｃの鋼材に、９２０Ａを１０秒流したとき、鋼材の温度、両端の電圧についての加熱時間依存性を示すグラフである。横軸は何れも時間（１０-2秒）であり、（Ａ）の縦軸は温度（℃）、（Ｂ）の縦軸は電圧（Ｖ）である。図９に示すように、一般に鋼材を通電加熱すると温度上昇と共に抵抗が上昇する。このため、定電流を維持するためには加熱最終の抵抗値に十分通電できる電源側電圧を設定しなければならない。
【００５６】
そこで、基準となる長尺部Ｗ１の電源側の電圧は電圧変動を加味して通電位相角が６０〜７５°となるよう設定されることが好ましい。例えば、通電位相角を７０°とすると、式（１）又は図４より、出力比ａは０．８４となる。１０秒間加熱したときの鋼材に加わる電圧が７Ｖであるので、長尺部の電源側電圧Ｅ01は、７Ｖ／０．８４から８．３Ｖと決定される。
【００５７】
〔長尺部以外の短尺部側の設定電圧の許容範囲〕
短尺部側の設定電圧の許容範囲について検討した。長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２とを有するワークＷを次の要領で通電加熱した。図１０はワークＷの平面図である。ワークＷの寸法は次の通りである。長尺部Ｗ１、短尺部Ｗ２の何れも奥行き幅Ｄが５０ｍｍで、厚みｔが０．６ｍｍであるが、長尺部Ｗ１の左右幅Ｌ１が２２０ｍｍであり、短尺部Ｗ２の左右幅Ｌ２が１６４ｍｍであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２の左端部、右端部にそれぞれ左右幅３ｍｍ、奥行き幅５０ｍｍの電極６１ＡＬ，６１ＡＲ，６１ＢＬ，６１ＢＲをそれぞれ配置した。長尺部Ｗ１に流れる電流を９０°（５ｍ秒）の位相角に固定した。
【００５８】
（計測例１）
短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを９０°（５ｍ秒）の位相角となるようにした。加熱時間は１６秒であり、加熱開始後１３秒経過したときの位相差を測定した。
ワークＷの長尺部Ｗ１の右端から２０ｍｍの位置で、長尺部Ｗ１の奥端から順に１０ｍｍ，２５ｍｍ、４０ｍｍの箇所を第１、第２、第３の測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とし、また、左右両端から等距離にある中心軸上で、短尺部Ｗ２の奥端から順に２０ｍｍ、５０ｍｍ、８０ｍｍの箇所を第４，第５、第６の測定点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６とし、各測定点に熱電対を配置して、加熱開始から１３秒経過したときの温度をそれぞれ測定した。
【００５９】
長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧は上述条件となるようスライダックにより調整した。長尺部Ｗ１に流れた電流は８０１Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０７Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．６Ｖ，１１．２Ｖであった。長尺部Ｗ１に流れた電流と短尺部Ｗ２に流れた電流の位相差はゼロであった。
【００６０】
〔計測例２〕
計測例２では、図１１（Ａ）に示すように、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より０．４４（ｍ秒）遅くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００６１】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０２Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０８Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．１Ｖ，１３．７８Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が＋０．４４ｍｓであった。
【００６２】
〔計測例３〕
計測例３では、図１１（Ｂ）に示すように、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より０．５０４ｍ秒早くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００６３】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０２Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０７Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．５Ｖ，９．８９Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が−０．５０４ｍ秒であった。
【００６４】
〔計測例４〕
計測例４では、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より０．６２ｍ秒早くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００６５】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０２Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０８Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．１２Ｖ，９．８１Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が−０．６２ｍｓであった。
【００６６】
〔計測例５〕
計測例５では、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より０．９２ｍ秒早くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００６７】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０１Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０７Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．１４Ｖ，９．２２Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が−０．９２ｍｓであった。
【００６８】
〔計測例６〕
計測例６では、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より１．１８ｍ秒早くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００６９】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０１Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０７Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．１５Ｖ，８．５５Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が−１．１８ｍｓであった。
【００７０】
〔計測例７〕
計測例７では、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より１．９６ｍ秒早くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００７１】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０２Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０７Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．０７Ｖ，７．２６Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が−１．９６ｍｓであった。
【００７２】
表１は、計測例１乃至７における通電条件と、第１乃至第６の各測定点における温度をまとめたものである。表１には、第１乃至第３の測定点における温度差と、第４乃至第６の測定点における温度差を計算して示してある。なお、表中、長尺電流とは長尺部Ｗ１に流れる電流、短尺電流とは短尺部Ｗ２に流れる電流、長尺電圧とは長尺部Ｗ１の両端に加わる電圧、短尺電圧とは短尺部Ｗ２の両端に加わる電圧である。また、表中には、電源周波数が５０Ｈｚであるので、ｍ秒単位の位相差を度単位の位相差に変換した値について位相角差［°］として示しており、第１乃至第３の測定点における温度差につき、計測例１の温度差を基準としたときの計測例２乃至計測例７の温度差も「温度差［℃］」として示している。
【００７３】
【表１】
【００７４】
図１２は、位相角の差と第１乃至第３の各測定点における温度差との関係を示す図である。横軸は位相角差（°）であり、縦軸は温度差（℃）を示している。
【００７５】
長尺部Ｗ１に流す電流開始の位相に比べ短尺部Ｗ２に流す電流開始の位相が遅い、所謂遅れ位相であっても（図１１（Ａ）参照）、長尺部Ｗ１に流す電流開始の位相と比べ短尺部Ｗ２に流す電流開始の位相が早い、所謂進み位相であっても（図１１（Ｂ）参照）、温度差が広がる。進み位相よりも遅れ位相の方が、位相角差の大きさが同じでも、温度差が広くなることが分かった。
【００７６】
以上の結果から、温度分布の許容温度差が３０℃以内であれば、遅れ位相差１５°〜進み位相差１０°の範囲で、許容温度差が５０℃以内であれば、遅れ位相差３５°〜進み位相差１７°の範囲であればよいことが分かった。
【００７７】
このことから、ワークを均一に加熱する場合には位相差がゼロであることが好ましい。図１、図７及び図８に示す通電加熱装置１０，２０において、電流制御部１２及び位相角調整部１４により、ワークＷの場所によらず、ワークＷに周期的に通電する際その半周期分における通電開始時をワークＷの場所によらずに等しいと評価されるよう同じタイミングでワークＷに対して複数の電極対１１からワークＷに等しい電流を流せばよい。ここで、「同じタイミング」とは、通電半周期分における通電開始時が半周期の時間に対して１〜２割の範囲内のズレまで含めてもよいと考えられる。その理由は次の通りである。今電源周波数が５０Ｈｚであるので一周期は２０ｍｓである。よって半周期単位において、短い部位への通電開始時が長い部位への通電開始時よりも２ｍｓ遅れても、また、短い部位への通電開始時が長い部位への通電開始時よりも１ｍｓ早くなっても、温度差が５０℃以内に収まるからである。
【００７８】
以上の結果を踏まえると、異形板加熱における通電位相角差による温度変化では、短尺部と長尺部との位相差をΔα（＝α２−α１）とすると、Δαが＋５°〜−１５°のとき温度差が１０℃となり、Δαが＋１０°〜−２０°のとき温度差が３０℃となる。よって、長尺部以外の部位、即ち短尺側の設定電圧は、対象加熱物の温度許容範囲を満足するような電圧範囲となればよい。
また、基準となるα１よりも小さめのα２となる電圧を与えると、位相差による温度変化が小さいことが分かった。
【００７９】
さらに、図４から、長尺部の通電位相角が７０度のとき、短尺部側の電源電圧がＥ02で同期する場合、短尺部の出力電圧Ｅe2は、Ｅ02×０．８４となる。
短尺部側に５％低い電源側電圧（Ｅd＝Ｅ02×０．９５）を与えると、短尺部の出力電圧Ｅe2は、Ｅe2＝Ｅ02×０．８４となり、Ｅe2＝Ｅd×ａｄとすると、ＥdのときＥe2を出力するための出力比ａｄは、Ｅ02×０．８４／Ｅd＝（Ｅ02×０．８４）／（Ｅ02×０．９５）＝０．８８となる。
逆に、短尺部側に５％高い電源側電圧（Ｅu＝Ｅ02×１．０５）を与えると、短尺部の出力電圧Ｅe2は、Ｅe2＝Ｅ02×０．８４となり、Ｅe2＝Ｅu×ａｕとすると、ＥuのときＥe2を出力するための出力比ａｕは、Ｅ02×０．８４／Ｅu＝（Ｅ02×０．８４）／（Ｅ02×１．０５）＝０．８となる。
ここで、出力比ａｄ＝０．８８のとき、図４から、α2d＝６４°である。よって、Δα＝α2d−α１＝６４°−７０°＝−６°となる。また、出力比ａｕ＝０．８のとき、図４から、α2d＝７７°である。よって、Δα＝α2d−α１＝７７°−７０°＝＋７°となる。
この結果と図１２とを併せて判断すると、短尺部の電源に５％低い電圧を与えると、６°位相が進み、温度差が７℃となる。また、短尺部の電源に５％高い電圧を与えると、＋７°位相が遅れ、温度差が２０℃となる。このようにして、ワークに許容される温度差から設定電圧を精度よく求めることができる。
【００８０】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、左右幅が奥行き方向に異なるワークを均一に加熱することができる。上記実施例では、電極対は銅で成形したものを用いたが、ステンレスや鋳鉄で成形したものを用いることで、ワークから電極に伝わる熱量が減り、より均一に加熱されることを確認した。
【００８１】
本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、発明の範囲を逸脱しない範囲内で種々設計変更した形態が含まれる。
【００８２】
例えば、図１３に示すように、ワークＷを、左右幅がＬ１の第１の部位と、左右幅がＬ２の第２の部位、左右幅がＬ３の第３の部位となるよう仮想的に３つに区分した場合、前述と同様に各部位の左端部と右端部とにそれぞれ電極を配置し、左右幅が最も長い第１の部位に印加する電圧を基準にしてその他の第２、第３の部位の各電極対に印加する電圧を次の要領で求めることができる。図１４はトランスの出力電圧とワークの各部位の両端に印加される電圧との関係を示す。横軸は出力電圧、即ちワークの各部位の両端に印加される電圧（Ｖ）であり、縦軸はトランスの出力電圧、即ち電源側電圧（Ｖ）である。
【００８３】
第１ステップとして、左右幅が最も大きい第１の部位Ｗ１１に対する電源側電圧Ｅ１を決定し、この第１の部位Ｗ１１の左右端間に印加される電圧ｅ１を求める。Ｅ１からｅ１を求める際には、通電試験により実効値を測定して行ってもよいし、計算で求めてもよい。
【００８４】
第２ステップとして、電源側電圧Ｅ１と第１の部位Ｗ１１間に印加される電圧ｅ１との出力比ａをｅ１／Ｅ１として求める。
【００８５】
第３ステップとして、第２ステップで求めた出力比ａに基づいて、図４を参照して対応する位相角αを求める。
【００８６】
第４ステップとして、その他の部位Ｗ１２，Ｗ１３にそれぞれ印加されるべき電圧ｅ２，ｅ３を求める。均一に加熱するので、ｅ２＝ｅ１×（Ｌ２／Ｌ１），ｅ３＝ｅ１×（Ｌ３／Ｌ１）の関係から求めることができる。
【００８７】
第５ステップとして、第４ステップで求めた電圧ｅ２，ｅ３に基づいて、図１４に示す直線のうち第３ステップで求めた位相角αの直線より、部位Ｗ１２，Ｗ１３に対する電源側電圧Ｅ２，Ｅ３を求める。
【００８８】
本発明の実施形態では、ワークの部位毎の左右幅、厚み、奥行き幅など寸法データを格納したデータベースを備え、スライダックの位置や切替スイッチに関する情報をモニターに表示し、電極対に印加する電圧を設定できるようにしてもよい。また、本発明においては、ワークは、例えば鋼材など通電加熱できる素材で作製されたものであればよく、左右幅が奥行き方向で変化していれば、如何なる形状のものであってもよい。特に、ワークが板材である場合には、熱間プレス成形する際に本発明の通電加熱方法は使用され得る。
【符号の説明】
【００８９】
１０，２０：通電加熱装置
１１：電極対
１１ＡＬ，１１ＡＲ，１１ＢＬ，１１ＢＲ，６１ＡＬ，６１ＡＲ，６１ＢＬ，６１ＢＲ：電極
１２：電流制御部
１２Ａ，６２Ａ，６２Ｂ：ＳＣＲ逆並列回路
１２Ｂ：検出部
１２Ｃ：位相制御部
１２Ｄ：電流設定部
１３：トランス
１３ａ：一次コイル
１３ｂ：二次コイル
１４、１４ａ，１４ｂ：位相角調整部
１４Ａ：複数のタップ
１４Ｂ：切替スイッチ
１５：電源
１６：位相検出部
１７：同期制御部
１７Ａ：通電位相角演算部
１７Ｂ：印加電圧設定部
５１：ＳＣＲ逆並列回路
５２：鋼材
５３，６３：商用周波数電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに通電することによって熱処理する通電加熱装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の構造物、例えばセンターピラー、リィンフォースメントなどの強度を必要とする部材には、熱処理が施されている。左右幅が奥行き方向で等しい鋼材を通電により熱処理するには、鋼材の左端部、右端部にそれぞれ一枚の電極を配置し、電極間に電圧を印加すればよい。鋼材には一様な電流が流れるので、発熱量は鋼材の部位に拠らず均一となる。
【０００３】
しかしながら、左右幅が奥行き方向で異なる鋼材にあっては、鋼材の左端部に複数の電極を並べて配置し、鋼材の右端部に複数の電極を並べて配置し、鋼材の左右端部に配置した電極で対を構成し、各電極対間に等しい電流を流すことにより、鋼材を一様な温度に加熱している。このような技術は例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５８７５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、鋼材を熱処理する際には、通常、直流電源又は交流電源を使用している。交流電源は直流電源より設備コストが低く、エネルギー効率がよいので、交流電源が用いられていることが多い。しかしながら、特許文献１では、どのような電源を用いるかについては言及されていない。
【０００６】
左右幅が奥行きで異なる鋼材（以下、単に「ワーク」と呼ぶ。）に通電して熱処理する場合、次のようにする必要がある。説明の簡略化のために、図１５に示すように、ワークは左右幅が長い長尺部Ｗ１と左右幅が短い短尺部Ｗ２とに仮想的に区分可能なものとし、しかも、長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２の厚みが等しく、奥行き幅Ｄ１，Ｄ２が等しいとする。
【０００７】
長尺部Ｗ１は、短尺部Ｗ２の左右幅に等しい部位Ｗ１０と、その部位Ｗ１０の左側の部位Ｗ１１と、その部位Ｗ１０の右側の部位Ｗ１２とに仮想的に区分される。長尺部Ｗ１の左右端には所定の電圧を加える必要がある。ここで、所定の電圧とは、部位Ｗ１０の抵抗Ｒ１０と部位Ｗ１１の抵抗Ｒ１１と部位Ｗ１２の抵抗Ｒ１２との直列抵抗の和に対し、長尺部Ｗ１に通す電流Ｉ１を掛け算して求まる値である。部位Ｗ１０の両端の電位差Ｅ１０即ちＲ１０×Ｉ１が、短尺部Ｗ２の左右端の電位差Ｅ２、即ち短尺部Ｗ２の抵抗Ｒ２と短尺部Ｗ２に流れる電流Ｉ２との積に等しくなれば、長尺部Ｗ１から短尺部Ｗ２に電流が流れ込まない。
【０００８】
しかしながら、交流電圧に直流成分を加減して上下に推移することは難しい。そこで、交流電圧の正弦波を制御し、平均値、即ち一周期の電流の値が一周期で等しくなるように制御することが考えられる。
【０００９】
即ち、図１５に示すように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２の左端部、右端部にそれぞれ電極１０１，１０２，１０３，１０４を配置し、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加える電圧をｅ（ｔ）＝Ｅ0ｓｉｎωｔとして表した場合、その電圧の振幅Ｅ0を変えないで、電圧を印加するタイミングをずらして、一周期で流れる電流量の総和を長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２とで等しくする。なお、ωは角周波数であり、ｔは時間である。
【００１０】
さらに具体的に説明する。図１６に示すように、長尺部Ｗ１に加える電圧をｅ１（ｔ）とし、短尺部Ｗ２に加わる電圧をｅ２（ｔ）とし、商用電源を用いることを想定すると、ｅ１（ｔ）＝Ｅ１・ｓｉｎωｔ，ｅ２（ｔ）＝Ｅ２・ｓｉｎωｔと表される。電圧の振幅を等しくＥ１＝Ｅ２とし、長尺部Ｗ１に流れる電流ｉ１（ｔ）の一周期分の電流量の総和と短尺部Ｗ２に流れる電流ｉ２（ｔ）の一周期分の電流量の総和とを等しくする。換言すると、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２にそれぞれ加える電圧ｅ１（ｔ），ｅ２（ｔ）の振幅Ｅ１，Ｅ２は等しくし、電流ｉ１（ｔ），ｉ２（ｔ）の実効値が等しくなるようにする。
【００１１】
しかしながら、電圧の振幅Ｅ１，Ｅ２が等しく、長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２とで左端と右端との間の抵抗が異なるので、短尺部Ｗ２に加わる電圧は、長尺部Ｗ１に対して位相遅れΔｔが生じ、短尺部Ｗ２に流れる電流は、長尺部Ｗ１に流れる電流に対して位相遅れΔｔが生じる。すると、長尺部Ｗ１には電圧が印加されるが、短尺部Ｗ２には電圧が印加されない状態が存在する。このような状態では、図１７に矢印で示すように、長尺部Ｗ１から短尺部Ｗ２に対して電流が流れ込む。このような流れ込みが短尺部Ｗ２の左右端部と長尺部Ｗ１との境目に生じる。商用電源を用いると、この流れ込みが１秒間当たり５０回若しくは６０回生じるので、このような境目に熱が蓄積され、不均一な加熱となる。
【００１２】
このように、長尺部Ｗ１にのみ電流が流れる期間が生じ、長尺部Ｗ１から短尺部Ｗ２に電流が流れ込み、長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２との境界部位（図１７において点線で囲む領域）は、加熱されやすい。よって、均一な加熱処理が困難である。
【００１３】
そこで、本発明においては、均一に加熱処理することができる通電加熱装置及び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】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明における通電加熱装置は、ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすように並べて配置される複数の電極対と、ワークに流れる電流が設定値と一致するよう接続された電極対に電流を流す複数の電流制御部と、それぞれが電流制御部に接続され、電源からの電圧を調整して電流制御部と電極対とに加わる電圧を調整することにより、電流制御部から電極対に流れる電流の通電位相角を調整する複数の位相角調整部と、を備え、電流制御部から電極対に大きさと通電位相角とが調整された電流を流してワークを加熱することを特徴とする。
【００１５】
上記構成において、電極対の一方の電極と電流制御部との配線に電気的に結合される位相検出部と、この位相検出部からの検出信号を受けて通電位相角を算出し位相角調整部で調整されるべき電圧値を求める同期制御部とを、さらに備え、同期制御部で求めた電圧値を位相角調整部で設定する。
上記構成において、電流制御部は、電極対に接続されるＳＣＲ（Silicon Controlled Rectifier）逆並列回路と、電極対に流れる電流を検出する検出部と、検出部により検出した電流の大きさが設定値となるようＳＣＲ逆並列回路の通電位相角を制御する位相制御部と、を備える。
上記構成において、さらに、一次コイルと二次コイルとを含んで構成された複数のトランスを備え、トランス毎に、一次コイルに位相角調整部が接続され、かつ二次コイルに電流制御部を介在して電極対が接続されている。
上記構成において、位相角調整部は、二次コイルに生じる電圧を調整するために一次コイルに設けられた複数のタップと、複数のタップの何れか一つに接続を切り替える切替スイッチと、を含んで構成されているか、または、一次コイルに入力される電圧を調整するスライダックにより構成されている。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の通電加熱方法は、ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすよう複数の電極対を並べて配置し、複数の電極対からワークへの通電開始タイミングを通電位相角により制御し、それぞれ設定された電流を各電極対に流すことを特徴とする。ワークは左右幅が奥行き方向に異なる板材である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の通電加熱装置によれば、ワークの一端部及び他端部に対をなすように電極対を並べて配置し、電流制御部により設定された値の電流を電極対に流す。その際、位相角調整部により電流制御部に印加する電圧を調整する。よって、各電流制御部により電極対を経由してワークに流れる電流の密度及び通電開始タイミングを電極毎によらず所定の範囲内となるように制御することで、ワークの部位に拠らず均一に加熱することができる。つまり、左右幅が奥行き方向で異なるワークであっても、電極対の間に、所定の範囲内の密度の電流が流れ、しかもワークの左右幅が長い仮想領域からワークの左右幅が短い仮想領域へ電流が流れ込むことはなく、発熱量をワークの部位によらず均一にすることができる。ここで、所定の範囲とはワークが均一加熱されていると評価され得る範囲である。
【００１８】
本発明の通電加熱方法によれば、ワークの相対する一端部及び他端部に向き合って電極対が並べて配置され、各電極対からワークに通電開始タイミング、つまり通電開始時を通電位相角により制御して各電流を電極対を経由してワークに流すようにしている。よって、左右幅が奥行き方向で異なるワークであっても、電極対の間に流れる電流の密度が同一範囲となり、左右幅が長い仮想領域からワークの左右幅が短い仮想領域へ電流が流れ込み難く、発熱量をワークの部位によらずほぼ均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る通電加熱装置の構成図である。
【図２】商用周波数電源からＳＣＲ逆並列回路を経由して鋼材を通電加熱する際の回路構成図である。
【図３】図２に示す回路で鋼材に印加される電圧波形（左側のグラフ）とその物理的な意味を説明した波形（右側のグラフ）とを示す説明図である。
【図４】通電位相角と電圧出力比との関係を示したグラフである。
【図５】異形板を通電加熱したときに生じる通電位相角差を説明するための回路図である。
【図６】異形板を通電加熱したときに生じる通電位相角差を模式的に示す概念図である。
【図７】図１の変形例を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る通電加熱装置を示す図である。
【図９】実施例に関し、（Ａ），（Ｂ）は２００ｍｍ×５０ｍｍ×厚さｔ０．６ｍｍのＳ２５Ｃの鋼材に、９２０Ａを１０秒流したとき、鋼材の温度、両端の電圧についての加熱時間依存性を示すグラフである。
【図１０】実施例により通電加熱したワークの平面図である。
【図１１】（Ａ）は計測例２において短尺部と長尺部にそれぞれ流す電流の波形を模式的に示す図であり、（Ｂ）は計測例３乃至７において短尺部と長尺部にそれぞれ流す電流の波形を模式的に示す図である。
【図１２】位相角の差と第１乃至第３の測定点における温度差との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に関し加熱対象となるワークの平面図である。
【図１４】トランスの出力電圧と図１３に示すワークの各部位の両端に印加される電圧との関係を示す図である。
【図１５】本発明が解決しようとする課題において対象とするワークを模式的に示す平面図である。
【図１６】本発明が解決しようとする課題においてワークの左端部と右端部とに加える電圧と電流の波形を模式的に示し、（Ａ）は長尺部に印加する電圧、電流の波形、（Ｂ）は短尺部に印加する電圧、電流の波形を示す図である。
【図１７】本発明が解決しようとする課題を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の幾つかの実施形態を説明する。
【００２１】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る通電加熱装置の構成図である。第１実施形態に係る通電加熱装置１０は、電極対１１と電流制御部１２とトランス１３と位相角調整部１４とを備えている。
【００２２】
〔第１実施形態の全体的な構成〕
図１に示すように、各位相角調整部１４の入力側が並列に接続されており、その一端が図示しない制御盤を介在して、例えば商用周波数電源などの電源１５に接続され、その他端が接地されている。位相角調整部１４の出力側がトランス１３の一次コイル１３ａに接続されている。
【００２３】
各トランス１３の二次コイル１３ｂの一端は電流制御部１２を経由して電極対１１の一方の電極に接続され、各トランス１３の二次コイル１３ｂの他端は電極対１１の他方の電極に接続されている。トランス１３は、ワークＷに対して所定電流が流れるよう十分な電圧、即ち電流制御部１２から出力される所定電流とワークＷの抵抗値との積より高い電圧を出力する。
【００２４】
電流制御部１２は、ワークＷに流れる電流が設定値と一致するよう対応の電極対１１に電流を流す。この設定値は所定の電流密度がワークＷに流れるようワークＷの寸法に応じて定められる。電流制御部１２の構成については種々考えられるが、電流制御部１２は、例えば、ＳＣＲ（Silicon Controlled Rectifier）逆並列回路１２Ａと検出部１２Ｂと位相制御部１２Ｃとを含んで構成される。
【００２５】
ＳＣＲ逆並列回路１２Ａは例えば一組のサイリスタが逆並列に接続されて構成され、ＳＣＲ逆並列回路１２Ａの一端がトランス１３の二次コイル１３ｂの一端に接続され、ＳＣＲ逆並列回路１２Ａの他端が電極対１１に接続される。
【００２６】
検出部１２Ｂは変流器で構成され、ＳＣＲ逆並列回路１２Ａと電極対１１の一方の電極との配線に対して電気的に接続されて電極対１１に流れる電流を検出する。検出部１２Ｂによる検出信号が位相制御部１２Ｃに出力される。
【００２７】
位相制御部１２Ｃは、検出部１２Ｂからの検出信号の入力を受け、その検出信号から求まる電流実測値が電流設定部１２Ｄに設定されている値と等しくなるよう、ＳＣＲ逆並列回路１２Ａの通電位相角を制御する。つまり、電流実測値と設定値とを比較してその偏差によりＳＣＲ逆並列回路１２Ａの通電位相角を制御する。ここでの設定値はワークＷの各部位に流れる電流が等しくなるようにする。
【００２８】
ここで、電流制御部１２がトランス１３の出力側に設けられている意義について説明する。一般には、ＳＣＲ逆並列回路はトランスの一次側で制御を行った方が損失が小さい。しかし、本発明の実施形態のように、異形板、即ち左右幅、厚みの一方又は双方が奥行き方向で変化する部材を加熱する場合、複数のトランスの一端が並列接続されており、他のトランスからの出力がトランスの二次側に電流を流し込むなどの相互干渉が生じ、異形板の温度を制御することができない。そこで、トランスの二次側にＳＣＲの逆並列回路を接続し、トランス相互間の干渉を防止している。また、トランスの二次側の回路は電圧が小さく電流が大きいため損失が大きいものの、一次側にＳＣＲ逆並列回路を接続した場合と比べ、５〜８％の損失増加となるが、電力効率は９０％以上となる。この電力効率は、直流電源の効率８０〜８５％よりも大きいことから、電力効率が特に悪いわけではない。本発明の実施形態と異なり複数の交流電源を使用する場合には位相調整回路が煩雑となるが、本発明の実施形態ではそのようなことはない。
【００２９】
位相角調整部１４は、電源１５からの電圧を調整して各電流制御部１２から電極対１１に流れる電流の通電位相角を等しくする。詳細については後述する。
【００３０】
通電加熱装置１０により通電加熱されるワークＷとして、左右幅が奥行き方向に異なっている鋼材を想定する。詳細に説明すると、ワークＷの左右幅は離散的又は連続的に奥行き方向に異なっている。そこで、ワークＷを、左右幅が等しいとみなせる範囲で、奥行き方向に略直交する面で複数の部位に仮想的に区分する。例えば図１に示すように、左右幅が大きい長尺部Ｗ１と、左右幅が小さい短尺部Ｗ２に仮想的に区分する。区分数は２つである必要はなく、それ以上であってもよい。また、ワークをそれぞれ仮想区分した際、区分された各部位の左右端部は図１のように互いに非平行であっても平行であってもよい。
【００３１】
前述の電極対１１は仮想的に区分された数だけ備えている。図１の例では、区分数は２であるので、電極対１１Ａ,１１Ｂの２対を備える。電極対１１Ａの一方の電極１１ＡＬが長尺部Ｗ１の左端部に配置され、電極対１１Ａの他方の電極１１ＡＲが長尺部Ｗ１の右端部に配置される。電極対１１Ｂの一方の電極１１ＢＬが短尺部Ｗ２の左端部に配置され、電極対１１Ｂの他方の電極１１ＢＲが長尺部Ｗ１の右端部に配置される。このように、各電極対１１の一方の電極がワークＷの一区分の左端部に配置され、各電極対１１の他方の電極がワークＷの一区分の右端部に配置される。左右で対をなす電極対１１が奥行き方向に並べて配置される。ここで、各電極１１ＡＬ，１１ＡＲ,１１ＢＬ，１１ＢＲは、ワークＷの各区分領域において奥行き全幅に跨るように配置されることが好ましい。これにより電流が各領域で左右方向に均一に流れる。
【００３２】
本発明の実施形態では、電流制御部１２及び位相角調整部１４によりワークＷに周期的に通電する際、その半周期分の通電開始時として通電位相角を調整し、ワークＷに対して複数の電極対１１からワークＷに対してワーク中での電流密度が等しいと評価される大きさの電流を流してワークを通電加熱する。好適には、電流制御部１２及び位相角調整部１４により、ワークＷの場所によらず、ワークＷに周期的に通電する際その半周期分における通電開始時と通電終了時とをそれぞれワークＷの場所によらずに等しいと評価されるよう同じタイミングでワークＷに対して複数の電極対１１からワークＷに電流を流す。ここで、「同じタイミング」とは、通電半周期分における通電開始時が半周期の時間に対して１〜２割の範囲内であることを意味する。ＳＣＲ逆並列回路１２Ａを用いているので、通電終了時はワークＷの部位毎に同じとなる。以下詳細に説明する。
【００３３】
〔ＳＣＲ逆並列回路の通電位相角と出力との関係〕
電流制御部１２及び位相角調整部１４の機能を説明する前提として、ＳＣＲ逆並列回路の通電位相角と出力との関係について説明する。図２は商用周波数電源からＳＣＲ逆並列回路を経由して鋼材を通電加熱する際の回路構成図である。図３は図２に示す回路で鋼材に印加される電圧波形（左側のグラフ）とその物理的な意味を説明した波形（右側のグラフ）とを示す説明図である。図３の何れの波形の横軸はωｔであり、縦軸は電圧強度である。なお、ωは角周波数で、ｔは時間である。
【００３４】
図２に示すように、ＳＣＲ逆並列回路５１に対して負荷抵抗ｒの鋼材５２と商用周波数電源５３とが直列接続されているとする。ＳＣＲ逆並列回路５１から鋼材５２に印加される電圧波形は、図３に示すように一周期の前半では角度αからπまでの間で、（√２）Ｅ0ｓｉｎωｔの電圧が印加される。図中、Ｅ0は電源電圧の実効値であり、ＥeはＳＣＲ逆並列回路５１からの出力電圧の実効値、αは位相角、ｉは出力電流の実効値である。このことから、ＳＣＲ逆並列回路５１の出力は次式により通電位相角αを変化させることによって制御される。
【数１】
【数２】
【００３５】
図４は式（１）について通電位相角αと出力比ａ＝Ｅe／Ｅ0との関係を示したグラフである。横軸は通電位相角α（度）であり、縦軸は出力比ａである。図のように、通電位相角αと出力比ａとは一対一に対応し、両者は負の相関関係がある。
【００３６】
〔異形板を通電加熱したときに生じる通電位相角差について〕
いま、左右幅が奥行き方向に異なる異形板を通電加熱することを検討する。図５に示すように、異形板であるワークＷが長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２とからなっており、長尺部Ｗ１は左右幅がＬ１で断面積がＡ１であり、短尺部Ｗ２は左右幅がＬ２で断面積がＡ２であるとする。このようなワークＷに対し電極６１ＡＬ,６１ＡＲ、６１ＢＬ,６１ＢＲが長尺部Ｗ１、短尺部Ｗ２の左端部、右端部にそれぞれ配置されている。そして、長尺部Ｗ１の左端部に配置した電極６１ＡＬとＳＣＲ逆並列回路６２Ａの出力端とが接続され、短尺部Ｗ２の左端部に配置した電極６１ＢＬとＳＣＲ逆並列回路６２Ｂの出力端とが接続され、ＳＣＲ逆並列回路６２Ａ,６２Ｂの各入力端が商用周波数電源６３の一端に接続され、長尺部Ｗ１の右端部に配置した電極６１ＡＲと短尺部Ｗ２の右端部に配置した電極６１ＢＲとが商用周波数電源６３の他端に接続されている。
【００３７】
説明を簡略化するために、長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２の何れの断面積Ａ１，Ａ２がＡで等しいとし、Ｌ１＞Ｌ２の関係を有して左右幅が異なっているとする。このようなワークＷに所定の電流を通電すると、ＳＣＲ逆並列回路６２Ａ,６２Ｂから電極対に印加される出力電圧Ｅe1，Ｅe2との間には、次に説明するように、通電位相角差が生じる。
【００３８】
ワークＷの抵抗率をρとすると、長尺部Ｗ１の抵抗ｒ１はＬ１×ρ／Ａ１で表され、短尺部Ｗ２の抵抗ｒ２はＬ２×ρ／Ａ２で表される。ここで、Ａ１＝Ａ２＝Ａであり、Ｌ１＞Ｌ２であるから、ｒ１＞ｒ２となる。一方、長尺部Ｗ１、短尺部Ｗ２の電源側電圧Ｅ01，Ｅ02は何れもＥ01＝Ｅ02＝Ｅ0の関係を満たし、長尺部Ｗ１に流れる電流ｉ１，短尺部Ｗ２に流れる電流ｉ２はｉ１＝ｉ２＝ｉで等しいとする。よって、長尺部Ｗ１、短尺部Ｗ２に出力される出力電圧Ｅe1，Ｅe2はｒ１×ｉ，ｒ２×ｉから、長尺部Ｗ１で生じる出力電圧Ｅe1（＝ｒ１×ｉ）＞短尺部Ｗ２で生じる出力電圧Ｅe2（＝ｒ２×ｉ）となる。よって、長尺部Ｗ１における出力比ａ１（＝Ｅe1／Ｅ0）が、短尺部Ｗ２における出力比ａ２（＝Ｅe2／Ｅ0）よりも大きい。ここで、図４を参照して説明したように通電位相角αと出力比ａとは負の相関関係にある。以上のことから、図６に示すように、長尺部Ｗ１の位相角α１よりも短尺部Ｗ２の位相角α２が大きく（α１＜α２）、長尺部Ｗ１に出力される電圧開始が短尺部Ｗ２に出力される電圧開始時よりも早くなる。
【００３９】
このように、共通の商用周波数電源６３から各ＳＣＲ逆並列回路６２Ａ,６２Ｂを経由して長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２との各電極対に電流を流すと、通電位相角でα１とα２との間だけ長尺部Ｗ１だけに電流が流れている。すると、均一に昇温することができない。
【００４０】
〔通電位相角差が生じないようにするための調整〕
そこで、本発明の実施形態においては、通電位相角α１を基準にし、長尺部Ｗ１における通電位相角α１に短尺部Ｗ２における通電位相角α２が一致するよう、長尺部Ｗ１における出力比ａ１（＝Ｅe1／Ｅo）と短尺部Ｗ２における出力比ａ２（＝Ｅe2／Ｅo）とを等しくする。そのためには、短尺部Ｗ２の電源側電圧Ｅ02を、Ｅ02＝Ｅe2／ａ１とする。
【００４１】
具体的には、ワークＷのうち最も長い部位（前述の例では長尺部Ｗ１）の通電位相角と、ワークＷのうち最長の部分を含まない各部位（前述の例では短尺部Ｗ２）で生じる電圧Ｅe2とが既知であれば、長尺部Ｗ１の通電位相角α１から上記式（１）の関係式を用いて長尺部への出力電圧Ｅe1の値を求め、電源側の電圧Ｅoの比から出力比ａ１（Ｅe1／Ｅo）が求まるので、短尺部Ｗ２のＳＣＲ逆並列回路６２Ｂに入力される電圧Ｅ02（「電源側電圧」と称する。）が、Ｅo2＝Ｅe2／ａ１より求まる。
【００４２】
図１に示す回路図においては、長尺部Ｗ１を通電するために位相角調整部１４ａからＳＣＲ逆並列回路１２Ａに対しＥ01（＝Ｅe1／ａ１）の電圧を印加すると、短尺部Ｗ２を通電するためにＳＣＲ逆並列回路１２Ａに対しＥ02＝Ｅe2／ａ１＝（Ｅe2／Ｅe1）・Ｅo1の電圧を印加するように、位相角調整部１４ｂを調整する。
【００４３】
位相角調整部１４ｂが図１に示すようにスライダックを含んで構成され、スライダックの入力側に電源１５が接続され、スライダックの出力側に一次コイル１３ａが接続されている場合、スライダーの位置を調整すればよい。これにより、短尺部Ｗ２に接続されている電流制御部１２に対し所定の電圧が印加される。
【００４４】
図７は図１の変形例を示す図である。図７に示す回路図では、位相角調整部１４が複数のタップ１４Ａと切替スイッチ１４Ｂとを含んで構成されている点で図１と相違する。複数のタップ１４Ａが一次コイル１３ａに間隔をあけて取り付けられ、切替スイッチ１４Ｂは一端が電源１５に接続されている。この場合、切替スイッチ１４Ｂにより複数のタップ１４Ａの何れかを選択する。これにより、短尺部Ｗ２に接続されている電流制御部１２に対し所定の電圧が印加される。
【００４５】
以上の説明では、ワークＷのうち最も長い部位（前述の例では長尺部Ｗ１）の通電位相角と、ワークＷのうち最長の部分を含まない各部位（前述の例では短尺部Ｗ２）で生じる電圧Ｅe2とが既知である場合を前提としている。これらが未知である場合，即ちワークＷの電気的な性質が未知である場合には図１に示す構成を次に説明するように変更すればよい。
【００４６】
〔第２実施形態〕
図８は、本発明の第２実施形態に係る通電加熱装置を示す図である。第２実施形態に係る通電加熱装置２０は図１に示す構成とは同期制御部及び位相検出部の有無の点で相違している。図１と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
位相検出部１６は、電流制御部１２と電極１１ＡＬ,１１ＢＬとの間の配線に電気的に結合されている。位相検出部１６は例えば変成器（Potential Transformer）で構成され、この配線に加わっている電圧を検出し、検出信号として同期制御部１７に出力する。
【００４８】
同期制御部１７は、通電位相角演算部１７Ａと印加電圧設定部１７Ｂとを含んで構成されている。通電位相角演算部１７Ａは、各位相検出部１６からの検出信号の入力を受け通電位相角α１，α２を求める。印加電圧設定部１７Ｂには、前述の式（１）の関係、即ち、通電位相角と出力比との関係がデータとして格納されており、通電位相角演算部１７Ａから通電位相角α１、α２のデータが入力されると、それに伴い出力比ａ１，ａ２を計算する。
【００４９】
位相角調整部１４の入力側は、電源１５に接続された切替スイッチ１４Ｂの一端に接続されている。位相角調整部１４の出力側には、トランス１３からの出力電圧Ｅ01,Ｅ02が既知であってその既知の値を離散的に選択することができるよう一次コイル１３ａに複数のタップ１４Ａが並列に接続されている。これら複数のタップ１４Ａを切替スイッチ１４Ｂにより選択することができるよう、印加電圧設定部１７Ｂは、計算した出力比ａ１，ａ２に基いてどのタップを選択するかに応じて、切替スイッチ１４Ｂを動作するための制御信号を切替スイッチ１４Ｂに出力する。
【００５０】
未知のワークＷに対しては、位相角調整部１４の切替スイッチ１４Ｂを任意のタップを選択するように初期設定し、ワークＷの各電極対に所定の電流を流す。すると、同期制御部１７において、通電位相角演算部１７Ａにより通電位相角α１、α２を求め、印加電圧設定部１７Ｂにより出力比ａ１，ａ２を求める。
【００５１】
その後、位相角調整部１４により、一次コイル１３ａの入力電圧の設定がＥo1a，Ｅo2aとなるように設定して位相角差α１−α２が生じた場合には、長尺部Ｗ１を基準にしたときのＳ２の切替スイッチ１４Ｂの設定電圧Ｅx2がＥo2a×ａ２／ａ１で求まる値となるよう切替スイッチ１４Ｂを制御して、Ｅx2に対応するタップを選択する。
【００５２】
位相角調整部１４がスライダックで構成されている場合には、スライダーを電圧Ｅx2に該当する位置まで摺動すればよい。なお、印加電圧設定部１７Ｂが直接切替スイッチを制御することなく、印加電圧設定部１７Ｂに内蔵されたモニターに、印加されるべき入力側電圧Ｅxの値そのもの又はそれを指標するものが表示され、作業者が手動でその表示された値などに対応するようスライダックや切替スイッチを調整するようにしてもよい。
以上のように、位相角調整部１４によって電源１５から電流制御部１２に加わる電圧を調整することで、電流制御部１２から電極対１１に流れる通電位相角を調整する。よって、位相角調整部１４は、単なる電圧調整部ではないが、一般的には電圧調整部と呼んでも差し支えない。
【００５３】
ここで、位相調整タイミングについて言及する。鋼材を定電流で通電加熱すると昇温と共に抵抗が変化し電圧も上昇する。このため、低温時では通電位相角を大きくして電圧を減らし、高温になるに従い位相角を小さくすることが好ましい。そこで、最高昇温時における通電位相角は、電圧変動などを考慮し、６０°〜７０°近辺に設定されるのが好ましい。位相調整は、未知の鋼材に対して運転開始時に位相調整を行えばよく、常時調整する必要はない。そこで、鋼材の材質を換える場合にはデータを保存しておき、開始時に設定する。
【実施例】
【００５４】
実際に鋼材を通電加熱することにより、長尺部に加える電源側電圧の値、短尺部の設定電圧の許容範囲について検証した。
【００５５】
〔ワークの長尺部に加える電源電圧の決定法〕
ワークの最も長い部分、すなわち長尺部の電源電圧をどのように決定するかについて検討した。２００ｍｍ×５０ｍｍ×厚さｔ０．６ｍｍのＳ２５Ｃの鋼材に、定電流９２０Ａを１０秒間流した。図９（Ａ），（Ｂ）は、２００ｍｍ×５０ｍｍ×厚さｔ０．６ｍｍのＳ２５Ｃの鋼材に、９２０Ａを１０秒流したとき、鋼材の温度、両端の電圧についての加熱時間依存性を示すグラフである。横軸は何れも時間（１０-2秒）であり、（Ａ）の縦軸は温度（℃）、（Ｂ）の縦軸は電圧（Ｖ）である。図９に示すように、一般に鋼材を通電加熱すると温度上昇と共に抵抗が上昇する。このため、定電流を維持するためには加熱最終の抵抗値に十分通電できる電源側電圧を設定しなければならない。
【００５６】
そこで、基準となる長尺部Ｗ１の電源側の電圧は電圧変動を加味して通電位相角が６０〜７５°となるよう設定されることが好ましい。例えば、通電位相角を７０°とすると、式（１）又は図４より、出力比ａは０．８４となる。１０秒間加熱したときの鋼材に加わる電圧が７Ｖであるので、長尺部の電源側電圧Ｅ01は、７Ｖ／０．８４から８．３Ｖと決定される。
【００５７】
〔長尺部以外の短尺部側の設定電圧の許容範囲〕
短尺部側の設定電圧の許容範囲について検討した。長尺部Ｗ１と短尺部Ｗ２とを有するワークＷを次の要領で通電加熱した。図１０はワークＷの平面図である。ワークＷの寸法は次の通りである。長尺部Ｗ１、短尺部Ｗ２の何れも奥行き幅Ｄが５０ｍｍで、厚みｔが０．６ｍｍであるが、長尺部Ｗ１の左右幅Ｌ１が２２０ｍｍであり、短尺部Ｗ２の左右幅Ｌ２が１６４ｍｍであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２の左端部、右端部にそれぞれ左右幅３ｍｍ、奥行き幅５０ｍｍの電極６１ＡＬ，６１ＡＲ，６１ＢＬ，６１ＢＲをそれぞれ配置した。長尺部Ｗ１に流れる電流を９０°（５ｍ秒）の位相角に固定した。
【００５８】
（計測例１）
短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを９０°（５ｍ秒）の位相角となるようにした。加熱時間は１６秒であり、加熱開始後１３秒経過したときの位相差を測定した。
ワークＷの長尺部Ｗ１の右端から２０ｍｍの位置で、長尺部Ｗ１の奥端から順に１０ｍｍ，２５ｍｍ、４０ｍｍの箇所を第１、第２、第３の測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３とし、また、左右両端から等距離にある中心軸上で、短尺部Ｗ２の奥端から順に２０ｍｍ、５０ｍｍ、８０ｍｍの箇所を第４，第５、第６の測定点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６とし、各測定点に熱電対を配置して、加熱開始から１３秒経過したときの温度をそれぞれ測定した。
【００５９】
長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧は上述条件となるようスライダックにより調整した。長尺部Ｗ１に流れた電流は８０１Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０７Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．６Ｖ，１１．２Ｖであった。長尺部Ｗ１に流れた電流と短尺部Ｗ２に流れた電流の位相差はゼロであった。
【００６０】
〔計測例２〕
計測例２では、図１１（Ａ）に示すように、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より０．４４（ｍ秒）遅くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００６１】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０２Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０８Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．１Ｖ，１３．７８Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が＋０．４４ｍｓであった。
【００６２】
〔計測例３〕
計測例３では、図１１（Ｂ）に示すように、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より０．５０４ｍ秒早くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００６３】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０２Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０７Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．５Ｖ，９．８９Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が−０．５０４ｍ秒であった。
【００６４】
〔計測例４〕
計測例４では、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より０．６２ｍ秒早くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００６５】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０２Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０８Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．１２Ｖ，９．８１Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が−０．６２ｍｓであった。
【００６６】
〔計測例５〕
計測例５では、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より０．９２ｍ秒早くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００６７】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０１Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０７Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．１４Ｖ，９．２２Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が−０．９２ｍｓであった。
【００６８】
〔計測例６〕
計測例６では、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より１．１８ｍ秒早くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００６９】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０１Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０７Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．１５Ｖ，８．５５Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が−１．１８ｍｓであった。
【００７０】
〔計測例７〕
計測例７では、短尺部Ｗ２に流す電流のタイミングを、長尺部Ｗ１への通電より１．９６ｍ秒早くした。また、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に流れる電流が計測例１と同じになるように、長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧をスライダックにより調整した。
【００７１】
長尺部Ｗ１に流れた電流は８０２Ａであり、短尺部Ｗ２に流れた電流は８０７Ａであった。長尺部Ｗ１，短尺部Ｗ２に加わる電圧Ｅ１，Ｅ２は１３．０７Ｖ，７．２６Ｖであった。短尺部Ｗ２に流れた電流は長尺部Ｗ１に流れた電流に対して位相差が−１．９６ｍｓであった。
【００７２】
表１は、計測例１乃至７における通電条件と、第１乃至第６の各測定点における温度をまとめたものである。表１には、第１乃至第３の測定点における温度差と、第４乃至第６の測定点における温度差を計算して示してある。なお、表中、長尺電流とは長尺部Ｗ１に流れる電流、短尺電流とは短尺部Ｗ２に流れる電流、長尺電圧とは長尺部Ｗ１の両端に加わる電圧、短尺電圧とは短尺部Ｗ２の両端に加わる電圧である。また、表中には、電源周波数が５０Ｈｚであるので、ｍ秒単位の位相差を度単位の位相差に変換した値について位相角差［°］として示しており、第１乃至第３の測定点における温度差につき、計測例１の温度差を基準としたときの計測例２乃至計測例７の温度差も「温度差［℃］」として示している。
【００７３】
【表１】
【００７４】
図１２は、位相角の差と第１乃至第３の各測定点における温度差との関係を示す図である。横軸は位相角差（°）であり、縦軸は温度差（℃）を示している。
【００７５】
長尺部Ｗ１に流す電流開始の位相に比べ短尺部Ｗ２に流す電流開始の位相が遅い、所謂遅れ位相であっても（図１１（Ａ）参照）、長尺部Ｗ１に流す電流開始の位相と比べ短尺部Ｗ２に流す電流開始の位相が早い、所謂進み位相であっても（図１１（Ｂ）参照）、温度差が広がる。進み位相よりも遅れ位相の方が、位相角差の大きさが同じでも、温度差が広くなることが分かった。
【００７６】
以上の結果から、温度分布の許容温度差が３０℃以内であれば、遅れ位相差１５°〜進み位相差１０°の範囲で、許容温度差が５０℃以内であれば、遅れ位相差３５°〜進み位相差１７°の範囲であればよいことが分かった。
【００７７】
このことから、ワークを均一に加熱する場合には位相差がゼロであることが好ましい。図１、図７及び図８に示す通電加熱装置１０，２０において、電流制御部１２及び位相角調整部１４により、ワークＷの場所によらず、ワークＷに周期的に通電する際その半周期分における通電開始時をワークＷの場所によらずに等しいと評価されるよう同じタイミングでワークＷに対して複数の電極対１１からワークＷに等しい電流を流せばよい。ここで、「同じタイミング」とは、通電半周期分における通電開始時が半周期の時間に対して１〜２割の範囲内のズレまで含めてもよいと考えられる。その理由は次の通りである。今電源周波数が５０Ｈｚであるので一周期は２０ｍｓである。よって半周期単位において、短い部位への通電開始時が長い部位への通電開始時よりも２ｍｓ遅れても、また、短い部位への通電開始時が長い部位への通電開始時よりも１ｍｓ早くなっても、温度差が５０℃以内に収まるからである。
【００７８】
以上の結果を踏まえると、異形板加熱における通電位相角差による温度変化では、短尺部と長尺部との位相差をΔα（＝α２−α１）とすると、Δαが＋５°〜−１５°のとき温度差が１０℃となり、Δαが＋１０°〜−２０°のとき温度差が３０℃となる。よって、長尺部以外の部位、即ち短尺側の設定電圧は、対象加熱物の温度許容範囲を満足するような電圧範囲となればよい。
また、基準となるα１よりも小さめのα２となる電圧を与えると、位相差による温度変化が小さいことが分かった。
【００７９】
さらに、図４から、長尺部の通電位相角が７０度のとき、短尺部側の電源電圧がＥ02で同期する場合、短尺部の出力電圧Ｅe2は、Ｅ02×０．８４となる。
短尺部側に５％低い電源側電圧（Ｅd＝Ｅ02×０．９５）を与えると、短尺部の出力電圧Ｅe2は、Ｅe2＝Ｅ02×０．８４となり、Ｅe2＝Ｅd×ａｄとすると、ＥdのときＥe2を出力するための出力比ａｄは、Ｅ02×０．８４／Ｅd＝（Ｅ02×０．８４）／（Ｅ02×０．９５）＝０．８８となる。
逆に、短尺部側に５％高い電源側電圧（Ｅu＝Ｅ02×１．０５）を与えると、短尺部の出力電圧Ｅe2は、Ｅe2＝Ｅ02×０．８４となり、Ｅe2＝Ｅu×ａｕとすると、ＥuのときＥe2を出力するための出力比ａｕは、Ｅ02×０．８４／Ｅu＝（Ｅ02×０．８４）／（Ｅ02×１．０５）＝０．８となる。
ここで、出力比ａｄ＝０．８８のとき、図４から、α2d＝６４°である。よって、Δα＝α2d−α１＝６４°−７０°＝−６°となる。また、出力比ａｕ＝０．８のとき、図４から、α2d＝７７°である。よって、Δα＝α2d−α１＝７７°−７０°＝＋７°となる。
この結果と図１２とを併せて判断すると、短尺部の電源に５％低い電圧を与えると、６°位相が進み、温度差が７℃となる。また、短尺部の電源に５％高い電圧を与えると、＋７°位相が遅れ、温度差が２０℃となる。このようにして、ワークに許容される温度差から設定電圧を精度よく求めることができる。
【００８０】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、左右幅が奥行き方向に異なるワークを均一に加熱することができる。上記実施例では、電極対は銅で成形したものを用いたが、ステンレスや鋳鉄で成形したものを用いることで、ワークから電極に伝わる熱量が減り、より均一に加熱されることを確認した。
【００８１】
本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、発明の範囲を逸脱しない範囲内で種々設計変更した形態が含まれる。
【００８２】
例えば、図１３に示すように、ワークＷを、左右幅がＬ１の第１の部位と、左右幅がＬ２の第２の部位、左右幅がＬ３の第３の部位となるよう仮想的に３つに区分した場合、前述と同様に各部位の左端部と右端部とにそれぞれ電極を配置し、左右幅が最も長い第１の部位に印加する電圧を基準にしてその他の第２、第３の部位の各電極対に印加する電圧を次の要領で求めることができる。図１４はトランスの出力電圧とワークの各部位の両端に印加される電圧との関係を示す。横軸は出力電圧、即ちワークの各部位の両端に印加される電圧（Ｖ）であり、縦軸はトランスの出力電圧、即ち電源側電圧（Ｖ）である。
【００８３】
第１ステップとして、左右幅が最も大きい第１の部位Ｗ１１に対する電源側電圧Ｅ１を決定し、この第１の部位Ｗ１１の左右端間に印加される電圧ｅ１を求める。Ｅ１からｅ１を求める際には、通電試験により実効値を測定して行ってもよいし、計算で求めてもよい。
【００８４】
第２ステップとして、電源側電圧Ｅ１と第１の部位Ｗ１１間に印加される電圧ｅ１との出力比ａをｅ１／Ｅ１として求める。
【００８５】
第３ステップとして、第２ステップで求めた出力比ａに基づいて、図４を参照して対応する位相角αを求める。
【００８６】
第４ステップとして、その他の部位Ｗ１２，Ｗ１３にそれぞれ印加されるべき電圧ｅ２，ｅ３を求める。均一に加熱するので、ｅ２＝ｅ１×（Ｌ２／Ｌ１），ｅ３＝ｅ１×（Ｌ３／Ｌ１）の関係から求めることができる。
【００８７】
第５ステップとして、第４ステップで求めた電圧ｅ２，ｅ３に基づいて、図１４に示す直線のうち第３ステップで求めた位相角αの直線より、部位Ｗ１２，Ｗ１３に対する電源側電圧Ｅ２，Ｅ３を求める。
【００８８】
本発明の実施形態では、ワークの部位毎の左右幅、厚み、奥行き幅など寸法データを格納したデータベースを備え、スライダックの位置や切替スイッチに関する情報をモニターに表示し、電極対に印加する電圧を設定できるようにしてもよい。また、本発明においては、ワークは、例えば鋼材など通電加熱できる素材で作製されたものであればよく、左右幅が奥行き方向で変化していれば、如何なる形状のものであってもよい。特に、ワークが板材である場合には、熱間プレス成形する際に本発明の通電加熱方法は使用され得る。
【符号の説明】
【００８９】
１０，２０：通電加熱装置
１１：電極対
１１ＡＬ，１１ＡＲ，１１ＢＬ，１１ＢＲ，６１ＡＬ，６１ＡＲ，６１ＢＬ，６１ＢＲ：電極
１２：電流制御部
１２Ａ，６２Ａ，６２Ｂ：ＳＣＲ逆並列回路
１２Ｂ：検出部
１２Ｃ：位相制御部
１２Ｄ：電流設定部
１３：トランス
１３ａ：一次コイル
１３ｂ：二次コイル
１４、１４ａ，１４ｂ：位相角調整部
１４Ａ：複数のタップ
１４Ｂ：切替スイッチ
１５：電源
１６：位相検出部
１７：同期制御部
１７Ａ：通電位相角演算部
１７Ｂ：印加電圧設定部
５１：ＳＣＲ逆並列回路
５２：鋼材
５３，６３：商用周波数電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすように並べて配置される複数の電極対と、
上記ワークに流れる電流が設定値と一致するよう接続された上記電極対に電流を流す複数の電流制御部と、
それぞれが上記電流制御部に接続され、電源からの電圧を調整して該電流制御部と上記電極対とに加わる電圧を調整することにより、上記電流制御部から上記電極対に流れる電流の通電位相角を調整する複数の位相角調整部と、
を備え、
上記電流制御部から上記電極対に大きさと通電位相角とが調整された電流を流して上記ワークを加熱する、通電加熱装置。
【請求項２】
前記電極対の一方の電極と前記電流制御部との配線に電気的に結合される位相検出部と、該位相検出部からの検出信号を受けて通電位相角を算出し前記位相角調整部で調整されるべき電圧値を求める同期制御部とを、さらに備え、
上記同期制御部で求めた電圧値を前記位相角調整部で設定する、請求項１に記載の通電加熱装置。
【請求項３】
前記電流制御部は、前記電極対に接続されるＳＣＲ（Silicon Controlled Rectifier）逆並列回路と、前記電極対に流れる電流を検出する検出部と、該検出部により検出した電流の大きさが設定値となるよう上記ＳＣＲ逆並列回路の通電位相角を制御する位相制御部と、を備える、請求項１に記載の通電加熱装置。
【請求項４】
さらに、一次コイルと二次コイルとを含んで構成された複数のトランスを備え、
上記トランス毎に、上記一次コイルに前記位相角調整部が接続され、かつ上記二次コイルに前記電流制御部を介在して前記電極対が接続されている、請求項１に記載の通電加熱装置。
【請求項５】
前記位相角調整部は、前記二次コイルに生じる電圧を調整するために前記一次コイルに設けられた複数のタップと、該複数のタップの何れか一つに接続を切り替える切替スイッチと、を含んで構成されている、請求項４に記載の通電加熱装置。
【請求項６】
前記位相角調整部は、前記一次コイルに入力される電圧を調整するスライダックにより構成されている、請求項４に記載の通電加熱装置。
【請求項７】
ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすよう複数の電極対を並べて配置し、
上記複数の電極対から上記ワークへの通電開始タイミングを通電位相角により制御し、それぞれ設定された電流を各上記電極対に流す、通電加熱方法。
【請求項８】
前記ワークは左右幅が奥行き方向に異なる板材である、請求項７に記載の通電加熱方法。
【請求項１】
ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすように並べて配置される複数の電極対と、
上記ワークに流れる電流が設定値と一致するよう接続された上記電極対に電流を流す複数の電流制御部と、
それぞれが上記電流制御部に接続され、電源からの電圧を調整して該電流制御部と上記電極対とに加わる電圧を調整することにより、上記電流制御部から上記電極対に流れる電流の通電位相角を調整する複数の位相角調整部と、
を備え、
上記電流制御部から上記電極対に大きさと通電位相角とが調整された電流を流して上記ワークを加熱する、通電加熱装置。
【請求項２】
前記電極対の一方の電極と前記電流制御部との配線に電気的に結合される位相検出部と、該位相検出部からの検出信号を受けて通電位相角を算出し前記位相角調整部で調整されるべき電圧値を求める同期制御部とを、さらに備え、
上記同期制御部で求めた電圧値を前記位相角調整部で設定する、請求項１に記載の通電加熱装置。
【請求項３】
前記電流制御部は、前記電極対に接続されるＳＣＲ（Silicon Controlled Rectifier）逆並列回路と、前記電極対に流れる電流を検出する検出部と、該検出部により検出した電流の大きさが設定値となるよう上記ＳＣＲ逆並列回路の通電位相角を制御する位相制御部と、を備える、請求項１に記載の通電加熱装置。
【請求項４】
さらに、一次コイルと二次コイルとを含んで構成された複数のトランスを備え、
上記トランス毎に、上記一次コイルに前記位相角調整部が接続され、かつ上記二次コイルに前記電流制御部を介在して前記電極対が接続されている、請求項１に記載の通電加熱装置。
【請求項５】
前記位相角調整部は、前記二次コイルに生じる電圧を調整するために前記一次コイルに設けられた複数のタップと、該複数のタップの何れか一つに接続を切り替える切替スイッチと、を含んで構成されている、請求項４に記載の通電加熱装置。
【請求項６】
前記位相角調整部は、前記一次コイルに入力される電圧を調整するスライダックにより構成されている、請求項４に記載の通電加熱装置。
【請求項７】
ワークの相対する一端部及び他端部に対をなすよう複数の電極対を並べて配置し、
上記複数の電極対から上記ワークへの通電開始タイミングを通電位相角により制御し、それぞれ設定された電流を各上記電極対に流す、通電加熱方法。
【請求項８】
前記ワークは左右幅が奥行き方向に異なる板材である、請求項７に記載の通電加熱方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−９３２４９（Ｐ２０１３−９３２４９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５５２５（Ｐ２０１１−２３５５２５）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（３９００２９０８９）高周波熱錬株式会社 (288)
【Ｆターム（参考）】
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