JP2013212520A - 通電加熱方法及び熱間プレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通電加熱によって被加熱部材を加熱する際に、非矩形状に形成された被加熱部材や、厚さが電極間の通電方向において異なる被加熱部材に所望の温度分布を作成する。
【解決手段】互いに離間する一対の電極を取り付けて通電することにより、被加熱部材を加熱する通電加熱方法であって、所定形状に形成された板状の被加熱部材を用意するステップと、被加熱部材の予加熱条件を決定するステップと、予加熱条件に従って被加熱部材を予加熱し、被加熱部材に一対の電極を取り付けるステップと、予加熱された被加熱部材の温度状態が維持された状態で電極間を通電するステップとを含み、被加熱部材の予加熱条件を決定するステップでは、通電によって被加熱部材に目標の温度分布が作成されるように予加熱条件を決定することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、通電加熱によって被加熱部材を加熱する通電加熱方法及び前記通電加熱方法によって加熱された被加熱部材をプレス成形する熱間プレス成形方法に関する。

例えば自動車等の車体に使用される鋼板等の板状素材（被加熱部材）は、プレス成形によって所定形状に成形して使用することが一般的に行われている。また、車体の軽量化や高強度化等を図るために高張力鋼板等の被加熱部材を用いる場合、該部材を加熱し、成形性を高めた上でプレス成形する熱間プレス成形が行われている。

このように被加熱部材を加熱してプレス成形する場合、成形サイクルタイムを短縮するために被加熱部材を迅速に加熱することが求められている。かかる要求に対し、被加熱部材の両端部に電極を取り付けて両電極間を通電することにより、被加熱部材に生じるジュール熱によって迅速に該部材を加熱する通電加熱方法が知られている。

しかしながら、通電加熱において、非矩形状に形成された被加熱部材や、厚さが電極間の通電方向において異なる被加熱部材を用いる場合、通電方向において断面積が異なる。それゆえ、被加熱部材の加熱温度にバラツキが生じ、プレス成形時に部材の伸びや成形品の強度等にバラツキが生じる場合がある。

また、最終製品に要求される機械特性や後加工の効率性等の観点から、被加熱部材に所望の温度分布を作成したい場合もある。

これに対し、非矩形状に形成された被加熱部材に所望の温度分布を設けるために、例えば特許文献１には、被加熱部材の相対向する長手方向の辺部に、該方向と直交する方向に相対する一対の電極を複数対取り付けて、電極対ごとに通電量を調節する方法が開示されている。

また、例えば特許文献２には、幅方向端部が１５度以上９０度以下の角度で傾斜した電流密度変化部を被加熱部材の両端と中央部との間に設定して温度分布を制御する方法が開示されている。

特開２００２−２４８５２５号公報 特開２００９−２７４１２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、部材の形状に応じて非常に多くの電極を準備する必要があり、非常にコスト高となる。また、特許文献２に記載された方法では、被加熱部材の形状に温度分布が依存しているため、被加熱部材の形状によっては、被加熱部材に所望の温度分布を設けることができない。

そこで、本発明は、通電加熱によって被加熱部材を加熱する際に、非矩形状に形成された被加熱部材や、厚さが電極間の通電方向において異なる被加熱部材に所望の温度分布を作成することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に係る発明は、被加熱部材に互いに離間する一対の電極を取り付けて通電することにより、前記被加熱部材を加熱する通電加熱方法であって、所定形状に形成された板状の被加熱部材を用意するステップと、前記被加熱部材の予加熱条件を決定するステップと、決定した予加熱条件に従って前記被加熱部材を予加熱し、該被加熱部材に一対の電極を取り付けるステップと、予加熱された前記被加熱部材の温度状態が維持された状態で前記電極間を通電するステップとを含み、前記予加熱条件を決定するステップでは、通電によって前記被加熱部材に目標の温度分布が作成されるように予加熱条件を決定することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、前記被加熱部材の予加熱条件を決定するステップでは、被加熱部材を、通電方向に直交する断面でそれぞれ所定の目標温度を有する複数の領域に分割し、各領域ごとに予加熱条件を決定することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項２記載の発明において、前記被加熱部材の予加熱条件を決定するステップでは、前記各領域の通電方向に直交する断面の断面積、及び温度に応じて変化する被加熱部材の電気抵抗率に基づいて予加熱条件を決定することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記被加熱部材の予加熱条件を決定するステップでは、被加熱部材の通電方向に直交する断面の断面積が通電方向に変化する場合は、前記領域の通電方向の寸法を、前記断面積が小さい側で大きい側に比べて小さくすることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記決定した予加熱条件に従って前記被加熱部材を予加熱し、該被加熱部材に一対の電極を取り付けるステップでは、予加熱装置を被加熱部材に接触させることにより被加熱部材を予加熱し、該被加熱部材に一対の電極を取り付け、前記予加熱装置として、通電方向に並べて配置され、それぞれ加熱温度を制御可能な棒状ヒータを備えた予加熱装置を用いることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記被加熱部材を予加熱するステップでは、通電した中空の高周波コイルの内側を通過させて前記被加熱部材を誘導加熱し、前記被加熱部材が高周波コイルの中央を通過する際には、被加熱部材の通過方向に直交する前記被加熱部材の断面の断面中心と、高周波コイルの中空部分の中心とを略一致させることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の通電加熱方法によって前記被加熱部材を加熱する熱間プレス成形方法であって、成形型を用いて前記加熱された被加熱部材をプレス成形することを特徴とする。

以上の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、本願の請求項１に係る発明によれば、通電加熱によって被加熱部材に目標の温度分布が作成されるように予加熱し、予加熱された被加熱部材の温度状態が維持された状態で電極間を通電することにより、通電加熱後の被加熱部材に所望の温度分布を作成することができる。

また、請求項２又は３に係る発明によれば、分割した各領域ごとに被加熱部材の予加熱条件を決定することができるため、さらに精度の高い温度分布を作成することができる。

また、請求項４に係る発明によれば、領域の通電方向の寸法を、前記断面積が小さい側で大きい側に比べて小さくすることにより、より温度変化が大きい領域で細かい制御をすることができるため、さらに精度の高い温度分布を作成することができる。

また、請求項５に係る発明によれば、予加熱装置として、それぞれ加熱温度を制御可能な棒状ヒータを備えた予加熱装置を用いることにより、容易に被加熱条件に従った加熱を行うことができる。

また、請求項６に係る発明によれば、高周波コイルの内側を、被加熱部材の通過方向に直交する断面の断面中心と、高周波コイルの中空部分の中心とが略一致するように通過させて誘導加熱することにより、容易に被加熱条件に従った加熱を行うことができる。

また、請求項７に係る発明によれば、目標の温度分布が作成されるように前記被加熱部材を予加熱及び通電加熱し、成形型を用いて前記加熱された被加熱部材をプレス成形することにより、所望の温度分布が作成された状態で被加熱部材を迅速に加熱することができる。それゆえ、最終製品に応じて要求される温度分布状態で被加熱部材のプレス成形を行うことができ、また、プレス成形のサイクルタイムを短縮することも可能となる。

本発明の実施の形態１による通電加熱方法を含むプレス成形方法のフローを説明する図である。 本発明の実施の形態１による通電加熱方法で用いる予加熱装置の側面図（図２（ａ））、上面図（図２（ｂ））である。 本発明の実施の形態による通電加熱方法で用いる通電加熱装置の正面図である。 予加熱条件の決定方法を示すフローチャートである。 被加熱部材として用いることができる材料の電気抵抗率の温度依存性を示すグラフである。 被加熱部材の各エリアへの分割を説明する図である。 予加熱温度分布と通電時間との関係を説明する図である。 予加熱中の予加熱装置を示す、図２に対応する図である。 本発明の実施の形態２による通電加熱方法で用いる予加熱装置の斜視図である。 本発明の実施の形態２による通電加熱方法で用いる予加熱装置のブロック図である。 本発明の実施の形態２による通電加熱方法の効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態２による通電加熱方法で用いる予加熱装置の別の実施例を示す斜視図である。

以下、図１を用いて、本発明の実施形態による通電加熱方法を含む熱間プレス成形方法について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１による通電加熱方法を含むプレス成形方法のフローを説明する図である。供給手段１から供給された高強度材Ｐは、ブランキング装置２によってブランキングされる。ブランキングされた板状の高強度材Ｐ（以下、板状の被加熱部材Ｗ）は、第１搬送手段３を通じて予加熱装置２０に搬送される。予加熱装置２０では、予加熱制御装置４０によって制御された予加熱条件に従って予加熱される。予加熱された被加熱部材Ｗは、第２搬送手段４のアーム４ａによって、図１に矢印（ア）で示すように通電加熱装置３０に搬送される。通電加熱装置３０では、通電制御装置５０によって制御された通電時間に従って通電加熱される。通電加熱された被加熱部材Ｗは、第３搬送手段５によってプレス成形装置６に搬送され、プレス成形装置６によって所望の形状にプレス成形される。予加熱条件及び通電時間については後述する。

予加熱装置２０から通電加熱装置３０への搬送は、予加熱条件に従って予加熱された被加熱部材Ｗの温度分布状態が維持された状態で通電加熱されるように、可能な限り迅速に行われる。或いは、予加熱された温度分布状態が維持された状態で通電加熱されるように、予加熱装置２０を通電加熱装置３０と一体化することも可能である。また、通電加熱装置３０からプレス成形装置６への搬送は、通電加熱によって作成された温度分布状態が維持された状態でプレス成形されるように、可能な限り迅速に行われる。

次に、本発明の実施の形態１による通電加熱方法で用いる予加熱装置の側面図、上面図を示す図２（ａ），（ｂ）を用いて、予加熱装置２０について説明する。本実施形態による予加熱部材２０は、板状の被加熱部材Ｗが設置される本体部２１と、被加熱部材Ｗを所定の位置に位置決めする位置決め部材２２ａ〜２２ｃと、被加熱部材Ｗを加熱する複数の棒状ヒータ２３とを備える。

棒状ヒータ２３は、本体部２１に設けられた取付け穴に挿し込まれている。また、各棒状ヒータ２３は、それぞれ各リード線２４を介して独立に予加熱制御装置４０に接続されるため、各棒状ヒータ２３に流れる電流値はそれぞれ制御可能である。それゆえ、各棒状ヒータ２３の加熱温度もそれぞれ制御可能である。

また、本体部２１は、棒状ヒータ２３が発生する熱を被加熱部材Ｗに効率良く伝導するために、熱伝導率の高い材料、例えば金属で構成する。位置決め部材２２ａ〜２２ｃは、棒状ヒータ２３の熱を外部に逃さず、また、予加熱温度に耐えうる材料、例えばセラミック等の多孔質無機材料で構成することができる。

次に、図３を用いて、本発明の実施の形態による通電加熱方法で用いる通電加熱装置３０について説明する。
通電加熱装置３０は、板状の被加熱部材Ｗを通電するためのバー電極３１ａ，３１ｂと、通電制御装置５０に接続され、電極３１ａ，３１ｂ間に直流電圧又は交流電圧を印加する電源３２と、電源３２と電極３１ａ，３１ｂとをつなぐケーブル３３とを備える。また、電極３１ａ，３１ｂの外側には、位置決め部材３４ａ，３４ｂが、電極３１ａ，３１ｂの間には、位置決め部材３４ｃが設けられており、被加熱部材Ｗを所定の位置に位置決めする。尚、図３では、断面積Ｓが小さい側から大きい側への方向を通電方向に規定しているが、逆方向を通電方向としてもよい。

ここで、断面とは、図３に矢印で示す、被加熱部材Ｗの長手方向に一致する通電方向に垂直な断面をいい、断面積Ｓとは、その断面の面積とする。これは、以下の説明でも同様である。

次に、図４〜図７を用いて、本発明の実施の形態による通電加熱方法で実施される予加熱の条件（以下、予加熱条件）について説明する。
図４は、予加熱条件の決定方法を示すフローチャートである。本発明において、「予加熱条件」とは、予加熱によって板状の被加熱部材Ｗに作成される予加熱温度分布を含む、予加熱制御装置４０に付与される予加熱についての情報を指す。図４に示すように、予加熱条件の決定方法は、被加熱部材の電気抵抗率の温度依存性を回帰分析により関数化するステップＳ１、被加熱部材の形状を決定するステップＳ２、最終の目標加熱温度分布を決定するステップＳ３、予加熱温度分布を仮設定するステップＳ４、エリアごとに一定時間経過後の温度分布を計算するステップＳ５、予加熱温度分布を判定するステップＳ６、及び目標温度分布とのずれから各エリアの予加熱温度分布の設定を修正するステップＳ７を含む。

図５は、被加熱部材として用いることができる材料の電気抵抗率の温度依存性を示すグラフである。図５では、炭素含有率０．０６％、マンガン含有率０．３８％の軟鋼（ＳＰＣＣ）についての電気抵抗率を示している。被加熱部材の材料は、軟鋼に限定されることはなく、例えばアルミニウム、ステンレス、マグネシウム、鋳鉄、チタン、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を用いることも可能である。

ステップＳ１では、予め測定された、さまざまな温度での材料の電気抵抗率ρの値をコンピュータに入力し、電気抵抗率ρの温度依存性を示す回帰曲線を決定する。一般に、電気抵抗率ρの温度依存性は、用いる材料に依存する。図５では、３次関数で回帰分析を行っているが、他の多項式又は他の関数で関数化してもよい。

次に、ステップＳ２で、最終製品の形状に基づいて板状の被加熱部材Ｗの形状を決定する。続けてステップＳ３で、プレス成形後の最終製品に要求される機械特性や後加工の効率性等を考慮して、通電加熱後の被加熱部材Ｗに作成する所望の温度分布を決定する。所望の温度分布は、通電加熱装置３０からプレス成形装置６への搬送時間における温度低下を考慮して、全体的にΔＴ_Ａだけ高く設定してもよい。さらに、後述するように、被加熱部材Ｗの断面積Ｓが小さい側で温度変化がより大きいことを考慮して、ΔＴ_Ａは、断面積Ｓが小さい側で、断面積Ｓが大きい側に比べて大きくしてもよい。

図６は、被加熱部材の各エリアへの分割を説明する図である。ステップＳ４では、まず、図６に示すように、被加熱部材Ｗを、通電加熱時の通電方向である長手方向（ｘ方向）に直交する断面で、複数のエリアに分割する。次に、各エリアごとに、予加熱温度を仮設定する。

一般に、電気抵抗の大きさＲは、抵抗の電気抵抗率ρに比例し、抵抗の断面積Ｓに反比例する。非矩形の被加熱部材等の場合、通電方向において断面積が異なる。また、被加熱部材を通電加熱することにより発生するジュール熱は、抵抗Ｒが大きい側、即ち断面積Ｓが小さい側で大きくなる。それゆえ、被加熱部材を通電すると、断面積Ｓが小さい側で温度が高くなる。

図６に示すような＋ｘ側の断面積が大きい非矩形の被加熱部材を用いる場合、予加熱せずに通電加熱した場合、−ｘ側で温度が高くなる。それゆえ、例えば被加熱部材Ｗ全体を均一な温度にしたい場合は、図６に示すように、＋ｘ側の予加熱温度を高く設定することができる。

図６（ａ）では、分割するエリアのｘ方向の幅を等しくしている。一方、図６（ｂ）に示すように、被加熱部材の断面積が小さい−ｘ側の幅をより小さく設定してもよい。以下で説明する図７（ａ）からわかるように、被加熱部材Ｗの断面積Ｓが小さい側で、より通電加熱による温度変化が大きくなる。これは、断面積Ｓが小さい側では断面積Ｓが大きい側に比べて熱容量が小さいからである。そこで、断面積Ｓが小さい側のエリアの幅をより小さく設定することにより、より細かい温度設定が可能になる。

図７は、予加熱温度分布と通電時間との関係を説明する図である。図７（ａ）は、通電加熱前、及び所定の時間通電加熱した後の被加熱部材のｘ方向の温度分布を示している。Ｔ_１〜Ｔ_３は、それぞれ図７（ａ）に示す被加熱部材の位置ｘ_１〜ｘ_３の通電加熱前の初期温度である。また、図７（ｂ）は、被加熱部材を通電加熱した場合の温度の時間変化を、位置ｘ_１〜ｘ_３についてそれぞれ示している。

ここで、予加熱装置２０から通電加熱装置３０への搬送時間における温度低下を考慮して、所望の温度分布を全体的にΔＴ_Ｐだけ高く設定してもよい。さらに、断面積Ｓが小さい側の熱容量が小さいことを考慮して、ΔＴ_Ｐは、断面積Ｓが小さい側で、断面積Ｓが大きい側に比べて大きくしてもよい。

ステップＳ５では、まず、各エリアごとに代表断面を決定する。例えば、エリアのｘ方向の幅の中央の断面を代表断面とすることができる。次に、各エリアごとに、１）各エリアの代表断面の断面積、２）各エリアのｘ方向の幅、３）ステップＳ１で関数化した電気抵抗値の温度依存性、４）比熱、５）通電加熱時に電極間に流す電流値を用いて、一定時間経過後の温度分布を計算し、図７（ａ），（ｂ）に示すグラフを作成する。通電加熱前の被加熱部材Ｗのｘ方向の温度分布は、例えば回帰分析して２次関数によって関数化しておく。尚、図７（ａ）の位置ｘ_１〜ｘ_３は、それぞれエリア１〜エリア３の代表断面のｘ方向の位置とする。

次に、ステップＳ６では、ステップＳ３で決定した被加熱部材Ｗに作成する所望の温度分布と、図７（ａ），（ｂ）に示すグラフとを比較して、予加熱温度分布を判定する。設定した予加熱温度分布により、その後の通電加熱によって所望の温度分布が作成できる場合は○と判定し、予加熱温度分布を基に予加熱条件を決定する。ここで同時に、目標温度分布となるようにその後の通電加熱における通電時間を決定する。目標温度分布となる通電時間が複数ある場合は、最短の時間を通電時間とする。

例えば、被加熱部材Ｗ全体を完全に均一な温度にしたい場合、図７（ｂ）に示したグラフでは、エリア１〜３の温度が等しくなる通電時間は存在せず、被加熱部材Ｗ全体を完全に均一な温度にすることはできない。しかし、プレス成形においては、例えば±１００℃は許容できる温度差である。それゆえ、例えば各エリアの温度が±１００℃にすることができる状態で予加熱条件を決定してもよい。

ここで、一般に、比熱も電気抵抗率と同様に、被加熱部材Ｗの材料及び温度に依存する。それゆえ、予加熱条件の決定方法は、電気抵抗率の温度依存性を回帰分析して関数化するステップＳ１と同様に、比熱の温度依存性を回帰分析して関数化するステップを含んでもよい。関数化した比熱の温度依存性は、ステップＳ５において用いることができる。

ステップＳ６で、設定した予加熱温度分布によっては通電加熱後に被加熱部材Ｗに所望の温度分布が作成できない場合、×と判定し、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、予加熱温度分布が修正される。ステップＳ５では、通電加熱時に電極間に流す電流値を固定して一定時間経過後の温度分布を計算したが、ステップＳ７において、予加熱温度分布と同時に電流値を変更してもよい。ステップＳ７で修正した予加熱温度分布を基に、ステップＳ５で図７（ａ），（ｂ）のグラフを再度作成し、再度ステップＳ６で予加熱温度分布を判定する。ステップＳ５〜Ｓ７を繰り返すことにより、最適な予加熱条件を決定することができる。

以下、本発明の実施の形態１による通電加熱方法による効果を説明する。
図８は、予加熱中の予加熱装置を示す、図２に対応する図である。図８では、被加熱部材Ｗを設置した状態で示している。予加熱装置２０では、図４のステップＳ６で決定した予加熱条件に従って予加熱制御装置４０が作動し、予加熱制御装置４０の制御によって、各棒状ヒータ２３には所定の大きさの電流が流れる。これにより、予加熱装置２０に搬送された被加熱部材Ｗの各エリアは、予加熱条件に従って、所望の予加熱温度分布状に加熱される。また、通電加熱装置３０では、通電制御装置５０が電源３２を制御し、図４のステップＳ６によって決定した通電時間の間、被加熱部材Ｗに電流が流れる。

図４のステップＳ６で決定した予加熱条件及び通電時間に従って、板状の被加熱部材Ｗを予加熱することにより、被加熱部材Ｗ全体の温度を均一にすることができ、更には所望の温度分布を作成することができる。また、それぞれ電流制御可能な棒状ヒータ２３を備えた予加熱装置２０を用いることにより、容易に予加熱条件に従った予加熱を実施することができる。

また、予加熱条件は各エリアごとに決定し、さらに、温度によって変化する被加熱部材Ｗの電気抵抗率を考慮して予加熱条件を決定することにより、被加熱部材Ｗに精度の高い温度分布を作成することができる。

また、このように予加熱及び通電加熱された被加熱部材Ｗは、所望の温度分布が作成された状態でプレス成形される。それゆえ、最終製品に応じて要求される温度分布状態で被加熱部材のプレス成形を行うことができる。さらに、予加熱及び通電加熱によって被加熱部材を迅速に加熱することができ、プレス成形のサイクルタイムを短縮することができる。

次に、図９〜図１２を用いて、本発明の実施の形態２による通電加熱方法に用いる予加熱装置７０について説明する。本実施形態では、予加熱装置の構成が実施形態１と異なる。それ以外は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

図９は、本発明の実施の形態２による通電加熱方法で用いる予加熱装置の斜視図である。図９に示すように、本実施形態による予加熱装置７０は、中空直方体形状を有する高周波コイル７１と、板状の被加熱部材Ｗを搬送してコイル７１の内部を通過させるコンベア７２とを備える。高周波コイル７１は、予加熱制御装置９０に接続されている。

図１０は、本発明の実施の形態２による通電加熱方法で用いる予加熱装置のブロック図である。図１０に示すように、予加熱制御装置９０は、コイル７１に交流電圧を印加する交流電源７３と、交流電源７３を制御する電源制御装置７５とを含む。図２のステップＳ６で決定した予加熱条件に従って、電源制御装置７５は交流電源７３を制御する。交流電源７３により、コイル７１に所定の高周波の交流電流が流れ、交流磁界を発生する。これにより、コイル７１の内部を通過する被加熱部材Ｗには誘導電流が流れ、発生したジュール熱によって被加熱部材Ｗは加熱される。

以下、被加熱部材Ｗがコイル７１を通過する方向に直交する断面の断面積Ｓが大きい側を先に通過させる場合について説明する。該通過する方向は、前述の通電方向と一致させてもよい。

図９において、ｘ方向は、矢印（ア）で示す、被加熱部材Ｗがコンベア７２上を通過する方向に一致する。また、ｙ方向，ｚ方向は、それぞれｘ方向に垂直な方向である。高周波コイル７１は、該コイル７１の中空部分の中心のｚ方向の位置が、被加熱部材Ｗの通過方向（ｘ方向）に直交する断面中心のｚ方向の位置と一致するように配置される。

また、高周波コイル７１は、コイル駆動装置７４に接続されており、図９に矢印（イ）で示す方向（ｙ方向）に移動可能に構成されている。高周波コイル７１は、コイル駆動装置７４により、コイル７１の中空部分の中心のｙ方向の位置が、被加熱部材Ｗの通過方向に直交する断面中心のｙ方向の位置と一致するように移動する構成を有する。

図１１は、本発明の実施の形態２による通電加熱方法の効果を説明するための図である。図１１（ａ）は、コイル７１のｘ方向に直交する断面の断面図を示しており、＋ｘ方向から見て、図１１（ａ）の様にコイル７１の第１面〜第４面を規定する。図１１（ｂ），（ｃ）は、それぞれ断面積Ｓが大きいエリア、小さいエリアが高周波コイル７１を通過する際のコイル７１及び被加熱部材Ｗの断面図を示す。また、図１１（ｄ）は、コイル７１がｙ方向に移動しない構成を有する場合について、図１１（ｃ）に対応する断面図を示す。尚、図１１（ｂ）〜図１１（ｄ）において、ｙ_１は、被加熱部材Ｗの−ｙ端からコイル７１の第１面までの距離を表す。同様に、ｙ_２，ｚ_１，ｚ_２はそれぞれ、被加熱部材Ｗの＋ｙ端からコイル７１の第２面までの距離、被加熱部材Ｗの＋ｚ端からコイル７１の第３面までの距離、被加熱部材Ｗの−ｚ端からコイル７１の第４面までの距離を表す。

ｚ_１がｚ_２に比べて小さい場合、被加熱部材Ｗの＋ｚ側の主面がコイルから受ける磁界の大きさは、−ｚ側の主面が受ける磁界の大きさよりも大きくなる。それゆれ、発生するジュール熱も＋ｚ側の主面で−ｚ側の主面よりも大きくなるため、被加熱部材Ｗをｚ方向に均一に予加熱することができない。

一方、本実施形態では、高周波コイル７１の中空部分の中心のｚ方向の位置を、ｘ方向に直交する断面中心のｚ方向の位置と一致させる構成を有する。それゆえ、図１１（ｂ）〜図１１（ｄ）に示すように、ｚ_１とｚ_２とが等しくなり、被加熱部材Ｗをｚ方向に均一に予加熱することができる。

通電方向（ｘ方向）に厚さが異なる被加熱部材Ｗを用いる場合、被加熱部材Ｗをコイル駆動装置７４によってｚ方向にも移動可能に構成することにより、ｚ_１とｚ_２とが等しくなり、被加熱部材Ｗをｚ方向に均一に予加熱することができる。

図１１（ｂ）に示すように、断面積Ｓが大きいエリアがコイル７１を通過する際、即ち被加熱部材Ｗがコイル７１を通過し始める際に、ｙ_１とｙ_２とが等しくなるように被加熱部材Ｗを配置したとする。ここで、コイル７１がｙ方向に移動する構成を有しない場合、図１１（ｄ）に示すように、被加熱部材Ｗの通過に伴って、ｙ_１はｙ_２に比べて小さくなるため、被加熱部材Ｗをｙ方向に均一に予加熱することができない。

一方、本実施形態では、高周波コイル７１がｙ方向に移動し、該コイル７１の中空部分の中心のｙ方向の位置をｘ方向に直交する断面中心のｙ方向の位置と一致させる構成を有するので、被加熱部材Ｗをｙ方向にも均一に予加熱することができる。

また、図９に示すような非矩形の被加熱部材Ｗを用いた場合、ｙ_１＋ｙ_２は、被加熱部材Ｗの通過に伴って大きくなる。それゆえ、一定の速度で被加熱部材Ｗを通過させた場合、断面積Ｓが小さい−ｘ側よりも大きい＋ｘ側で、より予加熱される。

これは、通電加熱後に被加熱部材Ｗ全体を均一な温度にしたい場合、非常に好都合である。なぜなら、予加熱装置７０では、断面積Ｓが小さい−ｘ側よりも大きい＋ｘ側でより昇温するのに対して、通電加熱装置３０では、逆に＋ｘ側よりも−ｘ側でより昇温する。それゆえ、予加熱により生じた通電方向（ｘ方向）の温度勾配が通電加熱により相殺され、被加熱部材Ｗ全体を均一な温度にすることができるからである。

この場合、断面積Ｓが小さい−ｘ側を常温状態に保持しても、その後の通電加熱によって被加熱部材Ｗ全体を均一な温度にできる場合は、通過の途中でコイル７１の通電を中止してもよい。

また、コイル７１は、電源制御装置７５に接続されている。コイル７１の通過に伴い、電源制御装置７５によって交流電源７３に流れる電流値を制御することにより、被加熱部材Ｗに所望の予加熱温度分布を作成することができる。

さらに、コンベア７２は、コンベア７２の速度制御を行う速度制御装置（不図示）に接続してもよい。その場合、速度制御装置によってコンベア７２、及び該コンベア７２上を移動する被加熱部材Ｗの通過速度を制御することによっても、被加熱部材Ｗに所望の予加熱温度分布を作成することができる。

本実施形態では、コイル駆動装置７４をコイル７１をｙ方向及びｚ方向に移動させることによって、被加熱部材Ｗをｙ方向及びｚ方向に均一に予加熱した。これと同様に、ｙ方向及びｚ方向に移動させることによって、ｙ方向及びｚ方向に所望の温度分布を作成することも可能である。

図１２は、本発明の実施の形態２による予加熱装置の別の実施例を示す斜視図である。図９では、コイル７１を被加熱部材Ｗの通過方向（ｘ方向）と垂直な向きに配置した。一方、図１２に示すように、コイル７１をｘ方向と交差する向きに配置することによっても、被加熱部材Ｗをｙ方向に均一に予加熱することができる。

尚、本実施形態では、被加熱部材Ｗの断面積Ｓの大きい側をコイル７１に先に通過する場合について説明した。逆に、断面積Ｓが小さい側をコイル７１を先に通過させてもよい。

以上、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明したが、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明によれば、通電加熱によって板状の被加熱部材を加熱する際に、非矩形状に形成された被加熱部材を加熱する場合においても、比較的簡単に被加熱部材に所望の温度分布を作成可能となるから、ピラーやインパクトバーなどの車体構成部材に使用される高張力鋼板などのプレス成形時の加熱に好適に利用される可能性がある。

６ プレス成形装置、 ２０，７０ 予加熱装置、 ２３ 棒状ヒータ、 ３０ 通電加熱装置、 ３２ 電源、 ３１ａ，３１ｂ 電極、 ４０，９０ 予加熱制御装置 ５０ 通電制御装置、 ７１ 高周波コイル、 Ｗ 被加熱部材

Claims (7)

1. 被加熱部材に互いに離間する一対の電極を取り付けて通電することにより、前記被加熱部材を加熱する通電加熱方法であって、
   所定形状に形成された板状の被加熱部材を用意するステップと、
   前記被加熱部材の予加熱条件を決定するステップと、
   決定した予加熱条件に従って前記被加熱部材を予加熱し、該被加熱部材に一対の電極を取り付けるステップと、
   予加熱された前記被加熱部材の温度状態が維持された状態で前記電極間を通電するステップとを含み、
   前記被加熱部材の予加熱条件を決定するステップでは、通電によって前記被加熱部材に目標の温度分布が作成されるように予加熱条件を決定することを特徴とする通電加熱方法。
2. 前記被加熱部材の予加熱条件を決定するステップでは、被加熱部材を、通電方向に直交する断面でそれぞれ所定の目標温度を有する複数の領域に分割し、各領域ごとに予加熱条件を決定することを特徴とする請求項１記載の通電加熱方法。
3. 前記被加熱部材の予加熱条件を決定するステップでは、前記各領域の通電方向に直交する断面の断面積、及び温度に応じて変化する被加熱部材の電気抵抗率に基づいて予加熱条件を決定することを特徴とする請求項２記載の通電加熱方法。
4. 前記被加熱部材の予加熱条件を決定するステップでは、被加熱部材の通電方向に直交する断面の断面積が通電方向に変化する場合は、前記領域の通電方向の寸法を、前記断面積が小さい側で大きい側に比べて小さくすることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記決定した予加熱条件に従って前記被加熱部材を予加熱し、該被加熱部材に一対の電極を取り付けるステップでは、予加熱装置を被加熱部材に接触させることにより被加熱部材を予加熱し、該被加熱部材に一対の電極を取り付け、
   前記予加熱装置として、通電方向に並べて配置され、それぞれ加熱温度を制御可能な棒状ヒータを備えた予加熱装置を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の通電加熱方法。
6. 前記決定した予加熱条件に従って前記被加熱部材を予加熱し、該被加熱部材に一対の電極を取り付けるステップでは、通電した中空の高周波コイルの内側を通過させて前記被加熱部材を誘導加熱し、
   前記被加熱部材が高周波コイルの中央を通過する際には、被加熱部材の通過方向に直交する前記被加熱部材の断面の断面中心と、高周波コイルの中空部分の中心とを略一致させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の通電加熱方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の通電加熱方法によって前記被加熱部材を加熱し、成形型を用いて前記加熱された被加熱部材をプレス成形する熱間プレス成形方法。

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