JP2022023127A - Electrification heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通電加熱装置に関する。 The present invention relates to an energizing heating device.
従来、金属体である金属パイプ材料を加熱すると共に当該金属パイプ材料内に気体を供給して金属パイプを成形する成形装置が知られている。このような成形装置として、例えば特許文献1には、一対の金型と、一対の金型間に配置される金属パイプ材料に接触し電気的に接続可能な電極と、電極が金属パイプ材料に電気的に接続された状態において、電極を介して金属パイプ材料に通電可能な電力供給部と、を備える成形装置が記載されている。この成形装置は、金属パイプ材料に通電することで生じるジュール熱によって、金属パイプ材料を加熱し、型成形する通電加熱装置である。 Conventionally, a molding apparatus for heating a metal pipe material, which is a metal body, and supplying a gas into the metal pipe material to form a metal pipe is known. As such a molding apparatus, for example, in Patent Document 1, a pair of molds, an electrode that is in contact with a metal pipe material arranged between the pair of molds and can be electrically connected, and an electrode are used as a metal pipe material. Described is a molding apparatus comprising a power supply unit capable of energizing a metal pipe material via electrodes in an electrically connected state. This molding device is an energization heating device that heats a metal pipe material by Joule heat generated by energizing the metal pipe material and molds the metal pipe material.
ところで、上記のような通電加熱装置にあっては、高電流を流し金属パイプ材料を通電加熱するため、金属パイプ材料と当該金属パイプ材料に接触する電極との間での電気的な接続が不十分であると(例えば、隙間が生じていると)、スパーク(アーキング;以下アーク放電と呼ぶ)が発生してしまう可能性が高くなる。そして、特に強いアーク放電が発生すると、電極表面が傷つき、通電時の抵抗となって、電極自体の発熱や金属パイプ材料の温度上昇の妨げ等の不具合が生じてしまうことになる。 By the way, in the above-mentioned energization heating device, since a high current is passed to energize and heat the metal pipe material, there is no electrical connection between the metal pipe material and the electrode in contact with the metal pipe material. If it is sufficient (for example, if there is a gap), there is a high possibility that spark (arcing; hereinafter referred to as arc discharge) will occur. When a particularly strong arc discharge is generated, the surface of the electrode is damaged and becomes a resistance at the time of energization, which causes problems such as heat generation of the electrode itself and hindering the temperature rise of the metal pipe material.
そこで、本発明は、金属パイプ材料を始めとした金属体と電極との間において、アーク放電による電極への影響を抑制することができる通電加熱装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an energization heating device capable of suppressing the influence of an arc discharge on an electrode between a metal body such as a metal pipe material and an electrode.
本発明による通電加熱装置は、金属体に電力を供給し当該金属体を通電加熱する通電加熱装置であって、金属体に接触する少なくとも2つの電極と、電極に電力を供給する電力供給部と、電力供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、電極への電力の供給を開始してから第1所定時間の間、第1電流値にて電極に電力を供給するように電力供給部を制御し、第1所定時間の経過後、第1電流値よりも大きい第2電流値にて電極に電力を供給するように電力供給部を制御する。 The electric current heating device according to the present invention is an electric current heating device that supplies electric power to a metal body and energizes and heats the metal body, and includes at least two electrodes that come into contact with the metal body and a power supply unit that supplies electric power to the electrodes. A control unit that controls the power supply unit is provided, and the control unit supplies power to the electrode at the first current value for the first predetermined time after starting the supply of power to the electrode. The power supply unit is controlled, and after the lapse of the first predetermined time, the power supply unit is controlled so as to supply power to the electrodes with a second current value larger than the first current value.
このような通電加熱装置によれば、第2電流値にて電極に電力を供給して金属体を目標温度まで加熱し始める前に、電極への電力の供給を開始してから第1所定時間の間、第2電流値よりも小さい第1電流値にて電極に電力を供給する。これにより、金属体と電極との間の電気的な接続が不十分であると(例えば、隙間が生じていると)、弱いアーク放電が発生する。弱いアーク放電が発生すると、電極表面は、溶融するものの電流値が小さいため大きくは傷つかない。そして、電極表面が溶融することで電極と金属体とが短絡し、アーク放電は消滅する。その後、第1電流値よりも大きい第2電流値にて電極に電力を供給して金属体を目標温度まで加熱し始めたときには、既に電極と金属体とが短絡しているため、電極表面を大きく傷つけるほどの強いアーク放電が発生することが抑制される。よって、金属パイプ材料を始めとした金属体と電極との間において、アーク放電による電極への影響を抑制することができる。 According to such an energization heating device, the first predetermined time after starting the supply of electric power to the electrodes before the electric power is supplied to the electrodes at the second current value to start heating the metal body to the target temperature. During that time, power is supplied to the electrodes at a first current value smaller than the second current value. This causes a weak arc discharge if the electrical connection between the metal body and the electrodes is inadequate (eg, if there is a gap). When a weak arc discharge occurs, the electrode surface melts but is not significantly damaged because the current value is small. Then, when the electrode surface melts, the electrode and the metal body are short-circuited, and the arc discharge disappears. After that, when power is supplied to the electrode at a second current value larger than the first current value and the metal body is started to be heated to the target temperature, the electrode and the metal body are already short-circuited, so that the electrode surface is touched. It is suppressed that a strong arc discharge that causes great damage is generated. Therefore, it is possible to suppress the influence of the arc discharge on the electrode between the metal body such as the metal pipe material and the electrode.
ここで、通電加熱装置は、電極間の電圧を測定する電圧測定部を備え、制御部は、第2電流値にて電極に電力を供給するように電力供給部を制御している場合において、電圧測定部により測定された電極間の電圧値に基づき、電極と金属体との間でのアーク放電の発生を検知したときには、第2所定時間の間、第2電流値よりも小さい第3電流値にて電極に電力を供給するように電力供給部を制御し、第2所定時間の経過後、第2電流値にて電極に電力を供給するように電力供給部を制御してもよい。これによれば、第1電流値にて電極に電力が供給されて弱いアーク放電が発生しただけでは、第2電流値にて電極に電力が供給されることによる強いアーク放電の発生を十分に抑制可能な程度には電極と金属体とが短絡せず、強いアーク放電が発生した場合に、第2所定時間の間、第2電流値よりも小さい第3電流値にて電極に電力を供給し、電極表面を大きく傷つけることを抑制する。この第3電流値にて電極に電力を供給している状態において、アーク放電が発生したとしても、そのアーク放電は弱いアーク放電となる。弱いアーク放電が発生すると、電極表面は、再び溶融するものの電流値が小さいため大きくは傷つかない。そして、電極表面が溶融することで電極と金属体とが十分に短絡し、アーク放電は消滅する。その後、再び第2電流値にて電極に電力を供給するときには、電極と金属体とが十分に短絡しているため、強いアーク放電が発生することが抑制される。 Here, the energization heating device includes a voltage measuring unit that measures the voltage between the electrodes, and the control unit controls the power supply unit so as to supply power to the electrodes by the second current value. When the occurrence of arc discharge between the electrode and the metal body is detected based on the voltage value between the electrodes measured by the voltage measuring unit, the third current smaller than the second current value for the second predetermined time. The power supply unit may be controlled so as to supply power to the electrode by the value, and the power supply unit may be controlled so as to supply power to the electrode by the second current value after the lapse of the second predetermined time. According to this, if power is supplied to the electrode at the first current value and a weak arc discharge is generated, it is sufficient to generate a strong arc discharge due to power being supplied to the electrode at the second current value. When the electrode and the metal body are not short-circuited to the extent that they can be suppressed and a strong arc discharge occurs, power is supplied to the electrode at a third current value smaller than the second current value for the second predetermined time. However, it suppresses the large damage to the electrode surface. Even if an arc discharge occurs in a state where power is supplied to the electrodes at this third current value, the arc discharge becomes a weak arc discharge. When a weak arc discharge occurs, the electrode surface melts again, but the current value is small, so that the electrode surface is not significantly damaged. Then, when the electrode surface melts, the electrode and the metal body are sufficiently short-circuited, and the arc discharge disappears. After that, when the electric power is supplied to the electrode again at the second current value, the electrode and the metal body are sufficiently short-circuited, so that the generation of a strong arc discharge is suppressed.
このような本発明によれば、金属体と電極との間において、アーク放電による電極への影響を抑制可能な通電加熱装置を提供することができる。 According to the present invention as described above, it is possible to provide an energization heating device capable of suppressing the influence of arc discharge on the electrode between the metal body and the electrode.
以下、本発明による通電加熱装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the energization heating device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same parts or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
〈成形装置の構成〉
図1は、通電加熱装置としての成形装置の概略構成図である。図1に示されるように、金属パイプを成形する成形装置10は、上型12及び下型11からなるブロー成形金型(金型)13と、上型12及び下型11の少なくとも一方を移動させる駆動機構80と、上型12と下型11との間に配置される金属パイプ材料14を保持するパイプ保持機構30と、パイプ保持機構30で保持されている金属パイプ材料14に通電して加熱する加熱機構50と、上型12及び下型11の間に保持され加熱された金属パイプ材料14内に高圧ガス(気体)を供給するための気体供給部60と、パイプ保持機構30で保持された金属パイプ材料14内に気体供給部60からの気体を供給するための一対の気体供給機構40,40と、ブロー成形金型13を強制的に水冷する水循環機構72と、アーク放電が発生した場合に警告を発する警告装置71とを備えると共に、上記駆動機構80の駆動、上記パイプ保持機構30の駆動、上記加熱機構50の駆動、上記気体供給部60の気体供給及び警告装置71の動作をそれぞれ制御する制御部70と、を備えて構成されている。
<Structure of molding equipment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a molding device as an energization heating device. As shown in FIG. 1, the
ブロー成形金型13の一方である下型11は、基台15に固定されている。下型11は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、その上面に例えば矩形状のキャビティ(凹部)16を備える。下型11には冷却水通路19が形成され、略中央に下から差し込まれた熱電対21を備えている。この熱電対21はスプリング22により上下移動自在に支持されている。
The
更に、下型11の左右端(図1における左右端)近傍にはスペース11aが設けられており、当該スペース11a内には、パイプ保持機構30の可動部である後述する電極17,18(下側電極)等が、上下に進退動可能に配置されている。そして、下側電極17,18上に金属パイプ材料14が載置されることで、下側電極17,18は、上型12と下型11との間に配置される金属パイプ材料14に接触する。これにより、下側電極17,18は金属パイプ材料14に電気的に接続される。
Further, a
下型11と下側電極17との間及び下側電極17の下部、並びに下型11と下側電極18との間及び下側電極18の下部には、通電を防ぐための絶縁材91がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材91は、パイプ保持機構30を構成するアクチュエータ(不図示)の可動部である進退ロッド95に固定されている。このアクチュエータは、下側電極17,18等を上下動させるためのものであり、アクチュエータの固定部は、下型11と共に基台15側に保持されている。
An
ブロー成形金型13の他方である上型12は、駆動機構80を構成する後述のスライド81に固定されている。上型12は、大きな鋼鉄製ブロックで構成され、内部に冷却水通路25が形成されると共に、その下面に例えば矩形状のキャビティ(凹部)24を備える。このキャビティ24は、下型11のキャビティ16に対向する位置に設けられる。
The
上型12の左右端(図1における左右端)近傍には、下型11と同様に、スペース12aが設けられており、当該スペース12a内には、パイプ保持機構30の可動部である後述する電極17,18(上側電極)等が、上下に進退動可能に配置されている。そして、下側電極17,18上に金属パイプ材料14が載置された状態において、上側電極17,18は、下方に移動することで、上型12と下型11との間に配置された金属パイプ材料14に接触する。これにより、上側電極17,18は金属パイプ材料14に電気的に接続される。
Similar to the
上型12と上側電極17との間及び上側電極17の上部、並びに上型12と上側電極18との間及び上側電極18の上部には、通電を防ぐための絶縁材101がそれぞれ設けられている。それぞれの絶縁材101は、パイプ保持機構30を構成するアクチュエータの可動部である進退ロッド96に固定されている。このアクチュエータは、上側電極17,18等を上下動させるためのものであり、アクチュエータの固定部は、上型12と共に駆動機構80のスライド81側に保持されている。
Insulating
パイプ保持機構30の右側部分において、電極18,18が互いに対向する面のそれぞれには、金属パイプ材料14の外周面に対応した半円弧状の凹溝18aが形成されていて(図2参照)、当該凹溝18aの部分に丁度金属パイプ材料14が嵌り込むように載置可能とされている。パイプ保持機構30の右側部分において、絶縁材91,101が互いに対向する露出面には、上記凹溝18aと同様に、金属パイプ材料14の外周面に対応した半円弧状の凹溝が形成されている。また、電極18の正面(金型の外側方向の面)には、凹溝18aに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面18bが形成されている。よって、パイプ保持機構30の右側部分で金属パイプ材料14を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料14の右側端部の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができるように構成されている。
In the right side portion of the pipe holding mechanism 30, a semicircular
パイプ保持機構30の左側部分において、電極17,17が互いに対向する面のそれぞれには、金属パイプ材料14の外周面に対応した半円弧状の凹溝17aが形成されていて(図2参照)、当該凹溝17aの部分に丁度金属パイプ材料14が嵌り込むように載置可能とされている。パイプ保持機構30の左側部分において、絶縁材91,101が互いに対向する露出面には、上記凹溝18aと同様に、金属パイプ材料14の外周面に対応した半円弧状の凹溝が形成されている。また、電極17の正面(金型の外側方向の面)には、凹溝17aに向って周囲がテーパー状に傾斜して窪んだテーパー凹面17bが形成されている。よって、パイプ保持機構30の左側部分で金属パイプ材料14を上下方向から挟持すると、丁度金属パイプ材料14の左側端部の外周を全周に渡って密着するように取り囲むことができるように構成されている。
In the left side portion of the pipe holding mechanism 30, a semicircular
図1に示されるように、駆動機構80は、上型12及び下型11同士が合わさるように上型12を移動させるスライド81と、上記スライド81を移動させるための駆動力を発生するシャフト82と、該シャフト82で発生した駆動力をスライド81に伝達するためのコネクティングロッド83とを備えている。シャフト82は、スライド81上方にて左右方向に延在していると共に回転自在に支持されており、その軸心から離間した位置にて左右端から突出して左右方向に延在する偏心クランク82aを有している。この偏心クランク82aと、スライド81の上部に設けられると共に左右方向に延在している回転軸81aとは、コネクティングロッド83によって連結されている。駆動機構80では、制御部70によってシャフト82の回転を制御することにより偏心クランク82aの上下方向の高さを変化させ、この偏心クランク82aの位置変化をコネクティングロッド83を介してスライド81に伝達することにより、スライド81の上下動を制御できる。ここで、偏心クランク82aの位置変化をスライド81に伝達する際に発生するコネクティングロッド83の揺動(回転運動)は、回転軸81aによって吸収される。なお、シャフト82は、例えば制御部70によって制御されるモータ等の駆動に応じて回転又は停止する。
As shown in FIG. 1, the
加熱機構50は、電力供給部55と、電力供給部55と電極17,18とを電気的に接続するブスバー52と、電極17,18間の電圧を測定する電圧測定部としての電圧計53と、を備える。電力供給部55は、直流電源及びスイッチを含み、電極17,18が金属パイプ材料14に電気的に接続された状態において、ブスバー52、電極17,18を介して金属パイプ材料14に通電可能とされている。ブスバー52は、ここでは、下側電極17,18に接続されており、電圧計53は、ブスバー52の下側電極17寄りの位置に接続されると共に、ブスバー52の下側電極18寄りの位置に接続されている。なお、電力供給部55は、約10000A20V以上の電力を供給するようになっている。
The
この加熱機構50では、電力供給部55から出力された直流電流は、ブスバー52によって伝送され、電極17に入力される。そして、直流電流は、金属パイプ材料14を通過して、電極18に入力される。そして、直流電流は、ブスバー52によって伝送されて電力供給部55に入力される。
In this
電圧計53により測定される電圧値(図1に示す(B)からの情報)は、制御部70のアーク放電検知部70aに入力される。アーク放電検知部70aは、電圧計53で測定した電圧値に基づき電極17,18と金属パイプ材料14との間におけるアーク放電の発生を検知する。制御部70は、アーク放電検知部70aがアーク放電の発生を検知したら、加熱機構50の電力供給部55に対して、出力すべき電力を調整させる電力調整指令を送出すると共に、警告装置71に警告指令を送出する。警告装置71は、例えばランプや音や画面表示等で警告を発するものである。
The voltage value measured by the voltmeter 53 (information from (B) shown in FIG. 1) is input to the arc discharge detection unit 70a of the
一対の気体供給機構40の各々は、シリンダユニット42と、シリンダユニット42の作動に合わせて進退動するシリンダロッド43と、シリンダロッド43におけるパイプ保持機構30側の先端に連結されたシール部材44とを有する。シリンダユニット42はブロック41上に載置固定されている。シール部材44の先端には先細となるようにテーパー面45が形成されており、電極17,18のテーパー凹面17b,18bに合わさる形状に構成されている(図2参照)。シール部材44には、シリンダユニット42側から先端に向かって延在し、詳しくは図2(a),(b)に示されるように、気体供給部60から供給された高圧ガスが流れるガス通路46が設けられている。
Each of the pair of
気体供給部60は、ガス源61と、このガス源61によって供給されたガスを溜めるアキュムレータ62と、このアキュムレータ62から気体供給機構40のシリンダユニット42まで延びている第1チューブ63と、この第1チューブ63に介設されている圧力制御弁64及び切替弁65と、アキュムレータ62からシール部材44内に形成されたガス通路46まで延びている第2チューブ67と、この第2チューブ67に介設されている圧力制御弁68及び逆止弁69とからなる。圧力制御弁64は、シール部材44の金属パイプ材料14に対する押力に適応した作動圧力のガスをシリンダユニット42に供給する役割を果たす。逆止弁69は、第2チューブ67内で高圧ガスが逆流することを防止する役割を果たす。第2チューブ67に介設されている圧力制御弁68は、制御部70の制御により、金属パイプ材料14を膨張させるための作動圧力を有するガスを、シール部材44のガス通路46に供給する役割を果たす。
The
制御部70は、気体供給部60の圧力制御弁68を制御することにより、金属パイプ材料14内に所望の作動圧力のガスを供給することができる。また、制御部70は、図1に示す(A)から情報が伝達されることによって、熱電対21から温度情報を取得し、駆動機構80等を制御する。
The
水循環機構72は、水を溜める水槽73と、この水槽73に溜まっている水を汲み上げ、加圧して下型11の冷却水通路19及び上型12の冷却水通路25へ送る水ポンプ74と、配管75とからなる。省略したが、水温を下げるクーリングタワーや水を浄化する濾過器を配管75に介在させることは差し支えない。
The
〈成形装置を用いた金属パイプの成形方法〉
次に、成形装置10を用いた金属パイプの成形方法について説明する。最初に、焼入れ可能な鋼種の円筒状の金属パイプ材料14を準備する。この金属パイプ材料14を、例えばロボットアーム等を用いて、下型11側に備わる電極17,18上に載置(投入)する。電極17,18には凹溝17a,18aが形成されているので、当該凹溝17a,18aによって金属パイプ材料14が位置決めされる。
<Molding method of metal pipe using molding equipment>
Next, a method of forming a metal pipe using the forming
次に、制御部70は、駆動機構80及びパイプ保持機構30を制御することによって、当該パイプ保持機構30に金属パイプ材料14を保持させる。具体的には、駆動機構80の駆動によりスライド81側に保持されている上型12及び上側電極17,18等が下型11側に移動すると共に、パイプ保持機構30に含まれる上側電極17,18等及び下側電極17,18等を進退動可能としているアクチュエータを作動させることによって、金属パイプ材料14の両方の端部付近を上下からパイプ保持機構30により挟持する。この挟持は電極17,18に形成される凹溝17a,18a、及び絶縁材91,101に形成される凹溝の存在によって、金属パイプ材料14の両端部付近の全周に渡って密着するような態様で挟持されることとなる。
Next, the
なお、このとき、図2(a)に示されるように、金属パイプ材料14の電極18側の端部は、金属パイプ材料14の延在方向において、電極18の凹溝18aとテーパー凹面18bとの境界よりもシール部材44側に突出している。同様に、金属パイプ材料14の電極17側の端部は、金属パイプ材料14の延在方向において、電極17の凹溝17aとテーパー凹面17bとの境界よりもシール部材44側に突出している。また、上側電極17,18の下面と下側電極17,18の上面とは、それぞれ互いに接触している。ただし、金属パイプ材料14の両端部全周に渡って密着する構成に限られず、金属パイプ材料14の周方向における一部に電極17,18が当接するような構成であってもよい。
At this time, as shown in FIG. 2A, the end portion of the
続いて、制御部70は、加熱機構50を制御することによって、金属パイプ材料14を加熱する。具体的には、制御部70は、加熱機構50の電力供給部55を制御して電力を供給し、図3(a)に示されるように電流制御を行う。より具体的には、制御部70は、電極17,18に電力の供給を開始してから第1所定時間T1の間、第1電流値C1にて電極17,18に電力を供給するように、電力供給部55を制御(定電流制御)する。なお、「第1所定時間T1」とは、予め設定された時間である。例えば、第1所定時間T1は、1秒未満の時間であってもよい。また、「第1電流値C1」とは、第2電流値C2よりも小さい電流値である。例えば、第1電流値C1は、10A以上100A以下の電流値であってもよい。「第2電流値C2」とは、金属パイプ材料14を目標温度まで通電加熱する際に電極17,18に供給される電流値である。例えば、第2電流値C2は、10000A以上の電流値であってもよい。
Subsequently, the
このように制御部70が電力供給部55を制御して電流値を第1電流値C1とすると、ブスバー52を介して下側電極17,18に伝達される電力が、金属パイプ材料14を挟持している上側電極17,18及び金属パイプ材料14に供給される。
Assuming that the
このとき、金属パイプ材料14と電極17,18との電気的な接続が不十分であると(例えば、隙間が生じていると)、図3(b)に示されるように、電極17,18と金属パイプ材料14との間においてアーク放電EA1が発生する。
At this time, if the electrical connection between the
アーク放電EA1が発生するとき、電力供給部55は、第2電流値C2よりも小さい電流値である第1電流値C1にて電極17,18に電力を供給している。このため、アーク放電EA1は、電力供給部55が第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給している場合に発生するアーク放電と比較して弱い(すなわち、低出力・低電力の)アーク放電である。アーク放電EA1が発生すると、電極17,18の表面は、溶融するものの大きくは傷つかない。そして、電極17,18の表面が溶融することで電極17,18と金属パイプ材料14とが短絡し、アーク放電EA1は消滅する。
When the arc discharge EA1 is generated, the
アーク放電EA1が発生すると、制御部70のアーク放電検知部70aは、電圧計53で測定した電圧値に基づいて電極17,18と金属パイプ材料14との間におけるアーク放電EA1の発生を検知する。例えば、アーク放電検知部70aは、単位時間当たりの電圧の変化量(dv/dt;微分)に基づきアーク放電EA1の発生を検知する。具体的には、アーク放電検知部70aは、単位時間当たりの電圧の変化量が所定値以上となった場合に、アーク放電EA1が発生したと判断する。この所定値は、予め定められた値であり、アーク放電EA1が発生したと判断して良い値である。
When the arc discharge EA1 is generated, the arc discharge detection unit 70a of the
制御部70は、アーク放電EA1の発生を検知したら、警告装置71に指令を送出し、例えばランプや音や画面表示等で警告を発生させる。
When the
続いて、制御部70は、電極17,18に電力の供給を開始してから第1所定時間T1が経過した後、第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給するように、電力供給部55を制御(定電流制御)する。これにより、金属パイプ材料14に存在する抵抗により、金属パイプ材料14自体がジュール熱によって発熱する。
Subsequently, the
このとき、金属パイプ材料14と電極17,18との電気的な接続が不十分であると(例えば、アーク放電EA1による電極17,18と金属パイプ材料14との短絡が不十分であると)、図3(b)に示されるように、電極17,18と金属パイプ材料14との間においてアーク放電EA2が発生する。
At this time, if the electrical connection between the
アーク放電EA2が発生するとき、電力供給部55は、第1電流値C1よりも大きい電流値である第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給している。このため、アーク放電EA2は、アーク放電EA1と比較してやや強い(すなわち、高出力・高電力の)アーク放電である。ただし、既に弱いアーク放電EA1が発生して電極17,18と金属パイプ材料14とが短絡しているため、アーク放電EA2は、アーク放電EA1が発生する前に第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給した場合に発生し得る非常に強いアーク放電と比較すると、弱いアーク放電である。
When the arc discharge EA2 is generated, the
アーク放電EA2が発生すると、制御部70のアーク放電検知部70aは、アーク放電EA1が発生した場合と同様に、電圧計53で測定した電圧値に基づいて電極17,18と金属パイプ材料14との間におけるアーク放電EA2の発生を検知する。
When the arc discharge EA2 is generated, the arc discharge detection unit 70a of the
制御部70は、アーク放電EA2の発生を検知したら、警告装置71に指令を送出し、例えばランプや音や画面表示等で警告を発生させる。なお、制御部70は、アーク放電検知部70aが予め定められた複数回数検知した場合に、電極17,18のメンテナンス又は電極17,18の交換を促させる警告を発生させても良い。
When the
そして、制御部70は、アーク放電EA2の発生を検知したら、加熱機構50の電力供給部55に対して、出力すべき電力を調整させる電力調整指令を送出する。これにより、制御部70は、第2所定時間T2の間、第2電流値C2よりも小さい第3電流値C3にて電極17,18に電力を供給するように電力供給部55を制御する。ここで、「第2所定時間T2」とは、予め設定された時間である。例えば、第2所定時間T2は、1秒未満の時間であってもよい。また、「第3電流値C3」とは、第2電流値C2よりも小さい電流値である。図3(a)において示される第3電流値C3は、第1電流値C1よりも大きく且つ第2電流値C2よりも小さい電流値である。なお、第3電流値C3は第1電流値C1と同じ大きさの電流値であってもよい。
Then, when the
アーク放電EA2が発生すると、電極17,18の表面は更に溶融する。ここで、上述のように、制御部70は、アーク放電EA2の発生を検知したら、第2電流値C2よりも小さい第3電流値C3にて電極17,18に電力を供給するように電力供給部55を制御しているため、強いアーク放電EA2が発生している状態が継続せずに短絡し、電極17,18の表面が大きく傷つくことが抑制される。
When the arc discharge EA2 is generated, the surfaces of the
第3電流値C3にて電極17,18に電力が供給される状態においては、アーク放電が発生したとしても、そのアーク放電は弱いアーク放電となる。弱いアーク放電が発生すると、電極17,18の表面は、再び溶融するものの第3電流値C3の電流値が第2電流値C2よりも小さいため大きくは傷つかない。電極17,18の表面が溶融することで電極17,18と金属パイプ材料14とが十分に短絡し、アーク放電は消滅する。
In a state where power is supplied to the
続いて、制御部70は、電極17,18に電力の供給を開始してから第2所定時間T2が経過した後、第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給するように、電力供給部55を制御(定電流制御)する。これにより、金属パイプ材料14に存在する抵抗により、金属パイプ材料14自体がジュール熱によって発熱する。そして、電圧計53で測定される電圧値は徐々に上がっていき、所定値に達したら通電を終了する。
Subsequently, the
続いて、制御部70による駆動機構80の制御によって、加熱後の金属パイプ材料14に対してブロー成形金型13を閉じる。これにより、下型11のキャビティ16と上型12のキャビティ24とが組み合わされ、下型11と上型12との間のキャビティ部内に金属パイプ材料14が配置密閉される。
Subsequently, the blow molding die 13 is closed with respect to the heated
その後、気体供給機構40のシリンダユニット42を作動させることによってシール部材44を前進させて金属パイプ材料14の両端をシールする。このとき、図2(b)に示されるように、金属パイプ材料14の電極18側の端部にシール部材44が押し付けられることによって、電極18の凹溝18aとテーパー凹面18bとの境界よりもシール部材44側に突出している部分が、テーパー凹面18bに沿うように漏斗状に変形する。同様に、金属パイプ材料14の電極17側の端部にシール部材44が押し付けられることによって、電極17の凹溝17aとテーパー凹面17bとの境界よりもシール部材44側に突出している部分が、テーパー凹面17bに沿うように漏斗状に変形する。シール完了後、高圧ガスを金属パイプ材料14内へ吹き込んで、加熱により軟化した金属パイプ材料14をキャビティ部の形状に沿うように成形する。
After that, by operating the
金属パイプ材料14は高温(950℃前後)に加熱されて軟化しているので、金属パイプ材料14内に供給されたガスは、熱膨張する。このため、例えば供給するガスを圧縮空気とし、950℃の金属パイプ材料14を熱膨張した圧縮空気によって容易に膨張させることができる。
Since the
ブロー成形されて膨らんだ金属パイプ材料14の外周面が下型11のキャビティ16に接触して急冷されると同時に、上型12のキャビティ24に接触して急冷(上型12と下型11は熱容量が大きく且つ低温に管理されているため、金属パイプ材料14が接触すればパイプ表面の熱が一気に金型側へと奪われる。)されて焼き入れが行われる。このような冷却法は、金型接触冷却又は金型冷却と呼ばれる。急冷された直後はオーステナイトがマルテンサイトに変態する(以下、オーステナイトがマルテンサイトに変態することをマルテンサイト変態とする)。冷却の後半は冷却速度が小さくなったので、復熱によりマルテンサイトが別の組織(トルースタイト、ソルバイト等)に変態する。従って、別途焼戻し処理を行う必要がない。また、本実施形態においては、金型冷却に代えて、あるいは金型冷却に加えて、冷却媒体を例えばキャビティ24内に供給することによって冷却が行われてもよい。例えば、マルテンサイト変態が始まる温度までは金型(上型12及び下型11)に金属パイプ材料14を接触させて冷却を行い、その後型開きすると共に冷却媒体(冷却用気体)を金属パイプ材料14へ吹き付けることにより、マルテンサイト変態を発生させてもよい。
The outer peripheral surface of the blow-molded and swollen
上述のように金属パイプ材料14に対してブロー成形を行った後に冷却を行い、型開きを行うことにより、例えば略矩形筒状の本体部を有する金属パイプを得る。
As described above, the
このように、本実施形態によれば、第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給して金属パイプ材料14を目標温度まで加熱し始める前に、電極17,18への電力の供給を開始してから第1所定時間T1の間、第2電流値C2よりも小さい第1電流値C1にて電極17,18に電力を供給している。このため、金属パイプ材料14と電極17,18との間の電気的な接続が不十分であると(例えば、隙間が生じていると)、弱いアーク放電EA1が発生し、弱いアーク放電EA1が発生すると、電極17,18の表面は、溶融するものの電流値が小さいため大きくは傷つかない。そして、電極17,18の表面が溶融することで電極17,18と金属パイプ材料14とが短絡し、アーク放電EA1は消滅する。その後、第1電流値C1よりも大きい第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給して金属パイプ材料14を目標温度まで加熱し始めたときには、既に電極17,18と金属パイプ材料14とが短絡しているため、電極17,18の表面を大きく傷つけるほどの強いアーク放電が発生することが抑制される。よって、金属パイプ材料14と電極17,18との間において、アーク放電による電極17,18への影響を抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, the electric power to the
また、成形装置10は、電極17,18間の電圧を測定する電圧計53を備え、制御部70は、第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給するように電力供給部55を制御している場合において、電圧計53により測定された電極17,18間の電圧値に基づき、電極17,18と金属パイプ材料14との間でのアーク放電EA2の発生を検知したときには、第2所定時間T2の間、第2電流値C2よりも小さい第3電流値C3にて電極17,18に電力を供給するように電力供給部55を制御し、第2所定時間T2の経過後、第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給するように電力供給部55を制御している。このため、第1電流値C1にて電極17,18に電力が供給されて弱いアーク放電EA1が発生しただけでは、第2電流値C2にて電極17,18に電力が供給されることによる強いアーク放電EA2の発生を十分に抑制可能な程度には電極17,18と金属パイプ材料14とが短絡せず、強いアーク放電EA2が発生した場合に、第2所定時間T2の間、第2電流値C2よりも小さい第3電流値C3にて電極17,18に電力を供給し、電極17,18の表面を大きく傷つけることを抑制している。この第3電流値C3にて電極17,18に電力を供給している状態において、アーク放電が発生したとしても、そのアーク放電は弱いアーク放電となる。弱いアーク放電が発生すると、電極17,18の表面は、再び溶融するものの第3電流値C3の電流値が第2電流値C2よりも小さいため大きくは傷つかない。そして、電極17,18の表面が溶融することで電極17,18と金属パイプ材料14とが十分に短絡し、アーク放電は消滅する。その後、再び第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給するときには、電極17,18と金属パイプ材料14とが十分に短絡しているため、強いアーク放電が発生することが抑制される。
Further, the
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態では、電極17,18を2つとしているが、電極17,18より軸線方向内側へ電極を追加して電極を3つ以上としても良い。
Although the present invention has been specifically described above based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the two
また、アーク放電検知部70aは、電圧計53で測定した電圧値に基づき、電極17,18と金属パイプ材料14との間でのアーク放電の発生を検知することができれば、その具体的な判定手法は特に限定されない。例えば、アーク放電検知部70aは、電圧計53で測定した電圧値と所定の設定値との差に基づきアーク放電の発生を検知するようにしても良い。ここでいう設定値は、予め定められた電圧値であり、アーク放電が発生したと判断して良い電圧値である。そして、アーク放電検知部70aは、測定した電圧値と設定値との差に基づいて、アーク放電が発生したか否かを判断する。例えば、電圧計53で測定した電圧値が設定値を超えたときにアーク放電が発生したと判断する。
Further, if the arc discharge detection unit 70a can detect the occurrence of an arc discharge between the
また、制御部70は、電極17,18に供給する電力を第2電流値C2から第3電流値C3に切り換える際に、一時的に第3電流値C3とは異なる電流値となる期間を設けてもよい。例えば、制御部70は、第2電流値C2から0Aの電流値の状態を経た後に、第3電流値C3に切り換えてもよい。
Further, the
また、制御部70は、第2電流値C2にて電極17,18に電力を供給するように電力供給部55を制御する状態と、第3電流値C3にて電極17,18に電力を供給するように電力供給部55を制御する状態とを、アーク放電が発生しなくなるまで複数回繰り返してもよい。なお、この場合には、各回における第3電流値C3は、互いに異なる電流値でもよい。
Further, the
また、上記実施形態においては、成形対象を金属パイプ材料14としているが、金属パイプ材料14に限定されるものではなく、金属棒状体や金属板状体等に対しても適用でき、要は、ある程度延びる金属体に対して適用できる。また、成形装置も、気体供給を行わずに通電加熱を行う鍛造装置等とすることもできる。
Further, in the above embodiment, the molding target is the
10…成形装置(通電加熱装置)、14…金属パイプ材料(金属体)、17,18…電極、53…電圧計(電圧測定部)、55…電力供給部、70…制御部、C1…第1電流値、C2…第2電流値、C3…第3電流値、EA1,EA2…アーク放電、T1…第1所定時間、T2…第2所定時間。 10 ... Molding device (electric current heating device), 14 ... Metal pipe material (metal body), 17, 18 ... Electrode, 53 ... Voltmeter (voltage measuring unit), 55 ... Power supply unit, 70 ... Control unit, C1 ... 1 current value, C2 ... second current value, C3 ... third current value, EA1, EA2 ... arc discharge, T1 ... first predetermined time, T2 ... second predetermined time.
Claims (2)
前記金属体に接触する少なくとも2つの電極と、
前記電極に電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電極への電力の供給を開始してから第1所定時間の間、第1電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御し、
前記第1所定時間の経過後、前記第1電流値よりも大きい第2電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御する、通電加熱装置。 An energizing heating device that supplies electric power to a metal body and energizes and heats the metal body.
With at least two electrodes in contact with the metal body,
A power supply unit that supplies power to the electrodes and
A control unit that controls the power supply unit is provided.
The control unit
During the first predetermined time after starting the supply of electric power to the electrode, the electric power supply unit is controlled so as to supply electric power to the electrode at the first current value.
An energization heating device that controls the power supply unit so as to supply power to the electrodes with a second current value larger than the first current value after the lapse of the first predetermined time.
前記制御部は、
前記第2電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御している場合において、前記電圧測定部により測定された前記電極間の電圧値に基づき、前記電極と前記金属体との間でのアーク放電の発生を検知したときには、第2所定時間の間、前記第2電流値よりも小さい第3電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御し、
前記第2所定時間の経過後、前記第2電流値にて前記電極に電力を供給するように前記電力供給部を制御する、請求項1に記載の通電加熱装置。 A voltage measuring unit for measuring the voltage between the electrodes is provided.
The control unit
When the power supply unit is controlled so as to supply power to the electrode with the second current value, the electrode and the metal are based on the voltage value between the electrodes measured by the voltage measurement unit. When the occurrence of an arc discharge with the body is detected, the power supply unit is set so as to supply power to the electrode with a third current value smaller than the second current value for a second predetermined time. Control and
The energization heating device according to claim 1, wherein after the lapse of the second predetermined time, the power supply unit is controlled so as to supply power to the electrode at the second current value.
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