JP2022078380A - 通電加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通電加熱の性能を向上できる通電加熱装置を提供する。【解決手段】通電加熱装置５０において、電極１８は、電極本体部１１０に加えて、金属パイプ材料１４の外周面１４ａと接触する接触面１８ａの変位を許容する変位許容部１２０を備える。この変位許容部１２０は、電極本体部１１０に比して、接触面１８ａの径方向へ変形し易い導電性部材１２１を有する。例えば、寸法公差などの影響により金属パイプ材料１４の外径が大きい場合、導電性部材１２１が接触面１８ａの径方向へ変形する。これにより、変位許容部１２０は、接触面１８ａの変位を許容し、金属パイプ材料１４の寸法公差を吸収することができる。従って、接触面１８ａと金属パイプ材料１４との間の良好な接触状態を維持できる。【選択図】図３

Description

本発明は、通電加熱装置に関する。

従来、金属パイプを成形金型により型閉してブロー成形する成形装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された成形装置は、成形金型と、金属パイプ材料内に気体を供給する気体供給部と、を備えている。この成形装置では、加熱された金属パイプ材料を成形金型内に配置し、成形金型を型閉した状態で金属パイプ材料に気体供給部から気体を供給して膨張させることによって、金属パイプ材料を成形金型の形状に対応する形状に成形する。

特開２０１５－１１２６０８号公報

従来の成形装置では、金属パイプ材料の両端部を電極でそれぞれ保持し、各電極から通電を行うことで、金属パイプ材料の加熱を行っていた。ここで、電極の接触面は、金属パイプ材料の外周面に対応した大きさに設定されている。しかしながら。金属パイプ材料が寸法公差を含むことにより、金属パイプ材料の外径と電極の接触面との接触状態がばらつく場合がある。このような場合、電極の接触面と金属パイプ材料との接触状態に影響があり、加熱到達温度にばらつきが生じるなど、通電加熱の性能に影響がある。

そこで、本発明は、通電加熱の性能を向上できる通電加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る通電加熱装置は、金属パイプ材料に電極を接触させて金属パイプを通電加熱する通電加熱装置であって、電極は、電極材料で形成される電極本体部と、金属パイプ材料の外周面と接触する接触面の変位を許容する変位許容部と、を備え、変位許容部は、電極本体部に比して、接触面の径方向へ変形し易い導電性部材を有する。

この通電加熱装置において、電極は、電極本体部に加えて、金属パイプ材料の外周面と接触する接触面の変位を許容する変位許容部を備える。この変位許容部は、電極本体部に比して、接触面の径方向へ変形し易い導電性部材を有する。例えば、寸法公差などの影響により金属パイプ材料の外径が大きい場合、導電性部材が接触面の径方向へ変形する。これにより、変位許容部は、接触面の変位を許容し、金属パイプ材料の寸法公差を吸収することができる。従って、接触面と金属パイプ材料との間の良好な接触状態を維持できる。以上により、通電加熱の性能を向上できる。

導電性部材は、接触面の周方向に沿って帯状に延びるベース部、ベース部に接続されて周方向に並ぶように複数形成された弾性部を備え、弾性部は、径方向へ押圧されることで、当該径方向に対して弾性力を発生させてよい。接触面が大きな外径の金属パイプ材料と接触するとき、導電性部材の弾性部が径方向へ押圧される。このとき、導電性部材は、金属パイプ材料は、金属パイプ材料の寸法公差を吸収しながら、弾性力を発生することで、接触面を金属パイプ材料に押し付けることができる。これにより、接触面と金属パイプ材料との良好な接触状態を維持できる。

電極本体部は、変位許容部の外周側に配置される外周部と、変位許容部の内周側に配置されて、接触面が形成された内周部と、を有してよい。この場合、電極本体部である内周部が金属パイプ材料と接触する。これにより、変形しやすい導電性材料が金属パイプ材料と直接接触する場合に比して、接触面と金属パイプ材料との接触状態を良好なものとすることができる。

電極は、金属パイプ材料を挟むように二つの分割された部材によって構成されてよい。この場合、分割された電極で金属パイプ材料を挟むことで、接触面を金属パイプ材料に接触させることができる。

電極は、周方向において全周にわたって一体的に形成され、金属パイプ材料を当該金属パイプ材料の軸方向から挿入可能な挿入部を有する。この場合、挿入部に金属パイプ材料を挿入することにより、接触面を金属パイプ材料に接触させることができる。

導電性部材は、径方向に複数の導電性の板材を積層することによって構成されていてよい。この場合、複数の導電性の板材は、板材同士の間の隙間を小さくするように変形することができる。

本発明によれば、通電加熱の性能を向上できる通電加熱装置を提供できる。

本実施形態に係る通電加熱装置を採用した成形装置の概略構成図である。 電極周辺の拡大図であって、（ａ）は電極が金属パイプ材料を保持した状態を示す図、（ｂ）は電極にシール部材を押し付けた状態を示す図、（ｃ）は電極の正面図である。 通電加熱装置の電極を示す拡大断面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 図５（ａ）は、平面状に延ばした状態のマルチコンタクトを示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線に沿った断面図である。 電極を開いた様子を示す拡大断面図である。 変形例に係る通電加熱装置の電極を示す拡大断面図である。 変形例に係る通電加熱装置の電極を示す拡大断面図である。 変形例に係る通電加熱装置の電極を示す図であり、図４に対応する図である。 変形例に係る通電加熱装置の電極を示す拡大断面図である。

以下、本発明による成形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。

〈成形装置の構成〉
図１は、本実施形態に係る通電加熱装置が適用される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からなる成形金型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通電加熱装置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、成形金型１３を強制的に水冷する水循環機構７２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、上記通電加熱装置５０の駆動、及び上記気体供給部６０の気体供給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。

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。

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。

下側電極１７，１８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。

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。

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。

上側電極１７，１８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。

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接触面１８ａが形成されていて（図２参照）、当該接触面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。また、電極１８の正面（金型の外側方向の面）には、接触面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。

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接触面１７ａが形成されていて（図２参照）、当該接触面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。また、電極１７の正面（金型の外側方向の面）には、接触面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。

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。

通電加熱装置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、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。なお、ブスバー５２は、ここでは、下側電極１７，１８に接続されている。

この通電加熱装置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Ｃ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。

図１に戻り、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。

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。

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及び電力供給部５５等を制御する。

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。

〈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には接触面１７ａ，１８ａが形成されているので、当該接触面１７ａ，１８ａによって金属パイプ材料１４が位置決めされる。

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に形成される接触面１７ａ，１８ａ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。

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の接触面１８ａとテーパー面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の接触面１７ａとテーパー面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。

続いて、制御部７０は、通電加熱装置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、通電加熱装置５０の電力供給部５５を制御し電力を供給する。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、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。すなわち、金属パイプ材料１４は通電加熱状態となる。

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。

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の接触面１８ａとテーパー面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の接触面１７ａとテーパー面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。

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。

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。

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。

〈通電加熱装置〉
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る通電加熱装置５０の特徴的部分について説明する。図３は、通電加熱装置５０の電極１８を示す拡大断面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。なお、図３及び図４では、電極１８のみ示されているが、電極１７も同様の構成を有している。従って、以降の説明は、電極１７に対しても成り立つものとし、当該電極１７についての説明を省略する。また、電極１８は、金属パイプ材料１４を挟むように二つの分割された部材によって構成されている。以降の説明においては、上側の電極１８を電極１８Ａと称し、下側の電極１８を電極１８Ｂと称する。

また、図中の中心線ＣＬは、通電加熱時における金属パイプ材料１４の中心線に該当する。中心線ＣＬは、電極１８Ａ，１８Ｂを閉じて金属パイプ材料１４を挟んだときの、上述の接触面１８ａ，１８ａの中心線となる。接触面１８ａは、通電加熱時に金属パイプ材料１４の外周面１４ａと接触する。電極１８Ａ，１８Ｂを閉じて金属パイプ材料１４を挟んだとき、接触面１８ａ，１８ａは、中心線ＣＬを中心軸とした半円筒面を形成する。なお、電極１８Ａ，１８Ｂ同士が対向する面は、接触面１８ａ，１８ａ以外の箇所は、金属パイプ材料１４を挟んだときに互いに接触する、平面１８ｅ，１８ｅとなる。電極１８Ａ，１８Ｂは、中心線ＣＬが延びる軸方向に対向する端面１８ｃ，１８ｄを有する。端面１８ｃは、金型１３側に配置される面である。端面１８ｄは、金型１３と反対側に配置される面である。テーパー面１８ｂは、端面１８ｄの内周側に形成される。

図３及び図４に示すように、上側の電極１８Ａは、電極本体部１１０と、変位許容部１２０と、を備える。電極本体部１１０は、導電性の電極材料で形成される部分である。電極本体部１１０は、電極材料を所定の形状に形成することで構成される、剛性の高い部材である。電極本体部１１０は、互いに分割されて別ピースとして構成された、内周部１１２と、外周部１１３と、を有する。なお、下側の電極１８Ｂは、上側の電極１８Ａと上下対象な形状を有しているため、説明を省略する。

内周部１１２は、電極１８Ａの内周側の一部を構成する部材である。内周部１１２は、半円筒状の部材によって構成される。内周部１１２の内周面１１２ａは、上述の接触面１８ａとして形成されている。内周部１１２の外周面１１２ｂは、接触面１８ａよりも大きい径を有すると共に、接触面１０５と平行をなすような半円筒状の形状を有する。内周部１１２の周方向における両端部の端面１１２ｅは、上述の電極１８Ａの平面１８ｅの一部を構成する（図４参照）。内周部１１２は、中心線ＣＬが延びる軸方向に端面１１２ｃ，１１２ｄを有する。端面１１２ｃは、電極１８Ａの端面１８ｃの一部を構成する。端面１１２ｄは、電極１８Ａの端面１８ｄの一部を構成する。また、内周部１１２は、電極１８Ａのテーパー面１８ｂを有する。

外周部１１３は、電極１８Ａの外周側の一部を構成する部材である。外周部１１３は、下端側の平面状の端面１１３ｅに対して、半円筒面である内周面１１３ａを形成することによって構成される（図４参照）。この内周面１１３ａは、内周部１１２の外周面１１２ｂと離間した状態で略平行となる。また、端面１１３ｅは、上述の電極１８Ａの平面１８ｅの一部を構成する（図４参照）。外周部１１３は、中心線ＣＬが延びる軸方向に端面１１３ｃ，１１３ｄを有する。端面１１３ｃは、電極１８Ａの端面１８ｃの一部を構成する。端面１１３ｄは、電極１８Ａの端面１８ｄの一部を構成する。

変位許容部１２０は、金属パイプ材料１４の外周面１４ａと接触する接触面１８ａの変位を許容する部分である。変位許容部１２０は、外周部１１３の内周面１１３ａと内周部１１２の外周面１１２ｂとの間に形成される。これにより、外周部１１３は、変位許容部１２０の外周側に配置され、内周部１１２は、変位許容部１２０の内周側に配置されるような位置関係となる。変位許容部１２０は、接触面１８ａの外周側への変位を許容する。すなわち、接触面１８ａが金属パイプ材料１４で押されて径方向外側へ荷重を受けたとき、変位許容部１２０は、当該接触面１８ａごと内周部１１２が径方向外側へ変位することを許容する。このとき、変位許容部１２０は、当該変位に対して内周側へ向かう反力を発生する。

変位許容部１２０は、電極本体部１１０に比して、径方向へ変形し易い導電性部材１２１を有する。導電性部材１２１は、外周部１１３の内周面１１３ａと内周部１１２の外周面１１２ｂとの間の空間内に、周方向に延びるように配置される。導電性部材１２１は、変形の前後において、外周部１１３と内周部１１２とが電気的に接続された状態を維持する。導電性部材１２１は、外周側において、外周部１１３の内周面１１３ａに支持される。また、導電性部材１２１は、内周側において、内周部１１２で押圧された時に弾性変形を行う。従って、導電性部材１２１は、内周部１１２の外周面１１２ｂを介して接触面１８ａの外周側への変位を吸収すると共に、当該変位に対する反力として弾性力を発生する。ここで、導電性部材１２１の変形量は、例えば、電極材料に比して剛性の低い絶縁層などが微小な変形を行うときの変形量とは異なり、少なくとも金属パイプ材料１４の寸法公差分の変位を吸収できる程度の変形量となる。

導電性部材１２１は、例えば、マルチコンタクトによって構成されてよい。マルチコンタクトは、導電性の材料で形成された帯状の部材であって、弾性力を発生することができる形状パターンが長手方向に複数配列された部材である。マルチコンタクトの一例を図５に示す。図５（ａ）は、平面状に延ばした状態のマルチコンタクト１３０を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ－Ｖｂ線に沿った断面図である。図５に示すように、マルチコンタクト１３０は、ベース部１３１と、弾性部１３２と、を備える。ベース部１３１は、帯状に延びる部分である。マルチコンタクト１３０は、幅方向に互いに離間して対向するように一対のベース部１３１を有している。弾性部１３２は、ベース部１３１に接続されて当該ベース部１３１が延びる方向に並ぶように複数形成された部分である。弾性部１３２は、一対のベース部１３１間で幅方向に架け渡されるように設けられている。隣合う弾性部１３２間には、隙間１３３が形成される。弾性部１３２は、ベース部１３１の厚み方向において、当該ベース部１３１の主面１３１ａ，１３１ｂから両側へ飛び出すように、捻られている。弾性部１３２の縁部１３２ａが主面１３１ａから飛び出し、縁部１３２ｂが主面１３１ｂから飛び出している。

マルチコンタクト１３０は、変位許容部１２０に組み込まれたときは、半円弧を描くように、湾曲した状態で、外周部１１３の内周面１１３ａと内周部１１２の外周面１１２ｂとの間の空間内に配置される。なお、図５では、ベース部１３１は平面状に延びているが、変位許容部１２０に組み込まれたときは、周方向に沿って帯状に延びる。また、複数の弾性部１３２は、変位許容部１２０に組み込まれたときは、周方向に並ぶように配列される。また、弾性部１３２の縁部１３２ａが外周部１１３の内周面１１３ａと当接し、弾性部１３２の縁部１３２ｂが内周部１１２の外周面１１２ｂと当接する。そして、マルチコンタクト１３０が内周部１１２によって外周側へ押圧されたら、弾性部１３２は弾性力を発生するように変形する。具体的に、弾性部１３２は、ベース部１３１に対する捩れ量が減少するように、縁部１３２ａ，１３２ｂがベース部１３１に近付くように変形する。このとき、弾性部１３２は、元の状態に復元して、元の捩れ量に戻るように弾性力を発生する。

変位許容部１２０は、軸方向において、一つのマルチコンタクト１３０を有していてよく、複数のマルチコンタクト１３０を有していてもよい。また、変位許容部１２０は、一方の平面１８ｅから他方の平面１８ｅへ連続して延びるようなマルチコンタクト１３０を有してよいが、周方向において複数個に分割されたマルチコンタクト１３０を有してもよい。

なお、導電性部材１２１として採用可能なマルチコンタクトの種類は特に限定されない。例えば、一対のベース部間の弾性部の形状は特に限定されない。例えば、弾性部は、ベース部の一方の主面のみから飛び出すように形成されてよい。また、弾性部は、板が捩れるような形状でなくてよく、例えば、板が屈曲、湾曲するような形状であってもよい。弾性部は、一方のベース部から他方のベース部へ向かって、山なりに湾曲又は屈曲してもよい。また、一対のベース部間で弾性部が延びるようなタイプでなくてよく、一つのベース部から軸方向における両側へ弾性部が飛び出すようなタイプでもよい。また、コイル状のマルチコンタクトを採用してもよい。

図３及び図４に示すように、導電性部材１２１は、軸方向における両端側において、支持部材１２２で支持されている。支持部材１２２は、端面１８ｃ，１８ｄにおいて、外周部１１３及び内周部１１２間に架け渡されるように径方向に延びる部材である。支持部材１２２は、周方向に互いに離間した状態で複数個設けられる。支持部材１２２は、導電性材料で形成されても絶縁性材料で形成されていてもどちらでもよいが、セラミックなどの絶縁性材料で形成されることが好ましい。支持部材１２２が絶縁性材料で形成されている場合、外周部１１３と内周部１１２との間の導電性部材１２１による通電状況に支持部材１２２の影響が及ぼされることを抑制できる。また、支持部材１２２は、導電性部材１２１の変形に追従できる程度に、変形し易い部材である。

図３及び図６を参照して、電極１８Ａ，１８Ｂで金属パイプ材料１４を挟むときの動作について説明する。まず、図６に示すように、電極１８Ａ，１８Ｂを開いた状態とする。このとき、電極１８Ａの平面１８ｅと電極１８Ｂの平面１８ｅ（図４参照）とが上下方向に互いに離間するように配置される。当該状態で、電極１８Ａの接触面１８ａと電極１８Ｂの接触面１８ａとの間に、金属パイプ材料１４の端部を配置する。当該状態で、図３に示すように、電極１８Ａ，１８Ｂを閉じる。金属パイプ材料１４は、外周面１４ａの上側半分にて上側の電極１８Ａの接触面１８ａと接触し、外周面１４ａの下側半分にて下側の電極１８Ｂの接触面１８ａと接触する。このとき、金属パイプ材料１４の径が大きいときは、内周部１１２が接触面１８ａを介して金属パイプ材料１４によって外周側へ相対的に押される。このとき、変位許容部１２０は、接触面１８ａの外周側への変位を許容し、外周部１１３が外周側へ移動するように変形する。

次に、本実施形態に係る通電加熱装置５０の作用・効果について説明する。

通電加熱装置５０において、電極１８は、電極本体部１１０に加えて、金属パイプ材料１４の外周面１４ａと接触する接触面１８ａの変位を許容する変位許容部１２０を備える。この変位許容部１２０は、電極本体部１１０に比して、接触面１８ａの径方向へ変形し易い導電性部材１２１を有する。例えば、寸法公差などの影響により金属パイプ材料１４の外径が大きい場合、導電性部材１２１が接触面１８ａの径方向へ変形する。これにより、変位許容部１２０は、接触面１８ａの変位を許容し、金属パイプ材料１４の寸法公差を吸収することができる。従って、接触面１８ａと金属パイプ材料１４との間の良好な接触状態を維持できる。以上により、通電加熱の性能を向上できる。

導電性部材１２１は、接触面１８ａの周方向に沿って帯状に延びるベース部１３１、ベース部１３１に接続されて周方向に並ぶように複数形成された弾性部１３２を備え、弾性部１３２は、径方向へ押圧されることで、当該径方向に対して弾性力を発生させる。接触面１８ａが大きな外径の金属パイプ材料１４と接触するとき、導電性部材１２１の弾性部１３２が径方向へ押圧される。このとき、導電性部材１２１は、金属パイプ材料１４は、金属パイプ材料１４の寸法公差を吸収しながら、弾性力を発生することで、接触面１８ａを金属パイプ材料１４に押し付けることができる。これにより、接触面１８ａと金属パイプ材料１４との良好な接触状態を維持できる。

電極本体部１１０は、変位許容部１２０の外周側に配置される外周部１１３と、変位許容部１２０の内周側に配置されて、接触面１８ａが形成された内周部１１２と、を有する。この場合、電極本体部１１０である内周部１１２が金属パイプ材料１４と接触する。これにより、変形しやすい導電性部材１２１が金属パイプ材料１４と接触する場合に比して、接触面１８ａと金属パイプ材料１４との接触状態を良好なものとすることができる。

電極１８は、金属パイプ材料１４を挟むように二つの分割された部材によって構成されている。この場合、分割された電極１８Ａ，１８Ｂで金属パイプ材料１４を挟むことで、接触面を金属パイプ材料１４に接触させることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

上述の実施形態では、電極が上下方向に二つに分割されていたが、周方向における電極の分割数は特に限定されない。例えば、電極が周方向に三つ以上分割されていてもよい。また、電極は、周方向において分割されていなくともよい。例えば、図７に示す構成を採用してもよい。この電極２１８は、上述のように上下に周方向において全周にわたって一体的に形成されている。電極２１８は、金属パイプ材料１４を当該金属パイプ材料１４の軸方向から挿入可能な挿入部２４０を有する。電極２１８は、図３に示す電極１８Ａと電極１８Ｂとを平面１８ｅ，１８ｅにて互いに固定した構成を有する。従って、電極２１８は、リング状の内周部２１２と、リング状の変位許容部２２０と、円形の貫通孔を有する外周部２１３と、を備える。電極本体部２１０は、内周部２１２と外周部２１３を有する。変位許容部２２０は、環状の導電性部材２２１を有する。挿入部２４０は、リング状の内周部２１２の内周側の接触面２１８ａによって構成される。金属パイプ材料１４の端部は、図７（ａ）に示すように挿入部２４０に対して軸合わせが行われ、その後、図７（ｂ）に示すように、挿入部２４０に挿入される。このような電極２１８は、図１に示す成形装置１０に組み込まれてもよいが、成形装置１０の外部に設けられた加熱装置に適用されてもよい。例えば、電極２１８がアームなどで支持されて、金属パイプ材料１４の端部に対して近付いてゆき、当該端部を挿入部２４０に挿入させてよい。

以上のように、電極２１８は、周方向において全周にわたって一体的に形成され、金属パイプ材料１４を当該金属パイプ材料１４の軸方向から挿入可能な挿入部２４０を有する。この場合、挿入部２４０に金属パイプ材料１４を挿入することにより、接触面２１８ａを金属パイプ材料に接触させることができる。

また、変位許容部の導電性部材が直接金属パイプ材料１４の外周面１４ａと接触してもよい。図８に示すように、電極３１８は、電極本体部３１０の内周面に変位許容部３２０を有する。変位許容部３２０の導電性部材３２１は、金属パイプ材料１４の外周面１４ａと直接接触する。なお、導電性部材３２１の軸方向の両端部は、電極３１８に組み込まれた絶縁部３３０によって支持されてよい。この電極３１８は、周方向に一体となっていても、分割されていてもよい。

また、導電性部材は、導電性を有する部材で構成され、且つ、接触面１８ａの変位を許容できるような部材であれば、マルチコンタクト以外の部材が採用されてもよい。例えば、変位許容部は、径方向に複数の導電性の板材を積層することによって構成されてよい。図９に示す電極３１８は、変位許容部３２０を構成する部材として導電性部材３２１が採用されている。導電性部材３２１は、半円筒状に湾曲した導電性の板材３２１ａを積層することによって構成される。導電性部材３２１は、いわゆるコーペル（シャント）と称される部材である。導電性部材３２１を構成する板材３２１ａは、半円筒状に湾曲した部分と、当該部分の両端から平板状に延びる部分と、を有する。また、平板状の部分は、接続部材３２１ｂによって、他の板材３２１ａと電気的に接続されている。板材３２１ａ同士の間には僅かな隙間が形成されているため、導電性部材３２１は、径方向に弾性変形することができる。図９に示す導電性部材３２１は、最も内周側の板材３２１ａの内周面を接触面として、金属パイプ材料１４と接触する。または、図１０に示す電極４１８のように、導電性部材３２１は、外周部１１３と内周部１１２との間に配置されてもよい。

導電性部材として、上述のようなマルチコンタクトやコーペルに代えて、銅線を編み込んで形成された平編銅銭を採用してもよい。

なお、上述の実施形態では、流体供給部として気体供給機構が採用されていたが、流体は気体に限定されず、液体を供給してもよい。

１０…成形装置、１４…金属パイプ材料、１８，２１８，３１８，４１８…電極、１８ａ…接触面、５０…通電加熱装置、１１０，３１０…電極本体部、１１２，２１２…内周部、１１３，２１３…外周部、１２０，２２０，３２０…変位許容部、１２１，３２１…導電性部材、１３０…マルチコンタクト、１３１…ベース部、１３２…弾性部、２４０…挿入部、３２１ａ…板材。

Claims (6)

1. 金属パイプ材料に電極を接触させて前記金属パイプを通電加熱する通電加熱装置であって、
   前記電極は、
   電極材料で形成される電極本体部と、
   前記金属パイプ材料の外周面と接触する接触面の変位を許容する変位許容部と、を備え、
   前記変位許容部は、前記電極本体部に比して、前記接触面の径方向へ変形し易い導電性部材を有する、通電加熱装置。
2. 前記導電性部材は、前記接触面の周方向に沿って帯状に延びるベース部、前記ベース部に接続されて前記周方向に並ぶように複数形成された弾性部を備え、
   前記弾性部は、前記径方向へ押圧されることで、当該径方向に対して弾性力を発生させる、請求項１に記載の通電加熱装置。
3. 前記電極本体部は、
   前記変位許容部の外周側に配置される外周部と、
   前記変位許容部の内周側に配置されて、前記接触面が形成された内周部と、を有する、請求項１または２に記載の通電加熱装置。
4. 前記電極は、前記金属パイプ材料を挟むように二つの分割された部材によって構成されている、請求項１～３の何れか一項に記載の通電加熱装置。
5. 前記電極は、前記接触面の周方向において全周にわたって一体的に形成され、前記金属パイプ材料を当該金属パイプ材料の軸方向から挿入可能な挿入部を有する、請求項１～３の何れか一項に記載の通電加熱装置。
6. 前記導電性部材は、前記径方向に複数の導電性の板材を積層することによって構成されている、請求項１～４の何れか一項に記載の通電加熱装置。

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