JP2014148730A - 通電装置及び加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続的に搬送される線材を直接抵抗加熱によって加熱する加熱装置を小型化する。
【解決手段】加熱装置は、線材Ｗの搬送方向に間隔をあけて配置された第１通電装置１０及び第２通電装置を備える。第１通電装置１０及び第２通電装置の各々は、線材Ｗを外周面間に挟み込んで線材上を転動する一対のローラ２０と、一対のローラを回転可能に支持し且つ線材搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動させることによって一対のローラを線材に対して接離させる支持部２２と、一対のローラに摺接し、線材に流す電流の電流経路に接続される接触部２１とを有しており、支持部は、一対のローラの第１の端面側に隣設され、接触部は、一対のローラの第２の端面２０ａに摺接する。
【選択図】図３

Description

本発明は、直接抵抗加熱によって加熱される線材用の通電装置、及びこの通電装置を備える加熱装置に関する。

線材に対して焼き入れや焼鈍しといった熱処理を施し、あるいは鍛造加工を施す際に線材を加熱する加熱装置として、連続的に搬送される線材の搬送経路の一部区間において、この区間を走行している線材に電流を流し、直接抵抗加熱によって線材を加熱する加熱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された加熱装置は、線材の搬送方向に間隔をあけて配置された２つのローラ対と、これら２つのローラ対間に配置された環状コアを有するトランスと、トランスを跨いで２つのローラ対を接続する導電部材とを備えている。線材はトランスの中央の孔を通過して搬送される。ローラ対は、線材を外周面間に挟み込み、搬送される線材上を転動する。

２つのローラ対、及び２つのローラ対を接続する導電部材、並びに２つのローラ対間を走行している線材によってトランスの二次巻線が構成される。トランスの一次巻線に交流電力を供給すると、電磁誘導によって、２つのローラ対間を走行している線材に電流が流れ、線材が加熱される。

特開昭６３−１２８１２５号公報

線材の生産ラインにおける装置レイアウトの制約や、生産ラインの長さを短縮する観点から、加熱装置の小型化が要請され、特に線材搬送方向に加熱装置の小型化が要請されている。

加熱装置を小型化するには、例えばローラの径を小さくすることが考えられる。しかし、直接抵抗加熱によって線材を加熱するには多大な電流を線材に流す必要がある。ローラの径を小さくするとローラと線材との接触面積が縮小し、ローラと線材との間でスパークが発生する虞がある。そして、スパークが発生すると、線材表面にスパーク痕が生じ、線材の品質低下が懸念される。そのため、ローラの径を小さくすることは難しいと考えられていた。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、直接抵抗加熱によって線材を加熱する加熱装置を小型化することを目的としている。

（１） 直接抵抗加熱によって加熱される線材用の通電装置であって、連続的に搬送される線材を外周面間に挟み込んで該線材上を転動する一対のローラと、前記一対のローラを回転可能に支持し、且つ前記一対のローラを前記線材の搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動させることによって該一対のローラを前記線材に対して接離させる支持部と、前記一対のローラに摺接し、前記線材に流す電流の電流経路に接続される接触部と、を備え、前記支持部は、前記一対のローラの第１の端面側に隣設されており、前記接触部は、前記一対のローラの各々の前記第１の端面とは反対側の第２の端面に摺接する通電装置。
（２） 連続的に搬送される線材を直接抵抗加熱によって加熱する加熱装置であって、前記線材の搬送方向に間隔をあけて配置された第１通電装置及び第２通電装置と、前記第１通電装置及び前記第２通電装置を介して前記線材に電流を供給する電流供給部と、を備え、前記第１通電装置及び前記第２通電装置の各々は、前記線材を外周面間に挟み込んで該線材上を転動する一対のローラと、前記一対のローラを回転可能に支持し、且つ前記一対のローラを前記線材の搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動させることによって該一対のローラを前記線材に対して接離させる支持部と、前記一対のローラに摺接し、前記線材に流す電流の電流経路に接続される接触部と、を有し、前記支持部は、前記一対のローラの第１の端面側に隣設されており、前記接触部は、前記一対のローラの各々の前記第１の端面とは反対側の第２の端面に摺接する加熱装置。

一対のローラを線材搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動させてこれら一対のローラの外周面間に線材を挟み込み、一対のローラと線材との導通をとることにより、通電装置及びこの通電装置を備える加熱装置を線材搬送方向に小型化できる。

そして、一対のローラを並進移動させる支持部が隣設される側とは反対側のローラの端面に接触部を摺接させ、一対のローラと接触部との導通をとることにより、接触部の配置の自由度を高めることができる。それにより、接触部のローラからの線材搬送方向へのはみ出しを回避することができ、通電装置及び加熱装置を線材搬送方向に小型化できる。

本発明の実施形態を説明するための、加熱装置を備える線材の生産ラインの一例の構成を模式的に示す図である。 図１の生産ラインに設置された加熱装置の構成を模式的に示す図である。 図２の加熱装置に設けられた通電装置の構成を示す図である。 図２の加熱装置の変形例の構成を模式的に示す図である。 参考例としての通電装置の構成を示す図である。 図５の通電装置の構成を示す図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、加熱装置を備える線材の生産ラインの一例の構成を示す。

図１に示す生産ラインは線材Ｗの伸線ラインであって、線材表面のスケール等を除去するショットブラスト装置１と、線材Ｗの曲がり癖等を矯正する矯正装置２と、加熱装置３と、線材Ｗを所望の断面形状に成形する引き抜き装置４とを備えており、これらの装置が線材Ｗの搬送方向に順に設置されている。

加熱装置３は、連続的に搬送される線材Ｗを、矯正装置２と引き抜き装置４との間において、直接抵抗加熱によって温間加工温度、即ち室温より高く線材材料の再結晶温度未満の温度まで加熱する。伸線加工は、一般的には冷間で行われるが、温間で行うことによって線材Ｗの割れを防止することができる。

図２は加熱装置３の構成を示す。

加熱装置３は、線材Ｗの搬送方向に間隔をあけて配置された第１通電装置１０及び第２通電装置１１と、第１通電装置１０及び第２通電装置１１を介して線材Ｗに電流を供給する電流供給部１２とを備えている。

第１通電装置１０及び第２通電装置１１の各々は、線材Ｗを外周面間に挟み込み、連続的に搬送される線材Ｗ上を転動する一対のローラ２０と、これらのローラ２０に摺接する接触部２１とを有している。

加熱装置３において、電流供給部１２は、線材Ｗを挿通させる環状のコア３０と、コア３０に巻回された一次巻線３１と、一次巻線３１に交流電流を供給する電源３２と、第１通電装置１０及び第２通電装置１１の各々の接触部２１を互いに接続する導電部材３３とで構成されている。

第１通電装置１０及び第２通電装置１１の各々の一対のローラ２０及び接触部２１、これら２つの接触部２１を接続する導電部材３３、並びに第１通電装置１０と第２通電装置１１との間を走行している線材Ｗによって、コア３０を周回する二次巻線が形成される。一次巻線３１に交流電力を供給すると、電磁誘導によって、二次巻線の一部をなす線材Ｗ、即ち第１通電装置１０と第２通電装置１１との間の加熱区間を走行している線材Ｗに電流が流れ、線材Ｗは直接抵抗加熱によって温間加工温度まで加熱される。

温間加工温度は、線材材料や線材Ｗに対する加工によって異なるが、例えば鋼線の鍛造加工であれば５００℃程度である。また、鋼線をコイル状に成形してコイルばねを製造する場合に、鋼線をコイル状に成形するにあたり、焼入れ及び焼戻しが施された鋼線を５５０℃以下の温間加工温度にて加熱した状態でコイル状に成形する場合にも、加熱装置３を用いることができる。ここで使用される鋼線はオイルテンパー線であり、例えばＳＷＯＳＣ−Ｂ（ばね用シリコンクロム鋼オイルテンパー線）を基本に、必要に応じて特殊元素（例えばＶ（バナジウム）等）が添加された鋼線である。

図３は第１通電装置１０の構成を示す。

第１通電装置１０は、上述したとおり、一対のローラ２０と、接触部２１とを有しており、さらに一対のローラ２０を回転可能に支持し且つ線材Ｗに対して接離させる支持部２２を有している。

線材Ｗを温間加工温度まで加熱する加熱装置３では、焼き入れや焼鈍しといった熱処理の処理温度ないし熱間加工温度（線材材料の再結晶温度以上）まで加熱する場合に比べて、線材Ｗに流す電流が比較的小さく、加熱温度の影響が少ないため、加熱装置３の第１通電装置１０では、ローラ２０と線材Ｗとの間にスパークが発生しない範囲で、ローラ２０の径が小さくされている。それにより、第１通電装置１０は線材搬送方向に小型化される。

そして、ローラ２０は、搬送される線材Ｗとの摩擦によって受動的に転動するアイドラとして構成されている。

直接抵抗加熱によって線材Ｗを熱処理温度ないし熱間加工温度まで加熱する場合に、上述したとおり、線材Ｗに流す電流や加熱温度との関係でローラの径を比較的大きくする必要があり、ローラの回転に要するトルクが大きい。そのため、典型的にはローラを回転駆動するモータが設けられ、ローラはモータによって回転駆動されて線材Ｗ上で能動的に転動する。これに対して、第１通電装置１０では、線材Ｗに流す電流や加熱温度との関係でローラ２０の径が比較的小さく、ローラ２０の回転に要するトルクも小さいため、ローラ２０をアイドラとして構成することが可能となる。換言すれば、ローラ２０の径は、アイドラとして構成可能な程に小さくされている。

また、ローラ２０をアイドラとして構成することによって、ローラ２０を回転駆動するためのモータを省くことができる。それにより、第１通電装置１０は小型化される。なお、ローラ２０をアイドラとして構成することは必須ではなく、ローラ２０の回転に要するトルクが小さくともローラ２０を回転駆動するモータ（駆動部）を設けてもよい。

例えば、これまで線材の加熱温度によらずφ３６０ｍｍ程度のローラが用いられていたところ、下記の条件で線材を加熱する場合に、スパークを発生させずにローラ２０の径をφ２５０ｍｍ程度に小さくできた。
線材材料 ：鉄鋼
線径 ：φ２０ｍｍ ｍａｘ
搬送速度 ：５０ｍ／ｍｉｎ ｍａｘ
加熱温度 ：温間加工温度範囲

支持部２２は、一対のローラ２０が並設された面内でこれらのローラ２０を線材Ｗの搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動させ、一対のローラ２０が外周面間に線材Ｗを挟み込むように、一対のローラ２０を線材Ｗに対して接近させ、また線材Ｗから離間させる。

支持部２２はローラ２０毎に設けられる直動機構を有しており、各直動機構は、ローラ２０を回転可能に支持するガイドブロック４０と、ローラ２０の並進移動方向にガイドブロック４０を移動可能に支持するガイドレール４１と、ガイドブロック４０を移動させる駆動源とを含んで構成されている。

ガイドブロック４０を移動させる駆動源は、図示の例では、ガイドブロック４０に接続されるピストンロッドを有する流体圧シリンダ４２と、シリンダ４２に空気等の作動流体を供給するポンプ（不図示）とで構成されている。

シリンダ４２は、作動流体を介してポンプから伝達される圧力によってガイドブロック４０を押圧し、ローラ２０が線材Ｗに接近する向きにガイドブロック４０を移動させる。また、シリンダ４２にはピストンロッドを押し戻すバネ（不図示）が設けられており、シリンダ４２は、その内部の圧力が解放されるのに伴ってローラ２０を自動的に線材Ｗから離間させる。

なお、ガイドブロック４０を移動させる駆動源は、ボールねじやラック・アンド・ピニオンなどを用いて構成することもできる。

一対のローラ２０は、支持部２２によって、線材Ｗの搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動され、その外周面間に線材Ｗを挟み込む。それにより、一対のローラ２０と線材Ｗとの導通がとられる。

このように、一対のローラ２０の外周面間に線材Ｗを挟み込んで一対のローラ２０と線材Ｗとの導通をとる際に、一対のローラ２０を線材Ｗの搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動させることにより、各ローラ２０は線材搬送方向に変位せず、各ローラ２０の線材搬送方向隣にスペースを設けておく必要がなくなる。それにより、第１通電装置１０は線材搬送方向に小型化される。

以上のとおり構成された支持部２２は、ローラ２０の鉛直下に向く第１の端面側に隣設されている。

接触部２１は、一対のローラ２０に摺接する複数の接触子５０と、これらの接触子５０を保持する保持体５１とを有している。接触子５０は、ローラ２０毎に１つ以上設けられ、対応するローラ２０の鉛直上に向く第２の端面２０ａに接触した状態を保って位置を固定されており、ローラ２０の転動に伴って第２の端面２０ａを相対的に摺動する。それにより、接触部２１と一対のローラ２０との導通がとられる。そして、これらの接触子５０は、図示しないケーブル及び保持体５１を介して導電部材３３（図２参照）に電気的に接続される。

なお、ローラ２０毎の接触子５０の数は線材Ｗに流す電流に応じて適宜設定されるものであり、図示の例では、ローラ２０毎に４つの接触子５０が設けられている。

ここで、支持部２２側を向くローラ２０の第１の端面に接触子５０を摺接させることもできるが、その場合に、第１の端面の中心部に重なる支持部２２のガイドブロック４０の移動軌跡を避けて接触子５０を配置する必要があり、第１の端面の線材搬送方向寄りの縁部に接触子５０を摺接させることとなる。そのため、特にローラ２０が比較的小径な第１通電装置１０においては、接触部２１がローラ２０から線材搬送方向にはみ出す可能性がある。

また、ローラ２０の外周面に接触子５０を摺接させる場合には、ローラ２０の移動軌跡を避けて接触子５０を配置する必要があることから、接触部２１は、必然的にローラ２０から線材搬送方向にはみ出すこととなる。

これに対し、接触子５０をローラ２０の第２の端面２０ａに摺接させて接触部２１と一対のローラ２０との導通をとるようにすれば、支持部２２やローラ２０と干渉することもないので接触部２１の配置の自由度が高く、接触部２１のローラ２０からの線材搬送方向へのはみ出しを回避することができる。それにより、第１通電装置１０は線材搬送方向に小型化される。

さらに、第１通電装置１０において、接触子５０は、対応するローラ２０の第２の端面２０ａにおける中心部に摺接するように配置されている。それにより、接触子５０の摺接に起因するトルクの増加を抑制することができ、アイドラとして構成されるローラ２０を円滑に転動させることができる。

第２通電装置１１は、上述した第１通電装置１０と同一に構成されており、第１通電装置１０と同様に小型化されている。

以上、説明したとおり、一対のローラ２０を線材搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動させてこれら一対のローラ２０の外周面間に線材を挟み込み、一対のローラ２０と線材Ｗとの導通をとることにより、通電装置１０，１１、及び通電装置１０，１１を備える加熱装置３を線材搬送方向に小型化できる。

そして、一対のローラ２０を並進移動させる支持部２２が隣設される側とは反対側のローラ２０の第２の端面２０ａに接触子５０を摺接させ、接触部２１と一対のローラ２０との導通をとることにより、接触部２１の配置の自由度を高めることができる。それにより、接触部２１のローラ２０からの線材搬送方向へのはみ出しを回避することができ、通電装置１０，１１及び加熱装置３を線材搬送方向に小型化できる。

なお、上述した通電装置１０，１１の接触部２１及び支持部２２の構成は、直接抵抗加熱によって線材を熱処理温度ないし熱間加工温度まで加熱する加熱装置の通電装置にも適用可能であり、その場合にも加熱装置及び通電装置を小型化できる。

また、加熱装置において線材に電流を供給する電流供給部の構成は上述したものに限られない。図４に示す加熱装置１０３の電流供給部１１２は、電源１３２と、電源１３２を第１通電装置１０及び第２通電装置１１の各々の接触部２１に接続する導電部材１３３とで構成されており、電源１３２から線材Ｗに電流が直接供給される。

図５及び図６は参考例としての通電装置の構成を示す。

図５及び図６に示す通電装置２１０は、一対のローラ２２０と、一対のローラ２２０に摺接する接触部２２１と、一対のローラ２２０を回転可能に支持し且つ線材Ｗに対して接離させる支持部２２２とを有している。

支持部２２２は、一対のローラ２２０が並設された面内でこれらのローラ２２０を互いに逆に揺動させ、一対のローラ２２０が外周面間に線材Ｗを挟み込むように、一対のローラ２２０を線材Ｗに対して接近させ、また線材Ｗから離間させる。

支持部２２２は、ローラ２２０毎に設けられる揺動機構を有しており、各揺動機構は、ローラ２２０を回転可能に支持するアーム２４０と、アーム２４０を揺動させる駆動源としてのシリンダ２４２とを含んで構成されている。

アーム２４０は、一方の端部２４０ａにおいてローラ２２０を回転可能に支持しており、アーム２４０の他方の端部２４０ｂには、このアーム２４０の回転軸Ｏが設けられている。

シリンダ２４２は、ローラ２２０が線材Ｗに接近する向きに、ローラ２２０を支持したアーム２４０の端部２４０ａを押圧する。それにより、ローラ２２０は、アーム２４０の回転軸Ｏを中心に揺動され、線材Ｗに接近する。

そして、一対のローラ２２０は、支持部２２２によって、互いに逆に揺動され、その外周面間に線材Ｗを挟み込む。それにより、一対のローラ２２０と線材Ｗとの導通がとられる。

以上のとおり構成された支持部２２２は、一対のローラ２２０の鉛直下に向く第１の端面２２０ｂ側に隣設されている。

接触部２２１は、一対のローラ２２０に摺接する複数の接触子２５０と、これらの接触子２５０を保持する保持体２５１とを有している。接触子２５０は、ローラ２２０毎に１つ以上設けられ、対応するローラ２２０の鉛直下に向く第１の端面２２０ｂに接触した状態を保って位置を固定されており、ローラ２２０の転動に伴って第１の端面２２０ｂを相対的に摺動する。それにより、接触部２２１と一対のローラ２２０との導通がとられる。そして、これらの接触子２５０は、ケーブル２５２及び保持体２５１を介して、例えば上述した加熱装置３の導電部材３３（図２参照）又は加熱装置１０３の導電部材１３３（図４参照）に電気的に接続される。

この通電装置２１０では、一対のローラ２２０が揺動されて線材搬送方向に変位するため、これらのローラ２２０の線材搬送方向隣にスペースＳが設けられる。また、接触子２５０は、支持部２２２側を向くローラ２２０の第１の端面２２０ｂに摺接するため、支持部２２２のアーム２４０移動軌跡を避けて、第１の端面２２０ｂの線材搬送方向寄りの縁部に摺接するように配置されている。

以上のとおり構成された通電装置２１０では、接触子２５０が、ローラ２２０の鉛直下に向く第１の端面２２０ｂに摺接しており、塵埃やその他の異物がローラ２２０と接触子２５０との接触部に堆積することが防止される。よって、装置のメンテナンス性に優れる。

なお、この通電装置２１０においても、上述した通電装置１０と同様に、一対のローラ２２０を線材搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動させてこれら一対のローラ２２０の外周面間に線材を挟み込み、一対のローラ２２０と線材Ｗとの導通をとるようにしてもよい。それによれば、通電装置２１０を線材搬送方向に小型化することができる。

３ 加熱装置
１０ 第１通電装置
１１ 第２通電装置
１２ 電流供給部
２０ ローラ
２０ａ ローラの第２の端面
２１ 接触部
２２ 支持部
３０ コア
３１ 一次巻線
３２ 電源
３３ 導電部材
Ｗ 線材

Claims (7)

1. 直接抵抗加熱によって加熱される線材用の通電装置であって、
   連続的に搬送される線材を外周面間に挟み込んで該線材上を転動する一対のローラと、
   前記一対のローラを回転可能に支持し、且つ前記一対のローラを前記線材の搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動させることによって該一対のローラを前記線材に対して接離させる支持部と、
   前記一対のローラに摺接し、前記線材に流す電流の電流経路に接続される接触部と、
   を備え、
   前記支持部は、前記一対のローラの第１の端面側に隣設されており、
   前記接触部は、前記一対のローラの各々の前記第１の端面とは反対側の第２の端面に摺接する通電装置。
2. 請求項１に記載の通電装置であって、
   温間加工温度まで加熱される線材用の通電装置。
3. 請求項１又は２に記載の通電装置であって、
   前記接触部は、前記一対のローラの各々の前記第２の端面における中心部に摺接する通電装置。
4. 連続的に搬送される線材を直接抵抗加熱によって加熱する加熱装置であって、
   前記線材の搬送方向に間隔をあけて配置された第１通電装置及び第２通電装置と、
   前記第１通電装置及び前記第２通電装置を介して前記線材に電流を供給する電流供給部と、
   を備え、
   前記第１通電装置及び前記第２通電装置の各々は、
   前記線材を外周面間に挟み込んで該線材上を転動する一対のローラと、
   前記一対のローラを回転可能に支持し、且つ前記一対のローラを前記線材の搬送方向と直交する方向に互いに逆に並進移動させることによって該一対のローラを前記線材に対して接離させる支持部と、
   前記一対のローラに摺接し、前記線材に流す電流の電流経路に接続される接触部と、
   を有し、
   前記支持部は、前記一対のローラの第１の端面側に隣設されており、
   前記接触部は、前記一対のローラの各々の前記第１の端面とは反対側の第２の端面に摺接する加熱装置。
5. 請求項４に記載の加熱装置であって、
   前記線材を温間加工温度まで加熱する加熱装置。
6. 請求項４又は５に記載の加熱装置であって、
   前記接触部は、前記一対のローラの各々の前記第２の端面における中心部に摺接する加熱装置。
7. 請求項４から６のいずれか一項に記載の加熱装置であって、
   前記電流供給部は、前記線材を挿通させる環状のコアと、前記コアに巻回された一次巻線と、前記一次巻線に交流電流を供給する電源と、前記第１通電装置及び前記第２通電装置の各々の前記接触部を互いに接続して前記線材とともに二次巻線を形成する導電部材と、を有する加熱装置。

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