JP6063134B2

JP6063134B2 - 線材軟化装置

Info

Publication number: JP6063134B2
Application number: JP2012057192A
Authority: JP
Inventors: 秀樹川口; 秀長日吉
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JP2013189685A; MX2014011035A; TW201343277A; PH12014501998A1; WO2013136772A1; CN104204239A

Description

本発明は、線材軟化装置に係り、特に、線材が掛け渡された複数個の電極シーブと、前記電極シーブ間に交流電圧を印加することにより当該電極シーブ間を接触移動する前記線材を通電して軟化する電源部と、を備えた線材軟化装置に関するものである。

一般に、細径の線材、例えば細径の銅線は太径の材料銅線を伸線機により伸線加工することにより細径の銅線とするようになっている。ここで得られた細径の銅線は伸線加工を受けていることから硬質の銅線である。この硬質の銅線は文字通り硬いことから機械的特性が優れているが、その反面しなやかさ、曲げやすさ、導電率等が劣るという難点がある。

そこで、硬質の銅線の多くは、適当な温度に加熱した後にゆっくり冷却する熱処理を行うことにより軟化させて使用することが多い。このように銅線を軟化させる線材軟化装置は、複数の電極シーブに銅線を掛け渡して接触移動させ、電極シーブ間に交流電圧を印加することによりその電極シーブ間を接触移動する銅線を通電して軟化している（例えば特許文献１）。従来、上記交流電圧の供給源は、商用交流源を用いているため、その周波数は５０Ｈｚで、電圧は２００Ｖで固定である。

このため、従来の軟化装置では、図４に示すように、銅線の電極シーブ間移動速度が速い高速域において、電極シーブ間を移動する銅線に十分な時間、交流電圧を供給することができず、銅線の加熱不足となり軟化することができない、という問題があった。また、銅線に十分な波数の交流電圧を供給することができず、第１電極シーブ３１を通過するときの交流電圧の位相の違いによる加熱量の変化が大きく、銅線の軟化が安定しない、という問題があった。なお、図４は、周波数５０Ｈｚ、電圧２００Ｖ固定の商用交流源を電極シーブ間に供給し、銅線の移動速度を５０ｍ／ｍｉｎ〜１０００ｍ／ｍｉｎの範囲で変化させたときの銅線の伸び率を示すグラフである。

図４に示す例では、移動速度が速くなると銅線の伸び率のばらつきが大きくなる。そして、移動速度が１０００ｍ／ｍｉｎになると交流電圧の供給波数は下記の式（１）に示すように５．１個となり、移動速度が１０００ｍ／ｍｉｎを越えると軟化安定波数５個の確保ができず、安定して軟化することができない。なお、軟化安定波数とは、供給波数がこれ以下になると銅線の伸び率のばらつきが大きくなり、最小値が規定値以下となるような波数を言う。
供給波数＝電極シーブ間の銅線長÷移動速度×交流電圧の周波数
＝１７００ｍｍ÷１６６６７ｍｍ／ｓｅｃ（＝１０００ｍ／ｍｉｎ）×５０Ｈｚ＝５．１個 …（１）

また、銅線の電極シーブ間移動速度が遅い低速域において、銅線に過剰な時間、交流電圧が供給されてしまい、銅線を加熱しすぎて軟化することができない、という問題があった。そこで、低速時の問題を解決するために、従来では、サイリスタを用いて、図５に示すように、交流電圧の斜線部分をカットして銅線を加熱し過ぎないように電圧制御していた（特許文献２）。しかしながら、サイリスタを用いた電圧制御では、図５に示すＡ部は電位差がなく電流が流れないため、全く発熱しない。このため、今度は加熱不足となり、結局は低速域の軟化ができない、という問題が依然残ってしまう。図４に示す例では、移動速度が２００ｍ/ｍｉｎ以下となると軟化ができない。

特開２０００−３１３９２２号公報特開２００２−２７５５３０号公報

そこで、本発明は、低速域から高速域までの広い範囲に亘って安定的に軟化することができる銅線軟化装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、線材が掛け渡された複数の電極シーブと、前記電極シーブ間に交流電圧を印加することにより当該電極シーブ間を接触移動する前記線材を通電して軟化する電源部と、を備えた線材軟化装置において、前記電源部が、前記交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部が変換した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、を有するインバータから構成され、前記インバータが、当該インバータに入力された元の交流電圧の周波数よりも当該インバータから出力される交流電圧の周波数の方が高くなるように変換し、前記線材の前記電極シーブ間における移動速度に応じて前記インバータを制御することにより、当該インバータ部によって変換される交流電圧の電圧を調整する電圧調整手段をさらに備えたことを特徴とする線材軟化装置に存する。

請求項２記載の発明は、前記コンバータ部が、前記変換した直流電圧の高さを調整できることを特徴とする請求項１に記載の線材軟化装置に存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、交流電圧をコンバータ部により直流電圧に変換し、変換した直流電圧をインバータ部により交流電圧に変換することにより、電極シーブ間に供給する交流電圧の電圧を調整でき、しかも元の交流電圧の周波数よりも高い周波数に変換することができるので、低速域から高速域までの広い範囲に亘って安定した軟化ができ、従来に比べて線材の伸び率のばらつきを抑えることができる。

本発明の線材軟化装置の一実施形態を示す主要部の断面図である。図１に示す電源部の詳細を示す電気構成図である。図１に示す線材軟化装置における銅線の移動速度に対する銅線の伸び率を示すグラフである。従来の線材軟化装置における銅線の移動速度に対する銅線の伸び率を示すグラフである。従来のサイリスタを用いた電圧制御を行ったときに電極シーブ間に供給される交流電圧を示すグラフである。

以下、本発明の線材軟化装置について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の線材軟化装置の一実施形態を示す主要部の断面図である。図２は、図１に示す電源部の詳細を示す電気構成図である。図１に示すように、線材軟化装置１は、線材としての銅線２が掛け渡され、後述する電源部５からの交流電圧が印加される電極シーブとしての第１電極シーブ３１、第２電極シーブ３２及び第３電極シーブ３３と、銅線２が掛け渡される張力調整用の複数のシーブ４１〜４５と、第１電極シーブ３１−第２電極シーブ３２間及び第２電極シーブ３２−第３電極シーブ３３間に交流電圧を印加することにより第１電極シーブ３１−第２電極シーブ３２間及び第２電極シーブ３２−第３電極シーブ３３間を接触移動する銅線２を通電して軟化する電源部５と、電源部５の制御を行う電圧調整手段としての制御装置６と、第２電極シーブ３２が設置され、銅線２を冷却する水槽７と、を備えている。

上記第１、第２電極シーブ３１、３２は、上下方向に並べて配置されている。第１、第３電極シーブ３１、３３とは、水平方向に並べて配置されている。上記シーブ４１は、第１電極シーブ３１の入線側に配置される。シーブ４２及び４３は、第２電極シーブ３２と第３電極シーブ３３との間に設けられ、上下方向に並べて配置されている。シーブ４４及び４５は、第３電極シーブ３３の出線側に設けられ、上下方向に並べて配置されている。

そして、線材軟化装置１に入線される銅線２は、シーブ４１の下側、第１電極シーブ３１の上側、第２電極シーブ３２の下側の順に掛け渡される。その後、銅線２は、再び第１電極シーブ３１の上側に掛け渡された後、シーブ４２の出線側、シーブ４３の下側、シーブ４２の入線側、第３電極シーブ３３の上側、シーブ４４の出線側、シーブ４５の下側、シーブ４４の入線側の順に掛け渡されて線材軟化装置１から出線される。

上述した線材軟化装置１によれば、第１電極シーブ３１−第２電極シーブ３２間を接触移動する銅線２は、交流電圧の供給により加熱された後に水槽６で冷やされることにより軟化される。即ち、第１電極シーブ３１−第２電極シーブ３２間が銅線２の軟化ゾーンとなっている。第２電極シーブ３２−第３電極シーブ３３間を接触する銅線２は交流電圧の供給により加熱され、銅線２に付着した水分が乾燥される。即ち、第２電極シーブ３２−第３電極シーブ３３間が銅線２の乾燥ゾーンとなっている。

上記電源部５は、図２に示すように、インバータ５１と、変圧器５２と、を備えている。インバータ５１は、商用交流源８からの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部５１Ａと、コンバータ部５１Ａが変換した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部５１Ｂと、を備え、インバータ部５１Ｂから出力される交流電圧の周波数及び高さを調整することができる。なお、本実施形態で用いられるインバータ５１は、５０Ｈｚ〜３ｋＨｚの間で周波数が調整できるものとする。このインバータ５１としては、電流形インバータ及び電圧形インバータが知られている。

電流形のインバータ５１において、コンバータ部５１Ａが、例えばサイリスタ整流器及び平滑リアクトルから構成され、変換した直流電圧の高さを調整することができる。インバータ部５１Ｂは、可変直流電圧をスイッチングすることによりパルス状の擬似的な正弦波を生成する。このパルスの周波数を調整することにより正弦波の周波数を調整することができる。即ち、電流形のインバータ５１は、コンバータ部５１Ａで交流電圧の高さを調整することができ、インバータ部５１Ｂで交流電圧の周波数を調整することができる。

一方、電圧型のインバータ５１においては、コンバータ部５１Ａが、例えばダイオード整流器及び平滑コンデンサから構成され、変換した直流電圧の高さは一定である。インバータ部５１Ｂは、直流電圧をスイッチングすることによりパルス状の擬似的な正弦波を生成する。このパルスの周波数を調整することにより正弦波の周波数を調整することができ、パルスのデューティを調整することにより交流電圧の高さを調整することができる。即ち、電圧形のインバータ５１は、インバータ部５１Ｂで交流電圧の周波数及び高さを調整することができる。

上述した変圧器５２は、トランスから構成され、インバータ５１から出力された交流電圧の電圧を変圧して、第１〜第３電極シーブ３１〜３３に供給している。

上記制御装置６は、商用交流源８から出力される交流電圧の周波数よりもインバータ５１から出力される交流電圧の周波数の方が高くなるように制御する。例えば、商用国流源７の周波数が５０Ｈｚであれば、制御装置６はインバータ５１から３００Ｈｚの交流電圧が出力されるように制御する。これにより、移動速度が１２００ｍ／ｍｉｎの高速となっても、銅線２に対する交流電圧の供給波数を下記の式（２）に示すように２７個にすることができ、高速域でも安定して軟化することができる。
供給波数＝第１電極シーブ３１−第２電極シーブ３２間の銅線長÷移動速度×インバータ５１から出力される交流電圧の周波数
＝１７００ｍｍ÷１６６６７ｍｍ／ｓｅｃ×３００Ｈｚ＝３０．６個 …（２）

また、制御装置６は、電圧調整手段として働き、銅線２の移動速度が速くなるに従ってインバータ５１から出力される交流電圧の高さが大きくなるように制御すると共に、移動速度が遅くなるに従ってインバータ５１から出力される交流電圧の高さが小さくなるように制御する。

次に、本発明者らは、図１に示す線材軟化装置１を用いて、銅線２の移動速度を５０ｍ／ｍｉｎ〜１２００ｍ／ｍｉｎに変化させたときの銅線２の伸び率（％）を測定して、本発明の効果を確認した。結果を図３に示す。なお、移動速度５０ｍ／ｍｉｎのときは、周波数７０Ｈｚ、高さ９Ｖの交流電圧がインバータ５１から出力されるように調整されている。また、移動速度２００ｍ／ｍｉｎのときは、周波数７０Ｈｚ、高さ１９Ｖ、移動速度４００ｍ／ｍｉｎのときは、周波数７０Ｈｚ、高さ２８Ｖ、移動速度６００ｍ／ｍｉｎのときは、周波数７０Ｈｚ、高さ３５．５Ｖ、移動速度８００ｍ／ｍｉｎのときは、周波数７０Ｈｚ、高さ４１Ｖ、移動速度１０００ｍ／ｍｉｎのときは、周波数７０Ｈｚ、高さ４６Ｖ、移動速度１２００ｍ／ｍｉｎのときは、周波数７０Ｈｚ、高さ５０Ｖの交流電圧がインバータ５１から出力されるように調整されている。

図３と背景技術で説明した図４とを比較しても明らかなように、商用交流源７から出力される交流電圧の周波数よりもインバータ５１から出力される交流電圧の周波数の方が高くなるように調整することにより、従来に比べて銅線２の伸び率（％）のばらつきを抑えることができ、１２００ｍ／ｍｉｎの高速時でも安定した軟化ができることが分かった。また、移動速度が遅くなるに従ってインバータ５１から出力される交流電圧の高さが小さくなるよう調整することにより、５０ｍ／ｍｉｎの低速でも安定した軟化ができることが分かった。

なお、上述した実施形態によれば、第１〜第３電極シーブ３１〜３３の配置は図１に示すようにしていたが、本発明はこれに限ったものではない。第１〜第３電極シーブ３１〜３３の配置としては、銅線２を掛け渡すことができるような配置であればよく、図１に示す配置位置に限定されるものではない。

また、上述した実施形態によれば、線材として銅線２を用いていたが、本発明はこれに限ったものではなく、軟化する必要のある線材であれば他のものであってもよい。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１線材軟化装置
２銅線（線材）
５電源部
６制御装置（電圧調整手段）
５１インバータ
５１Ａコンバータ部
５１Ｂインバータ部
３１第１電極シーブ（電極シーブ）
３２第２電極シーブ（電極シーブ）
３３第３電極シーブ（電極シーブ）

Claims

線材が掛け渡された複数の電極シーブと、前記電極シーブ間に交流電圧を印加することにより当該電極シーブ間を接触移動する前記線材を通電して軟化する電源部と、を備えた線材軟化装置において、
前記電源部が、前記交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部が変換した直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、を有するインバータから構成され、
前記インバータが、当該インバータに入力された元の交流電圧の周波数よりも当該インバータから出力される交流電圧の周波数の方が高くなるように変換し、
前記線材の前記電極シーブ間における移動速度に応じて前記インバータを制御することにより、当該インバータ部によって変換される交流電圧の電圧を調整する電圧調整手段をさらに備えたことを特徴とする線材軟化装置。
前記コンバータ部が、前記変換した直流電圧の高さを調整できる
ことを特徴とする請求項１に記載の線材軟化装置。