WO2014167892A1 - 線材加熱装置及び線材加熱方法 - Google Patents

線材加熱装置及び線材加熱方法 Download PDF

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heating
pulleys
unit
heating unit
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Inventor
雄一 平田
伊藤 秀和
浩之 小木曽
Original Assignee
中央発條株式会社
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/10Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • H05B6/103Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor
    • H05B6/104Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor metal pieces being elongated like wires or bands
    • DTEXTILES; PAPER
    • D02YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02JFINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J13/00Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a method for heating a wire, and a wire heating apparatus using the method.
  • the wire is a linear or thread-like member, and refers to, for example, a metal strand, a stranded wire and a plated wire, a non-metallic string, and a thread.
  • the yarn heating device described in Patent Document 1 the yarn is heated by causing a pair of rollers wound in a state where the yarn is wound around to generate heat with an induction coil.
  • an induction coil is provided for each of the pair of rollers.
  • the induction heating method requires the same number of high-frequency power supply devices as the induction coil, so that the amount of equipment required for the heating device increases.
  • the linearity of the wire does not decrease during heating of the wire. It is also desirable to further reduce costs.
  • 1st invention of this application is a 1st heating part which has at least 2 pulley (11A, 11B) wound in the state where the wire was spanned in the wire heating device which heats a wire, 11B), a first heating unit (10) for heating the wire through a first heating unit (10), and a second heating unit for heating the wire from the first heating unit (10), the wire moving in a straight line state. And a second heating unit (20).
  • the heating unit has at least two pulleys (11A, 11B) wound in a state where the wire is stretched, and the two pulleys (11A) , 11B) is heated by a single induction coil (15A), and a heating section (10) for heating the wire through the pulleys (11A, 11B) is provided.
  • a wire heating method for heating a wire which has at least two pulleys (11A, 11B) wound in a state where the wire is stretched, and pulleys (11A, 11B). A first heating step of heating the wire through the first heating step, and a second heating step of heating the wire drawn from the first heating step while moving in a straight line.
  • a wire heating method for heating a wire wherein at least two pulleys (11A, 11B) wound in a state where the wire is stretched are heated by one induction coil (15A). And a heating step of heating the wire through the pulleys (11A, 11B).
  • the number of high-frequency power supply devices can be reduced from the number of pulleys (11A, 11B), so that the amount of equipment necessary for the heating device can be suppressed.
  • FIG. 1A is a diagram showing a wire heating device and a wire heating method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a diagram illustrating the inclination angle ⁇ of the wire W wound around the pulleys 11A and 11B. It is a block diagram which shows the control system of the wire heating apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 3A is a chart showing the relationship between the inclination angle ⁇ and the rotational speed of the pulley 11A.
  • FIG. 3B is a diagram showing dimensions and the like of the pulleys 11A and 11B.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating the first heating unit 10 according to the wire heating apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the pulleys 11A and 11B according to the second embodiment of the present invention.
  • the wire heating device is a heating device that anneals a metal wire at a low temperature.
  • the wire heating device 1 includes a first heating unit 10, a second heating unit 20, a cooling unit 30, and the like.
  • the 1st heating part 10 is the heating by which a 1st heating process is implemented, and has two pulleys 11A and 11B, heater 11C, and furnace 11D.
  • the pair of pulleys 11A and 11B are rotatable cylindrical drums, and the rotation axes L1 and L2 are parallel to each other. Then, the strands, that is, the wire W, is wound around the outer peripheral surfaces of the pair of pulleys 11A and 11B at least once in a state where the pair of pulleys 11A and 11B is bridged.
  • the wire W sent from the wire drawing machine (not shown) to the first heating unit 10 moves toward the second heating unit 20 while contacting the outer peripheral surfaces of the pulleys 11A and 11B.
  • the wire drawing machine reduces the diameter of the wire W to a predetermined size by stretching the wire W while plastically flowing.
  • a winder (not shown) for winding the wire W is provided on the downstream side of the wire heating device 1. For this reason, the wire W moves the wire heating device 1 while being pulled by a predetermined tension.
  • the rotational speed of the pair of pulleys 11A, 11B, that is, the moving speed of the wire W is controlled by an electric motor 13 (see FIG. 2) that drives the winder.
  • the wire W wound spirally around the pair of pulleys 11A and 11B is inclined at an angle of 2.6 degrees or less with respect to a virtual plane S orthogonal to the rotation axes L1 and L2 of the pulleys 11A and 11B. That is, assuming that the inclination angle ⁇ of the wire W with respect to the virtual plane S is ⁇ o ⁇ ⁇ 2.6. As will be described later, the inclination angle ⁇ o is an inclination angle when the wire W is spirally wound around the pair of pulleys 11A and 11B in a close contact state.
  • the heater 11C heats at least a portion of the pulleys 11A and 11B that comes into contact with the pair of wires W, that is, the outer peripheral surfaces of the pulleys 11A and 11B.
  • the heater 11C according to the present embodiment is an electric heater that generates heat using Joule loss during energization.
  • the furnace 11D is a heat shield portion that covers the entire heater 11C and the pair of pulleys 11A and 11B and suppresses heat transfer that occurs between the inside and the outside. And the atmospheric temperature in the furnace 11D is kept substantially constant.
  • the second heating unit 20 performs a second step of heating the wire W output from the first heating unit 10.
  • the wire W is heated while moving in a linear state.
  • the 2nd heating part 20 concerning this embodiment is an induction heater which has induction coil 21A wound spirally.
  • the wire W moves linearly from the first heating unit 10 side to the cooling unit 30 side along the center line of the induction coil 21A.
  • a high frequency current is passed through the induction coil 21A by the high frequency power supply device 21B. For this reason, an induction current is induced in the wire W located in the induction coil 21A, and the wire W generates heat.
  • the cooling unit 30 After the second heating step by the second heating unit 20 is completed, a cooling step for cooling the heated wire W is executed.
  • the cooling unit 30 according to this embodiment performs a liquid cooling process using a liquid such as water or oil.
  • the first thermometer 12 and the second thermometer 22 are non-contact thermometers that measure the temperature of the wire W.
  • the non-contact type thermometer means, for example, a radiation thermometer, a thermography, a two-color thermometer or the like.
  • the first thermometer 12 is a wire W at the temperature of the pulley on the outgoing line side of the first heating unit 10 (in this embodiment, the pulley 11B) of the pulleys 11A and 11B, or at the outgoing line position of the first heating unit 10. Measure the temperature.
  • the second thermometer 22 measures the temperature of the wire W at the outgoing line position of the second heating unit 20.
  • the measurement output signals of the first thermometer 12 and the second thermometer 22 are input to the control unit 40 as shown in FIG.
  • the control unit 40 controls the operation of the wire heating device 1 and includes a first control unit that controls the first heating unit 10 and a second control unit that controls the second heating unit 20. .
  • the first control unit and the second control unit are integrated into one control unit, and the one control unit is executed by a program executed by a microcomputer constituting the control unit 40. Realized.
  • control unit 40 is configured by a computer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
  • the program and the like are stored in advance in a nonvolatile storage unit such as a ROM.
  • the control unit 40 that is, the CPU reads the program and controls the first heating unit 10 and the second heating unit 20.
  • the control unit 40 that is, the first control unit controls the heating output of the first heating unit 10 (energization voltage to the heater 11C) and the rotation speeds of the two pulleys 11A and 11B (rotation speed of the electric motor 13).
  • control unit 40 uses the measurement result of the first thermometer 12 to control the energization voltage to the heater 11C and the rotation speed of the electric motor 13, so that the first heating unit 10 at the outgoing line position is controlled.
  • the temperature of the wire W is set to a preset temperature range.
  • Controlling the energization voltage to the heater 11C and the rotation speed of the electric motor 13 means controlling the energization voltage to the heater 11C only, controlling only the rotation speed of the electric motor 13, and energizing voltage to the heater 11C. In addition, the case where the rotational speed of the electric motor 13 is controlled is appropriately combined and controlled.
  • the control unit 40 When the temperature of the wire W at the outgoing line position of the first heating unit 10 falls below a preset temperature range (hereinafter referred to as “temperature increase control”), the control unit 40, for example, As temperature increase control, the rotational speed of the pulleys 11A and 11B, that is, the moving speed of the wire W is reduced without changing the energization voltage to the heater 11C. As a result, the contact time between the wire W and the pair of pulleys 11A and 11B becomes longer, so the temperature of the wire W increases.
  • the second temperature increase control instead of the first temperature increase control, the second temperature increase control or the first temperature increase control for increasing the energization voltage to the heater 11C without changing the rotation speed of the pulleys 11A and 11B. You may perform 3rd temperature rising control combining 2nd temperature rising control.
  • the control unit 40 determines which temperature increase control should be executed based on the temperature of the wire W at the outgoing line position of the first heating unit 10, the moving speed of the wire W, and the like.
  • the control unit 40 includes the first temperature decrease control, the second temperature decrease control, and the third temperature decrease control. Any one is appropriately selected and executed.
  • the second temperature decrease control is a control in which the first temperature decrease control and the second temperature decrease control are combined.
  • the control unit 40 that is, the second control unit controls the heating output of the second heating unit 20 by controlling energization to the induction coil 21A via the high frequency power supply device 21B. Specifically, the control unit 40 uses the measurement result of the second thermometer 22 to control the heating output of the second heating unit 20, whereby the wire W at the outgoing line position of the second heating unit 20 is controlled.
  • the temperature is set to a preset temperature range.
  • the measurement result of the first thermometer 12 is used to control at least one of the heating output of the first heating unit 10 and the rotational speeds of the two pulleys 11A and 11B. Thereby, the temperature of a wire can be managed appropriately.
  • the heating output of the second heating unit 20 is controlled using the measurement result of the second thermometer 22.
  • the temperature of a wire can be managed appropriately.
  • the present embodiment is characterized in that the wire W is wound spirally between the pair of pulleys 11A and 11B in a state where the wire W is inclined at an angle of 2.6 degrees or less with respect to the virtual plane S. Thereby, as shown to FIG. 3A, even if the rotational speed of pulley 11A, 11B is enlarged, it can suppress that the wire W will remove
  • the rotation speed of the pulley 11A that is, the moving speed of the wire W
  • the operator visually confirms whether or not the wire W is detached from the pulleys 11A and 11B.
  • the lower limit value of the inclination angle ⁇ is the inclination angle when the adjacent wire W wound spirally around the pulleys 11A and 11B comes into close contact.
  • the lower limit value of the inclination angle ⁇ is a value when P is the diameter ⁇ d of the wire W in the mathematical formula shown in FIG. 3B.
  • the rotational speed in the chart shown in FIG. 3A indicates the rotational speed of the pulley 11A.
  • the first heating unit 10 is configured by an induction heater. That is, the pair of pulleys 11A and 11B is heated by one induction coil 15A. A high frequency current is passed through the induction coil 15A by one high frequency power supply device 15B.
  • Each of the pair of pulleys 11A and 11B has an outer cylindrical portion 14A and a heat generating portion 14B as shown in FIG. 4B.
  • the outer cylinder portion 14A is a cylindrical member made of metal (for example, stainless steel) while the outer peripheral surface is in contact with the wire W.
  • the heat generating part 14B is a cylindrical or columnar member, and is disposed on the inner peripheral side of the outer cylinder part 14A.
  • the exothermic part 14B is press-fitted and fixed in the outer cylinder part 14A by “shrink fit” such as “shrink fit”.
  • the heat generating part 14B is made of a material (for example, carbon steel) in which an induced current is more easily induced than the outer cylinder part 14A.
  • the linear expansion coefficient of the heat generating part 14B is not less than the linear expansion coefficient of the outer cylinder part 14A.
  • the induction coil 15A When the induction coil 15A is energized, an induction current is induced in the heat generating part 14B, and the heat generating part 14B generates heat. As shown in FIG. 4A, the induction coil 15A is disposed so as to surround a portion of the heat generating portion 14B that protrudes outward from the outer cylindrical portion 14A.
  • This embodiment is characterized in that two pulleys 11A and 11B are heated by one induction coil 15A. Thereby, in this embodiment, since it becomes possible to reduce the number of high frequency power supply devices 15B from the number of pulleys 11A and 11B, the amount of equipment required for the wire heating device 1 can be suppressed.
  • the two pulleys 11A and 11B are characterized by having an outer cylinder portion 14A that comes into contact with the wire and a heat generating portion 14B disposed on the inner peripheral side of the outer cylinder portion 14A.
  • the heat generated in the heat generating portion 14B is transmitted to the outer tube portion 14A. For this reason, even if the temperature of the heat generating part 14B rises locally, the wire is heated via the outer cylinder part 14A. For this reason, it can suppress that the wire W is heated locally.
  • the distance between the induction coil 15A and the wire W is increased, it is possible to suppress induction of an induced current in the wire W, and thus it is possible to suppress the wire W from being directly heated by the induced current.
  • the material of the outer cylinder portion 14A is a material that is less likely to induce an induced current than the heat generating portion 14B. This makes it difficult for an induced current to be induced in the outer cylinder portion 14A, so that the occurrence of a discharge phenomenon between the wire and the outer cylinder portion 14A can be suppressed.
  • This embodiment is characterized in that the linear expansion coefficient of the heat generating part 14B is equal to or greater than the linear expansion coefficient of the outer cylinder part 14A. Thereby, it can suppress that the interference of the heat generating part 14B and the outer cylinder part 14A becomes small. Therefore, it can suppress that the assembly
  • the method for heating the pulleys 11 ⁇ / b> A and 11 ⁇ / b> B of the first heating unit 10 and the heating method for the second heating unit 20 are not limited to the methods shown in the above-described embodiments.
  • the method of heating the pulleys 11A and 11B of the first heating unit 10 includes, for example, (A) arranging the entire pair of pulleys 11A and 11B shown in the first embodiment in the furnace 11D, and the pulleys. 11A, 11B heating method, (B) In the same manner as in Patent Document 1, each pulley 11A, 11B heating method using an induction coil provided for each pulley 11A, 11B, (C) shown in the second embodiment. Combining at least two of the heating method for generating heat from the two pulleys 11A and 11B with one induction coil, (D) the infrared heating method, (E) the hot air heating method, and the above (A) to (E) A heating technique or the like may be used.
  • the heating method of the second heating unit 20 includes, for example, (a) a method of heating while moving the wire in the furnace, and (b) a method of heating the moving wire shown in the first embodiment with the induction coil 21A.
  • C Fluidized bed heating method, (d) Salt bath heating method, (e) Hot air heating method, (f) Infrared heating method, and heating method combining at least two of the above (a) to (f) It may be.
  • the second invention and the fourth invention of the present application are applied to the first invention or the third invention of the present application, but the second invention and the fourth invention of the present application are not limited thereto.
  • the present invention can also be applied to the second heating unit 20, that is, a wire heating device or a wire heating method that does not include the second step.
  • control is performed by appropriately combining the case where the energization voltage to the heater 11C and the rotation speed of the electric motor 13 are controlled, but the present invention is not limited to this.
  • the energization voltage to the heater 11C may be controlled.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as long as it meets the gist of the invention described in the claims.

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Abstract

 線材を加熱する線材加熱装置は、第1加熱部と、第2加熱部と、を備える。前記第1加熱部は、線材が架け渡された状態に巻かれた少なくとも2つのプーリを有し、前記プーリを介して前記線材を加熱する。前記第2加熱部は、前記第1加熱部から出線された前記線材を加熱する。前記第2加熱部において前記線材は直線状態で移動する。

Description

線材加熱装置及び線材加熱方法 関連出願の相互参照
 本国際出願は、2013年4月11日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2013-82993号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2013-82993号の全内容を本国際出願に援用する。
 本発明は、線材を加熱する方法、及び当該方法を用いた線材加熱装置に関する。線材とは、線状又は糸状の部材であって、例えば、金属製の素線、撚り線及びめっき線、並びに非金属製の紐、及び糸等をいう。
 例えば、特許文献1に記載の糸条加熱装置では、糸が架け渡された状態に巻かれた一対のローラを誘導コイルにて発熱させることにより、糸を加熱している。
特開2007-277753号公報
 しかし、特許文献1に記載の発明では、糸がローラに巻かれた状態で加熱されるので、加熱後、当該糸にローラに沿うような曲がり癖が発生するおそれがある。特に、金属製の素線をローラに巻き付けた状態で加熱すると、上記曲がり癖が発生し、素線の直線度が低下するおそれがある。
 また、特許文献1に記載の発明では、一対のローラ各々に誘導コイルが設けられている。一般的に、誘導加熱方式では、誘導コイルと同数の高周波電源装置を必要とするため、加熱装置に必要な設備額が大きくなる。
 線材の加熱において、線材の直線度が低下しないことが望ましい。また、コストをより抑えることが望ましい。
 本願の第1発明は、線材を加熱する線材加熱装置において、線材が架け渡された状態に巻かれた少なくとも2つのプーリ(11A、11B)を有する第1加熱部であって、プーリ(11A、11B)を介して線材を加熱する第1加熱部(10)と、第1加熱部(10)から出線された線材を加熱する第2加熱部であって、当該線材が直線状態で移動する第2加熱部(20)とを備えることを特徴とする。
 これにより、第1発明では、線材が直線状態で再加熱されるので、線材に曲がり癖が生じることを抑制できる。
 本願の第2発明では、線材を加熱する線材加熱装置において、線材が架け渡された状態に巻かれた少なくとも2つのプーリ(11A、11B)を有する加熱部であって、当該2つのプーリ(11A、11B)を1つの誘導コイル(15A)にて発熱させてプーリ(11A、11B)を介して線材を加熱する加熱部(10)を備えることを特徴とする。
 これにより、第2発明では、高周波電源装置の個数をプーリ(11A、11B)の個数より減らすことが可能となるので、加熱装置に必要な設備額を抑制でき得る。
 本願の第3発明では、線材を加熱する線材加熱方法であって、線材が架け渡された状態に巻かれた少なくとも2つのプーリ(11A、11B)を有し、かつ、プーリ(11A、11B)を介して線材を加熱する第1加熱工程と、第1加熱工程から出線された線材を直線状態で移動させながら加熱する第2加熱工程とを備えることを特徴とする。
 これにより、第3発明では、第1発明と同様に、線材が直線状態で再加熱されるので、線材に曲がり癖が生じることを抑制できる。
 本願の第4発明では、線材を加熱する線材加熱方法であって、線材が架け渡された状態に巻かれた少なくとも2つのプーリ(11A、11B)を1つの誘導コイル(15A)にて発熱させてプーリ(11A、11B)を介して線材を加熱する加熱工程を備えることを特徴とする。
 これにより、第4発明では、第2発明と同様に、高周波電源装置の個数をプーリ(11A、11B)の個数より減らすことが可能となるので、加熱装置に必要な設備額を抑制でき得る。
 上記各手段等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各手段等の括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。
 以下、本発明の実施形態について図面とともに説明する。
図1Aは本発明の第1実施形態に係る線材加熱装置及び線材加熱方法を示す図である。図1Bはプーリ11A、11Bに巻き付けられる線材Wの傾斜角θを示す図である。 本発明の第1実施形態に係る線材加熱装置の制御系を示すブロック図である。 図3Aは傾斜角θとプーリ11Aの回転速度との関係を示す図表である。図3Bはプーリ11A、11Bの寸法等を示す図である。 図4Aは本発明の第2実施形態に係る線材加熱装置に係る第1加熱部10を示す図である。図4Bは本発明の第2実施形態に係るプーリ11A、11Bの断面図である。
 1… 線材加熱装置 10… 第1加熱部 11A、11B… プーリ
 11C… ヒータ 11D… 炉 12… 第1温度計 14A… 外筒部
 14B… 発熱部 15A… 誘導コイル 15B… 高周波電源装置
 20… 第2加熱部 21A… 誘導コイル 21B… 高周波電源装置
 22… 第2温度計 30… 冷却部 40… 制御部
 以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではない。
 そして、本実施形態は、コントロールケーブルやワイヤー等を構成する素線を加熱する加熱装置に本発明に係る線材加熱装置及び線材加熱方法を適用したものである。本実施形態に係る線材加熱装置は、金属製の線材を低温焼鈍する加熱装置である。
 以下、少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「2つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも1つ設けられている。
 (第1実施形態)
 1.線材加熱装置の概要
 線材加熱装置1は、図1Aに示すように、第1加熱部10、第2加熱部20及び冷却部30等を備える。第1加熱部10は、第1加熱工程が実施される加熱であって、2つのプーリ11A、11B、ヒータ11C及び炉11Dを有している。
 一対のプーリ11A、11Bは、図1Bに示すように、回転可能な円筒状のドラムであって、回転軸線L1、L2が互いに平行となっている。そして、一対のプーリ11A、11Bの外周面には、素線、つまり線材Wが一対のプーリ11A、11Bを架け渡たされた状態で、少なくとも1回螺旋状に巻き付けられる。
 つまり、伸線機(図示せず。)から第1加熱部10に送り出された線材Wは、プーリ11A、11Bの外周面に接触しながら第2加熱部20側に移動する。伸線機は、線材Wを塑性流動させながら伸ばすことにより、線材Wの直径寸法を所定寸法に縮径する。
 線材加熱装置1より後工程側には、線材Wを巻き取る巻取機(図示せず。)が設けられている。このため、線材Wは、所定の張力に引っ張られながら線材加熱装置1を移動する。一対のプーリ11A、11Bの回転速度、つまり線材Wの移動速度は、上記巻取機を駆動する電動モータ13(図2参照)により制御されている。
 一対のプーリ11A、11Bに螺旋状に巻き付けられた線材Wは、それらプーリ11A、11Bの回転軸線L1、L2と直交する仮想平面Sに対して2.6度以下の角度で傾いている。つまり、仮想平面Sに対する線材Wの傾斜角θとすると、θo<θ≦2.6となる。傾斜角θoは、後述するように、線材Wが密着状態で一対のプーリ11A、11Bに螺旋状に巻かれたときの傾斜角である。
 ヒータ11Cは、プーリ11A、11Bのうち少なくとも一対の線材Wと接触する部位、つまりプーリ11A、11Bの外周面を加熱する。本実施形態に係るヒータ11Cは、通電時のジュール損を利用して発熱する電気ヒータである。
 炉11Dは、図1Aに示すように、ヒータ11C及び一対のプーリ11A、11B全体を覆うとともに、内部と外部との間で発生する熱移動を抑制する遮熱部である。そして、炉11D内の雰囲気温度は、略一定に保持される。
 第2加熱部20は、第1加熱部10から出線された線材Wを加熱する第2工程が実施される。第2加熱部20では、線材Wは直線状態で移動しながら加熱される。本実施形態に係る第2加熱部20は、螺旋状に巻かれた誘導コイル21Aを有する誘導加熱器である。
 線材Wは、誘導コイル21Aの中心線に沿って第1加熱部10側から冷却部30側に直線状に移動する。誘導コイル21Aには、高周波電源装置21Bにより高周波電流が通電される。このため、誘導コイル21A内に位置する線材Wに誘導電流が誘起されて線材Wが発熱する。
 冷却部30では、第2加熱部20による第2加熱工程の終了後、加熱された線材Wを冷却する冷却工程が実行される。本実施形態に係る冷却部30は、水や油等の液体による液冷却処理が実行される。
 2.線材加熱装置の制御
 第1温度計12及び第2温度計22は、線材Wの温度を測定する非接触式の温度計である。非接触式の温度計とは、例えば、放射温度計、サーモグラフィや二色温度計等をいう。
 第1温度計12は、プーリ11A、11Bのうち第1加熱部10の出線側のプーリ(本実施形態では、プーリ11B)の温度、又は第1加熱部10の出線位置での線材Wの温度を測定する。第2温度計22は、第2加熱部20の出線位置での線材Wの温度を測定する。
 第1温度計12及び第2温度計22の測定出力信号は、図2に示すように、制御部40に入力されている。制御部40は、線材加熱装置1の作動を制御するものであって、第1加熱部10を制御する第1制御部、及び第2加熱部20を制御する第2制御部を有している。
 本実施形態では、第1制御部及び第2制御部は統合されて1つ制御部となっており、かつ、当該1つの制御部は、制御部40を構成するマイクロコンピュータに実行されるプログラムにより実現される。
 つまり、制御部40は、CPU、ROM及びRAM等を有するコンピュータにより構成されている。ROM等の不揮発性記憶部には、上記プログラム等が予め記憶されている。制御部40、つまりCPUは、上記プログラムを読み込んで、第1加熱部10及び第2加熱部20の制御を行う。
 制御部40、つまり第1制御部は、第1加熱部10の加熱出力(ヒータ11Cへの通電電圧)、及び2つのプーリ11A、11Bの回転速度(電動モータ13の回転速度)を制御する。
 すなわち、制御部40は、第1温度計12の測定結果を利用してヒータ11Cへの通電電圧、及び電動モータ13の回転速度を制御することにより、第1加熱部10の出線位置での線材Wの温度を予め設定された温度範囲とする。
 「ヒータ11Cへの通電電圧、及び電動モータ13の回転速度を制御する」とは、ヒータ11Cへの通電電圧のみ制御する場合、電動モータ13の回転速度のみ制御する場合、ヒータ11Cへの通電電圧及び電動モータ13の回転速度を制御する場合を適宜組み合わせて制御することをいう。
 第1加熱部10の出線位置での線材Wの温度が予め設定された温度範囲を下回った場合(以下、「昇温制御時」という。)においては、制御部40は、例えば、第1昇温制御として、ヒータ11Cへの通電電圧を変更することなく、プーリ11A、11Bの回転速度、つまり線材Wの移動速度を低下させる。これにより、線材Wと一対のプーリ11A、11Bとの接触時間が長くなるので、線材Wの温度が上昇する。
 昇温制御時においては、第1昇温制御に代えて、プーリ11A、11Bの回転速度を変更することなくヒータ11Cへの通電電圧を上昇させる第2昇温制御、又は第1昇温制御と第2昇温制御とを組み合わせた第3昇温制御を実行してもよい。制御部40は、第1加熱部10の出線位置での線材Wの温度、及び線材Wの移動速度等に基づいて、いずれの昇温制御を実行するべきかを判断する。
 第1加熱部10の出線位置での線材Wの温度が予め設定された温度範囲を上回った場合においては、制御部40は、第1降温制御、第2降温制御及び第3降温制御のうちいずれか適宜選択して実行する。
 第1降温制御では、ヒータ11Cへの通電電圧が変更されることなく、プーリ11A、11Bの回転速度が上昇させられる。第2降温制御では、プーリ11A、11Bの回転速度が変更されることなくヒータ11Cへの通電電圧を低下させられる。第2降温制御は、第1降温制御と第2降温制御とが組み合わせられた制御である。
 制御部40、つまり第2制御部は、高周波電源装置21Bを介して誘導コイル21Aへの通電を制御することにより、第2加熱部20の加熱出力を制御する。具体的には、制御部40は、第2温度計22の測定結果を利用して第2加熱部20の加熱出力を制御することにより、第2加熱部20の出線位置での線材Wの温度が予め設定された温度範囲とする。
 3.本実施形態に係る線材加熱装置の特徴
 本実施形態では、第2加熱部20において線材Wが直線状態で再加熱されるので、線材に曲がり癖が生じることを抑制できる。
 本実施形態では、第1温度計12の測定結果を利用して第1加熱部10の加熱出力、及び2つのプーリ11A、11Bの回転速度のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする。これにより、線材の温度を適切に管理でき得る。
 本実施形態では、第2温度計22の測定結果を利用して第2加熱部20の加熱出力を制御することを特徴とする。これにより、線材の温度を適切に管理でき得る。
 本実施形態では、線材Wは、仮想平面Sに対して2.6度以下の角度で傾いた状態で一対のプーリ11A、11B間に螺旋状に巻かれていることを特徴としている。これにより、図3Aに示すように、プーリ11A、11Bの回転速度を大きくしても線材Wがプーリ11A、11Bから外れてしまうことを抑制できる。
 図3Aに示す図表は、図3Bに示すように、プーリ11Aの直径φDp1=70mm、プーリ11Bの直径φDp2=90mm、プーリ11A、11B間の距離L=60mm、線材Wの直径φd=0.5mmとした試験機において、プーリ11Aの回転速度、つまり線材Wの移動速度を変更したときに、線材Wがプーリ11A、11Bから外れた否かを作業員が目視にて確認したものである。
 そして、図3Aに示す図表から明らかなように、プーリ11A、11Bの回転速度、つまり線材Wの移動速度が上昇しても傾斜角θが2.6度以下であれば、線材Wがプーリ11A、11Bから外れることはない。
 傾斜角θの下限値は、プーリ11A、11Bに螺旋状に巻かれた隣り合う線材Wが密着したときの傾斜角度である。具体的には、傾斜角θの下限値は、図3Bに示された数式において、Pを線材Wの直径φdとした場合の値である。図3Aに示す図表中の回転数は、プーリ11Aの回転数を示している。
 (第2実施形態)
 本実施形態は、図4Aに示すように、第1加熱部10を誘導加熱器にて構成したものである。すなわち、1つの誘導コイル15Aにて一対のプーリ11A、11Bを発熱させる。誘導コイル15Aには、1つの高周波電源装置15Bにより高周波電流が通電される。
 一対のプーリ11A、11Bそれぞれは、図4Bに示すように、外筒部14A及び発熱部14Bを有している。外筒部14Aは、外周面が線材Wに接触するとともに、金属(例えば、ステンレス)製の円筒部材である。
 外筒部14Aの軸線方向一端側には、外筒部14A、つまりプーリ11A、11Bを回転可能に支持する軸部14Cが設けられている。発熱部14Bは、円筒状又は円柱状の部材であって、外筒部14Aの内周側に配設されている。
 発熱部14Bは、「焼きばめ」等の「しまりばめ」にて外筒部14A内に圧入固定されている。発熱部14Bは、外筒部14Aに比べて誘導電流が誘起され易い材質(例えば、炭素鋼)製である。発熱部14Bの線膨張係数は、外筒部14Aの線膨張係数以上である。
 そして、誘導コイル15Aが通電されると、発熱部14Bに誘導電流が誘起されて発熱部14Bは発熱する。誘導コイル15Aは、図4Aに示すように、発熱部14Bのうち外筒部14Aから外側に突出している部分を囲むように配設されている。
 本実施形態に係る線材加熱装置の特徴
 本実施形態では、2つのプーリ11A、11Bを1つの誘導コイル15Aにて発熱させることを特徴としている。これにより、本実施形態では、高周波電源装置15Bの個数をプーリ11A、11Bの個数より減らすことが可能となるので、線材加熱装置1に必要な設備額を抑制でき得る。
 本実施形態では、2つのプーリ11A、11Bは、線材に接触する外筒部14A、及び外筒部14Aの内周側に配設された発熱部14Bを有していることを特徴としている。
 ところで、一般的な誘導加熱器では、加熱対象全体に誘導電流を均一に誘起させることは難しい。このため、仮に、外筒部14Aを誘導コイル15Aにて発熱させると、外筒部14Aの温度が局所的に上昇し易く、外筒部14A全体を均一な温度とすることが難しい。
 また、線材Wと誘導コイル15Aとが近い場合には、線材Wに誘導電流が誘起されて線材Wが自ら発熱する。このため、線材Wの温度を制御することが難しく、線材を適切に加熱することが難しい。
 これに対して、本実施形態では、発熱部14Bで発生した熱を外筒部14Aに伝達する。このため、仮に、発熱部14Bの温度が局所的に上昇しても、線材は外筒部14Aを介して加熱される。このため、線材Wが局所的に加熱されてしまうことを抑制でき得る。
 さらに、誘導コイル15Aと線材Wとの距離が大きくなるので、線材Wに誘導電流が誘起されることを抑制できるので、当該誘導電流により線材Wが直接に加熱されることを抑制できる。
 本実施形態では、外筒部14Aの材質は、発熱部14Bに比べて誘導電流が誘起され難い材質であることを特徴としている。これにより、外筒部14Aに誘導電流が誘起され難くなるので、線材と外筒部14Aとの間で放電現象が発生することを抑制できる。
 本実施形態では、発熱部14Bの線膨張係数が、外筒部14Aの線膨張係数以上であることを特徴としている。これにより、発熱部14Bと外筒部14Aとの締め代が小さくなることを抑制できる。したがって、外筒部14Aと発熱部14Bとの組付部(圧入部)が緩むことを抑制でき得る。
 (その他の実施形態)
 本願発明では、第1加熱部10のプーリ11A、11Bを加熱する方法、及び第2加熱部20の加熱方法は、上述の実施形態に示された方法に限定されるものではない。
 つまり、第1加熱部10のプーリ11A、11Bを加熱する方法は、例えば、(A)第1実施形態に示された一対のプーリ11A、11B全体を炉11D内に配設して、それらプーリ11A、11Bを加熱する手法、(B)特許文献1と同様に、プーリ11A、11B毎に設けた誘導コイルにて各プーリ11A、11Bを加熱する手法、(C)第2実施形態で示された1つの誘導コイルにて2つのプーリ11A、11Bを発熱させる加熱手法、(D)赤外線加熱手法、(E)熱風加熱手法、及び上記(A)~(E)のうち少なくとも2つを組み合わせた加熱手法などであってもよい。
 第2加熱部20の加熱方法は、例えば、(a)線材を炉内で移動させながら加熱する手法、(b)第1実施形態で示された移動する線材を誘導コイル21Aにて加熱する手法、(c)流動層加熱手法、(d)塩浴加熱手法、(e)熱風加熱手法、(f)赤外線加熱手法、及び上記(a)~(f)のうち少なくとも2つを組み合わせた加熱手法などであってもよい。
 第2実施形態は、本願の第2発明及び第4発明を、本願の第1発明又は第3発明に適用したが、本願の第2発明及び第4発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第2加熱部20、つまり第2工程を有していない線材加熱装置又は線材加熱方法にも適用できる。
 上述の実施形態では、ヒータ11Cへの通電電圧及び電動モータ13の回転速度を制御する場合を適宜組み合わせて制御したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ヒータ11Cへの通電電圧のみ制御してもよい。
 また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

Claims (11)

  1.  線材を加熱する線材加熱装置において、
     線材が架け渡された状態に巻かれた少なくとも2つのプーリを有する第1加熱部であって、前記プーリを介して線材を加熱する第1加熱部と、
     前記第1加熱部から出線された線材を加熱する第2加熱部であって、当該線材が直線状態で移動する第2加熱部と
     を備えることを特徴とする線材加熱装置。
  2.  前記2つのプーリのうち前記第1加熱部の出線側のプーリの温度、又は前記第1加熱部の出線位置での線材の温度を測定する非接触式の第1温度計と、
     前記第1温度計の測定結果を利用して前記第1加熱部の加熱出力、及び前記2つのプーリの回転速度のうち少なくとも一方の制御対象を制御する第1制御部と
     を備えることを特徴とする請求項1に記載の線材加熱装置。
  3.  前記第2加熱部の出線位置での線材の温度を測定する非接触式の第2温度計と、
     前記第2温度計の測定結果を利用して前記第2加熱部の加熱出力を制御する第2制御部と
     を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の線材加熱装置。
  4.  前記第2加熱部から出線された線材を冷却する冷却部を備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の線材加熱装置。
  5.  線材を加熱する線材加熱装置において、
     線材が架け渡された状態に巻かれた少なくとも2つのプーリを有する加熱部であって、当該2つのプーリを1つの誘導コイルにて発熱させて前記プーリを介して線材を加熱する加熱部
     を備えることを特徴とする線材加熱装置。
  6.  前記2つのプーリは、
     線材に接触する外筒部、及び
     前記誘導コイルにて誘導電流が誘起される発熱部であって、前記外筒部の内周側に配設された発熱部を有していることを特徴とする請求項5に記載の線材加熱装置。
  7.  前記外筒部の材質は、前記発熱部に比べて誘導電流が誘起され難い材質であることを特徴とする請求項6に記載の線材加熱装置。
  8.  前記発熱部の線膨張係数が、前記外筒部の線膨張係数以上であることを特徴とする請求項6又は7に記載の線材加熱装置。
  9.  前記2つのプーリに螺旋状に巻き付けられた線材は、当該プーリの回転軸線と直交する仮想平面に対して2.6度以下の角度で傾いていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の線材加熱装置。
  10.  線材を加熱する線材加熱方法であって、
     線材が架け渡された状態に巻かれた少なくとも2つのプーリを有し、かつ、前記プーリを介して線材を加熱する第1加熱工程と、
     前記第1加熱工程から出線された線材を直線状態で移動させながら加熱する第2加熱工程と
     を備えることを特徴とする線材加熱方法。
  11.  線材を加熱する線材加熱方法であって、
     線材が架け渡された状態に巻かれた少なくとも2つのプーリを1つの誘導コイルにて発熱させて前記プーリを介して線材を加熱する加熱工程
     を備えることを特徴とする線材加熱方法。
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