(57)【要約】【課題】加熱効率が良く、エネルギーロスの小さい金属線の軟化方法および金属線軟化装置を提供する。【解決手段】金属線軟化装置３は、走行する金属線９の外周を覆う軟化炉３０を備え、軟化炉３０内で当該金属線９を加熱することで金属線９を軟化させる。この金属線軟化装置３は、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３１と、過熱水蒸気発生装置３１からの過熱水蒸気を軟化炉３０に導入する導入路３０ｃとを備え、軟化炉３０内に充満する過熱水蒸気により金属線９を加熱する。過熱水蒸気は、熱容量が大きく、伝熱効率が高いので、金属線９を急速に加熱することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟化炉の内部に金属線を走行させ、軟化炉の内部で金属線を加熱して軟化させる方法であって、
前記軟化炉内に充満させた過熱水蒸気により金属線を加熱することを特徴とする金属線の軟化方法。
【請求項２】
前記過熱水蒸気は、前記軟化炉を走行中の前記金属線に噴射されることを特徴とする請求項１に記載の金属線の軟化方法。
【請求項３】
前記軟化炉の入口側における過熱水蒸気の温度は、前記軟化炉の出口側における過熱水蒸気の温度よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載の金属線の軟化方法。
【請求項４】
走行する金属線の外周を覆う軟化炉を備え、軟化炉内で当該金属線を加熱することで金属線を軟化させる金属線軟化装置であって、
過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置と、
過熱水蒸気発生装置からの過熱水蒸気を軟化炉内に導入する導入路と、を備え、
前記軟化炉は、その内部に充満された過熱水蒸気により金属線を加熱することを特徴とする金属線軟化装置。
【請求項５】
前記導入路の先端で前記軟化炉内に開口し、前記軟化炉内を走行する前記金属線に向かって前記過熱水蒸気を噴射する噴射口を備えることを特徴とする請求項４に記載の金属線軟化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伸線加工などの塑性加工により得られた金属線を加熱して軟化するための金属線の軟化方法、および金属線軟化装置に関する。特に、加熱効率が良く、エネルギーロスの小さい金属線の軟化方法および金属線軟化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、導体となる金属線の外周に絶縁被覆を施したエナメル線が知られている。エナメル線は、例えば、各種電気機器の配線や、モータや変圧器などの巻線として広く利用されている。
【０００３】
このようなエナメル線は、まず線引きダイスやローラダイスなどを用いた伸線工程により所望の線形・線径の金属線を作製し、この金属線に絶縁ワニスを塗布した後、絶縁ワニスを乾燥・硬化させることで得ることができる。ここで、伸線工程を経た金属線は、伸線加工の際に加工歪が導入されることで硬度が高くなる反面、柔軟性に欠ける。そのため、金属線の用途に応じた柔軟性を備える金属線とするために、金属線に熱処理を施して金属線を軟化させることが行われている。
【０００４】
金属線を軟化させる技術として、例えば、特許文献１には、焼鈍パイプ（軟化炉）中に加熱ガスを充満させ、この焼鈍パイプ内に金属線を走行させることで、金属線を焼鈍（軟化）させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−３０１５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の軟化炉では、加熱ガスを介した熱伝導により金属線を加熱する構成であるため、軟化炉全体を加熱する必要があり、エネルギーロスが大きい。加えて、加熱ガスから金属線への伝熱効率が悪いため、目標とする金属線の温度よりも加熱ガスの温度を５０〜１００℃も高くする必要があり、エネルギーロスが大きい。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、加熱効率が良く、エネルギーロスの小さい金属線の軟化方法および金属線軟化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明金属線の軟化方法は、軟化炉の内部に金属線を走行させ、軟化炉の内部で金属線を加熱して軟化させる方法であって、軟化炉内に充満させた過熱水蒸気により金属線を加熱することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明金属線軟化装置は、走行する金属線の外周を覆う軟化炉を備え、軟化炉内で当該金属線を加熱することで金属線を軟化させる金属線軟化装置に係る。そして、本発明金属線軟化装置は、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置と、過熱水蒸気発生装置からの過熱水蒸気を軟化炉内に導入する導入路とを備え、軟化炉内に充満する過熱水蒸気により金属線を加熱することを特徴とする。
【００１０】
過熱水蒸気は、加熱ガスに比べて伝熱効率が高いので、被加熱物を急速に加熱することができる。例えば、被加熱物を所望の温度とするための過熱水蒸気の温度は、前記所望の温度と殆ど同じか１０℃程度高い温度で十分である。そのため、上記本発明金属線の軟化方法および金属線軟化装置によれば、金属線を効率良く加熱することができ、その金属線の加熱の際にエネルギーロスが少ない。
【００１１】
また、軟化炉の内部に過熱水蒸気を充満させることにより、金属線の表面に付着した異物を除去する効果が期待できる。例えば、軟化炉に導入される金属線の表面には、金属線の伸線工程で使用された潤滑剤や、その伸線工程や金属線の走行過程で金属線の表面に付着した金属粉などが異物として付着している。金属線の表面に異物が付着したままだと、軟化処理の後工程、例えば金属線の表面に絶縁被覆を形成する工程などにおいて、絶縁被覆が健全に形成されないといった不具合が生じることがある。これに対して、本発明金属線の軟化方法および金属線軟化装置によれば、金属線の軟化と同時に異物の除去も期待できるので、異物に起因する不具合を低減することができる。
【００１２】
さらに、軟化炉の内部に過熱水蒸気を充満させることで、軟化炉の内部から酸素を追い出すことができるので、温度が高い状態にある金属線の表面が酸化することを防止できる。
【００１３】
本発明金属線の軟化方法の一形態として、軟化炉内に導入される過熱水蒸気は、軟化炉内を走行中の金属線に噴射されることが好ましい。また、この方法を達成するための本発明金属線軟化装置として、導入路の先端で軟化炉内に開口し、軟化炉内を走行する金属線に向かって過熱水蒸気を噴射する噴射口を備える構成とすることが好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、金属線を迅速に昇温させることができ、効率的でエネルギーロスを少なく金属線を軟化させることができる。また、金属線の表面に付着した異物を過熱水蒸気により吹き飛ばし、金属線の表面を洗浄することができる。その結果、金属線の表面に付着した異物を原因とする不具合を低減することができる。
【００１５】
本発明金属線の軟化方法の一形態として、金属線の走行方向とは反対側である軟化炉の入口側における過熱水蒸気の温度は、金属線の走行方向側である軟化炉の出口側における過熱水蒸気の温度よりも低いことが好ましい。また、この方法を達成するための本発明金属線軟化装置として、金属線の走行方向とは反対側である軟化炉の入口側に位置する導入路からの過熱水蒸気の温度は、金属線の走行方向側である軟化炉の出口側に位置する導入路からの過熱水蒸気の温度よりも低い構成とすることが好ましい。例えば、金属線軟化装置に備わる軟化炉において、金属線の走行方向側である軟化炉の出口側に設けられ、所定温度の過熱水蒸気を導入する高温導入路と、その高温導入路よりも軟化炉の入口側に設けられ、高温導入路から導入される過熱水蒸気よりも温度の低い過熱水蒸気を導入する低温導入路とを形成すると良い。
【００１６】
軟化炉の入口側では、既に述べたように、金属線の表面に異物が付着していることがあり、その場合、高温の過熱水蒸気により金属線の表面に異物が焦げ付く虞がある。上記構成とすることにより、軟化炉に導入された金属線が軟化炉の入口側でいきなり高温の過熱水蒸気に晒されることが無く、異物が焦げ付くことを防止できる。金属線に付着した異物は、金属線が軟化炉を走行する過程で軟化炉に充満する過熱水蒸気に除去されていくため、軟化炉の出口側で過熱水蒸気の温度が高かったとしても、異物による不具合は生じ難い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明金属線の軟化方法および金属線軟化装置によれば、塑性加工により加工歪が導入されることで硬化した金属線を効率良く軟化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明金属線軟化装置を備えるエナメル線製造装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、導線である金属線の外周にエナメル被覆（絶縁被覆）を施したエナメル線製造装置に、本発明の金属線軟化装置を適用した例を説明する。
【００２０】
＜全体構成＞
図１に示すエナメル線製造装置１００は、伸線装置２と、金属線軟化装置３と、エナメル被覆装置４とを備え、繰出リール１から繰り出される金属線９を伸線・軟化した後、金属線９の外周にエナメル被覆を形成し、完成したエナメル線９Ｅを巻取リール５に巻き取るという操作を自動で行う装置である。エナメル線製造装置１００に備わる伸線装置２は、繰出リール１から繰り出される金属線９を伸線する装置である。また、金属線軟化装置３は、伸線後の金属線９を加熱して軟化させる装置である。そして、エナメル被覆装置４は、軟化後の金属線９の外周にエナメルを被覆させる装置である。この本実施形態のエナメル線製造装置１００の最も特徴とするところは、金属線軟化装置３の構成にある。以下、エナメル線９Ｅの製造工程に従って、エナメル線製造装置１００に備わる各装置２〜４を詳細に説明する。
【００２１】
≪伸線装置≫
伸線装置２は、繰出リール１から繰り出される金属線９を所望の線形、所望の線径となるように伸線加工するためのものである。伸線装置２は、例えば、複数の伸線ダイス２０ａ〜２０ｄを備え、この伸線ダイス２０ａ〜２０ｄに金属線９を挿通させることで金属線９を所望の線形・線径に徐々に近づけることができる。なお、伸線ダイス２０ａ〜２０ｄは、線引きダイスであっても良いし、ローラダイスであっても良い。
【００２２】
伸線装置２は、金属線９の加工を容易にするために金属線９およびダイス２０ａ〜２０ｄの少なくとも一方を加熱する加熱機構（図示せず）を備えていても良い。また、金属線９を加工する際、金属線９とダイス２０ａ〜２０ｄとの間に潤滑剤が介在されるようにする潤滑剤供給機構（図示せず）を備えていても良い。
【００２３】
伸線装置２で伸線する金属線９の材質は、作製するエナメル線９Ｅの用途に応じて適宜選択することができる。エナメル線９Ｅの芯材としては、例えばＣｕやＣｕ合金、ＡｌやＡｌ合金などを挙げることができる。また、金属線９は、その伸線前の線径が２０μｍ〜１００ｍｍ程度のものを使用し、伸線後の金属線９の線径が、２０μｍ〜２０ｍｍ程度となるように伸線すれば良い。伸線後の線形は特に限定されず、例えば、真円を含む楕円形や、矩形を含む多角形であっても良い。
【００２４】
≪金属線軟化装置≫
金属線軟化装置３は、金属線９を加熱するための軟化炉３０と、過熱水蒸気を発生させる過熱水蒸気発生装置３１とを備え、伸線装置２で伸線された金属線９を過熱水蒸気で熱処理することで、金属線９に導入された加工歪みを除去するなどして、金属線９を軟化させるための装置である。
【００２５】
軟化炉３０は、その内部に金属線９を走行させることができる走行路３０Ｒを備え、走行路３０Ｒ（軟化炉３０）の入口３０ａから挿入された金属線９が走行路３０Ｒ（軟化炉３０）の出口３０ｂから出て行くまでの間に、金属線９を加熱することができる。また、軟化炉３０は、金属線９が導入される入口３０ａ側が高く、金属線９が導出される出口３０ｂ側が低くなるように形成されている。この軟化炉３０は、その内部に過熱水蒸気を導入でき、かつ、導入した過熱水蒸気により金属線９を加熱できる構成となっている。
【００２６】
軟化炉３０に導入される過熱水蒸気は、次のような構成を備える過熱水蒸気発生装置３１を利用して製造することができる。例えば、過熱水蒸気発生装置３１は、ボイラなどの水蒸気発生装置３１ｂと、水蒸気発生装置３１ｂで発生した飽和水蒸気を過熱水蒸気にする蒸気加熱装置３１ｈとを備え、蒸気加熱装置３１ｈ内の飽和水蒸気の流路であるパイプを加熱することで、パイプ内を通過する飽和水蒸気を過熱水蒸気にする構成とすることができる。飽和水蒸気を過熱水蒸気にするための加熱方式としては、液体燃料やガス燃料を燃焼させる燃料燃焼方式と、前記パイプを高周波により誘導加熱する電気加熱方式とを挙げることができる。その他、過熱水蒸気発生装置３１には、過熱水蒸気の温度を監視する温度監視装置を備えていても良い。
【００２７】
上記のような過熱水蒸気発生装置３１で発生させた過熱水蒸気は、軟化炉３０の導入路３０ｃを通じて軟化炉３０内に導入される。導入路３０ｃは、軟化炉３０（走行路３０Ｒ）の出口３０ｂ側の位置αに設けることが好ましい。ここで、出口３０ｂ側の位置αは、軟化炉３０の出口３０ｂ端部から軟化炉３０の軸方向長さの２０％までの位置を言う。このように導入路３０ｃを位置αに設けることにより、軟化炉３０の出口３０ｂは入口３０ａよりも下方に位置しているため、出口３０ｂ側で軟化炉３０内に導入された過熱水蒸気は入口３０ａ側に向かって上昇する。その結果、軟化炉３０内の走行路３０Ｒ全体に過熱水蒸気を行き渡らせ、金属線９を効率的に加熱することができる。
【００２８】
軟化炉３０に導入する過熱水蒸気の温度は、Ｃｕであれば２００〜５００℃の範囲とすることができる。この温度は、金属線９の結晶構造を所望の状態とするために要求される金属線９自身の温度と同じか１０℃程度高い温度に過ぎず、従来、金属線の軟化に使用していた加熱空気の温度よりも５０〜１００℃近く低い温度である。過熱水蒸気の温度を従来の加熱空気よりも低くできるのは、過熱水蒸気の伝熱効率が高いため、過熱水蒸気から金属線に迅速に伝熱するからである。また、過熱水蒸気を使用する利点として、過熱水蒸気から金属線９へ迅速に伝熱するため、従来よりも軟化炉３０の長さを短くしたり、金属線９の線速を大きくしたりすることができることが挙げられる。軟化炉３０が短くなるとその分だけエナメル線製造装置１００の構成を小型化することができるし、線速を大きくするとエナメル線９Ｅの生産性を向上させることができる。その他、過熱水蒸気を使用する利点として、軟化炉３０内に過熱水蒸気が充満すると、軟化炉３０内から酸素が追い出されるので、金属線９の表面が酸化することを効果的に防止できることも挙げられる。
【００２９】
上述のように、軟化炉３０内に過熱水蒸気を行き渡らせる観点から、導入路３０ｃは複数とすることが好ましい。導入路３０ｃを複数設ける場合、それらのうちの少なくとも一つは、上記と同じ理由により、軟化炉３０の出口３０ｂ側の位置αに設けると良い。残りの導入路については、例えば、軟化炉３０の軸方向の中間位置βや、軟化炉３０の入口３０ａ側の位置γを挙げることができる。ここで、入口３０ａ側の位置γは、軟化炉３０の入口３０ａ端部から軟化炉３０の軸方向長さの３０％までの位置を言い、中間位置βは位置α，β以外の位置である。より好ましくは、導入路は、出口３０ｂ側の位置α、中間位置β、入口３０ａ側の位置γの３箇所に設けることが好ましい。その他、軟化炉３０（走行路３０Ｒ）の軸方向のほぼ同じ位置で金属線９を周方向に囲むように複数の導入路３０ｃを配置しても良く、その場合、金属線９を効率的に加熱することができる。もちろん、軟化炉３０の軸方向の複数位置で金属線９の外周を取り囲むように複数の導入路３０ｃを設けても良い。
【００３０】
上記のように、複数の導入路３０ｃを設ける利点として、各導入路３０ｃにおける過熱水蒸気の温度を異ならせることができる点を挙げることができる。その場合、出口３０ｂ側の位置αの導入路３０ｃからの過熱水蒸気の温度よりも、他の位置β，γの導入路３０ｃからの過熱水蒸気の温度を低くすることが好ましい。これは、軟化炉３０に導入された直後の金属線９の表面には、伸線工程において付着した潤滑剤や金属粉が付着しているため、この潤滑剤や金属粉が高温の過熱水蒸気により焼き付く虞があるからである。つまり、入口３０ａ側で比較的低温の過熱水蒸気により金属線９の表面を洗浄しておけば、軟化炉３０の出口３０ｂ側で高温の過熱水蒸気に金属線９が晒されたとしても、潤滑剤の焼き付きなどの問題が生じ難い。例えば、入口３０ａ側の導入路３０ｃから走行路３０Ｒ内に導入される過熱水蒸気の温度は５００℃以下とすることが好ましい。
【００３１】
金属線９の表面を洗浄する効果をさらに高めるために、導入路３０ｃから導入される過熱水蒸気を金属線９の表面に噴射する構成とすることが好ましい。例えば、噴射ノズル（噴射口）を導入路３０ｃの先端に設け、噴射ノズルが軟化炉３０内で金属線９に向かって開口するようにすると良い。また、上記の洗浄効果をより高めるために、導入路３０ｃの先端に噴射ノズルを設けることに加え、金属線９を周方向に取り囲むように導入路３０ｃを配置しても良い。
【００３２】
以上説明した金属線軟化装置３はさらに、軟化炉３０の出口３０ｂ近傍に、液体冷媒（代表的には純水）を満たした冷媒槽３２を備えていても良い。冷媒槽３２は、軟化炉３０で熱処理された金属線９を冷却するためのものであり、高温の金属線９の表面が酸化することを防止する。冷媒槽３２中の液体冷媒は常に循環する構成とすることで、金属線９の効率的な冷却を行える。
【００３３】
≪エナメル被覆装置≫
エナメル被覆装置４は、周回機構４０と、塗布機構４１と、焼付炉４２とを備える。
【００３４】
エナメル被覆装置４に備わる周回機構４０は、上下に対向配置されるプーリー４０ｄ、４０ｕを有し、このプーリー４０ｄ、４０ｕに掛け渡される金属線９を周回させる機構である。ここで、図１ではプーリー４２ｄ、４２ｕは一つずつしか示されていないが、実際には紙面奥側に複数並列されており、順次金属線９を掛け渡すプーリー４２ｄ、４２ｕを紙面奥側にズラしていくことで、金属線９を周回させることができるようになっている。一定回数周回させて表面にエナメルを被覆させた金属線９、即ち、エナメル線９Ｅは、最終的には巻取リール５に巻き取られる。
【００３５】
塗布機構４１は、絶縁ワニスを貯留する絶縁ワニス槽４１ｔと、絶縁ワニス槽４１ｔを通過した金属線９が挿通される塗布ダイス４１ｄとを備え、周回する金属線９の外周に絶縁ワニスを塗布する機構である。絶縁ワニス槽４１ｔの底部には、周回する金属線９が貫通されており、絶縁ワニス槽４１ｔを通過した金属線９の外周には絶縁ワニスが塗布される。そして、金属線９の外周に塗布された絶縁ワニスは、金属線９が絶縁ワニス槽４１ｔよりも金属線９の走行方向側にある塗布ダイス４１ｄを通過することでほぼ均一な厚さに整えられる。この塗布ダイス４１ｄは、紙面奥側に複数整列され、紙面奥側に行くほどダイス孔の径が大きくなっており、金属線９の外周に形成されるエナメル被覆を徐々に厚くしていき、均一な厚さのエナメル被覆とすることができる。
【００３６】
焼付炉４２は、その内部に周回する金属線９の一部を収納する走行路４２Ｒを備え、走行路４２Ｒ内を走行する絶縁ワニスを塗布した金属線９を加熱して、絶縁ワニスに含まれる溶媒を揮発させると共に、絶縁ワニスに含まれる樹脂を硬化させて、金属線９の外周にエナメル被覆を定着させるためのものである。ここで、焼付炉４２は、重力による絶縁ワニスの垂れを防止するために、焼付炉４２（走行路４２Ｒ）の入口４２ａよりも出口４２ｂを高くすることが好ましい。より好ましくは、焼付炉４２は、図示するように走行路４２Ｒが出口４２ｂを上に向けて鉛直となる倒立状態とする。
【００３７】
焼付炉４２の走行路４２Ｒを周回する絶縁ワニス付き金属線９を加熱する構成は、適宜選択することができる。例えば、焼付炉４２（走行路４２Ｒ）の入口４２ａの近傍に導入路４２ｃを形成し、この導入路４２ｃから加熱空気を導入してもよいし、本発明金属線軟化装置３のように過熱水蒸気を導入しても良い。入口４２ａから導入された加熱空気や過熱水蒸気は、出口４２ｂに向かって上昇し、走行路４２Ｒの軸方向の全域で走行路４２Ｒ内を走行する金属線９を加熱することができる。
【００３８】
＜効果＞
以上説明したエナメル線製造装置１００によれば、装置１００に備わる本発明金属線軟化装置３により、効率的に金属線９を軟化処理できるので、従来よりもエナメル線９Ｅを効率的に生産することができる。例えば、軟化炉３０を従来よりも短くしたり、金属線９の走行速度（線速）を大きくしたりすることで、エナメル線９Ｅの製造時間を短縮することができる。また、金属線９を軟化させる際に、金属線９の表面を洗浄でき、かつ、金属線９の表面の酸素を効果的に防止できるので、不良品の発生を抑制できる。
【００３９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更等可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の金属線軟化装置および金属線の軟化方法は、エナメル線の製造に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１００  エナメル線製造装置
１  繰出リール
２  伸線装置
２０ａ〜２０ｄ  伸線ダイス
３  金属線軟化装置
３０  軟化炉
３０ａ  入口  ３０ｂ  出口  ３０ｃ  導入路  ３０Ｒ  走行路
３１  過熱水蒸気発生装置
３１ｂ  水蒸気発生装置  ３１ｈ  蒸気加熱装置
３２  冷媒層
４  エナメル被覆装置
４０  周回機構
４０ｄ，４０ｕ  プーリー
４１  塗布機構
４１ｔ  絶縁ワニス槽  ４１ｄ  塗布ダイス
４２  焼付炉
４２ａ  入口  ４２ｂ  出口  ４２ｃ  導入路  ４２Ｒ  走行路
５  巻取リール
９  金属線  ９Ｅ  エナメル線
【図１】
2011042843.tif 000003