スチールワイヤの焼鈍方法及び焼鈍装置
【課題】スチールワイヤ焼鈍時の低温領域においても正確に温度を測定して、よってスチールワイヤの接合部を適切に温度調節することができるスチールワイヤの焼鈍方法を提供する。
【解決手段】スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂを焼鈍する方法であって、スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂの温度を測定しつつ加熱する。この接合部ｂから放射される光エネルギーをこの接合部に向けて設けた受光素子、例えばフォトダイオード６で受光し、このフォトダイオード６から出力した信号を対数変換し、この対数変換された信号に基づいて決定した温度によりスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂの加熱温度を調節する。
【解決手段】スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂを焼鈍する方法であって、スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂの温度を測定しつつ加熱する。この接合部ｂから放射される光エネルギーをこの接合部に向けて設けた受光素子、例えばフォトダイオード６で受光し、このフォトダイオード６から出力した信号を対数変換し、この対数変換された信号に基づいて決定した温度によりスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂの加熱温度を調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スチールワイヤの焼鈍方法及び焼鈍装置、より詳しくは、焼鈍中のスチールワイヤの温度を正確に測定して焼鈍温度を調節することのできる焼鈍方法及び焼鈍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スチールコードを製造する際は、あらかじめスチールワイヤ（素線）に伸線処理や熱処理等といった各種の処理を行う。このような処理前のスチールワイヤは、リールに巻き取られているので、各種の処理時には、一つのリールから巻き出したスチールワイヤの後端と、他のリールから巻き出すスチールワイヤの先端とを接合して、複数のスチールワイヤを連続的に処理する。このようにして、伸線処理ではスチールワイヤの切断、接合、伸線を繰り返し行う。
【０００３】
一つのスチールワイヤの後端と他のスチールワイヤの先端との接合は、先行するスチールワイヤの後端部近傍をクランプで把持するとともに、追随するスチールワイヤの先端部近傍を別のクランプで把持した状態で、両スチールワイヤの端面同士を突き合わせ、加圧しつつ通電して抵抗加熱する、いわゆる突き合わせ抵抗溶接法により行う。
【０００４】
このような突き合わせ抵抗溶接法により二つのスチールワイヤを接合した後は、スチールワイヤの接合部が急冷されて硬化しているので、この接合部に焼鈍を施して当該接合部の組織を安定化させる。この焼鈍を、一対の焼鈍用電極を備える焼鈍装置によって行い、その焼鈍用電極の中間にスチールワイヤの接合部が位置するようにスチールワイヤを当該焼鈍用電極で把持しつつ通電してスチールワイヤの接合部を抵抗加熱させることにより行う（特許文献１、特許文献２）。この焼鈍は一般に、一次焼鈍とそれに続く二次焼鈍との二回行われる。
【０００５】
スチールワイヤの接合部を焼鈍する時の加熱条件は、焼鈍した接合部の靭性等の特性に影響を及ぼす。したがって、良好な焼鈍結果を得るためには、焼鈍時において、スチールコードの接合部の温度制御を行うことが重要である。この温度制御に関して、焼鈍制御部が、接合するスチールワイヤの種類によってあらかじめ設定された焼鈍電流値と通電時間となるように電流と時間を制御することによって温度制御を行う方法がある（特許文献２）。また、焼鈍時に接合部の温度を放射温度計で測定しながら温度が一定になるように電流をオンオフ制御することで温度制御を行う焼鈍装置がある（特許文献３）。
【０００６】
焼鈍時におけるスチールワイヤ接合部の温度の測定が可能な放射温度測定装置に関して、温度検出素子としてフォトダイオードを用いたものがある（特許文献４）。このようなフォトダイオードを用いた温度測定装置では、測定対象から放射される光エネルギーを、フォトダイオードによって電流値に変換する。その電流値を一次関数的に電圧値に変換し、この変換された電圧値を、温度基準となる電圧値と比較して測定対象の温度を決定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８５７２号公報
【特許文献２】特開２０００−２７１７７９号公報
【特許文献３】特開平０９−０２４４３５号公報
【特許文献４】特開２００２−３２３３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スチールワイヤの焼鈍時における温度制御のためには、スチールワイヤの接合部における温度測定を、最高加熱温度（焼鈍温度）ばかりでなく、その最高温度に至るまでの低い温度から行う必要がある。しかしながら、焼鈍に用いる焼鈍装置の温度検出素子がフォトダイオードを用いたものである場合には、このフォトダイオードの感度が、焼鈍温度近傍の感度に比べて、焼鈍における低温に相当する温度領域での感度が低い。これは、スチールワイヤの接合部から放射される光のスペクトルはワイヤの温度に依存して大きく変動するのに対して、フォトダイオードが受光できる光の波長領域はフォトダイオードの特性によって決まっているからである。フォトダイオードの感度が、焼鈍における低温に相当する温度領域で低いことにより、フォトダイオードの電流信号を一次関数的に電圧信号に変換して増幅した後においても温度基準となる電圧値と比較して温度を正確に決定することは困難であり、よってスチールワイヤの焼鈍時における低温領域では、温度を適切に制御するのが難しかった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、スチールワイヤ焼鈍時の低温領域においても正確に温度を測定して、よってスチールワイヤの接合部を適切に温度調節することができるスチールワイヤの焼鈍方法及びこの焼鈍方法に用いる焼鈍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のスチールワイヤの焼鈍方法は、スチールワイヤの接合部の温度を測定しつつ加熱するスチールワイヤの焼鈍方法において、接合部から放射される光エネルギーをこの接合部に向けて設けた受光素子で受光し、この受光素子から出力した信号を対数変換し、この対数変換された信号に基づいて決定した温度によりスチールワイヤの接合部の加熱温度を調節することを特徴とする。
【００１１】
本発明のスチールワイヤの焼鈍方法においては、受光素子からスチールワイヤの接合部近傍までわたって延在させた受光素子ガイドにより、スチールワイヤの接合部以外から放射される光エネルギーを受光素子が受光するのを抑制するとともに、この受光素子の視野径を受光素子ガイドの内径と同じ又はそれ以下にすることが好ましい。
【００１２】
本発明のスチールワイヤの焼鈍装置においては、スチールワイヤの接合部の温度を測定する温度測定ユニットと、この接合部を加熱する加熱ユニットとを備え、温度測定ユニットは、スチールワイヤの接合部に向かう受光素子と、接合部から放射される光エネルギーに基づいてこの受光素子から出力された信号を対数変換する変換回路と、を有し、加熱ユニットは、変換回路により対数変換された信号に基づいて決定された温度により加熱温度を調節することを特徴とする。
【００１３】
本発明のスチールワイヤの焼鈍装置は、受光素子からスチールワイヤの接合部近傍まで延びる受光素子ガイドを備えることができ、また、受光素子がフォトダイオードであり、このフォトダイオードから出力される電流信号を電圧信号に変換する変換回路中に対数変換回路を有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、受光素子からの信号を対数変換し、この対数変換された信号に基づいて接合部の温度が決定められることから、スチールワイヤの接合部が低温であるときにもこの接合部の温度を正確に測定することができ、この測定された正確な温度に基づいて接合部の加熱温度を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の焼鈍装置の一実施形態の要部を示す模式図である。
【図２】本発明の焼鈍方法の一実施形態を説明するブロック図である。
【図３】ワイヤ温度と変換後の電圧信号との関係を示すグラフである。
【図４】受光素子の視野径について実施形態と従来技術とを比較して示す模式図である。
【図５】従来の焼鈍方法の一例を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のスチールワイヤの焼鈍方法及び焼鈍装置の実施形態を、図面を用いつつ具体的に説明する。
【００１７】
図１に、本発明のスチールワイヤの焼鈍方法に用いて好適な焼鈍装置の一実施形態を、要部の模式図で示す。図１に示す本実施形態のスチールワイヤの焼鈍装置１は、一つのスチールＷ１の端部と別のスチールワイヤＷ２の端部とを突き合わせて溶接された接合部ｂを加熱して焼鈍するための装置である。焼鈍装置１の一対のクランプ２は、スチールワイヤＷ１の端部近傍及びスチールワイヤＷ２の端部近傍をそれぞれ把持する。この一対のクランプ２には電源３が接続されていて、この電源３からクランプ２を通してクランプ２間の接合部ｂを含むスチールワイヤＷ１及びスチールワイヤＷ２に通電することにより、この接合部ｂを抵抗加熱する。電源３からクランプ２に流す電流は、温度調節装置４により調節され、この電流調節により接合部ｂの加熱温度が調節される。本実施形態では焼鈍装置１の加熱ユニット５が、クランプ２、電源３及び温度調節装置４を含む構成となっている。
【００１８】
加熱ユニット５の温度調節装置４により接合部ｂの加熱温度を調節する際は、その接合部ｂの温度を測定する。この温度測定のために、接合部ｂに向けて受光素子として例えばフォトダイオード６が設けられている。
【００１９】
このフォトダイオード６から出力された信号は、温度決定装置７に入力され、この温度決定装置７により接合部ｂの温度が決定される。温度決定装置７により決定された接合部ｂの温度信号は、温度調節装置４に入力される。本実施形態では、焼鈍装置１の温度測定ユニット８が、フォトダイオード６及び温度決定装置７を含む構成となっている。
【００２０】
温度測定ユニット８について、より具体的に説明すると、スチールワイヤＷ１及びＷ２の接合部ｂの焼鈍時においては、この接合部ｂから放射される光エネルギーを、フォトダイオード６によって、電流信号に変換し温度決定装置７に出力する。温度決定装置７は、対数変換回路を有し、入力された電流信号を対数変換して電圧信号に変換する。この対数変換回路は、フォトダイオード６からの電流信号を電圧信号に変換し増幅する回路の一部として組み込むことができる。対数変換回路の具体的構成は特に限定されない。
【００２１】
焼鈍装置１の加熱ユニット５及び温度測定ユニット８を用いたスチールワイヤの焼鈍方法の一例について図２のブロック図を用いて説明する。温度測定ユニット８内の温度決定装置７において、フォトダイオード６がスチールワイヤＷ１とスチールワイヤＷ２との接合部ｂにおける光放射エネルギーを電流信号に変換する（ステップＳ１）。次いで、対数変換により電流信号を電圧信号に変換する（ステップＳ２）。対数変換された電圧信号は、図２では加熱ユニット５の温度調節装置４内に有している増幅器により増幅される（ステップＳ３）。つまり、増幅器は、温度調節装置４内に有していてもよいし、温度決定装置７内に有していてもよい。増幅された電圧信号から温度を決定するために、図２では加熱ユニット５の温度調節装置４内に有している記憶部には、増幅後の電圧と加熱温度との関係についてのデータが記憶されている。そこで、増幅器で増幅された電圧信号を、温度調節装置４の記憶部に記憶されていた増幅後の電圧と加熱温度との関係についてのデータと対比することにより、増幅後の電圧信号から加熱温度を決定する。このようにして、フォトダイオード６において検出された光エネルギーからスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂの温度を決定することができる。
【００２２】
次に、焼鈍温度の調節の際は、温度調節装置４の記憶部に、あらかじめ焼鈍温度としての設定温度に対応する電圧情報を記憶しておき、この記憶された電圧情報を温度調節装置４の記憶部から読み出す（ステップＳ４）。読み出された設定電圧信号と、増幅器で増幅された電圧信号とを比較する（ステップＳ５）。この増幅器で増幅された電圧信号が設定電圧信号と異なる場合には、設定電圧に増幅された電圧とが一致するように温度調節装置４は電源３に加熱指令を出力する（ステップＳ６）。電源３は、この加熱指令に従って、所定の加熱電流をクランプ２に通電する。このようにして、温度調節をすることができる。
【００２３】
比較のために従来の焼鈍方法を、図５のブロック図を用いて説明する。図５のブロック図における、図２のブロック図との相違点は、図２では、ステップＳ２において対数変換により電流信号を電圧信号に変換するのに対して、図５では、ステップＳ２００において対数変換することなく電流信号を一次関数的に電圧信号に変換している点である。この相違点以外は図２と同じであるので、図５の説明において重複する説明は省略する。
【００２４】
本実施形態の焼鈍装置１及びこの装置を用いた焼鈍方法では、温度決定装置７においてフォトダイオード６から入力された電流信号を電圧信号に変換する際に、対数変換することより以下の効果が得られる。
【００２５】
図３（ａ）、（ｂ）にフォトダイオード６により測定されるワイヤ温度と温度決定装置７により電圧信号に変換後の電圧信号との関係を示すグラフを示す。同図（ａ）、（ｂ）はいずれも等分目盛のグラフであり、同図（ａ）は本実施形態に従い対数変換を実施した場合の例であり、同図（ｂ）は比較のために従来の焼鈍装置及び焼鈍方法で対数変換を実施しない場合の例である。図３（ａ）から分かるように、本実施形態で対数変換を実施した場合はグラフが直線を示し、接合部のワイヤ温度に対する変換後の電圧信号は一次関数的である。これに対して、図３（ｂ）に示されるように従来技術で対数変換を実施しない場合は、接合部のワイヤ温度に対する変換後の電圧信号は指数関数的である。したがって、図３（ｂ）に示される従来技術では、焼鈍時の低温領域では温度変化に対して電圧変化が僅かであって、電圧信号を増幅しても低温領域での温度決定が困難であった。
【００２６】
一方、本実施形態では対数変換を行うことから、図３（ａ）に示すように焼鈍時の低温領域では温度変化に対して直線状に変化するので、フォトダイオード６の感度が低い、焼鈍における低温の温度領域でもワイヤ温度の変化に対して電圧信号がリニアに応答している。このことから、焼鈍時の低温領域の温度を正確に測定することができる。更には、スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部の焼鈍を適切に実施することができる。
【００２７】
次に、本発明のスチールワイヤの焼鈍方法及びこの焼鈍方法に用いて好適な焼鈍装置の別の実施形態について説明する。本実施形態の焼鈍装置は、図１に示した焼鈍装置１において、フォトダイオード６からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたって受光素子ガイド９を延在させて備えている。本実施形態は、受光ガイド９は、温度測定ユニット８に含まれる構成となり、それ以外の構成は、図１を用いて既に説明した構成と同一構成になるので、ここでは重複する説明を省略する。
【００２８】
本実施形態の焼鈍装置は、先に述べた実施形態と同様に対数変換を行うことから、焼鈍時の低温領域の温度を正確に測定することができ、更には、スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部の焼鈍を適切に実施することができるという、先に述べた実施形態と同様の効果を有する他に、従来の装置と比較すると次の効果を有している。
【００２９】
本実施形態は、受光素子ガイド９を、フォトダイオード６の先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたる長さで有している。従来の焼鈍装置においてもフォトダイオード６の先端部に受光素子ガイドが取り付けられた例はあった。しかしながら、従来の焼鈍装置における受光素子ガイドは、フォトダイオード６の周囲の限られた範囲であり、本実施形態のようにフォトダイオード６先端部近傍からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂまでにわたる長さではなかった。その理由は、従来の焼鈍装置が、フォトダイオード６から出力された電流信号を、電圧信号に変換する際に、対数変換をすることがなく、よってワイヤ温度と変換後の電圧信号との関係が図３（ｂ）にグラフで示す関係になっていたことによる。
【００３０】
従来の焼鈍装置はフォトダイオードの特性上、焼鈍時の低温領域では受光感度及び応答性が低く、よって接合部ｂの温度を決定するためには、フォトダイオード６に十分な受光量を必要していた。したがって、従来の焼鈍装置では、本実施形態のように先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂまでにわたる長さでガイド９を設けることができず、仮に設けた場合には、フォトダイオード６の受光量が十分でないため、焼鈍時の低温領域における温度決定が困難であった。
【００３１】
このようなことから、従来の焼鈍装置におけるガイド９はフォトダイオード６の周囲の限られた範囲であり、これに起因して、フォトダイオード６はスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂのみならず、この接合部ｂ周囲の光、例えばワイヤを接合する部屋の照明光をも検出していた。したがって、従来の焼鈍装置は、焼鈍の低温領域においてはワイヤの接合部のみから発せられる光のみを検出することができず、この点によっても温度の測定精度が十分でなかった。具体的には、接合作業をする部屋に照明が点灯している場合と点灯していない場合とでは、測定結果としての温度に１０℃〜２０℃程度の相違があった。これは、フォトダイオード６が照明光をも感知していることを意味している。
【００３２】
これに対して本実施形態の焼鈍装置は、前述のとおり受光素子ガイド９を、フォトダイオード６の先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたる長さで有していることから、受光素子ガイド９が照明光を遮蔽する役割を果たし、これによりフォトダイオード６が照明光を受光するのを防止し、よってスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂのみの光エネルギーを感知することができるので、より一層精度良く温度を測定することができる。フォトダイオード６及び受光素子ガイド９の先端部をスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂに近づけ過ぎるとフォトダイオード６に接合部ｂの熱が伝わってしまい、また、離し過ぎると測定精度が悪くなるので、受光素子ガイド９を近接させるスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂの「近傍」とは、フォトダイオード６に熱が伝わらずに測定精度が出る距離と定義される。
【００３３】
また、本実施形態の焼鈍方法では、受光素子ガイド９を、フォトダイオード６の先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたって延在させ、この受光素子ガイド９によりスチールワイヤの接合部以外から放射される光エネルギーを受光素子が受光するのを抑制する。かつ、フォトダイオード６の視野径を受光素子ガイド９の内径と同じ又はそれ以下にする。フォトダイオード６の視野径とは、フォトダイオードを用いた計測装置により調節可能な視野径のことであり、受光素子ガイド９の内径とは、筒形を有する受光素子ガイド９の接合部ｂに対向する端部における内径のことである。
【００３４】
本実施形態の焼鈍方法は、先に述べた実施形態と同様に対数変換を行うことから、焼鈍時の低温領域の温度を正確に測定することができ、更には、スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部の焼鈍を適切に実施することができるという、先に述べた実施形態と同様の効果を有する。また、前述のとおり受光素子ガイド９を、フォトダイオード６の先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたって延在させていることから、受光素子ガイド９が照明光を遮蔽する役割を果たし、これによりフォトダイオード６が照明光を受光するのを防止し、よってスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂのみの光エネルギーを感知することができるので、より一層精度良く温度を測定することができる。更に、本実施形態の焼鈍方法は、フォトダイオード６の視野径を、筒状となっている受光素子ガイドの内径と同じ又はそれ以下にする。これにより従来の焼鈍方法と比較すると次の効果を有している。
【００３５】
図４に本実施形態の方法におけるフォトダイオード６での光エネルギーの測定時の視野径ｄ１（図４（ａ））を、従来の焼鈍方法における視野径ｄ１００（図４（ｂ））と比較して示す。本実施形態の方法では、視野径ｄ１を従来の視野径ｄ１００の五分の一程度まで小さくしている。図示したように本実施形態は視野径を従来よりも絞ることにより、スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂのみを検出することが可能となり、よって接合部ｂの温度を、よりいっそう正確に測定することができ、ひいては、より適切な焼鈍を行うことができる。また、スチールワイヤＷ１、Ｗ２のワイヤ径が従来よりも小さくなったことで、より線径の細いワイヤについて、ワイヤ接合部ｂの温度を正確に測定することが可能となり、その結果、より細い線径のワイヤの焼鈍温度の調節が可能となった。
【００３６】
なお、視野径を小さくしない場合には、フォトダイオード６の先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたって受光素子ガイド９を延在させていても、視野径に対する光の受光量が減ることから、低温部の測定が難しくなるという不利がある。よって、受光素子ガイド９の延在と視野径の絞り込みとの両方を実施することが好ましい。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
径：５〜６ｍｍのスチールワイヤを突き合わせ溶接した後、焼鈍温度を８７３〜１２７３Ｋ、加熱時間を１０〜３０秒とする焼鈍を行った。この焼鈍の際に、図１に示す焼鈍装置を用いて、フォトダイオードからの電流信号を対数変換して電圧信号に変換することにより温度を測定しながら加熱したところ、加熱途中の８７３Ｋから温度測定が可能であった。この測定された温度を設定された加熱温度と対比して、この設定された加熱温度に一致するように温度調節を行ったところ、焼鈍を良好に実施できた。
【００３８】
（実施例２）
図１に示す受光素子ガイドをフォトダイオード先端からワイヤ接合部までわたって設けた。受光素子ガイドの内径は３ｍｍであった。これに合わせてフォトダイオードの視野径を実施例１の１６ｍｍから２〜３ｍｍへと絞った。それ以外は実施例１と同様にして焼鈍を行った。この焼鈍では、実施例１と同様に加熱途中の８７３Ｋから温度測定が可能であった。また、加熱装置が設置された部屋の照明が点灯している場合と点灯していない場合とでは、温度測定結果としての温度の相違が０Ｋ〜１０Ｋであり、受光素子ガイドを設けない場合と比べて僅かな相違であった。
【００３９】
以上、本発明のスチールワイヤの焼鈍方法及び焼鈍方法を、実施形態を用いて具体的に説明したが、本発明はこれらの実施形態によって限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で幾多の変形が可能であることは、いうまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１ 焼鈍装置
２ クランプ
３ 電源
４ 温度調節装置
５ 加熱ユニット
６ フォトダイオード
７ 温度決定装置
８ 温度測定ユニット
９ 受光素子ガイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スチールワイヤの焼鈍方法及び焼鈍装置、より詳しくは、焼鈍中のスチールワイヤの温度を正確に測定して焼鈍温度を調節することのできる焼鈍方法及び焼鈍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スチールコードを製造する際は、あらかじめスチールワイヤ（素線）に伸線処理や熱処理等といった各種の処理を行う。このような処理前のスチールワイヤは、リールに巻き取られているので、各種の処理時には、一つのリールから巻き出したスチールワイヤの後端と、他のリールから巻き出すスチールワイヤの先端とを接合して、複数のスチールワイヤを連続的に処理する。このようにして、伸線処理ではスチールワイヤの切断、接合、伸線を繰り返し行う。
【０００３】
一つのスチールワイヤの後端と他のスチールワイヤの先端との接合は、先行するスチールワイヤの後端部近傍をクランプで把持するとともに、追随するスチールワイヤの先端部近傍を別のクランプで把持した状態で、両スチールワイヤの端面同士を突き合わせ、加圧しつつ通電して抵抗加熱する、いわゆる突き合わせ抵抗溶接法により行う。
【０００４】
このような突き合わせ抵抗溶接法により二つのスチールワイヤを接合した後は、スチールワイヤの接合部が急冷されて硬化しているので、この接合部に焼鈍を施して当該接合部の組織を安定化させる。この焼鈍を、一対の焼鈍用電極を備える焼鈍装置によって行い、その焼鈍用電極の中間にスチールワイヤの接合部が位置するようにスチールワイヤを当該焼鈍用電極で把持しつつ通電してスチールワイヤの接合部を抵抗加熱させることにより行う（特許文献１、特許文献２）。この焼鈍は一般に、一次焼鈍とそれに続く二次焼鈍との二回行われる。
【０００５】
スチールワイヤの接合部を焼鈍する時の加熱条件は、焼鈍した接合部の靭性等の特性に影響を及ぼす。したがって、良好な焼鈍結果を得るためには、焼鈍時において、スチールコードの接合部の温度制御を行うことが重要である。この温度制御に関して、焼鈍制御部が、接合するスチールワイヤの種類によってあらかじめ設定された焼鈍電流値と通電時間となるように電流と時間を制御することによって温度制御を行う方法がある（特許文献２）。また、焼鈍時に接合部の温度を放射温度計で測定しながら温度が一定になるように電流をオンオフ制御することで温度制御を行う焼鈍装置がある（特許文献３）。
【０００６】
焼鈍時におけるスチールワイヤ接合部の温度の測定が可能な放射温度測定装置に関して、温度検出素子としてフォトダイオードを用いたものがある（特許文献４）。このようなフォトダイオードを用いた温度測定装置では、測定対象から放射される光エネルギーを、フォトダイオードによって電流値に変換する。その電流値を一次関数的に電圧値に変換し、この変換された電圧値を、温度基準となる電圧値と比較して測定対象の温度を決定していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８５７２号公報
【特許文献２】特開２０００−２７１７７９号公報
【特許文献３】特開平０９−０２４４３５号公報
【特許文献４】特開２００２−３２３３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スチールワイヤの焼鈍時における温度制御のためには、スチールワイヤの接合部における温度測定を、最高加熱温度（焼鈍温度）ばかりでなく、その最高温度に至るまでの低い温度から行う必要がある。しかしながら、焼鈍に用いる焼鈍装置の温度検出素子がフォトダイオードを用いたものである場合には、このフォトダイオードの感度が、焼鈍温度近傍の感度に比べて、焼鈍における低温に相当する温度領域での感度が低い。これは、スチールワイヤの接合部から放射される光のスペクトルはワイヤの温度に依存して大きく変動するのに対して、フォトダイオードが受光できる光の波長領域はフォトダイオードの特性によって決まっているからである。フォトダイオードの感度が、焼鈍における低温に相当する温度領域で低いことにより、フォトダイオードの電流信号を一次関数的に電圧信号に変換して増幅した後においても温度基準となる電圧値と比較して温度を正確に決定することは困難であり、よってスチールワイヤの焼鈍時における低温領域では、温度を適切に制御するのが難しかった。
【０００９】
そこで本発明の目的は、スチールワイヤ焼鈍時の低温領域においても正確に温度を測定して、よってスチールワイヤの接合部を適切に温度調節することができるスチールワイヤの焼鈍方法及びこの焼鈍方法に用いる焼鈍装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のスチールワイヤの焼鈍方法は、スチールワイヤの接合部の温度を測定しつつ加熱するスチールワイヤの焼鈍方法において、接合部から放射される光エネルギーをこの接合部に向けて設けた受光素子で受光し、この受光素子から出力した信号を対数変換し、この対数変換された信号に基づいて決定した温度によりスチールワイヤの接合部の加熱温度を調節することを特徴とする。
【００１１】
本発明のスチールワイヤの焼鈍方法においては、受光素子からスチールワイヤの接合部近傍までわたって延在させた受光素子ガイドにより、スチールワイヤの接合部以外から放射される光エネルギーを受光素子が受光するのを抑制するとともに、この受光素子の視野径を受光素子ガイドの内径と同じ又はそれ以下にすることが好ましい。
【００１２】
本発明のスチールワイヤの焼鈍装置においては、スチールワイヤの接合部の温度を測定する温度測定ユニットと、この接合部を加熱する加熱ユニットとを備え、温度測定ユニットは、スチールワイヤの接合部に向かう受光素子と、接合部から放射される光エネルギーに基づいてこの受光素子から出力された信号を対数変換する変換回路と、を有し、加熱ユニットは、変換回路により対数変換された信号に基づいて決定された温度により加熱温度を調節することを特徴とする。
【００１３】
本発明のスチールワイヤの焼鈍装置は、受光素子からスチールワイヤの接合部近傍まで延びる受光素子ガイドを備えることができ、また、受光素子がフォトダイオードであり、このフォトダイオードから出力される電流信号を電圧信号に変換する変換回路中に対数変換回路を有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、受光素子からの信号を対数変換し、この対数変換された信号に基づいて接合部の温度が決定められることから、スチールワイヤの接合部が低温であるときにもこの接合部の温度を正確に測定することができ、この測定された正確な温度に基づいて接合部の加熱温度を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の焼鈍装置の一実施形態の要部を示す模式図である。
【図２】本発明の焼鈍方法の一実施形態を説明するブロック図である。
【図３】ワイヤ温度と変換後の電圧信号との関係を示すグラフである。
【図４】受光素子の視野径について実施形態と従来技術とを比較して示す模式図である。
【図５】従来の焼鈍方法の一例を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のスチールワイヤの焼鈍方法及び焼鈍装置の実施形態を、図面を用いつつ具体的に説明する。
【００１７】
図１に、本発明のスチールワイヤの焼鈍方法に用いて好適な焼鈍装置の一実施形態を、要部の模式図で示す。図１に示す本実施形態のスチールワイヤの焼鈍装置１は、一つのスチールＷ１の端部と別のスチールワイヤＷ２の端部とを突き合わせて溶接された接合部ｂを加熱して焼鈍するための装置である。焼鈍装置１の一対のクランプ２は、スチールワイヤＷ１の端部近傍及びスチールワイヤＷ２の端部近傍をそれぞれ把持する。この一対のクランプ２には電源３が接続されていて、この電源３からクランプ２を通してクランプ２間の接合部ｂを含むスチールワイヤＷ１及びスチールワイヤＷ２に通電することにより、この接合部ｂを抵抗加熱する。電源３からクランプ２に流す電流は、温度調節装置４により調節され、この電流調節により接合部ｂの加熱温度が調節される。本実施形態では焼鈍装置１の加熱ユニット５が、クランプ２、電源３及び温度調節装置４を含む構成となっている。
【００１８】
加熱ユニット５の温度調節装置４により接合部ｂの加熱温度を調節する際は、その接合部ｂの温度を測定する。この温度測定のために、接合部ｂに向けて受光素子として例えばフォトダイオード６が設けられている。
【００１９】
このフォトダイオード６から出力された信号は、温度決定装置７に入力され、この温度決定装置７により接合部ｂの温度が決定される。温度決定装置７により決定された接合部ｂの温度信号は、温度調節装置４に入力される。本実施形態では、焼鈍装置１の温度測定ユニット８が、フォトダイオード６及び温度決定装置７を含む構成となっている。
【００２０】
温度測定ユニット８について、より具体的に説明すると、スチールワイヤＷ１及びＷ２の接合部ｂの焼鈍時においては、この接合部ｂから放射される光エネルギーを、フォトダイオード６によって、電流信号に変換し温度決定装置７に出力する。温度決定装置７は、対数変換回路を有し、入力された電流信号を対数変換して電圧信号に変換する。この対数変換回路は、フォトダイオード６からの電流信号を電圧信号に変換し増幅する回路の一部として組み込むことができる。対数変換回路の具体的構成は特に限定されない。
【００２１】
焼鈍装置１の加熱ユニット５及び温度測定ユニット８を用いたスチールワイヤの焼鈍方法の一例について図２のブロック図を用いて説明する。温度測定ユニット８内の温度決定装置７において、フォトダイオード６がスチールワイヤＷ１とスチールワイヤＷ２との接合部ｂにおける光放射エネルギーを電流信号に変換する（ステップＳ１）。次いで、対数変換により電流信号を電圧信号に変換する（ステップＳ２）。対数変換された電圧信号は、図２では加熱ユニット５の温度調節装置４内に有している増幅器により増幅される（ステップＳ３）。つまり、増幅器は、温度調節装置４内に有していてもよいし、温度決定装置７内に有していてもよい。増幅された電圧信号から温度を決定するために、図２では加熱ユニット５の温度調節装置４内に有している記憶部には、増幅後の電圧と加熱温度との関係についてのデータが記憶されている。そこで、増幅器で増幅された電圧信号を、温度調節装置４の記憶部に記憶されていた増幅後の電圧と加熱温度との関係についてのデータと対比することにより、増幅後の電圧信号から加熱温度を決定する。このようにして、フォトダイオード６において検出された光エネルギーからスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂの温度を決定することができる。
【００２２】
次に、焼鈍温度の調節の際は、温度調節装置４の記憶部に、あらかじめ焼鈍温度としての設定温度に対応する電圧情報を記憶しておき、この記憶された電圧情報を温度調節装置４の記憶部から読み出す（ステップＳ４）。読み出された設定電圧信号と、増幅器で増幅された電圧信号とを比較する（ステップＳ５）。この増幅器で増幅された電圧信号が設定電圧信号と異なる場合には、設定電圧に増幅された電圧とが一致するように温度調節装置４は電源３に加熱指令を出力する（ステップＳ６）。電源３は、この加熱指令に従って、所定の加熱電流をクランプ２に通電する。このようにして、温度調節をすることができる。
【００２３】
比較のために従来の焼鈍方法を、図５のブロック図を用いて説明する。図５のブロック図における、図２のブロック図との相違点は、図２では、ステップＳ２において対数変換により電流信号を電圧信号に変換するのに対して、図５では、ステップＳ２００において対数変換することなく電流信号を一次関数的に電圧信号に変換している点である。この相違点以外は図２と同じであるので、図５の説明において重複する説明は省略する。
【００２４】
本実施形態の焼鈍装置１及びこの装置を用いた焼鈍方法では、温度決定装置７においてフォトダイオード６から入力された電流信号を電圧信号に変換する際に、対数変換することより以下の効果が得られる。
【００２５】
図３（ａ）、（ｂ）にフォトダイオード６により測定されるワイヤ温度と温度決定装置７により電圧信号に変換後の電圧信号との関係を示すグラフを示す。同図（ａ）、（ｂ）はいずれも等分目盛のグラフであり、同図（ａ）は本実施形態に従い対数変換を実施した場合の例であり、同図（ｂ）は比較のために従来の焼鈍装置及び焼鈍方法で対数変換を実施しない場合の例である。図３（ａ）から分かるように、本実施形態で対数変換を実施した場合はグラフが直線を示し、接合部のワイヤ温度に対する変換後の電圧信号は一次関数的である。これに対して、図３（ｂ）に示されるように従来技術で対数変換を実施しない場合は、接合部のワイヤ温度に対する変換後の電圧信号は指数関数的である。したがって、図３（ｂ）に示される従来技術では、焼鈍時の低温領域では温度変化に対して電圧変化が僅かであって、電圧信号を増幅しても低温領域での温度決定が困難であった。
【００２６】
一方、本実施形態では対数変換を行うことから、図３（ａ）に示すように焼鈍時の低温領域では温度変化に対して直線状に変化するので、フォトダイオード６の感度が低い、焼鈍における低温の温度領域でもワイヤ温度の変化に対して電圧信号がリニアに応答している。このことから、焼鈍時の低温領域の温度を正確に測定することができる。更には、スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部の焼鈍を適切に実施することができる。
【００２７】
次に、本発明のスチールワイヤの焼鈍方法及びこの焼鈍方法に用いて好適な焼鈍装置の別の実施形態について説明する。本実施形態の焼鈍装置は、図１に示した焼鈍装置１において、フォトダイオード６からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたって受光素子ガイド９を延在させて備えている。本実施形態は、受光ガイド９は、温度測定ユニット８に含まれる構成となり、それ以外の構成は、図１を用いて既に説明した構成と同一構成になるので、ここでは重複する説明を省略する。
【００２８】
本実施形態の焼鈍装置は、先に述べた実施形態と同様に対数変換を行うことから、焼鈍時の低温領域の温度を正確に測定することができ、更には、スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部の焼鈍を適切に実施することができるという、先に述べた実施形態と同様の効果を有する他に、従来の装置と比較すると次の効果を有している。
【００２９】
本実施形態は、受光素子ガイド９を、フォトダイオード６の先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたる長さで有している。従来の焼鈍装置においてもフォトダイオード６の先端部に受光素子ガイドが取り付けられた例はあった。しかしながら、従来の焼鈍装置における受光素子ガイドは、フォトダイオード６の周囲の限られた範囲であり、本実施形態のようにフォトダイオード６先端部近傍からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂまでにわたる長さではなかった。その理由は、従来の焼鈍装置が、フォトダイオード６から出力された電流信号を、電圧信号に変換する際に、対数変換をすることがなく、よってワイヤ温度と変換後の電圧信号との関係が図３（ｂ）にグラフで示す関係になっていたことによる。
【００３０】
従来の焼鈍装置はフォトダイオードの特性上、焼鈍時の低温領域では受光感度及び応答性が低く、よって接合部ｂの温度を決定するためには、フォトダイオード６に十分な受光量を必要していた。したがって、従来の焼鈍装置では、本実施形態のように先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂまでにわたる長さでガイド９を設けることができず、仮に設けた場合には、フォトダイオード６の受光量が十分でないため、焼鈍時の低温領域における温度決定が困難であった。
【００３１】
このようなことから、従来の焼鈍装置におけるガイド９はフォトダイオード６の周囲の限られた範囲であり、これに起因して、フォトダイオード６はスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂのみならず、この接合部ｂ周囲の光、例えばワイヤを接合する部屋の照明光をも検出していた。したがって、従来の焼鈍装置は、焼鈍の低温領域においてはワイヤの接合部のみから発せられる光のみを検出することができず、この点によっても温度の測定精度が十分でなかった。具体的には、接合作業をする部屋に照明が点灯している場合と点灯していない場合とでは、測定結果としての温度に１０℃〜２０℃程度の相違があった。これは、フォトダイオード６が照明光をも感知していることを意味している。
【００３２】
これに対して本実施形態の焼鈍装置は、前述のとおり受光素子ガイド９を、フォトダイオード６の先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたる長さで有していることから、受光素子ガイド９が照明光を遮蔽する役割を果たし、これによりフォトダイオード６が照明光を受光するのを防止し、よってスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂのみの光エネルギーを感知することができるので、より一層精度良く温度を測定することができる。フォトダイオード６及び受光素子ガイド９の先端部をスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂに近づけ過ぎるとフォトダイオード６に接合部ｂの熱が伝わってしまい、また、離し過ぎると測定精度が悪くなるので、受光素子ガイド９を近接させるスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂの「近傍」とは、フォトダイオード６に熱が伝わらずに測定精度が出る距離と定義される。
【００３３】
また、本実施形態の焼鈍方法では、受光素子ガイド９を、フォトダイオード６の先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたって延在させ、この受光素子ガイド９によりスチールワイヤの接合部以外から放射される光エネルギーを受光素子が受光するのを抑制する。かつ、フォトダイオード６の視野径を受光素子ガイド９の内径と同じ又はそれ以下にする。フォトダイオード６の視野径とは、フォトダイオードを用いた計測装置により調節可能な視野径のことであり、受光素子ガイド９の内径とは、筒形を有する受光素子ガイド９の接合部ｂに対向する端部における内径のことである。
【００３４】
本実施形態の焼鈍方法は、先に述べた実施形態と同様に対数変換を行うことから、焼鈍時の低温領域の温度を正確に測定することができ、更には、スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部の焼鈍を適切に実施することができるという、先に述べた実施形態と同様の効果を有する。また、前述のとおり受光素子ガイド９を、フォトダイオード６の先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたって延在させていることから、受光素子ガイド９が照明光を遮蔽する役割を果たし、これによりフォトダイオード６が照明光を受光するのを防止し、よってスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂのみの光エネルギーを感知することができるので、より一層精度良く温度を測定することができる。更に、本実施形態の焼鈍方法は、フォトダイオード６の視野径を、筒状となっている受光素子ガイドの内径と同じ又はそれ以下にする。これにより従来の焼鈍方法と比較すると次の効果を有している。
【００３５】
図４に本実施形態の方法におけるフォトダイオード６での光エネルギーの測定時の視野径ｄ１（図４（ａ））を、従来の焼鈍方法における視野径ｄ１００（図４（ｂ））と比較して示す。本実施形態の方法では、視野径ｄ１を従来の視野径ｄ１００の五分の一程度まで小さくしている。図示したように本実施形態は視野径を従来よりも絞ることにより、スチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂのみを検出することが可能となり、よって接合部ｂの温度を、よりいっそう正確に測定することができ、ひいては、より適切な焼鈍を行うことができる。また、スチールワイヤＷ１、Ｗ２のワイヤ径が従来よりも小さくなったことで、より線径の細いワイヤについて、ワイヤ接合部ｂの温度を正確に測定することが可能となり、その結果、より細い線径のワイヤの焼鈍温度の調節が可能となった。
【００３６】
なお、視野径を小さくしない場合には、フォトダイオード６の先端部からスチールワイヤＷ１、Ｗ２の接合部ｂ近傍までにわたって受光素子ガイド９を延在させていても、視野径に対する光の受光量が減ることから、低温部の測定が難しくなるという不利がある。よって、受光素子ガイド９の延在と視野径の絞り込みとの両方を実施することが好ましい。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
径：５〜６ｍｍのスチールワイヤを突き合わせ溶接した後、焼鈍温度を８７３〜１２７３Ｋ、加熱時間を１０〜３０秒とする焼鈍を行った。この焼鈍の際に、図１に示す焼鈍装置を用いて、フォトダイオードからの電流信号を対数変換して電圧信号に変換することにより温度を測定しながら加熱したところ、加熱途中の８７３Ｋから温度測定が可能であった。この測定された温度を設定された加熱温度と対比して、この設定された加熱温度に一致するように温度調節を行ったところ、焼鈍を良好に実施できた。
【００３８】
（実施例２）
図１に示す受光素子ガイドをフォトダイオード先端からワイヤ接合部までわたって設けた。受光素子ガイドの内径は３ｍｍであった。これに合わせてフォトダイオードの視野径を実施例１の１６ｍｍから２〜３ｍｍへと絞った。それ以外は実施例１と同様にして焼鈍を行った。この焼鈍では、実施例１と同様に加熱途中の８７３Ｋから温度測定が可能であった。また、加熱装置が設置された部屋の照明が点灯している場合と点灯していない場合とでは、温度測定結果としての温度の相違が０Ｋ〜１０Ｋであり、受光素子ガイドを設けない場合と比べて僅かな相違であった。
【００３９】
以上、本発明のスチールワイヤの焼鈍方法及び焼鈍方法を、実施形態を用いて具体的に説明したが、本発明はこれらの実施形態によって限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で幾多の変形が可能であることは、いうまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１ 焼鈍装置
２ クランプ
３ 電源
４ 温度調節装置
５ 加熱ユニット
６ フォトダイオード
７ 温度決定装置
８ 温度測定ユニット
９ 受光素子ガイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スチールワイヤの接合部の温度を測定しつつ加熱するスチールワイヤの焼鈍方法において、
前記接合部から放射される光エネルギーをこの接合部に向けて設けた受光素子で受光し、この受光素子から出力した信号を対数変換し、この対数変換された信号に基づいて決定した温度によりスチールワイヤの接合部の加熱温度を調節することを特徴とするスチールワイヤの焼鈍方法。
【請求項２】
前記受光素子からスチールワイヤの接合部近傍までわたって延在させた受光素子ガイドにより、スチールワイヤの接合部以外から放射される光エネルギーを受光素子が受光するのを抑制するとともに、この受光素子の視野径を受光素子ガイドの内径と同じ又はそれ以下にすることを特徴とする請求項１に記載のスチールワイヤの焼鈍方法。
【請求項３】
スチールワイヤの接合部の温度を測定する温度測定ユニットと、この接合部を加熱する加熱ユニットとを備え、
前記温度測定ユニットは、前記スチールワイヤの接合部に向かう受光素子と、前記接合部から放射される光エネルギーに基づいてこの受光素子から出力された信号を対数変換する変換回路と、を有し、
前記加熱ユニットは、前記変換回路により対数変換された信号に基づいて決定された温度により加熱温度を調節することを特徴とするスチールワイヤの焼鈍装置。
【請求項４】
前記受光素子からスチールワイヤの接合部近傍まで延びる受光素子ガイドを備えることを特徴とする請求項３に記載のスチールワイヤの焼鈍装置。
【請求項５】
前記受光素子がフォトダイオードであり、このフォトダイオードから出力される電流信号を電圧信号に変換する変換回路中に対数変換回路を有することを特徴とする請求項３又は４に記載のスチールワイヤの焼鈍装置。
【請求項１】
スチールワイヤの接合部の温度を測定しつつ加熱するスチールワイヤの焼鈍方法において、
前記接合部から放射される光エネルギーをこの接合部に向けて設けた受光素子で受光し、この受光素子から出力した信号を対数変換し、この対数変換された信号に基づいて決定した温度によりスチールワイヤの接合部の加熱温度を調節することを特徴とするスチールワイヤの焼鈍方法。
【請求項２】
前記受光素子からスチールワイヤの接合部近傍までわたって延在させた受光素子ガイドにより、スチールワイヤの接合部以外から放射される光エネルギーを受光素子が受光するのを抑制するとともに、この受光素子の視野径を受光素子ガイドの内径と同じ又はそれ以下にすることを特徴とする請求項１に記載のスチールワイヤの焼鈍方法。
【請求項３】
スチールワイヤの接合部の温度を測定する温度測定ユニットと、この接合部を加熱する加熱ユニットとを備え、
前記温度測定ユニットは、前記スチールワイヤの接合部に向かう受光素子と、前記接合部から放射される光エネルギーに基づいてこの受光素子から出力された信号を対数変換する変換回路と、を有し、
前記加熱ユニットは、前記変換回路により対数変換された信号に基づいて決定された温度により加熱温度を調節することを特徴とするスチールワイヤの焼鈍装置。
【請求項４】
前記受光素子からスチールワイヤの接合部近傍まで延びる受光素子ガイドを備えることを特徴とする請求項３に記載のスチールワイヤの焼鈍装置。
【請求項５】
前記受光素子がフォトダイオードであり、このフォトダイオードから出力される電流信号を電圧信号に変換する変換回路中に対数変換回路を有することを特徴とする請求項３又は４に記載のスチールワイヤの焼鈍装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１９６８３９（Ｐ２０１１−１９６８３９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６４２８５（Ｐ２０１０−６４２８５）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]