热处理炉、加热装置、线电极制造方法及热扩散处理方法与流程

本发明涉及一种能够在线电极制造中进行热扩散处理的热处理炉及加热装置。另外，本发明涉及一种使黄铜的芯及锌的被覆层热扩散而在线电极的表面生成扩散层的线电极制造方法及热扩散处理方法。

背景技术：

金属加工中所使用的方法之一中存在线放电加工。所述线放电加工是如下技术：对作为放电加工用线的线电极施加电压并使其连续地行进，同时在线电极与被加工物之间产生放电，利用其放电能量将被加工物熔断，并将被加工物切割成所期望的加工形状。

线放电加工中所使用的线电极是由金属构成的线径为φ0.03mm以上且φ0.3mm以下的长条线状的工具电极。为了提高线电极的放电加工特性，自以前以来实施的是对黄铜的芯线施以镀锌来被覆，从而具有黄铜的芯及锌的被覆层的两层以上的多层结构的所谓复合线电极。复合线电极与不具有性质不同的多层的结构的黄铜线电极(以下，相对于复合线电极而言称为单层线电极)相比，在兼顾耐热性及抗张力与导电性方面处于优势。

但是，通过镀敷而被覆于黄铜的芯线的锌的被覆层(镀锌层)难以定着在作为复合线电极的芯的裸线的芯线。因此，在因拉线加工中的拉线而缩径时，有时表面粗糙，被覆层会局部地剥离。特别是在电镀锌中，无法使锌的被覆层不太厚，不容易缩径到线电极的标准线径即φ0.2mm为止。

因此，通过在黄铜的芯线实施镀锌之后进行热扩散处理，而在线电极的外表面形成扩散合金层，而开发了即使拉线也难以破坏且表面粗糙度提高的线电极。

专利文献1是涉及一种线电极制造方法的发明，且记载有如下情况：在热扩散处理工序中将具有锌的被覆层的裸线导入至包括多个加热器的电气式的热处理炉中，然后，将裸线水平地张设于热处理炉中并以规定的一定速度在水平方向上直线行进，同时暴露于规定的一定温度环境下而连续地辐射性地进行规定时间加热，直至被覆层成为规定的锌浓度的富锌黄铜为止。(其段落0052，图3)。

专利文献2是涉及一种放电加工用电极线的发明，且记载有如下情况：作为电极线的制造方法，具有镀锌工序(第一工序)、热处理工序(第二工序)、拉线工序(第三工序)，在第二工序中，使在规定的热处理条件(热处理的温度、时间)下经镀锌的芯材穿过高温电气炉而进行热处理，进而在高温电气炉中，在α黄铜的表面形成β黄铜层，继而在β黄铜层的外层形成γ黄铜层(其段落0039，图2)。

专利文献3是涉及一种线放电加工用电极线的制造方法的发明，且记载有如下情况：通过对芯线实施电镀锌处理，而在芯线的外周面形成锌层及外部铜层而获得被覆线材，继而，使用热处理炉等在惰性气体环境中(例如，氮气环境中)在300℃～500℃下对被覆线材实施加热1小时～6小时的热处理，获得线放电加工用电极线(其段落0013-段落0015)。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利第6124333号公报

[专利文献2]日本专利第6584765号公报

[专利文献3]日本专利特开平6-190635号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

但是，以往在线电极的外表面形成扩散合金层的热扩散处理中，将包括多个加热器等的电气式热处理炉的炉内设为300℃～500℃的高温，且为了使芯线载置或穿过一定时间而进行加热扩散，需要将炉内的温度维持在高温。因此，热扩散处理工序中的消耗电力巨大，成为占制造线电极所花费的整体电力中的50％为止。因此，在制造现场成为消耗电力的削减大的问题。

进而，在热扩散处理中，一般而言是在热处理炉内使芯线以规定的速度在水平方向上直线行进，同时阶段性地进行加热并扩散的方法，在此情况下，为了获得必要的热扩散反应，需要增大热处理炉的全长，因此装置的大型化不可避免。

鉴于所述问题，本发明的目的在于通过进行利用电阻加热方式的热扩散处理来实现省电化，进而实现热处理炉的小型化，实现热扩散处理时间的缩短化。其他本发明的线电极的优点随着发明的详细说明进行说明。

[解决问题的技术手段]

本发明是一种热处理炉，其使镀锌后的裸线以规定速度移动，同时对所述裸线进行加热并进行热扩散处理，且所述热处理炉包括：施加有电压的第一旋转电极、第二旋转电极及第三旋转电极；对所述第一旋转电极、所述第二旋转电极及所述第三旋转电极进行旋转驱动的马达；以及控制装置，且所述第一旋转电极、所述第二旋转电极及所述第三旋转电极以从所述裸线的行进方向上游侧起按照所述第二旋转电极、所述第一旋转电极、所述第三旋转电极的顺序呈v字状或i状架设所述裸线的方式配置，根据来自所述控制装置的指令对所述马达进行驱动而使所述裸线行进，并且对所述第一旋转电极施加电压，对所述第二旋转电极及所述第三旋转电极施加与所述第一旋转电极符号相反的电压，在所述裸线流通电流来予以加热，所述裸线在所述第二旋转电极与所述第一旋转电极之间即第一加热区间及所述第三旋转电极与所述第一旋转电极之间即第二加热区间行进。

另外，本发明是一种线电极制造方法，其对线电极中所使用的裸线进行加热并进行热扩散处理，且所述线电极制造方法中，所述裸线在通过按照第二旋转电极、第一旋转电极、第三旋转电极的顺序架设而形成的v字状或i状的路径上行进，在所述第二旋转电极与所述第一旋转电极之间即第一加热区间及所述第三旋转电极与所述第一旋转电极之间即第二加热区间在所述裸线流通电流，由此对所述裸线进行加热并进行热扩散处理。

进而，本发明是一种热扩散处理方法，其对线电极中所使用的裸线进行加热并进行热扩散处理，且所述热扩散处理方法中，所述裸线在通过按照第二旋转电极、第一旋转电极、第三旋转电极的顺序架设而形成的v字状或i状的路径上行进，在所述第二旋转电极与所述第一旋转电极之间即第一加热区间及所述第三旋转电极与所述第一旋转电极之间即第二加热区间在所述裸线流通电流，由此对所述裸线进行加热并进行热扩散处理。

此处，所谓“以呈v字状架设裸线的方式配置”，是指在如图5那样按照第二旋转电极1a、第一旋转电极1c及第三旋转电极1b的顺序架设裸线时，位于第二旋转电极1a与第一旋转电极1c之间的裸线和位于第三旋转电极1b与第一旋转电极1c之间的裸线彼此以角度背离，而成为v字状。

另外，所谓“以呈i字状架设裸线的方式配置”，是指在如图2那样按照第二旋转电极1a、第一旋转电极1c及第三旋转电极1b的顺序架设裸线时，位于第二旋转电极1a与第一旋转电极1c之间的裸线和位于第三旋转电极1b与第一旋转电极1c之间的裸线彼此并行，而成为i字状。

根据本发明，在对裸线实施热扩散处理时，通过对第一旋转电极、第二旋转电极、第三旋转电极施加电压在裸线流通电流，而利用裸线自身的电阻对裸线进行加热，因此与以往的电气式热处理炉相比，能够大幅度地削减消耗电力，进而能够实现热扩散处理时间的缩短化。

另外，根据第一旋转电极、第二旋转电极、第三旋转电极的配置结构，而裸线呈v字状或i状架设，因此可在更少的空间获得最长的加热区间，从而能够实现热处理炉的小型化。

本发明的热处理炉中，在所述裸线的行进路径上设置有松紧调节辊(dancerroller)装置，所述控制装置检测所述松紧调节辊装置的位置来控制所述马达的旋转。

根据本发明，在裸线的行进路径上设置有松紧调节辊装置，根据松紧调节辊(松紧调节臂)的位置而变更第一旋转电极、第二旋转电极、第三旋转电极的旋转速度，因此能够始终以一定的张力(tension)输送裸线。施加有一定的张力的裸线确实地与第一旋转电极、第二旋转电极、第三旋转电极接触，因此能够适当地对裸线进行加热。

本发明的热处理炉中，在所述第一加热区间及所述第二加热区间设置有隔热罩。

根据本发明，在第一加热区间及第二加热区间设置有隔热罩，所述第一加热区间及第二加热区间是在裸线流通电流的加热区间，因此能够抑制散热，能够以更少的消耗电力进行热扩散处理。

本发明的加热装置包括：本发明的热处理炉；送出装置，向所述热处理炉送出所述裸线；以及卷绕装置，卷绕从所述热处理炉排出的热处理线。

本发明的加热装置包括热处理炉、送出装置以及卷绕装置，因此能够从裸线的送出到热处理线的卷绕，利用一个装置对热扩散处理工序进行处理。

[发明的效果]

本发明在制造线电极时的热扩散处理工序中，利用在裸线流通电流的电阻加热方式，大幅度地削减消耗电力，进而在旋转电极的个数、配置上下功夫，由此能够实现热处理炉的小型化。

附图说明

图1是表示本发明的加热装置100的概要的示意图。

图2是表示本发明的热处理炉10的概要的侧面示意图。

图3是表示所述实施方式的松紧调节辊装置4的概要的侧面示意图。

图4是表示所述实施方式的热处理炉10的结构的框图。

图5是表示所述实施方式的旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的其他配置结构的侧面示意图。

图6是表示所述实施方式的线电极制造方法中的工艺的流程图。

[符号的说明]

1a：第二旋转电极

1b：第三旋转电极

1c：第一旋转电极

3：辊

4：松紧调节辊装置

5：冷却泵

7：控制装置

8：直流稳定化电源

10：热处理炉

11：马达

20：送出装置

21：裸线

22：热处理线

26：辊

27：放线盘

30：卷绕装置

36：辊

37：线轴

41：松紧调节辊

42：松紧调节臂

43：电位计

44：松紧调节配重

61、62：温度传感器

71：控制部

72：操作部

91：隔热罩

92：框体

93：冷却罩

100：加热装置

具体实施方式

图1是表示本发明的加热装置100的概要的示意图，图2是表示本发明的热处理炉10的概要的侧面示意图。图4是表示所述实施方式的热处理炉10的结构的框图。

本发明的加热装置100是用于通过在镀锌后的裸线21流通电流而对裸线21进行加热并进行热扩散处理的装置，且包含本发明的热处理炉10、送出装置20以及卷绕装置30。

在加热装置100中，将从送出装置20送出的镀锌后的裸线21导入至热处理炉10内，以规定的行进速度使其行进并利用电阻加热方式对裸线21进行热扩散处理之后，作为热处理线22卷绕在卷绕装置30。

热处理炉10是用于向电极间施加电压来对裸线21进行加热的热处理炉，且包括：旋转电极1a(第二旋转电极)；旋转电极1b(第三旋转电极)；旋转电极1c(第一旋转电极)；用于对旋转电极进行旋转的马达11；搬运裸线21的多个辊3、辊3…；松紧调节辊装置4；冷却泵5；检测裸线21的温度的温度传感器61；检测旋转电极的温度的温度传感器62；控制装置7；直流稳定化电源8；覆盖加热区间的隔热罩91、隔热罩91；覆盖旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的冷却罩93；以及用于配置各种构件的框体92。

图5是表示所述实施方式的旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的其他配置结构的侧面示意图。

旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c是圆柱状的通电辊，且在框体92内的上方设置有旋转电极1a、旋转电极1b，在旋转电极1a与旋转电极1b之间在框体92内的下方设置有旋转电极1c。旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的周围被冷却罩93分别覆盖。

旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c在其外周面缠绕有裸线21，且裸线21张设于其间。旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c由分别设置的马达11旋转驱动，通过旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的旋转，而裸线21以规定的速度在热处理炉10内行进。具体而言，裸线21从设置于框体92的搬入口插入而经由辊3向上方行进，并通过旋转电极1a的旋转而改变行进方向而朝向下方。之后，通过旋转电极1c的旋转，在此次向上方行进之后，缠绕在旋转电极1b，并从搬出口排出。

关于旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的配置，在如图2那样按照旋转电极1a、旋转电极1c及旋转电极1b的顺序架设裸线时，可为位于旋转电极1a与旋转电极1c之间的裸线和位于旋转电极1b与旋转电极1c之间的裸线彼此并行，而成为i字状，也可如图5那样裸线彼此以角度背离而成为v字状。

旋转电极1a、旋转电极1b通过直流稳定化电源8而施加负的电压，对旋转电极1c施加正的电压。因此，在裸线21流通电流而通过自身的电阻进行发热，所述裸线21张设于旋转电极1a与旋转电极1c之间即第一加热区间k1及旋转电极1c与旋转电极1b之间即第二加热区间k2。具体而言，电流从旋转电极1c穿过裸线21而向旋转电极1a流动，同样地从旋转电极1c穿过裸线21而向旋转电极1b流动。伴随所述电流，而在裸线21的表面产生热扩散，形成优质的扩散层。裸线21在第一加热区间k1被加热，进而在第二加热区间k2被加热，由此扩散处理迅速地进行，裸线21的外表面的扩散层富锌黄铜化，而作为热处理线22向外部排出。

此处，设为对旋转电极1a、旋转电极1b施加负的电压，对旋转电极1c施加正的电压，但也可对旋转电极1a、旋转电极1b施加正的电压，对旋转电极1c施加负的电压。

马达11是为了使旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c旋转而分别设置的构件，具体而言，使用伺服马达。马达11根据来自控制装置7的指令信号进行旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的旋转控制。

辊3、辊3…是为了搬运裸线21而设置于框体92内，且为了不使裸线21松弛而隔开间隔地设置，以使裸线21顺利地行进。

图3是表示所述实施方式的松紧调节辊装置4的概要的侧面示意图。

松紧调节辊装置4是用于保持对裸线21给予一定的张力(tension)的状态的构件，且包含：用于缠绕裸线21的松紧调节辊41、在前端轴支松紧调节辊41的松紧调节臂42、用于检测安装于松紧调节臂42的旋转轴的松紧调节臂42的角度的电位计(potentiometer)43、以及用于赋予张力的松紧调节配重(dancerweight)44。通过调整松紧调节配重44的大小及位置来调整对裸线21赋予的张力。

冷却泵5是用于对旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c进行冷却的冷却装置。用来使液态的冷却介质循环的管路安装于冷却罩93，利用冷却泵5使管路内的冷却介质循环，而强制地对冷却罩93内的旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c进行冷却。

温度传感器61是检测裸线21的温度的检测器，例如使用作为非接触式的温度传感器的红外线传感器。温度传感器61设置于裸线21的行进路径的附近，且第一加热区间k1或第二加热区间k2的附近。

温度传感器62是对旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的温度、特别是安装于旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的旋转连接器(rotaryconnector)的温度进行检测的检测器，例如使用作为非接触式的温度传感器的红外线传感器。温度传感器62可安装于所有旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c，也可仅安装于负荷高的旋转电极1b。

控制装置7是进行加热装置100整体的控制的装置，且包括控制部71及操作部72。

控制部71进行加热装置100整体的控制，且例如进行马达11的驱动控制，或施加至旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的施加电压的控制，由温度传感器61、温度传感器62进行的异常探测等。

关于马达11的驱动控制，控制部71利用安装于松紧调节臂42的电位计43来检测松紧调节臂42的角度，根据所述角度的值对马达11发出指令，并进行旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的旋转速度的控制。具体而言，在松紧调节臂42处于水平的平衡位置时，维持旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的旋转速度不变，在松紧调节臂42向上方移动的情况下，使旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的旋转速度逐渐减速。另外，在松紧调节臂42向下方移动的情况下，使旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的旋转速度逐渐加速。

如此，根据松紧调节臂42的位置，而变更旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的旋转速度，因此能够始终以一定的张力(tension)输送裸线21。

另外，在由温度传感器61、温度传感器62检测到的裸线21的温度或旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的温度为异常值的情况下，控制部71停止电压向旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的施加。

操作部72进行施加电压值的设定等对加热装置100的各种设定，例如适宜为设为与显示部成为一体的触摸屏。再者，操作部72并不限定于触摸屏，也可设置显示部并使用鼠标、操纵杆(joystick)、触摸笔等输入装置或键盘等命令输入装置。

送出装置20是从卷绕有镀锌后的裸线21的放线盘(pay-offreel)27对辊26进行驱动而将裸线21搬出至热处理炉10的装置。

卷绕装置30是通过对辊36进行驱动而将热扩散处理结束并从热处理炉10排出的热处理线22卷绕在线轴37的装置。

(线电极制造方法的流程)

图6是表示线电极制造方法中的实施方式的工艺的流程图。以下，具体而言，以如下工艺为实施例说明本发明的优选实施方式：所述工艺制造具有以铜65重量％、锌35重量％的黄铜构成的芯及扩散层的表层的线径为φ0.2mm的黄铜复合线电极。

制造线电极的工艺的第一工序是为了生成黄铜的母线而以规定的比例将原材料的铜及锌投入至熔解炉使其熔融并加以混合的黄铜生成工序。具体而言，一边测定投入至熔解炉的铜或锌的浓度，一边选择性地将铜板或铜锭与锌的粉体投入至熔解炉，以使熔融的铜与锌的混合比最终成为线电极的芯中的所期望的重量比。在实施例中，铜与锌的重量比调整为65/35。

第二工序是铸造母线的母线铸造工序。母线是使以所期望的混合比混合并熔融的黄铜从熔解炉呈线状连续地流出同时加以冷却而生成。母线的线径设为如下大小：在能够通过铸造进行成形的范围内，尽可能接近后面的镀锌工序中的芯线的线径。

第三工序是使母线依次穿过拉线模头并通过拉线加工使母线阶段性地缩径而形成镀锌工序中的芯线的芯线形成工序。对于要铸造的母线，在伴随制造而产生的竹子那样的节点及表面存在小的凹凸，因此使与通过至少两次拉线加工而阶段性地缩径同时形成的芯线的线径一定。

第四工序是利用电镀锌法对在芯线形成工序中获得的芯线实施镀锌的镀锌工序。在镀锌工序中，夹持镀敷浴槽以规定的一定的张力张设芯线，检测行进速度来调整卷取速度，由此使芯线以一定的行进速度行进。在碱电解线状浴槽去除表面的被膜，利用水清洗装置洗掉表面残留的碱清洗液之后，导入至酸性的电镀浴槽中。从镀敷浴槽导出的裸线在利用热风加热器使镀锌面充分干燥后，通过卷绕装置卷绕在卷筒。

第五工序是利用本发明的加热装置100对利用电镀锌法进行的镀锌后的裸线连续地进行加热并扩散的热扩散处理工序。具体而言，通过电镀锌形成有锌的被覆层的裸线21卷绕在放线盘27，对辊26进行驱动而由送出装置20从热处理炉10的框体92上设置的搬入口插入。裸线21通过旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c的旋转，而从旋转电极1a向旋转电极1c穿过第一加热区间k1，之后从旋转电极1c向旋转电极1b穿过第二加热区间k2。在裸线21行进的期间，对旋转电极1a、旋转电极1b、旋转电极1c施加电压，在第一加热区间k1及第二加热区间k2中，在裸线21流通电流，在裸线21的表面产生热扩散，形成扩散层。裸线21在第一加热区间k1被加热，进而在第二加热区间k2被加热，由此扩散处理迅速地进行，裸线21的外表面的扩散层富锌黄铜化，而作为热处理线22向外部排出。

裸线21在锌的被覆层的整个区域，换言之，在外周面整个面均匀地富锌黄铜化时依次导出至热处理炉10之外。然后，从热处理炉10导出的裸线21暴露于常温的空气并自然冷却，之后停止扩散，而被覆层被固定。

热扩散处理结束并从热处理炉10排出的热处理线22通过卷绕装置30的辊36卷绕在线轴37。

第六工序是裸线拉线工序，使裸线穿过拉线模头而生成任意的所期望的线径的线电极。可制造黄铜复合线电极线。

以上说明的本发明的热处理炉、加热装置、线电极制造方法及热扩散处理方法不应限定于具体的实施方式，可在不脱离本发明的技术思想的范围内变形地实施。

[产业上的可利用性]

本发明可用于金属加工的技术领域。特别适用于高精度地将金属切断来制造模具或者零件的线切割。本发明更廉价地提供在线切割中加工精度优异、加工速度提高的经改良的工具电极。本发明有助于金属加工的技术领域的发展。