JP2005281754A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱処理された線材などのワークを冷却する際に、搬送方向に沿って均等に効率良く冷却し、冷却ムラによる曲りや割れなどの不具合を防止する。
【解決手段】 加熱されたワーク（線材）１２は、開口１５から冷却槽１４内に搬送される。冷却槽１４の上下にはチャンバー１８，２０が設けられ、給水パイプ２２，２４から水が供給される。チャンバー１８，２０には、冷却槽１４内に水を噴出する複数の噴出口１６，１７が、ワーク１２の搬送方向に沿って設けられている。冷却槽１４の左右には、複数の噴出口１６，１７から噴出されワーク１２に当った水が排水される複数の排水口２６，２７が設けられている。複数の噴出口１６，１７から噴出された水がワーク１２に当たると、ワーク１２の表面に気泡が発生するが、気泡は水流とともに複数の排水口２６，２７からスムーズに排出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱処理された線材、板材、角材などの被冷却材を冷却する冷却装置に係り、特に、焼入れ、焼戻しなどの工程で被冷却材を急冷する際に使用される冷却装置に関する。

一般に、焼入れ、焼戻しなどの工程では、加熱処理された線材などの被冷却材を冷却する冷却装置が用いられている。この冷却装置には、例えば、油、水、鉛等を使用した冷却方式があるが、将来の環境問題を考慮して水冷方式を用いる冷却装置が提案されている。

図９に示すように、この冷却装置１００では、加熱処理された線材などのワーク１０２が搬送される筒状の冷却槽１０４が設けられている。この冷却槽１０４への入口には環状のチャンバー１０８が設けられている。チャンバー１０８には給水パイプ１２０で水が供給され、チャンバー１０８に形成された給水口１０６から水が吹出される。すなわち、加熱処理されたワーク１０２は、図示しない搬送手段により冷却槽１０４内を矢印方向に搬送され、給水口１０６から供給された水がワーク１０２の搬送方向に沿って流れることにより、ワーク１０２が冷却される（例えば特許文献１を参照）。

このような冷却装置１００を用いることにより、例えば焼入れ工程で加熱されたワーク１０２を常温近くまで冷却することができる。

しかし、このような冷却装置１００では、加熱されたワーク１０２を水で冷却する際に、ワーク１０２の表面と水の境界面に気泡１１０が発生し、気泡１１０が付着したままワーク１２が搬送されてしまう。この気泡１１０は、高温のワーク１０２に接触した水が沸騰することで発生するものであり、気泡１１０が付着しているとワーク１０２を効率良く均等に冷却することができない。このため、冷却ムラによるワーク１０２の曲りや焼入れ割れなどが生じるという問題がある。

また、水冷方式では、冷却効率が大きいため、水温の管理が必要となる。特に、ワーク１０２の搬送方向に沿って水温が上昇してしまうと、ワーク１０２を均等に急冷することができない。また、加熱処理されたワーク１０２の初期温度が高いと、冷却槽１０４の全長を大きくする必要があり、冷却装置１００が大型化してしまう。
特開平５−１１５９１４号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、加熱処理された被冷却材を効率良く均等に冷却することができる冷却装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明に係る冷却装置は、加熱処理後に搬送される被冷却材を水で冷却する冷却槽と、前記冷却槽の上下に設けられ、上下から前記被冷却材に向かって水流を当てる給水手段と、前記冷却槽の左右に設けられ、前記給水手段から供給され前記被冷却材へ当った水流を左右へ排水する排水口と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、加熱処理された被冷却材が冷却槽の内部に搬送される。冷却槽の内部では、給水手段によって冷却槽の上下から被冷却材に向かって水流が当たる。被冷却材へ当たった水流は左右に分かれて、冷却槽の左右の排水口から速やかに排水される。このため、加熱された被冷却材と水の境界面に発生する気泡は、被冷却材の周囲に滞留することなく水流とともに排水口から排出される。これにより、被冷却材を効率良く均等に冷却することが可能となり、冷却ムラによる被冷却材の曲りや割れなどの不具合が発生しない。

請求項２に記載の発明に係る冷却装置は、請求項１に記載の冷却装置において、前記給水手段が、前記冷却槽の上下に配置され、前記冷却槽内へ水流を噴出する噴出口が前記被冷却材の搬送方向へ複数形成されたチャンバーと、前記チャンバー内へ水を供給する供給手段と、で構成されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、冷却槽の上下にチャンバーが配置されており、供給手段でチャンバー内に水が供給される。チャンバーには、噴出口が被冷却材の搬送方向へ複数形成されており、複数の噴出口から冷却槽内へ水流が噴出される。上下の噴出口から噴出された水流は被冷却材に当たり、左右に分かれて排水口から排水される。その際、被冷却材の表面に発生した気泡は、水流とともに排水口から排出され、被冷却材の周囲に滞留することがない。また、噴出口は被冷却材の搬送方向へ複数形成されているので、被冷却材を搬送方向に沿って均等に効率良く冷却できる。このため、線材などの被冷却材を急冷する際に冷却ムラの発生をより確実に防止できる。

請求項３に記載の発明に係る冷却装置は、請求項１に記載の冷却装置において、前記給水手段が、前記冷却槽の上下に前記被冷却材の搬送方向に沿って複数接続され、前記冷却槽内へ水流を噴出する配管パイプと、前記配管パイプに水を供給する供給手段と、で構成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、冷却槽の上下に被冷却材の搬送方向に沿って複数の配管パイプが接続されており、供給手段で配管パイプ内へ水が供給される。そして、複数の配管パイプから冷却槽内へ水流が噴出される。上下から噴出された水流は被冷却材に当たり、左右に分かれて排水口から排水される。その際、被冷却材の表面に発生した気泡は、水流とともに排水口から排出され、被冷却材の周囲に滞留することがない。また、配管パイプは被冷却材の搬送方向に沿って複数接続されているので、被冷却材を搬送方向に沿って均等に効率良く冷却できる。このため、線材などの被冷却材を急冷する際に冷却ムラの発生をより確実に防止できる。

請求項４に記載の発明に係る冷却装置は、請求項１乃至請求項３に記載の冷却装置において、前記冷却槽が、上下から前記被冷却材に当った水流が渦を発生させずに前記排水口から排水される断面形状をしていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、上下から冷却槽に噴出され、被冷却材に当たった水流は、冷却槽の断面形状によって渦を発生させずに排水口から排水される。被冷却材の表面に発生した気泡は、水流とともにスムーズに排水口から排出される。このため、被冷却材の周囲に気泡が滞留するのがより一層防止され、冷却ムラの発生を防止できる。

請求項５に記載の発明に係る冷却装置は、請求項１乃至請求項３に記載の冷却装置において、前記冷却槽に、上下から前記被冷却材に当った水流が渦を発生させずに前記排水口から排水させる整流板が装着されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、冷却槽に整流板が装着されており、上下から噴出され被冷却材に当たった水流が、整流板により渦を発生させずに排水口から排水される。その際、被冷却材の表面に発生した気泡は、水流とともにスムーズに排水口から排出される。このため、被冷却材の周囲に気泡が滞留するのがより一層防止され、冷却ムラの発生を防止できる。

請求項６に記載の発明に係る冷却装置は、請求項１乃至請求項５に記載の冷却装置において、前記冷却槽の内部に、水流が前記被冷却材の中央に当るように、前記被冷却材をガイドするガイド手段が設けられていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、冷却槽の内部に設けられたガイド手段によって被冷却材がガイドされ、上下から噴出された水流が被冷却材の中央に当たるように調整される。このため、水流が被冷却材に効率良く当たり、冷却ムラの発生をより一層防止できる。

請求項７に記載の発明に係る冷却装置は、請求項１乃至請求項３に記載の冷却装置において、前記給水手段は、前記排水口から排水された水を貯留した貯留槽から水を供給し、供給される水は前記冷却槽へ至るまでに温調されることを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、冷却槽の排水口から排水された水は貯留槽に貯留され、この貯留槽の水が給水手段によって冷却槽に供給される。冷却槽に供給される水は、冷却槽へ至るまでに温調されている。これにより、冷却槽内へ供給される水の温度管理が容易となり、一旦冷却に使用された水を効率良く冷却槽に供給できる。また、冷却に使用された水を再利用することができるので、コストを低減できると共に、大量の排水処理をしなくても良く、設備や環境への負荷も少ない。

本発明に係る冷却装置によれば、上記のように構成したので、加熱処理された被冷却材を効率良く均等に冷却することができ、冷却ムラによる曲りや割れなどの不具合を防止できる。

以下、本発明に係る冷却装置の第１実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態の冷却装置は、線材（ばね鋼など）の製造ラインで使用されるものである。まず最初に、線材の製造ラインの概要について説明し、次に本実施形態の冷却装置の詳細を説明する。

図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、連続処理の対象となるワーク（線材）１２は、予め供給ロール２００に巻かれており、搬送ローラ対２３０によりワーク１２を搬送する。ワーク１２はストレートナー２０４によって引き伸ばされ、焼入れ工程へ送られる。

焼入れ工程では、図５に示すように、ワーク１２は加熱装置２０８に配置された３つの加熱コイル８０の中へ順に搬送される。加熱コイル８０には、図示しない電源装置から高周波電力が供給されており、ワーク１２は誘導加熱により加熱される。次いで、ワーク１２は本実施形態の冷却装置１０へ搬送され、後述する処理により急冷される。

焼入れが終了すると、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、ワーク１２は搬送ロール対２３０に挟持されて焼戻し工程に送られる。焼戻し工程では、加熱装置２１０でワーク１２を加熱し、冷却装置２１２で常温まで冷却する。その後、ワーク１２は巻き取り機２２０に巻き取られる。

図１及び図２に示すように、本実施形態の冷却装置１０は、矢印方向に搬送されるワーク１２を水で冷却する冷却槽１４を備えている。この冷却槽１４は、矩形断面を有する筒状形状となっている。冷却槽１４の前後には、ワーク１２が挿通される開口１５が形成されている。冷却槽１４の上下には、矩形断面を有する筒状のチャンバー１８，２０が設けられており、チャンバー１８，２０の夫々には、冷却槽１４内に水流を噴出する噴出口１６，１７がワーク１２の搬送方向に沿って複数形成されている。チャンバー１８の上部と、チャンバー２０の下部には、水を供給する給水パイプ２２，２４が接続されている。

冷却槽１４と下部のチャンバー２０とは、金属と同等の強度を有するパテなどのシール材で接合されている。また、上部のチャンバー１８は、ワーク１２が折れてしまったとき等を考慮して取り外し可能となっている。図１及び図３に示すように、チャンバー１８は、冷却槽１４の上部に設けられた突出部６２に嵌め込まれ、棒状部材６４にねじ６６で締結されることによって固定される。

図３に示すように、冷却槽１４の左右には、複数の噴出口１６，１７から噴出されワーク１２に当たった水を排水する排水口２６，２７が設けられている。この排水口２６，２７は、ワーク１２の搬送方向に沿って複数形成されている。また、冷却槽１４の長手方向における全長は、約１．５ｍとなっている。なお、図１〜図６は、本実施形態の構成を分かりやすくするため、正確な寸法で表示していない。

図１及び図４に示すように、冷却槽１４の内部には、ワーク１２をガイドする横方向のガイドロール３０と、縦方向の２本のガイドロール３２，３４が設けられている。ガイドロール３０は、冷却槽１４の両側に形成された長孔３６に沿って上下方向に移動可能となっている。ガイドロール３２，３４は、冷却槽１４の上下に形成された長孔３８，４０に沿って横方向に移動可能となっている。これらのガイドロール３０，３２，３４は、冷却槽１４の長手方向に複数個設けられている。ガイドロール３０，３２，３４の位置を調整することによって、噴出口１６，１７からの水流がワーク１２の中心に当たるように、ワーク１２がガイドされている。

図５及び図６に示すように、排水口２６，２７から水が排出される位置には、冷却槽１４を囲むように上部水槽４４が設けられている。この上部水槽４４に、排水口２６，２７から排水された水が一旦貯留される。上部水槽４４の下には、下部水槽４８が設けられており、上部水槽４４に貯留された水がパイプ４６を通って下部水槽４８に排出される。

図６に示すように、下部水槽４８にはタンク付ヒータ５２と循環パイプ５０とが取り付けられており、この循環パイプ５０に熱交換器５３とポンプ５４とが設けられている。図示しないモータによりポンプ５４を駆動し、下部水槽４８の水を循環パイプ５０内で循環させると、水はタンク付ヒータ５２と循環ラインの熱交換器５３によって調温される。下部水槽４８内の水はパイプ５６を介してポンプ５８に接続され、さらにパイプ６０に接続される。パイプ６０は、前述の給水パイプ２２，２４に分岐される。図示しないモータによりポンプ５８を駆動すると、下部水槽４８内の水がパイプ５６、６０を通って給水パイプ２２，２４に供給され、所定量の水がチャンパー１８，２０内に供給される。なお、ポンプ５４とポンプ５８の駆動、ヒータ５２への通電は、図示しない制御装置によって制御されている。

なお、ワーク１２を冷却する水には、冷却速度をコントロールする手段として、冷却遅延剤を用いることもある。

次に、第１実施形態に係る冷却装置１０の作用について説明する。

図５に示すように、矢印方向に搬送されるワーク１２は、３つの加熱コイル８０内を通過することによって加熱され、冷却槽１４の内部に搬送される。冷却槽１４の内部では、ワーク１２は、ガイドロール３０，３２，３４によってガイドされながら、矢印方向に搬送される。

図６に示すように、ポンプ５８が駆動されると、下部水槽４８内の調温された水がパイプ５６，６０を通って給水パイプ２２と給水パイプ２４に導入され、さらにチャンバー１８とチャンバー２０に供給される。

チャンバー１８，２０内に供給された水は、ワーク１２の搬送方向に沿って流れる。そのとき、チャンバー１８の複数の噴出口１６と、チャンバー２０の複数の噴出口１７から、冷却槽１４内に水流が噴出される。噴出された水流はワーク１２に当たって両側に逃げ、渦を発生させずに左右の排水口２６，２７から排出される。高温のワーク１２に水が接触すると、ワーク１２の表面と水の境界面に気泡が発生するが、この気泡はワーク１２に当たった水流とともに排水口２６，２７からスムーズに排出される。このため、気泡がワーク１２の周囲に滞留することがない。噴出口１６，１７と排水口２６，２７は、ワーク１２の搬送方向に沿って複数設けられており、噴出される水流によってワーク１２が速やかに冷却される。これにより、ワーク１２は均等に冷却され、冷却ムラの発生が防止される。

排水口２６，２７から排出された水は、上部水槽４４に貯留される。さらにポンプ５８が駆動されることで、上部水槽４４内の水はパイプ４６を通って下部水槽４８に排出される。下部水槽４８では、タンク付ヒータ５２と熱交換器５３によって水の温度が一定に調整される。

このような冷却装置１０では、ワーク１２を長手方向に沿って効率良く冷却することができ、装置全体の大型化を防止できる。また、ワーク１２の表面に発生した気泡を効率良く排出し、ワーク１２を均等に冷却することができるので、冷却ムラによる曲りや焼入れ割れなどが生じない。また、冷却に使用された水を再利用することができるので、コストを低減できると共に、大量の排水処理をしなくても良く、製造設備や環境への負荷も少ない。

次に、本発明に係る加熱装置の第２実施形態を図面に基づいて説明する。

なお、第１実施形態で説明した部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図８に示すように、この冷却装置７０では、冷却槽１４の内部に、上部の噴出口１６と左の排水口２６との間に湾曲した断面形状の整流板７２が、長手方向に沿って設けられている。同様に、上部の噴出口１６と右の排水口２７との間には整流板７４が、下部の噴出口１７と右の排水口２６との間には整流板７６が、下部の噴出口１７と右の排水口２７との間には整流板７８が設けられている。

このような冷却装置７０では、上部と下部の噴出口１６，１７から冷却槽１４内に噴出された水は、ワーク１２に当たって左右に逃げ、４つの整流板７２，７４，７６，７８に沿って流れる。そして、左右に流れた水は、左右の排水口２６，２７からスムーズに排出される。すなわち、上下からワーク１２に当たった水は、４つの整流板７２，７４，７６，７８に沿って渦を発生させずに排水口２６，２７から排水され、ワーク１２の表面に発生した気泡が水流とともにスムーズに排出される。

このような冷却装置７０では、ワーク１２を長手方向に沿って効率良く冷却することができ、装置全体の大型化を防止できる。また、ワーク１２の表面の気泡をスムーズに排出し、ワーク１２を均等に冷却することができ、冷却ムラによる曲りや焼入れ割れなどの不具合が生じない。

なお、第１及び第２実施形態では、冷却槽１４の断面形状は矩形であるが、これに限定されるものではない。冷却槽１４に給水された水流が渦を発生させずに排水口２６，２７から排水される形状であれば、例えば円形、菱形などの断面形状を適宜に設定できる。

なお、第１及び第２実施形態では、ワーク１２は、円形の線材であるが、これに限定されるものではない。例えば、角材、板材などの他、線材以外の鋼材などにも適用できる。

なお、第１及び第２実施形態では、複数の噴出口１６，１７と複数の排水口２６，２７とをワーク１２の搬送方向に半ピッチずらして配置しているが、搬送方向にずらさないで等ピッチで配置してもよい。また、複数の噴出口１６，１７を冷却槽１４の巾方向中央部に配置しているが、これに限定されるものではない。例えば、冷却槽１４の上方と下方にずらして配置してもよい。

なお、第１及び第２実施形態では、冷却槽１４の上下にチャンバー１８，２０を設け、搬送方向に沿って形成された複数の噴出口１６，１７から水を給水しているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、給水パイプ２２及び給水パイプ２４の途中で分岐させた配管パイプを各噴出口１６，１７に連結するように構成してもよい。このような構成でも、給水パイプ２２、給水パイプ２４から各配管パイプに水が供給され、これらの配管パイプを介して複数の噴出口１６，１７から冷却槽１４内に水を噴出させることができる。

なお、図７（ａ），（ｂ）に示す焼戻し工程の冷却装置２１２に、第１実施形態の冷却装置１０、又は第２実施形態の冷却装置７０を適用することも可能である。

本発明の第１実施形態に係る冷却装置の一部を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却装置を示す部分側面図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却装置を示す部分断面図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の冷却槽で用いられるガイドロールを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却装置を示す全体構成図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却装置を示す全体断面図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却装置が用いられるワークの連続処理ラインを示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の第２実施形態に係る冷却装置の一部を示す分解斜視図である。 従来の冷却装置のを示す部分断面図である。

符号の説明

１０ 冷却装置
１２ ワーク（被冷却材）
１４ 冷却槽
１６ 噴出口
１７ 噴出口
１８ チャンバー
２０ チャンバー
２２ 給水パイプ（供給手段）
２４ 給水パイプ（供給手段）
２６ 排水口
２７ 排水口
３０ ガイドロール（ガイド手段）
３２，３４ ガイドロール（ガイド手段）
４４ 上部水槽（貯留槽）
４８ 下部水槽（貯留槽）
５２ ヒータ
５６ パイプ（供給手段）
５８ ポンプ（供給手段）
６０ パイプ（供給手段）
７０ 冷却装置
７２，７４，７６，７８ 整流板

Claims (7)

1. 加熱処理後に搬送される被冷却材を水で冷却する冷却槽と、
   前記冷却槽の上下に設けられ、上下から前記被冷却材に向かって水流を当てる給水手段と、
   前記冷却槽の左右に設けられ、前記給水手段から供給され前記被冷却材へ当った水流を左右へ排水する排水口と、を有することを特徴とする冷却装置。
2. 前記給水手段が、前記冷却槽の上下に配置され、前記冷却槽内へ水流を噴出する噴出口が前記被冷却材の搬送方向へ複数形成されたチャンバーと、前記チャンバー内へ水を供給する供給手段と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記給水手段が、前記冷却槽の上下に前記被冷却材の搬送方向に沿って複数接続され、前記冷却槽内へ水流を噴出する配管パイプと、前記配管パイプに水を供給する供給手段と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記冷却槽が、上下から前記被冷却材に当った水流が渦を発生させずに前記排水口から排水される断面形状をしていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の冷却装置。
5. 前記冷却槽に、上下から前記被冷却材に当った水流が渦を発生させずに前記排水口から排水させる整流板が装着されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の冷却装置。
6. 前記冷却槽の内部に、水流が前記被冷却材の中央に当るように、前記被冷却材をガイドするガイド手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の冷却装置。
7. 前記給水手段は、前記排水口から排水された水を貯留した貯留槽から水を供給し、供給される水は前記冷却槽へ至るまでに温調されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の冷却装置。

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