JP4278200B2 - 被処理物への被膜形成方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線材または板材（以下「被処理物」という）に連続して被膜処理を施す被膜形成方法およびその装置に関し、特には、被膜処理成分を含む溶液に被処理物を浸漬した後乾燥して被膜を形成するにあたり、所望の厚い被膜を簡便でかつ安価に形成する被膜形成方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼線に対し乾式潤滑剤を用いて連続して行う伸線処理においては、一般に、巻出しから繰り出された鋼線に予めボラックス（ホウ砂：Ｎａ₂ Ｂ₄ Ｏ₇ ）被膜を形成せしめ、その後に乾式潤滑剤を用いて複数のダイスにより伸線加工が行われる。
【０００３】
このボラックス被膜の役割は、潤滑剤のキャリアーであるとともに、ダイスと鋼線とが金属接触するのを防ぐことである。ここで、鋼線材に形成されたボラックス被膜は伸線加工で脱落するとともに、伸線によって引き延ばされるため、伸線されるごとにその厚みを減少させる。複数のダイスで連続して伸線加工する場合には、最終のダイスにおいても鋼線に形成された被膜は線材とダイスの金属接触を防止するために所定の厚みを必要とし、よって伸線前に所定の厚みのボラックス被膜を形成させる必要がある。すなわち、複数のダイスを用いて伸線する場合、減面率が大きいか、またはダイスの個数が多く、伸線加工度合いが大きくなればなる程、それに応じて予め厚みの大きいボラックス被膜を形成させるための処理が必要となる。
【０００４】
かかる被膜形成処理では、先ず、被膜成分を含む溶液に被処理物を浸漬し、その後ガスの吹き付けまたはガスの吸引で、被処理物に残存する処理液を除去（以下「液切り」という）し、最終的に被処理物から残存処理液を除去することができない程度にまで残存する処理液を除去（以下「液切り終了」という）し、しかる後、乾燥処理等を施す。具体的に液切り終了状態とは、液切り終了から乾燥に至るまでの工程において、例えばガイド等の治工具に残留液が付着しない程度にまで液が切られている状態とすることができる。
【０００５】
ここで、被膜の厚みの制御は、主として浴の被膜成分の濃度、温度によって行われる。浴の濃度は飽和限界以上に高くすることができず、また温度も沸点以上に高くすることができないため、例えば被処理物が線材の場合、走行する線材へのボラックス付着の付着量には限界がある。すなわち、被膜を所定の厚み以上にすることができないために、伸線加工度合いに限界があった。
【０００６】
このような、伸線でボラックス被膜の厚みが減少するために起こる伸線性の低下を解決する方法として、特開平７−１９５１１６号公報に、連続する伸線のダイス途中にてボラックス被膜処理を施す方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示された方法では、複数のダイスの中間に加熱装置と被膜処理装置とを必要とするという問題がある。いずれにしても、これまでは、加熱装置や被膜処理装置の増設なしに、被処理物に連続して被膜処理を施して所望の厚みの被膜を形成させるには限界があった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、被処理物を被膜処理成分を含む溶液浴に浸漬した後乾燥して該被処理物表面に連続して被膜を形成するにあたり、浴への浸漬時間が短時間であっても被膜を所定の厚みに制御することができる簡便でかつ安価な被処理物への被膜形成方法及びその装置を提供することにある。
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の被処理物への被膜形成方法は、被処理物を被膜処理成分を含む溶液浴に浸漬して被膜を形成させた後、液切りをする被膜形成方法において、被処理物が鋼線または鋼板であり、被膜処理成分がボラックスであって、被処理物を前記溶液浴から出してから液切り終了までの時間が該溶液浴への浸漬時間の４倍以上とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明の方法において、被処理物を前記溶液浴から出してから液切り終了までの時間が該溶液浴への浸漬時間の、好ましくは４〜１２倍、より好ましくは４〜８倍である。また、被処理物を前記溶液浴から出してから液切り終了までの周囲環境温度が該被処理物の温度より低いことが好ましく、さらに被処理物を前記溶液浴から出した後の液切りにおいては、被処理物の長手方向と略同一方向でかつ該被処理物の進行方法と逆向きにガスを該比処理物の外周表面に吹き付けることが好ましい。この場合、ガスの流速は、好ましくは３０ｍ／ｓｅｃ以上、より好ましくは４０〜５５ｍ／ｓｅｃである。
【００１１】
本発明の方法において、前記被処理物が鋼線または鋼板であり、被膜処理成分がボラックスである場合、鋼線または鋼板をボラックスを含む溶液浴から出してから液切り終了までの該鋼線または鋼板の温度は、好ましくは８５〜１２５℃、より好ましくは９５〜１１５℃である。この場合、予め鋼線または鋼板を加熱した後、ボラックスを含む溶液浴に浸漬することができ、また、このボラックスを含む溶液は、好ましくはＮａ_２Ｂ_４Ｏ_７−１０Ｈ_２Ｏの濃度が３００ｇ／ｌ以上でかつ温度が７０℃以上であり、このボラックスを含む溶液浴に０．１秒以下の間浸漬させることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、巻出しから繰り出され走行する被処理物を加熱する加熱装置と、加熱後被膜処理を行う被膜処理槽と、該被処理物の長手方向と略同一方向でかつ該被処理物の進行方法と逆向きにその外周表面にガスを吹き付け液切りをするノズルを有するガス吹き付け装置とを具備する被処理物への被膜形成装置に関する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
従来、線材等の被処理物へのボラックス等による被膜形成処理は、被膜処理成分を含む処理液に被処理物を浸漬して被膜を形成させた後は被処理物上に残留する処理液を除去し乾燥することにより行われていた。この際、残留する処理液の除去は、処理液浴から出した直後に、線材等の被処理物の長手方向に対してほぼ直角の方向からガスを吹き付けまたは吸引することで行われていた。本発明者は、かかる従来の処理液除去法では被処理物を処理液から出してから液切り終了までの時間が極めて短時間となる結果、所望の厚い被膜形成が行われ得ないと考え、被処理物を処理液浴から出してから液切り終了までの時間について鋭意検討したところ、この時間を処理液浴の浸漬時間の４倍以上、好ましくは４〜１２倍、より好ましくは４〜８倍とすることにより、所望の厚い被膜形成を行うことができることを見出した。なお、１２倍以上となると、もはやそれ以上に厚い被膜を良好に形成するのが困難となる。
【００１４】
本発明においては、被処理物上の残存処理液中の被膜成分が過飽和状態となりその表面に析出するのを促進するために、被処理物を処理液浴から出してから液切り終了までの周囲環境温度を該被処理物の温度よりも低くすることが好ましい。
【００１５】
ここで、被処理物を処理液浴から出した後の液切りにおいて、被処理物の長手方向と略同一の方向でかつ該被処理物の進行方法と逆の向きにガス（空気）を該比処理物の外周表面に吹き付けるか、または吸引することで、被処理物を処理液浴から出してから液切り終了までの時間を長く、即ち処理液浴の浸漬時間の４倍以上に維持することができる。また同時に、被処理物の温度より低いガスを被処理物の外周表面に吹き付けることにより、周囲環境の温度を被処理物の温度よりも低くすることがる。この際、ガスの流速は、好ましくは３０ｍ／ｓｅｃ以上、より好ましくは４０〜５５ｍ／ｓｅｃである。また、吹きつけるガスは、残留処理液を吹き飛ばし、かつ液表面を冷却することができるものであれば空気以外の他のガス（窒素ガス等）でもよいが、簡便かつ安価とすることから通常空気で行う。
【００１６】
具体的には、被処理物が線材の場合、図１に示すように、線材５のの長手方向と略同一方向でかつ線材５の進行方法と逆向きにその外周表面にガスを吹き付けることで、線材５の表面に残存する処理液６は線材長手方向に押し寄せられると同時に除去される。線材５に対し垂直方向からガスを吹き付ける従来の場合に比べ、残留する液を除去するのに長い時間をかけることができ、また線材５の外周面全体に亘り均等に除去することができる。ここで、伸線加工における線材は高温でかつ残留処理液も高温であるため、ガスの吹き付けで冷却され、残留処理液中の被膜形成成分は過飽和になり再析出する。この方法においては、冷却直前に残留液が押し戻されることで再析出の溶液を豊富にすることができると同時に、冷却し残留液を除去する時間を長くすることができるので、効果的に残留液から再析出させることができる。この結果、所望の厚い被膜が得られる。
【００１７】
被処理物が鋼線または鋼板であり、被膜処理成分がボラックスである被膜形成方法においては、鋼線または鋼板をボラックスを含む溶液浴から出してから液切り終了までの該鋼線または鋼板の温度を、好ましくは８５〜１２５℃、より好ましくは９５〜１１５℃に保持する。被処理物である鋼線または鋼板の温度をこののように設定することで、被処理物に残留する処理液は被処理物との界面で被膜析出反応を高める温度にすることができ、また残留処理液と下界環境の界面では水分の蒸発による処理液の濃縮及び冷却における過飽和度を高くすることができる。すなわち、鋼線または鋼板の温度が８５℃未満では残存処理液からの析出反応速度を高めることが困難となり、また周囲環境からの冷却による過飽和程度を高めることも困難となる。一方、１２５℃を超えると残留液の突沸等で、析出する被膜の性状がポーラス状になり、被覆効果が低下する。
【００１８】
予め鋼線または鋼板を加熱した後、ボラックスを含む溶液浴に浸漬することにより、容易に上記温度範囲に保持することができる。この場合、Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７−１０Ｈ_２Ｏの濃度が３００ｇ／ｌ以上でかつ温度が７０℃以上の、ボラックスを含む溶液浴に０．１秒以下の間浸漬することが好ましく、これにより鋼線または鋼板の温度を目的の温度にすることができ、被膜を所定の厚みに制御することができる。
【００１９】
本発明の被処理物への被膜形成装置においては、巻出しから繰り出され走行する被処理物を加熱する加熱装置と、加熱後被膜処理を行う被膜処理槽と、該被処理物の長手方向と略同一方向でかつ該被処理物の進行方法と逆向きにその外周表面にガスを吹き付け液切りをするノズルを有するガス吹き付け装置とを具備する。この加熱装置は、鋼線または鋼板の加熱装置として従来より知られているものを用いることができる。また、被膜処理槽は、被膜処理成分を含む溶液浴であり、例えば、従来より用いられているオーバーフロータイプの処理浴を用いることができる。さらに、ガス吹き付け装置は、吹き付け部分とガスノズルとが順次設けられる処理装置である。以下、この吹き付け部分とガスノズルについて詳述する。
【００２０】
処理槽からガスノズルまで吹き付けられるガスで、残留処理液が押し戻されて霧吹き状に飛散して行う液切り開始点と、残留液をノズル内に持ち込まないように液切り終了点が「吹きつけ部」内で行われ、かつ処理浴から出して液切り終了するまでの時間が処理時間に対して所定の倍率になるように設計的に決められる。
【００２１】
次に、ガスノズルは、線材の進行方向に、吹きつけ部に続いて設けられ、ガスノズルは線材が通過できるように両端が開放された円筒状の管形状で、その側面に設けられたガス導入部を介して、図示しないコンプレッサー等でガスが導入される。管形状のノズルの開口径は、効果的にガスが吹きつけられる流速が得られるように小さくし、また、線材に平行な層流が得られる程度に大きく決めることができる。以下の実施例においては、線径の２倍程度のノズル直径である。
【００２２】
ガスがノズルから吹きつけ部に向かって吐出するように、ガスの向きを制御するために、ガス導入部を傾斜させるとともに、ガス導入部のノズル管上への設置を、線材入り側ノズル端部の近くに配置し、ガス導入部のノズル管配置場所から、ノズルの線材出側端部間での距離を長くすることでガスの向きを制御することができる。また、ガスを線材方向の層流に制御するには、図３に示すようにガス導入部４−１を２カ所設け、これらをノズル管で対向する位置に配置することで、効果的に行うことができる。
【００２３】
【実施例】
本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
図２は本発明の一例処理装置の概念図である。図中１は線材余熱部、２は処理槽、３はガス吹き付け部、４はガスノズル、５は線材である。
【００２４】
処理槽２にはボラックス濃度が４５０ｇ／ｌの溶液が入れられ、８５℃に加温されている。ガス（空気）吹き付け部３は処理槽２とガスノズル４の間に位置する空間で、空間の長さはノズル４または処理槽２の配置を変更することで任意の長さにすることができる。ノズル４は線材が通過できるように両端が解放された円筒形治具で、円筒側面にガス導入部４−１を有し、このガス導入部４−１を通して円筒形治具からガスがガス吹き付け部に向かって流出する。ここで、ガス流速は０〜１００ｍ／ｓｅｃの任意の値を保つことができるように制御した。
【００２５】
線径が５．５ｍｍの炭素鋼線材を用い、巻出しから繰り出し、順次本発明の一例装置を通過させて被膜処理を行った。線材余熱部１で線材５を加熱し、オーバーフロータイプの処理浴２に浸漬通過させた後、線材５は長手方向で線材５の進行方向とは反対の向きのガスが流れるガス吹き付け部３を通過し、ノズル４の円筒形治具の中を通過して、その後乾燥処理及び乾式伸線処理を行った。評価は、乾燥後の線材に付着したボラックスの付着量を測定することで行った。併せて伸線性を評価して、ボラックスの付着量の効果についての確認も行った。
【００２６】
［滞在時間とボラックス付着量との関係］
処理浴２の配置を変えることで線材５が処理浴２を出てから液切りの終了するまでの時間（滞在時間）を変更して、処理槽２から液切り終了までの時間に水準をとり、上述の処理を行った。ここで線材５の処理浴２の浸漬時間は０．０５秒で、線材５は予め１４０℃に加熱され、処理浴から出した時点の線材５の温度は１０５℃になるように、また、ノズルから吹き付けるガス（空気）は室温で流速が４５ｍ／ｓｅｃになるように条件を設定した。図４はこの条件下での滞在時間とボラックス付着量との関係を示したものである。従来の方法では処理浴から出した直後に液切りを行うため、液切り終了までの時間は０．１ｓｅｃ以下であり、浴の浸漬時間との比は２倍以下でボラックスの付着量は３ｇ／ｍ^２以下であった。しかし、液切り時間を長くするにつれボラックスの付着量は増加し、浸漬時間との比を４倍以上とする本発明の実施例においては、即ち滞在時間を０．２〜０．３ｓｅｃ（浴滞在時間比４〜６倍）とする場合には、付着量を４〜８ｇ／ｍ^２と倍増させることができた。なお、滞在時間が０．３５ｓｅｃ（浴滞在時間比７倍）以上では付着は漸増した。
【００２７】
一般に、線材の液切りにおいてガスを吹き付けるかまたは吸引する従来方法では、線材の長手進行方向に対して直角の方向から吹き付けまたは吸引が行われていた。しかし、この場合、液切り開始から液切り終了までの時間が短く、浴から出してから液切り終了までの時間は浴から出してから液切り開始までの時間と実質的に同じであった。これに対し、本実施例のように線材の進行方法と逆の向きにガス（空気）を線材の外周表面に吹き付けてる方法では、液切り開始から液切り終了までの液切り速度が低速で長い時間に亘って行われるため、浴から出してから液切り終了までの時間を従来の方法より長くすることができる。
【００２８】
［周囲環境温度とボラックス付着量との関係］
次に、浴から出してから液切りの終了までの線材の周囲環境温度を変えて、前述の装置を用いて前述の処理を行った。周囲環境温度の制御はノズルから吹き付ける空気の温度を室温から１１０℃まで変えて行った。ここで、液切りの流速は４５ｍ／ｓｅｃで、浴から出して液切り終了までの滞在時間は倍率で６倍に設定して行った。図５に示すように、周囲環境の温度を下げることでボラックスの付着量を増加させることができることが分かる。
【００２９】
本発明に係る空気吹き付け方法では、線材表面に低温の空気を吹き付けることにより、液切り開始から終了までの線材表面に残存する被処理液表面の冷却を、より効果的に行うことができる。
【００３０】
［液切り流速とボラックス付着量との関係］
図６は、液切りするためにノズルから吹き付けるガス（空気）の流速（液切り流速）とボラックス付着量（ボラックス厚み）との関係を示す。流速を０から６０ｍ／ｓｅｃにあげると、無水ボラックス付着量は約３ｇ／ｍ^２から８ｇ／ｍ^２程度へと２〜３倍増加させることができることが分かる。
【００３１】
上述のように、滞在時間を浸漬時間の４倍以上とする実施例においては、該滞在時間およびその間の残存処理液の冷却を制御することで、無水ボラックスの付着量を従来の３ｇ／ｍ^２程度から１１ｇ／ｍ^２程度まで増加させることができ、より厚い被膜を好適に得ることができる。
【００３２】
［ボラックス付着量と伸線性との関係］
次に、浴から出してから液切り終了までの線材の温度に水準をとって前述の処理を行い、伸線性の評価を行った。
【００３３】
乾式伸線でダイスとの金属接触を起こさないようにするのに必要なボラックス付着量は１ｇ／ｍ^２である。ここで、複数のダイスで順次伸線していく場合、無水ボラックス被膜の厚みは順次減少していくが、最初の無水ボラックス被膜厚を大きくすることで、最低限必要な厚みとなるまでの総減面率を大きくすることができる。すなわち、炭素含有量が０．７または０．８重量％で線径が５．５ｍｍの炭素鋼線材に予め無水ボラックス被膜を付着量３ｇ／ｍ^２で形成させた場合には、線径が１．５０ｍｍで総減面率が９２％までしか連続して伸線することができないが、この付着量が６ｇ／ｍ^２の場合には、線径が０．９ｍｍで総減面率が９７％まで連続して伸線することができる。
【００３４】
スチールコードの製造においては、線径が５．５ｍｍの鋼線材を乾式伸線により線径が１．５ｍｍから０．９ｍｍまで伸線するが、この場合、連続伸線により５．５ｍｍの線材に形成させる無水ボラックスの厚みは約６〜８ｇ／ｍ^２が好適範囲となる。
【００３５】
上述の実施例は、鋼線材へのボラックス被膜形成についてであるが、線材に限らず板材についても同様な方法を適用して同様な効果を得ることができる。この場合においては、浴への浸漬の代わりに、スプレーによる吹き付けを採用することもできる。また、被処理物を浴から出した後から液切りするまでの温度制御についても、浴の前で予め加熱する代わりに液切り中に加熱温度制御することができる。さらに、ボラックス被膜形成に限ることなくホウ酸カリ、または塗装の耐久性、加工潤滑被膜としてのリン酸亜鉛、その他の薬剤の溶液からの被膜形成処理においても本発明の方法を適用して同様な効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の被膜形成処理方法において、処理浴を出てから液切りまでで、滞在時間を滞在時の環境温度を所望の値にすることで被膜付着量を大幅に増加することが出来、乾式伸線工程において伸線性を大幅に向上することが出来工業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における液切り状態を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例における液切り装置の模式図である。
【図３】ノズル管のガス導入部の他の例を示す断面図である。
【図４】線材を浴から出してから液切り終了までの滞在時間（滞在倍率）とボラックス被膜付着量との関係を示す線図である。
【図５】滞在時の周囲環境温度とボラックス被膜付着量との関係を示す線図である。
【図６】液切り流速とボラックス被膜付着量との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１ 線材余熱部
２ 処理槽
３ ガス吹き付け部
４ ガスノズル
４−１ガス導入部
５ 線材
６ 処理液

Claims (12)

1. 被処理物を被膜処理成分を含む溶液浴に浸漬して被膜を形成させた後、液切りをする被膜形成方法において、被処理物が鋼線または鋼板であり、被膜処理成分がボラックスであって、被処理物を前記溶液浴から出してから液切り終了までの時間が該溶液浴への浸漬時間の４倍以上とすることを特徴とする被処理物への被膜形成方法。
2. 被処理物を前記溶液浴から出してから液切り終了までの時間が該溶液浴への浸漬時間の４〜１２倍である請求項１記載の被膜形成方法。
3. 被処理物を前記溶液浴から出してから液切り終了までの時間が該溶液浴への浸漬時間の４〜８倍である請求項２記載の被膜形成方法。
4. 被処理物を前記溶液浴から出してから液切り終了までの周囲環境温度が該被処理物の温度より低い請求項１〜３のうちいずれか一項記載の被膜形成方法。
5. 被処理物を前記溶液浴から出した後の液切りにおいて、被処理物の長手方向と略同一方向でかつ該被処理物の進行方法と逆向きにガスを該被処理物の外周表面に吹き付ける請求項１〜４のうちいずれか一項記載の被膜形成方法。
6. 前記ガスの流速が３０ｍ／ｓｅｃ以上である請求項５記載の被膜形成方法。
7. 前記ガスの流速が４０〜５５ｍ／ｓｅｃである請求項６記載の被膜形成方法。
8. 鋼線または鋼板をボラックスを含む溶液浴から出してから液切り終了までの該鋼線または鋼板の温度が８５〜１２５℃である請求項７記載の被処理物への被膜形成方法。
9. 鋼線または鋼板をボラックスを含む溶液浴から出してから液切り終了までの該鋼線または鋼板の温度が９５〜１１５℃である請求項８記載の被処理物への被膜形成方法。
10. 予め鋼線または鋼板を加熱した後、ボラックスを含む溶液浴に浸漬する請求項８または９記載の被膜形成方法。
11. Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇−１０Ｈ₂Ｏの濃度が３００ｇ／ｌ以上でかつ温度が７０℃以上の、ボラックスを含む溶液浴に０．１秒以下の間浸漬する請求項１０記載の被膜形成処理方法。
12. 巻出しから繰り出され走行する被処理物を加熱する加熱装置と、加熱後被膜処理を行う被膜処理槽と、該被処理物の長手方向と略同一方向でかつ該被処理物の進行方法と逆向きにその外周表面にガスを吹き付け液切りをするノズルを有するガス吹き付け装置とを具備する被処理物への被膜形成装置。

Images