JP6107966B2 - 線材冷却装置及び線材冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼片の熱間圧延により形成された線材を非同心リング状に巻き取った後、コンベアで搬送される線材を調整冷却する線材冷却装置及び線材冷却方法に関する。
本願は、２０１３年１０月２９日に日本国に出願された特願２０１３−２２４２７９号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。

鋼片の熱間圧延により形成された線材は、水冷手段により８００〜９００℃程度まで冷却された後、レイングヘッド（線材巻取機）により非同心のリング状に巻き取られる。巻き取られた非同心リング状線材（以下、単に「リング状線材」ともいう）は、レイングヘッドの出側に設けられたコンベアで搬送され、搬送されている間に冷却装置により更に冷却される。水冷ならびに巻き取り後の冷却は調整冷却と呼ばれ、線材の組織、機械的性質、表面性状を決定する重要な工程となっている。

従来の冷却装置としては、例えばステルモア冷却装置がある。この冷却装置は、ローラーコンベアまたはチェーンコンベアの下方において、コンベアの幅方向（搬送方向に対して平面視において直交する方向。以下、単に「幅方向」という）の全域に渡ってスリットノズルを設け、そのスリットノズルからリング状線材に向けて冷媒を吹き付けることでリング状線材の冷却を行う。

コンベアで搬送されているリング状線材の幅方向における両端部では、線材同士が重なっている部分が多く、線材が密になっている（以下、「幅方向密部」ともいう）。一方で、リング状線材の幅方向中央部は、幅方向密部に比べて線材が疎となっている（以下、「幅方向疎部」ともいう）。両部位は、巻き取り直後は同一温度であるが、幅方向密部は冷媒が通過しにくいため、幅方向に均一な冷媒量を吹き付ける条件で搬送しながら冷却する場合は、徐々に搬送されているリング状線材の幅方向密部と幅方向疎部との間に温度差が生じる。

線材全体の品質の均一化を図るためには、線材全体の温度ムラを小さくする必要があるため、リング状線材の冷却時においては、リング状線材の幅方向の疎密を考慮した冷却を行う必要がある。これに対して、コンベアの幅方向の全域に渡ってスリットノズルを設けたようなステルモア冷却装置では、幅方向密部と幅方向疎部に対して一様に冷媒を吹き付けることしかできず、幅方向密部と幅方向疎部との間に温度差が生じたまま冷却が進んでしまう。この場合、線材全体の温度ムラを小さくすることはできない。

リング状線材の幅方向の疎密を考慮した冷却装置としては、例えば特許文献１に記載された冷却装置がある。この冷却装置は、スリットノズルを幅方向の全域ではなく、リング状線材の幅方向両端部、即ち、幅方向密部にのみ設けることとしている。これにより、幅方向疎部に比べて温度が高い幅方向密部を集中的に冷却することができ、線材全体の温度ムラを小さくすることができる。

また、別の冷却装置としては、特許文献２に記載された冷却装置もある。この冷却装置は、ローラーコンベア上にリング状線材を蛇行させるガイドを設け、個々のリング位置をずらすことで幅方向密部を形成する位置を変え、その結果、それまでの幅方向密部であった部位の密度を低くするものである。これにより、リング状線材の幅方向密部と幅方向疎部の温度差が小さくなり、線材全体の温度ムラを小さくすることができる。

しかし、搬送されているリング状線材は、圧延機の速度変動やレイングヘッドの巻き取り速度変動、コンベア速度変動などから生じる速度差や、搬送中の振動等の影響を受けて、リング状線材の各リングの搬送方向における間隔（以下、「リングピッチ」という）やリング径が一定ではないことが多い。このため、リング状線材には、幅方向だけでなく搬送方向においても密になる部分と疎になる部分が生じてしまう。

例えば、図１に示すように、リングピッチが狭い部分ＴＤは、隣り合うリング間の距離が短くなり、線材Ｍが密になっている（以下、「搬送方向密部」ともいう）。一方、リングピッチが広い部分ＴＳは、隣り合うリング間の距離が長くなり、搬送方向密部ＴＤに比べて線材Ｍが疎になっている（以下、「搬送方向疎部」ともいう）。このまま搬送を続けた場合、搬送方向密部は冷媒が通り抜けにくく冷えにくい状態にあるため、搬送方向密部ＴＤの温度は、搬送方向疎部ＴＳに比べて温度が高くなっていく。

また、リングピッチが一定でないことにより、線材同士の重なり方が不規則なものとなってしまう。例えば、図１に示すように、搬送方向Ｔに沿った直線Ｌ上においては、線材Ｍの重なり方に規則性がないことがわかる。このため、直線Ｌ上の任意の点Ｐを通過するリング状線材Ｍの温度を測定した場合には、点Ｐで測定される温度が時間と共に変動し、その温度変動についても規則性がない状態となる。このような現象は、直線Ｌ上以外の部分においても生じている。したがって、搬送方向Ｔに疎密が生じているリング状線材Ｍの温度は、複雑に分布している状態にある。

リング状線材の搬送方向の疎密も考慮した冷却装置としては、例えば特許文献３に記載された冷却装置がある。この冷却装置は、密度検出器を用いて幅方向のリング状線材の線密度（疎密）を時系列的に検出し、幅方向に複数のブロックに分割されたノズルより噴出される冷却気体の風量を時系列的に制御する。これにより、リング状線材の搬送方向および幅方向の温度差を小さくすることができる。

また、リング状線材の直接温度を測定する冷却装置として、例えば特許文献４に記載された冷却装置がある。この冷却装置は、走査型放射温度計を用いてリング状線材の温度を搬送方向に対して任意の方向のゾーンに分割して測定し、測定されたリング状線材全体の温度分布に応じて、リング状線材に吹き付ける冷媒の温度及び量を調整する。これにより、リング状線材の各部位における温度差を小さくできる。

特開２００３−１６６０２１号公報 実開平７−３８１０号公報 特開昭６２−２７４０３０号公報 特開２００２−３９８６５号公報

ここで、冷却装置で冷却される前のリング状線材においては、通常、線材が密の部位では温度が高くなり、また線材が疎の部位では温度が低くなっている。しかし、発明者が鋭意検討した結果、種々の要因によって、線材が疎であるが温度が高い部位や、線材が密であるが温度が低い部位も存在することが分かった。即ち、リング状線材において、疎密と温度は必ずしも所定の相関があるわけではないことを見出した。

しかしながら、特許文献１、２に記載された冷却装置においては、リング状線材の幅方向の疎密については考慮されているものの、搬送方向の疎密については考慮されておらず、またリング状線材の温度状態に応じた冷媒量の調整も行われていなかった。即ち、複雑に分布している温度状態に対応したリング状線材を冷却することはできなかった。

特許文献３に記載された冷却装置においては、搬送方向の疎密について考慮されているものの、搬送されているリング状線材の温度測定手段が設けられていないことから、リング状線材の温度状態に応じて冷媒量を調整することができなかった。このようにリング状線材の疎密の検出結果のみに基づいて冷媒量を制御した場合、ある部位において線材の温度が異なっていても密度が同じであれば、これら部位に対する冷媒量は同じになる。かかる場合、異なる温度の部位を同じ冷媒量で冷却することになるので、リング状線材を均一に冷却できない。

特許文献４に記載された冷却装置においては、リング状線材の温度を測定する走査型放射温度計が設けられているものの、リング状線材の疎密を検出する手段が設けられておらず、リング状線材の疎密状態に応じて冷媒量を調整することができなかった。このようにリング状線材の温度の測定結果のみに基づいて冷媒量を制御した場合、ある部位において線材の密度が異なっていても温度が同じであれば、これら部位に対する冷媒量は同じになる。しかし、線材が密の部位は線材が疎の部位に比べて温度が下がりにくいため、温度測定時には同じ温度であっても、冷却時にはこれら部位の温度は異なる温度になる。かかる場合、異なる温度の部位を同じ冷媒量で冷却することになるので、リング状線材を均一に冷却できない。

また、従来の冷却装置では、線材に対する冷媒の吹き付けをスリットノズルで行っているため、スリットから噴出する冷媒が線材に対して一様に当たることとなり、リング状線材の特定部位を選択的に冷却することはできなかった。さらに冷媒は送風機で送られ、その量は送風機回転数や吸い込み口の開度により制御していたため、特定部位に迅速な変化に応じた形で冷媒量を制御することは困難であった。特に上記したように特許文献３ではブロック毎に冷媒量を制御するが、特定部位のみを選択的に冷却することはできず、その制御は緻密性に劣るものとなる。また、特許文献４ではゾーン毎に冷媒量を制御するが、ゾーン毎ではより局所的である特定部位のみを選択的に冷却することはできず、その制御はやはり緻密性に劣るものとなる。このため、特許文献３，４に記載された冷却装置では、特定部位の迅速な変化に対応することは困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱間圧延後に非同心リング状に巻き取られ搬送されている線材に生じる搬送方向の疎密を考慮した冷却を行い、線材全体の温度ムラを小さくすることを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、線材巻取機によりリング状に巻き取られた線材をコンベア上で搬送しながら冷却する線材冷却装置であって、前記コンベアの幅方向に沿って配置され、前記線材に向けて冷媒を噴出する複数の噴出ノズルと、前記複数の噴出ノズルから成る噴出ノズル列の搬送ライン上流側に設けられ、搬送されている前記線材の画像を撮影する撮像装置と、撮影された画像から前記線材の疎密情報及び温度情報を抽出する制御部とを備え、前記制御部は、前記線材の疎密情報及び温度情報に基づいて前記線材の冷却が必要な部位を特定し、特定された前記線材の部位が前記噴出ノズルに到達するタイミングに合わせて、各噴出ノズルから噴出する冷媒の流量を噴出ノズル毎に制御するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、コンベアで搬送されている線材の画像から抽出される線材の疎密情報及び温度情報に基づいて、各噴出ノズルから噴出する冷媒の流量をノズル毎に制御することができる。このため、搬送されている線材の特定部位を選択的に冷却することができ、当該特定部位の迅速な変化に応じて冷媒量を制御することができる。即ち、従来の冷却装置では実現できなかった、冷媒量の緻密な制御が可能となる。しかも、線材の疎密情報及び温度情報の両方に基づいて冷媒の流量が制御されるので、線材が密で温度が高い部位や、線材が疎で温度が低い部位はもちろん、従来は適切な制御ができなかった、線材が疎であるが温度が高い部位や、線材が密であるが温度が低い部位に対しても、冷媒の流量を適切に制御することができる。これにより、搬送されている線材の温度差を小さくするような冷却を行うことができ、線材全体の温度ムラを小さくすることができる。その結果、線材全体の品質を均一化することができる。

前記噴出ノズルから噴出する冷媒には圧力がかかっていても良い。また、前記噴出ノズルからの冷媒の噴出を遮断する遮断弁が設けられていても良い。

前記噴出ノズル列が搬送ラインに沿って複数設けられていても良い。この場合、前記撮像装置が搬送ラインに沿って複数設けられ、各撮像装置間に前記噴出ノズル列が設けられていても良い。また、各噴出ノズル列の噴出ノズル同士が搬送ラインに沿った直線上において互いに存在することがないように各噴出ノズルが設けられていても良い。さらに、前記噴出ノズルとは別に、前記線材に向けて冷媒を噴出するスリットノズルが設けられていても良い。

前記コンベアがローラーコンベアであり、前記ローラーコンベアの一部が複数のディスクを有するディスクローラーで構成され、各ディスク間に前記噴出ノズルが設けられていても良い。また、前記噴出ノズル列が前記ローラーコンベアのローラー間に設けられていても良い。また、前記ローラーコンベアのローラー間のうち、前記噴出ノズル列が設けられていないローラー間に、前記線材に向けて冷媒を噴出するスリットノズルが設けられていても良い。

また、別な観点による本発明は、線材巻取機によりリング状に巻き取られた線材をコンベア上で冷却する線材冷却装置を用いた線材冷却方法であって、前記コンベアの幅方向に沿って配置された、前記線材に向けて冷媒を噴出する複数の噴出ノズルから成る噴出ノズル列の搬送ライン上流側において、搬送されている前記線材の画像を撮影し、撮影された画像から前記線材の疎密情報及び温度情報を抽出した後、前記線材の疎密情報及び温度情報に基づいて前記線材の冷却が必要な部位を特定し、特定された前記線材の部位が前記噴出ノズルに到達するタイミングに合わせて、各噴出ノズルから噴出する冷媒の流量を噴出ノズル毎に制御することを特徴とする。

前記噴出ノズルから噴出する冷媒には圧力がかかっていても良い。また、前記噴出ノズルからの冷媒の噴出を遮断する遮断弁が設けられ、前記噴出ノズルから噴出する冷媒の制御は、前記遮断弁を開閉制御することによって行われるようにしても良い。

前記噴出ノズル列を搬送ラインに沿って複数設け、各噴出ノズルから冷媒を噴出することとしても良い。この場合、前記線材の疎密情報及び温度情報に基づいて、第１の噴出ノズル列にある各噴出ノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出した後、冷却された前記線材の画像を再度撮影し、撮影された画像に基づいて前記線材の疎密情報及び温度情報を更新し、その後、前記更新された情報に基づき前記線材の冷却が必要な部位を特定し、特定された前記線材の部位が前記噴出ノズルに到達するタイミングに合わせて、第２の噴出ノズル列にある各噴出ノズルから噴出する冷媒の流量を制御しても良い。また、各噴出ノズル列の噴出ノズル同士が搬送ラインに沿った直線上において互いに存在することがないように各噴出ノズルを設け、各噴出ノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出することとしても良い。さらに、前記噴出ノズルとは別に、前記線材に向けて冷媒を噴出するスリットノズルを設け、前記スリットノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出することとしても良い。

前記コンベアは、ローラーコンベアであり、前記ローラーコンベアの一部を複数のディスクを有するディスクローラーで構成し、各ディスク間に前記噴出ノズルを設け、各噴出ノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出することとしても良い。また、前記噴出ノズル列を前記ローラーコンベアのローラー間に設け、各噴出ノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出することとしても良い。また、前記ローラーコンベアのローラー間のうち、前記噴出ノズル列が設けられていないローラー間に、前記線材に向けて冷媒を噴出するスリットノズルを設け、前記複数の噴出ノズルと前記スリットノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出することとしても良い。

搬送されている非同心リング状線材の疎密と温度の両方を考慮した冷却を行うことができ、線材全体の温度ムラを小さくし均一な冷却をすることができる。その結果、調整冷却によって付与される機械的性質や表面性状を従来のものより均一化でき、これら不良による歩留低下や不良解消のために次工程以降で行われることがある追加的な熱処理を省略することができる。

リング状線材の概略平面図である。 本発明の実施形態に係る線材冷却装置の概略側面図である。 本発明の実施形態に係る線材冷却装置の概略平面図である。 図３中のＡ−Ａ断面図である。 各噴出ノズルのオンオフ制御の様子を示す説明図である。 噴出ノズル列を複数設けた場合の一例を示す概略平面図である。 噴出ノズル列を複数設けた場合の一例を示す概略平面図である。 噴出ノズル列を複数設けた場合のノズル構成を示す概略側面図である。 噴出ノズル列を複数設けた場合の別のノズル構成を示す概略側面図である。 噴出ノズル列を複数設けた場合におけるサーモカメラの配置例を示す概略側面図である。 噴出ノズル列を複数設けた場合におけるサーモカメラの配置例を示す概略側面図である。 ローラー間に噴出ノズルを設けた場合の概略平面図である。 各噴出ノズルに流調弁を設けた場合のＡ−Ａ断面図である。 噴出ノズルから噴出される冷媒の制御フローの一例を示す。 疎密情報及び温度情報に対する冷媒量のグラフである。

以下、本発明の実施形態について、レイングヘッド２（線材巻取機）で巻き取られた非同心のリング状線材Ｍを冷却する線材冷却装置１に基づいて説明する。なお、本実施形態では、レイングヘッド２の出側に設けられたローラーコンベア３によるリング状線材Ｍの搬送速度は一定となっている。また、本実施形態では、リング状線材Ｍを冷却する冷媒として圧縮空気を用いる。従来技術としてのステルモア冷却の冷媒としては送風機により送風された空気を用いる。また、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図２，図３に示すように、線材冷却装置１は、ローラーコンベア３の各ローラー３ａ間にスリットノズル４を備えている。各スリットノズル４は、ノズル先端のスリット（不図示）が上方を向くように配置されている。各スリットノズル４は、例えば中空の円管の上面に円形断面状の開口部が形成されたノズルであり、当該各スリットノズル４からは一定流量の空気が噴出され、噴出された空気がローラーコンベア３上のリング状線材Ｍに当たることにより、リング状線材Ｍが冷却される。

図３に示すように、スリットノズル４には、いくつか種類があり、ローラー３ａ間の幅方向Ｗの全域に渡って設けられたスリットノズル４ａ、ローラー３ａ間の幅方向Ｗの両端部に設けられたスリットノズル４ｂ，４ｃがある。また、幅方向両端部に設けられたスリットノズル４ｂ，４ｃの幅方向長さは互いに異なっている。幅方向全域に渡って設けられたスリットノズル４ａは、リング状線材Ｍの幅方向密部ＷＤと幅方向疎部ＷＳを均一に冷却し、幅方向Ｗの両端部に設けられたスリットノズル４ｂ，４ｃは、リング状線材Ｍの幅方向密部ＷＤのみを集中的に冷却する。このような複数の種類のスリットノズル４を設けることで、リング状線材Ｍの幅方向Ｗにおける疎密を考慮した冷却を行うことができる。

図３に示すように、ローラーコンベア３を構成するローラー３ａには、基本的に円筒状部材が用いられているが、１つのローラー３ａは、複数の円板状のディスク５を幅方向Ｗに沿って設けられた回転軸６に取り付けることで構成されている。以下の説明においては、このローラー３ａを「ディスクローラー７」と呼称する場合もある。

図３，図４に示すように、ディスクローラー７の各ディスク５，５間には、搬送されているリング状線材Ｍに向けて圧縮空気を噴出する噴出ノズル８が設けられている。各噴出ノズル８は、幅方向Ｗに沿って一直線上に配置されている（以下、幅方向Ｗに配置された複数の噴出ノズル８の列を「噴出ノズル列９」という）。また、各噴出ノズル８は、ヘッダー管１０に接続されており、ヘッダー管１０は、圧縮空気供給路１１を介してコンプレッサー１２に接続されている。また、各噴出ノズル８には、圧縮空気の噴出を遮断する遮断弁１３が設けられている。なお、各噴出ノズル８は、管を切断したものであっても良いし、ノズルチップを用いたものでも良い。また、後述のリング状線材Ｍの特定部位Ｓを確実に冷却することができるように、各噴出ノズル８は、噴出した圧縮空気が線材に当たる位置において圧縮空気の広がりが例えば線材径に近い５ｍｍφ〜２０ｍｍφとなるように設けられている。換言すれば、各噴出ノズル８は、特定部位Ｓ毎に圧縮空気を個別制御することが可能となる。

図２に示すように、噴出ノズル列９の搬送ライン上流側には、ローラーコンベア上のリング状線材Ｍを撮影する撮像装置としてのサーモカメラ１４が設けられている。サーモカメラ１４は、リング状線材Ｍの全幅及び搬送方向Ｔの所定の範囲を撮影する。所定の範囲とは、後述するリング状線材Ｍの疎密状態及び温度状態を識別可能な画像を撮影できる範囲をいう。なお、サーモカメラ１４は、搬送されているリング状線材Ｍの温度による悪影響を受けない程度の高さに設置されている。

また、図２，図４に示すように、線材冷却装置１は、各噴出ノズル８の遮断弁１３やコンプレッサー１２の動作を制御する制御部１５を備えている。制御部１５は、サーモカメラ１４により撮影されたリング状線材の画像から温度が高い部位（高温部）と高温部に対して比較的温度が低い部位（低温部）、及び、線材が密な部位と疎な部位を識別する機能を有している。さらに、制御部１５は、リング状線材Ｍの疎密情報や温度情報に基づいて、リング状線材Ｍの冷却が必要な部位を特定し、特定された部位に向けて冷媒を噴出させることが可能な噴出ノズル８を噴出ノズル列９から選択する機能を有している。また、画像の撮影位置と選択された噴出ノズル８の位置及びローラーコンベア速度に基づいて、リング状線材Ｍの特定部位Ｓが選択された噴出ノズル８の上方を通過するタイミングを算出する機能も有している。

線材冷却装置１は、以上のように構成されている。次に、線材冷却装置１を用いたリング状線材Ｍの冷却方法について説明する。

まず、図２に示すように、レイングヘッド２により巻き取られたリング状線材Ｍが各ローラー３ａ間のスリットノズル４で冷却されながら搬送される。そして、サーモカメラ１４の撮影範囲Ａに入ったリング状線材Ｍの画像が撮影される。

撮影された画像は、制御部１５により、リング状線材Ｍの温度が許容温度上限より高い部位（高温部）と許容温度上限より低い部位（低温部）、及び、線材Ｍが密な部位（密部）と疎な部位（疎部）が識別される。そして、リング状線材Ｍの疎密情報や温度情報に基づいて、所定の判定基準に従ってリング状線材Ｍのどの部位を冷却するか特定される。本実施形態では、リング状線材Ｍの密部かつ高温部ならびに疎部であっても高温部を冷却対象とし、密部かつ低温部と、疎部かつ低温部は冷却対象としないことを判定基準としている。許容温度上限は、搬送ラインの長さや位置、スリットノズル４の設置位置や冷却能力、噴出ノズル列９の設置位置や冷却能力等に応じて適宜定められる。

なお、「密部」とは、例えば線材が２本以上重なっている部位や、隣り合うリング間の距離が短い部位を指す。このとき、リング状線材Ｍの幅方向密部ＷＤであってもリング間距離が長ければ「密部」とならないことがある一方で、幅方向疎部ＷＳであってもリング間距離が短ければ「密部」となることもある。即ち、本実施形態では、幅方向Ｗにおける疎密だけではなく、搬送方向Ｔにおける疎密も考慮してリング状線材Ｍの疎密を識別している。

そして、噴出ノズル列９の中から、冷却対象として特定された部位（以下、「特定部位Ｓ」という）を冷却することが可能な噴出ノズル８が選択される。続いて、画像の撮影位置と選択された噴出ノズル８の位置及び搬送速度に基づいて、特定部位Ｓが選択された噴出ノズル８の上方を通過するタイミングが算出される。

以下、図５を参照しながら、各噴出ノズル８の開閉動作について説明する。なお、図５は、リング状線材Ｍに対する各噴出ノズル８の開閉動作を説明するための概略平面図であり、各噴出ノズル８は、実際には図２に示すようにリング状線材Ｍの下方に位置するものであるが、図５においてはノズルの開閉状態の視認性を高めるためにリング状線材Ｍの上方に各噴出ノズル８が位置するような図示方法を採用している。また、図５に示す特定部位Ｓは、複数存在する特定部位の一部を図示したものである。

図５（ａ）に示すように、リング状線材Ｍの下流端が噴出ノズル列９を通過しても、特定部位Ｓが通過しているわけではないため、各噴出ノズル８の遮断弁１３（図４）は閉じられている。即ち、各噴出ノズル８から圧縮空気は噴出されていない。なお、図５（ａ）に示す噴出ノズル列９を通過している線材Ｍは疎部であり、当該部位の冷却は各ローラー３ａ間に設けられたスリットノズル４により行われる。

続いて、図５（ｂ）に示すように、リング状線材Ｍが更に搬送ラインの下流に搬送され、リング状線材Ｍの特定部位Ｓが噴出ノズル列９に到達する。このタイミングに合わせるようにして、噴出ノズル列９の中から選択された噴出ノズル８の遮断弁１３（図４）が開けられ、特定部位Ｓに向けて圧縮空気が噴出される。

図５（ｂ）において選択された噴出ノズル８は、リング状線材Ｍの幅方向密部ＷＤに対応する箇所のものであるが、図５（ｂ）の下部にある一部の噴出ノズル８ａは閉じられている。当該部位は、線材同士が重なっておらず、かつ、リングピッチが広くなっている部位、即ち、疎部である。なお、当該部位の冷却は、スリットノズル４により行われる。

その後、図５（ｃ）に示すように、リング状線材Ｍが更に搬送ラインの下流に搬送され、噴出ノズル列９を通過する特定部位Ｓの位置が変わることにより、各噴出ノズル８の開閉状態も変更される。これにより、噴出ノズル列９を通過する特定部位Ｓのみが選択的に冷却される。このような噴出ノズル８の開閉動作が搬送されるリング状線材全てに対して行われることにより、リング状線材Ｍの冷却が終了する。

以上の通り、本実施形態によれば、サーモカメラ１４により得られたリング状線材Ｍの疎密情報及び温度情報に基づいて、各噴出ノズル８の開閉を制御することができる。これにより、リング状線材Ｍの特定部位Ｓを選択的に冷却することができ、冷却が必要な部位のみを冷却することができる。しかも、リング状線材Ｍを冷却する冷媒としては圧力がかかった圧縮空気が用いられ、さらに当該圧縮空気の制御には遮断弁１３が用いられるので、噴出ノズル８からの圧縮空気の噴出と停止を迅速に制御でき、特定部位Ｓの迅速な変化に応じて冷媒量を緻密に制御することが可能になる。このため、線材全体の温度ムラを小さくすることができる。その結果、線材全体の品質を均一化することができ、ひいては品質不良部除去に費やされるコストの削減や品質等級格下げによる販売低下を回避することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、線材Ｍを冷却する冷媒として空気を用いたが、冷媒の種類はこれに限定されるものではない。また、短時間の冷媒の吹き付けで冷却効果を上げるために、気体と液体を混合してミスト状にした冷媒を各噴出ノズル８から噴出させても良い。また、予め冷却した冷媒を用いても良い。なお、いずれの冷媒を用いる場合でも、上記したように噴出ノズル８からの噴出と停止を迅速に制御するため、冷媒には圧力がかかっているのが好ましい。

また、上記実施形態では、リング状線材Ｍの画像を撮影する撮像装置として、サーモカメラ１４を用いたが、撮像装置はこれに限定されるものではない。例えば、ビデオカメラを用いても良い。この場合、撮影した画像を白黒画像に変換すれば、リング状線材Ｍの高温部が画像中の輝度の高い部分として表示される一方、低温部が画像中の輝度の低い部分として表示されるため、リング状線材Ｍの疎密情報及び温度情報を抽出することができる。また、撮像装置は、動画を撮影する装置に限られず、静止画を撮影する装置であっても良い。なお、本明細書における「画像」とは、動画及び静止画を含む。

また、上記実施形態では、リング状線材Ｍの疎密情報及び温度情報に基づいて、各噴出ノズル８から噴出する冷媒の流量を制御したが、各噴出ノズル８の制御に加えてスリットノズル４から噴出する冷媒の流量を制御しても良い。

また、上記実施形態では、リング状線材Ｍの下方から冷媒を吹き付けるように各噴出ノズル８を設けたが、リング状線材Ｍの上方から冷媒を吹き付けるように噴出ノズル８を設けても良い。

また、上記実施形態では、リング状線材Ｍを搬送するコンベアとして、ローラーコンベア３を用いたが、例えばチェーンコンベアを用いても良い。リング状線材Ｍに対して冷媒を吹き付けられるように各噴出ノズル８を設けることができれば、コンベアの種類は特に限定されない。また、上記実施形態では、ローラーコンベア３の幅方向Ｗに沿って各噴出ノズル８を一直線上に設けることとしたが、リング状線材Ｍの幅方向Ｗにおける部位の冷却を各噴出ノズル８で分担して行うことができるように、各噴出ノズル８を幅方向Ｗに沿って設けていれば、厳密に一直線上に設ける必要はない。ただし、一直線上に設けた方が、各噴出ノズル８の冷媒噴出タイミング等の制御を容易に行うことができる。

また、上記実施形態では、ローラーコンベア３を構成するローラー３ａの１つをディスクローラー７とし、各ディスク５，５間に複数の噴出ノズル８を設けることで１つの噴出ノズル列９を構成したが、噴出ノズル列９の数は１つに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、間隔をおいて複数の噴出ノズル列９を設けても良い。噴出ノズル列９を設ければ設けるほど、搬送ラインのより多くの場所でリング状線材Ｍの温度に応じた冷却を行うことができるため、線材全体の温度ムラをより小さくすることができる。

また、噴出ノズル列９を複数設ける場合には、図７に示すように、各噴出ノズル列９の噴出ノズル同士が搬送方向Ｔに沿った直線Ｌ上において互いに存在することがないように各噴出ノズル８を設けても良い。例えば、図７に示す搬送方向Ｔに沿った直線Ｌ上においては、上流側噴出ノズル列１６の噴出ノズル８が設けられ、下流側噴出ノズル列１７の噴出ノズル８は設けられていない。このように噴出ノズル８を配置することにより、上流側噴出ノズル列１６の噴出ノズル間にリング状線材Ｍの特定部位Ｓが存在するような場合に、下流側噴出ノズル列１７の噴出ノズル８で当該特定部位Ｓを冷却することができる。即ち、各噴出ノズル列９における冷却不能範囲を互いにカバーし合うことができるため、リング状線材Ｍの特定部位Ｓを確実に冷却することができる。

また、図７に示すように、複数の噴出ノズル列９を隣り合うように設ける場合には、図８に示すように、噴出ノズル８に接続するヘッダー管１０を噴出ノズル列９ごとに設けて各ヘッダー管１０と各噴出ノズル８をそれぞれ接続すると良い。なお、図９に示すように、１つのヘッダー管１０から枝分かれさせるように各噴出ノズル列９の噴出ノズル８に接続しても良い。

また、噴出ノズル列９を複数設ける場合、リング状線材Ｍを撮影する撮像装置１４の数は、噴出ノズル列９の数と同数であっても良いし、噴出ノズル列９の数より少なくても良い。撮像装置１４と噴出ノズル列９の数が同数である場合には、図１０に示すように、各噴出ノズル列９の上流側にそれぞれ撮像装置１４を設ければ良い。この場合、上流側噴出ノズル列１６（第１の噴出ノズル列）で冷却されたリング状線材Ｍの画像を下流側の撮像装置１４で再度撮影し、リング状線材Ｍの疎密情報及び温度情報を更新することができる。そして、更新されたリング状線材Ｍの疎密情報及び温度情報に基づいて、下流側噴出ノズル列１７（第２の噴出ノズル列）でリング状線材Ｍを冷却することができる。このように、更新された情報に基づいて各噴出ノズル８の冷媒流量を制御することで、線材全体の温度ムラをより小さくすることができる。

一方、撮像装置１４の数が噴出ノズル列９の数よりも少ない場合には、図１１に示すように、噴出ノズル列９ごとに撮像装置１４を設けることはできない。ただし、この場合であっても、ある１つの撮像装置１４から得られたリング状線材Ｍの疎密情報及び温度情報に基づいて各噴出ノズル８の冷媒噴出状態を制御することができる。図１１に示す例では、撮像装置１４から得られたリング状線材Ｍの疎密情報及び温度情報に基づいて、リング状線材Ｍが下流側噴出ノズル列１７に到達した時点の温度状態が予測され、その予測された温度状態に基づいて下流側噴出ノズル列１７の各噴出ノズル８が制御される。

また、各噴出ノズル８は、図１２に示すように、ローラーコンベア３の各ローラー３ａ間に設けても良い。従来の線材冷却装置に設けられたようなスリットノズル４に代えて各噴出ノズル８を設けることで、リング状線材Ｍの疎密状態及び温度状態に応じた冷却を行うことが可能となる。これにより、線材全体の温度ムラを小さくすることができる。また、各ローラー３ａ間に設ける噴出ノズル列９が多くなれば、線材全体の温度ムラをより小さくすることが可能となる。全てのスリットノズル４に代えて噴出ノズル８を設けても良いが、従来の線材冷却装置に組み合わせる形で噴出ノズル８を設けた方が設備投資等のコストを抑制することができる。

また、上記実施形態では、各噴出ノズル８に遮断弁１３を設け、各噴出ノズル８の冷媒噴出をオンオフ制御することとしたが、図１３に示すように、各噴出ノズル８に流調弁１８を設け、各噴出ノズル８から噴出する冷媒を流量制御しても良い。即ち、サーモカメラ１４により得られたリング状線材Ｍの疎密情報及び温度情報に基づいて、各噴出ノズル８の流量を制御することにより、リング状線材Ｍの特定部位Ｓを選択的に冷却することができる。また、流調弁１８の下流側に圧力計（不図示）や速度計（不図示）を設けても良い。これにより、各噴出ノズル８の圧力−流量特性や、ノズル断面積と流速との関係から冷媒の流量を算出することができる。そして、算出された流量が所望の設定値と差がある場合には流調弁１８の開度を調整するように制御しても良い。また、冷媒の温度測定手段を設け、冷媒の温度に応じて冷媒の流量を制御するようにしても良い。

また、噴出ノズル８からの冷媒の制御方法は、上記実施形態に限定されず、リング状線材Ｍの疎密情報及び温度情報に基づいた制御であれば、種々の制御方法を取り得る。図１４は、噴出ノズル８からの冷媒の制御フローの一例を示す。

まず、図２に示したように、サーモカメラ１４の撮影範囲Ａに入ったリング状線材Ｍの画像が撮影される（図１４のステップＳ１）。撮像された画像は制御部１５に出力され、当該制御部１５において、リング状線材Ｍの疎密情報Ｄ及び温度情報Ｔを取得する（図１４のステップＳ２）。なお、これらステップＳ１，Ｓ２は、上記実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。

一方、冷媒量の基準となる疎密基準Ｄｓと温度基準Ｔｓを予め設定しておく（図１４のステップＳ３）。これら疎密基準Ｄｓと温度基準Ｔｓは、例えばリング状線材Ｍの品質（強度）、太さ、合金成分、搬送速度などに基づいて設定される。

続いて、ステップＳ２で取得された疎密情報Ｄ及び温度情報Ｔと、ステップＳ３で取得された疎密基準Ｄｓと温度基準Ｔｓとに基づいて、噴出ノズル８から噴出される冷媒の流量が算出される。具体的な冷媒の流量の算出方法は、後述する。また、噴出ノズル列９の中から特定部位Ｓを冷却することが可能な噴出ノズル８が選択され、画像の撮影位置と選択された噴出ノズル８の位置及び搬送速度に基づいて、噴出ノズル８から冷媒を噴出するタイミングが算出される（図１４のステップＳ４）。

このステップＳ４における冷媒量の算出方法は、種々の方法を取り得る。例えばステップＳ２で取得された疎密情報Ｄ及び温度情報Ｔを、ステップＳ３で取得された疎密基準Ｄｓと温度基準Ｔｓに基づいて補正して、線形計画法を用いて冷媒量を算出しても良い。具体的には、図１５に示すように疎密情報Ｄ及び温度情報Ｔに対する冷媒量のグラフを予め求めておく。そして、当該グラフに対して、補正後の疎密情報Ｄ及び温度情報Ｔをあてはめて、冷媒量を導出する。なお、図１５における冷媒量は、各噴出ノズル８から噴出される冷媒の流量であっても良いし、例えば噴出ノズル列９が複数設けられている場合には、当該噴出ノズル列９の数であっても良い。

あるいは、例えば図１５に示したグラフが予めステップＳ３で取得された疎密基準Ｄｓと温度基準Ｔｓを考慮したグラフである場合、当該グラフに対して、ステップＳ２で取得された疎密情報Ｄ及び温度情報Ｔを直接あてはめて、冷媒量を導出しても良い。

その後、ステップＳ４で算出された冷媒量と噴出タイミングに基づいて、遮断弁１３と流調弁１８が制御され、適切なタイミングで適切な流量の冷媒が噴出ノズル８から特定部位Ｓに噴出される。こうして、リング状線材Ｍの冷却が行われる。

本実施の形態のように、リング状線材Ｍの疎密情報Ｄ及び温度情報Ｔの両方に基づいて、噴出ノズル８から噴出される冷媒の流量を制御する場合、例えば特許文献３，４などに記載された従来の方法における制御ロジックと全く異なる制御ロジックを組み立てる必要がある。したがって、この冷媒の流量の制御方法は、従来の制御方法を単に組み合わせたものではない。

そして、リング状線材Ｍの疎密情報Ｄ及び温度情報Ｔの両方に基づいて冷媒の流量が制御されるので、リング状線材Ｍが密で温度が高い部位や、リング状線材Ｍが疎で温度が低い部位はもちろん、従来は適切な制御ができなかった、リング状線材Ｍが疎であるが温度が高い部位や、リング状線材Ｍが密であるが温度が低い部位に対しても、冷媒の流量を適切に制御することができる。

しかも、上記実施形態と同様の効果を享受でき、すなわちリング状線材Ｍの特定部位を選択的に冷却でき、特定部位Ｓの迅速な変化に応じて冷媒量を緻密に制御することが可能になる。そうすると、例えばリング状線材Ｍが重なった部位や密着した部位といった局所的に冷却速度が低い部位、即ち局所的に強度が低下する可能性のある部位に対しても、適切に冷媒を噴射することができる。その結果、線材全体の温度ムラを小さくすることができ、線材全体の品質を均一化することができる。

本発明は、レイングヘッドにより巻き取られた線材の冷却に適用することができる。

１ 線材冷却装置
２ レイングヘッド（線材巻取機）
３ ローラーコンベア
３ａ ローラー
４ スリットノズル
４ａ スリットノズル
４ｂ スリットノズル
４ｃ スリットノズル
５ ディスク
６ 回転軸
７ ディスクローラー
８ 噴出ノズル
９ 噴出ノズル列
１０ ヘッダー管
１１ 圧縮空気供給路
１２ コンプレッサー
１３ 遮断弁
１４ サーモカメラ（撮像装置）
１５ 制御部
１６ 上流側噴出ノズル列
１７ 下流側噴出ノズル列
１８ 流調弁
Ａ 撮影範囲
Ｐ 任意の点
Ｓ 特定部位
Ｔ 搬送方向
ＴＤ 搬送方向密部
ＴＳ 搬送方向疎部
Ｍ 線材
Ｗ 幅方向
ＷＤ 幅方向密部
ＷＳ 幅方向疎部
Ｌ 搬送方向に沿った直線

Claims (20)

1. 線材巻取機によりリング状に巻き取られた線材をコンベア上で搬送しながら冷却する線材冷却装置であって、
   前記コンベアの幅方向に沿って配置され、前記線材に向けて冷媒を噴出する複数の噴出ノズルと、
   前記複数の噴出ノズルから成る噴出ノズル列の搬送ライン上流側に設けられ、搬送されている前記線材の画像を撮影する撮像装置と、
   撮影された画像から前記線材の疎密情報及び温度情報を抽出する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記線材の疎密情報及び温度情報に基づいて前記線材の冷却が必要な部位を特定し、特定された前記線材の部位が前記噴出ノズルに到達するタイミングに合わせて、各噴出ノズルから噴出する冷媒の流量を噴出ノズル毎に制御するように構成されている、線材冷却装置。
2. 前記噴出ノズルから噴出する冷媒には圧力がかかっている、請求項１に記載の線材冷却装置。
3. 前記噴出ノズルからの冷媒の噴出を遮断する遮断弁が設けられている、請求項２に記載の線材冷却装置。
4. 前記噴出ノズル列が搬送ラインに沿って複数設けられている、請求項３に記載の線材冷却装置。
5. 前記撮像装置が搬送ラインに沿って複数設けられ、
   各撮像装置間に前記噴出ノズル列が設けられている、請求項４に記載の線材冷却装置。
6. 各噴出ノズル列の噴出ノズル同士が搬送ラインに沿った直線上において互いに存在することがないように各噴出ノズルが設けられている、請求項４に記載の線材冷却装置。
7. 前記噴出ノズルとは別に、前記線材に向けて冷媒を噴出するスリットノズルが設けられている、請求項３に記載の線材冷却装置。
8. 前記コンベアは、ローラーコンベアであり、
   前記ローラーコンベアの一部が複数のディスクを有するディスクローラーで構成され、
   各ディスク間に前記噴出ノズルが設けられている、請求項３に記載の線材冷却装置。
9. 前記コンベアは、ローラーコンベアであり、
   前記噴出ノズル列が前記ローラーコンベアのローラー間に設けられている、請求項３に記載の線材冷却装置。
10. 前記ローラーコンベアのローラー間のうち、前記噴出ノズル列が設けられていないローラー間に、前記線材に向けて冷媒を噴出するスリットノズルが設けられている、請求項９に記載の線材冷却装置。
11. 線材巻取機によりリング状に巻き取られた線材をコンベア上で搬送しながら冷却する線材冷却方法であって、
    前記コンベアの幅方向に沿って配置され、前記線材に向けて冷媒を噴出する複数の噴出ノズルと、前記複数の噴出ノズルから成る噴出ノズル列の搬送ライン上流側に設けられ、搬送されている前記線材の画像を撮影する撮像装置とを備えた線材冷却装置を用いて、
    搬送されている前記線材の画像を前記撮像装置で撮影し、
    撮影された画像から前記線材の疎密情報及び温度情報を抽出し、
    前記線材の疎密情報及び温度情報に基づいて前記線材の冷却が必要な部位を特定し、特定された前記線材の部位が前記噴出ノズルに到達するタイミングに合わせて、各噴出ノズルから噴出する冷媒の流量を噴出ノズル毎に制御し、
    前記制御された流量の冷媒を各噴出ノズルから噴出して前記線材を冷却する、線材冷却方法。
12. 前記噴出ノズルから噴出する冷媒には圧力がかかっている、請求項１１に記載の線材冷却方法。
13. 前記噴出ノズルからの冷媒の噴出を遮断する遮断弁が設けられ、
    前記噴出ノズルから噴出する冷媒の制御は、前記遮断弁を開閉制御することによって行われる、請求項１２に記載の線材冷却方法。
14. 前記噴出ノズル列を搬送ラインに沿って複数設け、各噴出ノズルから冷媒を噴出する、請求項１３に記載の線材冷却方法。
15. 前記線材の疎密情報及び温度情報に基づいて、第１の噴出ノズル列にある各噴出ノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出した後、
    冷却された前記線材の画像を再度撮影し、撮影された画像に基づいて前記線材の疎密情報及び温度情報を更新し、
    その後、前記更新された情報に基づき前記線材の冷却が必要な部位を特定し、特定された前記線材の部位が前記噴出ノズルに到達するタイミングに合わせて、第２の噴出ノズル列にある各噴出ノズルから噴出する冷媒の流量を制御する、請求項１４に記載の線材冷却方法。
16. 各噴出ノズル列の噴出ノズル同士が搬送ラインに沿った直線上において互いに存在することがないように各噴出ノズルを設け、各噴出ノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出する、請求項１４に記載の線材冷却方法。
17. 前記噴出ノズルとは別に、前記線材に向けて冷媒を噴出するスリットノズルを設け、前記スリットノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出する、請求項１３に記載の線材冷却方法。
18. 前記コンベアは、ローラーコンベアであり、前記ローラーコンベアの一部を複数のディスクを有するディスクローラーで構成し、各ディスク間に前記噴出ノズルを設け、各噴出ノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出する、請求項１３に記載の線材冷却方法。
19. 前記コンベアは、ローラーコンベアであり、前記噴出ノズル列を前記ローラーコンベアのローラー間に設け、各噴出ノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出する、請求項１３に記載の線材冷却方法。
20. 前記ローラーコンベアのローラー間のうち、前記噴出ノズル列が設けられていないローラー間に、前記線材に向けて冷媒を噴出するスリットノズルを設け、前記複数の噴出ノズルと前記スリットノズルから前記線材に向けて冷媒を噴出する、請求項１９に記載の線材冷却方法。

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