JPH0456089B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属線条材を始めとする各種線条材
の冷却洗浄を行なうための改善された新しい冷却
装置の提供に関する。

（従来の技術） 各種線条材の周面に冷却水その他の冷却流体を
吹き付けることによつて、その冷却洗浄を行なう
ことはいうまでもなく公知の技術である。例えば
金属線条材の伸線加工に当り、連続する長尺の線
条材を定速で一方向に移動させ、加熱装置を出た
線条材周面に冷却液を噴射させて、その冷却、焼
入れを行なうとともに、この間適宜の引張り加工
を付与して、塑性変形を介しその外径寸法、更に
は形状を規制する等であり、この際その冷却内容
の適否は製品品質に大きな影響を与えるものであ
る。

一般的にはかかる線条材の冷却に当つては、そ
の線条材の周面に対し、均一に同一円周上を冷却
開始し、かつ短時間で所定温度に冷却する必要が
あり、従来は第７図および第８図に例示するよう
な環状ノズルによる線条材１本通しの冷却装置が
用いられている。即ち両図においてその概要を説
示すると、線条材（図例では金属線条材の場合を
示す）１は、図示矢印のように一方向に定速移動
され、加熱コイルその他による加熱装置２２を出
た直後において、冷却装置２につて冷却される状
態を示しているが、冷却装置２は、その中心に線
条材１が遊挿される通孔１３が開設された中空デ
イスク状の冷却液室３が装置主体とされ、同液室
３が線条材１の周側をめぐるとともに、線条材１
の出口側には通孔１３と同心の冷却筒６が、前記
通孔１３と連通し、かつ通孔１３と同じく線条材
１の遊挿される筒状流路７とともに形成され、こ
のさい通孔１３の一端が冷却液室３の内周面に続
く勾配面１４とされ、これと対応する冷却筒６の
一端が平衡する勾配面１５とされることによつ
て、両勾配面１４，１５により線条材１の周面を
囲む環状ノズル５が、前記冷却液室３と連通状に
かつその両勾配面１４，１５の線条材１に対する
角度を、線条材進行方向に向つて90度以下として
形成されるのである。冷却液室３の周側には、室
中心に向つて直角指向状にかつ２本以上の冷却液
供給管４が円周等分位置に挿設され、更に冷却液
室３の線条材進行方向と反対側の他端には、冷却
液の加熱装置２２側への流出を阻止するためのエ
アシール部材１２が連結付設される。同部材１２
は中空デイスク状の主体中心に、前後に通孔１
１，１０を備えたエア噴出室８が形成され、通孔
１０は部材１２に螺合したガイドプレート１６に
設けられる。エア噴出室８の周側に設けた通孔１
７がエア供給管９に連通されることによつて、外
部からエアコンプレツサ、バルブ等を介して、そ
の供給量、圧力の可調整とされたシール用加圧エ
アが供給可能とされ、エアシール部材１２と冷却
装置２の結合は、取付フランジ１８，１９および
ボルト、ナツト等の締結具２０等によつて行なわ
れる。この冷却方式によれば、例えば加熱装置２
２によつて70℃〜1000℃程度に加熱された線条材
１は、図示省略してあるが幅射温度計等で測温さ
れた後、エアシール部材１２を通過することとも
に、次いで冷却装置２を通過することにより、冷
却液室３内に旋回性を有することなく直向流とし
て供給された冷却液の、環状ノズル５よりの噴射
を全周面に受け、更に冷却液が充満して流出する
筒状流路７を通過することによつて、その温度下
降による形状の固定化、更に焼入処理を受けるこ
とになる。このさい使用される冷却液としては、
例えば油、水、高分子系焼入液等であり、エアシ
ール部材１２のエアシールによる加熱装置２２側
への冷却液のはね返り飛散や流出の防止、また冷
却液供給量の増大等によつて、安定かつ正確な形
状固定化と迅速な冷却処理が得られるようにした
ものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来技術による線条材１の冷却方式に
ついては、以下の点において解決の必要とされる
問題点が内在する。第９図は冷却装置２における
環状ノズル５から冷却筒６の筒状流路７に亘る噴
出冷却液の流れを、ノズル５における勾配面１４
から線条材１の外周面に沿つて流れる最内層Ａ、
その外側でノズル５の中央部分から筒状流路７の
中央部を占めて流れる中間層Ｂ、ノズル５におけ
る勾配面１５から筒状流路７の外側に沿つて流れ
る最外層Ｃの３層に分けて示したものであるが、
環状ノズル５における開口端隙間が５mm以上と大
きい場合、前記３層における冷却液流れの内、勾
配面１４に沿つて加熱された線条材１の外周面に
接して流動する最内層Ａの冷却液は最も高温化さ
れている線条材１の表面に当り、そのまま同表面
に沿つて進行方向に流れる間に、線条材１の熱を
奪つて冷却を行なうことになるが、その外側を流
れる中間層Ｂや、更にその外側を流れる最外層Ｃ
における冷却液は、線条材１の外表に対しては、
各層Ａ，Ｂ，Ｃが略同一圧力であるため、最内層
Ａを破ることができず、最内層Ａが乱流になつた
場合にのみ接触する程度に止まり、最内層Ａから
の熱を吸収する程度の間接的な働きしかしないの
であり、従つてこの冷却方式による冷却能力は、
線条材１の外表面を流れる最内層Ａにおける冷却
液の奪熱力（当該冷却液の種類、濃度、温度、流
速等が関与する）により決定されてしまうので、
環状ノズル５の開口端隙間を大きくしたり、ある
いはその供給圧力を上昇させて流量を多くして
も、冷却能力増大の効果は実質的にはほとんどな
いのである。

一方かかる線条材１の冷却処理に当り、線条材
１の大径化、処理速度の高速化、高温度加熱条件
に対しては、単位時間当りの入熱量が多くなるの
で、より強力な冷却能力が必要となるのである
が、第７図乃至第８図に亘つて示した従来技術で
は、その冷却液の全てが直接有効に冷却に参加す
ることができないので、自ら冷却能力に限界があ
り、金属線条材に対する伸線加工において用いる
冷却処理のような場合、必要な加工条件に合致し
た冷却内容を与えることが困難である点におい
て、大きな問題点がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の問題点を解決するために、かあ
る線条材の冷却処理に当り、冷却開始点から可及
的短かい距離において、急速冷却が全冷却液の効
率的な冷却参加とともに確実かつ容易に得られる
ように改善したものであり、具体的には、一方向
に移動する線条材の周面をめぐつて、それぞれ線
条材周面に対しその進行方向に向いて90°以下の
角度に指向された冷却液噴出用環状ノズルの複数
個が、同心かつ進行方向に沿つてそのノズル内径
を順次大として連続状に並設されることにあり、
更には複数個の環状ノズルにおける冷却液供給圧
が、線条材進行方向に沿つて順次大とされること
にある。

（作用） 本発明の前記した技術的手段によれば、第１図
および第２図に示すように、後端が閉塞されると
ともに前端が開放された円筒状の装置主体２９
の、前記閉塞された後端の中心位置に、第１図矢
印で示すように図向つて左から右へ進行する線条
材１の通過する通孔３０を開設し、同通孔３０に
続いて線条材１の進行方向に沿つて、線条材１の
全周をめぐるとともに、それぞれが線条材１の外
周面に対し何れも90度以下の同角度でかつ線条材
１の進行方向に向いて傾斜された複数個の環状ノ
ズル３１，３２，３３および３４（図例では４個
のノズル例を示す）を、相隔てるノズル隔壁３５
を介してその各ノズル３１〜３４のノズル内径d₁
〜d₄が、d₁＜d₂＜d₃＜d₄の関係であるように、最
初のノズル３１から線条材１の進行方向に沿つて
順次大径に、かつ連続状に並設することにより、
各環状ノズル３１〜３４に第２図で示すようにそ
れぞれ専用の各冷却液供給管３１ｂ〜３４ｂを連
通させ、通孔３０に接して装置主体２９の閉鎖さ
れた後端に付設したエアシール部材３８による冷
却液のはね返り飛散、流出防止と相まつて、環状
ノズル３１〜３４よりの各噴出冷却液は、その傾
斜角度に従つて線条材１の異なる地点の各外表面
に噴射されるとともに、線条材１の進行方向に沿
つて流れることになるが、このさい最前段のノズ
ル３１から最後段のノズル３４における各ノズル
内径d₁〜d₄において、後段ノズルに至るに従つて
その内径を大としてあるので、例えばノズル３３
においては前段のノズル３１，３２からの冷却液
が配管抵抗なく流れるだけの断面積を持つよう
に、全体の冷却液流れを線条材１の外周をめぐつ
てきわめて円滑に維持することができるととも
に、常に新鮮な冷却液が冷却済み液に参加して、
冷却能力の低下を防止して冷却の効率化を実現可
能であるとともに、このさい各環状ノズル３１〜
３４が各独立してかつ隣接状に並列されているこ
とを利用して、最前段のノズル３１よりの冷却液
より、次位のノズル３２よりの冷却液をより高圧
とすること、即ち最前段のノズル３１における冷
却液圧より順次後段の各ノズル３２〜３４に至る
に従い高圧化することにより、例えば最前段のノ
ズル３１から噴出されて線条材１の表面を流れる
冷却液を、次位のノズル３２から噴出されるより
高圧の冷却液により除去し、またはその層流を破
壊し、ノズル３２の冷却液により強力な冷却を行
なうように、以下ノズル３３，３４においても同
様で、冷却済み液に代替して順次新しい冷却液に
よる冷却を行なえ、これにより各ノズル３１〜３
４の並設による短距離内で、充分強力な急速冷却
を行なうことが可能であり、また後段ノズル程高
圧とすれば、後段ノズルの流速は前段より大きく
なるので、前段ノズルの冷却液を引込み、前方か
らの冷却液吹き出しを相当に押えることができ、
効率的な冷却が得られるように、単一ノズルに比
し優れた冷却作用を奏することができる。

（実施例） 本発明冷却洗浄装置の適切な実施例を、第１図
乃至第６図に亘つて説示する。

第１図および第２図に示した実施例において
は、装置主体２９はその中心に線条材１が遊挿さ
れて通過する通孔３０を開設した端壁２９ａと、
これに続く円形の周壁２９ｂとから成る一端閉塞
の円筒形態とされ、前記端壁２９ａに続いて、実
施例では４個のノズル隔壁３５が何れも線条材１
の通過のために、その中央部分が開口された環状
壁として周壁２９ｂを横断して、かつ端壁２９ａ
と平行状に定間隔下に列設される。各ノズル隔壁
３５の開口部分に続く内端は、何れも線条材１の
進行方向に向いて90°以下の同角度に傾斜平行す
る傾斜壁部３５ａとされ、前記端壁２９ａの通孔
３０に続く内面に、最初のノズル隔壁３５の傾斜
壁３５ａと対応する傾斜面２９ｃを形成すること
により、端壁２９ａと最初のノズル隔壁３５との
間に環状ノズル３１、以下各ノズル隔壁３５，３
５間に環状ノズル３２，３３，３４が順次隣接し
て連続状に並設される。このさい各ノズル隔壁３
５における傾斜壁３５ａの半径方向長さを、端壁
２９ａ側から順次定寸ずつ短かいものとすること
によつて、そのノズル内径d₁＜d₂＜d₃＜d₄の関係
とされた環状ノズル３１，３２，３３および３４
の４個が隔成されることになる。実施例では４個
のノズル例を示したが、本発明では環状ノズルの
数は２個以上自由に設定できる。また実施例では
最後段のノズル隔壁３５における傾斜壁３５ａの
内径d₅（実質的には最後段の環状ノズル３４のノ
ズル外径に相当する）も、d₄＜d₅の関係とされ、
また鎖線で示すようにこの最後段の傾斜壁３５ａ
に続いて線条材１と平行する筒状壁３６を適宜長
さの間に亘つて延長形成することもできる。各環
状ノズル３１〜３４における周壁２９ｂに続く側
は何れも環状にめぐる液室３１ａ〜３４ａとさ
れ、各液室３１ａ〜３４ａには第２図に示すよう
に、それぞれ専用の冷却液供給管３１ｂ〜３４ｂ
が連結されるが、このさい各供給管は室中心に直
角に指向して設けられ、供給冷却後に旋回性を生
じないようにする。

この実施例によれば、第３図に線条材１に対す
る冷却状態を示すように、同図において矢印イは
最前段の環状ノズル３１における冷却液の流れを
示し、以下矢印ロは環状ノズル３２の、矢印ハは
環状ノズル３３の、また矢印ニは最後段の環状ノ
ズル３４における各冷却液の流れをそれぞれ示し
ているが、先に作用の項において述べたように、
各ノズル３１〜３４のノズル内径d₁〜d₄をd₁＜d₂
＜d₃＜d₄の関係とし、更には第４図において例示
するように、これら各ノズル３１〜３４の各冷却
液供給管３１ｂ〜３４ｂに対し、ポンプ３７′よ
り供給元管３８′、各供給枝管３９′、各開閉弁４
０′および圧力計４１′による冷却液供給手段を用
いて、冷却液を加圧下に供給するとともに、その
各ノズル３１〜３４に対する供給液圧をノズル３
１＜ノズル３３＜ノズル３４のように、前段ノズ
ルより後段ノズルに至るに従い漸次大とすること
により、前段ノズルからの冷却液流が配管抵抗な
く流れる断面積を持つ後段ノズル、前段ノズルか
らの線条材１の表面を流れる冷却液を、より高圧
の後段ノズルからの冷却液による除去、または層
流破壊することによつて、常に新しい冷却液が冷
却済み液に参加乃至は交替して、線条材表面を効
率良くかつ強力に急速冷却することが、確実容易
に実現できるのである。

第５図および第６図に示したものは、従来の単
一ノズルによる冷却方式と、本発明による３段ノ
ズル実施例とによる冷却能力の比較実験結果を示
したものであり、実験内容は、第５図に示すよう
に、先に第７，８図において示した従来技術によ
る単一の環状ノズル５と同ノズル５に続く冷却筒
６によるものと、第１，２図において示した本発
明の多段ノズル形式の、但し環状ノズル３１，３
２，３３による多段ノズルと、最後段ノズル３３
に続いて筒状壁３６を設けたものとを、ともに軸
方向長さ80mmの間に亘つて形成し、140mmを隔て
て水切板３７をそれぞれ配置し、線条材１として
鋼製線条材（S45C）の15φを用い、これを高周波
加熱手段により1000℃に加熱したものを、3m／
minの速度で連続的に図矢印方向に移動させ、両
装置におけるノズル入口温度（Ti＝1000℃）と
ノズル出口温度（To℃）とを測定したものであ
り、冷却速度（CR）はノズル通過時間をεt（≒
4.4sec）として、CR＝（Ti−To）／ｔから求め
た。第６図は両装置による冷却結果を示したグラ
フ図であり、同図において横軸は冷却水供給量Ｑ
（25℃水通水）、単位／minを示し、縦軸は平均
冷却速度、単位℃／secを示し、また○印で示し
た曲線は本発明装置によるもの、×印で示した曲
線は従来装置によるものを示しており、図示で明
らかなように本発明装置によるものが、図示で明
らかなように本発明装置によるものが、従来装置
によるものに比し優れている。例えば100℃／sec
の冷却能が必要な時、従来装置では約210／
minの冷却水量を必要とするに対し、本発明装置
の３段ノズル型式のものによれば、150／min
で同一目的が達成されるのである。即ち、このこ
とは、ある所要の冷却速度に対して、本発明装置
は従来より少ない冷却液流量で同一目的の達成が
可能であり、冷却洗浄装置としてのイニシアル並
びにランニングコストの両面において著しく有利
である。尚第１，２図において示した実施例にお
いて、装置生体２９に付設して用いるエアシール
部材３８は、先に従来技術において説示したエア
シール部材１２と全く同様であり、３９はエア噴
出室、４０，４１はその前後の通孔、４２はエア
供給管、４３は同供給管４２とエア噴出室３９と
を連絡する通孔をそれぞれ示している。

（発明の効果） 本発明によれば、金属材料による線材、棒材、
帯材、管材等の長尺線条材の冷却、焼入、洗浄を
始めとして、各種線条材に対する所要の冷却洗浄
処理を行なうものとして、その冷却開始点から所
要温度の冷却完了までを、短時間かつ短距離内で
得られる点においてきわめて優れたものである。

即ち、従来の線条材外周を包囲する単一ノズル
によるワンスポツト集中冷却方式の、有効冷却液
量の非効率と限界とを克服し、線条材進行方向に
沿つて順次そのノズル内径を大とした多段ノズル
の集中並設、更には各ノズルによる多段スポツト
集中と、各ノズルに対する冷却液圧の順次高圧化
によつて、有効冷却液量の効率的な増大、冷却液
の新陳代謝的な集中、交替を可能として、強力な
冷却能力を向上が確実に得られるとともに、冷却
液消費量をも節減可能とするものであり、必要な
装置自体とコンパクトに納まり、設備の徒らな大
型化を招来するおそれもなく、その利用価値大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置実施例の縦断正面図、第２
図は同側面図、第３図は同冷却状態を示すノズル
要部の拡大断面図、第４図は同冷却液供給例の説
明図、第５図は従来技術と本発明とによる冷却能
力比較実験１例の説明図、第６図は同比較結果を
示すグラフ図、第７図は従来技術による冷却装置
例の縦断正面図、第８図は同側面図、第９図は同
冷却状態を示す要部拡大断面図である。 １……線条材、２９……装置主体、３０……通
孔、３１〜３４……環状ノズル、３５……ノズル
隔壁、d₁〜d₄〜ノズル内径。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方向に移動する線条材の周面をめぐつて、
   それぞれ線条材周面に対しその進行方向に向いて
   90°以下の角度に指向された冷却液噴出用環状ノ
   ズルの複数個が、同心かつ進行方向に沿つてその
   ノズル内径を順次大として連続状に並設されるこ
   とを特徴とする線条材の冷却洗浄装置。 ２ 複数個の環状ノズルにおける冷却液供給圧
   が、線条材進行方向に沿つて順次大とされること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の線条材
   の冷却洗浄装置。