(57)【要約】      （修正有）【課題】鋼線材コイルを酸により表皮を均一に溶削するに際して実施容易なコイル転動装置の提供。【解決手段】線材コイル転動装置はコイル軸を水平にしてコイル２を上置する水平平行双子ローラー４１と、ローラー４１を内装しコイル２が酸槽内で半浸漬状態になるよう槽外に設けられた懸架台２２に懸架するＵ型懸架枠３１と、ローラー４１を駆動する駆動手段と、上置されたコイル２の横ずれを拘束する手段とから成り、駆動源４３の稼働によりコイル２を１方向に転動させてコイル２各部を浸漬と引き上げを反復させ、コイル２内外の反応量を均等にさせるコイル転動装置。該装置の転動方向（軸方向と垂直）寸法はコイル２外径以下に収まってコンパクトであり既存槽にも適用容易であるコイル転動装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼線材コイルを対向流多段カスケード方式の酸処理ラインにおいて線材表皮をコイル回分式に酸によって溶削又は脱膜するに際して、酸槽内のコイルを該コイル軸が水平であり該コイルの下部の内周面は液中、上部の内周面は気中にあるよう半浸漬状態で１方向に転動させることによりコイル内部と外縁部の化学反応量を均等とするためのコイル転動装置であって、該転動装置は酸槽外に設けられた懸架台に積載して該酸槽内に懸架されるＵ型懸架枠と該懸架枠に内装されコイルを上置して１方向に転動させる水平平行双子ローラーと転動に伴うコイルの横ずれを拘束する手段と該双子ローラーを回転させる駆動手段とから成ることを特徴とする線材コイルの転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼線材を伸線して鋼線に仕上げるに当たり、表面欠陥が残存しない鋼線とするため予め該線材の表皮層を化学的に除去する装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
弁ばね用鋼線、軸受け用鋼線等高級鋼線では製品に表面キズや脱炭層が残存していると耐疲労性が損なわれるので上記の欠陥は予め線材の段階で除去される。除去には皮剥工程が適用される。該工程は線材をコイルの一端から直進して走行させ、引抜ダイスを逆向きにしたような皮剥ダイスによって引抜き、表皮を全長に渡って切削除去する。切削深さは１００〜２００μｍであって欠陥はほとんど消滅するが歩留まり損は５％を越える。問題は高コストである。
【０００３】
その理由は工程が長い。第１に線材を切削に適した金属組織に改質する熱処理がなされる。次ぎに皮剥工程に適する酸洗を含む表面処理がなされ、次いで皮剥工程では線材を走行させつつ引抜第１パスで真円化を行い、第２パスで表皮を切削除去する。皮剥後には表皮の切削硬化組織を軟化させ後続の伸線に適した組織にするため再び熱処理がなされる。都合４工程が必要となる。
皮剥工程における高価な皮剥ダイスの短寿命もコスト高の大きな要因である。
【０００４】
他の問題として皮剥工程の生産能率はあまり大きくないことである。線材送り出し速度は安全上上限（約１５０ｍ／分）があって、能率は通常約２ｔ／ｈ以下である。１０００ｔ／月以上の生産には複数ラインが必要となり設備費が相当大きくなる。
【０００５】
特許文献１（先行例１）には、上記の問題に対して機械切削（上記皮剥）から化学切削（酸洗）に替えることよって解決する方法が開示されている。それによると、
１）従来の皮剥における線材の連続走行方式から線材コイルの回分処理方式（コイル丸ご    との反復処理）に変更することよって能率向上の基盤を固め、
２）従来の酸洗工程を活用し、
３）高濃度の強酸によって短時間（１５分以下）で化学切削して能率飛躍を実現させ、４）水洗を挟んだ濃強酸と希強酸の３段階処理によって化学切削厚さの均一化を図る。
効果は、まず機械切削が無いので熱処理工程が省略できること、次に１コイル約２ｔが約１０分で処理されるので能率は容易に約１０ｔ／ｈ（機械切削の数倍）が得られることである。
水洗を挟む理由として濃強酸に浸漬すると化学切削が急激且つ局所的になり均一切削が困難になるからと段落［００２５］に記載されている（水洗はこれを緩和又は分散すると読みとれる）。
ちなみに回分式の一般的特徴は高能率、連続式のそれは均一性であり、通常トレードオフの関係にある。
【０００６】
該文献から、線材の化学切削（以下溶削と記す）を実用化する必要条件は以下にまとめられる。
１）  機械切削に代替できるよう処理能率は少なくとも機械切削以上であること。
２）  全長均一に溶削すること。
３）  大きな化学反応量（鋼の減量５％以上）に起因する大量の廃酸に対して許容される      費用で適切な処理（一切記載無し）がなされること。
【０００７】
上記方法の問題点を検討する。
第１に溶削の均一性に対する疑問である。線材コイルは多数の線材リングが半径方向に見かけ厚さ約１５０ｍｍ、軸方向に高さ約１〜２ｍが密集して重なっている。通常の酸洗においてもコイルの内部と外縁部では反応速度が大きく異なることは周知である。内部リングの脱酸化膜は遅れるので酸洗時間は内部を基準にして決められる。当然外縁部は過剰処理になっている。該内外差は内部では酸の出入が小さく反応の進行に伴って当該部の酸が劣化することから生ずる。
【０００８】
酸洗では上記内外差による損失はあまり大きくない。その理由は酸洗の主目的は酸化膜（膜厚約１０μｍ）の溶解除去であって脱膜完了の段階で処理を終える。よく観察すると脱膜は比較的早く進むが鉄の溶解は酸化膜のように早くはない。しかも劣化した酸は脱膜には有効だが溶解には無効に近いので外縁部の過剰処理による鉄のロスは少ない。
溶削の場合、溶削厚さは約１００μｍ以上で極めて大きいので内外差が一層増大すると予測される。これは品質問題だけでなく鋼のロス・酸の消耗・廃酸の増加等は無視できない問題となる。
該内外差の対策として水洗工程が挿入されている。定性的には内部劣化液の更新や異常反応の解消には有効と推測されるが、１回又は２回の水洗の挿入がどの程度均一化に有効か大いに疑問がある。
【０００９】
上記内外差は強酸になるほど、即ち反応速度が大きくなるほど当然大きくなる。当該方法では能率強化のため強酸が使用される。溶解速度（μｍ／分）は記載データから約１０μｍ／分と算出される。この値は極めて大きい。通常の酸洗では表面の酸化膜の溶解速度は上記値に近いが鉄の溶解は上記値の約１／１０と見られる。
上記鉄の溶解速度が小さい理由は、
１）脱膜が目的であるから硫酸又は塩酸が使用され、本方法の硝酸、弗硝酸、弗硫酸等のような強酸は使用されないこと、
２）酸の消費節減のため、酸が劣化して溶解速度が低下しても使用しているからである。
強酸の使用は化学切削を一層不均一にさせると危惧される。
【００１０】
第２の問題は廃棄物の質である。硝酸、弗硝酸、弗硫酸等の強酸の使用は廃酸処理を困難且つ高コストにする。ＮＯＸの管理も負担だが、弗素が各所に拡散する。弗素は厳しく環境規制されている。規制に対処し得る廃棄物処理設備は複雑・高度・高価になる。
【００１１】
第３の問題は廃棄物の量である。皮剥質量は線材質量の５％以上と説明したが、通常の酸洗では線材のロスは約０．４％である。即ち１０倍以上の酸の消費と廃酸処理の負荷が生ずる。上記強酸の使用は一層負担となる。
以上先行例１の実施には問題が多い。
【００１２】
次ぎにコイルの酸洗における不均一反応の改善策を検討する。
特許文献２（先行例２）には、鋼線材コイルの酸洗において、コイルを液中で往復運動する揺動ベルトに上置して揺動させることにより、吊り具接触部が無くなること、各リングが弾性的に微妙に動き、液の浸透しにくい結束部にも液の出入りが促進され撹拌も加わって反応不足部が消滅したと記載されている。脱スケールに関する品質は向上したがコイル内外の反応差や溶削への転用に対しての効果については不明である。
【００１３】
特許文献３（先行例３）には、鋼線材コイルの酸洗における内外反応差を解決する方法が開示されている。それによると水平の心棒にコイルを懸架し、コイルの下半分を酸液に浸漬し、該心棒５１を回転させることによりコイルを回転（本願図５）させる。回転に伴い液面上に引き上げられる部位では密集リング間の液は連続的に排出され、液面下に潜入する部位ではリング間に液が侵入する。ある程度の回転数があるとリング間の液は反応によって劣化する前に入れ替わることができる。その結果反応が遅い内部の反応が促進され均一処理が可能になる。又回転によってリングと液に相対速度が生じ、全体に反応が促進されると記されている。
【００１４】
本方法は溶削に対して効果的に応用することができそうである。１／１０スケールの回転機構の模型によって試験すると意外に上手く行かないことが判明した。水平心棒を回転するとコイルが一瞬前のめり状に回転をし始めるが、直ぐに僅かだが接線方向に振り子のように振れだし、同時に滑りと転がりが発生して回転が安定しない。フレは増幅する。速度が大きくなるとさらに振れ易く、滑り易くなる。滑りは心棒の摩耗と線材表面に擦り傷をもたらし不都合である。コイル内径／棒径比が大きいほど生じ易い。振れによって摩擦状態が静止摩擦（大）、転がり摩擦（小）、滑り摩擦（中）の間を移行しさらに振れを増幅させていると考えられる。
線材コイルの振れ運動は別の問題を誘発する。液面が波立ち、共振が進むと液が槽外に飛び出す。以上から本方法は溶削の均一化に効果があっても実施上は問題がある。
【００１５】
特許文献４（先行例４）には先行例１，２，３の諸問題を解決する方法が開示されている。それによると、半浸漬コイルを転動させる方法に対しては本願図６に示すＶ型ベルトコンベアに線材コイルを上置し、ベルト走行により１方向に転動させる。使用する酸の問題に対しては常用され且つ廃酸処理が適切になされている硫酸又は塩酸に限定し、処理能率の不足に対しては処理槽の複数化により解決している。
【００１６】
当該方法の問題点を検討する。第１に酸洗又は溶削ラインは複数の処理槽を渡り歩く構造になっている。当該の槽６１の形状・寸法は当該のＶ型ベルトコンベア６３の構造・寸法を前提に決められる。通常の直方体の槽（図６−４）では槽長（コイル移送方向）はコイル径よりも多少大きい程度に設計され当該コンベアを設ける必要充分なスペースは無い。無理に設置すると隣接槽が稼働不能になる。ラインを新設する場合には当問題の解決は困難ではない。ライン長は増加するがスペースはある。又は転動方向を変える。即ち線材コイル軸方向をライン走行方向とすればよい。しかし既存の酸洗ラインを改造して溶削するには当該策は実施不能である。
【００１７】
第２にコイル高さに見合う広幅のベルトが常時槽内から槽の外側に引き上げられ付着液が周辺に飛散する。さらに酸蒸気が大量発生するという問題も生ずる。
第３にコイルが１方向に長時間転動するとベルト上で横にずれてくる。ちなみに先行例２の反転方式では横ずれは生じない。放置するとコイル端面は他の構造物と接触し損傷させる。横ずれ防止は当該方法の不可欠要件であるが問題提起と対策の開示が無い。
溶削を適切に実施するには上記３問題を解決しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】公開特許公報２００４−２９２２
【特許文献２】公開特許公報平０２−１５３０８４
【特許文献３】公開特許公報平０２−１４９６８８
【特許文献４】特許第６０９６８２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
弁ばね用鋼線等高級鋼線では表面欠陥は製品の耐久に関わる。該欠陥除去のため線材の段階で全表皮が切削除去（皮剥工程の適用）される。皮剥自体が高コストであるうえ、前後に切削のための熱処理が必要になって、コストが問題となっている。
コスト対策として、線材コイルを強酸に浸漬して化学切削を行う方法（先行例１）では溶解速度が大きく能率は飛躍するが他方コイルを形成するリング集団の内部と外縁部の不均一な溶解（切削厚の不足と過剰の発生）と言う問題がある。さらに環境規制対策に困難な弗素含有廃棄物が大量に発生すると言う問題がある。
【００２０】
化学切削ではなく通常の酸洗（主目的は表面の酸化膜除去）において先行例２の液中でのコイルの揺動では反応遅滞部は改善されるがコイル内外の不均一性には疑問が残る。
先行例３のコイルを半浸漬状態で回転させる方法では、コイル内部の酸液が頻繁に出入してコイル内外の均一な溶削を可能にしているが、試行すると心棒とコイル内面で滑りが発生して回転が不安定になり、滑りによる線材と心棒の両者の摩耗、コイルの振れによる波立ち、漏出という回転上の問題が判明した。
先行例４では１方向Ｖ型ベルトコンベアによって先行例３の回転不適問題を解決し、酸種の特定により廃酸問題を解決し、処理槽数により能率問題を解決しているが、
１）開示された転動装置では既存の酸洗ラインにはスペース上設置困難であること、
２）広幅ベルトの引き上げにより付着液が周辺に飛散し且つ蒸発酸が大量発生すること、
３）１方向転動ではコイルの横ずれが発生すること等が新たな問題となる。
本願発明は、機械切削による現行の皮剥工程に代替可能な酸による溶削方法を提供することを目的とし実施容易な装置を提供する。そのため上記３問題を解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、鋼線材コイルを対向流多段カスケード方式の酸処理ラインにおいて線材表皮をコイル回分式に酸によって溶削又は脱膜するに際して、酸槽内のコイルを該コイル軸が水平であり該コイルの下部の内周面は液中、上部の内周面は気中にあるよう半浸漬状態で１方向に転動させることによりコイル内部と外縁部の化学反応量を均等とするためのコイル転動装置であって、該転動装置は酸槽外に設けられた懸架台に積載して該酸槽内に懸架されるＵ型懸架枠と該懸架枠に内装されコイルを上置して１方向に転動させる水平平行双子ローラーと転動に伴うコイルの横ずれを拘束する手段と該双子ローラーを回転させる駆動手段とから成ることを特徴とする線材コイルの転動装置である。
【００２２】
ここで述語の定義として、コイル形状を厚肉円筒状と見なし、コイル内部とはコイル外縁部の内側であり、外縁部とは円筒表面に相当する部分（外周面＋内周面＋両端面）であり、コイル下部とはコイル軸を水平にした場合の軸よりも下方の部分とする。
【発明の効果】
【００２３】
第１に、本発明の転動装置は極めてコンパクトであって直列に連設される処理槽間や周辺に特別の設置スペースを必要としない。従って既存の酸洗ラインにも低廉容易に付設することができる。
第２に、転動のため液内外を周回する駆動力伝達機構は槽の内側にある小型最短のプーリーとベルトであるから先行例３のような大型のベルトが無く、従って付着液が少なくしかも付着液は槽に直接落下するので飛散が無く、且つ蒸発酸の発生も極めて少ない。
第３に、長時間転動するとコイルは横ずれしてくるが例えば転動ローラーに横ずれ拘束カラーとかを設けることにより当問題が解決される。
第４に、既存の酸洗ラインに付設して溶削ではなく酸洗に適用すると、反応のコイル内部と外縁部との差が小さいことから短時間で酸化膜を除去することができ、酸洗能率が２倍以上に向上、酸洗コストが軽減される。
第５に、酸洗ライン又は溶削ラインを新設する場合、各槽の実効容量を半減以下とすることができる。これは機材の節約だけでなく濃度・温度その他の処理条件の変更に際して迅速に対応することが容易となる。
以上、装置は単純で実用新案的であるが実用効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の線材コイル転動装置を内装した線材溶削ラインの概略を示す。
【図２】本発明の線材コイル転動装置の概略図であり、Ａはコイル軸方向に見た図、Ｂはコイル移送方向に見た図、ＣはＡの反対側である駆動側から見た図である。
【図３】本発明の転動装置の一部である懸架枠の構造を示す。
【図４】本発明の転動装置の一部である駆動メカニズムを示す。
【図５】先行例３におけるコイルの半浸漬回転方法を示し、Ａは軸方向、Ｂは走行方向に見た図である。
【図６】先行例４におけるコイルの半浸漬転動方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の線材コイル転動装置が組み込まれた線材溶削ラインの概略である。線材台車１によって搬入された線材コイル２は吊り具３（例えばＣ型フック）によりコイル軸を水平にした状態で酸液例えば塩酸を満たした初段処理槽４内に懸架されたコイル転動装置２１に上置される。該コイル２を半浸漬状態で軸周りに転動させ、線材表皮を所定厚さだけ溶削し、次いで第２段処理槽５に移送し、同様の処理を行い目標厚さ（例えば１００μｍ）まで溶削する。空いた初段処理槽４には次のコイルが負荷され後続する。先行コイルは水洗槽６に移送し浸漬して洗浄し、次いで乾燥槽７（例えば真空タンク）に移送して付着水を除去し、溶削線材８として仕上げ、台車９により搬出する。
吊り具３には秤量器（図示せず）が設けられ処理前、処理後の線材質量が測定され溶削量が適切に管理される。
【００２６】
処理酸は所定濃度の塩酸又は硫酸のどちらかとする。新液は配管１０から第２段処理槽５に流入する。増加分はカスケード式に初段槽４に流入し、該槽４を通過して排出管１１から廃酸回収系（図示せず）に誘導される。その間鉄との反応によって酸濃度を減じつつ鉄イオン濃度が増加する。初段槽及び第２段槽の液の濃度と温度は所定値に管理される。
【００２７】
前記のコイル転動装置２１を図２、図３，図４に従い説明する。該転動装置２１はＵ型懸架枠３１と該懸架枠３１に内装されコイルを上置する水平平行の双子ローラー４１と該ローラー４１を同一方向同一速度で駆動する駆動手段４２とから成る。
該懸架枠３１は前記ローラー４１を嵌め込むローラー枠３２と３本の懸架支柱３３とブラケット部３４とから成り、該ブラケット部３４が槽外に設けられた懸架台２２上に固定される。
駆動手段４２は前記ブラケット部３４の一つの上に設けられた減速機付き電動機４３と、該電動機４３の回転軸に設けられたプーリー４４と双子ローラー４１に同軸のプーリー４６とプーリー間を周回するベルト４５から成り、前記双子ローラー４１を同一方向に回転させる。
【００２８】
ローラーの回転によりコイルが転動する。該コイルの下部の内周面は液中、上部の内周面は気中にあるよう半浸漬状態で転動するよう処理槽の水位２４又は懸架水準が設定される。半浸漬転動により液面から引き上げられる部位ではコイル内部のリング間の酸が排除され、半周して潜入する部位では酸が新たにリング間に侵入する。このようにしてコイルの内部の反応が低下することなく、コイル外縁部との反応量（＝溶削厚さ）の差が小さくなる。即ち全長ほぼ均等な溶削がなされる。
【００２９】
１方向の転動によりコイルは横ずれしてくる。転動装置には横ずれを拘束する手段が必要である。例えばローラー端にカラー４７を設けたり、ローラー枠３２に拘束ローラーガイド（図示せず）を付設する等、コイル端面が他の構造物に接することを防止する。
【００３０】
本転動装置の特徴を述べる。該装置の移送方向寸法はコイル外径以下とすることができコンパクトであって駆動源を除いて直方体の槽内に収まり、従って新設時の付設に止まらず、既存の酸洗ラインにも容易に付設され、溶削処理が可能となる。
図６には、先行例４の場合、槽６１の該寸法は駆動機構６３との取り合いの関係から過大になること、及び既存の直方体の槽４に対しては設置スペースがとれないことを示す。
本転動装置を従来の酸洗に適用するとコイル内部の反応が促進されるので酸洗能率は２倍以上に向上する。
【００３１】
ベルトの走行により付着酸が槽上の駆動プーリー４４に引き上げられるが液が周辺に飛散することは無い。従って酸蒸発酸の発生量は少ない。先行例３の転動ベルトとは決定的に異なる。
【実施例】
【００３２】
鋼線材コイルの単重は通常約２トンであり寸法は、外径約１．１〜１．２ｍ、内径約０．８〜０．９ｍ、肉厚約０．１５ｍ、高さ約１．４〜１．８ｍである。当寸法を基準にして処理槽の寸法、転動装置の寸法が決められる。
溶削ライン全体を新設する場合、図１に例示するラインにおいて全ての酸槽に本発明の転動装置が付設される。
既存の酸洗ラインにおいて溶削を行いたい場合は、図２に示すように本転動装置を酸洗槽に懸架する。溶削には適用せず、酸洗のみに使用する場合は転動装置は１台でも良い。
【００３３】
本転動装置の大部分は槽内にあって酸による腐食が問題となる。対策として高価な耐蝕鋼材を使用することはない。普通鋼で製作された懸架枠・転動ローラー・プーリーに全面的に樹脂が被覆され、また樹脂製軸受けが使用される。
駆動源は１個のギアモーターで構成され、所望回転速度が容易に得られる。転動回転数は１ｒｐｍ以上が望ましい。過大だとコイル内部の液切りが不完全になる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
線材表皮を溶削するに当たり本願発明のコイル転動装置は効果的に適用される。
【符号の説明】
【００３５】
１：線材台車    ２：線材コイル    ３：吊り具    ４：初段処理槽    ５：第２段処理槽    ６：水洗槽    ７：乾燥槽    ８：溶削線材    ９：搬出台車    １０：配管    １１：排出管    ２１：転動装置    ２２：懸架台    ３１：懸架枠    ３２：ローラー枠    ３３：懸架支柱    ３４：ブラケット部    ４１：双子ローラー    ４２：駆動機構    ４３：駆動源    ４４：プーリー    ４５：ベルト    ４６：プーリー    ４７：カラー    ５１：心棒    ５２：駆動ロール    ６１：処理槽    ６２：処理液    ６３：Ｖ型ベルトコンベア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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