(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ内の不活性雰囲気中に当該パイプの軸方向に沿って連続供給される金属線材を熱処理する熱処理炉と、
上記熱処理炉におけるパイプの入口の手前に配置され、連続供給される上記金属線材を、その送り方向とほぼ直交する方向に沿って振動させる振動手段と、
を含む、
ことを特徴とする金属線材の連続熱処理装置。
【請求項２】
前記振動手段は、駆動源の回転軸に対し、中心を偏心させて固定した溝付きローラであるか、
あるいは、上記駆動源の回転軸に固定したカム、係るカムの周面に一端側が接触し且つ中間に支点を有するリンク、および、係るリンクの他端側に回転自在に取り付けた溝付きローラからなる回転運動−往復運動変換手段である、
ことを特徴とする請求項１に記載の金属線材の連続熱処理装置。
【請求項３】
前記溝付きローラは、その周面に位置する溝に挿入される前記金属線材の硬度よりも低い硬度の硬質樹脂からなる、
ことを特徴とする請求項２に記載の金属線材の連続熱処理装置。
【請求項４】
前記熱処理炉におけるパイプの入口には、前記振動手段によって、送り方向とほぼ直交する方向に沿って振動しつつ供給される前記金属線材を上記パイプ内に通過させる長孔を有し、且つ上記金属線材よりも軟質の軟質材が取り付けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の金属線材の連続熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、チタン合金などの活性な金属からなる長尺な金属線材を連続して熱処理するための連続熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、チタン合金の線材は、所定の断面寸法になるまで伸線加工された後、内部の加工歪みを除去するため、不活性雰囲気内で光輝焼鈍される。
このため、長尺な線材を加熱炉の中心部に架設したアニーラパイプ内に走行させ、係るパイプの周囲に配設した加熱源によって上記線材を加熱することで、係る線材を連続して焼鈍するように構成したパイプ式線材焼鈍装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】実開平５−６６０５０号公報（第１〜３頁、図１，２）
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に開示されているパイプ式線材焼鈍装置を用いた場合、長尺な線材が前記アニーラパイプの中空部内でたるんだり、コイルから巻き返した際に残る巻き癖により、上記中空部の内面に擦られ易い。このため、上記線材の表面に線状の摺り疵や、上記パイプの内面に付着している不純物が食い込む掻き疵を生じることがある。係る摺り疵や掻き疵が表面に残っていると、例えば、チタン合金の線材では、その後において施す各種の成形加工によっても、上記摺り疵などが除去されないため、商品価値を損ねかねない。更に、摺り疵などを除去するには、更に研磨工程などを施すことが必要となるので、コストアップを招く、という問題もあった。しかも、係る問題を解決するため、線材に過度な張力を与えて、アニーラパイプ内を送給した場合には、当該線材の線径が過度に細くなり、所望の線径の線材が得られない、という問題もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術において説明した問題点を解決し、チタン合金などの活性な金属からなる長尺な線材を、表面に摺り疵や掻き疵などを生じることなく、不活性雰囲気内で連続して確実に熱処理できる金属線材の連続熱処理装置を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、発明者らの鋭意研究および検討の結果、熱処理炉の内部に配設するパイプ内に対し、長尺な金属線材を供給すべき方向と異なる方向に沿って、振動を与えつつ連続して挿入する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による金属線材の連続熱処理装置（請求項１）は、パイプ内の不活性雰囲気中に当該パイプの軸方向に沿って連続供給される金属線材を熱処理する熱処理炉と、係る熱処理炉におけるパイプの入口の手前に配置され、連続供給される上記金属線材を、その送り方向とほぼ直交する方向に沿って振動させる振動手段と、を含む、ことを特徴とする。上記パイプは、上記熱処理炉の炉体におけるほぼ中心部を貫通している。
【０００７】
これによれば、長尺な金属線材は、熱処理炉のパイプ内に挿入される際に、その送り（供給）方向とほぼ直交する上下などの径方向に沿って一定周期の振幅を連続して与えられる。このため、係る金属線材は、上記パイプの中空部内において、波打ちしつつ送られる状態となり、当該パイプの内面と接触しながら送給されなくなり、仮に接触しても極く短時間の接触に抑制することができる。従って、当該線材の表面に摺り疵や掻き疵が発生する事態を確実に防止することが可能となる。
尚、前記金属線材は、純チタン、チタン合金、ステンレス鋼などの伸線加工途中、または伸線加工後における直径（線径）が約１０ｍｍ以下の長尺な線材であり、コイル状に巻き取られたものを巻き返して、熱処理を施されるものである。
また、前記熱処理炉で施す熱処理は、例えば、伸線加工時などに伴う加工歪みや内部応力の除去を行うための焼鈍であり、純チタンのような活性な金属の場合は、パイプ内に充填したＡｒなどの不活性ガス雰囲気中で焼鈍する（ストランド）光輝焼鈍が行われる。
更に、前記熱処理炉は、前記パイプが水平方向に貫通して炉本体に取り付けられ、係るパイプの周囲をヒータまたはバーナなどの加熱源によって、加熱する形態のものであると共に、上記パイプには、金属製で長さが例えば４〜６メートルで且つ内径が約４０〜９０ｍｍの断面円形を呈する中空部のほか、全体が角柱形で且つ断面角形の中空部を有するものも含まれる。
【０００８】
また、本発明には、前記振動手段は、駆動源の回転軸に対し、中心を偏心させて固定した溝付きローラであるか、あるいは、上記駆動源の回転軸に固定したカム、係るカムの周面に一端側が接触し且つ中間に支点を有するリンク、および、係るリンクの他端側に回転自在に取り付けた溝付きローラからなる回転運動−往復運動変換手段である、金属線材の連続熱処理装置（請求項２）も含まれる。
上記のうち、モータなどの駆動源の回転軸に対し、中心を偏心させて溝付きローラを固定する形態によれば、最も簡単な機構によって、長尺な金属線材の送り方向に対しほぼ直交する径方向に沿った多数の振動を連続して付与することができる。一方、上記回転運動−往復運動変換手段によっても、そのリンクの他端側を金属線材の送り方向に対し、ほぼ直交する径方向の往復運動をさせることで、係る金属線材に対し多数の振動を連続して与えることが可能となる。
尚、上記溝付きローラには、Ｖプーリ（滑車）を用いても良い。
【０００９】
更に、本発明には、前記溝付きローラは、その周面に位置する溝に挿入される前記金属線材の硬度よりも低い硬度の硬質樹脂からなる、金属線材の連続熱処理装置（請求項３）も含まれる。
これによれば、供給方向に対する径方向に沿って前記振動に伴う多数の振幅を金属線材に与える際に、係る金属線材の表面に摺り疵を与えることなく、確実に振幅およびこれに伴う波打ち形状の走給状態を生じさせることができる。尚、上記硬質樹脂は、例えば、ナイロン（ポリアミド樹脂）からなり、ナイロンモノマーを重合・成形することで、前記溝付きローラとされる。
【００１０】
加えて、本発明には、前記熱処理炉におけるパイプの入口には、前記振動手段によって、送り方向とほぼ直交する方向に沿って振動しつつ供給される前記金属線材を上記パイプ内に通過させる長孔を有し、且つ上記金属線材よりも軟質の軟質材が取り付けられている、金属線材の連続熱処理装置（請求項４）も含まれる。
これによれば、前記振動手段によって供給方向にほぼ直交する方向に沿った振動を連続した与えられた金属線材は、ほぼ最大の振幅を伴って熱処理炉の前記パイプにおける入口側に送られた際に、係る線材の通過を許容しつつ、その表面に摺り疵や当て疵（打痕）を与えずに、パイプの中空部内に導入することができる。しかも、前記パイプ内への大気の進入を最小限に抑えるられるため、焼鈍などの熱処理時における線材の酸化を防止することもできる。従って、金属線材の表面に摺り疵などを生じることなく、確実に所望の熱処理を施すことが可能となる。
【００１１】
尚、前記長孔を有する軟質材には、例えば、合板、各種の木材からなる木板、あるいは、各種の樹脂板に長孔を穿孔したものが用いられる。
また、前記熱処理炉の中心部を貫通するパイプが水平姿勢である場合、前記振動手段の溝付きローラは、その回転軸を上記パイプの軸方向に直交する水平方向に沿っていると共に、前記軟質材は、その長孔の長軸が垂直方向に沿うように、当該軟質材をパイプの入口に取り付けられる。
更に、前記熱処理炉の中心部を貫通するパイプが水平姿勢である場合、前記振動手段の溝付きローラは、その回転軸を上記パイプの軸方向に直交する垂直方向に沿っていると共に、前記軟質材は、その長孔の長軸が水平方向に沿うように、当該軟質材をパイプの入口側に取り付けても良い。あるいは、溝付きローラの回転軸と長孔の長軸とを、互いの間を直角の角度を保ちつつ、両者を異なる傾斜方向に設定しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明による金属線材の熱処理装置（以下、単に熱処理装置と称する）１を示す概略の側面図および部分拡大図などである。
熱処理装置１は、図１に示すように、例えば、純チタンまたはチタン合金からなる直径約５ｍｍの金属線材ｗ１，ｗ２を熱処理する熱処理炉２と、その炉本体３の中心部を水平に貫通するパイプ６の入口７の手前に配置される振動手段である溝付きローラ１８と、を備えている。
【００１３】
尚、金属線材ｗ１は、ダイスなどにより所定の線径に伸線加工を施されたもの、あるいは、複数の伸線加工間の途中のものであり、図示しないリールにコイル状に巻き付けられたものを巻き返すことで、溝付きローラ１８を通過する際に振動を与えられた金属線材ｗ２となる。係る金属線材ｗ２は、連続して振動しつつ熱処理炉２に供給され、パイプ６内のＡｒガス雰囲気中で光輝焼鈍（熱処理）されることで、上記加工時に加えられた内部応力や加工歪みを除去された金属線材ｗ３となる。
【００１４】
図１に示すように、熱処理炉２は、炉本体３の内部４における中心部を水平に貫通するパイプ６と、係るパイプ６の外周面に沿って螺旋状に巻き付けたヒータ５と、を備えている。上記パイプ６は、長さ約５〜６メートル、内径が約７０ｍｍのステンレス鋼管からなり、図１の右端に示す端部板１０の中心部には、出口孔１１が穿孔されている。係る出口孔１１内には、図示しないウェスなどが挿入され、熱処理後の金属線材ｗ３の通過を許容し且つＡｒガスの漏れを抑制している。尚、上記パイプ６は、全体が四角筒形で且つ四角柱の中空部を有する形態としても良い。
【００１５】
上記パイプ６の入口７には、端面から凹んだ位置で内側に張り出すウェブ８と、係るウェブ８の中央部に明けた角孔９と、が形成されている。図１に示すように、上記ウェブ８の外側（左側）の凹部には、長孔１３を有する合板（軟質材）１２が挿入され、係る合板１２の外側に細長い角孔１５を有する端部板１４を挿入した後、図示しないボルト・ナットにより、合板１２と端部板１４とをウェブ８に固定している。この際、合板１２の長孔１３は、前後の角孔９，１５の内側に位置すると共に、係る長孔１３が垂直姿勢となるようにされている。
尚、パイプ６の中空部内には、図示しない供給口からＡｒガスが逐次供給され、上記長孔１３などから炉本体３の外部に漏れ出るＡｒガスを補填している。
【００１６】
図１に示すように、熱処理炉２のパイプ６における入口７の手前には、図示しない架台の上にモータ（駆動源）Ｍが据え付けられ、その水平向きの回転軸１６には、円盤形のホイール１７を介して、上記回転軸１６に対し、中心（軸）ｃが偏心する溝付きローラ１８が固定されている。
溝付きローラ１８は、例えば、ナイロン樹脂などで且つ硬度が金属線材ｗ１の硬度よりも低い硬質樹脂からなり、その周面に沿って断面ほぼＶ字形の溝１９を有すると共に、その内側には、偏心孔ｈが貫通している。係る偏心孔ｈにホイール１７の周面を嵌合することで、モータＭの回転軸１６に対し、中心（軸）ｃが偏心している本発明の振動手段である溝付きローラ１８が固定される。
【００１７】
ここで、前記熱処理装置１の使用方法について説明する。
図示しないリールにコイル状に巻き付けられ金属線材ｗ１を巻き返した後、その先端を熱処理炉２の後方（図１で右側）に位置する図示しないリールを含む巻き取り装置に固定して、図１で左側から右側に、純チタンまたはチタン合金の金属線材ｗ１を約１．０〜５．０メートル／分の速度で連続して供給する。
金属線材ｗ１は、モータＭの回転軸１６によって、偏心しつつ回転する溝付きローラ１８の溝１９内を順次通過する。この際、金属線材ｗ１は、その供給方向に対し、ほぼ直交する上下（径）方向に沿った振動を連続して与えられ、図１で上下方向に振動し且つ送り方向に波打つ金属線材ｗ２となって、熱処理炉２側に送られる。尚、溝付きローラ１８の回転数は約４０〜８０ｒｐｍ、当該ローラ１８の溝１９の底面における直径は約８０〜１００ｍｍであると共に、金属線材ｗ２に対して与えられる振幅は、約２０〜３０ｍｍである。
【００１８】
図１では、モータＭの回転軸１６に対し、溝付きローラ１８において金属線材ｗ１が接触する溝１９の部分は、最も偏心した（離れた）位置にある。この結果、金属線材ｗ２には、上向きに約２０〜３０ｍｍの最も大きな振幅が与えられる。
上向きに振動した金属線材ｗ２は、パイプ６の入口７に位置する合板１２の長孔１３における上端寄りの位置を通過して、パイプ６の中空部内に送給され、且つ係る中空部の中心軸寄りに順次収束する波打ち振動状態となって送られる。係る波打つ振動の振幅は、パイプ６の出口１１寄りに近付くに連れて順次小さくなる。
【００１９】
この間において、金属線材ｗ２は、ヒータ５により加熱されたパイプ６内のＡｒガスを介して、約６００〜９００℃に加熱され、光輝焼鈍（熱処理）を施される。この際、金属線材ｗ２は、上下に振動しつつパイプ６の中心軸付近を送給されるため、パイプ６の内面に接触しにくくなる。この結果、表面に摺り疵や掻き疵を生じることなく、内部応力や加工歪みなどが除去された金属線材ｗ３となり、パイプ６の出口孔１１に取り付けたウェスを通過して、図示しないリールに順次コイル状にして巻き取られる。
【００２０】
図２の上方は、前記モータＭの回転軸１６および溝付きローラ１８が図１の状態から時計回りに９０度回転した状態を示す。このため、溝付きローラ１８において金属線材ｗ１が接触する溝１９の部分は、図１の状態からモータＭの回転軸１６寄りの位置に若干近付く。これに応じて、金属線材ｗ２には、上向きに図１の振幅よりもやや小さな振幅を与えられる。係る上向きに振動した金属線材ｗ２も、前記合板１２の長孔１３におけるほぼ中央の位置を通過し、パイプ６の中空部内に送給された後、係る中空部の中心軸寄りに順次収束する波打ち振動を伴いつつ、前記同様に加熱されて、光輝焼鈍を施される。この間においても、金属線材ｗ２，ｗ３は、上下に振動しつつパイプ６の中心軸付近を送給されるため、表面に摺り疵や掻き疵を生じず、内部応力などを除去されて、パイプ６の出口孔１１から炉外に送り出される。
【００２１】
図２中の白抜き矢印の下方は、前記モータＭの回転軸１６および溝付きローラ１８が図１の状態から時計回りに１８０度回転した状態を示す。このため、溝付きローラ１８において金属線材ｗ１が接触する溝１９の部分は、図１の状態に比べて、モータＭの回転軸１６寄りの位置に最接近する。
これに応じて、金属線材ｗ２には、上向きに最小の振幅を与えられる。係る上向きに振動した金属線材ｗ２も、前記合板１２の長孔１３における下端寄りの位置を通過し、パイプ６の中空部内に送給された後、係る中空部の中心軸寄りに順次収束する波打ち振動を伴いつつ、前記同様に加熱されて、光輝焼鈍を施される。この間においても、金属線材ｗ２，ｗ３は、上下に小さく振動しつつパイプ６の中心軸付近を送給されるため、表面に摺り疵や掻き疵を生じず、内部応力などを除去された後、パイプ６の出口孔１１から炉外に送り出される。
以上の前記図１、図２の上方、および図２の下方に示す状態は、連続して行われるため、金属線材ｗ２には、上下方向に沿った振動が一定周期で与えられる。
【００２２】
前述したように、熱処理装置１を用いることにより、金属線材ｗ１に対し、上下方向に沿った振動を連続して与えた金属線材ｗ２を、熱処理炉２のパイプ６内における中心軸に沿って順次収束する供給軌跡に沿って送りつつ、連続して光輝焼鈍を施して金属線材ｗ３とすることができる。しかも、金属線材ｗ２を上下に振動させつつパイプ６の中空部における中心軸寄りに順次収束させるため、当該パイプ６の内面に接触して、表面に摺り疵を生じたり、予めパイプ６の内面に付着していた不純物を掻き取る掻き疵を表面に生じる事態を確実に防止するか、極く僅かに抑制することができる。従って、純チタンやチタン合金からなる活性な金属線材ｗ１を振動させた金属線材ｗ２とし、その表面を疵付けることなく、光輝焼鈍を施した金属線材ｗ３に確実に熱処理することができる。
尚、熱処理後における純チタンの金属線材ｗ３は、最終形状に成形するための成形工程に送られる。また、熱処理後におけるチタン合金の金属線材ｗ３は、更に縮径するための伸線加工を施された後、再度に熱処理装置１で前述した振動を受けつつ光輝焼鈍を施される。
【００２３】
図３は、異なる形態の熱処理装置１ａの概略を示す側面図である。
熱処理装置１ａは、図３に示すように、前記と同じ熱処理炉２と、そのパイプ６の入口７の手前に配置される振動手段２０と、を備えている。係る振動手段２０は、モータＭの回転軸１６に固定した周面が楕円形を呈するカム２８、係るカム２８の周面に一端２６側が摺動しつつ接触し且つ中間に支点２４を有するリンク２１、および、係るリンク２１の他端２３側に回転軸２２を介して回転自在に取り付けた溝付きローラ１８ａからなる回転運動−往復運動変換手段である。上記リンク２１の他端２３側には、当該リンク２１のバランスを取るための重り３０を固定することが望ましい。
尚、溝付きローラ１８ａは、金属線材ｗ１の硬度よりも低い硬度の硬質樹脂からなり、その周面に沿って前記同様の溝１９を有すると共に、回転軸２２と同軸心として、係る回転軸２２を介してリンク２１の他端２３側に枢支されている。
【００２４】
図３に示すように、カム２８における長軸側の周面がリンク２１の一端２６側に接触している際には、当該リンク２１の他端２３側および溝付きローラ１８ａは、斜め右下向きに下降する。一方、カム２８における短軸側の周面がリンク２１の一端２６側に接触している際には、当該リンク２１の他端２３側および溝付きローラ１８ａは、斜め左上向きに上昇する。即ち、カム２８の回転により、図３中の一点鎖線の矢印で示すように、リンク２１は、支点２４を回転中心として、その他端２３側が一定の範囲で上下方向の旋回運動を連続して行う。係るリンク２１における他端２３側の旋回運動によって、溝付きローラ１８ａは、斜め方向を含む上昇および下降運動を連続して行う。
【００２５】
このため、図３に示すように、溝付きローラ１８ａの溝１９に通された金属線材ｗ１は、前記図１、図２の上方、および図２の下方に示したように、上下方向に沿った振動を連続して受ける金属線材ｗ２となって、熱処理炉２のパイプ６内に供給される。このため、金属線材ｗ２には、上下方向に沿った振動が一定周期で与えられ、パイプ６の中心軸付近に沿って順次収束するため、表面に摺り疵などを生じることなく、パイプ６内で順次光輝焼鈍されて金属線材ｗ３とされる。
従って、熱処理装置１ａを用いた場合でも、金属線材ｗ１を振動させた金属線材ｗ２とし、その表面を疵付けることなく、確実に熱処理が施された金属線材ｗ３にすることができる。
尚、前記カム２８は、長円形やハート形などの周面を有する形態としても良い。
【００２６】
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、熱処理すべき金属線材は、ステンレス鋼線や、各種の特殊鋼は基より、各種の活性な低合金鋼からなる線材であっても良い。
また、熱処理炉は、焼きならし、大気中での焼鈍、焼き入れ、焼き戻し、あるいは均熱処理などを施すための炉であっても良い。
更に、熱処理炉の炉体を貫通するパイプを水平姿勢とし、前記振動手段の溝付きローラの回転軸を上記パイプの軸方向に直交する垂直方向に沿わせると共に、前記軟質材の長孔の長軸が水平方向に沿うようにして、当該軟質材を上記パイプの入口に取り付けても良い。
加えて、熱処理炉の炉体を貫通するパイプは、全体が四角筒体を呈し、内部に四角柱の中空部を内蔵する形態であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の金属線材の熱処理装置を示す概略の側面図および部分拡大図。
【図２】図１に続く異なる２つの状態を呈する上記熱処理装置を示す概略の側面図。
【図３】異なる形態の熱処理装置を示す概略の側面図。
【符号の説明】
【００２８】
１，１ａ……熱処理装置
２……………熱処理炉
６……………パイプ
７……………入口
１２…………軟質材
１３…………長孔
１８…………溝付きローラ（振動手段）
１８ａ………溝付きローラ
１９…………溝
２０…………振動手段（回転−往復運動変換手段）
２１…………リンク
２３…………他端側
２６…………一端側
２８…………カム
ｗ１〜ｗ３…金属線材
ｃ……………中心
【図１】
0004685613.tif 000002
【図２】
0004685613.tif 000003
【図３】
0004685613.tif 000004