JPH1060524A - サブゼロ処理方法及び装置 - Google Patents
サブゼロ処理方法及び装置Info
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Abstract
バスケット等の容器内に最密充填配列の状態で収納され
た軸受けベアリング球のような粒状の被冷却物でも、均
一に、しかも効率よく短時間で冷却することができるサ
ブゼロ処理方法及び装置を提供する。 【解決手段】 被冷却物9を収容した冷却槽2内の雰囲
気ガスを撹拌ファン4で撹拌するとともに、冷風ファン
11により低温ガスを被冷却物9に直接吹付ける。
Description
及び装置に関し、詳しくは、機械部品等の鉄鋼材を0℃
以下の低温度に冷却して硬度や靭性等の性能の向上を図
るサブゼロ処理方法及び装置であって、特に、軸受けベ
アリング球のような粒状の被冷却物のサブゼロ処理に適
した方法及び装置に関するものである。
窒素等の低温液化ガスや、エーテル,アルコール,アセ
トン等とドライアイスとの混合物を冷媒として使用し、
これらの液状の冷媒中に、サブゼロ処理を行う被冷却物
を直接浸漬する直接浸漬法、あるいは、低温冷媒を被冷
却物に直接噴霧して冷却する直接噴霧法、冷却槽内の雰
囲気を冷凍機や液化窒素により冷却し、この冷却槽内に
被冷却物を入れて冷却する低温雰囲気法等が知られてい
る。
浸漬法や直接噴霧法は、急冷により被冷却物に割れや変
形を生じる危険性があり、寸法精度や経年変形に対する
要求が厳しいもの、例えば軸受けベアリング球のような
ものには適用することができなかった。このため、軸受
けベアリング球のサブゼロ処理は、ほとんどが低温雰囲
気法によって行われている。
の冷却装置の一例を示すものである。この冷却装置は、
断熱材1で覆われた冷却槽2に、低温液冷媒、例えば液
化窒素を導入する冷媒導入経路3と、該経路3から導入
した液化窒素を霧状にして槽内に拡散させるとともに、
槽内の雰囲気ガスを撹拌する撹拌ファン4及び該撹拌フ
ァン4による撹拌作用を向上させるための整流板5と、
槽内の温度を検出する熱電対6及びこれに接続された温
度調節計7と、この温度調節計7により弁開度が制御さ
れる液冷媒導入弁8とにより形成されており、軸受けベ
アリング球のような粒状の被冷却物9は、通気性を有す
る被冷却物容器であるバスケット10に充填収納されて
冷却槽2内にセットされる。
低温雰囲気法で軸受けベアリング球のような粒状の被冷
却物9をサブゼロ処理する場合、被冷却物9がバスケッ
ト10内に層状に最密充填配列の状態で収納されるた
め、隣接する被冷却物9同士の間の空間が小さくなり、
バスケット10の中心部に位置する被冷却物9にまで冷
気が十分に行き渡らず、中心部の被冷却物9は、周囲の
被冷却物9との点接触での伝熱によって冷却されてい
た。
納されたものと、中心部に収納されたものとで冷却速度
に大きな差が有り、バスケット10内の収納位置によっ
てサブゼロ処理効果にばらつきを生じるおそれがあるた
め、必要以上の冷却時間をとって中心部に充填されてい
るものまで十分に冷却する必要があった。このため、単
位時間当たりの処理量が極めて少なくなり、冷媒コスト
も嵩むという問題があった。
けられている撹拌ファン4は、冷却槽2内の温度を均一
化することを目的として設けられているため、バスケッ
ト10のような容器内に収納された被冷却物9に冷気を
吹付けたりする風量や風力はなく、風向きもそのように
考慮されていなかった。
被冷却物9を撹拌したり、バスケット10を揺らしたり
して冷却することも考えられるが、被冷却物9同士の接
触により製品に傷が付くおそれがあるだけでなく、サブ
ゼロ処理装置自体の構造が複雑になるという不都合もあ
る。
ゼロ処理において、バスケット等の容器内に最密充填配
列の状態で収納された軸受けベアリング球のような粒状
の被冷却物でも、均一に、しかも効率よく短時間で冷却
することができるサブゼロ処理方法及び装置を提供する
ことを目的としている。
め、本発明のサブゼロ処理方法は、被冷却物を0℃以下
に冷却してサブゼロ処理を行うにあたり、前記被冷却物
を収容した冷却槽内の雰囲気ガスを撹拌するとともに、
前記被冷却物に直接低温ガスを吹付けることを特徴とし
ている。
被冷却物を収納した通気性を有する被冷却物容器を収容
する冷却槽と、該冷却槽内に液体冷媒を導入する手段
と、該液体冷媒を霧状にして冷却槽内に拡散させる手段
と、冷却槽内の雰囲気ガスを撹拌する手段と、前記被冷
却物容器内の被冷却物に低温ガスを直接吹付ける手段と
を備えたことを特徴としている。
さらに詳細に説明する。図1は、本発明のサブゼロ処理
装置の一形態例を示すものである。
材1で覆われた冷却槽2と、該冷却槽2内に低温液冷媒
を導入する冷媒導入経路3と、該経路3から導入した低
温液冷媒を霧状にして冷却槽2内に拡散させるととも
に、冷却槽2内の雰囲気ガスを撹拌する撹拌ファン4及
び該撹拌ファン4による撹拌作用を向上させるための整
流板5と、冷却槽2内の温度を検出する熱電対6及びこ
れに接続された温度調節計7と、この温度調節計7によ
り弁開度が制御される液冷媒導入弁8と、バスケット1
0に収納された被冷却物9に低温ガスを直接吹付ける手
段である冷風ファン11とを備えている。
上方に円筒状のファンフード12を介して設けられるも
ので、冷却槽2内の雰囲気ガスを、バスケット10内の
被冷却物9に直接吹付けることができるように設置され
ている。この冷風ファン11の位置は、被冷却物9に近
すぎると被冷却物9の全体に均一に低温ガスを吹付ける
ことが困難になり、また、遠すぎると効率が低下するの
で、バスケット10の大きさなどによって最適な位置に
設定すべきである。例えば、バスケット10の直径が3
00mmの場合は、被冷却物9の表面から300〜40
0mm程度が好ましい。さらに、冷風ファン11の風速
も任意であり、処理量等に応じて適宜に設定することが
できる。
軸受けベアリング球のサブゼロ処理を行う際には、ま
ず、被冷却物9である軸受けベアリング球をバスケット
10内に充填収納する。このときの収納形態は、従来と
同様の最密充填配列の状態となる。次いで、図示しない
蓋部等からバスケット10を冷却槽2内に入れ、バスケ
ット10と冷風ファン11及びファンフード12とが所
定の位置関係になるようにセットする。
撹拌ファン4と冷風ファン11とを作動させるととも
に、冷媒導入経路3からの低温液冷媒、例えば液化窒素
の導入を開始する。このとき、熱電対6を介して温度調
節計7により測定された槽内温度に応じて液冷媒導入弁
8が開閉制御され、液化窒素の導入量が調節されて冷却
槽2内が所定の温度、例えば−80〜−150℃の均一
な低温雰囲気に保持される。
アリング球には、冷風ファン11によって槽内の低温雰
囲気ガスが直接吹付けられる状態となり、軸受けベアリ
ング球同士の僅かな隙間を低温ガスが通り抜ける状態と
なる。したがって、バスケット10の中心部に充填収納
されている軸受けベアリング球も、外周部に充填収納さ
れているものと同様に低温ガスで直接冷却することがで
きるので、全ての軸受けベアリング球を短時間で所定の
温度にまで冷却することが可能となる。
した軸受けベアリング球のような被冷却物9に低温ガス
を強制的に吹付けることにより、短時間で中心部の被冷
却物まで冷却することができるようになり、単位時間当
たりのサブゼロ処理の処理量を増大させることができる
とともに、被処理物9における温度差を小さくできるの
で、高品質の製品を得ることができる。また、被冷却物
9には、所定温度の雰囲気ガスが吹付けられるため、直
接浸漬法や直接噴霧法のような急冷による割れや変形を
生じることがない。
り、冷風ファン11からの低温ガスを、バスケット10
内の被冷却物9に効率よく均一に吹き付けることができ
るので、サブゼロ処理の効率を更に向上させることがで
きる。
形態例を示すもので、バスケット10の上方に圧縮ガス
を噴出するノズル21を設けたものである。このノズル
21は、ノズルフード22を介してバスケット10に装
着されており、ノズルフード22のノズル取付部には、
ノズル21から噴出する圧縮ガスの噴出力により、冷却
槽2内の低温雰囲気ガスを巻き込むことができるような
通孔23が形成されている。
に、上記ノズル21から被冷却物9に向けて圧縮ガスを
噴出させることにより、圧縮ガスの噴出力で周囲の低温
雰囲気ガスを巻込んで被冷却物9に吹付けることがで
き、前記形態例と同様に、被冷却物9を効率よく均一に
冷却することができる。
する圧縮ガス供給経路24における冷却槽2内の配管部
分を蛇管状に形成することにより、冷却槽2内の低温雰
囲気ガスで圧縮ガスを冷却することができるので、ノズ
ル21から噴出して被冷却物9に吹付けられる圧縮ガス
の温度を低くすることができ、冷却効率を更に向上させ
ることができる。
雰囲気で氷結する水分等の不純物を含まないガス、例え
ば窒素ガスのようなものなら任意のガスを使用すること
ができる。また、圧縮ガスの流量や流速も、処理量等に
応じて任意に設定することができる。
における構成要素と同一の構成要素には同一符号を付し
て、その詳細な説明は省略する。
1.6mmのベアリング球を6kg用意し、直径300
mmのバスケット10内に層状に充填収納した。このと
きのベアリング球の積み高さは20mmとなった。ま
た、ベアリング球充填層の中心部に熱電対Sをセットし
た。一方、サブゼロ処理装置には、前記図1に示す冷却
ファンを有するもの(A)、図2に示す圧縮ガス噴出ノ
ズルを有するもの(B)、図5に示す従来のもの(C)
の3種類を用意した。
まで加熱した後、−85℃に保持されている各装置A,
B,Cの冷却槽内にセットしてそれぞれ冷却運転を行
い、熱電対Sの指示値が−80℃になるまでの温度変化
を測定した。なお、装置(A)における冷却ファンは、
ベアリング球表面から38cmの位置に設置し、その風
速は毎秒約9mとした。また、装置(B)の圧縮ガス噴
出ノズルからは、圧力2kg/cm2 G、温度20℃の
窒素ガスを毎分600リットルで噴出させた。
ように、装置(A)では冷却に要する時間が約12分と
なり、装置(C)の45分に比べて冷却時間を約73%
短縮できることがわかる。また、装置(B)において
も、約26分で−85℃に到達していることから、約4
2%短縮できたことになる。
軸受けベアリング球のようにバスケット内に最密充填配
列の状態で収納される粒状のものでも、短時間で均一に
冷却することができるので、効率よくサブゼロ処理を行
うことができ、製品の均質化とともに、生産性の大幅な
向上が図れる。
概略図である。
す説明図である。
示す図である。
である。
ファン、5…整流板、6…熱電対、7…温度調節計、8
…液冷媒導入弁、9…被冷却物、10…バスケット、1
1…冷風ファン、12…ファンフード、21…ノズル、
22…ノズルフード、23…通孔、24…圧縮ガス供給
経路
Claims (2)
- 【請求項1】 被冷却物を0℃以下に冷却してサブゼロ
処理を行うにあたり、前記被冷却物を収容した冷却槽内
の雰囲気ガスを撹拌するとともに、前記被冷却物に直接
低温ガスを吹付けることを特徴とするサブゼロ処理方
法。 - 【請求項2】 被冷却物を0℃以下に冷却してサブゼロ
処理を行うサブゼロ処理装置であって、前記被冷却物を
収納した通気性を有する被冷却物容器を収容する冷却槽
と、該冷却槽内に液体冷媒を導入する手段と、該液体冷
媒を霧状にして冷却槽内に拡散させる手段と、冷却槽内
の雰囲気ガスを撹拌する手段と、前記被冷却物容器内の
被冷却物に低温ガスを直接吹付ける手段とを備えたこと
を特徴とするサブゼロ処理装置。
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