JP4611682B2 - 浸漬式冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、物品を冷媒中に浸漬させて冷却する浸漬式冷却装置に関するものである。

従来、例えば機械部品を製造する生産ラインの途中でワークを冷却する場合には、例えば冷媒を貯留した冷却槽にワークを浸漬させて行うことがある。
従来の浸漬式の冷却装置としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献に示された浸漬式冷却装置は、液体窒素からなる冷媒を貯留する冷却槽と、この冷却槽内で被冷却物を冷却槽の搬入口側から排出口側へ移動させる回転式移動部材などを備えている。この浸漬式冷却装置においては、前記搬入口から冷却槽内に供給された被冷却物が液体窒素を排出口側へ移動することによって冷却され、冷却後に前記排出口から排出される。
なお、本出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に密接に関連する先行技術文献を出願時までに見付け出すことはできなかった。
特開平６−２７３０２６号公報（図１）

上述したように構成された従来の浸漬式冷却装置は、冷却槽に搬入口と排出口とが形成されているから、これらの二箇所の開口を通って大量の窒素ガスが大気中に放出されてしまい、液体窒素の消費量（蒸発量）が多くなるという問題があった。また、この浸漬式冷却装置においては、冷却槽内を被冷却物が移動することにより液体窒素が攪拌されることも液体窒素の消費量が多くなる理由の一つになっていた。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、冷媒の消費量を可及的少なく抑えながら冷却槽内でワークを充分に冷却することができる浸漬式冷却装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明に係る浸漬式冷却装置は、上方が開放する有底筒状に形成されて内部に冷媒を貯留する冷却槽本体と、この冷却槽本体の内部に固定されてワークを着脱自在に保持するホルダーと、このホルダーの上方にワーク出入口が形成されかつ前記冷却槽本体の上端部の開口を上方から覆う蓋体と、前記冷却槽本体を上下方向の軸線回りに回転させる回転駆動装置と、前記蓋体を前記冷却槽本体から上方へ離間させて静止した状態に支持する支持部材とを備え、前記ホルダーを冷却槽本体が回転する方向に沿わせて複数設け、前記回転駆動装置に前記ホルダーを蓋体のワーク出入口の下方に位置決めする位置決め手段を設けたものである。

請求項２に記載した発明に係る浸漬式冷却装置は、請求項１に記載した発明に係る浸漬式冷却装置において、冷却槽本体を上下方向に移動させる昇降装置を備えたものである。

請求項３に記載した発明に係る浸漬式冷却装置は、請求項１または請求項２に記載した発明に係る浸漬式冷却装置において、冷媒を液体窒素とし、エンジン用コンロッドからなるワークを上下方向に長くなる状態で装填可能にホルダーを形成したものである。

本発明に係る浸漬式冷却装置は、蓋体のワーク出入口を通してワークを冷却槽本体内に挿入し、このワークを冷媒に浸漬させてホルダーに保持させることによって、ワークの冷却が開始される。さらに、この浸漬式冷却装置は、上述したようにワークをホルダーに保持させた状態で冷却槽本体を１周または複数周回転させることによって、ワークを所定の温度に冷却することができる。この冷却後のワークは、前記ワーク出入口を通して冷却槽本体から槽外に搬出される。

したがって、本発明に係る浸漬式冷却装置は、冷却槽本体内の冷媒が一つのワーク出入口から大気中に放出されるようになるから、ワーク入口とワーク出口とを有する従来の冷却装置に較べて冷媒の消費量（蒸発量）を低減することができる。
また、本発明に係る浸漬式冷却装置は、冷却槽本体が回転することによってワークと冷媒とが一体的に回転するから、冷却中に冷媒が不必要に攪拌されることがない。このため、冷媒の蒸発量をより一層少なく抑えることができる。
また、本発明に係る浸漬式冷却装置は、ワークを間欠的に送りながら冷却することができる。このため、この浸漬式冷却装置を製造ラインに組込むことによって、冷却工程が途中にある製造ラインの生産性を向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、冷却槽本体を昇降装置によって下降させることにより、冷却槽本体の上端部の開口が蓋体の下方で周囲に広く開放される。このため、冷却槽本体内のワーク保持用ホルダーを装填可能なワークの種類が異なるものに交換する作業を容易に行うことができるから、メンテナンスが容易な浸漬式冷却装置を提供することができる。

請求項３記載の発明によれば、冷却槽本体の小型化を図りながら、多くのコンロッドを冷却槽本体内に装填することができる。このため、エンジン用コンロッドをいわゆる流れ作業によって冷却することができる浸漬式冷却装置をコンパクトに形成することができる。

以下、本発明に係る浸漬式冷却装置の一実施の形態を図１ないし図６によって詳細に説明する。
図１および図２は本発明に係る浸漬式冷却装置の要部を破断して示す正面図で、図１は冷却状態を示し、図２は冷却槽本体を下降させた状態を示す。図３は冷却槽の平面図、図４は冷却槽本体の平面図、図５は図３における冷却槽のV−V線断面図、図６はホルダーにコンロッドを保持させた状態を示す断面図で、同図（ａ）はコンロッドのクランクピン孔の軸線方向から見た断面図であり、同図（ｂ）は（ａ）図におけるＢ−Ｂ線断面図である。

これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態による浸漬式冷却装置を示す。この浸漬式冷却装置１は、図１および図２に示すように、上方が開口する有底円筒状に形成された冷却槽本体２と、この冷却槽本体２の上端部の開口を塞ぐ蓋体３とからなる冷却槽４を備えている。
前記冷却槽本体２は、冷媒として液化窒素５を貯留するもので、底壁２ａと周壁２ｂとが断熱構造となるように形成されており、後述する回転駆動装置６と昇降装置７とによって支持されている。前記断熱構造を採る底壁２ａと周壁２ｂは、図示してはいないが、それぞれ二重壁となるように形成され、この二重壁の外壁と内壁との間に真空の断熱用空間が形成されたものである。

冷却槽本体２の内部には、ワークとしてのコンロッド８を保持するためのホルダー９が冷却槽本体２の周方向に等間隔おいて複数設けられている。このコンロッド８は、自動二輪車用エンジン（図示せず）に用いられるもので、この実施の形態による浸漬式冷却装置１によって冷却された後にコンロッド大端部８ａが破断によって二分割される。
前記各ホルダー９は、図６に示すように、前記コンロッド大端部８ａの二箇所に形成されたボルト挿通孔１１に嵌入する位置決め用ピン１２が上方に向けて突設され、これらのピン１２，１２によってコンロッド８を位置決めするとともに保持する。コンロッド８は、このホルダー９によって、上下方向に長くなる状態で冷却槽本体２内に保持される。

前記ホルダー９は、図１、図２および図５に示すように、前記冷却槽本体２の内側底部に二つの脚部材１３によって支持された支持用円板１４に取付けられている。この実施の形態による前記ホルダー９は、図４に示すように、コンロッド８が冷却槽本体２の内周面に沿って並ぶように前記円板１４上に設けられている。前記円板１４は、種類の異なるコンロッドを保持する他のホルダーが取付けられたものと交換することができるように、前記支柱１３に着脱可能に取付けられている。

前記冷却槽本体２の底壁２ａは、図１、図２および図５に示すように、皿状のトレー１５を有する回転板１６に着脱可能に取付けられ、この回転板１６を介して回転駆動装置６に接続されている。この冷却槽本体２は、液体窒素５を排出して内部のメンテナンスを行うときなどで底部に残存した液体窒素５を速く排出するために、前記回転板１６から単体で取外される。このときには、冷却槽本体２の外周部に設けられた把手１７を把持して冷却槽本体２を持ち上げる。

前記回転板１６は、円板状に形成されており、上面に前記冷却槽本体２が着脱可能に取付けられるとともに、下部の中央部に回転駆動装置６の回転軸６ａが固着されている。
前記回転駆動装置６は、前記回転軸６ａを上下方向の軸線回りに回転させる構成のもので、昇降装置７を介して図示していない基台に支持されている。また、この回転駆動装置６は、図１および図２中に符号２１で示す制御装置に接続されており、この制御装置２１によって、前記回転軸６ａが間欠的に回転するように回転動作が制御される。回転軸６ａが間欠的に回転するときの回転角度は、前記複数のホルダー９の並設間隔に対応させて設定されている。詳述すると、この浸漬式冷却装置１においては、図３に示すように、後述する蓋体３に形成されたワーク出入口２２の下方に各ホルダー９が順次位置決めされるように構成されている。前記制御装置２１によって、請求項１に記載した発明でいう位置決め手段が構成されている。

この回転駆動装置６を支持する前記昇降装置７は、前記回転駆動装置６と前記冷却槽本体２とを図１に示す上昇位置と、図２に示す下降位置との間で昇降させる構成が採られている。この昇降装置７は、コンロッド８を冷却槽本体２内に浸漬して冷却する冷却運転時には回転駆動装置６と冷却槽本体２とを前記上昇位置に保持し、冷却運転後に冷却槽本体２を回転駆動装置６から取外すときなどに回転駆動装置６および冷却槽本体２を前記下降位置に下降させる。

冷却槽本体２の上端部の開口部を塞ぐ前記蓋体３は、図１〜図３に示すように、円板状に形成された主板部２３と、この主板部２３に一体に形成されて下方に突出する外筒２４および内筒２５とから構成されており、図３および図５中に符号２６で示す梁状部材と支柱２７とによって、図示していない基台に対して移動することがないように（静止状態を保つように）支持されている。

前記梁状部材２６は、蓋体３の上面に固着し、両端部が前記支柱２７に支持されている。この支柱２７は、前記基台に上方へ延びるように立設されている。これらの梁状部材２６と支柱２７とによって、本発明でいう支持部材が構成されている。この蓋体３を梁状部材２６と支柱２７とによって支持する位置は、図１に示すように、冷却槽本体２が前記上昇位置に移動した状態で冷却槽本体２より僅か上方に離間するように位置付けられている。なお、冷却槽本体２と蓋体３との間の隙間は、図２に示すように、冷却槽本体２が下降位置に移動することによって大きく拡がる。この下降状態では、前記ホルダー９の交換作業や冷却槽４内の清掃作業を行うことができる。なお、冷却槽本体２を回転板１６から取外す場合にも、このように冷却槽本体２を下降させる。

前記蓋体３の主板部２３と前記梁状部材２６には、図３に示すように、コンロッド８を挿通させるための前記ワーク出入口２２と、液面センサ挿入用貫通穴２８とが形成されるとともに、冷却槽本体２内に液体窒素５を供給するための供給用パイプ２９が取付けられている。前記ワーク出入口２２と供給用パイプ２９の下流側端部は、図３に示すように、平面視円形の蓋体３の径方向の一方と他方とに振り分けられるような位置に形成され、液面センサ挿入用貫通穴２８は、蓋体３の軸心部に形成されている。この液面センサ挿入用貫通穴２８には、筒状に形成されたセンサ用ホルダー３０が装着されている。このホルダー３０内には、図５に示すように、液体窒素５の液面を検出するための液面検出用センサ３１が挿入されている。

前記ワーク出入口２２は、コンロッド８を把持して移動させる搬送用アーム（図示せず）を挿通させることができる程度の最小限の大きさに形成されている。この搬送用アームは、コンロッド大端部８ａが下に位置する状態でコンロッド小端部８ｂを把持するように構成されている。
前記供給用パイプ２９は、図５に示すように、一端部（下流側端部）が蓋体３の一側部を上下方向に貫通し、下方に向けて開口する状態で梁状部材２６に図示していないステーなどによって保持されている。この供給用パイプ２９の他端部は、図示していない冷媒供給装置に接続されている。この冷媒供給装置は、前記液面センサ３１によって検出された液体窒素５の液面の高さが一定になるように液体窒素５を供給用パイプ２９から冷却槽本体２内に供給する。前記液体窒素５の液面の高さは、図１および図５に示すように、冷却槽本体２内でホルダー９に保持されて起立するコンロッド８の小端部より下に、すなわちコンロッド小端部８ｂを把持する前記搬送用アームが液体窒素５中に浸漬することがない位置に設定されている。

前記蓋体３の主板部２３に下方へ突設された前記外筒２４は、前記冷却槽本体２の周壁２ｂを外側から囲むように形成され、前記内筒２５は、前記周壁２ｂの内側に上方から臨むように形成されている。これらの外筒２４と前記周壁２ｂの外周面との間と、内筒２５と前記周壁２ｂの内周面との間と、蓋体３の主板部２３の下面と前記周壁２ｂの上端面との間には、図１および図５に示すように、前記昇降装置７によって冷却槽本体２が上昇位置に位置付けられている状態で、それぞれ隙間Ｓが形成されている。

このように隙間Ｓをおいて蓋体３が冷却槽本体２から離間することにより、冷却槽本体２を蓋体３によって規制されることなく回転させることができ、前記蓋体３は、冷却槽本体２から上方へ離間する状態で静止することになる。また、前記外筒２４と内筒２５とによって冷却槽本体２の周壁２ｂが非接触の状態で挟まれることにより、これらの部材によって実質的にラビリンスシールが構成されるから、冷却槽本体２と蓋体３との間の前記隙間Ｓを通って大気中に放散する窒素ガスを可及的少なく抑えることができる。

このように構成された浸漬式冷却装置１は、図１に示すように、冷却槽本体２に液体窒素５を貯留させ、かつこの冷却槽本体２を前記上昇位置に移動させてその上端部の開口が蓋体３によって閉塞された状態で使用される。ワークとしてのコンロッド８は、上述した状態にある冷却槽本体２内に搬送用アームによってワーク出入口２２を通して搬入され、冷却槽本体２内で下降する。このコンロッド８が冷却槽本体２の底部まで下降することにより、コンロッド大端部８ａのボルト挿通孔１１にホルダー９の位置決め用ピン１２が嵌合する。このコンロッド８は、このように位置決めピン１２がボルト挿通孔１１に嵌合することによって、前記ホルダー９に位置決めされた状態で保持される。

このようにコンロッド８をホルダー９に保持させた後、冷却槽本体２は、前記ホルダー９に隣接するホルダー９がワーク出入口２２の下方に位置付けられるように、前記回転駆動装置６によって所定角度だけ回転させられる。そして、次のコンロッド８が前記同様にホルダー９に保持される。この冷却槽本体２の間欠回転動作と、コンロッド８のピン１２による保持とからなるコンロッド装填動作は、全てのホルダー９にコンロッド８が装填されるまで繰り返される。

全てのホルダー９にコンロッド８が装填された後、最初に装填されたコンロッド８がワーク出入口２２の下方に位置するように冷却槽本体２が回転し、搬送用アームが単体でワーク出入口２２から冷却槽本体２内に挿入されて下降し、前記最初に装填されたコンロッド８の小端部８ｂを把持する。この搬送用アームは、コンロッド小端部８ｂを把持した後に上昇し、コンロッド８を冷却槽４の外に搬出する。その後は、未装填状態となったホルダー９に新たにコンロッド８を装填するか、または、排出動作を継続させて隣のホルダー９に装填されたコンロッド８を搬出させる。このため、この浸漬式冷却装置１によれば、冷却槽本体２が１回転する間にコンロッド８を所定温度となるように充分に冷却することができる。この実施の形態による浸漬式冷却装置１においては、自動二輪車用エンジンのコンロッド８を冷却時間が数分で−８０℃〜−１００℃に冷却することができた。

上述したように構成された浸漬式冷却装置１においては、冷媒としての液体窒素５がコンロッド８を冷却する代わりに気化し蒸発する。この浸漬式冷却装置１において、液体窒素５が気化してなる窒素ガスが冷却槽４から外部に漏洩するときの通路は主にワーク出入口２２になる。したがって、冷却槽本体２内の液体窒素５が一つのワーク出入口２２から大気中に放出されることになるから、ワーク入口とワーク出口とを有する従来の冷却装置に較べると液体窒素５の消費量（蒸発量）を低減することができる。

また、この実施の形態による浸漬式冷却装置１は、冷却槽本体２が回転することによってコンロッド８と液体窒素５とが一体的に回転するから、冷却中に液体窒素５が不必要に攪拌されることがない。このため、液体窒素５の蒸発量をより一層少なく抑えることができる。
さらに、この実施の形態による浸漬式冷却装置１は、コンロッド８を間欠的に送りながら冷却することができるから、この浸漬式冷却装置１を製造ラインに組込むことによって、冷却工程が途中にある製造ラインの生産性を向上させることができる。

加えて、この実施の形態による浸漬式冷却装置１は、コンロッド８を長手方向が上下方向となり、かつ冷却槽本体２の周方向に並ぶように複数保持するから、冷却槽本体２の小型化を図りながら、多くのコンロッド８を冷却槽本体２内に装填することができる。このため、エンジン用コンロッド８をいわゆる流れ作業によって冷却する浸漬式冷却装置をコンパクトに形成することができる。

この実施の形態による浸漬式冷却装置１は、液体窒素５の液面がコンロッド小端部８ｂより低くなるように構成し、コンロッド小端部８ｂを搬送用アームに把持させるものであるから、搬送用アームが液体窒素５に接触することがない。このため、液体窒素５が搬送用アームに接触して不必要に蒸発することがないから、液体窒素５の消費量をより一層低減することができる。しかも、搬送用アームは、冷却され難くなるから、冷却槽の外を移動するときに霜が付着し難くなる。

この実施の形態による冷却槽本体２は、有底円筒状に形成されているため、周壁２ｂを断熱構造とするためにいわゆる真空引きを施しているにもかかわらず変形することがない。しかも、回転時の軌跡が一定になるから、蓋体３との気密を高く保つことが容易である。
この実施の形態による浸漬式冷却装置１は、冷却槽本体２の回転中心に液面検出用センサ３１が配設されているから、冷却槽本体２内の外周側に装填されたコンロッド８に液面検出用センサ３１が接触することを確実に防ぐことができる。

この実施の形態による浸漬式冷却装置１は、コンロッド大端部８ａに形成されたボルト挿通孔１１を位置決め用として利用しているから、専ら位置決めをするための穴を穿設するする場合に較べて、製造コストを低減することができる。
なお、この実施の形態では、冷却槽本体２にコンロッド８を装填してから冷却槽本体２が１回転した後に前記コンロッド８を取出す構成が採られているが、コンロッド８を装填した冷却槽本体２の回転数は適宜変更することができる。

上述した実施の形態では、ワークとしてエンジン用コンロッド８を使用する浸漬式冷却装置１を示したが、本発明に係る浸漬式冷却装置は、ある程度の長さをもつワークであればどのようなものでも冷却することができる。このようなワークの他の例としては、例えばいわゆる冷却曲げ法によって曲げられる自動二輪車用排気管を挙げることができる。この冷却曲げ法は、排気管を外管と内管とからなる二重管構造となるように形成し、前記外管と前記内管との間に氷を充填した状態で曲げることにより実施する。この場合は、前記外管と前記内管との間に水が充填された二重管構造の排気管をワークとして本発明に係る浸漬式冷却装置１に装填し、水を氷らせて曲げ加工前の排気管を形成する。

本発明に係る浸漬式冷却装置の要部を破断して示す正面図である。 本発明に係る浸漬式冷却装置の要部を破断して示す正面図である。 冷却槽の平面図である。 冷却槽本体の平面図である。 図３における冷却槽のV−V線断面図である。 ホルダーにコンロッドを保持させた状態を示す断面図である。

符号の説明

１…浸漬式冷却装置、２…冷却槽本体、３…蓋体、５…液化窒素、６…回転駆動装置、８…コンロッド、９…ホルダー、２２…ワーク出入口、２６…梁状部材、２７…支柱。

Claims (3)

1. 上方が開放する有底筒状に形成されて内部に冷媒を貯留する冷却槽本体と、この冷却槽本体の内部に固定されてワークを着脱自在に保持するホルダーと、このホルダーの上方にワーク出入口が形成されかつ前記冷却槽本体の上端部の開口を上方から覆う蓋体と、前記冷却槽本体を上下方向の軸線回りに回転させる回転駆動装置と、前記蓋体を前記冷却槽本体から上方へ離間させて静止した状態に支持する支持部材とを備え、
   前記ホルダーを冷却槽本体が回転する方向に沿わせて複数設け、前記回転駆動装置に前記ホルダーを蓋体のワーク出入口の下方に位置決めする位置決め手段を設けたことを特徴とする浸漬式冷却装置。
2. 請求項１記載の浸漬式冷却装置において、冷却槽本体を上下方向に移動させる昇降装置を備えてなる浸漬式冷却装置。
3. 請求項１または請求項２記載の浸漬式冷却装置において、冷媒を液体窒素とし、エンジン用コンロッドからなるワークを上下方向に長くなる状態で装填可能にホルダーを形成してなる浸漬式冷却装置。

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