JP2002167617A

JP2002167617A - ロール

Info

Publication number: JP2002167617A
Application number: JP2000362222A
Authority: JP
Inventors: Sadakichi Terajima; 定吉寺島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2002-06-11

Abstract

(57)【要約】【課題】線材を搬送する際、ロールに発生する熱応力を
簡単な構造で除去することができない。【解決手段】回転軸４と、該回転軸４に装着された金属
製の第１スリーブ２と、該第１スリーブ２に外装された
セラミック製の第２スリーブ３とから成るロール１であ
って、前記回転軸４で前記第１スリーブ２及び第２スリ
ーブ３の少なくとも一方端面側に羽根車５を取着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明に属する技術分野】本発明は、高温雰囲気で使用
されるロールに関し、伸線された線材の焼鈍処理工程や
熱間圧延する工程において使用されるロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鉄、銅および鉄合金等の金属
からなる線材や棒材等は、一般に圧延及び引抜き工程に
よって伸線された後、該線材を複数のロールで案内しな
がら焼鈍（以下アニールと称す）処理する工程を経て製
作されている。

【０００３】かかるロールは、図４に示すように金属製
の回転軸１２に耐摩耗性、強度に優れた酸化アルミニウ
ム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体等から成るセラ
ミック製のスリーブ１１を外装して構成されており、前
記ロールは高温雰囲気下で使用する際、金属から成る回
転軸１２と該回転軸１２に外装されたスリーブ１１との
間に両者の熱膨張係数の差に起因する熱応力が発生し、
該熱応力によってスリーブ１１に破損が生じるのを防止
するため、回転軸１２の内部には冷却水を流入させる流
路１３が、また回転軸１２とスリーブ１１間には緩衝材
１４が配されている。

【０００４】前記ロールは、その回転にともなってスリ
ーブ１１の外周面上を線材が搬送されるようになってお
り、回転軸１２とスリーブ１１との間に発生する熱応力
は流路１３を通過する冷却水で回転軸１２とスリーブ１
１を冷やすことによって小さくされるとともに、この小
さな熱応力を緩衝材１４によって吸収し、スリーブ１１
に破損等が発生しないように仕組まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ロールは冷却水等の冷却媒体を流路１３より漏れないよ
うにするため流路１３の取り付け部分に特殊なシール構
造が必要となり、かかるシール構造は複雑で、量産性に
欠け、製造コストが高くなるという欠点を有していた。

【０００６】また、線材をアニール処理する際、線材自
体に電流を流す場合があるが、冷却水等の冷却媒体が漏
れている場合、漏れた冷却媒体が線材と接触することに
よって漏電し、線材に対し所定のアニール処理ができな
いという危険性を有していた。

【０００７】本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的はロールの回転軸とセラミック製のスリー
ブとの間に発生する熱応力を簡単な構造で有効に除去
し、セラミック製のスリーブの破損を有効に防止するこ
とができるとともに線材に対し確実にアニール処理等が
できるロールを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸と、該
回転軸に装着された金属製の第１スリーブと、該第１ス
リーブに外装されたセラミック製の第２スリーブとから
成るロールであって、前記回転軸で前記第１スリーブ及
び第２スリーブの少なくとも一方端面側に羽根車が取着
されていることを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明は、第２スリーブの外周面が
算術平均粗さ（Ｒａ）で０．４μｍ〜１μｍであること
を特徴とするものである。

【００１０】本発明のロールによれば、第１スリーブ及
び第２スリーブの一方端面側に位置する回転軸に羽根車
を取着したことから、ロールを回転させて線材を搬送す
る際、ロールの回転にともなう羽根車の回転によって回
転軸と第１スリーブとの間に空気が送り込まれ、この送
り込まれた空気により、回転軸、第１スリーブ及び第２
スリーブが良好に冷却されて、回転軸と第１スリーブと
の間及び第１スリーブと第２スリーブとの間に大きな熱
応力が発生することはなく、その結果、セラミック製の
第２スリーブに破損等が発生するのが有効に防止され、
線材を長期間にわたり良好に搬送することができる。

【００１１】また、本発明のロールによれば、回転軸、
第１スリーブ及び第２スリーブの冷却が羽根車による空
気の送り込みによって行われ、羽根車の構造及び羽根車
の回転軸への取り付けは極めて簡単であり、製品として
のロールは量産性に富み、製造コストを低いものとして
安価となすことができる。

【００１２】更に、本発明のロールによれば、回転軸、
第１スリーブ及び第２スリーブの冷却を羽根車による空
気の送り込みによって行うこと、且つ冷却水等の冷却媒
体は一切使用されず、その結果、線材に電流を流してア
ニール処理をする場合、線材に冷却水等の冷却媒体が接
触して漏電することはなく、線材に所定のアニール処理
をすることができる。

【００１３】また更に、本発明のロールによれば、第２
スリーブの外周面を算術平均粗さ（Ｒａ）で０．４μｍ
〜１μｍの範囲にしたことから、線材がロールの表面と
円滑に接触し、線材に損傷が生じたり、ロールの表面を
滑って搬送されにくくなるのを有効に防止することがで
きる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１（ａ）は本発明のロールの一実施形態
を示す斜視図であり、図１（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ
線断面図である。

【００１６】本発明のロールは、図１（ａ）、（ｂ）に
示すように回転軸４と、該回転軸４に装着された金属製
の第１スリーブ２と、該第１スリーブ２に外装されたセ
ラミック製の第２スリーブ３と、前記第１スリーブ２及
び第２スリーブ３の端面側に配置された羽根車５とから
構成されている。

【００１７】前記回転軸４は、ロール１を回転させ、且
つ後述する羽根車５の中心軸として作用し、炭素鋼、合
金鋼、ステンレス鋼等の金属から成り、例えばこれら鋼
材を円柱状に切削加工等を施すことによって製作され
る。

【００１８】また、前記回転軸４の外周には第１スリー
ブ２が装着されており、該第１スリーブ２は、後述する
セラミック製の第２スリーブ３の芯材として作用し、機
械構造用の炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼及び
超合金等の高強度の鋼材から成り、例えば炭素鋼等から
成る鋼材を所定形状に切削加工することによって製作さ
れる。

【００１９】なお、前記回転軸４の表面と第１スリーブ
２の内面との間には一定の空間が形成されており、該空
間内には後述する羽根車５の回転にともなって空気が送
り込まれるようになっている。

【００２０】更に、前記第１スリーブ２には第２スリー
ブ３が外装されており、該第２スリーブ３は、ロール１
の機械的強度、耐摩耗性を強くし、長期間の使用に供す
ることができるようにするため、且つ線材に電流を流し
てアニール処理する際、第２スリーブ３の外周面上を搬
送される線材との間に電気絶縁性をもたすため、酸化ア
ルミニウム質焼結体や酸化ジルコニウム質焼結体、炭化
珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体等のセラミックで形成
されている。

【００２１】なお、前記第２スリーブ３が酸化アルミニ
ウム質焼結体から成る場合、例えば、酸化アルミニウム
（Ａｌ２Ｏ３）を９０重量％〜９９．９重量％に対し、
焼結助剤として酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウ
ム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）を合計で０．
１重量％〜１０重量％添加、混合して、所望の形状に成
形した後、大気雰囲気中や真空雰囲気中にて１５００℃
〜１８００℃の温度で焼成したものや、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ２Ｏ３）９３重量％〜９９重量％に対し、酸化
イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化セリウム（Ｃｅ
Ｏ２）等の安定化剤で安定化あるいは部分安定化された
酸化ジルコニウムを１重量％〜７重量％添加して、周知
のＣＩＰ成形法（冷間静水圧プレス成形法）、一軸加圧
成形法、押出し成形法、射出成形法等によって所定形状
に成形した後、大気雰囲気中あるいは水素雰囲気中や窒
素雰囲気中にて１５００℃〜１７００℃の温度で焼成し
たもの、あるいは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）６０
重量％〜８０重量％に対し、炭化チタン（ＴｉＣ）を４
０重量％〜２０重量％添加して、上述と同様な成形方法
によって所定形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは
減圧雰囲気下にて１３００℃〜２０００℃の温度で焼成
し、ダイヤモンドツールにて表面に研削加工を施すこと
によって製作される。

【００２２】また、前記第２スリーブ３を酸化アルミニ
ウム質焼結体等のセラミックスで形成した場合、セラミ
ックスの硬度をビッカース硬度（Ｈｖ１）で１０００以
上の高硬度とすることができ、また３点曲げ抗折強度１
４７ＭＰａ〜１７６５ＭＰａ、破壊靱性値（Ｋ１ｃ）３
ＭＰａ・ｍ１／２〜７ＭＰａ・ｍ１／２の高強度、高靱
性とし、更にヤング率が１０ＧＰａ以上のものとなり、
ローラー１の機械的強度、耐摩耗性を強くして長期間の
使用が可能となる。

【００２３】前記第２スリーブ３は、またその外周面を
算術平均粗さ（Ｒａ）で０．４μｍ〜１μｍの範囲とし
ておくことが好ましい。この外周面を算術平均粗さ（Ｒ
ａ）で０．４μｍ未満とすると、線材が第２スリーブ３
の外周面を滑りやすくなってしまい、一方、算術平均粗
さ（Ｒａ）で１μｍを超えると、線材の表面に傷が付き
やすくなる。従って、第２スリーブ３の外周面が算術平
均粗さ（Ｒａ）で０．４μｍ〜１μｍの範囲としておく
と、ロール１の回転にともなって第２スリーブ３の外周
面上を線材が円滑に摺接することができる。

【００２４】更に、前記第２スリーブ３は前記第１スリ
ーブ２の外周に嵌合され、第１スリーブ２の両端をフラ
ンジの形状として第２スリーブ３を挟み込むように配置
されている。

【００２５】また更に、第１スリーブ２に設けられたフ
ランジと第２スリーブ３との間には板バネ、スプリング
座金、耐熱性樹脂のパッキン等の緩衝材を介しておくこ
とによって、ロール１の使用時に熱が加わり、第１スリ
ーブ２が熱膨張しても、その寸法変化を吸収することが
できる。

【００２６】前記回転軸４で前記第１スリーブ２及び第
２スリーブ３の両端面側の位置には、一対の羽根車５が
取着されており、該羽根車５は第１スリーブ２の内部に
空気を送り込み、回転軸４、第１スリーブ２及び第２ス
リーブ３を冷却する作用を成す。

【００２７】前記羽根車５は、炭素鋼、合金鋼、ステン
レス鋼等の金属から成り、これら鋼材を打ち抜き加工や
切削加工等によって所定形状に加工することによって製
作される。

【００２８】また、前記羽根車５は、図１に示すように
前記回転軸４で第１スリーブ２及び第２スリーブ３の端
面側に溶接によって接合される。

【００２９】更に、前記羽根車５は、羽根の枚数が２枚
以上であれば機能するが、好ましくは３枚以上の羽根を
等間隔に配置するとともにロール１の回転時に第１スリ
ーブ２内に一通方向に空気の流れが生じるように取り付
けることが重要であり、ロール１自体の強度を大きくす
るとともに第１スリーブ２内に充分に空気を送り込むこ
とができる。

【００３０】そして前記羽根車５は、ロール１を回転さ
せて線材を搬送する際、ロール１の回転にともなって回
転軸４を中心に羽根車５が回転し、回転軸４と第１スリ
ーブ２との間に空気が送り込まれ、この送り込まれた空
気により、回転軸４、第１スリーブ２、第２スリーブ３
が良好に冷却されて回転軸４と第１スリーブ２との間及
び第１スリーブ２と第２スリーブ３との間に大きな熱応
力が発生することはなく、その結果、第２スリーブ３に
破損等が発生するのが有効に防止されて、線材を長期間
にわたり良好に搬送することができる。

【００３１】次に、上述のロール１を用いて線材をアニ
ール処理する工程を図３に基づいて説明する。

【００３２】例えば、Ｃｕ線材で伸線加工された線材は
加工硬化を起こしているため、次の伸線工程にそのまま
進むことができない。そこで線材をアニール処理して軟
化、調質する必要がある。このアニール処理のための装
置は、送線ドラム６と、巻線ドラム９と、該送線ドラム
６及び巻線ドラム９との間に配置された一対のロール１
と、該一対のロール１との間に配置された通電端子８ａ
及び８ｂとから構成されており、送線ドラム６に巻回さ
れた線材７を一方のロール１、一対の通電端子８ａ、８
ｂ、他方のロール１上を順次搬送させ、最終的に巻線ド
ラム９に巻回するようになっている。

【００３３】前記送線ドラム６に巻回されている線材７
は一対のロール１上に搬送される際、その途中で一対の
通電端子８ａ、８ｂに接触し、一対の通電端子８ａ、８
ｂ間に位置する線材７に電流が流れ、線材７を該線材７
の保有する抵抗によって５００℃〜６００℃程度に発熱
させることによってアニール処理が行われる。

【００３４】なお、ロール１はモーター等によって回転
軸４を中心に回転させるが、線材の送り速度に従って、
線材とロール１の外周面との摩擦力によって回転させて
もよい。

【００３５】また、ここでは線材７に直接電流を流し、
電気抵抗によって発熱させてアニール処理する方法につ
いて述べたが、巻線ドラム９に巻き取られた線材７を直
接炉の中に投入しアニール処理する方法（バッチ炉方
式）、或いは高温に保たれた槽の中を通過させてアニー
ル処理する方法等がある。

【００３６】なお、本発明のロール１は上述の実施形態
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実
施形態では、羽根車５を回転軸４で第１スリーブ２の両
端面に取着したが、第１スリーブ２の一方端面側にのみ
配置しておいてもよい。また、第１スリーブ２と第２ス
リーブ３との間に樹脂等からなる緩衝材を配置させても
よい。この場合、第１スリーブ２と第２スリーブ３との
間に発生する小さな熱応力を緩衝材が吸収して第２スリ
ーブ３の破損等の防止をより一層有効となすことができ
る。

【００３７】

【実施例】次に本発明の実施例を以下に述べる。（実施例１）先ず、図１に示すように、ステンレス鋼か
ら成る回転軸に、一定の間隔を有してステンレス鋼から
成る第１スリーブを、該第１スリーブに酸化アルミニウ
ム質焼結体及び酸化ジルコニウム質焼結体から成る第２
スリーブを外装し、前記回転軸で、前記第１スリーブの
両端面側又は一方端面側（空気の入口側）に４枚の羽根
からなる羽根車をそれぞれ設けたロールの試料（Ｎｏ．
１〜４）を準備する。

【００３８】また、比較例として上述と同様に第１スリ
ーブをステンレス鋼から、第２スリーブを酸化アルミニ
ウム質焼結体及び酸化ジルコニウム質焼結体からそれぞ
れ形成し、羽根車を取着しないロールの試料（Ｎｏ．
５、６）を準備した。

【００３９】なお、回転軸の直径は２５ｍｍ、ロールの
外径は１５０ｍｍ、長手方向の長さは３００ｍｍとす
る。

【００４０】前記各ロール試料を図３に示すようなアニ
ール処理の工程に用いて、Ｃｕ線材を５００℃〜６００
℃の範囲で暖め、１時間連続使用した後、第１スリーブ
の内面の表面温度を接触温度計で測定し、その平均温度
を求めた。

【００４１】その結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１から明らかなように、第１スリーブの
両端面側若しくは一方端面側に羽根車を取着した試料
（Ｎｏ．１〜４）は、第１スリーブの内面の表面温度が
７０〜７９℃であったのに対し、羽根車を配置していな
い試料（Ｎｏ．５、６）は、表面温度が１５４〜１６８
℃となり、羽根車を取着した試料に比し２倍程度の高温
となって、第１スリーブの熱膨張によって第２スリーブ
にクラックが発生したことが判った。

【００４４】

【発明の効果】本発明のロールによれば、第１スリーブ
及び第２スリーブの一方端面側に位置する回転軸に羽根
車を取着したことから、ロールを回転させて線材を搬送
する際、ロールの回転にともなう羽根車の回転によって
回転軸と第１スリーブとの間に空気が送り込まれ、この
送り込まれた空気により、回転軸、第１スリーブ、第２
スリーブが良好に冷却されて回転軸と第１スリーブとの
間及び第１スリーブと第２スリーブとの間に大きな熱応
力が発生することはなく、その結果、セラミック製の第
２スリーブに破損等が発生するのが有効に防止されて、
線材を長期間にわたり良好に搬送することができる。

【００４５】また、本発明のロールによれば、回転軸、
第１スリーブ及び第２スリーブの冷却が羽根車による空
気の送り込みによって行われ、羽根車の構造及び羽根車
の回転軸への取り付けは極めて簡単であり、製品として
のロールは量産性に富み、製造コストを低いものとして
安価となすことができる。

【００４６】更に、本発明のロールによれば、回転軸、
第１スリーブ及び第２スリーブの冷却を羽根車による空
気の送り込みによって行うこと、且つ冷却水等の冷却媒
体は一切使用されず、その結果、線材に電流を流してア
ニール処理をする場合、線材に冷却水等の冷却媒体が接
触して漏電することはなく、線材に所定のアニール処理
をすることができる。

【００４７】また更に、本発明のロールによれば、第２
スリーブの外周面を算術平均粗さ（Ｒａ）で０．４μｍ
〜１μｍの範囲にしたことから、線材がロールの表面と
円滑に接触し、線材に損傷が生じたり、ロールの表面を
滑って搬送されにくくなるのを有効に防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明のロールの一実施形態を示す斜
視図であり、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【図２】本発明のロールを用いたアニール処理を示す概
略図である。

【図３】従来のロールの一実施形態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１：ロール２：第１スリーブ３：第２スリーブ４：回転軸５：羽根車６：送線ドラム７：線材８ａ，８ｂ：通電端子９：巻取りドラム１１：スリーブ１２：回転軸１３：流路１４：緩衝材

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年１２月１８日（２０００．１２．
１８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】かかるロールは、図３に示すように金属製
の回転軸１２に耐摩耗性、強度に優れた酸化アルミニウ
ム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体等から成るセラ
ミック製のスリーブ１１を外装して構成されており、前
記ロールは高温雰囲気下で使用する際、金属から成る回
転軸１２と該回転軸１２に外装されたスリーブ１１との
間に両者の熱膨張係数の差に起因する熱応力が発生し、
該熱応力によってスリーブ１１に破損が生じるのを防止
するため、回転軸１２の内部には冷却水を流入させる流
路１３が、また回転軸１２とスリーブ１１間には緩衝材
１４が配されている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】なお、前記第２スリーブ３が酸化アルミニ
ウム質焼結体から成る場合、例えば、酸化アルミニウム
（Ａｌ₂Ｏ₃）を９０重量％〜９９．９重量％に対し、焼
結助剤として酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化マグネシウム
（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）を合計で０．１
重量％〜１０重量％添加、混合して、所望の形状に成形
した後、大気雰囲気中や真空雰囲気中にて１５００℃〜
１８００℃の温度で焼成したものや、酸化アルミニウム
（Ａｌ₂Ｏ₃）９３重量％〜９９重量％に対し、酸化イッ
トリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸
化カルシウム（ＣａＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）等
の安定化剤で安定化あるいは部分安定化された酸化ジル
コニウムを１重量％〜７重量％添加して、周知のＣＩＰ
成形法（冷間静水圧プレス成形法）、一軸加圧成形法、
押出し成形法、射出成形法等によって所定形状に成形し
た後、大気雰囲気中あるいは水素雰囲気中や窒素雰囲気
中にて１５００℃〜１７００℃の温度で焼成したもの、
あるいは酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）６０重量％〜８
０重量％に対し、炭化チタン（ＴｉＣ）を４０重量％〜
２０重量％添加して、上述と同様な成形方法によって所
定形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは減圧雰囲気
下にて１３００℃〜２０００℃の温度で焼成し、ダイヤ
モンドツールにて表面に研削加工を施すことによって製
作される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】また、前記第２スリーブ３を酸化アルミニ
ウム質焼結体等のセラミックスで形成した場合、セラミ
ックスの硬度をビッカース硬度（Ｈｖ１）で１０００以
上の高硬度とすることができ、また３点曲げ抗折強度１
４７ＭＰａ〜１７６５ＭＰａ、破壊靱性値（Ｋ_IC）３Ｍ
Ｐａ・√ｍ〜７ＭＰａ・√ｍの高強度、高靱性とし、更
にヤング率が１０ＧＰａ以上のものとなり、ローラー１
の機械的強度、耐摩耗性を強くして長期間の使用が可能
となる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】次に、上述のロール１を用いて線材をアニ
ール処理する工程を図２に基づいて説明する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】前記各ロール試料を図２に示すようなアニ
ール処理の工程に用いて、Ｃｕ線材を５００℃〜６００
℃の範囲で暖め、１時間連続使用した後、第１スリーブ
の内面の表面温度を接触温度計で測定し、その平均温度
を求めた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸と、該回転軸に装着された金属製の
第１スリーブと、該第１スリーブに外装されたセラミッ
ク製の第２スリーブとから成るロールであって、前記回
転軸で前記第１スリーブ及び第２スリーブの少なくとも
一方端面側に羽根車が取着されていることを特徴とする
ロール。
【請求項２】前記第２スリーブの外周面が算術平均粗さ
（Ｒａ）で０．４μｍ〜１μｍであることを特徴とする
請求項１に記載のロール。