(57)【要約】    【課題】  窒化ケイ素系セラミックスの耐熱衝撃性、強度を向上させ、使用時に熱衝撃により破壊することを防止できる電縫管製造用スクイズロールを提供する。    【解決手段】  電縫管を製造するのに用いるスクイズロールであって、電縫管素材と接触する少なくとも一部分が、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなり、該焼結体は常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする。また、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、アルミニウムの含有量が０．２重量％以下、酸素の含有量が５．０重量％以下であることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電縫管を製造するのに用いるスクイズロールであって、電縫管素材と接触する少なくとも一部分が、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなり、該焼結体は常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする電縫管製造用スクイズロール。
【請求項２】
前記窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、アルミニウムの含有量が０．２重量％以下、酸素の含有量が５．０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電縫管製造用スクイズロール。
【請求項３】
前記窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の電縫管製造用スクイズロール。
【請求項４】
前記スクイズロールの電縫管素材と接触するカリバ−肩部にＲ部または面取り部を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電縫管製造用スクイズロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電縫管の製造に用いるセラミックス製のスクイズロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯管や給水管、あるいは空調機器や冷蔵機器の熱交換器などに用いられる電縫管は、銅、黄銅、アルミニウム、ステンレスなどからなる金属の帯板状の素材を走行させつつ丸めて管状に形成し、高周波誘電溶接機や高周波抵抗溶接機などからなる溶接手段で素材の両端縁を連続的に繰り出しつつ溶接して造管成形される。溶接時には、誘導加熱コイルなどのワークコイルやフェライトコアなどを含む高周波誘電溶接機などでＣ字形状に丸められた素材の両端縁を加熱し、両端縁に集中的にジュール熱を発生させる。そして、素材はＣ字形状に丸められた状態で、左右一対に配置されたスクイズロール間を通過する際に加熱された両端縁が押されて突き合わされて溶接され管状に成形される。
【０００３】
電縫管製造用のスクイズロールは、中央部がくびれた糸巻き状の形態をなし、管素材との接触面となるロール面はその断面形状が、成形後の管の断面外形に対応した円弧状曲面に形成されている。スクイズロールは、高温に加熱された素材に高応力状態で接触、摺動することになるので、耐摩耗性はもちろんのこと摺動時の応力に十分耐える強度が要求される。また、高周波溶接した直後の位置に置かれているため、高温溶接ビードからの熱伝導と誘導加熱により高温になりやすく、十分な耐熱衝撃性も必要とされる。
【０００４】
特許文献１には、回転軸を含む断面において所定の半径の円弧をなす成形面を備えたセラミックス製スクイズロールにおいて、前記断面における成形面の一方のエッジを含む該エッジ寄り部位が、該エッジ方向に外拡がり状に形成されていることを特徴とするスクイズロールが記載されている。また、スクイズロールを構成するセラミックスとして、窒化ケイ素、アルミナ、炭化ケイ素などが列挙されている。
【０００５】
特許文献２には、スクイズロールが、４０〜７０重量％の窒化チタンと２０〜６０重量％の窒化ケイ素とを合計で含有し、その曲げ強度が１０００ＭＰａ以上であるセラミックス焼結材料により構成されることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１０３８１５号公報
【特許文献２】特開平１０−１９４８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スクイズロールを窒化ケイ素系セラミックス焼結体で形成することにより、耐摩耗性が向上する。しかしながら、従来の窒化ケイ素系セラミックスは、特に耐熱衝撃性、強度が未だ十分といえず、使用時に熱衝撃により破壊するおそれがあった。
【０００８】
したがって、本発明は、窒化ケイ素系セラミックスの耐熱衝撃性、強度を向上させ、使用時に熱衝撃により破壊することを防止できる電縫管製造用スクイズロール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】
【０００９】
本発明の電縫管製造用スクイズロールは、電縫管素材と接触する少なくとも一部分が、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなり、該焼結体は常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする。
【００１０】
前記本発明において、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、アルミニウムの含有量が０．２重量％以下、酸素の含有量が５．０重量％以下であることを特徴とする。また、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることを特徴とする。また、該スクイズロールの電縫管素材と接触するカリバ−肩部にＲ部または面取り部を設けることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、スクイズロールを形成する材料自体の熱伝導率を高めることにより、電縫管の製造工程において、昇温、冷却による熱がロールの表面を経て内部まで速く到達して耐熱衝撃性が高まる。従来の窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、常温における熱伝導率が高々３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるが、本発明における窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、焼結体中に不純物として存在するアルミニウムおよび酸素の含有量を低減することにより、好ましくは焼結体中のアルミニウムの含有量を０．２重量％以下、酸素の含有量を５．０重量％以下とすることにより、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上にすることができる。常温における熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるのがより好ましい。
【００１２】
窒化ケイ素系焼結体中に不純物として存在する異種イオン、特にアルミニウム、酸素はフォノン散乱源となり熱伝導率を低減させる。窒化ケイ素系焼結体は、窒化ケイ素粒子相とその周囲の粒界相とから構成され、アルミニウムおよび酸素はこれら二相にそれぞれ含有される。アルミニウムは、窒化ケイ素の構成元素であるケイ素のイオン半径に近いため窒化ケイ素粒子内に容易に固溶する。アルミニウムの固溶により窒化ケイ素粒子自身の熱伝導率が低下し、結果として焼結体の熱伝導率が著しく低下する。
【００１３】
また、焼結助剤として主に酸化物を添加するため、酸素の多くは粒界相成分として存在する。焼結体の高熱伝導化を達成するには、主相の窒化ケイ素粒子に比べて熱伝導率が低い粒界相の量を低減することが重要である。そこで、窒化ケイ素系セラミックス焼結体の表面において、窒化ケイ素系セラミックス焼結体を構成する窒化ケイ素粒子と粒界相の合計の面積率を１００％としたとき、窒化ケイ素粒子が面積率で７０〜９９．９％を占有することが望ましい。
【００１４】
さらに、機械的応力および衝撃に十分に耐えられるように、窒化ケイ素系セラミックス焼結体は、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることが望ましい。また、スクイズロールの電縫管素材と接触するカリバ−の肩部が角部であると成形される素材の表面に疵をつけることがある。これを防止するために、電縫管素材と接触するカリバ−の肩部に丸みを付与したＲ部または面取り部を設けることが望ましい。好ましくは、０．３ｍｍ以上のＲ部または０．３ｍｍ以上の面取り部を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に本発明の電縫管製造用スクイズロールを用いた電縫管製造工程の一例を示す。図１において、電縫管素材３は矢印方向に進行し、途中誘電コイル５によって加熱される。その後、対向する一対の電縫管製造用のスクイズロール１によって電縫管素材３は鋼管状に圧着成形される。該スクイズロール１は中央部がくびれた糸巻き状の形態をなし、電縫管素材３との接触面となるロール面２はその断面形状が、成形後の管の断面外形に対応した円弧状曲面（いわゆるカリバー）に形成される。このカリバーの終端部、すなわち肩部６に丸みを付与したＲ部または面取り部を形成させる。このようなスクイズロールを用いて、最終的な電縫管成形体４が製造される。
【００１６】
本発明の電縫管製造用スクイズロールは次のように作製した。まず、平均粒径０．５μｍの窒化ケイ素粉末に、焼結助剤として、平均粒径０．２μｍの酸化マグネシウム粉末を３．０重量％、平均粒径２．０μｍの酸化イットリウム粉末を３．０重量％添加し、適量の分散剤を加えエタノール中で粉砕、混合した。次いで、噴霧乾燥後、篩を通して造粒した後、ゴム型に充填し、静水圧により冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を行うことにより成形体を作製した。この成形体を１７００〜１９００℃の不活性ガス雰囲気中で所定時間焼成し、窒化ケイ素系セラミックス焼結体からなる電縫管製造用スクイズロールを得た。
【００１７】
また、前記本発明の窒化ケイ素系セラミックス焼結体から、直径１０ｍｍ×厚さ３ｍｍの熱伝導率および密度測定用の試験片、縦３ｍｍ×横４ｍｍ×長さ４０ｍｍの４点曲げ試験片を採取した。密度はＪＩＳ  Ｒ２２０５に基づいてアルキメデス法から求めた。相対密度はＪＩＳ  Ｒ２２０５に準拠したアルキメデス法により実測密度を求めこれを計算により算出した理論密度で除した値とした。熱伝導率はレーザーフラッシュ法ＪＩＳ  Ｒ１６１１に準拠して常温での比熱および熱拡散率を測定し熱伝導率を算出した。４点曲げ強度は常温にてＪＩＳ  Ｒ１６０１に準拠して測定を行った。
【００１８】
また、窒化ケイ素粒子の面積％は、焼結体をフッ化水素酸にて粒界ガラス相を溶出することにより、窒化ケイ素粒子を個々に取り出しＳＥＭ観察して求めた。窒化ケイ素系焼結体中のアルミニウム含有量は誘導プラズマ発光分析法（略称ＩＣＰ法）により、酸素含有量は赤外線吸収法により測定した。
【００１９】
本発明の電縫管製造用スクイズロールを形成する窒化ケイ素系焼結体は、相対密度が９９％、常温における熱伝導率が６８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、常温における４点曲げ強度が９００ＭＰａであった。また、窒化ケイ素系セラミックス焼結体を構成する窒化ケイ素粒子と粒界相の合計の面積率を１００％としたとき、窒化ケイ素粒子が面積率で９５％であった。さらに、窒化ケイ素系焼結体中のアルミニウムの含有量は０．０２重量％、酸素の含有量は０．５重量％であった。
【００２０】
本発明の電縫管製造用スクイズロールを用いて、昇温、冷却による熱衝撃を受ける実際の電縫管製造工程ラインにおいて試験した。その結果、耐摩耗性が良好であるとともに、強度も十分であり、熱伝導率が５０W／（ｍ・Ｋ）以上であるため使用時に熱衝撃によりロールが破壊する現象は全く見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の電縫管製造用スクイズロールによれば、高い熱伝導率を有する窒化ケイ素系材料でスクイズロールを構成することにより、スクイズロールが破壊し難く耐用寿命の長く、高品質な電縫管を安定して生産できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の電縫管製造用スクイズロールを用いた電縫管製造工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  スクイズロール、  ２  ロール面、  ３  電縫管素材、  ４  電縫管成形体、
５  誘電コイル、  ６  肩部
【図１】
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