(57)【要約】【課題】  搬送されるワークが側面と当接するよう構成された柱状体において、過酷なワークの加工条件に対しても、十分に満足できる耐摩耗性が得られるものを提供すること。【解決手段】  矯正ロール１１は、軸１１１と、軸１１１を起点とする所定の曲率半径１１２にて形成される側面１１３とを備える。このように矯正ロール１１が構成されることで、軸１１１を中心に回転可能かつ、側面１１３においてワークと当接可能となっている。これにより、側面１１３からワークＷに応力が作用し、ワークＷの矯正がなされる。更に、矯正ロール１１は、炭窒化チタン粉体を含む母材と、ニッケル‐クロム‐鉄合金粉体の助剤とを焼結することで得られる炭窒化チタン焼結体により構成される。このように構成される矯正ロール１１によれば、矯正ロール１１の側面１１３を含む全体に亘り、耐磨耗性が格段に向上し得る。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、前記軸を起点とする所定の曲率半径にて形成される側面とを備え、
前記軸を中心に回転可能かつ、前記側面において帯状又は線状のワークと当接可能に構成されるとともに、
前記ワークの前記側面との相対移動に伴い、前記側面および前記ワークの間に摩擦が発生するとともに、前記側面から前記ワークに応力が作用するよう構成された柱状体であって、
炭窒化チタン粉体を含む母材と、少なくとも鉄を含む合金粉体を含む助剤とを焼結することで得られる炭窒化チタン焼結体により構成される柱状体。
【請求項２】
請求項１に記載の柱状体において、
前記助剤に含まれる合金粉体は、
ニッケル‐クロム‐鉄合金粉体である柱状体。
【請求項３】
請求項１に記載の柱状体において、
前記助剤に含まれる合金粉体は、
ニッケル‐モリブデン‐鉄合金粉体である柱状体。
【請求項４】
請求項１に記載の柱状体において、
前記助剤に含まれる合金粉体は、
銅‐鉄合金粉体である柱状体。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の柱状体において、
前記炭窒化チタン焼結体の焼結に際し、
前記母材及び前記助剤の全量に対して、前記助剤の重量比が４〜４０重量％の範囲となるよう調整される柱状体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークが回転方向に搬送されるよう構成された柱状体に関する。
【背景技術】
【０００２】
帯状又は線状のワークを搬送したり、そのワークを巻取るためには、通常、ロールが用いられる場合が多い。ロールは、一般的に、軸と、断面が円形を呈するよう側面とを備え、円柱形状をなす。ロールは、軸を中心に回転可能かつ、側面において上記ワークと当接可能に構成される。所定の手法に基づき、上記ワークが搬送されることで、ワークと側面とが相対移動する。これにより、側面からワークに応力が作用するようになっている。この結果、上記ワークが回転方向に搬送されたり、上記ワークが側面に沿って矯正されるようになっている。
【０００３】
上記ワークの前記側面との相対移動に伴い、側面およびワークの間に摩擦が発生する。従って、上述のロールには、通常、耐摩耗性が要求される。この観点から、例えば、下記特許文献１においては、ロールを構成する材料に特徴をもたせる旨が、開示されている。この特許文献１にかかるロール材料には、セラミック焼結材料が用いられる。このセラミック焼結材料は、０〜７０重量％のＴｉＮと、２０〜６０重量％のＳｉ３Ｎ４とを含有する。これにより、従来の超硬合金等で構成されたロールに比して、より良好な耐摩耗性が達成され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０‐１９４８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年の高度な加工要求に対し、ワークの加工条件がより過酷なものとなってきている。特に、高温での熱間加工や、ワークの硬度が大きい場合（即ち、矯正のために必要な応力がより大きい場合）、また、ワークの搬送速度が大きい場合等の過酷な条件においては、柱状体（例えばロール）の磨耗が従来よりも促進される可能性が高い。このため、耐摩耗性の更なる高度化が要求されている。上述の特許文献１に記載のロールであっても、その要求に対して、十分に満足できる耐摩擦性が得られていない。
【０００６】
以上を鑑み、本発明の目的は、ワークが回転方向に搬送されるよう構成された柱状体において、過酷なワークの加工条件に対しても、十分に満足できる耐摩耗性が得られるものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる柱状体は、軸と、前記軸を起点とする所定の曲率半径にて形成される側面とを備える。本発明にかかる柱状体の特徴は、前記軸を中心に回転可能かつ、前記側面において帯状又は線状のワークと当接可能に構成されるとともに、前記ワークの前記側面との相対移動に伴い、前記側面および前記ワークの間に摩擦が発生するとともに、前記側面から前記ワークに応力が作用するよう構成され、炭窒化チタン粉体を含む母材と、少なくとも鉄を含む合金粉体を含む助剤とを焼結することで得られる炭窒化チタン焼結体により構成されることにある（請求項１）。
【０００８】
ここにおいて、「柱状体」は、軸と、曲率半径との間で任意の比率を有していればよく、例えば、軸長が曲率半径よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。また、この柱状体は、軸方向に中抜き構造を呈していてもよい（この場合、筒形状やリング形状となる）し、完全な中実構造であってもよい。また、「柱状体」は、「軸を中心に回転可能」に構成されていればよく、例えば、外力を印加することなく、ワークの移動に伴い自発的に回転可能となっていてもよい。この場合、上記発生する摩擦が小さいと予測される場合には、軸中心の回転が発生しない形態を採用してもよい。また、これに代えて、外力を印加して、柱状体を積極的に回転させてもよい。
【０００９】
ここにおいて、「側面」は、軸を起点として所定の曲率半径で形成される。この曲率半径は、一定値でもよいし、徐々に変化するよう構成されてもよい。即ち、この側面は、全て曲面で構成される。より具体的には、この柱状体の軸直行方向に沿う断面形状は、例えば、円形状、楕円形状等、その外周が曲線であればよく、これらに限定されない。
【００１０】
本発明にかかる柱状体においては、前記助剤に含まれる合金粉体として、例えば、ニッケル‐クロム‐鉄合金粉体が用いられ得る（請求項２）。この場合、この合金粉体において、ニッケルの含有率、クロムの含有率、及び鉄の含有率が、１５〜６０重量％、１８〜３５重量％、及び３０〜８０重量％の範囲となるようそれぞれ調整されると、より好適である。
【００１１】
本発明にかかる柱状体においては、前記助剤に含まれる合金粉体として、例えば、ニッケル‐モリブデン‐鉄合金粉体が用いられ得る（請求項３）。この場合、この合金粉体において、ニッケルの含有率、モリブデンの含有率、及び鉄の含有率が、１５〜６０重量％、０．０１〜５重量％、及び１５〜６０重量％の範囲となるようそれぞれ調整されると、より好適である。
【００１２】
本発明にかかる柱状体においては、前記助剤に含まれる合金粉体として、例えば、銅‐鉄合金粉体が用いられ得る（請求項４）。この場合、この合金粉体において、銅の含有率、及び鉄の含有率が、１〜４０重量％、及び２０〜８０重量％の範囲となるようそれぞれ調整されると、より好適である。
【００１３】
本発明にかかる柱状体においては、前記炭窒化チタン焼結体の焼結に際し、前記母材及び前記助剤の全量に対して、前記助剤の重量比が４〜４０重量％の範囲となるよう調整されると好適である（請求項５）。また、炭窒化チタン焼結体の焼結に際し、温度が１３００〜１６００度の範囲となるよう調整されるとより好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる柱状体によれば、構成材料として炭窒化チタン焼結体が用いられる。この焼結体の焼結に際しては、助剤として上述の合金粉末が用いられる。これにより、焼結体中において、合金組成の金属の偏在が抑制され得る。この結果、焼結体中にボイドが発生することが抑制され、柱状体の側面を含む全体に亘り、耐磨耗性が格段に向上し得る。従って、本発明によれば、過酷なワークの加工条件に対しても、十分に満足できる耐摩耗性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態にかかる柱状体を、伸線加工に適用した場合のシステムを示す図である。
【図２】図１に示す矯正ロールの斜視図である。
【図３】図１に示すガイドロールの斜視図である。
【図４】図１に示す矯正ロールおよびガイドロールの耐磨耗性を説明するための図である。
【図５】本実施形態の変形例にかかる柱状体（矯正ロール）の斜視図である。
【図６】本実施形態の変形例にかかる柱状体を、伸線加工に適用した場合のシステムを示す図である。
【図７】本実施形態の変形例にかかる柱状体（矯正ロール）の斜視図である。
【符号の説明】
【００１６】
１１      矯正ロール
１１１    軸
１１２    曲率半径
１１３    側面
１１３ａ  溝部
１２      ガイドロール
１２１    軸
１２２    曲率半径
１２３    側面
１３      矯正ロール
１３１    軸
１３２    曲率半径
１３３    側面
Ｗ        ワーク
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による柱状体の実施形態について説明する。本発明の実施形態にかかる柱状体は、伸線加工に適用される。以下、伸線加工システム１０と、矯正ロール１１およびガイドロール１２について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
＜伸線加工システム＞
図１は、本実施形態にかかる柱状体を、伸線加工に適用した場合のシステムを示す図である。伸線加工システム１０は、線状のワークＷ（単芯の鉄線や、縒り鉄線など）に、所定の伸線加工を施すようになっている。この伸線加工システム１０は、少なくとも矯正プロセスと、伸線プロセスと、搬送プロセスとに大別される。
【００１９】
矯正プロセスでは、コイル状に束ねられていた線状のワークＷが矯正されるようになっている。ワークＷは、図示上右端部より、複数の矯正ロール１１（柱状体に相当）を介し、左方向に搬送されていく。複数の矯正ロール１１は、各矯正ロール１１の側面が相互に離間するよう、かつ、ワークＷが、これらの側面に当接するように配設される。この配置（矯正ロール１１間の間隔など）は、各矯正ロール１１のワークＷに作用させるモーメントに基づいて、調整されるようになっている。
【００２０】
図２は、本実施形態にかかる柱状体に相当する矯正ロール１１の斜視図である。この矯正ロール１１は、軸１１１と、軸１１１を起点とする所定の曲率半径１１２にて形成される側面１１３とを備える。この曲率半径１１２は一定であり、矯正ロール１１の断面は、円形を呈している。また、矯正ロール１１は、軸１１１と同軸的に中抜き構造となっており、円筒に構成されている。なお、本例では、曲率半径１１２は、軸１１１の長さより大きい。このように矯正ロール１１が構成されることで、軸１１１を中心に回転可能かつ、側面１１３においてワークＷと当接可能となっている。
【００２１】
伸線プロセスでは、矯正プロセスを経たワークＷが伸線されるようになっている。本例では、図示しないダイスを用い、ワークＷを伸延しつつその線断面形状を一定のものとする。このダイスによる伸線については、周知の技術を適用するため詳細を省略する。
【００２２】
搬送プロセスでは、伸線プロセスを経たワークＷが搬送されるようになっている。図１に示すように、複数のガイドロール１２（柱状体に相当）は、ワークＷが、これらの側面に当接するように配設される。この配置（ガイドロール１２間の間隔など）は、上述の矯正ロールと同様、各ガイドロール１２のワークＷに作用させるモーメントに基づいて、調整されるようになっている。
【００２３】
図３は、本実施形態にかかる柱状体に相当するガイドロール１２の斜視図である。このガイドロール１２は、軸１２１と、軸１２１を起点とする所定の曲率半径１２２にて形成される側面１２３とを備える。この曲率半径１２２は一定であり、ガイドロール１２の断面は、円形を呈している。また、ガイドロール１２は、軸１２１と同軸的に中抜き構造となっており、円筒に構成されている。なお、本例では、軸１２１の長さは、曲率半径１２２より大きい。このようにガイドロール１２が構成されることで、軸１２１を中心に回転可能かつ、側面１２３においてワークＷと当接可能となっている。
【００２４】
この伸線加工システム１０によれば、矯正プロセスにおいては、ワークＷが搬送されることで、ワークＷは、各矯正ロール１１の側面１１３に対し相対移動することになる。このとき、各側面１１３からワークＷに応力が作用する。これに基づいて、ワークＷが回転方向に搬送されながら直線状に矯正される。これと同時に、各側面１１３およびワークＷの間に摩擦が発生する。搬送プロセスにおいては、ガイドロール１２の軸１２１を中心とした回転に応じて、側面１２３・ワークＷ間に摩擦力が発生する。これに基づいて、ワークＷが回転方向に搬送されていき、次のプロセス処理がなされる。以上が、伸線加工システム１０の説明である。
【００２５】
＜ロール材料＞
上述のように、伸線加工システム１０の矯正ロール１１およびガイドロール１２においては、側面１１３および側面１２３に摩擦が発生する。このような伸線加工においては、従来に比して、そのワークＷの加工条件がより過酷なものとなってきている。特に、高温での熱間加工や、ワークＷの硬度が大きい場合（即ち、矯正のために必要な応力がより大きい場合）、また、ワークＷの搬送速度が大きい場合等の過酷な条件においては、従来の材料を用いた場合、矯正ロール１１及びガイドロール１２の磨耗が、促進される可能性が高い。このため、ロール材料において、耐摩耗性の更なる高度化が要求される。
【００２６】
上述の観点から、本実施形態にかかる矯正ロール１１およびガイドロール１２には、それぞれ下記の焼結材料が用いられる。矯正ロール１１およびガイドロール１２は、炭窒化チタン焼結体により構成される。本例では、この炭窒化チタン焼結体としては、母材（炭窒化チタン粉体および炭化チタン粉体）と、助剤（ニッケル‐クロム‐鉄合金）とを焼結することで得たものを用いる。より具体的には、炭窒化チタン（ＴｉＣ０．７Ｎ０．３）粉体を６４重量％、炭化チタン粉体を３０重量％、およびニッケル‐クロム‐鉄合金粉体を６．０重量％として混合した。助剤のニッケル‐クロム‐鉄合金としては、組成が、重量比で１８：２５：５７となっているものを用いた。次いで、その混合粉を、上述の矯正ロール１１およびガイドロール１２の形状となるようニアネットシェイプにて焼結した。なお、焼結時の温度を１４６０℃、保持時間を１時間とした。
【００２７】
図４は、本実施形態の矯正ロール１１およびガイドロール１２の耐磨耗性を説明するための図である。この図は、実施例（本実施形態の矯正ロール１１）、比較例１、および比較例２の３つの比磨耗量を比較している。ここにおいて、「比磨耗量」は、３つの例における形状・面圧・すべり距離を同一とした場合において測定したものであり、比較例２の比磨耗量を「１００」とした場合の相対値である。即ち、実施例および比較例１，２では、それぞれ材料のみが異なっている。実施例の材料は、上述のように得られた炭窒化チタン焼結体である。他方、比較例１および比較例２の材料は、それぞれ窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）および合金工具鋼鋼材（ＪＩＳ‐ＳＫＤ１１）である。この実施例の比磨耗量は、従来用いられていた材料である比較例１，２の比磨耗量に比して、格段に小さい。なお、本実施形態のガイドロール１２の形状とした場合であっても、比磨耗量の大小関係は、上述のものと同様であった。以上が、ロール材料についての説明である。
【００２８】
以上説明した通り、本発明の実施形態による矯正ロール１１およびガイドロール１２によれば、構成材料として炭窒化チタン焼結体が用いられる。この焼結体の焼結に際しては、助剤としてニッケル‐クロム‐鉄合金粉体が用いられる。これにより、焼結体中において、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅの各金属の偏在が抑制され得る。この結果、焼結体中にボイドが発生することが抑制され、矯正ロール１１の側面１１３を含む全体、および、ガイドロール１２の側面１２３を含む全体に亘り、耐磨耗性が格段に向上し得る。従って、過酷なワークの加工条件に対しても、十分に満足できる耐摩耗性が得られる。
【００２９】
本発明による柱状体（矯正ロール１１およびガイドロール１２）においては、上記に限定されることなく、本発明の範囲内にて種々形態を採用することができる。以下、上記実施形態の変形例について説明する。
【００３０】
上記実施形態においては、上記炭窒化チタン焼結体の母材として、炭窒化チタン粉体６４重量％および炭化チタン粉体３０重量％を用いていたが、母材として少なくとも炭窒化チタン粉体が含有されていればよく、その含有比率は任意としてもよい。また、炭化チタン粉体に代えて、窒化チタン粉体が用いられてもよい。更に、タンタル粉体、酸化タンタル粉体、およびタンタルカーバイド粉体の中から選ばれる１以上の粉体を含有させてもよい。
【００３１】
また、上記実施形態においては、助剤であるニッケル‐クロム‐鉄合金粉体の含有比率を、粉体全量に対し６．０重量％としていたが、４．０〜４０重量％の範囲であれば、その含有比率は任意としてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態においては、助剤であるニッケル‐クロム‐鉄合金粉体として、その組成が重量比で１８：２５：５７であるものを用いていたが、ニッケル、クロム、及び鉄の含有比率が、それぞれ１５〜６０重量％、１８〜３５重量％、及び３０〜８０重量％の範囲であれば、その含有比率は任意としてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態においては、上記炭窒化チタン焼結体の助剤として、ニッケル‐クロム‐鉄合金粉体が用いられていたが、これに代えて、例えば、ニッケル‐モリブデン‐鉄合金粉体や、銅‐鉄合金粉体が用いられてもよい。助剤としてニッケル‐モリブデン‐鉄合金粉体が用いられる場合、ニッケル、モリブデン、及び鉄の含有比率が、それぞれ１５〜６０重量％、０．０１〜５重量％、及び１５〜６０重量％の範囲であれば、その含有比率は任意としてもよい。助剤として銅‐鉄合金粉体が用いられる場合、銅、及び鉄の含有比率が、それぞれ１〜４０重量％、及び２０〜８０重量％の範囲であれば、その含有比率は任意としてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態においては、矯正ロール１１が円筒形状とされており、側面１１３は、全面において軸１１１と並行するよう構成されている。換言すれば、上記矯正ロール１１は、側面１１３において、周方向に溝等が形成されていない。これに代えて、例えば、図５に示すように、矯正ロール１１の側面１１３が、溝部１１３ａを備えるよう構成されてもよい。これによれば、ワークＷは、溝部１１３ａにて側面１１３と当接するため、溝部１１３ａに保持されつつ押圧される。この結果、より確実にワークＷが矯正され得る。
【００３５】
また、上記実施形態においては、複数の矯正ロール１１が、各矯正ロール１１の側面が相互に離間するよう配設されていたが、これに代えて、例えば、２ロール矯正となるよう２つの矯正ロールを配設してもよい。
【００３６】
図６は、本実施形態の変形例にかかる柱状体を、伸線加工に適用した場合のシステムを示す図である。この伸線加工システムは、矯正プロセスにて２ロール矯正が用いられる点のみ、上記実施形態と異なる。２つの矯正ロール１３（柱状体に相当）は、各側面にて相互対向するように配設され、各側面間のクリアランスにワークＷが勘合されるようになっている。この矯正ロール１３は、上記実施形態の矯正ロール１１と、形状のみ異なる。
【００３７】
図７は、本実施形態の変形例にかかる柱状体に相当する矯正ロール１３の斜視図である。この矯正ロール１３は、軸１３１と、軸１３１を起点とする所定の曲率半径１３２にて形成される側面１３３とを備える。この曲率半径１３２は一定であり、矯正ロール１３の断面は、円形を呈している。また、矯正ロール１３は、中実構造となっており、円柱に構成されている。なお、本例では、軸１３１の長さは、曲率半径１３２より大きい。このように矯正ロール１３が構成されることで、軸１３１を中心に回転可能かつ、側面１３３においてワークＷと当接可能となっている。
【００３８】
また、上記実施形態においては、矯正ロール１１およびガイドロール１２が、それぞれの軸を中心として回転するように構成されていたが、これに代えて、矯正ロール１１およびガイドロール１２が、それぞれ回転しないよう構成されてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態においては、ワークＷとして線状のものを用いていたが、これに代えて、例えば、帯状のものを用いてもよい。
【００４０】
上述した何れの変形例によっても、上記実施形態と同一の効果（即ち、図４と同一の耐磨耗性）が得られる。従って、過酷なワークの加工条件に対しても、十分に満足できる耐摩耗性が得られる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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