(57)【要約】【課題】  伸線のための回転が繰り返されたときに掛かる応力を受けたとしても割れるおそれが少なく、長期間にわたって伸線作業できるキャプスタンロールを提供する。【解決手段】  本実施形態のキャプスタンロールは、セラミックスからなり、外部に、外径が一方端から他方端に向って段階的に大きくなる摺接面と、内部に、回転軸の挿入孔とを備え、前記内部における前記挿入孔の開口部が締結部材との締結部であり、前記締結部材との接触面における前記締結部材の輪郭に相当する位置に凹部を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなり、
外部に、外径が一方端から他方端に向って段階的に大きくなる摺接面と、
内部  に 、回転軸の挿入孔とを備え、
前記内部における前記挿入孔の開口部が締結部材との締結部であり、
前記締結部材との接触面における前記締結部材の輪郭に相当する位置に凹部を有することを特徴とするキャプスタンロール。
【請求項２】
前記凹部が、環状であることを特徴とする請求項１に記載のキャプスタンロール。
【請求項３】
前記開口部の縁部に直径の大きい部分を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のキャプスタンロール。
【請求項４】
前記縁部が、前記挿入孔の内部に向かって傾斜した傾斜面であることを特徴とする請求項３に記載のキャプスタンロール。
【請求項５】
前記挿入孔の内部に直径が大きい部分を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のキャプスタンロール。
【請求項６】
前記セラミックスにおける主成分が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素またはサイアロンであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のキャプスタンロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、伸線装置に用いられるキャプスタンロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属等の線材を伸線する伸縮装置に、外周に備える摺接面の外径が一方端から他方端に向って段階的に大きくなるキャプスタンロールが用いられている。
【０００３】
このような伸線装置に用いられるキャプスタンロールとして、特許文献１では、金属からなる二分割式のキャプスタンロールが提案されている。特許文献１におけるキャプスタンロールは、キャプスタンロールを軸方向に二分割して成る小径側キャプスタンと大径側キャプスタンとから構成され、小径側キャプスタンおよび大径側キャプスタンに穿設されている嵌挿孔に嵌挿された駆動軸がナットによって固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６０−１７６８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、キャプスタンロールは、摺動特性の向上の観点から、材質としてセラミックスが用いられており、このセラミックスからなるキャプスタンロールは、金属からなる回転軸に挿通され、金属からなる締結部材により固定されている。
【０００６】
そして、締結部材における頭部の輪郭（被締結部材であるキャプスタンロール側における外周部分）においては、新品の段階からバリが生じているものもあれば、使用にあたってバリが生じたものがある。このようなバリを有している締結部材を用いた場合、バリがキャプスタンロールに接触しているため、伸線のための回転が繰り返されたときに掛かる応力により、バリに起因した亀裂が生じ、この亀裂が進展すれば割れてしまう。また、締結時の締結力によってバリに起因する亀裂を生じている場合も、伸線のための回転が繰り返されたときに掛かる応力により、亀裂が進展すれば割れてしまう。
【０００７】
セラミックスは、摺動特性に優れているものの、脆性材料であることから、亀裂には脆い材料であるため、セラミックスからなるキャプスタンロールにおいては、割れるおそれが少なく、長期間にわたって伸線作業できることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態のキャプスタンロールは、セラミックスからなり、外部に、外径が一方端から他方端に向って段階的に大きくなる摺接面と、内部に、回転軸の挿入孔とを備え、前記内部における前記挿入孔の開口部が締結部材との締結部であり、前記締結部材との接触面における前記締結部材の輪郭に相当する位置に凹部を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本実施形態のキャプスタンロールは、締結部材の輪郭にバリがあっても、接触面積が少なく、バリに起因する亀裂が生じるおそれが少ないため、長期間にわたって伸線作業をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態のキャプスタンロールを示す斜視図である。
【図２】図１に示すキャプスタンロールの部分断面図である。
【図３】凹部の構成を示す模式図である。
【図４】第２の実施形態のキャプスタンロールを示す部分断面図および部分拡大図である。
【図５】第３の実施形態のキャプスタンロールを示す部分断面図である。
【図６】図１に示すキャプスタンロールを備えて構成される伸線装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本明細書の全図において、混同を生じない限り、同一部分には同一符号を付し、その説明を適時省略する。
【００１２】
図１は、第１の実施形態のキャプスタンロール１の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示すキャプスタンロール１の部分断面図である。
【００１３】
図１に示すキャプスタンロール１は、いわゆるコーン型であり、軸に付している符号Ａから符号Ｂに向って段階的に外径が大きくなる摺接面１ａを有している。ここで、キャプスタンロール１は、一体で形成されていてもよく、大きさの異なる平板状の部材や複数段の部材が隣接配置されてなるものであってもよい。キャプスタンロール１は、例えばＡｕ等の線材を引き伸ばすための伸線装置にいて、回転軸３を中心に回転可能に設置されるものであり、例えば、１０００〜６０００ｒｐｍで回転するものである。
【００１４】
キャプスタンロール１は、図２に示すように、内部に回転軸３の挿入孔１ｂを備える。そして、回転軸３とキャプスタンロール１とは、回転軸３にキャプスタンロール１が挿通された後に、内部における挿入孔１ｂの開口部である締結部において、締結部材４により固定される。ここで、締結部材４とは、締結に関わる部材の総称であり、例えば、四角形状や六角形状のナットや座金等を含む。
【００１５】
キャプスタンロール１は、例えば、２００ｍｍ〜２２５ｍｍ程度の長さを有しており、直径は位置によって異なるものの、３０ｍｍ〜１６０ｍｍ程度の直径を有している。また、キャプスタンロール１の挿入孔１ｂは、例えば、１５ｍｍ〜３５ｍｍ程度の直径を有している。
【００１６】
そして、本実施形態のキャプスタンロール１は、締結部材４との接触面における輪郭４ａに相当する位置に凹部５を有する。このように、締結部材４の輪郭４ａに相当する位置に凹部５を有していることにより、締結部材４の輪郭４ａにバリがあったとしても、締結部材４の輪郭４ａの接触面積が少ないため、伸線のための回転が繰り返された 際、バリ
に起因する亀裂が生じるおそれが少ない。
【００１７】
また、図２に示すように、キャプスタンロール１は、大径側の内部に締結部材４を配置するための空間部６  を備えていてもよい。空間部６を備えているときには、キャプスタンロール１の大径側の質量が低減されるため、長期間にわたってキャプスタンロール１の振れを抑制することができる。
【００１８】
さらに、空間部６の形状は、符号Ｂ  側に向かって拡がる円錐台状であってもよい。また、内側面１ｃと軸とのなす角度θは、例えば、１０°以上１５°以下であってもよい。角度θがこの範囲であるときには、キャプスタンロール１の大径側の質量は、空間部６の
形状が円柱状である場合よりも低減されるととともに、締結部材４によって回転軸３を固定する際の作業性が向上する。なお、内側面１ｃ、凹部５の表面および締結部材４との接触面の少なくともいずれかは、焼成したままの面であってもよい。
【００１９】
図３は、凹部５の構成を示す模式図である。（ａ）は、締結部材４の輪郭４ａに相当する位置に、開口形状が円である凹部５を複数備える例を示している。（ｂ）は、締結部材４の輪郭４ａに相当する位置に、開口形状が環状の凹部５を備える例を示している。なお、図３においては、識別のために、凹部５および挿入孔１ｂに挿通された回転軸３を着色して示しており、白い部分は、キャプスタンロール１の表面である。また、締結部材４の輪郭４ａを破線で示している。
【００２０】
図３に示すように、締結部材４の輪郭４ａに相当する位置に、開口形状が環状の凹部５を備えているときには、締結部材４の輪郭４ａは、接触することがないことから、バリに起因する亀裂が生じるおそれがなくなる。ここで、軸方向に沿った凹部５の断面形状は、応力集中を低減させられるという観点から、角部のない半円状であることが好適である。
【００２１】
図４に第２の実施形態のキャプスタンロール１を示す。なお、図４（ａ）は、部分断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）においてＣで示した挿入孔１ｂの開口部の縁部の部分拡大図である。キャプスタンロール１は、Ｃで示す挿入孔１ｂの開口部の縁部に直径の大きい部分を有していてもよい。開口部の縁部は、締結部材４と接触して高い応力がかかりやすく、亀裂が生じるおそれがある。開口部の縁部に直径の大きい部分を設けることで、亀裂の発生を抑制することができる。図４（ｂ）に示すように、開口部の縁部を挿入孔１ｂの内部に向かって傾斜した傾斜面１ｄとしてもよい。傾斜面１ｄは、凸状や凹状のＲ面を形成するよりも加工しやすく、形状を制御しやすい。
【００２２】
この傾斜面１ｄの幅は、例えば、０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下である。なお、傾斜面１ｄの幅とは、挿入孔１ｂ内壁の延長線と、傾斜面１ｄの挿入孔１ｂから遠い方の端との最も短い距離である。また、キャプスタンロール１と締結部材４との境界と、傾斜面１ｄのなす角度αは１２０以上１５０°以下の範囲としてもよい。このような構造とすると挿入孔１ｂに締結部材４を挿入する際に接触して亀裂が生じることを抑制できる。
【００２３】
また、第３の実施形態を示す図５のように、挿入孔１ｂの内部に直径が大きい部分１ｅを有していてもよい。回転軸３からの回転力をキャプスタンロール１に十分に伝えるためには、クリアランスが小さいことが求められるが、キャプスタンロール１は消耗品であり、交換する必要があることから、単にクリアランスを小さくしただけでは、キャプスタンロール１を嵌めにくかったり、抜きにくかったりする。キャプスタンロール１の挿入孔１ｂの内部に直径が大きい部分１ｅを有しているときには、直径が大きい部分１ｅ以外の部分で回転軸３からの回転力を受けつつ、キャプスタンロール１の交換をしやすくすることができる。また、直径が大きい部分１ｅを有していない場合と比べ、交換の際のキャプスタンロール１と回転軸３との摩擦が小さくなるため、より小さな力でキャプスタンロール１を締結しやすくなり、キャプスタンロール１に亀裂が入ることを抑制できる。
【００２４】
本実施形態のキャプスタンロール１は、セラミックスからなるものであるが、線材Ｗが繰り返して摺接した際の摩耗が少なく、寿命が長いという観点からは、主成分が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素またはサイアロンであることが好適である。ここで、主成分とは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、８０質量％以上を占める成分のことである。
【００２５】
酸化ジルコニウムが主成分であるセラミックスは、主成分以外の成分として、例えば、酸化珪素および酸化アルミニウムを含むものであってもよい。また、酸化アルミニウムが
主成分であるセラミックスは、主成分以外の成分として、例えば、酸化珪素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムを含むものであってもよい。窒化珪素またはサイアロンを主成分であるセラミックスは、主成分以外の成分として、例えば、酸化アルミニウムおよび希土類金属酸化物を含むものであってもよい。
【００２６】
セラミックスにおける主成分の確認は、まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定することによって得られた結果をＪＣＰＤＳカードと照合して含まれる化合物の特定を行なう。次に、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分析装置（ＩＣＰ）を用いて測定することによって求められた値から、特定された化合物に換算して求められた含有量が８０質量％以上であれば主成分である。具体的には、ＸＲＤによる測定からＺｒＯ２が含まれていることが確認され、ＩＣＰで求められたＺｒの値をＺｒＯ２に換算した値（含有量）が８０質量％以上であれば、酸化ジルコニウムが主成分のセラミックスである。
【００２７】
図６は、図１に示すキャプスタンロール１を備えて構成される伸線装置の一例を示す概略図である。まず、図６に示す伸線装置２０の構成と動作について説明する。伸線装置２０は、いわゆる並列掛け伸線構造となっている。伸線装置２０では、機台１１内部の所定位置に回転軸３ａ，３ｂが配置されており、回転軸３ａ，３ｂの双方に、キャプスタンロール１が固定されている。すなわち、各々の回転軸３ａ、３ｂに固定されたキャプスタンロール１が、回転軸３ａ、３ｂの回転に従動してそれぞれ回転する。回転軸３ａと回転軸３ｂとの間隙には、複数のダイス（ダイス群）１２が配置されている。そして、キャプスタンロール１は、外径が一方端から他方端に向って段階的に大きくなる複数段の外周面（摺接面）を備えている。
【００２８】
また、伸線装置２０は、機台１１の端部に、駆動モータ１３、駆動プーリー１４、従動プーリー１５および１６、駆動ベルト１７、従動ベルト１８を備える。駆動プーリー１４と従動プーリー１５および１６には、駆動ベルト１７が掛け回されており、駆動モータ１３によって駆動プーリー１４が回転し、従動プーリー１５および１６の双方も従動して回転する。従動プーリー１５は回転軸３ｂと接続され、駆動プーリー１４は回転軸３ａと接続されており、駆動モータ１３によって、回転軸３ａおよび３ｂが回転駆動される。
【００２９】
伸線装置２０では、案内ローラ（不図示）を介して外部から送られてくる線材Ｗを、２つのキャプスタンロール１に掛け回しながら搬送する。具体的には、外部から送られてくる線材Ｗを、キャプスタンロール１間に配置したダイス群１２を通過させ、駆動モータ１３の駆動によりキャプスタンロール１を回転させる。この際、線材Ｗは、キャプスタンロール１の複数段状の摺接面のうち、外径の小さい方から外径の大きい方（図示面における上方から下方へ）へと、順次掛け回されていく。線材Ｗは、例えば金（Ａｕ）からなる。線材Ｗは、金（Ａｕ）以外でも、例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｌなど各種金属線であってもよい。
【００３０】
伸線装置２０では、駆動モータ１３の駆動により、キャプスタンロール１が回転し、線材Ｗはダイス群１２内を強制的に順次通過しつつ縮径されて伸線される。なお、図６では、２本のキャプスタンロール１を用いた装置を示しているが、さらにキャプスタンロール１の本数を増やして設置した装置であってもよい。
【００３１】
次に、本実施形態のキャプスタンロールの製造方法について説明する。
【００３２】
酸化ジルコニウムが主成分であるセラミックスからなるキャプスタンロールを得るには、酸化ジルコニウムの粉末と、焼結助剤として、例えば、酸化珪素および酸化アルミニウム等の各粉末を用いて原料を作製する。焼結助剤の他に、安定化剤として、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ディスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等の少なくともいずれか１種の粉末を加えてもよい。 
【００３３】
そして、この原料を用いて冷間静水圧成形法（ＣＩＰ）などの成形方法にて、７８〜１４７ＭＰａの成形圧にて成形し、外形状に加えて、凹部を形成する切削加工を施した後、１３５０〜１６００℃にて焼成すればよい。
【００３４】
酸化アルミニウムが主成分であるセラミックスからなるキャプスタンロールを得るには、酸化アルミニウムの粉末と、焼結助剤として、例えば、酸化珪素、水酸化マグネシウムおよび炭酸カルシウム等の各粉末を用いて原料を作製する。そして、この原料を用いてＣＩＰなどの成形方法にて、７８〜１４７ＭＰａの成形圧にて成形し、外形状に加えて、凹部を形成する切削加工を施した後、１４５０〜１７００℃にて焼成すればよい。
【００３５】
窒化珪素が主成分であるセラミックスからなるキャプスタンロールを得るには、まず、金属シリコンの粉末と、β化率が２０％以下である窒化珪素の粉末とを準備して、（金属シリコンの粉末）／（窒化珪素の粉末）の質量比が１以上１０以下となるように混合して第１粉末を用意する。また、焼結助剤として、アルミン酸マグネシウムの粉末および金属化合物の粉末を秤量した第２粉末を用意する。なお、金属化合物とは、酸化アルミニウム、二酸化珪素および炭酸カルシウム等である。また、アルミン酸マグネシウムの粉末の代わりに、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムおよび炭酸マグネシウム等の粉末を用いても構わない。そして、第１粉末および第２粉末を混合した粉末を用いて原料を作製する。そして、ＣＩＰなどの成形方法にて、７８〜１４７ＭＰａの成形圧にて成形し、外形状に加えて、凹部を形成する切削加工を施した後、１７００〜１８６０℃にて焼成すればよい。
【００３６】
サイアロンが主成分であるセラミックスからなるキャプスタンロールを得るには、まずβ化率が４０％以下であって、組成式がＳｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚで表される、固溶量ｚが０．５以下である窒化珪素の粉末と、焼結助剤として酸化カルシウム、酸化アルミニウムおよび希土類元素の酸化物の各粉末とを用いて原料を作製する。そして、ＣＩＰなどの成形方法にて、７８〜１４７ＭＰａの成形圧にて成形し、外形状に加えて、凹部を形成する切削加工を施した後、１７００〜１８００℃にて焼成すればよい。
【００３７】
なお、成形において、挿入孔が形成されていないときには、切削加工により形成してもよいし、焼成後に研削加工により形成してもよい。凹部についても同様である。
【００３８】
そして、キャプスタンロールが複数の部位からなる場合は、各部位における対向面を光沢面または鏡面に加工してもよい。各部位における対向面を光沢面または鏡面とするには、焼結体における対向面となる部分をカップホイール等によって研削すればよい。なお、摺接面については、仕上げ加工として、必要に応じてホーニング加工や、ＥＬＩＤ研削、テープ研磨などで仕上げてもよい。例えば、鋳鉄ボンドにて、６０〜９０Ｖの２０〜９０％の範囲で電圧をかける研削加工や砥粒の入ったテープによる研磨加工である。
【００３９】
また、得られたキャプスタンロールを、回転軸に固定するには、回転軸にキャプスタンロールを挿入し、キャプスタンロールの内部における挿入孔の開口部が締結部材との締結部において、締結部材を用いて固定すればよい。
【００４０】
上述した方法により得られたキャプスタンロールは、締結部材との接触面における、締結部材の輪郭に相当する位置に凹部を有していることから、締結部材の輪郭にバリがあったとしても、締結部材の輪郭の接触面積が少ないため、伸線のための回転が繰り返された
と際、バリに起因する亀裂が生じるおそれが少ない。また、凹部が環状であれば、締結部材の輪郭は、接触することがないことから、バリに起因する亀裂が生じるおそれがなくなる。
【００４１】
本発明は前述した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において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１    キャプスタンロール
１ａ  摺接面
１ｂ  挿入孔
１ｃ  内側面
１ｄ  傾斜面
１ｅ  直径が大きい部分
３    回転軸
４    締結部材
４ａ  輪郭
５    凹部
６    空間部
１１  機台
１２  ダイス
１３  駆動モータ
１４  駆動プーリー
１５、１６  従動プーリー
１７  駆動ベルト
１８  従動ベルト
２０  伸線装置
【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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