(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体本体を定位置に保持する回転体保持手段と、その回転体保持手段によって保持された回転体本体の、筒状金属体を嵌着すべき被嵌着領域の外周に遊嵌された筒状金属体の一端を支持する固定支持体と、前記筒状金属体の他端を支持する移動支持体と、該移動支持体を回転体本体の軸線方向に移動させて前記筒状金属体に圧縮力を作用させる圧縮装置と、前記固定支持体と移動支持体で支持された状態の筒状金属体の内部に連通するように設けられ、筒状金属体の内部を無酸化ないし還元性雰囲気とする無酸化ないし還元性雰囲気付与手段と、前記筒状金属体の軸線方向の小領域を環状に加熱する加熱装置と、その加熱装置を前記筒状金属体の軸線方向に移動させる加熱装置移動手段と、前記加熱装置が筒状金属体を加熱しながら移動する際、加熱された部分の後端部分に冷却媒体を噴射する冷却手段を具備し、前記固定支持体及び移動支持体がそれぞれ、前記筒状金属体の端部に気密を保った状態で連結可能な且つ前記回転体本体の端部の軸部を挿入可能な、前記筒状金属体とほぼ等しい外径の中空円筒部を有しており、前記無酸化ないし還元性雰囲気付与手段が、前記固定支持体又は移動支持体の中空円筒部に連結されていることを特徴とする回転体の製造装置。
【請求項２】
前記無酸化ないし還元性雰囲気付与手段が、前記筒状金属体内部を真空吸引する真空吸引手段と、前記筒状金属体内部に無酸化ないし還元性ガスを供給する無酸化ないし還元性ガス供給手段を有することを特徴とする請求項１記載の回転体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンダクタロール等の回転体の製造装置に関し、特に、回転体本体に対して筒状に形成した金属体（筒状金属体という）を嵌着させる構成の回転体の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、外周面に金属スリーブを取り付けた構成の回転体が使用されている。この構成の回転体の製造には通常、回転体本体と金属スリーブとを別個に製造し、その金属スリーブを焼ばめにより回転体本体に嵌着させる方法が採られていた。しかしながら、焼ばめを行うには、金属スリーブ内周面と回転体本体外周面を高精度に機械加工する必要があるばかりでなく、嵌合時にはきわめて小さいクリアランスでの難しい嵌合操作を必要とし、コスト高となるという問題があった。
【０００３】
そこで、本出願人は先に、焼ばめを用いることなく、筒状金属体を回転体本体に容易に且つ生産性良く嵌着する方法として、回転体本体に筒状金属体を遊嵌し、その筒状金属体に熱間据込み加工を施して少なくとも内周面側に増肉させ、その増肉を利用して回転体本体外周面に嵌着し、金属スリーブとする方法を開発し、特許出願した（特開平１１−１０４４７号公報参照）。この方法では、筒状金属体を回転体本体に対して挿入する際には単に遊嵌すればよいので、焼ばめを行う場合に比べて、回転体本体と筒状金属体の、互いに嵌合する面をあらかじめ高精度に機械加工する必要がなく、しかも、挿入作業がきわめて容易であり、低コストで製造できるという効果を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に記載の方法にも次のような問題点のあることが判明した。すなわち、筒状金属体の内周面及び／又はそれに接触する回転体本体の外周面が、材質によっては筒状金属体の熱間据込み加工の際の加熱によって酸化することがあり、この酸化によって筒状金属体と回転体本体との境界部に酸化膜やスケールが介在し、筒状金属体と回転体本体との間に滑りをもたらす要因になるとか、両者の間の通電性を低下させることがあった。特に、コンダクタロール等の導電性を要求されるロールにおいては、筒状金属体と回転体本体との境界部での通電抵抗を極力小さくする必要があるが、その境界部にわずかな酸化膜やスケールが存在しても通電抵抗が大きくなり、通電効率を著しく低下させるという問題が生じた。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みて為されたもので、回転体本体に筒状金属体を熱間据込み加工によって嵌着する際に生じがちな境界部の酸化を防止し、これによって筒状金属体を回転体本体に良好に嵌着させると共に通電効率を高くすることの可能な回転体の製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した問題点を解決するため、回転体本体に遊嵌した筒状金属体を熱間据込み加工によって、少なくとも内周面側に増肉させて回転体本体に嵌着させる際、少なくとも前記回転体本体と筒状金属体との間を無酸化ないし還元性雰囲気としておくことを特徴とする。このように、回転体本体と筒状金属体との間を無酸化ないし還元性雰囲気としておくことにより、筒状金属体内周面及びそれに接触する回転体本体の外周面が高温状態となっても酸化することはなく、あるいは既に生じていた酸化膜が還元消去され、このため、筒状金属体が回転体本体に酸化膜等を介しないで密着し、所望の嵌着効果を確保できると共に通電効率を高くすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に係る回転体の製造装置は、回転体本体を定位置に保持する回転体保持手段と、その回転体保持手段によって保持された回転体本体の、筒状金属体を嵌着すべき被嵌着領域の外周に遊嵌された筒状金属体の一端を支持する固定支持体と、前記筒状金属体の他端を支持する移動支持体と、該移動支持体を回転体本体の軸線方向に移動させて前記筒状金属体に圧縮力を作用させる圧縮装置と、前記固定支持体と移動支持体で支持された状態の筒状金属体の内部に連通するように設けられ、筒状金属体の内部を無酸化ないし還元性雰囲気とする無酸化ないし還元性雰囲気付与手段と、前記筒状金属体の軸線方向の小領域を環状に加熱する加熱装置と、その加熱装置を前記筒状金属体の軸線方向に移動させる加熱装置移動手段と、前記加熱装置が筒状金属体を加熱しながら移動する際、加熱された部分の後端部分に冷却媒体を噴射する冷却手段を具備するという構成を備えている。この構成により、回転体本体の被嵌着領域外周面に筒状金属体を遊嵌させ、その両端を固定支持体と移動支持体で保持した後、無酸化ないし還元性雰囲気付与手段によってその筒状金属体の内部空間を無酸化ないし還元性雰囲気とし、その状態で筒状金属体を加熱、増肉させて回転体本体の外周面に嵌着させることができ、その嵌着動作中、回転体本体及び筒状金属体の互いに接触する面は無酸化ないし還元性雰囲気中に保持されるため、酸化することがなく、筒状金属体と回転体本体とは酸化膜やスケールを介在させることなく良好に密着し、大きい嵌着力を確保できると共に通電効率を高くすることができる。
更に、前記した製造装置は、上記した構成に加えて、前記固定支持体及び移動支持体がそれぞれ、前記筒状金属体の端部に気密を保った状態で連結可能な且つ前記回転体本体の端部の軸部を挿入可能な、前記筒状金属体とほぼ等しい外径の中空円筒部を有しており、前記無酸化ないし還元性雰囲気付与手段が、前記固定支持体又は移動支持体の中空円筒部に連結されているという構成を備えており、この構成により、前記固定支持体及び移動支持体の中空円筒部を筒状金属体に連結して該筒状金属体を支持することで、その筒状金属体の内部空間を無酸化ないし還元性雰囲気付与手段に直ちに連通させることができ、筒状金属体内を無酸化ないし還元性雰囲気とするための別途造作が不要になる。また、筒状金属体の内部及びそれに連結した中空円筒部の内部のみを無酸化ないし還元性雰囲気とすればよいので、無酸化ないし還元性雰囲気とする空間が小さくて済み、好ましい。無酸化ないし還元性雰囲気は、真空状態として酸素濃度を下げた形でもよいし、空気を窒素、アルゴン等の不活性ガスあるいはこれらに水素等を配合した還元性ガスと置換した形でもよいが、後者の方が熱間据込み加工時における空気の侵入を容易に防止できるので好ましい。
【０００９】
上記した回転体の製造装置によって製造する回転体は、特に限定されるものではないが、筒状金属体と回転体本体との間の高度の密着性を要求される用途のもの、熱間据込み加工時に酸化しやすい材料を用いたもの等に対して本発明適用の効果が大きい。回転体の更に具体的な例としては、回転体本体の胴部外周に筒状金属体を嵌着した構造を有し、その筒状金属体と回転体本体との間に高い通電特性を要求されるコンダクタロールを挙げることができる。また、製造対象の回転体は、新規に製造するものに限らず、既存の回転体に筒状金属体を嵌着させて再生するものであってもよい。
【００１１】
上記した無酸化ないし還元性雰囲気付与手段としては、前記筒状金属体内部を真空吸引する真空吸引手段と、前記筒状金属体内部に無酸化ないし還元性ガスを供給する無酸化ないし還元性ガス供給手段を有する構成としたものが好ましい。この構成により、真空吸引手段によって前記筒状金属体内部を真空吸引して酸素を除去し、その後無酸化ないし還元性ガス供給手段で無酸化ないし還元性ガスを供給することができ、筒状金属体の内部空間を敏速に酸素のほとんどない無酸化ないし還元性雰囲気に置換することができ、更に、熱間据込み加工中は、筒状金属体内が無酸化ないし還元性ガスで満たされているため、外部からの空気の侵入を防止でき、安定して無酸化ないし還元性雰囲気に保持できる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を説明する。図１は本発明の一実施例に係る回転体の製造装置（増肉加工装置）を、筒状金属体に対する増肉加工を開始する前の状態で示す概略断面図、図２はその装置を、筒状金属体に対する増肉加工を開始し、筒状金属体の一部が既に増肉嵌着されている状態で示す概略断面図、図３はその製造装置で製造した回転体を示す概略断面図であり、この実施例では、回転体としてコンダクタロール１を示している。コンダクタロール１は、円筒状の胴部２ａとその両端に固定された軸部２ｂ、２ｃを備えた回転体本体２と、その胴部２ａの外周面に嵌着された筒状金属体（金属スリーブ）３Ａからなっている。
【００１４】
図１、図２において、３は、所定位置に保持されている回転体本体２の胴部外周に遊嵌された筒状金属体、４は、その筒状金属体３の一端を支持する固定支持体である。この固定支持体４は、後述する熱間据込み加工時には定位置に固定される構造のもので、筒状金属体３の一端に気密的に連結可能で且つ後端を閉じた、しかも回転体本体２の端部の軸部を挿入可能な、筒状金属体３とほぼ等しい外径の中空円筒部４ａを備えている。なお、この実施例では、中空円筒部４ａの先端と筒状金属体３との間の気密を保つシール機構として、筒状金属体３の内周面に接触するようにＯリング等のシール材５を設けているが、シール機構はこの構造に限らず、適宜変更可能である。６は、固定支持体４の中空円筒部４ａ内に嵌合して設けられた芯出し用アダプタであり、回転体本体２の軸部２ａを同心状に挿入、保持しうる構成となっている。この芯出し用アダプタ６には、軸線方向に貫通した空気通路７を形成している。９は、筒状金属体３の他端を支持する移動支持体、１０はこの移動支持体９を回転体本体２の軸線方向に移動させて前記筒状金属体３に圧縮力を作用させる油圧シリンダ等の圧縮装置である。移動支持体９も固定支持体４と同様に、筒状金属体３の他端にＯリング等のシール材１１によって気密的に連結可能で且つ後端を閉じた、しかも回転体本体２の端部の軸部を挿入可能な、筒状金属体３とほぼ等しい外径の中空円筒部９ａを備えている。１３は、回転体本体２の軸部２ｃに同心状に嵌合、保持された芯出し用アダプタであり、筒状金属体３に嵌合しうる構成となっている。この芯出し用アダプタ１３にも軸線方向に貫通した空気通路１４が形成されている。
【００１５】
１７は、移動支持体９の中空円筒部９ａに連結して設けられた真空吸引手段、１８は、移動支持体９の中空円筒部９ａに連結して設けられた無酸化ないし還元性ガス供給手段であり、これらは、固定支持体４と移動支持体９で支持された状態の筒状金属体３の内部に連通するように設けられ、筒状金属体３の内部を無酸化ないし還元性雰囲気とする無酸化ないし還元性雰囲気付与手段を構成する。１９は、固定支持体４の中空円筒部４ａに連結して設けられたガス出口配管である。なお、真空吸引手段１７及び／又は無酸化ないし還元性ガス供給手段１８は移動支持体９に連結する場合に限らず、固定支持体４に連結してもよい。また、無酸化ないし還元性ガス供給手段１８を固定支持体４に連結した場合には、ガス出口配管１９は移動支持体９に連結しておくことが好ましい。
【００１６】
２１は、筒状金属体３の軸線方向の小領域を環状に加熱する加熱装置であり、その加熱装置２１を筒状金属体３の軸線方向に移動させる加熱装置移動手段（図示せず）に保持されている。更に、この加熱装置２１には、加熱装置２１が筒状金属体３を加熱しながら移動する際、加熱された部分の後端部分に冷却媒体２２を噴射する冷却手段を備えている。
【００１７】
２４は固定支持体４を保持するように定位置に設けられたガイドロール、２５は筒状金属体３を保持するように設けられたガイドロールであり、加熱装置２１の移動に連動して移動する構成となっている。回転体本体２は、芯出しアダプタ６、１３を介して固定支持体４及び筒状金属体３に保持されており、筒状金属体３は固定支持体４、移動支持体９、ガイドロール２４、２５等で保持されている。従って、この実施例においては、固定支持体４、移動支持体９、芯出し用アダプタ６、１３、ガイドロール２４、２５等が、回転体本体２を定位置に保持する回転体保持手段を構成している。
【００１８】
次に、図１に示す装置を用いてコンダクタロール（回転体）を製造する方法を説明する。あらかじめ、回転体本体２とそれに遊嵌させる筒状金属体３を製造する。ここで用いる回転体本体２は新たに製造したものでもよいし、既存のコンダクタロールを再生させるために、その胴部外周面を一様に切削加工したものでもよい。その胴部２ａの外周面には、筒状金属体とのフィット性、通電特性等を向上させるため銅メッキを施しておく。筒状金属体３はコンダクタロールの表面に要求される物性を備えた材質、例えば、ハステロイ、ＳＵＳ等で作られる。回転体本体２の胴部２ａの外周面及び筒状金属体３の内周面は、胴部２ａに筒状金属体３を遊嵌することができる寸法に形成しておけばよく、このため、焼ばめを行う場合のような正確な寸法精度に加工する必要はない。また、胴部２ａと筒状金属体３の互いに嵌合する面の表面状態としても、高度に平滑な仕上げを行う必要はなく、大きな歪みやさび、汚れを除去する程度の加工でよい。
【００１９】
次に、回転体本体２及び筒状金属体３を図１に示す状態にセットする。このように筒状金属体３をセットすることで、その筒状金属体３とその両端の固定支持体４及び移動支持体９で囲まれた空間は外部から分離された密閉空間となる。次に、真空吸引手段１７によって筒状金属体３の内側の空間を真空吸引して、内部の酸素を除去する。次いで、無酸化ないし還元性ガス供給手段１８によって窒素、アルゴン等の不活性ガスあるいはそれに水素等を配合した還元性ガスを筒状金属体３内に供給し、空間内に不活性ガスあるいは還元性ガスを充満させ、且つ陽圧に保つ。これにより、以後の操作中において外部から空気が空間内に侵入することが防止される。
【００２０】
次に、圧縮装置１０で移動支持体９を押して筒状金属体３に圧縮力を作用させ、この状態で、加熱装置２１によって筒状金属体３の軸線方向の短区間を環状に加熱して、塑性変形容易な赤熱状態の加熱部とし、その加熱部に圧縮力による増肉を生じさせながら、その加熱装置２１を筒状金属体３に沿って矢印Ａ方向に移動させ、同時に冷却手段から冷却媒体２２を加熱、増肉した部分の後端に吹き付けて冷却、固化する。これにより図２に示すように、筒状金属体３が長手方向に連続的に増肉させられてゆき、内周面側に増肉した部分が胴部２ａの外周面に嵌着される。かくして、加熱装置２１を胴部２ａの一端から他端まで移動させ、筒状金属体３に増肉加工を施すことにより、胴部２ａの外周面全長に、筒状金属体３を増肉させて強固に嵌着させることができる。その後、回転体本体２を増肉加工装置から取り外し、胴部２ａの外周面に嵌着している筒状金属体の両端を、胴部２ａの両端に揃うように機械加工し、必要に応じ、胴部２ａ及び筒状金属体３の端面の接合界面を溶接接合し、その後、筒状金属体３の外周面を所定寸法に機械加工する。これにより、図３に示すように、回転体本体２の胴部２ａの外周面に筒状金属体３Ａを嵌着した構成のコンダクタロール１が製造される。
【００２１】
以上の工程において、筒状金属体３を加熱して増肉させる工程の間、回転体本体２の胴部２ａの外周面及び筒状金属体３の内周面は無酸化ないし還元性ガス中に保持されている。このため、酸化しやすい材料層（例えば、銅メッキ）があっても酸化することはなく、従って、筒状金属体と回転体本体とは酸化膜やスケールを介在させることなく良好に密着する。かくして、回転体本体２に対する筒状金属体３Ａの大きい嵌着力を確保できると共に通電効率を高くすることができ、得られたコンダクタロールでは、回転体本体２から筒状金属体３Ａに対する優れた通電効率を備えている。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明は、回転体本体に対して筒状金属体を遊嵌し、その筒状金属体に熱間据込み加工を施して前記回転体本体に嵌着させる操作を行う際に、少なくとも前記回転体本体と筒状金属体との間を無酸化ないし還元性雰囲気としておくことにより、筒状金属体内周面及びそれに接触する回転体本体の外周面が高温状態となっても酸化することはなく、このため、筒状金属体が回転体本体の外周面に酸化膜等を介しないで密着し、所望の嵌着効果を確保できると共に通電効率を高くすることができ、回転体本体の外周面に筒状金属体を強固に且つ通電効率を高くした状態で嵌着した回転体を製造することができるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による回転体の製造装置を、筒状金属体を所定位置にセットし、増肉加工を開始する前の状態で示す概略断面図
【図２】図１の製造装置を、筒状金属体に対する増肉加工を開始した状態で示す概略断面図
【図３】図１の製造装置で製造したコンダクタロールを示す概略断面図
【符号の説明】
１  コンダクタロール（回転体）
２  回転体本体
２ａ  胴部
２ｂ、２ｃ  軸部
３  筒状金属体
４  固定支持体
５  シール材
６  芯出しアダプタ
７  空気通路
９  移動支持体
１０  圧縮装置
１１  シール材
１３  芯出し用アダプタ
１４  空気通路
１７  真空吸引手段
１８  無酸化ないし還元性ガス供給手段
１９  ガス出口配管
２１  加熱装置
２２  冷却媒体
２４、２５  ガイドロール
【図１】
0004270723.tif 000002
【図２】
0004270723.tif 000003
【図３】
0004270723.tif 000004