JP6767283B2

JP6767283B2 - 伸線装置用キャプスタン

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Publication number: JP6767283B2
Application number: JP2017033191A
Authority: JP
Inventors: 真奈美横幕
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: JP2017154183A

Description

本開示は、伸線装置用キャプスタンに関する。

従来、金属等の線材を伸線する場合、キャプスタンロールが装着された伸線装置用キャプスタンが用いられている。

このような伸線装置用キャプスタンとして、特許文献１では、金属製二分割式伸線用キャプスタンが提案されている。この金属製二分割式伸線用キャプスタンは、駆動軸を嵌挿固定する嵌挿孔を中心軸に穿設し、外側周囲は順次段階的に径が大きくなる円錐階段状の多段フランジ及び溝が連設され、キャプスタンを軸方向に二分割して成る小径キャプスタンと大径キャプスタンとから構成されるものである。

実開昭６０−１７６８０８号公報

特許文献１で提案された金属製二分割式伸線用キャプスタンは、大径キャプスタンロールの底に平坦な凹部を有し、この凹部に小径キャプスタンロールが嵌め合わされている。このような構造においては、伸線のための回転が繰り返された際、大径キャプスタンロールの周端部における振れが比較的早い段階で大きくなるという問題があった。

本開示の伸線装置用キャプスタンは、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とともに、中心軸に貫通孔を備えるキャプスタンロールを複数備え、隣接する小径キャプスタンロールおよび大径キャプスタンロールは、それぞれがいずれかを有する凸部と凹部とにより嵌合されており、前記小径キャプスタンロールおよび前記大径キャプスタンロールにおける対向面の少なくとも一部が、光沢面または鏡面であ
る。

本開示の伸線装置用キャプスタンによれば、大径キャプスタンロールの振れを長期間にわたって抑制することができる。

第１の実施形態の伸線装置用キャプスタンの一例を示す斜視図である。図１に示す伸線装置用キャプスタンの部分断面図である。第２の実施形態の伸線装置用キャプスタンの部分断面図である。（ａ）は、第３の実施形態の伸線装置用キャプスタンの部分断面図である。（ｂ）は、（ａ）におけるＡの部分拡大図である。第４の実施形態の伸線装置用キャプスタンの部分断面図である。図１に示す伸線装置用キャプスタン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。

以下、図面を参照して、本実施形態の伸線装置用キャプスタンの一例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。

図１は第１の実施形態の伸線装置用キャプスタンの一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す伸線装置用キャプスタンの部分断面図である。図１、２に示す伸線装置用キャプスタン１０（以下、伸線装置用キャプスタンを単にキャプスタンという。）は、いわゆるコーン型である。

図６は、図１に示すキャプスタン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１０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１０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１０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摺接面を外周に備えている。

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。

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１０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１０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１０を回転させる。この際、線材Ｗは、キャプスタン１０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。

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１０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３では、２本のキャプスタン１０を用いた装置を示しているが、さらにキャプスタン１０の本数を増やして設置した装置であってもよい。

このような伸線装置２０に用いるキャプスタン１０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、伸線装置２０の回転軸３ａ、３ｂは、例えば、１５ｍｍ〜３５ｍｍ程度の直径を有しており、伸線装置２０に用いられるキャプスタン１０の貫通孔は同程度の直径を有している。

次に、図１および図２を参照して第１の実施形態のキャプスタン１０について説明する。キャプスタン１０は、例えばＡｕ等の線材Ｗを引き伸ばすための伸線装置２０の内部に配置される。伸線装置２０において、キャプスタン１０は、回転軸３を中心に回転可能に設置され、例えば、１０００〜６０００ｒｐｍで回転する。

そして、図１および図２においては、キャプスタン１０として、同軸上に、小径キャプスタンロール１と大径キャプスタンロール２を備えている例を示している。ここで、小径、大径とは、隣接しているキャプスタンロールの大きさを表しているものでる。なお、以
下の記載において、キャプスタン１０を構成する特定のキャプスタンロールを対象とする場合を除く、すなわち複数のキャプスタンロールを対象とする場合には、符号を付さず単にキャプスタンロールと記載する。

そして、それぞれのキャプスタンロールにおいては、図１の軸に付しているＡからＢに向かって摺接面の外径が大きくなっているものである。なお、言うまでもないが、同軸上に、３個以上のキャプスタンロールが隣接配置されていてもよい。

本開示のキャプスタン１０は、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とともに、中心軸に貫通孔５を備えるキャプスタンロールを複数備える。そして、隣接する小径キャプスタンロール１および大径キャプスタンロール２が、それぞれがいずれかを有する凸部２ａと凹部１ａとにより嵌合されている。

そして、図２に示す例では、第１の実施形態のキャプスタン１０において、小径キャプスタンロール１は、隣接する大径キャプスタンロール２側に凹部１ａを有し、大径キャプスタンロール２は、小径キャプスタンロール１側に凸部２ｂを有している。本実施形態のキャプスタン１０は、凹部１ａと凸部２ｂとが嵌合されてなるものである。

図３に示す第２の実施形態では、小径キャプスタンロール１は、隣接する大径キャプスタンロール２側に凸部１ｂを有し、大径キャプスタンロール２は、小径キャプスタンロール１側に凹部２ｂを有している。第２の実施形態のキャプスタン１０は、凸部１ｂと凹部２ａとが嵌合されてなるものである。

第１、第２の実施形態のキャプスタン１０は、対向面のいずれもが段構造であり、大径キャプスタン２の凸部２ａが小径キャプスタンロール１の凹部１ａに嵌め込まれている構成あるいは小径キャプスタンロール１の凸部１ｂが大径キャプスタンロール２の凹部２ｂに嵌め込まれている構成であることから、径方向における結合力が高い。それ故、キャプスタン１０は、伸線のための回転が繰り返されたとしても、大径キャプスタンロール２の周端部における振れを長期間にわたって抑制することができる。すなわち、本開示のキャプスタン１０によれば、一方のキャプスタンロールが有する凹部に、他方のキャプスタンロールの外径を嵌め合わせた構成と比較して、軸に沿った方向の対向面位置が、回転軸３の近くに位置することから、大径キャプスタンロール２の周端部における振れを長期間にわたって抑制することができる。

なお、図２、３の例では、凹凸の組み合わせが１つの例を示しているが、この組み合わせは複数存在していてもよい。そのような構造とするために、例えば、小径キャプスタンロール１が凹部１ａおよび凸部１ｂを有し、大径キャプスタンロール２が、凹部１ａおよび凸部１ｂに対応する位置に凸部２ｂおよび凹部２ａを有していてもよい。

また、小径キャプスタンロール１および大径キャプスタンロール２における対向面の少なくとも一部は、光沢面または鏡面であってもよい。このような構成を満たすときには、対向面同士が吸着しやすくなり、線材Ｗから発生した塵埃が対向面間に侵入しにくくなることから、塵埃によって結合力の低下を抑制することができる。小径キャプスタンロール１および大径キャプスタンロール２における対向面の全てが光沢面または鏡面であってもよい。ここで、光沢面または鏡面である場合の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば、１．５μｍ以下である。

算術平均粗さ（Ｒａ）はＪＩＳＢ０６０１−２０１３に準拠して測定すればよい。例えば、触針式の表面粗さ計を用いて測定する場合は、測定長さを５ｍｍ、カットオフ値を０．８ｍｍ、触針の走査速度は０．５ｍｍ／秒に設定し、触針先端半径が２μｍの触針
を当てて測定する。そして、この測定を５箇所で行ない、その平均値を算術平均粗さ（Ｒａ）の値とすればよい。

また、第３の実施形態として図４に示すように、キャプスタン１０における貫通孔５は、嵌合部にあたる縁部に直径が大きい部分を有していてもよい。嵌合部にあたる縁部とは、図４（ａ）におけるＡの部分であり、図４（ｂ）が図４（ａ）におけるＡの部分の拡大図である。嵌合部にあたる縁部に直径が大きい部分を有しているときには、キャプスタンロールを嵌め合わせる際に縁部が欠けることを抑制でき、欠けた破片がキャプスタンロール同士の間や、貫通孔５と回転軸３との間に挟まることによる、構成部材の位置ずれに起因する回転の振れが大きくなることを抑制できる。貫通孔５の嵌合部にあたる縁部に直径が大きい部分を設ける場合、いわゆるＣ面やＲ面を設ければよい。

なお、図４（ｂ）では、小径キャプスタンロール１および大径キャプスタンロール２における嵌合部にあたる縁部がいずれも傾斜面１ｃ、２ｃを有している例を示している。傾斜面１ｃ、２ｃ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。例えば、隣り合う傾斜面１ｃ、２ｃの大きさをほぼ同じとすることができる。この傾斜面１ｃ、２ｃの幅は、例えば、０．７ｍｍ以上１．３ｍｍ以下である。なお、傾斜面１ｃ、２ｃの幅とは、貫通孔５の内壁の延長線と、傾斜面１ｃ、２ｃの貫通孔５から遠い方の端との最も短い距離である。また、小径キャプスタンロール１および大径キャプスタンロール２との境界と、傾斜面１ｃ、２ｃのそれぞれとのなす角度α、βは１２０以上１５０°以下の範囲とするとよい。貫通孔５の縁部を傾斜面１ｃ、２ｃとすることで、欠けの発生を抑制でき、大径キャプスタンロール２の振れを抑制できる。

また、小径キャプスタンロールおよび大径キャプスタンロールの少なくともいずれかは、嵌合部以外の縁部に直径が大きい部分を有していてもよい。例えば、図４（ａ）におけるＢの部分のように小径キャプスタンロール１と隣り合わない端面における縁部にＣ面やＲ面を形成して直径が大きい部分を有していてもよい。

最終端に大径キャプスタンロール２を回転軸３に押圧固定する締結部材４を取り付ける際に縁部に応力がかかりやすいが、Ｂの部分にＣ面やＲ面を有していることによって縁部が欠けることを抑制することができる。締結部材４は、例えば、四角ナット、六角ナット等である。

また、図５に示す第４の実施形態のように、小径キャプスタンロール１の貫通孔５の内部に直径が大きい部分５ａを有していてもよい。回転軸３からの回転力を小径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、小径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、小径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。小径キャプスタンロール１の貫通孔５の内部に直径が大きい部分５ａを有しているときには、大きい部分５ａ以外の部分で回転軸３からの回転力を受けつつ、小径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。なお、大径キャプスタンロール２にも、貫通孔５の内部に直径が大きい部分５ａを有していてもよい。

また、無理に嵌めたり、抜いたりしなくて済むため、回転軸３に歪みが生じるおそれが少なくなり、回転軸３の歪みに起因した大径キャプスタンロール２の振れを抑制できる。

貫通孔５の内部５ａにおける直径は、例えば、他の部分の直径より０．７ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲で大きいものである。特に小径キャプスタンロール１に設ける内部５ａは、軸方向において大径キャプスタンロール２に近い側に形成されていてもよい。このような構成であると、小径キャプスタンロール１の回転に伴って発生する遠心力を低減させ
られるので、振れを抑制することができる。

ここで、小径キャプスタンロール１および大径キャプスタンロール２を構成する材質としては、セラミック焼結体、また、周期表ＩＶ、Ｖ、ＶＩ族元素の炭化物からなる硬質相と、鉄、コバルト、ニッケルなどの鉄系金属からなる結合相とからなる超硬合金やサーメットが挙げられる。

線材Ｗが小径キャプスタンロール１および大径キャプスタンロール２に繰り返し摺接しても、摩耗が少なく、寿命が長いという観点からは、キャプスタンロールは酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素またはサイアロンを主成分とするセラミック焼結体からなることが好適である。ここで、主成分とは、セラミック焼結体を構成する全成分１００質量％のうち、８０質量％以上を占める成分のことである。

酸化ジルコニウムが主成分であるセラミック焼結体は、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焼結体は、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焼結体は、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。

セラミック焼結体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ＺｒＯ_２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ＺｒＯ_２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焼結体である。

次に、本実施形態のキャプスタン１０の製造方法について説明する。

酸化ジルコニウムが主成分であるセラミック焼結体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。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、所望の形状に切削加工した後、１３５０〜１６００℃にて焼成すればよい。焼結助剤の他に、安定化剤として、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化ディスプロシウム（Ｄｙ_２Ｏ_３）、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。

酸化アルミニウムが主成分であるセラミック焼結体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、所望の形状に切削加工した後、１４５０〜１７００℃にて焼成すればよい。

窒化珪素が主成分であるセラミック焼結体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、所望の形状に切削加工した後、１７００〜１８６０℃にて焼成すればよい。

サイアロンが主成分であるセラミック焼結体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Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−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、所望の形状に切削加工した後、１７００〜１８００℃にて焼成すればよい。

凹部および凸部は、成形、成形後の切削加工によって形成されてもよいが、焼成後の研削加工によって形成されるものであってもよい。

そして、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、キャプスタンロールは、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。

また、嵌合部にあたる縁部に傾斜面を形成するには、キャプスタンロールを回転させながら、研磨用工具を用いて貫通孔の内周側の端部を研磨すればよい。

また、貫通孔の内部に直径が大きい部分を有するには、例えば、成形後の切削加工や、焼成後の研削加工により形成すればよい。

そして、例えば、小径キャプスタンロールおよび大径キャプスタンロールのそれぞれが有する凸部と凹部とを嵌め合わせることにより、キャプスタンを得ることができる。なお、使用にあたっては、回転軸に大径キャプスタンロール、小径キャプスタンロールの順で挿入して締結部材４によって押圧固定することで使用状態とすることができる。

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。

１小径キャプスタンロール
１ａ凹部
１ｂ凸部
１ｃ傾斜面
２大径キャプスタンロール
２ａ凹部
２ｂ凸部
２ｃ傾斜面
３回転軸
４締結部材
５貫通孔
５ａ内部
１０伸線装置用キャプスタン（キャプスタン）
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

Claims

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とともに、中心軸に貫通孔を備えるキャプスタンロールを複数備え、
隣接する小径キャプスタンロールおよび大径キャプスタンロールは、それぞれがいずれかを有する凸部と凹部とにより嵌合されており、
前記小径キャプスタンロールおよび前記大径キャプスタンロールにおける対向面の少なくとも一部が、光沢面または鏡面であることを特徴とする伸線装置用キャプスタン。
前記小径キャプスタンロールおよび前記大径キャプスタンロールの少なくともいずれかは、嵌合部にあたる縁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に記載の伸線装置用キャプスタン。
前記嵌合部にあたる前記縁部が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２に記載の伸線装置用キャプスタン。
前記小径キャプスタンロールおよび前記大径キャプスタンロールの少なくともいずれかは、前記貫通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３のいずれかに記載の伸線装置用キャプスタン。
前記キャプスタンロールが、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を主成分とするセラミック焼結体からな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伸線装置用キャプスタン。