CN1098376C - 无环集流导电辊 - Google Patents

Abstract

一种导电辊，它能消除电刷和导线的由集流环(C环)和辊轴之间的不良接触引起的烧毁故障，消除C环在修理辊子主体时的安装/拆卸和调整工序，并可延长可滑动的集流器材料的寿命。无环集流导电辊在导电辊轴端部的外周表面上包括一电镀铜层，它具有至少为100Hv的维氏硬度，并且电刷与此部分直接接触。

Description

无环集流导电辊

本发明涉及一种用在电镀设备中的导电辊。

迄今为止都通过将集流环(以后均称为C环)安装在导电辊(以后均称为CDR)的两个轴端上并通过电刷施加电流而进行电镀。为了保持电镀的稳定性和稳定的操作，重要的是保证集流部分中的导电性能，同时，重要的自然还有保持直接与钢带接触的CDR体的表面性能。

传统的每个CDR都有铸造的铜制C环，它大于钢制辊轴的直径并且装在辊轴的右端和左端上，而且向C环施加以电流。因此，传统的CDR有下列问题(1)～(3)。

(1)C环与辊轴之间的不良接触常常产生电刷等烧毁的问题。

这就是说，将电流施加在由辊轴的不正确维护、C环的不正确安装等形成的不良接触部分上导致产生大量的热，该热量使不良的接触部分达到高的温度。由于材料不同，在C环与辊轴之间产生热膨胀差。由于C环的热膨胀量大于辊轴的热膨胀量，使C环与辊轴之间的不良接触恶化。由于由这种不正确的维护和安装引起的C环与辊轴之间的不良接触以及通电，使在安装于左、右辊轴端上的C环中均匀流动的电流的平衡受到破坏。其结果为，在C环的具有较小的接触电阻的一侧流过大的电流，并且电刷和C环侧的导线可能被烧坏。

(2)拆卸和安装C环以及调整滑动接触的操作负担在辊体的修理工序中变得很重。

(3)像C环和电刷这样的滑动集流部分的寿命将由于它们的磨损而缩短。

本发明的目的在于提供一种无环集流导电辊，它消除了烧毁问题，使C环的拆卸和安装以及滑动接触的调整成为不必要的，并且延长了滑动集流部分的寿命。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无环集流导电辊，它包括一层设置在导电辊轴端的外周表面上的电镀铜层，该电镀铜层具有至少为100Hv的维氏硬度，电镀铜层与电刷直接接触。

当电镀铜层的厚度过小时，对电镀在辊轴上的电镀铜层的修复就成得频繁。因此，厚度最好至少为3mm。当电镀铜层的厚度太大时，导电辊就将趋于变得成本较高。因此，厚度最好不超过6mm。

此外，电镀铜层的维氏硬度最好至少为150Hv，更好一些至少为200Hv。

附图的简要说明

图1示出了本发明的无环集流导电辊的一个实施例。

图2示出了传统的采用集流环的导电辊的一个例子。

在本发明中，在导电辊轴端的外周表面上设置有电镀铜层，它具有与铸铜一样低的电阻，而电刷则直接与镀层部分接触，因而有可能直接通电而不必采用C环。

当在导电辊轴端的外周表面上设置电镀铜层时，铜的镀层牢固地结合在辊轴的外周表面上，并且与在将C环装在辊轴上时C环和辊轴之间的接触电阻相比，在通电时电镀层与轴之间的接触电阻要明显地降低。

由于接触电阻明显地减小，由通电而引起的发热大大地减少，并且使温度也随之降低。辊轴的热膨胀与电镀铜层的热膨胀之间的差也因此变小，并防止在界面上发生剥离。因此，有效地防止了在通电时辊轴的外周表面与电镀铜层之间形成不良接触。

因此，可以消除由于由C环与辊轴之间的接触部分的不良接触引起的在右轴上的电流流动和左轴上的电流流动之间的不平衡而产生的烧毁故障。另外，可以使在辊体的修理工序中的拆卸和安装C环的操作以及调整滑动接触的操作变成不再是必要的。

此外，当在CDR轴端的外周表面上设置电镀铜层时，与铸铜相比(维氏硬度：35～50Hv)，表面硬度(维氏硬度)至少增加大约200％，并且摩擦阻力最大可降低至大约一半。虽然使表面硬度(维氏硬度)提高至少大约200％和最高使摩擦阻力减少约一半的原因并不清楚，但是可以如下所述的那样推断其理由。这种差别可能是基于这样一个事实，即与其中构成铸铜的铜的晶体组织粗的铸铜相比，在电镀铜层中，构成铜层的铜的晶体组织是由电子结合形成的并且比较致密。由于与铸铜制C环相比电镀铜层有高的表面硬度和低的摩擦阻力，在电刷与C环接触时由滑动引起的磨损量减少。

此外，由于与C环的外径相比，其上设置有电镀铜层的辊轴的外径较小。因此，当电刷与铜层接触时，CDR每转的滑动距离变小。结合上述的降低的摩擦阻力，由于滑动距离减少可以减少电刷的磨损量。

用于形成电镀铜层的电解质的类型可以是任意的，只要电镀铜层有至少为100Hv的维氏硬度。电解质的典型例子为硫酸铜、焦磷酸铜、氟硼化铜和氰化铜。此外，必要时也可以在电解液中加入像糖浆、硫脲和噻二唑这样的添加剂，在电解液中，这类上述的电解质可用于提高所形成的电镀铜层的硬度。

此外，对在辊轴端部的外周表面上形成电镀铜层时的电解电镀液的条件并没有特殊的限制。当满足下列条件时，溶液常常是令人满意的：电解液的浓度：约180～220g/l的硫酸铜和约30～40g/l的硫酸；电解液的温度：25～35℃；电流密度约为3～10A/dm²。

再有，轴的材料钢与电镀铜层之间的结合强度可以通过在钢制辊轴端部的外周表面上形成厚度约为3～7μm的镍镀层然后如上所述地在镍镀层上形成电镀铜层而得到提高。

下面，将参考实例详细地说明本发明的无环集流导电辊。

制备具有如图1所示的轴形的导电辊1。为了提高轴的材料钢与电镀铜层之间的结合强度，将图1中的除了外周表面均被掩护的辊轴部分2浸没在含有250～350g/L的硫酸镍、40～60g/L的氯化镍和40～50g/L的硼酸并具有55±1℃的温度和3.8～4.8的pH值的电解液中。然后，在4A/dm²的电流密度下进行电镀，以在外周表面上形成厚度为5μm的镍镀层。在用水洗涤以后，将图1中的除了外周表面均被掩护的辊轴部分浸没在含有200g/L的硫酸铜、30g/L的硫酸、40mg/L的氯和30mg/L的光亮剂并且温度为30℃的电解液中。然后，在8A/dm²的电流密度下进行电镀，以在外周表面上形成厚度为5mm的电镀铜层3。这样，就得到了一个无环集流导电辊(本发明的导电辊A)。另外，重复上述过程，只是不用镍进行电镀，以在辊轴端部的外周表面上形成厚度为5mm的铜电镀层。这样就得到了另一个无环集流导电辊(本发明的导电辊B)。

为了检查这些铜电镀层的表面硬度，将直径为100mm且厚度为15mm的铜棒的外周表面在上述的电镀条件下镀以厚度为5mm的铜，以做出一试样。按照JIS Z 2244测量试样的维氏硬度。硬度为209Hv。

另一方面，如图2所示，制备一导电辊1，在该导电辊的轴端上安装一用铸铜做成的集流环5。用车床和牛头刨床机加工出一与装在辊轴上的集流环相同的集流环，以形成一个10×20×20mm的试样。按照JIS Z 2244测量试样的维氏硬度，试样具有47Hv的维氏硬度。

采用了每个都有37×37mm的接触区的电刷4。对于图1中的本发明的导电辊A、B，沿周向布置了四排每排6个的电刷，并通过施加恒定的压力使电刷与电镀铜层接触。对于图2中的传统导电辊，沿周向布置了八排每排3个的电刷，并通过施加相同的恒定压力使电刷与集流环接触。在保持电刷的接触状态的同时在三个辊子上测量必要的转矩。其结果为，本发明的导电辊A、B显示出3.5kg-m的转矩，而传统的辊子显示出9.6kg-m的转矩。此外，测量了按照本发明的导电辊A的轴与Ni层(5μm)-Cu层(5mm)之间的接触电阻，和轴(40mm)与C环(5mm)之间的电阻。其结果为，本发明的导电辊A的接触电阻与传统导电辊的接触电阻分别为0.1×10^-6(Ω)和2×10^-6(Ω)。

本发明的导电辊A、B和传统导电辊分别都装在镀锡生产线上，并且用了5600小时(每侧收集8000A的电流)。检查与电刷接触的接触部分中铜的表面温度(℃)、铜的磨损量(mm/日)和电刷的磨损量(mm/日)。其结果示于表1中。

                          表1

	铜的表面温度(℃)	铜的磨损量(mm/日)	电刷的磨损量(mm/日)
				本发明的导电辊A	50	0.0027	0.0047
本发明的导电辊B	48	0.0027	0.0047
				传统的导电辊	85-90	0.0205	0.096

从表1中可以清楚地看出，本发明的导电辊表明，铜的磨损量减少至传统辊子的铜的磨损量的1/8，电刷的磨损量减少至用于传统辊子的电刷磨损量的1/20。

当电刷的总磨损量达到预定量时，电刷通常都被认为已经磨坏，并需要更换。因此，本发明的导电辊中电刷的寿命约为传统导电辊中电刷的20倍。此外，具有图2所示尺寸的集流环在磨损量达到7.5mm时结束它的寿命并被更换。另一方面，在图1所示无环集流导电辊上的电镀铜层的厚度为5mm，并且当电镀铜层被磨去以后，导电辊可重新被电镀。电镀铜层的寿命约为图2所示集流环寿命的5倍。

此外，由于本发明的导电辊没有显示出由传统导电辊表现出的那种在集流环与轴之间有大的接触电阻，与传统的导电辊相比，本发明导电辊的铜表面温度要大大地降低。

当将传统导电辊用在镀锡生产线中时，电刷和导线的烧毁故障的频率为4次/年。当采用本发明的导电辊时，将该频率减少至零。

本发明的无环集流导电辊消除了由C环与辊轴之间的不良接触引起的烧毁故障，使在辊体的修复工序中C环的拆卸和安装以及滑动接触调整的操作成为不必要的，并且延长了滑动集流部件的寿命。

Claims (2)

1.一种无环集流导电辊，它包括设置在导电辊轴端的外周表面上的电镀铜层，该电镀铜层具有至少为100Hv的维氏硬度，电镀铜层与电刷直接接触。

2.如权利要求1所述的无环集流导电辊，其特征为，电镀铜层有3-6mm的厚度。

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