JP2005139472A - 通電ロール装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】通電ロール軸に複数の通電ブラシを押しつけて通電を行う通電ロール装置において、前記通電ブラシと接触する通電ロール軸の外面に、通電ロール軸より表面硬度および電気抵抗が高い薄膜を形成することを特徴とする通電ロール装置。好ましくは、前記薄膜を、Ni:5〜15質量%を含有し、残部がタングステンカーバイト(WC)および不可避的不純物からなる溶射皮膜とする。
【選択図】図1
Description
この通電ロール装置においては、通電ロールとブラシとの間の抵抗を小さくして通電性能を確保するために、ブラシと接触するロール軸の外面にコレクターリングと呼ばれる銅製のリングを焼き嵌めする方法が採用されている。
しかし、通電ロール軸の抵抗の影響により、軸部分が発熱し、焼き嵌めした銅製のリングが外れてしまうという問題点や、機械磨耗によりブラシや通電ロール軸部分の寿命が短くなり、取り替え頻度が多いという問題点があった。
しかし、この従来技術のように硬質銅メッキを採用してもその硬度は、Hv=200程度が限界であり、大電流通電用の銅系の通電ブラシを採用する場合には、通電条件にもよるが数ヶ月で取替えが必要なレベルまで磨耗するのが実態であった。
このように従来の方法では、ロール軸部の通電面の金属として銅を用いている以上、ブラシおよび通電ロール軸における定常的な磨耗により寿命が短いという問題点は解消されていなかった。
(2)前記薄膜を、Ni:5〜15質量%を含有し、残部がタングステンカーバイト(WC)および不可避的不純物からなる溶射皮膜とすることを特徴とする(1)に記載の通電ロール装置。
1)通電ロール軸の表面にロール軸よりも電気抵抗の高い薄膜を溶射することにより、積極的にロール軸部分に電流を流してブラシ電流を均一化して、特定のブラシへの電流集中によるブラシの異常損耗を防止することができる。
2)薄膜の材質として耐磨耗性に優れたタングステンカーバイト(WC)という硬質の溶射材(Hv1100)を選定することにより磨耗寿命を著しく向上させ、ブラシおよびロール軸の交換頻度を従来の数ヶ月から数年単位まで低減させることができる。
3)薄膜に耐酸化性を有するNiを5〜15質量%添加することにより、経年変化による薄膜の安定性を向上させることができる。
図1は、本発明の通電ロール装置における実施形態を例示する図である。
図1において、1は通電ロール、2は通電ロール軸、3はブラシ、4は薄膜を示す。
図1において、電流は給電ブスバーからブラシ3を介して通電ロール軸3から通電ロール1に供給され、このブラシに流れる電流を均一化することにより、特定のブラシへの電流集中によるブラシの異常損耗を防止することができる。
このブラシの通電分布均一化のための方法として、従来は、前述のように通電ロール軸2に銅製のコレクターリングを嵌めたり、銅を厚メッキしたりすることにより、通電ロール軸2とブラシ3の間の電気抵抗を小さくしていた。
しかし、この方法では柔らかい銅を用いているが故に銅系のブラシを使用した際では、早い速度でブラシおよび通電ロール軸が磨耗する。
そこで、本発明者らは、従来の技術の常識を覆し、原理原則から「ブラシの通電分布の均一化」という課題を達成するための方法を見直し、今回新たな方法論を見出し、その方法に基づく具体的な適用を実施したところ、従来と比較して、ブラシ寿命およびロール軸部分の寿命を共に飛躍的に延ばすことができることを確認することができた。
すなわち、本発明らは、通電ロール1に複数の通電ブラシ3を押しつけて通電を行っている通電ロール装置において、通電ブラシ3と接触する通電ロール軸3の外面に、従来の常識とは全く逆の発想から、電気抵抗が高い薄膜4を形成することにより、通電ロール軸2に積極的な通電を促してブラシ間の電流分布を均一化し特定のブラシへの電流集中を防止することにより、ブラシの異常磨耗現象を防止してブラシ寿命を延長させ、設備の稼働率向上やブラシ研磨粉による絶縁低下といったトラブルを防止することができることを見出した。
図2は、本発明の通電ロール装置におけるブラシ電流の均一化方法の効果を検証するための通電モデルを示す図である。
図2において、1は通電ロール、2は通電ロール軸、3はブラシ、4は薄膜、5は軸受け、6は鉄板を示す。
図2において、通電ロール1の軸方向に複数のブラシが設けられているが、その複数のブラシの部分だけをクローズアップした図3のような等価回路を考え、各ブラシ電流I1とI2とI3の電流分布の均一化を解決する問題を考える。
分流した各電流の関係式を求めると下記の式1および式2のように示される。
I1(R0+R1)=I2・R0・・・(式1)
I2・R0+(I1+I2 )R1= I3・R0・・・(式2)
ここに、I1:1番目のブラシを流れる電流(A)
I2:2番目のブラシを流れる電流(A)
R0:ブラシ抵抗(Ω)
R1:軸部ブラシ間抵抗(Ω)
この式1および式2からI1とI2とI3の電流の比を求めると下記の式3になる。
I1:I2:I3=R0:(R0+R1):(R0+3R1+R1・R1/R0)・・・(式3)
式3よりI1とI2とI3の電流分布の均一化を図るための手段は、2つ考えられ、R1を極力小さくする方法か、それともR0をR1に比べて十分大きくする方法がある。
まず、R1を極力下げる方法は、従来の方法であり、通電面に銅のコレクターリングを嵌めるコレクターリング方式、または、銅を通電ロール軸に直接メッキするコレクターリングレス方式があるが、どちらもR1と並列に低抵抗の銅の分流路を作り、等価的にR1を下げる方式である。
一方、本発明法である、通電ブラシと接触する通電ロール軸の外面に、電気抵抗が高い薄膜を形成することにより、等価的にブラシ抵抗R0を軸部ブラシ間抵抗R1に比べて十分大きくすれば、通電ロール軸の電気抵抗の影響は相対的に小さくなるので、特定ブラシへの電流の集中を防止することができる。
タングステンカーバイト(WC)は、電気抵抗が5.3*10-5(Ωm)程度であり銅の1.67*10-8(Ωm)に比べて著しく電気抵抗が大きいため前述のR0を等価的に大きくしてブラシ電流の均一化を図ることができるうえ、ビッカース硬度で1100(Hv)程度の硬度を有しているため、通電ロール軸を磨耗しにくくすることができ、その結果、機械的磨耗によるブラシの損耗を著しく低減することができる。
従来のHv=200程度の銅メッキロールおよび大電流を通電するタイプのブラシである銅系ブラシの場合、ブラシとロール軸との硬度差があまりない。基本的にはロール軸の銅メッキの方が硬いが、銅系ブラシは銅とカーボンとの圧縮焼結体であり、硬さが不均一である。この圧縮焼結体の場合、部分的に非常に硬い箇所があり、ロール軸側の銅メッキを傷つけてしまうため、ロール軸部分がレコード状に磨耗し、結果としてカーボン側も機械的に磨耗する。
一方、本発明の好ましい実施形態であるHv=1100程度のタングステンカーバイト(WC)の場合、銅系ブラシとの硬度差が大きく、圧縮焼結体が持つ不均一な硬い部分でもロール軸側は全く損傷を受けないので、製作時の鏡面状態を維持することができ、機械磨耗による損耗は発生しない。
また、Niを5〜15質量%の範囲で含有させることによって、耐酸化性を向上させることができるので、酸化後の導電率を向上させ、経年による物性変化によって発生するスパークを防止することができる。
なお、本発明においては、通電ロール軸の外面に形成する薄膜の厚さは特に規定しないが、発明者らは種々の厚さの薄膜を用いて実験したところ、0.5mm〜1.0mmの厚さの薄膜とすることで最も本発明のブラシ電流の均一化効果を発揮することができることを確認した。
発明者らは、通電ロール軸の外面にNi:10質量%を含有し、残部がタングステンカーバイト(WC)および不可避的不純物からなる0.5mm厚さの薄膜を形成したところ、ブラシ電流を均一化させることができ、ブラシおよび通電ロール軸の交換頻度を従来の数ヶ月から数年程度まで著しく低減させることが確認できた。
2 通電ロール軸
3 ブラシ
4 薄膜
5 軸受け
Claims (2)
- 通電ロール軸に複数の通電ブラシを押しつけて通電を行う通電ロール装置において、前記通電ブラシと接触する通電ロール軸の外面に、該通電ロール軸より表面硬度および電気抵抗が高い薄膜を形成することを特徴とする通電ロール装置。
- 前記薄膜を、Ni:5〜15質量%を含有し、残部がタングステンカーバイト(WC)および不可避的不純物からなる溶射皮膜とすることを特徴とする請求項1に記載の通電ロール装置。
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