JP2018159126A - チタン管成形ロール、チタン管成形装置およびチタン管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐凝着性、耐摩耗性、耐剥離性、およびロール表面の摩擦係数に優れたチタン管用成形ロールを提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：１．００〜２．３０％、Ｓｉ：０．１０〜０．６０％、Ｍｎ：０．２０〜０．８０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：４．８０〜１３．００％、を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物から成る鋼組成を有する基材と、基材上に形成されたＣｒＮ皮膜と、Ｃｒ膜と、中間膜と、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）とを備え、ＤＬＣ膜において、ラマン分光法におり測定された波数１３８０ｃｍ−１における吸収強度Ｉ１３８０と、波数１５４０ｃｍ−１における吸収強度Ｉ１５４０との比Ｉ１３８０／Ｉ１５４０が、膜表面から膜厚の２０％深さの範囲で０．５〜０．７、ＤＬＣ膜とＣｒＮ皮膜との界面から２０％深さの範囲で０．３〜０．５である。【選択図】なし

Description

本発明は、チタン管成形ロール、チタン管成形装置およびチタン管の製造方法に関するものである。

通常、鋼管その他の金属管を製造する場合、高精度の外径および真円度の確保、ならびに管の曲がり矯正を目的として、溶接後に成形ロールによる成形工程を行う。

成形ロールの摩耗が激しいと、精度の良い成形ができなくなり、成形する鋼管において高精度な真円度を確保できなくなる。そのため、成形ロールには、ロール表面の状態を長期間にわたって維持できる優れた耐摩耗性が要求される。

さらに近年では、鋼管の生産性の向上を図るべく、成形工程における通搬速度を増加させた過酷な条件で成形することが多い。このような条件で操業すると、鋼管表面と成形ロール表面との聞の周速差によって、その部分において凝着（焼付き）が生じやすくなり、焼付き痕が発生するおそれがある。このように、成形ロールと鋼管との間で凝着が発生すると、鋼管表面に疵が残り商品価値を下げてしまうため、摩耗や凝着が起きる前に成形ロールの交換を行わなければならない。

よって、鋼管を成形するロールには、耐摩耗性と、焼き付き疵を低減させうる耐凝着性を両立させ、ロールの交換頻度を低減できる長寿命なロールが要求される。

このような成形ロールに対する耐摩耗性及び耐凝着性の要求に対して、従来、様々な技術が検討されてきている。

例えば、ロール表面にセラミックス皮膜を成膜し硬度を確保する方法（特許文献１）、ロール表面に、浸硫窒化層、窒化層及びＴｉＣから選ばれる１種の表面硬化層を形成させ硬度を向上させる方法（特許文献２）、表面に硬質皮膜を備えたロールにおいて、ロール表層に分散する炭化物を微細化してロールと硬質皮膜との密着性を確保し、硬質皮膜の剥離を防止することで耐摩耗性と耐凝着性を確保する方法（特許文献３）、等が検討されている。

また一般に、成形ロールの材質としてダイス鋼などの工具鋼が使用される場合が多いが、耐摩耗性や耐凝着性を向上させるために、工具鋼の代わりに超硬合金を使用する対策も取られている。

ここで、チタンは他の金属材料と比較して、各種環境中における耐食性が著しく優れていることから、各種化学用の反応塔や容器、配管などの構成材料として発展してきた。近年では、火力・原子力発電所等の蒸気タービン復水器や蒸発法海水淡水化装置の伝熱管としてもチタン管が多く使用されている。

上述のように、鋼管を成形する際の成形ロールの耐摩耗性及び耐凝着性については、上記の通り様々な検討がされている。しかし、チタン管を成形する成形ロール特性についてはほとんど言及されてきていない。さらに、チタン管成形時の成形ロールに対し、上記のような従来技術を採用しても、耐摩耗性及び耐凝着性が不十分である場合があった。
また近年では、ロールの表面性状を良好に維持できることから、チタン管成形ロールの材質として銅合金を用いることが多いが、銅合金では硬度が不十分なことから、十分な耐摩耗性を確保できない場合があった。

一般的に、チタン管を成形する場合、搬送方向に対して複数配置された多段の成形ロールにて成形することで、真円度や残留応力の制御を行う。
複数の成形ロールはおおまかに、駆動ロールと無駆動ロールに大別される。駆動ロールは上下に対向配置された一対のロールからなり、この上下ロールに駆動回転力を付与して駆動させてチタン管を搬送方向へ引っ張るロールであり、一方の無駆動ロールは左右に対向配置された一対のロールからなり、駆動回転力は付与されない。

ここで、本発明者らは駆動ロールと無駆動ロールに要求される特性についてより詳細に調査した。その結果、駆動ロールは無駆動ロールよりもロールの周速差が大きいことから、特にフランジの部分でロール表面が剥離、成形対象物であるチタン管にも疵が付きやすいことが分かった。さらに、ロール表面の硬質化を目的として硬質膜を付与した場合でも、駆動ロールは無駆動ロールによりもその硬質膜が剥離しやすく、ロール寿命が短くなることが分かった。
つまり、駆動ロールは、無駆動ロールよりも使用環境が過酷であることから、耐摩耗性や耐凝着性は勿論のこと、耐剥離性、ならびにロール表面の優れたすべり性、つまり低摩擦性が求められることが分かった。更に、チタン管の生産性を高める観点から、ロール表面の低摩耗性が長期間にわたって維持されることが望まれる。

特開平８−１７４０１４号公報 特開平１−２０１４４３号公報 国際公開第２０００／５１７５６号

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、チタン管を成形、造管する際に用いるロールにおいて、耐摩耗性、耐凝着性、耐剥離性、およびロール表面の摩擦係数に優れ、かつ安価なチタン管成形ロール、ならびにロールの長寿命化を図り得るチタン管成形装置、チタン管の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、安価でかつ耐摩耗性、耐凝着性、耐剥離性およびロール表面の摩擦係数に優れ、ロール寿命の長いチタン管成形ロールを検討した結果、通常、成形ロールの材質として用いられる合金工具鋼鋼材を基材とし、当該基材上に、窒化層、さらにはチタンとの親和性の低いＣｒＮ皮膜を形成し、さらにその上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成し、更にはＣｒＮ皮膜とダイヤモンドライクカーボン膜の間にＣｒ膜と中間膜を配置することで、耐摩耗性、耐凝着性、耐剥離性およびロール表面の低摩擦性を両立でき、ロールの交換頻度を低減できる長寿命なロールを提供できることが分かつた。
本発明の要旨は、以下の通りである。

（１） 質量％で、
Ｃ：１．００〜２．３０％、
Ｓｉ：０．１０〜０．６０％、
Ｍｎ：０．２０〜０．８０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：４．８０〜１３．００％、
Ｍｏ：０〜１．２０％、
Ｖ：０〜１．００％、
Ｗ：０〜０．８０％を含有し、
残部が鉄および不純物である化学組成を有する基材と、
前記基材上の少なくとも圧延面に形成された窒化層と、
前記窒化層上に形成されたＣｒＮ皮膜と、
前記ＣｒＮ皮膜上に形成されたＣｒ膜と、
前記Ｃｒ膜上に形成された中間膜と、
前記中間膜上に形成されたダイヤモンドライクカーボン膜と、を備え、
前記基材のビッカース硬さが６００〜７００であり、
前記窒化層のビッカース硬さが８００〜１２００であり、
前記ＣｒＮ皮膜のビッカース硬さが８００〜２０００であり、
前記中間膜はＣｒ及び炭素を含み、Ｃｒと炭素の合計を１００質量％としたとき、前記Ｃｒ膜側の界面におけるＣｒ濃度が８０質量％以上であり、前記ダイヤモンドライクカーボン膜側の界面におけるＣ濃度が８０質量％以上であり、前記Ｃｒ膜側から前記ダイヤモンドライクカーボン膜側に向かう膜厚方向に沿ってＣｒ濃度が徐々に減少する膜であり、
前記ダイヤモンドライクカーボン膜のビッカース硬さが、膜表面から０．２０ｔ（ただし、ｔは膜厚）までの領域において３０００〜３５００、前記中間膜との界面から０．２０ｔまでの領域において１５００〜３０００であり、
前記ダイヤモンドライクカーボン膜において、ラマン分光法により測定された波数１３８０ｃｍ^−１における吸収強度Ｉ_１３８０と、波数１５４０ｃｍ^−１における吸収強度Ｉ_１５４０との比Ｉ_１３８０／Ｉ_１５４０が、０．２０ｔまでの領域において０．５〜０．７、前記ダイヤモンドライクカーボン膜と前記中間膜との界面から０．２０ｔまでの領域において０．３〜０．５であるチタン管成形ロール。
（２） 前記ダイヤモンドライクカーボン膜の厚さが０．５μｍ〜２．０μｍである、（１）に記載のチタン管成形ロール。
（３） 前記ＣｒＮ皮膜の厚さが０．５μｍ〜５．０μｍである、（１）または（２）に記載のチタン管成形ロール。
（４） 前記窒化層の厚さが０．５μｍ〜５０．０μｍである、（１）乃至（３）の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
（５） 前記窒化層の平均窒素濃度が０．１０〜０．５０質量％である、（１）乃至（３）の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
（６） 前記窒化層における窒素の濃度分布が、前記窒化層表層から深さ方向に向かって減少する濃度勾配を有する、（１）乃至（５）の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
（７） 前記基材が、質量％で、
Ｍｏ：０．７０〜１．２０％、
Ｖ：０．１５〜１．００％、
Ｗ：０．６０〜０．８０％から選択される一種以上を含有する、（１）乃至（６）の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
（８） 前記Ｃｒ膜の厚さが５ｎｍ〜２００ｎｍである、（１）乃至（７）の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
（９） 前記中間膜の厚さが２０ｎｍ〜１０００ｎｍである、（１）乃至（８）の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
（１０） ロール本体の全周に渡って断面視半円状のロール凹部を設けた孔型ロールであって、
前記圧延面が、前記ロール凹部表面である、（１）乃至（９）の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
（１１） 前記ロール本体が、ロール中央部と、前記ロール中央部の両側に配置されて前記ロール中央部に対して回動自在とされた一対の回動フランジ部とを備え、
前記ロール凹部が、前記ロール中央部と前記回動フランジ部とによって分割されている、（１０）に記載のチタン管成形ロール。
（１２） 前記ロール中央部は、前記ロール本体を駆動する回転軸に固定されており、前記回動フランジ部は前記回転軸及び前記ロール中央部に対して回動自在とされている、（１１）に記載のチタン管成形ロール。
（１３） 前記ロール凹部の曲率半径をＲ_１としたとき、前記ロール中央部における前記ロール凹部の幅は、０．７×２Ｒ_１〜０．８７×２Ｒ_１の範囲である、（１１）または（１２）に記載のチタン管成形ロール。
（１４） 前記ロール中央部には、基部と、前記基部のロール幅方向中央部からロール外周方向に向けて突出された突出部とが備えられ、
前記回動フランジ部は、前記基部上にあって前記突出部のロール幅方向両側に配置され、
前記ロール中央部の前記基部と前記回動フランジ部との間に、第１軸受部が設けられている、（１１）乃至（１３）の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
（１５） 前記ロール中央部の前記基部と前記回動フランジ部との間で互いに対向する対向面がそれぞれ、前記第１軸受部の転動体の軌道面とされており、前記対向面が、前記窒化層と、前記ＣｒＮ皮膜と、前記Ｃｒ膜と、前記中間膜と、前記ダイヤモンドライクカーボン膜を備える、（１４）に記載のチタン管成形ロール。
（１６） 一対の前記回動フランジ部のロール幅方向両側に配置されて前記ロール中央部に固定された固定フランジ部と、前記固定フランジ部と前記回動フランジ部との間に配置された第２軸受部と、を備える、（１１）乃至（１５）の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
（１７） 前記固定フランジ部と前記回動フランジ部との間で互いに対向する対向面がそれぞれ、前記第２軸受部の転動体の軌道面とされており、前記対向面が、前記窒化層と、前記ＣｒＮ皮膜と、前記Ｃｒ膜と、前記中間膜と、前記ダイヤモンドライクカーボン膜を備える、（１６）に記載のチタン管成形ロール。
（１８） 前記固定フランジ部に、前記回動フランジ部を引き寄せて固定する引きねじ部が設けられている、（１６）または（１７）に記載のチタン管成形ロール。
（１９） （１０）乃至（１８）の何れか一項に記載のチタン管成形ロールが２つ備えられ、
２つの前記チタン管成形ロールは、それぞれの前記ロール凹部が相互に向き合うように配置されるとともに、前記の各ロール凹部が成形対象のチタン管外周面の同一円周上に接するように配置されている、チタン管成形装置。
（２０） 前記基材からなるロール本体を備え、
前記ロール本体には、その全周に渡って設けられた断面視円弧状のロール凹部と、前記ロール凹部の幅方向両側に設けられ、前記ロール本体のロール幅方向外側に向けてロール本体の回転軸側に傾斜する傾斜部と、を有しており、
前記ロール凹部表面が前記圧延面であって、前記ロール凹部表面に、前記窒化層、前記ＣｒＮ皮膜、前記Ｃｒ膜、前記中間膜及び前記ダイヤモンドライクカーボン膜が備えられ、
更に、前記傾斜部の表面にも、前記窒化層、前記ＣｒＮ皮膜、前記Ｃｒ膜、前記中間膜及び前記ダイヤモンドライクカーボン膜が備えられている、（１）乃至（９）の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
（２１） 前記ロール凸部と前記傾斜部との境界に、凸曲面部が設けられており、前記凸曲面部の曲率半径Ｒｆｒ（単位：ｍｍ）と、前記ロール凹部の曲率半径Ｒ_１（単位：ｍｍ）との関係が、Ｒｆｒ＝β×Ｒ_１（ただし、０＜β≦０．０２）の関係にあることを特徴とする（２０）に記載のチタン管成形ロール。
（２２） （２０）または（２１）に記載のチタン管成形ロールが４つ備えられ、
４つの前記チタン管成形ロールのうち、２つの前記チタン管成形ロールの前記ロール凹部が相互に向き合うように配置されるとともに、別の２つの前記チタン管成形ロールの前記ロール凹部が相互に向き合うように配置され、かつ、４つの前記チタン管成形ロールの前記ロール凹部が成形対象のチタン管外周面の同一円周上に接するように配置され、更に、相互に隣接する前記チタン管成形ロールの前記傾斜部同士が対向している、チタン管成形装置。
（２３） 相互に隣接する前記チタン管成形ロールの前記傾斜部同士のクリアランスＣ（単位：ｍｍ）と、前記ロール凹部の曲率半径Ｒ_１（単位：ｍｍ）との関係が、Ｃ＝α×Ｒ_１（ただし、０≦α≦０．０２）の関係にあることを特徴とする（２２）に記載のチタン管成形装置。
（２４） （１）乃至（１８）、（２０）または（２１）の何れか一項に記載のチタン管成形ロールを備えたチタン管成形装置であって、前記チタン管成形ロールの一部分に対し、チタン管成形中に潤滑剤を供給する潤滑ノズルを有する、チタン管成形装置。
（２５） チタン管の成形サイズに合わせて前記潤滑ノズルの位置を可変できる、（２４）に記載のチタン管成形装置。
（２６） 前記チタン管成形ロールの径に合わせて前記潤滑ノズルの位置を可変できる、（２４）または（２５）に記載のチタン管成形装置。
（２７） 前記潤滑ノズルの位置および向きを任意に調整できる、（２４）乃至（２６）の何れか一項に記載のチタン管成形装置。
（２８） 前記潤滑ノズルは、内径０．５〜３．０ｍｍのチューブである、（２４）乃至（２７）の何れか一項に記載のチタン管成形装置。
（２９） 前記潤滑剤としてソリユブル油系潤滑剤を用い、該潤滑剤を１．０〜２０．０ｍｌ／ｈｒ以下で微量滴下して供給する、（２４）乃至（２８）の何れか一項に記載のチタン管成形装置。
（３０） （１）乃至（１８）、（２０）または（２１）の何れか一項に記載のチタン管成形ロールを用いて成形する、チタン管の製造方法。
（３１） （１９）または（２２）乃至（２９）の何れか一項に記載のチタン管成形装置を用いて成形する、チタン管の製造方法。

本発明によれば、チタン管を成形、造管する際に用いるロールにおいて、耐摩耗性、耐凝着性、耐剥離性、およびロール表面の摩擦係数に優れ、かつ安価なチタン管成形ロール、ならびにロールの長寿命化を図り得るチタン管成形装置、チタン管の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態の第１の例であるチタン管成形ロールを用いたチタン管の製造方法を示す側面模式図。 図２は、本発明の実施形態であるチタン管成形ロールを示す正面模式図。 図３は、本発明の実施形態の第２の例であるチタン管成形ロールを示す正面断面模式図。 図４は、本発明の実施形態の第２の例であるチタン管成形ロールを示す正面断面分解模式図。 図５は、本発明の実施形態の第２の例であるチタン管成形ロールのロール中央部と回動フランジ部とを示す正面断面模式図。 図６は、チタン管成形ロールにおける滑り率を説明する図であって、（ａ）は駆動ロールにおける滑り率を説明する模式図であり、（ｂ）は無駆動ロールにおける滑り率を説明する模式図であり、（ｃ）は本実施形態のチタン管成形ロールにおける滑り率を説明する模式図。 図７は、本実施形態のチタン管成形ロールの別の例を示す正面断面模式図。 図８は、本実施形態のチタン管成形ロールの更に別の例を示す正面断面模式図。 図９は、本発明の実施形態の第３の例であるチタン管成形ロールを示す正面断面模式図。 図１０は、チタン管成形装置を用いた潤滑方法および装置を説明するための正面概略図。 図１１は、図１０に示す潤滑ノズル１の配置例を説明するための正面模式図。 図１２は、図１０に示す潤滑ノズル１の幅方向調整機構、上下方向調整機構を説明するための上面概略図と側面概略図。 図１３は、潤滑ノズル１を用いて潤滑剤を微量滴下するためのローラーポンプ（潤滑剤供給装置）の構造を示す図。 図１４は、本実施形態のチタン管成形装置の他の例を示す正面模式図。 図１５は、本実施形態のチタン管成形装置の他の例を示す側面模式図。 図１６は、本実施形態のチタン管成形装置の他の例の要部を示す正面模式図。 図１７は、図１４〜図１５に示すチタン管成形装置に備えられるチタン管成形ロールを示す模式図であって、（ａ）は部分断面正面図であり、（ｂ）は側面図。 図１８は、図１４〜図１５に示すチタン管成形装置を用いたチタン管成形方法を説明する拡大正面模式図。 図１９は、図１４〜図１５に示すチタン管成形装置を用いたチタン管成形方法を説明する側面図。 図２０は、実施例１の成形ロールにおける成分分析結果を示すグラフ。 図２１は、実施例１の成形ロールにおける成分分析結果を示すグラフ。 図２２は、実施例１の成形ロールにおける成分分析結果を示すグラフ。 図２３（ａ）は、実施例１の成形ロールの表層の顕微鏡写真、図２３（ｂ）及び図２３（ｃ）は実施例１の成形ロール表層のラマンスペクトル。 図２４（ａ）は、比較例１の成形ロールの表層の顕微鏡写真、図２４（ｂ）及び図２４（ｃ）は比較例１の成形ロール表層のラマンスペクトル。 図２５（ａ）は、実施例２の成形ロールを用いて成形したチタン管の真円度の測定結果を示す図であり、図２５（ｂ）は、実施例３の成形ロールを用いて成形したチタン管の真円度の測定結果を示す図である。それぞれ、真円からの乖離を拡大表示している。 図２６は、実施例４の成形ロールを用いて成形したチタン管の真円度の測定結果を示す図であり、真円からの乖離を拡大表示している。

以下、本発明の実施形態であるチタン管成形ロール、チタン管成形装置及びチタン管の製造方法について説明する。
なお、本実施形態は、本発明のチタン管成形ロールの趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。

［チタン管成形ロール、チタン管成形装置及びチタン管の製造方法の第１の例］
図１に、本実施形態の第１の例である、チタン管成形ロール、チタン管成形装置及びチタン管成形ロールを用いたチタン管の製造方法の側面模式図を示す。また、図２には、チタン管成形ロールの正面模式図を示す。図１及び図２に示すように、本実施形態のチタン管成形ロール１は、所謂孔型ロールであり、鋼材からなるロール本体２と、ロール本体２に挿通された回転軸３とが備えられている。ロール本体２のロール面２ａには、断面視円弧状、より具体的には半円状に成形されたロール凹部４がロール本体２の全周に渡って設けられている。また、ロール凹部４の表面には、基材上に、ＣｒＮ皮膜と、ＣｒＮ膜上に形成されたＣｒ膜と、Ｃｒ膜上に形成された中間膜と、中間膜上に形成されたダイヤモンドライクカーボン膜とが備えられている。

図１に示すように、中空の円筒管であるチタン管１０を真円に成形する際には、一対のチタン管成形ロール１の回転軸３をそれぞれ水平に配置し、かつ、各回転軸３が平行になるように配置する。このようにして各チタン管成形ロール１を上下方向に対向して配置させる。このようにしてチタン管成形装置を構成する。図１のチタン管成形装置は、２つのチタン管成形ロール１からなり、各チタン管成形ロール１は、ロール凹部４が相互に向き合うように配置されるとともに、各ロール凹部４が成形対象のチタン管１０の外周面の同一円周上に接するように配置されている。そして、上下に配置した一対のチタン管成形ロール１の間に成形前のチタン管１０を通過させる。一対のチタン管成形ロール１の間には、各チタン管成形ロール１のロール凹部４によって、正面側から視た場合に真円形状となる孔部が設けられており、この孔部をチタン管１０が通過する際にチタン管１０が真円状に成形される。なお、チタン管成形ロール１の配置は上下方向に限らず、水平方向でも斜め方向でもよい。また、図１に示すように、一対のチタン管成形ロール１の回転軸３をそれぞれ水平に配置し、かつ、各回転軸３が平行になるように配置することで、金属管成形装置の主要部が構成される。

チタン管成形ロール１の回転軸３は、駆動手段によって駆動される駆動軸でもよく、無駆動軸でもよい。本実施形態のチタン管成形ロール１は駆動軸に接続されたとしても、ＣｒＮ皮膜とＣｒ膜と中間膜とダイヤモンドライクカーボン膜とが備えられているために、耐摩耗性、耐凝着性、耐剥離性、およびロール表面の摩擦係数に優れたものとなる。

本実施形態に係るチタン管成形ロール１のロール本体２の基材は、質量％で、Ｃ：１．００〜２．３０％、Ｓｉ：０．１０〜０．６０％、Ｍｎ：０．２０〜０．８０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：４．８０〜１３．００％、を含有し、残部が鉄及び不純物から成る鋼組成を有する鋼材からなる。この基材からなるチタン管成形ロール１の少なくともロール凹部４の表面にＣｒＮ皮膜とＣｒ膜と中間膜とダイヤモンドライクカーボン膜とが備えられる。ダイヤモンドライクカーボン膜においては、ラマン分光法により測定された波数１３８０ｃｍ^−１における吸収強度Ｉ_１３８０と、波数１５４０ｃｍ^−１における吸収強度Ｉ_１５４０との比Ｉ_１３８０／Ｉ_１５４０が、膜表面から膜厚の２０％深さの範囲で（０．２０ｔ（ｔは膜厚）の領域）０．５〜０．７となり、ダイヤモンドライクカーボン膜と中間膜との界面から２０％深さの範囲（０．２０ｔ（ｔは膜厚）の領域）では比Ｉ_１３８０／Ｉ_１５４０が０．３〜０．５となっている。
以下に、本実施形態におけるチタン管成形ロールについて詳しく説明する。

［基材の組成］
まず、本実施形態のチタン管成形ロール１における基材成分組成に関し、各元素の限定理由について詳述する。
なお、以下の説明においては、特に指定の無い限り、「％」は質量％を表すものとする。また、以下に示す基本成分及び選択元素の残部は、鉄及び不可避的不純物からなる。

（Ｃ：炭素） １．００〜２．３０％
Ｃは、炭化物の形成および硬さの確保に必要な元素である。また、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等と結合して硬い炭化物を形成するので、焼入れ焼き戻し硬さを高め、耐摩耗性を構成させる元素として重要である。そのため、本実施形態ではＣを１．００％以上含有させる。硬さの確保の観点から、１．４％以上含有させることが好ましい。
一方、Ｃ含有量が２．３０％を超えると、靱性を著しく劣化させる。そこで、本実施形態では、Ｃ含有量は２．３０％以下と限定する。なお、靭性確保の観点から、Ｃ含有量の上限は、２．２０％であることが好ましく、２．００％以下であることがさらに好ましい。

（Ｓｉ：ケイ素） ０．１０〜０．６０％
Ｓｉは、脱酸剤として含有される。また、Ｓｉは、高温焼戻し中の軟化抵抗性を高める作用があるため含有される。これらの観点から、Ｓｉは０．１０％以上含有させる。一方、Ｓｉ含有量が０．６０％を超えると、熱間加工性や靱性を低下させるほか、非金属介在物が増加するおそれがある。そのため、Ｓｉ含有量は０．６０％以下とする。なお、靭性確保の観点から、Ｓｉ含有量の上限は０．５０％であることが好ましい。

（Ｍｎ：マンガン） ０．２０〜０．８０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸効果のある元素であり、焼入れ性を向上させると同時に、残留オーステナイトを増加させる元素である。この観点から、Ｍｎは０．２０％以上含有させる。なお、硬度確保の観点から、０．３０以上含有させることが好ましい。なお、靭性とのバランスを考慮し、本実施形態ではＭｎ量の上限を０．８％とする。好ましくは、０．６％以下である。

（Ｐ：リン） ０．０３０％以下
（Ｓ：硫黄） ０．０３０％以下
Ｐ，Ｓともに、鋼中に存在しない方が好ましい不純物元素である。このことから、Ｐ，Ｓともに、その含有量を０．０３０％以下に制限する。なお好ましくは、０．０２０％以下に制限する。

（Ｃｒ：クロム） ４．８０〜１３．００％
ＣｒはＣと結合して、結合して炭化物を形成することにより、耐摩耗性を向上させる需要な元素である。また、本実施形態ではチタン管成形ロール１の基材上にＣｒＮ皮膜（硬質皮膜）を形成することから、当該ＣｒＮ皮膜との密着性を確保する上でも非常に重要である。これらの観点から、Ｃｒ量は４．８０％以上とし、好ましくは８．００％以上、さらに好ましくは１１．００％以上とする。
一方、Ｃｒを過剰に添加すると、粗大な炭化物の生成によって靭性が劣化するおそれがあるので、Ｃｒ量の上限を１３．００％とする。なお、好ましくは１２．５０％以下である。

なお、本実施形態では、上記成分組成にさらに、Ｍｏ：０〜１．２０％及びＶ：０〜１．００％、を含有させてもよい。

（Ｍｏ：モリブデン） ０〜１．２０％
Ｍｏは、焼戻し軟化抵抗性を向上させるとともに、炭化物の形成により耐摩耗性を付与する効果も有する。これらの観点から、Ｍｏは０．７０％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．８０％以上である。
一方、Ｍｏを過剰に添加すると靱性を劣化させるおそれがある。このことから、Ｍｏは１．２０％以下含有させることが好ましく、より好ましくは１．１０％以下である。

（Ｖ：バナジウム） ０〜１．００％
Ｖは、基材の焼入れ性向上、焼戻し軟化抑制さらには炭化物の微細化に有効である。そのため、Ｖは０．１５％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．２０％以上である。
一方、Ｖを過剰に添加すると、冷間加工性を阻害するおそれがあるため、Ｖは１．００％以下含有させることが好ましく、より好ましくは０．５０％以下である。

また、本実施形態では、上記成分組成にさらに、Ｗ：０〜０．８０％を含有させてもよい。

（Ｗ：タングステン） ０〜０．８０％
Ｗは、Ｖと同様に、基材の焼入れ性向上、焼戻し軟化抑制さらには炭化物の微細化に有効である。そのため、Ｗは０．６％以上含有させることが好ましい。一方、Ｗを過剰に添加すると、冷間加工性を阻害するおそれがあるため、Ｗは０．８０％以下含有させることが好ましい。

本実施形態においては、上記した元素以外の残部は実質的にＦｅからなり、不純物をはじめ、本発明の作用効果を害さない元素を微量に添加することができる。

なお、本実施形態のチタン管成形ロール１においては、基材の材質として上記成分組成を有するものを用いるが、その中でも、より安価でかつ耐摩耗性と耐凝着性をバランスよく確保する観点から、ＪＩＳ Ｇ ４４０４にて規定されている、ＳＫＤ１，ＳＫＤ２，ＳＫＤ１０，ＳＫＤ１１もしくはＳＫＤ１２（いずれも上記成分組成範囲内）を用いることが好ましく、これらの中でも特に、ＳＫＤ１１を用いることがより好ましい。

上記成分組成を有するような基材の硬度は、ビッカース硬さで約６００〜７００である。つまり、上記基材上に皮膜等を形成せず、基材ままの状態でチタン管１０を成形した場合、基材自体の硬度は確保できていることから耐摩耗性に関しては比較的良好な結果が得られるが、耐凝着性に関しては、チタン管の材料が基材に焼付いてしまい、チタン管成形ロール１に多数の疵が生じてしまう。

そのため、本実施形態では、Ｔｉとの親和性が非常に低く、基材中のＣｒとの連続性（素材連続性）保つことができることから、基材表面（圧延面）にＣｒＮ皮膜を形成することが重要である。基材表面上にＣｒＮ皮膜を形成することにより、チタン管１０とチタン管成形ロール１との密着性を確保でき、耐凝着性を向上させることができる。しかしながら、高硬度（ビッカース硬さで８００〜２０００）のＣｒＮ層と比較的軟質な基材との間（界面）では硬度格差（強度の不連続性）が生じる。その結果、ＣｒＮ層と基材との界面において応力が集中しやすくなり、ＣｒＮ皮膜の厚みによってはＣｒＮ皮膜と基材との密着性が十分に確保できない場合がある。

そこで、本発明者らが検討した結果、高硬度なＣｒＮ皮膜と、比較的軟質な基材との間に、ＣｒＮ皮膜と基材とを連結させうる窒化層を設けることで、硬度格差を緩和させることができ、ＣｒＮ皮膜と基材との密着性、及びチタン管成形ロール１の強度を両立させうることを知見した。

以上のことから、基材とＣｒＮ層との聞に、基材表層をプラズマ窒化処理することによって得られる窒化層を設けることが好ましい。このように、基材の表層に窒化層を形成することで、ＣｒＮ皮膜と基材との間の硬度差を緩和することができ、応力の集中を抑制することができる。その結果、ＣｒＮ皮膜と基材との密着性、ならびに強度を向上させることができ、ＣｒＮ皮膜の剥離を低減し、耐凝着性を向上させることが可能となる。

［窒化層］
本実施形態に係るチタン管成形ロール１は、基材上に窒化層を形成し、その上にＣｒＮ皮膜、Ｃｒ膜、中間膜および高硬度なダイヤモンドカーボン膜を成膜することで、チタン管成形ロール１の耐摩耗性、耐疑着性、低摩擦性を確保する。

窒化層のビッカース硬さは、８００〜１２００である。ビッカース硬さが、８００未満では、ＣｒＮ皮膜との硬度差が大きくなりすぎ、また、１２００を超えると、基材との硬度差が大きくなる。

窒化層の厚さは特に限定しないが、本実施形態では、０．５μｍ〜５０．０μｍとすることが好ましい。
高硬度のＣｒＮ皮膜と比較的軟質な基材との間における強度の差を低減するためには、窒化層の厚みを０．５μｍ以上確保することが好ましい。より好ましくは１．０μｍ以上である。一方、窒化層の厚みを過度に厚くしすぎることは、プラズマ窒化処理に要する時間が長くなり生産性を低下させるほか、製造コストも高くなる。また、窒化層の厚みを過度に厚くすると、基材の表面粗度が大きくなってしまい、ＣｒＮ皮膜の成膜前に基材表面を研磨する必要が生じる。これらの観点から、窒化層の厚みは５０．０μｍ以下とすることが好ましい。

窒化層中の平均窒素濃度は、０．１０〜０．５０質量％とすることが好ましい。
窒化層中の窒素濃度が低すぎると、強度向上の効果が小さく、十分な耐摩耗性が得られないおそれがあるため、窒化層中の平均窒素濃度は０．１０質量％以上とすることが好ましい。より好ましくは、０．２０％以上である。

一方、窒化層中の窒素濃度が高すぎると、窒化層表面が脆化する傾向となりやすく、割れが生じるおそれがある。このことから、窒化層中の平均窒素濃度は０．５０質量％以下とすることが好ましい。より好ましくは、０．４０％以下である。

また、窒化層における窒素の濃度分布が、窒化層表層から深さ方向に向かって減少するような濃度勾配を有することが好ましい。
上述したように、ロール内部で強度格差が生じることは、ＣｒＮ皮膜と基材との密着性、及び強度の観点から好ましくない。従って、ＣｒＮ皮膜、基材表層、基材内部それぞれの間の強度の格差、すなわちロール内部の深さ方向に沿った強度勾配は緩やかにすることが好ましい。そのためには、ＣｒＮ皮膜と基材との間に形成する窒化層内の窒素の濃度分布を、窒化層表層から基材側に向かって減少するような濃度勾配となるよう制御することが好ましい。

なお、窒素の濃度分布を、窒化層表層から深さ方向に向かって減少する勾配となるよう制御するためには、窒化層を形成するための基材表層に対するプラズマ窒化処理を複数回に分け、かつ、各回の処理を異なる条件で行うことにより、窒化層内における窒素の濃度分布を調整すればよい。

なお、「窒化層」の判別（基材と「窒化層」との境界の判定）は、グロー放電発光分析装置（ＧＤＳ）によって行うことができる。具体的には、まず、上記プラズマ窒化処理によって窒化させた基材表層において、分析領域を直径１ｍｍとし、通常のグロー放電発光分析を行う。引き続き、深さ方向に分析を進め、分析領域の窒素量が母材（基材）の平均窒素濃度を超えているところまでの領域を「窒化層」とする。つまり、グロー放電発光分析を深さ方向に行い、窒素量が基材の平均窒素濃度まで下がった地点を基材と「窒化層」との境界の判定することとする。

また、窒化層中の平均窒素濃度についても、ＧＤＳを用いて測定することができる。なお、本実施形態では、分析領域を直径１ｍｍとし、ＧＤＳを用いて深さ方向に分析を行い、ＪＩＳ Ｋ ０１５０に規定されているＱＤＰ（Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｄｅｐｔｈ Ｐｒｏｆｉｌｅ）法を適用し、深さ５０ｎｍごとの窒素濃度を測定する。これにより、窒化層における窒素の濃度分布を得る事ができる。また、窒化層全体の平均窒素濃度は、深さ５０ｎｍごとの各窒素濃度の平均を算出することで求めることができる。

窒化層の形成前には、ロール（基材）表面を鏡面研磨することが望ましい。また、ショットブラストを行うことが望ましい。これにより、ロール表面性状を良好なものとし、ＣｒＮ皮膜と基材との密着性を向上させることができ、結果、優れた耐凝着性を得ることが可能となる。

［ＣｒＮ皮膜（硬質皮膜）］
ＣｒＮ皮膜のビッカース硬さは８００〜２０００の範囲内とすることが好ましい。
ＣｒＮ皮膜の硬度は、チタン管成形ロール１の耐摩耗性を向上させる観点から、高硬度とすることが好ましい。したがって、本実施形態では、ＣｒＮ皮膜のビッカース硬さを８００以上とすることが好ましく、１５００以上とすることがより好ましい。一方、ＣｒＮ皮膜の硬度の過度な上昇は、クラックの発生を招くおそれがあることから、ＣｒＮ皮膜のビッカース硬さは２０００以下とすることが好ましい。

ＣｒＮ皮膜の厚さは特に限定しないが、０．５μｍ〜５．０μｍとすることができる。
ＣｒＮ皮膜を薄くしすぎると、皮膜形成時にムラが生じ、耐凝着性が不十分となるおそれがある。また、ＣｒＮ皮膜を過度に厚くすると、硬度は向上する一方で、皮膜にき裂（クラック）が生じやすくなり、脆くなるおそれがあるほか、経済的観点から製造コストが高くなり好ましくない。これらのことから、ＣｒＮ皮膜の厚さは０．５μｍ〜５．０μｍとすることが好ましい。

ＣｒＮ皮膜の成膜方法に関しては特に限定しないが、基材との密着性を確保でき、更に成膜した皮膜の硬度を向上させうることから、ＰＶＤ法（物理蒸着法）を用いることが好ましい。他の蒸着法（例えばＣＶＤ法）によっても本実施形態に係るＣｒＮ皮膜は形成できるが、硬度が不十分であったり、ＣｒＮ皮膜の膜厚が過度に厚くなったりするおそれがあるため、ＣｒＮ皮膜の成膜法としてはＰＶＤ法を用いることが好ましい。

なお、ＣｒＮ皮膜は単層構造でもよく、２層以上積層する複層構造でもよい。しかし、上述したように、ＣｒＮ皮膜の膜厚が厚くなりすぎるとクラックが生じるおそれがあるほか、複層構造とすることで、生産性の低下、製造コストの上昇を招くことから、ＣｒＮ皮膜は単層構造とすることが好ましい。

［Ｃｒ膜及び中間膜］
本実施形態では、ＣｒＮ皮膜とダイヤモンドライクカーボン膜との間に、Ｃｒ膜及び中間膜を配置することが好ましい。ダイヤモンドライクカーボン膜はＣｒＮ膜に対して比較的高い密着性を有するものの、本実施形態のチタン管成形ロール１に対してチタン管１０を繰り返し通管させると、ダイヤモンドライクカーボン膜に繰り返し衝撃が加わり、これにより、ダイヤモンドライクカーボン膜がＣｒＮ膜から剥離するおそれがある。そこで、ＣｒＮ膜上にＣｒ膜を形成し、Ｃｒ膜上に中間膜を形成し、更にその上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成することにより、繰り返し衝撃を受けた場合でもダイヤモンドライクカーボン膜の剥離を抑制する。また、中間膜を設けることで、ＣｒからＣ単体への傾斜構造を持たせることができ、耐久性を高めることができる。

Ｃｒ膜は、厚みが５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲が好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲がより好ましく、１０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲が更に好ましく、１０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲が特に好ましい。Ｃｒ膜の厚みが薄すぎると、ダイヤモンドライクカーボン膜の剥離を抑制できなくなる。また、Ｃｒ膜の厚みが厚すぎると、ＤＬＣ膜が剥離した際に焼き付きが起きてしまうので好ましくない。ＣｒＮ膜とＣｒ膜の界面は、厚さ方向のＣｒ濃度分布を測定することで容易に判別できる。ＣｒＮ膜におけるＣｒ濃度は８１質量％程度であり、Ｃｒ膜におけるＣｒ濃度は１００％であるので、厚さ方向のＣｒ濃度を分析してＣｒ濃度が急激に変化する位置を界面とすればよい。Ｃｒ濃度が相互に近いことから、Ｃｒ膜はＣｒＮ膜に対して高い密着性を示すものとなる。Ｃｒの分析手法としては、電子線が透過できる程度の厚みの薄膜試料を作成し、走査透過電子顕微鏡観察（STEM：SCANNING TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY）及び特性Ｘ線分析により分析を行う。

中間膜は、Ｃｒ及び炭素を含み、Ｃｒと炭素の合計を１００％としたとき、Ｃｒ膜側からダイヤモンドライクカーボン膜側に向かう膜厚方向に沿ってＣｒ濃度が徐々に減少する膜である。この中間膜は、例えば、Ｃｒ膜との界面におけるＣｒ量が８０〜１００質量％であり、ダイヤモンドライクカーボン膜との界面におけるＣｒ量が０〜２０質量％未満となっている。言い換えると、この中間膜は、Ｃｒ皮膜との界面におけるＣ量が０〜２０質量％未満であり、ダイヤモンドライクカーボン膜との界面におけるＣ量が８０〜１００質量％となっている。中間膜中においてＣｒ濃度及びＣ濃度は厚み方向に沿って徐々に変化している。Ｃｒ濃度及びＣ濃度の厚み方向の変化率は、各濃度が直線状に連続して変化してもよく、曲線状に連続して変化してもよく、階段状に不連続的に変化してもよい。

中間膜は、Ｃｒ膜との界面におけるＣｒ量が８０〜１００質量％となっているため、１００％ＣｒからなるＣｒ膜との親和性が高く、中間膜はＣｒ膜に対して高い密着性を示す。また、中間膜は、ダイヤモンドライクカーボン膜との界面におけるＣｒ量が０〜２０質量％未満であり、Ｃ量が８０〜１００質量％となっているため、１００％Ｃからなるダイヤモンドライクカーボン膜との親和性が高く、中間膜はダイヤモンドライクカーボン膜に対しても高い密着性を示す。このように中間膜は、Ｃｒ膜とダイヤモンドライクカーボン膜との間に介在してこれらの膜の密着性を高めている。

中間膜の厚みは２０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲が好ましく、３０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲がより好ましく、５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲が更に好ましく、６０ｎｍ〜１８０ｎｍの範囲が特に好ましい。中間膜の厚みが薄すぎると、厚み方向に沿ったＣｒ濃度及びＣ濃度の変化が急激になり、Ｃｒ膜とダイヤモンドライクカーボン膜の密着性を確保できないおそれがある。また、中間膜の厚みが厚すぎると、膜が脆くなり、耐久性が低下するので好ましくない。

中間膜とＣｒ膜の界面は、厚さ方向のＣｒ濃度分布を測定することで容易に判別できる。ここで、Ｃｒ膜のＣｒ濃度はほぼ１００質量％であり、中間膜ではダイヤモンドライクカーボン膜側に向かうに従ってＣｒ濃度が減少するので、厚さ方向のＣｒ濃度を測定してＣｒ濃度が減少し始めた位置を界面とすればよい。
また、中間膜とダイヤモンドライクカーボン膜の界面についても、厚さ方向のＣｒ濃度分布を測定することで容易に判別できる。中間膜ではダイヤモンドライクカーボン膜側に向かうに従ってＣｒ濃度が減少し、ダイヤモンドライクカーボン膜ではＣｒ濃度が０質量％になるので、厚さ方向のＣｒ濃度を分析してＣｒ濃度が０％になった位置を界面とすればよい。Ｃｒの分析手法は、Ｃｒ膜の場合と同様に、薄膜試料を用いた走査透過電子顕微鏡観察（STEM：SCANNING TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY）及び特性Ｘ線分析により分析を行う。

ＣｒＮ膜上にＣｒ膜及び中間膜を配置することで、繰り返し衝撃が加わった場合でもダイヤモンドライクカーボン膜の剥離が抑制される。

Ｃｒ膜の成膜方法に関しては特に限定しないが、ＣｒＮ皮膜との密着性を確保できることから、ＰＶＤ法（物理蒸着法）を用いることが好ましい。
また、中間膜の成膜方法は、Ｃｒ膜と同様に、ＰＶＤ法（物理蒸着法）を用いることが好ましい。この場合、Ｃｒ及び炭素のターゲットをそれぞれ用意してスパッタリング法により中間膜を成長させ、膜の成長途中で各ターゲットに対するスパッタリング条件を変化させることにより、Ｃｒ膜からダイヤモンドライクカーボン膜側に向かってＣｒ濃度を減少させるとともにＣ濃度を増加させればよい。

［ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）］
チタン管成形ロール１のうち、チタン管１０を搬送方向へ引張る役割の駆動ロールは、無駆動ロールよりも使用環境・使用条件が過酷であることから、耐摩耗性や耐凝着性は勿論のこと、耐剥離性、ならびにロール凹部４の表面の優れた低摩擦性がより求められる。

本実施形態では、ＣｒＮ皮膜上にＣｒ膜及び中間膜を積層し、更に、ｓｐ^２混成軌道の炭素（ｓｐ^２構造）とｓｐ^３混成軌道の炭素（ｓｐ^３構造）からなる高硬度なダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）を成膜する。
中間膜はＣｒと炭素を含む膜であるため、中間膜における炭素の結晶構造はＤＬＣ膜における炭素の結晶構造とは異なっており、中間膜はＤＬＣ膜に対して硬度が低くなっている。このため、中間膜上に高硬度なＤＬＣ膜を成膜しただけでは、中間膜とＤＬＣ膜との間（界面）で硬度格差（強度の不連続性）が生じ、中間膜とＤＬＣ膜との界面において応力が集中しやすくなる結果、中間膜とＤＬＣ膜との密着性が十分に確保できなくなり、チタン管１０の成形中にＤＬＣ膜が剥離するおそれがある。
そこで、ＣｒＮ膜に対するＤＣ膜の密着性を高めるため、ＤＬＣ膜中間膜とＤＬＣ膜との間における硬度の格差を緩和させるようＤＬＣ膜の膜厚方向の硬度分布（硬度傾斜）を制御することが重要である。

具体的には、ダイヤモンドライクカーボン膜において、ラマン分光法におり測定された波数１３８０ｃｍ^−１における吸収強度Ｉ_１３８０と、波数１５４０ｃｍ^−１における吸収強度Ｉ_１５４０との比Ｉ_１３８０／Ｉ_１５４０を、膜表面から膜厚の２０％深さの領域（０．２０ｔ（膜厚）までの領域）（上層領域）で０．５〜０．７、ＤＬＣ膜と中間膜との界面から２０％深さの領域（０．２０ｔ（膜厚）までの領域）（下層領域）で０．３〜０．５となるよう制御し、膜表面から中間膜側に向かってｓｐ^３構造の割合が減少（硬度が減少）するような硬度傾斜を付与する。

なお、前述のとおり、Ｉ_１３８０とはラマン分光法におり測定された波数１３８０ｃｍ^−１における吸収強度、いわゆる「Ｄバンド」であり、他方のＩ_１５４０とはラマン分光法におり測定された波数１５４０ｃｍ^−１における吸収強度、いわゆる「Ｇバンド」であり、Ｉ_１３８０／Ｉ_１５４０（Ｄ／Ｇ）を算出することでｓｐ^３構造性の目安とすることができる。

ダイヤモンドライクカーボンは、ｓｐ^３混成軌道（ダイヤモンド構造）の炭素の割合が比較的多いものと、ｓｐ^２混成軌道（グラファイト構造）の炭素の割合が比較的多いものが混在したものである。つまりｓｐ^３構造が多くなるとダイヤモンド寄りの性質（高硬度）となり、ｓｐ^２構造が多くなるとグラファイト寄りの性質（軟質）となる。

したがって、中間膜側の下層領域は軟質、膜表面側である上層領域は硬質なものとなるよう、ＤＬＣ膜におけるｓｐ^３構造とｓｐ^２構造の割合を制御することで、ＤＬＣ膜の膜厚方向における硬度の傾斜をつけ、中間膜とＤＬＣ膜との間における硬度格差を緩和させることができる。
中間膜のＤＬＣ膜側の界面におけるビッカース硬度は１２００〜２４００程度であるので、ＤＬＣ膜の下層領域はビッカース硬度で１５００〜３０００程度、上層領域は３０００〜３５００程度とすることが望ましい。

このように、ＤＬＣ膜の上層領域をｓｐ^３構造の割合を高めた硬質なものとすることで、チタン管１０に対し優れた耐摩耗性を発揮できる上、この上層領域はｓｐ^２混成軌道（グラファイト構造）の炭素も多少含んでいることから低摩擦性をも確保できる。一方で、ＤＬＣ膜の下層領域をｓｐ^３構造の割合を抑えた軟質なものとすることで、中間膜との硬度格差を緩和でき、耐剥離性を確保できる。
さらに、ＤＬＣ膜はチタンとの親和性が低いことから、耐凝着性も良好なものとできる。

なお、Ｉ_１３８０／Ｉ_１５４０は、ラマン分光分析法によって測定できる。ラマン分光分析法は、試料表面にレーザー光等を照射し、それによって発せられるラマン散乱光を分光し、入射光とラマン散乱光との波長の差から試料表面の分子の構造および結合状態を明らかにする手法である。

ＤＬＣ膜の膜厚については特に限定せず、０．５μｍ〜２．０μｍの範囲内とすることが望ましいが、製法やその条件、チタン管成形ロール１の使用環境等により適宜決定してよい。

本実施形態に係るＤＬＣ膜は、プラズマＣＶＤ法によって成膜できる。
ＤＬＣ膜におけるｓｐ^３構造とｓｐ^２構造の割合を上記のように制御するためには、プラズマＣＶＤ法の各条件（成膜条件）を調整すればよい。具体的には、反応ガスの種類や割合、基板温度、陰極電圧、真空度等を適宜調整することで、ＤＬＣ膜におけるｓｐ^３構造とｓｐ^２構造の割合を調整できる。つまり、ＤＬＣ膜の膜厚方向に上記のような硬度傾斜が付与されるのであれば、成膜条件を適宜調整しながら成膜してもよく、成膜開始から一定の条件の下で成膜してもよい。

反応ガスはＣＨ_４とＨ_２の混合ガス、あるいはＣＨ_４ガスのみとすることができる。反応ガスとして混合ガスを用いる場合は、各ガスの流量を調整することでｓｐ^３構造とｓｐ^２構造の割合を調整でき、ＣＨ_４ガスのみを用いる場合は他の各条件を調整すればよい。
また、本実施形態におけるＤＬＣ膜は、ｓｐ^３構造とｓｐ^２構造を所望の割合とすることが重要であるため、膜中にＨ（水素）が多量に混入することは好ましくない。そのため、反応ガスとしてＨ_２は適当な量に抑えるほうがよい。
以上述べた成膜条件は、用いるプラズマＣＶＤ装置の種類、スペック等に影響されるため、生成させているＤＬＣ膜のラマンピークを調べながらｓｐ^３構造とｓｐ^２構造の割合を調整すればよい。

本実施形態に係るＤＬＣ膜は、上記のほか、アンバランストマグネト口ンスバッタ（ＵＢＭＳ）法によって成膜することもできる。このとき、メタンガスとＡｒガスとの流量比を変更することにより、ＣｒＮ皮膜との界面から表面に向かつて膜の硬さが徐々に増加するようすることが可能である。

また、基材上に中間膜を成膜し、ＤＬＣ膜を成膜するまでの間、中間膜表面に汚れが付着する場合がある。そのため本実施形態では、ＤＬＣ膜を成膜する前に中間膜表面に対しプラズマクリーニングを施し、表面の汚れを分解・除去した上でＤＬＣ膜を成膜することが望ましい。これにより、中間膜とＤＬＣ膜との密着性をより向上させることができる。

以上、本実施形態に係るチタン管成形ロール１について説明したが、チタン管１０を製造する際には、水または通常チタン管の成形で用いられるエマルジョンまたはソリュブル油系潤滑剤を潤滑剤として用いれば、チタン管１０とチタン管成形ロール１の間の摩擦が更に低減するので好ましい。潤滑性能及び製品に付着した潤滑剤の除去のし易さの観点から、水溶性切削油剤であるソリュブル油系潤滑剤が最も適している。

［チタン管成形ロール及びチタン管の製造方法の第２の例］
次に、本発明の実施形態であるチタン管成形ロール及びチタン管の製造方法の第２の例について、図３〜８を参照して説明する。

図３及び図４には、本実施形態の第２の例であるチタン管成形ロール１１を示す。図３及び図４に示すチタン管成形ロール１１は、所謂孔型ロールであり、鋼材からなるロール本体１２と、ロール本体１２に挿通された回転軸３とが備えられている。ロール本体１２のロール面１２ａには、断面視半円状に成形されたロール凹部１４がロール本体１２の全周に渡って設けられている。また、圧延面であるロール凹部１４の表面には、窒化層とＣｒＮ皮膜とＣｒ膜と中間膜とダイヤモンドライクカーボン膜とが順次積層されている。図１の場合と同様に、図３及び図４に示すチタン管成形ロール１１を２つ用意し、それぞれのロール凹部１４が相互に向き合うように配置させ、各ロール凹部１４が成形対象のチタン管外周面の同一円周上に接するように配置させることで、チタン管形成装置を構成する。

ロール本体１２は、ロール中央部２１と、ロール中央部２１の両側に配置されてロール中央部２１に対して回動自在とされた一対の回動フランジ部２２と、一対の固定フランジ部２３とが備えられている。ロール凹部１４は、ロール中央部２１と回動フランジ部２２とによって分割されている。また、ロール中央部２１と回動フランジ部２２との間には第１軸受部２４が備えられ、固定フランジ部２３と回動フランジ部２２との間には第２軸受部２５が備えられている。更に、ロール中央部２１と固定フランジ部２３とは、固定ボルト２６によって相互に固定されている。

ロール中央部２１は、ロール本体１２を駆動する回転軸３に固定されている。一方、回動フランジ部２２は回転軸３及びロール中央部２１に対して回動自在とされている。固定フランジ部２３は固定ボルト２６によってロール中央部２１に固定されている。すなわち、固定フランジ部２３は、ロール中央部２１と一体になって回転軸３に固定されている。
回転軸３が回転することでロール中央部２１と固定フランジ部２３とが回転する。一方、回動フランジ部２２は、第１、第２軸受部２４、２５によってロール中央部２１及び固定フランジ部２３に対して回動自在とされているため、ロール中央部２１及び固定フランジ部２３とは連動しない。以下、各部について詳細に説明する。

ロール中央部２１は、回転軸３が挿通される円筒状の基部２１ａと、基部２１ａのロール幅方向中央から突出する突出部２１ｂとからなる。基部２１ａには、回転軸３を挿通させるための挿通孔２１ｃが設けられている。突出部２１ｂの上面２１ｄは、回転軸３側に凹み、かつロール本体１２の全周に渡って連続する丸溝状に成形されており、この上面２１ｄがロール凹部１４の一部を構成している。ロール中央部２１は、第１の例で説明した鋼成分を有する基材から構成される。また、ロール中央部２１の上面２１ｄには、第１の例で説明した窒化層とＣｒＮ皮膜とＣｒ膜と中間膜とダイヤモンドライクカーボン膜とが備えられている。

回動フランジ部２２は、略リング状の部材であり、ロール中央部２１の基部２１ａの外周側かつ突出部２１ｂのロール幅方向両側に嵌められている。このように、回動フランジ部２２は、基部２１ａの上にあって突出部２１ｂのロール幅方向両側に配置される。ロール中央部２１の基部２１ａと回転フランジ部２２との間には第１軸受２４が配設されている。また、ロール中央部２１の突出部２１ｂの側壁面２１ｂ_１と、回転フランジ部２２との間には０．１ｍｍ程度の隙間が設けられている。この隙間と、第１軸受部２４とにより、回転フランジ部２２はロール中央部２１に対して摺動することなく回動自在になっている。また、回転フランジ部２２の外周傾斜面２２ａは、断面視したときに凹んだ円弧面に成形されており、ロール中央部２１の上面２１ｄと連続する円弧面になっている。これにより、回動フランジ部２２の外周傾斜面２２ａとロール中央部２１の上面２１ｄとによってロール凹部１４が構成される。

また、回動フランジ部２２を断面視してわかるように、回動フランジ部２２の外周傾斜面２２ａを含む先端部２２ｄは、突出部２１ｂの先端に覆い被さるように屈曲している。
これにより、回動フランジ部２２がチタン管１０からの荷重を受けた際に、荷重を十分に受け止めることが可能になっている。

回動フランジ部２２は、第１の例で説明した鋼成分を有する基材から構成される。また、回動フランジ部２２の外周傾斜面２２ａには、第１の例で説明したＣｒＮ皮膜とＣｒ膜と中間膜とダイヤモンドライクカーボン膜とが備えられている。また、回転フランジ部２２の表面全面に、窒化層とＣｒＮ皮膜とＣｒ膜と中間膜とダイヤモンドライクカーボン膜とが備えられていてもよい。

次に、第１軸受部２４は、図示略の針状ころからなる転動体と、複数の転動体を保持する図示略の保持器とを備えている。そして、第１軸受部２４に隣接する面である、ロール中央部２１の基部２１ａの外周面２１ａ_１と、回転フランジ部２２の内周面２２ｂとが、第１軸受部２４の転動体の軌道面となっている。言い換えると、ロール中央部２１の基部２１ａと回転フランジ部２２とがそれぞれ、第１軸受部２４の内周レース及び外周レースになっている。本実施形態では、これらの外周面２１ａ_１と内周面２２ｂにも、第１の例で説明した窒化層とＣｒＮ皮膜とＣｒ膜と中間膜とダイヤモンドライクカーボン膜とが備えられている。

次に、固定フランジ部２３は、略円板状の部材であって、中央に回転軸３が挿通可能な挿通孔２３ａが設けられている部材である。固定フランジ部２３は、ロール本体１２のロール幅方向両側に配置されている。固定フランジ部２３の回転軸寄りの部分は固定ボルト２６によってロール中央部２１の基部２１ａに固定されている。また、固定フランジ部２３の外周寄りの部分は、回転フランジ部２２のロール幅方向両側に位置しており、回転フランジ部２２と対向している。固定フランジ部２３と回動フランジ部２２との間には第２軸受部２５が配置されている。

固定フランジ部２３は、第１の例で説明した鋼成分を有する基材から構成される。また、固定フランジ部２３のうち、回転フランジ部２２と対向する対向面２３ｂに、第１の例で説明した窒化層、ＣｒＮ皮膜、Ｃｒ膜、中間膜及びダイヤモンドライクカーボン膜が備えられていてもよい。

第２軸受部２５は、図示略の針状ころからなる転動体と、複数の転動体を保持する図示略の保持器とからなる。一方、第２軸受部２５に隣接する面である、固定フランジ部２３の対向面２３ｂと、回動フランジ部２２の側面２２ｃとは、第２軸受部２５の転動体の軌道面となっている。言い換えると、固定フランジ部２３の対向面２３ｂと回動フランジ部２２の側面２２ｃとがそれぞれ、第２軸受部２５のレースになっている。本実施形態では、これらの対向面２３ｂと側面２２ｃにも、第１の例と同様に、基材上に、窒化層とＣｒＮ皮膜とＣｒ膜と中間膜とダイヤモンドライクカーボン膜とが備えられている。

なお、図４に示すように、本例のチタン管成形ロール１は、固定ボルト２６を取り外すことにより、ロール本体１２を、ロール中央部２１、回動フランジ部２２、固定フランジ部２３、第１軸受部２４及び第２軸受部２５に分解可能となっている。

以上の構成により、チタン管１０を成形する際には、回転軸３の回転駆動によってロール中央部２１及び固定フランジ部２３を回転させる。この状態でチタン管１０を一対のチタン管成形ロール１の間に挿通させると、ロール中央部２１の上面２１ｄがチタン管１０に接触してチタン管１０に回転軸３の回転トルクを伝達する。一方、回動フランジ部２２の外周傾斜面２２ａにもチタン管１０が接触するが、回動フランジ部２２はチタン管１０の動きに合わせてチタン管１０によって回動させられる。このとき、外周傾斜面２２ａの周速度はロール中央部の上面２１ｄの周速度より小さくなるため、回動フランジ部２２の回転速度はロール中央部２１の回転速度よりも小さくなる。回動フランジ部２２は、第１、第２軸受部２４、２５とによってそれぞれ、ロール中央部２１及び固定フランジ部２３に対して回動自在とされており、また、回動フランジ部２２とロール中央部２１の突出部２１ｂとの間には０．１ｍｍ程度の隙間があるため、回動フランジ部２２は、ロール中央部２１の回転速度よりも小さな回転速度で回動する。これにより、チタン管１０に対するロールの滑り率が全体的に小さくなり、チタン管１０における疵の発生が抑制される。

また、一対のチタン管成形ロール１の間にチタン管１０が挿入されて、ロール凹部１４にチタン管１０が侵入すると、回転フランジ部２２がロール幅方向外側に僅かに押されて固定フランジ部２３に押しつけられる一方で、回転フランジ部２２とロール中央部２１の突出部２１ｂとの間には０．１ｍｍ程度の隙間が確保される。これにより、回転フランジ部２２と突出部２１ｂとが擦れ合うことなく回動フランジ部２２が円滑に回転する。

次に、ロール中央部２１の突出部２１ｂの幅の好適範囲とロールの滑り率について、図５及び図６により説明する。
図５に示すように、ロール中央部２１の突出部２１ｂの上面２１ｄの幅Ｗは、ワークとなるチタン管の外径をＤとしたとき、０．７Ｄ〜０．８７Ｄの範囲であることが好ましい。言い換えると、ロール凹部１４の曲率半径をＲ_１としたとき、ロール中央部２１におけるロール凹部１４の幅Ｗは、０．７×２Ｒ_１〜０．８７×２Ｒ_１の範囲であることが好ましい。ここで、図５に示すように、ロール中央部２１の上面２１ｄと回動フランジ部２２の外周傾斜面２２ａとの境界位置をＡとし、チタン管１０の中心軸Ｏから境界位置Ａに向かう方向と水平方向とのなす角度をθとしたとき、幅Ｗが０．７Ｄ（０．７×２Ｒ_１）の場合の境界位置Ａはθ＝４５°の位置となり、また、幅Ｗが０．８７Ｄ（０．８７×２Ｒ_１）の場合の境界位置Ａはθ＝３０°の位置となる。すなわち、本実施形態では、角度θが３０〜４５°の範囲になるように境界位置Ａを設定するとよい。この理由を以下に説明する。

図６（ａ）は非分割型の駆動ロールにおける滑り率を説明する模式図である。駆動ロールの場合、チタン管１０に対して最も効率よく回転トルクを伝達できるピンチ位置は、ロール凹部４の最底部になる。そこで、ロール凹部１４の最底部におけるロール径をＲｄとし、ピンチ位置におけるロール径をＲｐとし、ロールのフランジ部上面におけるロール径をＲｆとすると、フランジ部上面近傍におけるチタン管に対する滑り率は以下の通りとなる。

（フランジ部）滑り率＝（Ｒｆ−Ｒｐ）／Ｒｐ …（１）

例えばチタン管の外径Ｄ（２Ｒ_１）を２５ｍｍとし、Ｒｄ＝５０ｍｍ、Ｒｆ＝６２．２５ｍｍとした場合、ＲｐはＲｄにほぼ一致するから（Ｒｐ＝Ｒｄ＝５０ｍｍ）、駆動ロールにおける滑り率は０．２４５になる。

次に、図６（ｂ）は非分割型の無駆動ロールにおける滑り率を説明する模式図である。
無駆動ロールの場合のピンチ位置は、ロール凹部４の最底部と、フランジ部の上面との間の中間になる。この場合のフランジ部の上面近傍におけるチタン管に対する滑り率は、例えばチタン管の外径Ｄ（２Ｒ_１）を２５ｍｍとし、Ｒｄ＝５０ｍｍ、Ｒｆ＝６２．２５ｍｍ、Ｒｐ＝５６．１２５ｍｍとなるから、これらを上記式（１）に導入すると、無駆動ロールにおける滑り率は０．１０９になる。

図６（ａ）と図６（ｂ）との対比から明らかなように、駆動ロールは無駆動ロールに比べて滑り率が大きく、チタン管１０に疵が発生しやすく、ロール自体も摩耗しやすい。

次に、図６（ｃ）に示すように、本実施形態の分割型の駆動ロールについて検討する。
本実施形態のチタン管成形ロール１１においては、ロール中央部２１が駆動ロールとして機能し、回動フランジ部２２が無駆動ロールとして機能する。そうすると、Ｒｆ、Ｒｐ及びＲｄは図６（ｃ）に図示した通りになる。

ここで、図５に示すように境界位置Ａがθ＝３０°の位置にある場合、ロール中央部２１における滑り率は０．１２２５となり、回動フランジ部２２における滑り率は０．０５１７となり、いずれも図６（ｂ）における非分割型の無駆動ロールの滑り率（０．１２５）よりも小さくなる。しかしながら、角度θが３０°未満になると、非分割型の無駆動ロールの滑り率（０．１２５）よりも滑り率が大きくなってしまう。

また、図５に示すように境界位置Ａがθ＝４５°の位置にある場合は、ロール中央部２１における滑り率は０．０７３となり、回動フランジ部２２における滑り率は０．０７６となり、いずれも図６（ｂ）における非分割型の無駆動ロールの滑り率（０．１２５）よりも大幅に小さくなる。しかしながら、角度θが４５°を超えると、回動フランジ部２２の外周傾斜面２２ａの幅が小さくなりすぎ、チタン管１０の荷重を十分に受け止めきれなくなり、回動フランジ部２２が破損するおそれがある。

以上のことから、図５に示す角度θは３０〜４５°の範囲が好ましい。これをロール中央部２１の突出部２１ｂの上面２１ｄの幅Ｗで表すと、ワークとなるチタン管１０の外径をＤとしたときに、幅Ｗは０．７Ｄ〜０．８７Ｄの範囲となる。すなわち、ロール凹部１４の曲率半径をＲ_１としたとき、ロール中央部２１におけるロール凹部１４の幅Ｗは、０．７×２Ｒ_１〜０．８７×２Ｒ_１の範囲となる。この範囲であれば、チタン管１０に疵を生じさせることなく成形が可能になり、かつ、回動フランジ部２２の破損も防止される。

以上説明したように、本実施形態の第２の例のチタン管成形ロール１１によれば、ロール本体１２が、ロール中央部２１と、ロール中央部２１の両側に配置されてロール中央部２１に対して回動自在とされた一対の回動フランジ部２２とからなり、ロール凹部１４が、ロール中央部２１と回動フランジ部２２とによって分割されているので、回動フランジ部２２とチタン管１０とが互いに滑りにくくなり、これにより、チタン管１０に疵が発生しにくくなり、また、回動フランジ部２２に形成したＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜が剥がれにくくなる。このように本例のチタン管成形ロール１によれば、耐摩耗性、耐凝着性、耐剥離性が向上し、ロール表面の摩擦係数を小さくできる。

また、ロール中央部２１がロール本体１２を駆動する回転軸３に固定される一方で、回動フランジ部２２が回転軸３及びロール中央部２１に対して回動自在とされているので、回転軸３が駆動軸となる場合にはロール中央部２１が駆動ロールとなり、回動フランジ部２２が無駆動ロールとなり、無駆動ロールとなる回動フランジ部２２における滑り率が小さくなるので、チタン管１０における疵発生を防止し、また、回動フランジ部２２に形成したＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜の剥がれを抑制できる。これにより、チタン管成形ロール１の耐久性を向上でき、メンテナンスの頻度を低減できる。

また、ロール凹部１４の曲率半径をＲ_１としたとき、ロール中央部２１におけるロール凹部１４の幅を０．７×２Ｒ_１〜０．８７×２Ｒ_１の範囲とすることで、チタン管１０に対する滑り率を低減し、かつ、回動フランジ部２２の破損を防止できる。

更に、ロール中央部２１に基部２１ａと突出部２１ｂとが備えられ、回動フランジ部２２が基部２１ａ上にあって突出部２１ｂのロール幅方向両側に配置され、基部２１ａと回動フランジ部２２との間に第１軸受部２４が設けられることで、回動フランジ部２２をロール中央部２１に対して円滑に回動させることができる。

また、ロール凹部１４にチタン管１０が侵入した際に回転フランジ部２２がロール幅方向外側に僅かに押され、回転フランジ部２２と突出部２１ｂとの間に０．１ｍｍ程度の隙間が確保されることで、回転フランジ部２２と突出部２１ｂとが擦れ合うことなく回動フランジ部２２を円滑に回転させることができる。

また、ロール中央部２１の基部２１ａと回動フランジ部２２との間で互いに対向する対向面が第１軸受部２４の転動体の軌道面とされており、これら対向面にＣｒＮ皮膜とＣｒ膜と中間膜とＤＬＣ膜とが備えられているので、第１軸受部２４の長寿命化を図ることができる。また、第１軸受部２４自体を小型にすることができるため、ロール本体１２を小さくして設備のコンパクト化が図れる。

更に、ロール本体１２には、固定フランジ部２３と第２軸受部２５とが備えられており、固定フランジ部２３によってロール中央部２１からの回動フランジ部２２の脱落を防止しつつ、第２軸受け部２５によって回動フランジ部２２を円滑に回動させることができる。

また、固定フランジ部２３と回動フランジ部２２との間で互いに対向する対向面が第２軸受部２５の転動体の軌道面とされており、これら対向面にＣｒＮ皮膜とＣｒ膜と中間膜とＤＬＣ膜とが備えられているので、第２軸受部２５の長寿命化を図ることができる。また、第２軸受部２５自体を小型にすることができるため、ロール本体１２を小さくして設備のコンパクト化が図れる。

更に、図４に示したように、本例のチタン管成形ロール１は、固定ボルト２６を取り外すことで、ロール本体１２を、ロール中央部２１、回動フランジ部２２、固定フランジ部２３、第１軸受部２４及び第２軸受部２５に分解可能となっているため、保守作業を容易に行うことができる。例えば、回動フランジ部２２のみが摩耗してＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜が剥がれた場合は、予備の回動フランジ部２２に交換することで、直ちに使用可能な状態になり、チタン管の成形加工を継続することができる。また、取り外した回動フランジ部２２については、補修が必要な箇所に窒化層、ＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜を形成するだけで、再利用可能な状態にすることができる。

また、本実施形態に係る窒化層、ＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜は、ロール凹部１４の表面のみならず、あらゆる部分に成膜することで、チタン管成形ロール１の寿命を延長することができる。例えば、上述したように、第１、第２軸受部２４，２５の転動体の軌道面となる箇所に窒化層、ＣｒＮ膜とＤＬＣ膜を形成することで、本来は耐摩耗性や対疲労性に優れた軸受用の素材を適用すべき箇所であっても、ロール本体１４の素材に窒化層、ＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜を形成することで転動体の軌道面とすることができるようになる。また、ロール中央部２１の突出部２１ｂと回動フランジ部２２とが対向する面にも窒化層、ＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜を形成することで、突出部２１ｂと回動フランジ部２２との摩耗を防止できる。

なおさらに加えて、水または通常チタン管の成形で用いられるエマルジョンまたはソリュブル油系潤滑剤を潤滑剤として用いれば、チタン管１０とチタン管成形ロール１１の間の摩擦が更に低減するので好ましい。また、エマルジョンまたはソリュブル油系潤滑剤を潤滑剤として用いることで、ロール中央部２１と、ロール中央部２１の両側に配置されてロール中央部２１に対して回動自在とされた一対の回動フランジ部２２との間の摩擦もさらに低減されるので好ましい。なお、潤滑剤を用いる場合は、潤滑性能及び製品に付着した潤滑剤の除去のし易さの観点から、水溶性切削油剤であるソリュブル油系潤滑剤が最も適している。

以上、第２の例のチタン管成形ロール１１について説明したが、本例では、図７または図８に示す変形例を採用してもよい。
図７に示す変形例では、ロール本体１２を断面視した際に、回動フランジ部２２と突出部２１ｂとの境界面がロール本体１２の外周方向に向けて真っ直ぐに伸びている。図７の例によれば、回動フランジ部２２及び突出部２１ｂの形状を図３の場合よりも比較的単純な形状にすることができ、がたつきが起きにくくなり、チタン管１０の成形精度を高めることができる。この図７の例では、チタン管１０から受ける荷重が比較的小さい場合に適用できる。

また、図８に示す変形例では、ロール本体１２を断面視した際に、回動フランジ部２２の先端部２２ｄが、ほぼ真横に屈曲している。図８の例においても、回動フランジ部２２及び突出部２１ｂの形状を図３の場合よりも比較的単純な形状にすることができ、がたつきが起きにくくなり、チタン管１０の成形精度を高めることができる。図８の例についても、チタン管１０から受ける荷重が比較的小さい場合に適用できる。

［チタン管成形ロール及びチタン管の製造方法の第３の例］
次に、本発明の実施形態であるチタン管成形ロール及びチタン管の製造方法の第３の例について、図９を参照して説明する。図９に示すチタン管成形ロール３１と、図３〜図４に示す第２の例のチタン管成形ロール１１との違いは、回動フランジ部２２を固定フランジ部２３に固定するための機構が備えられた点であり、その他の点には違いがない。以下の説明では、回動フランジ部２２を固定フランジ部２３に固定する機構について説明する。

図９には、本実施形態の第３の例であるチタン管成形ロール３１を示す。このチタン管成形ロール３１には、固定フランジ部２３に、回動フランジ部２２を引き寄せて固定する引きねじ部３２が設けられている。引きねじ部３２は例えば、固定フランジ部２３の３箇所に備えられている。引きねじ部３２は、着脱ボルト３２ａと、この着脱ボルト３２ａが挿入されるねじ穴３２ｂとから構成されている。ねじ穴３２ｂは、固定フランジ部２３及び回動フランジ部２２にそれぞれ設けられている。

チタン管１０を成形する際には、着脱ボルト３２ａを取り外して、回動フランジ部２２を固定フランジ部２３及びロール中央部２１に対して回動自在な状態にする。

一方、チタン管成形ロール３１のロール凹部１４を補修する際には、着脱ボルト３２ａをねじ穴３２ｂに挿入してねじ締めする。これにより回動フランジ部２２は、固定フランジ部２３側に引き寄せられて固定フランジ部２３と密着する一方で、回動フランジ部２２とロール中央部２１の突出部２１ｂとの間には０．１ｍｍ程度の隙間が生じる。この状態は、チタン管１０を成形加工中に回動フランジ部３２が固定フランジ部２３側に押された状態とほぼ同じになる。そして、回動フランジ部２２と固定フランジ部２３とが密着した状態で、ロール凹部１４の補修を行う。補修内容として具体的には、ロール凹部１４が部分的に摩耗して真円度が低下した場合に、真円度を回復させるようにロール凹部１４の内面を研磨加工する。すなわち、回動フランジ部２２を固定フランジ部２３側に引き寄せてチタン管１０を成形加工する場合と同じ状態にして、補修を行う。

以上説明したように、本例のチタン管成形ロール３１には、回動フランジ部２２と固定フランジ部２３とを密着した状態で固定する引きねじ部３２が備えられており、ロール凹部１４を補修する際に、回動フランジ部２２を、チタン管１０を成形加工する場合と同じ状態することができるので、補修後のロール凹部の真円度を高めることができる。

［チタン管の製造方法および装置］
本実施形態に係るチタン管成形装置は、図１、図３または図９に示すチタン管成形ロール１、１１、３１のいずれかを備えるとともに、チタン管成形ロール１、１１、３１の一部分に対し、チタン管成形中に潤滑剤を供給する潤滑ノズルを備える。なお、潤滑剤の使用及びここで示す潤滑ノズルの使用は望ましいが、必要に応じて、潤滑剤を使用するか否か、及び潤滑ノズルの使用をするか否か、適宜選択して良い。また、潤滑剤を使用する場合、潤滑剤を布に浸して塗布する、潤滑剤をスプレーで吹き付ける等の他の方法でも良い。

一般的に、実際にチタン管を造管するに際し、チタン管溶接後の定型工程では、パイプ疵の防止および冷却のために水溶性の潤滑剤が用いられることが多い。
そこで、本実施形態に係るチタン管成形ロールの更なる寿命の向上およびロール表面のロールマーク・疵を防止するためにも、本実施形態に係るチタン管成形装置においては、チタン管成形ロールに対して潤滑剤を供給する潤滑ノズルを備えることが好ましい。
以下、潤滑ノズルを備えたチタン管成形装置の一例について図面を用いて説明するが、尚、以下に示す図面は、チタン管成形装置の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の加熱炉の寸法関係等とは異なる場合がある。
なお、チタン管の溶接には様々な方法が適用可能だが、ＴＩＧ溶接が好ましい。

図１０は、本実施形態に係るチタン管成形装置を示す図であって、（ａ）は正面概略図であり、（ｂ）は潤滑ノズル１０１の近傍の構成を示す側面図であり、（ｃ）は潤滑ノズル１０１の近傍の構成を示す断面図である。図１１は、潤滑ノズル１０１の配置例を説明するための図であって、（ａ）は正面模式図であり、（ｂ）は側面模式図である。図１２は、潤滑ノズル１０１の幅方向調整機構、上下方向調整機構を詳細に説明するための図であって、（ａ）はチタン管成形装置の上面概略図であり、（ｂ）は側面概略図である。

チタン管１０は、上下に対向するように配置されたチタン管成形ロール１，１１、３１により成形されながら搬送される。図１の場合と同様に、本実施形態に係るチタン管成形装置は、チタン管成形ロール１，１１、３１を２つ用意し、それぞれのロール凹部が相互に向き合うように配置させ、各ロール凹部が成形対象のチタン管１０の外周面の同一円周上に接するように配置させる。
このとき、成形ロール１、１１、３１とチタン管１０が接するロールフランジ部（孔型の終端のロール平行部）近傍では、他の部位よりも摩擦による摩耗、疵の発生が起こりやすくなっている。そのため、チタン管１０を成形するに際し、潤滑剤は、ロールフランジ部近傍に滴下することが必要である。

しかしながら、ロールフランジ部は、チタン管成形ロール１，１１、３１の径の変更等によってその都度その位置が変わる。そのため、潤滑剤を滴下するための潤滑ノズル１０１の位置もその都度調整しなければならない。したがって本実施形態においては、潤滑剤を滴下するための潤滑ノズル１０１を配置する際は、潤滑剤の滴下位置を幅方向および上下方向に調整できるような拡縮機構を設けることが好ましい。

本実施形態に係る潤滑ノズル１０１を幅方向に拡縮する機構について説明する。
図１０に示すように、幅移動溝（長溝）１１８が設けられたパイプ状の水平移動ガイド１０３が成形ロール１、１１、３１の前方に配置されており、この水平移動ガイド１０３上には、幅移動溝１１８内に嵌め込まれた幅移動ガイド１１９を介して、潤滑ノズル固定台１０２ならびに潤滑ノズル固定台１０２上に載置された潤滑ノズル１０１が設けられている。スライド可能に設けてある潤滑ノズル角度調整冶具１０９に接続した幅移動用ガイド部品１１５が、幅調整用ねじ（中心から左・右をそれぞれ正・逆ねじとし、調整ねじを回転させるとその左・右のガイド部１１５が対称的に反対方向に移動する）１１４（図１２参照）により幅方向に拡縮する機構を有している。

また、潤滑ノズル１０１を上下方向に拡縮する機構としては、成形スタンド支柱１１７に固定されたあり型台座１０７と、あり型台座１０７に対して上下方向にスライド可能に設けられた中心位置調整冶具１０６と、中心位置調整冶具１０６に差し込まれた上下移動ねじ１１６とにて潤滑ノズル１０１の上下位置を調整する。中心位置調整冶具１０６は水平移動ガイド１０３とも連結しているため、あり型台座１０７上をこの中心位置調整冶具１０６が上下方向に移動すると、水平移動ガイド１０３、すなわち潤滑ノズル１０１も同じように上下方向に移動することとなる。
なお、上下移動ねじ１１６は上下位置調整ハンドル１０４と連結しており、この上下位置調整ハンドル１０４を回すことで、中心位置調整冶具１０６の上下方向の移動を制御でき、ロールフランジ部に合わせた潤滑ノズル１０１の上下方向の調整が可能となっている。

また、チタン管成形ロール１、２１、３１の径の変動によるチタン管１０との接触を考慮した潤滑ノズル１０１の位置合わせのための角度調整は、潤滑ノズル挟み込み冶具（潤滑ノズル前後調整冶具）１１３と潤滑ノズル角度調整冶具１０９を潤滑ノズル角度固定ねじ１１２にて回転させることで調整が可能である。
潤滑ノズル１０１が前後する機構は潤滑ノズル挟み込み冶具（潤滑ノズル前後調整冶具）１１３を有する装置にて、潤滑ノズル角度固定ねじ１１２によって調整ができる。
これらの機構によりチタン管成形ロール１、２１、３１とチタン管１０が接するロールフランジ部近傍に潤滑剤が滴下をすることができる。

ここで、潤滑剤としては、潤滑性能及び製品に付着した潤滑剤の除去のし易さの観点から、水溶性切削油剤であるソリュブル油系潤滑剤が最も適している。

潤滑ノズル１０１は、チタン管サイズ（ロールフランジ幅）に応じて適宜、ロールフランジ部に対応するようその配置位置を調節する必要がある。また、ロール潤滑の状況によりチタン管成形ロール１、２１、３１のうち上部ロールへはロールの上からの滴下も必要となる。
図１１は潤滑ノズル１０１の配置例を説明するための正面模式図であるが、上述にて説明したような、チタン管成装置には潤滑ノズル１０１の前後・上下ならびに左右の調整機構が備えられているので、チタン管成形ロール１、２１、３１のフランジ幅の大小に合わせて、潤滑ノズル１０１の位置を所望の位置へ適宜変更できる。

図１２を用いて、潤滑ノズル１０１の幅方向調整機構、上下方向調整機構を詳細に説明する。
なお、潤滑ノズル１０１の各方向調整機構を説明しやすくするため、図１２中において、一部の部材については記載を省略している。
パイプ状の水平移動ガイド１０３内の略中央部分には、正逆反転する２つの幅調整用ねじ１１４（左、右ねじ）が配置されている。そしてこの幅調整用ねじ１１４は、水平移動ガイド１０３内に敷設された左右位置調整ハンドル１０５と連結しており、左右位置調整ハンドル１０５を回すことで水平移動ガイド１０３を水平方向に移動させることができ、結果、ロールフランジ部に合わせた潤滑ノズル１０１の幅方向拡縮が調整できる。
また、幅調整用ねじ１１４を中心に移動すること、ならびにあり型台座１０７に設けられた中心位置調整冶具１０６を調整することで、チタン管成形ロール１、２１、３１の中央位置を合わせることができる。

また、図１２の側面図に示すように、潤滑ノズル１０１の前後調整、拡縮移動位置調整により、自在に潤滑剤の滴下位置を変えることができ、チタン管１０とチタン管成形ロール１、２１、３１との接触部への潤滑剤の滴下位置の調整が可能となっている。

なお、あり型台座１０７はスタンド支柱取付冶具１０８を介して成形スタンド支柱１１７に固定されているが、成形スタンド支柱１１７にスタンド支柱取付冶具１０８を固定する際は、スタンド固定ねじ１２０により容易に装着できるような片持ち形式となっている。

図１３に、潤滑ノズル１０１を用いて潤滑剤を微量滴下するためのローラーポンプ（潤滑剤供給装置）の構造を示す図である。
潤滑剤は、原液と同等な濃い潤滑剤をロールに微量添付するため、チューブポンプといわれるチューブ１３２を、中心軸１３１を中心に自公転するローラー１３０で押しつぶしながら搬送する。
潤滑方法としては、内径３ｍｍ以下のチューブ１３２を用いて、滴下速度が２０ｍｌ／ｈｒ以下の汚染のないチューブ（ローラー）ポンプを用いた微量滴下する方法となっている。

ここで、潤滑ノズル１０１としては、内径０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下のチューブを用いるのが、潤滑剤を適量供給する上で適切である。

さらに、該潤滑剤を１ｍｌ／ｈｒ以上２０ｍｌ／ｈｒ以下の滴下速度で微量滴下して該潤滑剤を供給することが適している。
該潤滑剤の供給速度が１ｍｌ／ｈｒ未満では、潤滑剤としての機能を十分に発揮できず、一方、その供給速度が２０ｍｌ／ｈｒを超えると潤滑剤としての機能は飽和し、むしろチタン管成形ロール１、２１、３１の空転を招き、チタン管成形に支障が出たり、最終製品から除去すべき潤滑剤が多量となり、製造コストが嵩むことになる。

［チタン管成形ロール及びチタン管の製造方法の第４の例］
次に、チタン管成形ロール及びチタン管の製造方法の第４の例について図面を参照して説明する。
図１４及び図１５に、本実施形態の第４の例である、チタン管成形ロール、チタン管成形装置及びチタン管成形ロールを用いたチタン管の製造方法の模式図を示す。図１４はチタン管成形ロールを備えたチタン管成形装置の正面図であり、図１５は側面図である。また、図１６には、チタン管成形装置の要部の正面図を示す。更に、図１７には、チタン管成形装置に備えられるチタン管成形ロールを示す。図１７（ａ）は、チタン管成形ロールの部分断面図であり、図１７（ｂ）はチタン管成形ロールの側面図である。

図１４〜図１７に示すように、本実施形態のチタン管成形ロール４１は、所謂孔型ロールであり、鋼材からなるロール本体４２と、ロール本体４２に挿通された回転軸４３とが備えられている。ロール本体４２にはその全周に渡ってロール面４２ａが設けられており、このロール面４２ａには、ロール凹部４４及び傾斜部４５が設けられている。ロール凹部４４及び傾斜部４５はロール本体４２の全周に設けられている。なお、ロール本体４２を構成する鋼材は、第１の例で説明した鋼であることが好ましい。

ロール面４２ａに設けられたロール凹部４４は、チタン管１０を成形する際の圧延面とされており、回転軸４３側に向けて凹んだ形状となっており、図１７（ａ）に示すようにロール本体４２を断面視した形状が円弧状となっている。ロール凹部４４は、ロール本体４２の幅方向中央部分に形成されている。なお、ロール本体４２の回転軸４３と平行な方向をロール本体４２の幅方向という。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、ロール凹部４４は成形対象のチタン管１０が接触する面になる。ロール凹部４４の表面には、第１の例において説明した窒化層、ＣｒＮ皮膜、Ｃｒ膜、中間膜及びダイヤモンドライクカーボン膜が形成されている。

傾斜部４５は、ロール面４２ａにあってロール凹部４４の幅方向両側に設けられている。傾斜部４５は、ロール本体４２の幅方向外側に向けてロール本体４２の回転軸４３側に傾斜した傾斜面とされている。傾斜部４５の傾斜角度は、例えば、回転軸４３の軸方向に対して４５°の角度とされている。傾斜部４５は、後述するように、隣接する他のチタン管成形ロール４１の傾斜部４５に接触する可能性がある面である。このため、傾斜部４５の表面にも、第１の例において説明した窒化層、ＣｒＮ皮膜、Ｃｒ膜、中間膜及びダイヤモンドライクカーボン膜が形成されている。

ロール凸部４４と傾斜部４５との境界には、凸曲面部４６が設けられている。凹曲面部４６は、ロール本体４２の全周に渡って設けられている。ここで、凸曲面部４６の曲率半径Ｒｆｒ（単位：ｍｍ）と、ロール凹部４４の曲率半径Ｒ_１（単位：ｍｍ）との関係は、Ｒｆｒ＝β×Ｒ_１（ただし、０＜β≦０．０２）の関係にある。この関係式については後述する。凸曲面部４６にも、第１の例において説明した窒化層、ＣｒＮ皮膜、Ｃｒ膜、中間膜及びダイヤモンドライクカーボン膜が形成されている。

図１４及び図１５に示すチタン管成形装置５１には、先に説明した４つのチタン管成形ロール４１と、各チタン管成形ロール４１を回転自在に支持する軸受け部５２と、軸受け部５２に連結されてチタン管成形ロール４１の位置を調整する第１調整装置５３と、４つの第１調整装置５３を固定する板状の基体部５４と、板状の基体部５４を垂直に立たせて支持する支持筐体５５と、支持筐体５５における基体部５４の位置を上下させる第２調整装置５６と、から構成されている。成形対象のチタン管１０は、支持筐体５５の正面側（図１５の支持筐体５５の左側）から支持筐体５５の裏面側（図１５の支持筐体５５の右側）に向けてチタン管成形装置５１を通過する際に、４方に配置されたチタン管成形ロール４１によって断面形状が真円になるように成形される。

支持筐体５５は、例えば、チタン管製造工場の地盤面に設置されている。支持筐体５５には、その表面から突出する第１フランジ部５５ａと第２フランジ部５５ｂとが設けられている。第１フランジ部５５ａは支持筐体５５の下部に位置しており、第２フランジ部５５ｂは支持筐体５５の上部に位置している。第１フランジ部５５ａと第２フランジ部５５ｂとの間に、基体部５４が配置されている。支持筐体５５には、チタン管１０が通過するための通過孔５５ｃが設けられている。

基体部５４は、正面視略八角形状に成形されている。基体部５４に、第１調整装置５３、軸受け部５２及びチタン管成形ロール４１が備えられている。基体部５４のほぼ中央には、チタン管が通過するための貫通孔５４ａが設けられている。この貫通孔５４ａは、支持筐体５５に設けられたチタン管１０の通過孔５５ｃに連通している。以下、チタン管１０が通過する領域をチタン管１０の通過領域という。チタン管成形ロール４１は、チタン管１０を４方から囲むように配置されている。より詳細には、４つのチタン管成形ロール４１のうち、２つのチタン管成形ロール４１のロール凹部４４が、チタン管１０の通過領域において相互に向き合うように配置されるとともに、別の２つのチタン管成形ロール４１のロール凹部４４がチタン管１０の通過領域において相互に向き合うように配置されている。ロール凹部４４が相互に向き合う一対のチタン管成形ロール４１同士は、それぞれの回転軸４３が平行になるように配置されている。一方、ロール凹部４４が相互に向き合わないチタン管成形ロール４１同士、すなわち隣接するチタン管成形ロール４１同士は、それぞれの回転軸４３の軸方向が直交するように配置されている。

また、４つのチタン管成形ロール４１のロール凹部４４が成形対象のチタン管１０の外周面の同一円周上に接するように配置されている。１つのチタン管成形ロール４１は、チタン管１０の外周面の円周の１／４に接するように配置されている。すなわち、チタン管成形ロール４１のロール凹部４４のロール幅方向に沿う長さＬは、チタン管１０の外周面の円周の１／４の長さにほぼ等しくなっている。これにより、４つのチタン管成形ロール４１によって、成形対象となるチタン管１０の外周面の円周全部を同時に成形できるようになっている。

更に、チタン管１０の通過領域の近傍において、相互に隣接するチタン管成形ロール４１は、それぞれの傾斜部４５同士が対向している。図１４及び図１６においては、傾斜部４５同士が接している状態で図示されているが、傾斜部４５同士は所定のクリアランスを空けるように位置決めされている。本実施形態のチタン管成形装置５１は、傾斜部４５の表面に、窒化層、ＣｒＮ皮膜、Ｃｒ膜、中間膜及びダイヤモンドライクカーボン膜が形成されており、これらの被膜によって傾斜部４５同士が接触した場合でも傾斜部４５同士の潤滑性が保たれるため、傾斜部４５同士の焼き付きが起きるおそれがない。そのため、本実施形態では、傾斜部４５同士のクリアランスを大幅に小さくすることができる。より具体的には、隣接するチタン管成形ロール４１の傾斜部４５同士のクリアランスＣ（単位：ｍｍ）と、ロール凹部４４の曲率半径Ｒ_１（単位：ｍｍ）との関係は、Ｃ＝α×Ｒ_１（ただし、０≦α≦０．０２）の関係にすることができる。αを０．０２以下にすることにより、傾斜部４５同士のクリアランスＣが過大にならず、チタン管１０の真円度を高めることができる。また、αは小さければ小さいほどよく、０でもよいが、真円度調整のための各ロール一を相対位置を調整する場合や入り側径の変化に対応して外径寸法調整をする場合を考慮すると、より好ましくは０．００７以上が良い。αを０．００７以上にすることで、傾斜部４５同士が焼き付くおそれを低減できるようになる。
なお、クリアランスＣ（単位：ｍｍ）は、チタン管１０の肉厚ｔ（単位：ｍｍ）未満であることが好ましい。クリアランスＣをチタン管１０の肉厚未満とすることで、成形後のチタン管の真円度をより高めることができる。

チタン管成形ロール４１は、軸受け部５２によって回転自在に支持されている。軸受け部５２は、基体部５４には直接取り付けらず、第１調整装置５３を介して基体部５４に取り付けられている。第１調整装置５３は、基体部５４に取り付けられた位置調整用フランジ部５３ａと、位置調整用フランジ部５３ａに設けられた雌ねじ穴５３ｂと、雌ねじ穴５３ｂに挿入された調整ボルト５３ｃと、軸受け部５２に設けられた雌ねじ穴５２ａとにより構成されている。位置調整用フランジ部５３ａは、例えば金属板が折り曲げられて構成されており、基体部５４の表面に溶接されている。調整ボルト５３ｃには雄ねじ部が形成されており、位置調整用フランジ部５３ａの雌ねじ穴５３ｂと、軸受け部５２に設けられた雌ねじ穴５２ａとに挿入されている。調整ボルト５３ｃを回転させることで、位置調整用フランジ部５３ａと軸受け部５２との距離を調整できるようになっており、これにより、チタン管成形ロール４１の相対位置を調整できるようになっている。より具体的には、傾斜部４５同士のクリアランスは第１調整装置５３によって調整可能である。また、４つのチタン管成形ロール４１のロール凹部４４の位置も、第１調整装置５３によって調整可能であり、ロール凹部４４の曲率半径の中心位置が成形対象のチタン管１０の中心軸と一致するように調整するとよい。

次に、第２調整装置５６について説明する。支持基体５５の第２フランジ部５５ｂに、貫通孔５５ｃが設けられており、貫通孔５５ｃの内面には雌ねじ部が設けられている。また、基体部５４の表面の上端側に別の位置調整用フランジ部５４ｂが設けられている。この位置調整用フランジ部５４ｂにも貫通孔５４ｃが設けられ、その内面には雌ねじ部が設けられている。そして、支持基体５５の第２フランジ部５５ｂの貫通孔５５ｃと、位置調整用フランジ部５４ｂの貫通孔５４ｃには、雄ねじ部を有するボルト５６ａが鉛直方向から挿入されている。このように、第２調整装置５６は、貫通孔５５ｃを有する第２フランジ部５５ｂ、貫通孔５４ｃを有する位置調整用フランジ部５４ｂ、及びボルト５６ａによって構成されている。鉛直方向に挿入されたボルト５６ａを回転させることで、第２フランジ部５５ｂと位置調整用フランジ部５４ｂとの間隔を調整することができ、これにより、支持筐体５５における基体部５４の位置を上下させることが可能になる。これにより、チタン管成形装置５１の前段または後段にある他の成形ロールとの相対位置を調整可能になる。

次に、図１５〜図１７に示したチタン管成形ロール４１及びチタン管成形装置５５による、チタン管１０の成形方法を説明する。
チタン管１０を成形する際には、４つのチタン管成形ロール４１のロール凹部４４によって形成された孔部に、チタン管１０を挿通させる。これにより、チタン管１０の外周面が、その円周方向の同一位置においてチタン管成形ロール４１に接触し、真円形状に成形される。

ここで、本例と第３の例との違いについて説明すると、第３の例では、ロール中央部２１と回転フランジ部２２がチタン管１０を成形する際に、ロール中央部２１及び回転フランジ部２２の回転軸が同じであるため、ロール中央部２１と回転フランジ部２２は同じ方向に回転する。ロール中央部２１では、チタン管１０に当たる面が回転軸と平行に近い向きになっているが、回転フランジ部２２では、チタン管１０に当たる面が回転軸に対して垂直に近い向きになっている。このため、回転フランジ部２２では、チタン管１０への当たり方が複雑になり、ロール中央部２１に比べてチタン管１０に疵を発生させる可能性が若干高くなる。また、ロール中央部２１及び回転フランジ部２２ではチタン管１０に与える荷重量が異なってくるため、チタン管１０に与える荷重にばらつきが生じる可能性がある。一方、本例では、第３の例における回転フランジ部２２に相当するロール面を、隣接する他のチタン管成形ロール４１が担っており、この隣接するチタン管成形ロール４１同士の回転軸が平行ではないため、第３の例のようにロール中央部２１と回転フランジ部２２とが同軸で回転することによるチタン管１０における疵発生やチタン管１０への荷重の不均一性が解消され、より理想的な状態でチタン管１０を成形できる。

また、本例では、隣接するチタン管成形ロール４１の傾斜部４５同士のクリアランスを従来よりも小さく設定できるため、チタン管１０の真円度をより高められる。

更に、本例では、ロール凹部４４と傾斜部４５との間に凸曲面部４６が設けられており、この凸曲面部４６の曲率半径Ｒｆｒ（単位：ｍｍ）は、従来の４方ロールに比べて大幅に小さくなっている。凸曲面部４６の曲率半径が相対的に大きいと、図１８に示すように、チタン管１０においてロール凹部４４に接触しない部分が拡大してチタン管１０の真円度が低くなるおそれがある。一方、凸曲面部４６の曲率半径が相対的に小さいと、チタン管１０に疵を生じさせるおそれが高まる。図１９（ａ）及び図１９（ｂ）には、チタン管１０が図中右側から左側に移動する様子を示しているが、チタン管１０の外周面の円周方向に付与した補助線ｍの位置と、チタン管成形ロール４１の凸曲面部５６とに注目すると、チタン管成形ロール４１のうち、チタン管１０が最初に接触する箇所は凸曲面部５６であり、チタン管１０に接触した際の面圧が大きくなる。凸曲面部４６の曲率半径が相対的に小さいと、面圧が集中して疵発生のおそれが高まる。

しかしながら、本例では、凸曲面部４６にも窒化層、ＣｒＮ皮膜、Ｃｒ膜、中間膜及びダイヤモンドライクカーボン膜が形成されているため、凸曲面部４６における潤滑性が向上し、凸曲面部４６の曲率半径が相対的に小さくなって面圧が集中したとしても、疵が発生するおそれが低くなる。このため、本例では、凸曲面部４６の曲率半径Ｒｆｒ（単位：ｍｍ）を、ロール凹部４４の曲率半径Ｒ_１（単位：ｍｍ）との関係で、Ｒｆｒ＝β×Ｒ_１（ただし、０＜β≦０．０２）の関係に設定できる。βを０．０２以下にすることにより、凸曲面部４６の曲率半径Ｒｆｒが十分小さくなり、チタン管１０の真円度を高めることができる。また、βは０超であればよく、より好ましくはクリアランスがある場合および面圧による疵防止を考慮すると０．０１以上が良い。βを０超、若しくは０．０１以上にすることで、凸曲面部４６への面圧集中を抑制してチタン管１０の疵発生を防止できるようになる。

また、本例においては、ロール凹部１４の最底部におけるロール半径をＲｄとしたとき、Ｒｄ／Ｒｆｒが大きいほど、チタン管の管軸方向に対する凸曲面部４６の当たり方が緩やかになり、疵がより発生しにくくなる。従って、疵発生をより効果的に抑制するためには、ロール凹部１４の最底部におけるロール半径Ｒｄを大きくすることが好ましい。

以上説明したような、本発明に係るチタン管成形ロールによれば、基材上に、ＣｒＮ皮膜、Ｃｒ膜、中間膜ならびにダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）を形成するため、耐摩耗性及び耐凝着性を向上させることができる。またＤＬＣ膜において、ＤＬＣ膜の膜厚方向に硬度の傾斜をつけることで、中間膜とＤＬＣ膜との間における硬度の格差を緩和させることができる。その結果、ＤＬＣ膜の上層領域は、硬質なものとすることで、チタン管に対し優れた耐摩耗性を発揮できる上、ｓｐ^２混成軌道（グラファイト構造）の炭素も多少含んでおり低摩擦性を確保できる。一方の下層領域は軟質なものとすることで、中間膜との硬度格差を緩和でき、耐剥離性の確保できる。

また、チタン管を成形する際、潤滑剤を成形ロールの一部に微量滴下しながら成形することで、成形ロール、特に駆動ロールの摩擦係数を低減することができる。その効果による、周速差の大きい（すべりの大きい）ことによる、ロールフランジ部の凝着を防止することにより、駆動ロールで発生するロールフランジ部の疵や、ロールマークの発生を抑えることができる。

すなわち、本発明に係るチタン管成形ロール、チタン管成形装置、チタン管の製造方法によれば、成形ロール寿命を格段に向上でき、成形ロールの交換頻度を低減でき、製造コストを大幅に削減できる。また、成形ロール寿命の向上による成形ロールの交換頻度を低減によって、ロール交換時のロール調整（位置調整等）に伴う歩留まり低下の防止、及び、成形寸法精度向上による歩留まり向上（高精度化）を達成することができる。

次に、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。

＜成形ロール＞
（実施例１）
まず、成形ロールの基材としてＪＩＳ Ｇ ４４０４にて規定されている工具鋼ＳＫＤ１１（Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｐ，Ｓ，残部鉄及び不純物を本発明の範囲で含む鋼）を採用し、焼入れ及び焼戻し処理を行った。
次に、得られた基材表面に対して、窒化処理を行い、基材表層に、２５μｍ厚、平均窒素濃度が０．２０質量％である窒化層を形成した。
なお、窒化処理は、アンモニアと水素の混合ガス雰囲気中（ＮＨ_３、Ｈ_２、Ａｒ）で直流グロー放電により生じた反応性の高い活性種を利用し窒化するラジカル窒化処理を用いた。処理温度は５００℃とし３時間の処理を施した。

次に、窒化処理を施した基材表層（窒化層）上に、ＰＶＤ蒸着法により、１．５μｍのＣｒＮ皮膜（単層）を成膜した。
次に、ＣｒＮ皮膜を形成した基材を、孔型Ｒ：１２．６ｍｍ、ロール底径Ｄｒ：１００ｍｍ、ロール外径Ｄｏ：１２４ｍｍ、ロール幅Ｗ：６０．０ｍｍの寸法でロールに加工し、図２に示す成形ロールを製造した。

成形ロールについて、ＣｒＮ皮膜表面から深さ方向に、グロー放電発光分析装置（ＧＤＳ）を用いて成分分析を行った。分析結果を図２０〜２２に示す。図２０〜２２における横軸は、ＣｒＮ層表面からの深さ（μｍ）、縦軸は各成分の濃度（質量％）を示す。
図２０及び図２１に示すように、基材表層に、厚さ１．５μｍのＣｒＮ層が形成されていることが分かる。また、図２２は、微量に含有する元素の深さ方向への濃度挙動を確認するために、図２０のグラフの縦軸範囲を変化させ表したグラフである。図２２のグラフより、ＣｒＮ皮膜と基材との間には、窒化層が形成されていることが分かる。また、グラフからも明らかなように、ＣｒＮ皮膜側から基材側に向けて窒素濃度が緩やかに減少する勾配を示しており、窒化層内における深さ方向に対する硬さ変動も緩やかであることが分かる。

次に、予め上記成形ロールの表面（ＣｒＮ皮膜）に対してプラズマクリーニングを施し汚れを除去した上で、ＰＶＤ法により、Ｃｒ膜及び中間膜を成膜した。Ｃｒ膜の厚みを１０〜４０ｎｍとし、中間膜の厚みを６０〜１８０ｎｍとした。また、中間膜は、Ｃｒ濃度とＣ濃度の合計を１００質量％としたときに、Ｃｒ膜との界面におけるＣｒ濃度が１００質量％となり、最表面（ダイヤモンドライクカーボン膜との界面になる面）におけるＣｒ濃度が０質量％となるように、膜厚方向に沿ってＣｒ濃度及びＣ濃度は直線的に変化するように成膜した。

次いで、中間膜表面に対してプラズマクリーニングを施し汚れを除去した上で、中間膜上にダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）を成膜した。膜厚は１．０μｍとした。
ＤＬＣ膜はプラズマＣＶＤ法によって成膜した。装置は容量結合型高周波プラズマＣＶＤ装置を用い、温度は５００℃とした。プラズマ発生用電源には、１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いた。反応ガスとしては、ＣＨ_４とＨ_２の混合ガスを用いた。このとき、ＣＨ_４とＨ_２の混合ガスの混合比を変えることにより、中間膜との界面から表面に向かって膜の硬さが徐々に増加するようにした。

（比較例１）
実施例１で採用した工具鋼ＳＫＤ１１を基材とし、実施例１と同様に、窒化層およびＣｒＮ皮膜（単層）ロールに加工し成形ロールを製造した。
次に、ＣｒＮ皮膜上に、イオンプレーティング法によりダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）を１．０μｍの厚さで成膜した。

＜ラマン分光法＞
実施例１および比較例で得られた成形ロールの表層の、ｓｐ^２混成軌道の炭素とｓｐ^３混成軌道の炭素の割合（ｓｐ^３／ｓｐ^２）をラマン分光分析によって測定した。
結果を図２３（ａ）〜（ｃ）及び図２４（ａ）〜（ｃ）、表１、２に示す。

図２３（ａ）は、実施例１の成形ロールの表層の顕微鏡写真、図２３（ｂ）、２３（ｃ）は実施例１の成形ロールのＤＬＣ膜のラマンスペクトルを示す。図２４（ａ）は比較例１の成形ロールの表層の顕微鏡写真、図２４（ｂ）、２４（ｃ）は比較例１の成形ロールのＤＬＣ膜のラマンスペクトルを示す。なお、図中の「表面付近」とはＤＬＣ膜の表層、「ＤＬＣ膜内部」とはＤＬＣ膜の内部、「界面付近」とはＤＬＣ膜と中間膜との界面付近のラマンスペクトルである。
また表１に、実施例１のラマンバンドパラメータを、表２に比較例１のラマンバンドパラメータを示す。

図２３（ａ）〜（ｃ）、表１から明らかなように、実施例１で得られたＤＬＣ膜は、中間膜からＤＬＣ膜に向かうにしたがい、Ｉ_１３８０／Ｉ_１５４０が大きくなっている。
つまり、中間膜からＤＬＣ膜に向かうにしたがい硬度が大きくなる硬度傾斜となっていることが分かる。
つまり、中間膜からＤＬＣ膜に向かうにしたがい硬度が大きくなる硬度傾斜となっていることが分かる。

一方、図２４（ａ）〜（ｃ）、表２から明らかなように、比較例１で得られたＤＬＣ膜は、「表面付近」、「ＤＬＣ膜内部」ともにＩ_１３８０／Ｉ_１５４０が大きく、膜厚方向において硬度傾斜が付与されていないことが分かる。

次に、実施例１および比較例１で得られた窒化層、ＣｒＮ皮膜、ならびにＤＬＣ膜のビッカース硬さについて測定した。基材および窒化層については、マイク口ビッ力一ス硬度計により測定した。また、ＣｒＮ皮膜Ｃｒ膜、中間膜およびＤＬＣ膜については、ナノインデンテーション（押込み）法によって、極低荷重の押込み試験を行い、ビッ力一ス硬さに換算した。具体的には、ナノインデンテーション（押込み）法に従い、三角錐型圧子（パーコピッチ圧子）を用いて、０．００５〜０．１ｍＮの荷重を２０秒負荷したとき（負荷２０ｓ、保持５ｓ、除荷２０ｓ）の押し込み硬さをナノインデンテーション硬さとして求めた。このとき、押し込み深さの１０倍以上になる条件で測定した。
また、面研削による測定と埋め込み研磨による側面（断面）押し込みを併用した。得られたナノインデンテーション硬さから、下記の換算式によってビッ力一ス硬さを求めた。
Ｈｖ＝０．０９４５×Ｈ_ＩＴ
ただし、上記式中のＨｖはビッ力一ス硬さを、Ｈ_ＩＴはナノインデンテーション硬さをそれぞれ意味する。

何れの層、膜においても、断面において３点測定しその平均をもって「ビッカース硬さ」とした。窒化層については基材との界面近傍（２μｍ深さまでの領域：内側領域）およびＣｒＮ皮膜との界面近傍（２μｍ深さまでの領域：外側領域）において測定した。ＤＬＣ膜は、膜表面から０．２０ｔまでの領域（表面付近）、ＤＬＣ膜と中間膜との界面から０．２０ｔまでの領域（界面付近）、およびＤＬＣ膜の膜厚方向中心部（ＤＬＣ膜内部）の計３か所において測定した。
その結果を表３に示す。表３に示すように、実施例１では、各層・各膜の平均ビッカース硬さはそれぞれ、窒化層は１０００、ＣｒＮ皮膜は２０００、Ｃｒ膜は１２００（表３に記載せず）、中間膜は２０００（表３に記載せず）、ＤＬＣ膜の「界面付近」は２５００、「ＤＬＣ膜内部」は３０００、ＤＬＣ膜の「表面付近」は３５００となり、Ｃｒ膜からＤＬＣ膜の膜厚方向において硬度傾斜が付与されていた。

また、表３に示すように、比較例１で得られたＤＬＣ膜の「表面付近」、「ＤＬＣ膜内部」、「界面付近」それぞれおいて実施例１と同様にビッカース硬度を測定したところ、「界面付近」は４０００、「ＤＬＣ膜内部」は４０００、「界面付近」は４０００となり、膜厚方向において均一な硬度分布であった。

＜機械特性評価＞
実施例１及び比較例の各成形ロールにおいて、機械特性を評価した。評価条件は、径２５．０ｍｍ、０．５ｍｍ厚のＪＩＳ３種チタン金属管を用い、ＴＩＧ溶接による造管速度を６／ｍｉｎ分として、溶接後に図１０に示す成形装置を用いて成形を行った。このとき、潤滑剤としてはソリュブル油系潤滑剤を用い、この潤滑剤を１０ｍｌ／ｈｒで微量に滴下しながら成形を行った。
その結果、実施例１は、成形時間が２４時間経過しても、ロール疵は発生せず、耐凝着性、耐摩耗性は良好であり、ロールフランジ部の疵、ロールマークの発生を抑制できた。
一方、比較例のロールを用いＪＩＳ３種チタン管の成形を行うと、３０分も立たずにロール疵、膜剥離が発生し、ＣｒＮ皮膜が露出した。

（実施例２、３）
実施例２として、図３に示す成形ロールを製造した。その際、回動フランジ部２２とロール中央部２１の突出部２１ｂとの間の隙間を５０μｍに調整した。
また、実施例３として、図３に示す成形ロールを製造し、その際、回動フランジ部２２とロール中央部２１の突出部２１ｂとの間の隙間を１０μｍ以下に調整した。各成形ロールにおける窒化層、ＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜の品質は、実施例１と同等であった。

これら実施例２及び３の成形ロールを用いて、径２５．０ｍｍ、０．５ｍｍ厚のＪＩＳ３種チタン管を成形した。成形条件は、ＪＩＳ３種チタンを用いてＴＩＧ溶接し、造管速度を６／ｍｉｎ分とし、ＴＩＧ溶接後に図１０に示す成形装置に図３のロールを用い、潤滑剤としてはソリュブル油系潤滑剤を用い、この潤滑剤を１０ｍｌ／ｈｒで微量に滴下しながら成形を行った。成形後のチタン管の真円度の評価結果を図２５に示す。図２５には、３００時間連続製造の成形後のチタン管の真円度の測定結果を実線で示し、製品としての真円度の許容範囲を三重円（点線）で示している。三重円のうちの内側と外側の円が許容範囲を示しており、残りの円は成形目標を示している。

図２５に示すように、実施例２（図２５（ａ））、実施例３（図２５（ｂ））とも真円度は良好で、製品としての真円度の許容範囲内であったが、実施例３のほうがより高い真円度を示した。また、実施例２では、回動フランジ部２２とロール中央部２１の突出部２１ｂとの間の隙間によって、チタン管の表面に製品として許容できる程度の疵が生じた。
また、実施例２、３においては、チタン管に対するロールとの焼き付きや、ロール中央部または固定フランジ部と回動フランジ部と間の焼き付きは、３００時間連続製管後も発生することがなく、更に連続製管の続行が可能な状態であった。
よって、実施例３のように、回動フランジ部２２とロール中央部２１の突出部２１ｂとの間の隙間を１０μｍ以下に調整することは、それらが製管中に互いに摺動したとしても、窒化層、ＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜による摩擦係数の低減により、互いに磨耗することがなく、問題がなく連続製管することができ、チタン管製品の真円度を保ち、疵発生を防ぐ点から望ましいことがわかる。

（実施例４）
実施例４として、図１４〜図１７に示すチタン管成形ロール及びチタン管成形装置を製造した。その際、傾斜部同士のクリアランスＣを１００μｍ（０．１ｍｍ）とし、凸面部の曲率半径Ｒｆｒを０．３ｍｍとした。ロール凹部の曲率半径Ｒ_１は３０．２５ｍｍであるので、α＝０．００３、β＝０．０１となり、Ｃ＝α×Ｒ_１（ただし０≦α≦０．０２）及びＲｆｒ＝β×Ｒ_１（ただし、０＜β≦０．０２）の関係式は満たしていた。窒化層、ＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜は実施例１と同様にした。

これら実施例４の成形ロールを用いて、径６０．５ｍｍ、１．０ｍｍ厚のＪＩＳ１種チタン管を成形した。成形条件は、ＪＩＳ１種チタンを用いてＴＩＧ溶接し、造管速度を６／ｍｉｎ分とし、ＴＩＧ溶接後に、図１４及び図１５に示すチタン管成形装置に挿通させた。潤滑剤としてはソリュブル油系潤滑剤を用い、この潤滑剤を１０ｍｌ／ｈｒで微量に滴下しながら成形を行った。成形後のチタン管の真円度の評価結果を図２６に示す。図２６には、３００時間連続製造の成形後のチタン管の真円度の測定結果を実線で示し、製品としての真円度の許容範囲を三重円（点線）で示している。三重円のうちの内側と外側の円が許容範囲を示しており、残りの円は成形目標を示している。

図２６に示すように、実施例４の真円度は良好で、製品としての真円度の許容範囲内であった。また、図２６に示す４つの矢印は、チタン管ロールの凸曲面部が当接する位置であるとともに、クリアランスの位置であったが、真円度に大きな乱れはなかった。
また、実施例４においては、チタン管に対するチタン管成形ロールとの焼き付きや、チタン管成形ロールの傾斜部同士の焼き付きは、３００時間連続製管後も発生することがなく、更に連続製管の続行が可能な状態であった。
よって、実施例４のように、４つのチタン成形ロールによって４方からチタン管を成形する際に、傾斜部同士のクリアランスＣを１００μｍに調整し、凸面部の曲率半径Ｒｆｒを０．３ｍｍに調整したとしても、窒化層、ＣｒＮ膜、Ｃｒ膜、中間膜及びＤＬＣ膜による摩擦係数の低減により、互いに磨耗することがなく、問題がなく連続製管することができ、チタン管製品の真円度を保ち、疵発生を防ぐ点から望ましいことがわかる。

１、２１、３１…チタン管成形ロール、３…回転軸、１０…チタン管、１２…ロール本体、４、１４…ロール凹部、２１…ロール中央部、２１ａ１…外周面（対向面）、２１ａ…基部、２１ｂ…突出部、２２…回動フランジ部、２２ｂ…内周面（対向面）、２２ｃ…外側面（対向面）、２３…固定フランジ部、２３ｂ…対向面、３２…引きねじ部、１０１…潤滑ノズル、１０２…潤滑ノズル固定台、１０３…水平移動ガイド、１０４…上下位置調整ハンドル、１０５…左右位置調整ハンドル、１０６…中心位置調整冶具、１０７…あり型台座、１０８…スタンド支柱取り付け冶具、１０９…潤滑ノズル角度調整冶具、１１２…潤滑ノズル角度固定ねじ、１１３…潤滑ノズル前後調整冶具、１１４…幅調整用ねじ（正・ねじ使用）、１１５…幅移動用ガイド部品、１１６…上下移動ねじ、１１７…成形スタンド支柱、１１８…幅移動溝、１１９…幅移動ガイド、１２０…スタンド固定ねじ、１３０…ローラー、１３１…中心軸、１３２…シリコンチューブ。

Claims (31)

1. 質量％で、
   Ｃ：１．００〜２．３０％、
   Ｓｉ：０．１０〜０．６０％、
   Ｍｎ：０．２０〜０．８０％、
   Ｐ：０．０３０％以下、
   Ｓ：０．０３０％以下、
   Ｃｒ：４．８０〜１３．００％、
   Ｍｏ：０〜１．２０％、
   Ｖ：０〜１．００％、
   Ｗ：０〜０．８０％を含有し、
   残部が鉄および不純物である化学組成を有する基材と、
   前記基材上の少なくとも圧延面に形成された窒化層と、
   前記窒化層上に形成されたＣｒＮ皮膜と、
   前記ＣｒＮ皮膜上に形成されたＣｒ膜と、
   前記Ｃｒ膜上に形成された中間膜と、
   前記中間膜上に形成されたダイヤモンドライクカーボン膜と、を備え、
   前記基材のビッカース硬さが６００〜７００であり、
   前記窒化層のビッカース硬さが８００〜１２００であり、
   前記ＣｒＮ皮膜のビッカース硬さが８００〜２０００であり、
   前記中間膜はＣｒ及び炭素を含み、Ｃｒと炭素の合計を１００質量％としたとき、前記Ｃｒ膜側の界面におけるＣｒ濃度が８０質量％以上であり、前記ダイヤモンドライクカーボン膜側の界面におけるＣ濃度が８０質量％以上であり、前記Ｃｒ膜側から前記ダイヤモンドライクカーボン膜側に向かう膜厚方向に沿ってＣｒ濃度が徐々に減少する膜であり、
   前記ダイヤモンドライクカーボン膜のビッカース硬さが、膜表面から０．２０ｔ（ただし、ｔは膜厚）までの領域において３０００〜３５００、前記中間膜との界面から０．２０ｔまでの領域において１５００〜３０００であり、
   前記ダイヤモンドライクカーボン膜において、ラマン分光法により測定された波数１３８０ｃｍ^−１における吸収強度Ｉ_１３８０と、波数１５４０ｃｍ^−１における吸収強度Ｉ_１５４０との比Ｉ_１３８０／Ｉ_１５４０が、０．２０ｔまでの領域において０．５〜０．７、前記ダイヤモンドライクカーボン膜と前記中間膜との界面から０．２０ｔまでの領域において０．３〜０．５であるチタン管成形ロール。
2. 前記ダイヤモンドライクカーボン膜の厚さが０．５μｍ〜２．０μｍである、請求項１に記載のチタン管成形ロール。
3. 前記ＣｒＮ皮膜の厚さが０．５μｍ〜５．０μｍである、請求項１または請求項２に記載のチタン管成形ロール。
4. 前記窒化層の厚さが０．５μｍ〜５０．０μｍである、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
5. 前記窒化層の平均窒素濃度が０．１０〜０．５０質量％である、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
6. 前記窒化層における窒素の濃度分布が、前記窒化層表層から深さ方向に向かって減少する濃度勾配を有する、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
7. 前記基材が、質量％で、
   Ｍｏ：０．７０〜１．２０％、
   Ｖ：０．１５〜１．００％、
   Ｗ：０．６０〜０．８０％から選択される一種以上を含有する、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
8. 前記Ｃｒ膜の厚さが５ｎｍ〜２００ｎｍである、請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
9. 前記中間膜の厚さが２０ｎｍ〜１０００ｎｍである、請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
10. ロール本体の全周に渡って断面視半円状のロール凹部を設けた孔型ロールであって、
    前記圧延面が、前記ロール凹部表面である、請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
11. 前記ロール本体が、ロール中央部と、前記ロール中央部の両側に配置されて前記ロール中央部に対して回動自在とされた一対の回動フランジ部とを備え、
    前記ロール凹部が、前記ロール中央部と前記回動フランジ部とによって分割されている、請求項１０に記載のチタン管成形ロール。
12. 前記ロール中央部は、前記ロール本体を駆動する回転軸に固定されており、前記回動フランジ部は前記回転軸及び前記ロール中央部に対して回動自在とされている、請求項１１に記載のチタン管成形ロール。
13. 前記ロール凹部の曲率半径をＲ_１としたとき、前記ロール中央部における前記ロール凹部の幅は、０．７×２Ｒ_１〜０．８７×２Ｒ_１の範囲である、請求項１１または請求項１２に記載のチタン管成形ロール。
14. 前記ロール中央部には、基部と、前記基部のロール幅方向中央部からロール外周方向に向けて突出された突出部とが備えられ、
    前記回動フランジ部は、前記基部上にあって前記突出部のロール幅方向両側に配置され、
    前記ロール中央部の前記基部と前記回動フランジ部との間に、第１軸受部が設けられている、請求項１１乃至請求項１３の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
15. 前記ロール中央部の前記基部と前記回動フランジ部との間で互いに対向する対向面がそれぞれ、前記第１軸受部の転動体の軌道面とされており、前記対向面が、前記窒化層と、前記ＣｒＮ皮膜と、前記Ｃｒ膜と、前記中間膜と、前記ダイヤモンドライクカーボン膜を備える、請求項１４に記載のチタン管成形ロール。
16. 一対の前記回動フランジ部のロール幅方向両側に配置されて前記ロール中央部に固定された固定フランジ部と、前記固定フランジ部と前記回動フランジ部との間に配置された第２軸受部と、を備える、請求項１１乃至請求項１５の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
17. 前記固定フランジ部と前記回動フランジ部との間で互いに対向する対向面がそれぞれ、前記第２軸受部の転動体の軌道面とされており、前記対向面が、前記窒化層と、前記ＣｒＮ皮膜と、前記Ｃｒ膜と、前記中間膜と、前記ダイヤモンドライクカーボン膜を備える、請求項１６に記載のチタン管成形ロール。
18. 前記固定フランジ部に、前記回動フランジ部を引き寄せて固定する引きねじ部が設けられている、請求項１６または請求項１７に記載のチタン管成形ロール。
19. 請求項１０乃至請求項１８の何れか一項に記載のチタン管成形ロールが２つ備えられ、
    ２つの前記チタン管成形ロールは、それぞれの前記ロール凹部が相互に向き合うように配置されるとともに、前記の各ロール凹部が成形対象のチタン管外周面の同一円周上に接するように配置されている、チタン管成形装置。
20. 前記基材からなるロール本体を備え、
    前記ロール本体には、その全周に渡って設けられた断面視円弧状のロール凹部と、前記ロール凹部の幅方向両側に設けられ、前記ロール本体のロール幅方向外側に向けてロール本体の回転軸側に傾斜する傾斜部と、を有しており、
    前記ロール凹部表面が前記圧延面であって、前記ロール凹部表面に、前記窒化層、前記ＣｒＮ皮膜、前記Ｃｒ膜、前記中間膜及び前記ダイヤモンドライクカーボン膜が備えられ、
    更に、前記傾斜部の表面にも、前記窒化層、前記ＣｒＮ皮膜、前記Ｃｒ膜、前記中間膜及び前記ダイヤモンドライクカーボン膜が備えられている、請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載のチタン管成形ロール。
21. 前記ロール凸部と前記傾斜部との境界に、凸曲面部が設けられており、前記凸曲面部の曲率半径Ｒｆｒ（単位：ｍｍ）と、前記ロール凹部の曲率半径Ｒ_１（単位：ｍｍ）との関係が、Ｒｆｒ＝β×Ｒ_１（ただし、０＜β≦０．０２）の関係にあることを特徴とする請求項２０に記載のチタン管成形ロール。
22. 請求項２０または請求項２１に記載のチタン管成形ロールが４つ備えられ、
    ４つの前記チタン管成形ロールのうち、２つの前記チタン管成形ロールの前記ロール凹部が相互に向き合うように配置されるとともに、別の２つの前記チタン管成形ロールの前記ロール凹部が相互に向き合うように配置され、かつ、４つの前記チタン管成形ロールの前記ロール凹部が成形対象のチタン管外周面の同一円周上に接するように配置され、更に、相互に隣接する前記チタン管成形ロールの前記傾斜部同士が対向している、チタン管成形装置。
23. 相互に隣接する前記チタン管成形ロールの前記傾斜部同士のクリアランスＣ（単位：ｍｍ）と、前記ロール凹部の曲率半径Ｒ_１（単位：ｍｍ）との関係が、Ｃ＝α×Ｒ_１（ただし、０≦α≦０．０２）の関係にあることを特徴とする請求項２２に記載のチタン管成形装置。
24. 請求項１乃至請求項１８、請求項２０または請求項２１の何れか一項に記載のチタン管成形ロールを備えたチタン管成形装置であって、前記チタン管成形ロールの一部分に対し、チタン管成形中に潤滑剤を供給する潤滑ノズルを有する、チタン管成形装置。
25. チタン管の成形サイズに合わせて前記潤滑ノズルの位置を可変できる、請求項２４に記載のチタン管成形装置。
26. 前記チタン管成形ロールの径に合わせて前記潤滑ノズルの位置を可変できる、請求項２４または請求項２５に記載のチタン管成形装置。
27. 前記潤滑ノズルの位置および向きを任意に調整できる、請求項２４乃至請求項２６の何れか一項に記載のチタン管成形装置。
28. 前記潤滑ノズルは、内径０．５〜３．０ｍｍのチューブである、請求項２４乃至請求項２７の何れか一項に記載のチタン管成形装置。
29. 前記潤滑剤としてソリユブル油系潤滑剤を用い、該潤滑剤を１．０〜２０．０ｍｌ／ｈｒ以下で微量滴下して供給する、請求項２４乃至請求項２８の何れか一項に記載のチタン管成形装置。
30. 請求項１乃至請求項１８、請求項２０または請求項２１の何れか一項に記載のチタン管成形ロールを用いて成形する、チタン管の製造方法。
31. 請求項１９または請求項２２乃至請求項２９の何れか一項に記載のチタン管成形装置を用いて成形する、チタン管の製造方法。