JP2619631B2 - フリクションロール及びその製造方法 - Google Patents

フリクションロール及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、長尺部材、例えば紡績、紙或いは鋼業界に
おいて使用されるようなウエブ或いはストランド用のフ
リクシヨンロール（摩擦ロール）に関するものであり、
特には耐摩耗性でありそして移動中のウエブ或いはスト
ランドを容易に且つ迅速に把持しそしてウエブ或いはス
トランドがロールを通過した後それを完全に釈放するに
適合したレーザ刻印（彫刻）表面を有する、例えばクリ
ンパ（けん縮）ロール、ドロー（延伸）ロール、ヤーン
パツケージ駆動ロール、案内ピン、摩擦ピン等に代表さ
れるフリクシヨンロールに関する。
発明の背景 繊維・織物業界において、比較的高速で糸、ストラン
ド、フイラメント或いはウエブを推進しまたそこに加工
その他の作用をもたらすに好適な表面を有するフリクシ
ヨンロールの開発に向け、多大の努力が費されてきた
し、また現在もまだそうした努力が続けられつつある。
この研究の多くは、ロール表面を、糸、フイラメント、
ストランド或いはウエブを迅速に且つ容易に把持しそし
て後それらがロールを通り越して移動した後迅速且つ容
易にそれらを釈放しうるに適切なものとするようロール
表面の改質に向けられていた。
従来技術 例えば、米国特許第2,863,175号は、「ラツピング−
アツプ」及び「アイブラウイング」の問題を記述しそし
てこれら問題を克服する為の努力においてコツト（さ
や、おおい）として知られるスリーブ状ロールカバーを
使用することへの多くの試みを記載している。例えば、
皮製コツトが既に試みられ、併せて皮よりかなり寿命の
長い合成材料製コツトも試みられた。これら努力にもか
かわらず、上記問題は依然として残りまたロール表面即
ちコツトの短寿命が指摘された。
米国特許第3,902,234号は、糸搬送ローラにおいて使
用されるもののような糸接触表面の微小間隙に細く分断
された触媒粒子を埋入する。加えて、米国特許第2,373,
876号は織物ロール表面用の合成ゴム状組成物にグラフ
アイトの添加を提唱した。また別の米国特許第2,386,58
3号は、ロールの主ゴム体の硬度より高い硬度を有する
ゴム粒子の使用を提唱した。繊維質材料製のコツトが米
国特許第2,393,953号に開示されている。更に、ゴム状
組成物中にコルクのような材料の埋込が米国特許第2,45
0,409号及び第2,450,410号に開示されている。
米国特許第2,863,175号は、ロールカバーとして使用
されるに適したゴム状組成物全体に脆い粒子を埋入する
技術を開示する。その後、ゴムカバーの表面は研磨作用
下に置かれて、脆い粒子を破砕せしめ、ユニツトの表面
に多数の空洞を残すように為される。明らかに、こうし
て形成された空洞は、ゴム組成物中への脆い粒子の無作
為な分散によりコツトの表面上に無秩序に位置づけられ
従つてコツト表面はあるパターン化された空洞模様を欠
いている。もつと最近になつて、米国特許第4,547,936
号は、可撓性に富む鋼ワイヤ性弾力カバーを半径方向に
延在せしめたロールの使用を提案している。
これら先行技術はいずれも、高速紡績操業において遭
遇する上記アイブラウイング、ラツピング−アップ及び
短寿命問題を完全に克服するのに実質上成功したとは云
えない。
近年、耐摩耗性を与えるべくクロミア、アルミナ、ア
ルミナとチタニアの混合物或いはクロミアとアルミナの
混合物のコーティングを形成した紡績ロールが提供され
た。これらコーティングは、ある程度の成功を納めた
が、もし繊維が例えば静電防止剤を含有するなら或いは
もし繊維或いは糸が先行処理から濡れたまま或いは湿つ
たままであるなら、織物プラントにおいて遭遇する可能
性のある低〜中位の腐食条件に曝されただけでも急激な
摩耗或いは腐食を受ける。金属炭化物表面を有する匹敵
しうるフリクシヨンロールも試みられたが、そのコーテ
ィング表面の摩擦係数条件の故にクリンプロールを除い
ては、糸、繊維或いはウエブは迅速に且つ容易に把持さ
れずまたその後ロールにより迅速に且つ容易に釈放され
ず、従つてクリンプロールを除いては有用性はほとんど
或いは全然見出されなかつた。
米国特許第4,322,600号は、圧延される薄い鋼シート
にロールとの接触の結果としてその深絞り性を改善する
に適当な形態特性を付与する目的で、その表面に微小空
洞から成る所定のレーザ形成模様を具備するシート鋼圧
延用ミルロールを開示する。しかし、これら微小空洞は
圧延用ミルロールの鋼表面自体に形成されるものであ
り、レーザ刻印されたセラミック或いは金属炭化物コー
テイングを備えるフリクシヨンロールを提供することへ
の開示或いは示唆は存在しない。
インキ或いは他の種媒体を印刷ロールに或いは印刷或
いは処理されている材料に直接転写する為の、セラミツ
クコーテイング付きのそしてレーザ形成凹み模様を備え
る転写ロールが作製された。この型式の転写ロールは、
インク或いは他の種物質を転移する為にのみ使用される
ものであり、従つて実質上の張力、しわ寄せ力、応力付
与或いは曲げ力と云つた加工力を何ら受けない。従つ
て、転写ロールは一般にコスト及び重量を節減する為中
空部品から作製される。この型式の転写ロールは、それ
らが引張及び圧縮強度を欠くため、クリンプ加工ロール
として使用するに適さない。この型式の転写ロールの一
例は英国特許出願GB2049102Aに記載されている。他の型
式のレーザ刻印クロミアコーティング付き転写ロールも
以前から米国等で作製されそして販売されている。
先行技術はいずれも、ウエブ或いはストライド取扱い
フリクシヨンロール即ち長尺部材に加工（例えば引伸
し、緊張、しわ伸し、表面改質等）を与えまた長尺部材
に他の何らかの作用を行うフリクシヨンロールであつ
て、構造部とロールの円筒状外面作動表面に結合される
セラミツク或いは金属炭化物コーテイングとを有しそし
て該コーテイング中にレーザ形成凹み模様を有するフリ
クシヨンロールを開示しない。
発明の概要 本発明者は、ロール作動表面に結合されたセラミック
乃至金属炭化物コーティングを有し、そしてコーティン
グが、作動表面の実質上全体にわたり多数のレーザ形成
凹みと各該凹みを取り巻く隆起とを有しそして水性研磨
スラリ及び剛毛ブラシを用いて仕上げたブラシ仕上げ処
理表面を有するような、ウエブ或いはストランド用フリ
クションロールは、ドローロールやクリンプ加工ロール
におけるように作動表面と接触するウエブ或いはストラ
ンドを迅速にかつ容易に把持しそして後ウエブ或いはス
トランドが作動表面から外れて通過するに際してそれを
迅速にかつ容易に釈放する、一様な耐摩耗性作動表面肌
を提供するとの予想外の知見を得た。この予想外の迅速
把持・釈放特性は、セラミック乃至金属炭化物コーティ
ングを形成し続いてレーザ処理によらずコーティングに
粗化を与えるために引掻き或いは研磨により粗化された
従来のフリクションロールとは対照的に、所定の平均表
面粗さ（Ra）範囲にわたってそしてロール長さにわたっ
て一定した摩擦係数を与える、多数のレーザ形成凹みと
各凹みを取り巻く隆起とを有しそして水性研磨スラリ及
び剛毛ブラシを用いて仕上げたブラシ仕上げ処理表面に
よるものと信ぜられる。
かくして、本発明は、長尺の固体材料に該材料との摩
擦接触により作動を行うためのフリクションロールであ
って、作動表面を構成する外面を有するロールと該ロー
ル作動表面に結合されるセラミック乃至金属炭化物コー
ティングとを有し、その場合、前記コーティングが、該
作動表面の実質上全体にわたり多数のレーザ形成凹みと
各該凹みを取り巻く隆起とを有しそして水性研磨スラリ
及び剛毛ブラシを用いて仕上げたブラシ仕上げ処理表面
を有しそしてそして0.508〜25.4μｍの平均表面粗さ（R
a）範囲にわたってそしてロール長さにわたって一定し
た摩擦係数（150デニールのナイロン糸を使用するシャ
ーレイ摩擦計を用いて19gの張力及び237.7m/分の表面速
度において測定したものとして）を与えることを特徴と
するフリクションロールを提供する。
セラミック乃至金属炭化物コーティングとしては、ア
ルミナ、アルミナとチタニアとの混合物、クロミア、ク
ロミアとアルミナとの混合物、炭化タングステン、炭化
タングステン、コバルト及びクロムの混合物を挙げるこ
とができる。
フリクションロールの例として、クリンプロール、ド
ローロール、ヤーンパッケージ駆動ロール、摩擦ピン、
案内ピンを挙げることができる。
本発明はまた、長尺の固定材料に該材料との摩擦接触
により作動を行うためのフリクションロールを製造する
方法であって、作動表面を構成する外面を有するロール
に該作動表面においてセラミック乃至金属炭化物コーテ
ィングを結合する段階と、前記作動表面上のコーティン
グをレーザ刻印して、該作動表面の実質上全体にわた
り、多数の凹みと各該凹みを取り巻く隆起を形成する段
階と、レーザ刻印したコーティング表面を細かい研磨剤
の水性スラリを注入しながら剛毛ブラシを使用してブラ
シ仕上処理する段階と包含し、該ブラシ仕上処理表面が
0.508〜25.4μｍの平均表面粗さ（Ra）範囲にわたって
そしてロール長さにわたって一定した摩擦係数（150デ
ニールのナイロン糸を使用するシャーレイ摩擦計を用い
て10gの張力及び237.7m/分の表面速度において測定した
ものとして）を与えるものとすることを特徴とするフリ
クションロール製造方法をも提供する。
セラミック乃至金属炭化物コーティングをコーティン
グ結合段階後でかつレーザ刻印段階前に細孔シーラント
で封止処理することができる。封止処理したセラミック
乃至金属炭化物コーティングをレーザ刻印段階前に研磨
することもできる。
発明の具体的説明 第１及び２図を参照すると、約15.2cmの外径と約7.6c
mの巾を有する、好ましくは鋼製のフリクシヨンロール
（摩擦ロール、或る程度の摩擦を与えつつ推進、加工そ
の他の作用等を行うロール）10には、それを軸線方向に
貫通する中央孔11が形成されている。中央孔にはキー溝
（図示なし）が形成されそしてキー及びキー溝を備える
駆動軸（図示なし）周囲に嵌合するようになつている。
ロール10の円筒状外面には、コーテイング12が設けられ
る。コーテイング12は、例えば後述の実施例に示す態様
で被覆されそしてレーザ刻印されて、レーザ形成凹み模
様を創出する。
任意の適当なセラミツクコーテイング或いは金属炭化
物コーテイングが本発明のフリクシヨンロールの作動表
面に被覆されうる。例えば、炭化タングステン並びに炭
化タングステンとコバルト、ニツケル、クロム、鉄及び
その混合物との合金及び／或いは混合物が使用されう
る。加えて、炭化チタン、タングステン−チタン炭化物
及び炭化クロムもまた有用である。上記炭化物は、別個
に或いはコバルト、クロム、タングステン、ニツケル、
鉄或いは他の適当な金属と混合物乃至合金化して使用さ
れうる。セラミツクコーテイングとしては、チタニア
（酸化チタン）、クロミア（酸化クロム）、クロミアと
アルミナの混合物、マグネシアと混合されたジルコニア
等が挙げられる。
セラミツク或いは金属炭化物コーテイングは、２つの
周知の技術、即ち爆発銃（デトネーシヨンガン）方式及
びプラズマコーテイング方式のいずれかによりロールの
金属表面に被覆される。爆発銃方式は米国特許第2,714,
563、4,173,685及び4,519,840号に詳しく記載されそし
て酸素、アセチレン及び窒素を被覆材料装入物例えばセ
ラミツク或いは金属炭化物或いは金属粉末或いはそれら
混合物と共に銃バレル中に給入することを出発段階とす
る。気体混合物はその後着火されそして生成する爆発波
が粉末をその融点近くに或いはそれを超えて加熱しつつ
約720m/秒まで加速する。酸素−アセチレン混合気の最
大自由燃焼温度は約45％アセチレンで生じそして約3140
℃である。しかし、爆発条件下で、温度は恐らく4200℃
を超えるので、大半の材料はこのプロセスにより溶融さ
れうる。銃バレルは基板にねらいをつけられそしてその
融点にある或いはその近く或いはそれを超えた温度にあ
る粉末が基板上に付着される。各爆発後に、銃バレルは
窒素でパージされる。このサイクルは１秒間に約４〜８
回繰返されそして各粉末噴射毎に約25mm直径及び数ミク
ロン厚の円形状コーテイングの付着をもたらす。コーテ
イング全体は多くの円形状コーテイングを重なり合せる
ことにより生成され、その各円形状コーテイングは個々
の粉末粒に対応する多くの重なりあつた薄いレンズ状粒
乃至平板から構成される。重なりあつた円形状コーテイ
ングは全体として比較的平滑なコーテイングを生成する
よう厳密に管理される。
基板をコーテイングする為のプラズマ技術は従来から
実施されておりそして米国特許第3,016,447、3,914,57
3、3,958,097,4,173,685及び4,519,840号に記載されて
いる。プラズマコーテイング技術において、銅製アノー
ド及びタンダステン製カソードを具備するプラズマトー
チが通常使用される。アルゴン或い窒素或いはこれらと
水素乃至ヘリウムとの混合物のような気体がカソードの
まわりにそして絞りノズルとして働くアノードを通つて
流送せしめられる。通常高周波放電により点弧される直
流アークが電極間に維持される。使用されるアーク電流
及び電圧は、アノード／カソード設計、気流流量及び気
体組成に応じて変化する。使用電力は、トーチの型式及
び作動パラメータに依存して約５〜80KWの範囲で変化さ
れる。
気体プラズマはアークにより発生しそして自由電子、
イオン化原子及び僅かの中性原子そして窒素或いは水素
が使用される場合には未解離２原子分子を含んでいる。
大半の従来型式のトーチを使用した場合のプラズマ気体
速度は亜音速であるが、臨界出口角度を有する収瞼或い
は末広形ノズルを使用して超音速が発生しうる。プラズ
マ温度は27,760℃を超えよう。セラミツクコーテイング
粉末或いは金属炭化物コーティング粉末がプラズマ流れ
中に導入される。コーテイング粉末はプラズマ中で溶融
しそして基板に衝突せしめられる。コーテイングのプラ
ズマプロセスは爆発銃（Ｄ−銃）プロセスよりはるかに
高い温度を使用しそしてまたＤ−銃プロセスが間欠的で
非連続的であるのと違つて連続プロセスである。
プラズマプロセス或いはＤ−銃プロセスいずれかによ
り被覆されるコーテイングの厚さは、0.013〜2.54mmの
範囲をとり、粗さはプロセス条件に依存して即ちＤ−銃
或いはプラズマ、コーテイング材料の型式及びコーテイ
ングの厚さに依存して約1.27〜25.4μmRaの範囲をと
る。Raは、ANSI方法B46.1（1978年）によりμｍ単位で
測定した平均表面粗さである。この数の高い程、表面は
粗くなる。
ロール周囲のセラミツク或いは金属炭化物コーテイン
グは更に例えばLICAR100エポキシのようなエポキシシー
ラントのような適当な孔封止剤で被覆される。この処理
は細孔を封止して、水分或いは他の腐食性物質がセラミ
ツク或いは金属炭化物コーテイングに浸透してロールの
下地鋼組織を侵食しそして劣化するのを防止する。
ロールの円筒状外周作動表面への付着に続いて、ロー
ルの表面に結合される、生成セラミツク乃至金属炭化物
コーテイングは、ダイヤモンド研削ホイールで研磨され
て、輪郭計を使用して0.2〜0.762μmRaの粗さを創生す
る。この研磨段階は以下に述べるレーザ刻印模様の適用
の為一層一様な表面を提供する。ここで使用されたもの
と同様の研磨段階が、レーザ刻印されないインク転写ロ
ール或いは駆動ロールの製造においてロールに被覆され
たセラミツク或いは金属炭化物コーテイングを研磨する
のに従来からも使用されている。
研磨に続いて、セラミツク或いは金属炭化物コーテイ
ングは、その表面にレーザ形成凹みの適切な模様と深さ
を創生する為にCO2レーザを使用してレーザ刻印加工さ
れる。レーザ形成凹みの深さは、数ミクロン以下から12
0乃至140ミクロン或いはそれ以上まで変化しうる。もち
ろん、各凹みの平均直径は、模様及び単位長当りのレー
ザ形成凹み数によりコントロールされる。例えば、適当
な模様としては、方形模様、30゜模様及び45゜模様が挙
げられ、そしてレーザ形成凹みの数は代表的に31〜217
個数/cmまでに及ぶ。セラミツク或いは金属炭化物コー
テイング中に凹みを形成する為広く様々のレーザ装置が
使用されうる。一般に、0.001〜0.4ジユール／レーザパ
ルスが使用できそしてレーザパルスは20〜200μ秒の期
間を有しうる。レーザパルス中心点はレーザ形成凹み形
成する為のレーザ操作の一例として200〜2000μ秒離間
されうる。上記よりもつと高い或いは低い値も使用出来
そして他のレーザ刻印（彫刻）技術も斯界で容易に入手
しうる。レーザ刻印後、粗さは代表的に0.508〜25.4のR
aの範囲である。
レーザ刻印加工に続いて、セラミック或いは金属炭化
物コーティングのレーザ刻印表面は、まくれやばり及び
他のゆるく付着した材料を除去するために細かい研磨剤
の水性スラリを注入しながら剛毛ブラシを使用してブラ
シ仕上処理される。
こうしてレーザ刻印されそしてブラシ仕上げ処理され
た表面は、後に実施例で示すように、所定の平均表面粗
さ（Ra）範囲にわたってそしてロール長さにわたって一
定した摩擦係数を有している。
第３及び４図に明示されるように、レーザ刻印後のセ
ラミツク或いは金属炭化物コーテイングの表面は、
（ａ）材料の一部の蒸発及び（ｂ）コーテイング材料が
レーザパルスにより衝突される時追加材料の溶融、移
動、改形、改質等により形成される一群の微小凹み（mi
crocavities）或いはセルから成る。各セルが、それを
取巻く、レーザパルスにより生じたコーテイング材料の
溶融、変位及び改形により投げ上げられた或いは押上げ
られた隆起を有することが容易に見られる。隆起の一部
は他のものに重なつており、これはレーザパルス移動方
向への手がかりを与える。こうして改質された材料は元
のコーテイングからかなり異なることが見出された。一
般に、元のコーテイングより高密度で且つ低多孔度とな
りそして多相材料、例えばアルミナ−チタニア混合物
は、コーテイングした状態では別々の相として出現する
が、レーザ処理による改質に際して単相材料を形成す
る。加えて、もつと驚くべきことに、主たる形態特性上
の変化がレーザパルスが衝突した後のアルミナコーテイ
ング材料中に生じることが見出された。これは、微小凹
み或いはセルの外の押し上げられたコーテイング材料の
隆起に沿つて明色の細長い粒子により第４図に例示され
る。これら明色の粒子はアルミナコーテイング材料への
レーザの作用により形成された合成サフアイアノジユー
ル（塊）である。
本発明の、レーザ刻印された、セラミツク或いは金属
炭化被覆フリクシヨンロールは、ストランド即ちスレツ
ド、ヤーン、フイラメント或いはワイヤ並びにウエブ或
いは他の長尺材料、例えば薄鋼シート、織組繊維、編組
繊維、結着非不織繊維、インゴツト、スラブ等を移送す
る為またそこに加工その他の作用を行う紡績業界及び鋼
業界において用いられる。本ロールは、テープ記録業
界、プラスチツクシート加工業界、写真フイルム加工業
界、複写業界（例えばゼログラフイコピーマシン）、新
聞取扱い機械、及びストランド或いはウエブ或いは長尺
材料取扱い産業において使用される実質上任意の機械に
おいて使用される。本ロールは、ストランド或いはウエ
ブが装通される噛合い部を形成するクリンプ（けん縮）
ロール対の形態或いはウエブがロールに沿つて1/2乃至1
/4通過するか若しくはストランドがロールに沿つて1/2
乃至その何倍か（例えば１、２、３倍）通過するような
単一キヤプスタンロール或いはドロー（延伸）ロールの
形態でありうる。本ロールは、回転せずに、長尺材料
（例えばヤート或いはトウ）にそれをドローピン或いは
案内ピンとの摩擦接触状態で移動することにより加工或
いは作用を為すドローピン或いは案内ピンを含みうる。
本ロールの摩擦及び表面特性は、ロール作動表面による
ストランド或いはウエブの迅速把持そしてまた引掛りや
裂開なく適正時点での迅速釈放を必要とするドローイン
グ、クリンピング及びその他任意の作業に良く適合す
る。この新規な、レーザ模様づけ、セラミツク或いは金
属炭化物被覆表面は、迅速把持−迅速釈放能力を提供し
そしてまた耐摩耗性でありそして永続的且つ一貫した摩
擦係数及び表面特性を保持しうる。
実施例及び比較例 略号及び表示の説明 LA−６ アルミナコーテイグ LA−７ 60wt％アルミナ及び40wt％チタニアを含有する
コーテイング、 LC−４ クロミアコーテイング、 LC−19 70wt％クロミア及び30wt％アルミナを含有する
コーテイング、 LW−15 86wt％WC、10wt％Co及び4wt％Crを含有するコ
ーテイング、 LW−19 88.5wt％WC、8.5wt％Co及び3wt％Crを含有する
コーテイング、 Ra ANSI方法B46.1（1978年）によりμｍ単位で測定し
た平均表面粗さである。数値が高いほど、表面は粗い。
プラズマコーテイング方法 不活性気体（特にはアルゴ
ン）の流れを横切つて電弧を確立することにより形成さ
れたイオン化気体のプラズマ中にセラミツク或いは金属
炭化物粉末を注入することにより基板にセラミツク乃至
金属炭化物コーテイングを連続的に被覆する為の技術、
セラミツク乃至金属炭化物粉末は27,760℃もの高い温度
状態となりうるプラズマに連続的に送給される。粉末は
プラズマ中に膨脹しつつある気体により加熱されそして
加速されそして基板に差向けられ、ここで粉末は冷え、
凝固（着）しそして基板に結合する。
Ｄ−銃コーテイング方法 セラミツク乃至金属炭化物粉
末を窒素、酸素及びアセチレンと共に銃バレルに装填
し、爆発させて、約3316℃の温度を発生せしめ、セラミ
ツク乃至金属炭化物粉末を溶融しそしてそれを基板に衝
突するよう推進する、基板にセラミツク或いは金属炭化
物コーテイングを被覆する技術、 C/F 150デニールのナイロン糸を用いてシャーレイ（Sh
irley）摩擦計を使用して測定したものとしての摩擦係
数、コーテイングを担持するロールが静止状態に保持さ
れそして糸がその周りに半分に237.7m/分表面速度にお
いて走行される。その際、糸に10gの張力が適用され
る。
例において区別されるものとして各コーテイングに対
するスクリーン寸法及び模様表示は、方形模様を表示す
るのに「Ｓ」を使用する。ここでは、凹みは、軸線方向
列（即ちロールの軸線に平行な列）及び周回列（即ちロ
ールの周囲に沿つて延在して軸線に中心を置いた円を形
成する列）をなし、そして軸線方向列における各凹みの
中心はそれに隣りあう２つの列の各々の凹み中心と同じ
周回列にある。
表示「30I」は、各軸線方向列が隣りある軸線方向列
の各々から、一方の列における凹み中心がそれに隣りあ
う軸線方向列の各々における隣りあう凹み中心から30゜
の角度ずれる（軸線即ち軸線方向列に対して）程度にま
で偏倚していることを示す。
表示「45I」は、各軸線方向列が隣りあう軸線方向列
の各々から、一方の列における凹み中心がそれに隣りあ
う軸線方向列の各々における隣りあう凹み中心から45゜
の角度ずれる（軸線即ち軸線方向列に対して）程度にま
で偏倚していることを示す。
スクリーン即ち刻印編目模様寸法及び模様欄の中央に
おける２桁乃至３桁の数字は、最初の表示（Ｓ、30I、4
0I）の方向において測定した2.54cm当りの凹みの数を示
す。即ち、方形模様Ｓに対しては、中央の２桁乃至３桁
の数字は軸線方向列における2.54cm当りのセル数を与
え、これは周回列におけるセル数と同じである。451模
様に関しては、中央の２桁乃至３桁の数字は45度対角方
向における2.54cm当りのセル数を表し、そして30I模様
にに対しては中央の２桁乃至３桁の数字は30度斜め方向
における2.54cm当りのセル数を表す。
表示の右端における２桁乃至３桁の数は、各凹みの底
からそれを取巻く隆起の頂端まで測定したものとしての
各凹みのミクロン単位での公称深さを示す。
例１ 15.2cmの直径、7.6cmの巾並びに駆動軸及びキーを収
容する為4.4cmの公称直径のキー溝付き軸線方向孔を各
具備する一対の円形状鋼製クリンプロールに、金属炭化
物被覆の為脱脂その他の処理を施した。約3316℃の温度
で作動する爆発銃を使用して、88.5wt％炭化タングステ
ン、8.5wt％コバルト及び3wt％クロムから成る金属炭化
物コーテイングを各ロールの外側円周状作動表面に被覆
した。0.23mm±0.08mmの公称厚のものがロールの外側円
周状作動表面の実質全面に被覆された。エポキシシーラ
ント（エポキシUCAR100）がコーテンイグに被覆され
た。シーラントの目的は、ロール鋼部を腐食から保護す
る為コーテイング中の細孔を封止することであつた。冷
却後、封止されたコーテイングは0.38〜0.64μmRaの粗
さまで研磨砥石車を使用して研磨された。その後、円筒
状表面を粗ベルトサンデイングマシーンを用いて1.27〜
1.78μmRaの粗さまで粗化して、従来型式のフリクシヨ
ンロールを作製した。その後、被覆円筒状表面は0.51〜
0.64μmRaまでアブレシブサンデイング処理され、それ
により0.1mm厚のコーテイングを残した。爆発銃コーテ
イング後の最初の研磨段階及び粗化段階は余分でありそ
して好ましくは省略される。しかし、この施行例は従来
型式のロールが再研磨されそして後処理されて新たなロ
ールを再生しうることを例示する。0.51〜0.64μmRaへ
のサンデイング後、被覆円筒状作動表面は公称157凹み
数/cm（正確には、円筒軸線に対して45度斜め方向に沿
って一方のロール表面は154凹み数/cmそして他方のロー
ルは152凹み数/cm）を有する45度ずれた凹み模様を生成
するようにレーザ刻印された。クリンプロールに隣りあ
つて従来から使用されているチーク板の擦過をもたらす
恐れのあるまくれの形成の可能性を回避する為に各ロー
ルの各周囲縁辺に沿つて約3.2mmの末刻印帯域が残され
た。凹みの平均公称深さは25ミクロンであつた。各凹み
は、各64μ秒期間を有する、0.023ジユールのレーザパ
ルスを使用することにより作成された。
こうして生成された、レーザ刻印ロールは31cm直径と
各約0.13mm径のナイロン剛毛を有する堅牢な剛毛性ブラ
シを用いて湿式ブラシ仕上げ処理を施された。ブラシ
は、剛毛先端がロールのレーザ刻印表面と係合しそして
1756rpmで回転するよう設置され、同時にロールを40rpm
で回転した。レーザ刻印ロール及び剛毛ブラシが回転す
るに際して、レーザ刻印ロールに剛毛ブラシとの接触の
噛合い部において水性研磨材スラリが注入された。ブラ
シ及びロールは共に同一回転方向に回転せしめられた。
生成ロール対は、22デニールのナイロンフイラメント
をロールの7.6cm面を横切つて単一のトウバンドにクリ
ンプ（けん縮）する為のクリンプロール組として使用さ
れた。この型式のトウは、クリンプ加工が困難な型式の
ものの一つと考えられている。また、この型式のトウは
クリンプロールに対して侵食性であり、高い摩耗を生ぜ
しめる傾向があると考えられる。クリンプ加工後、生成
トウはナイロンフイラメントが良好なけん縮を受けた団
結性のある束であつた。このクリンプロールによりかな
りのトウ製造を行つたが、ロール上に実質的に摩毛は認
められなかつた。
例２ 例１に記載したロール組と同等の２つのロールの追加
組を例１と同じ態様でコーテイング前処理、金属炭化物
被覆処理及び加工処理した。但し、45I対角模様の代り
に、レーザ刻印凹みは、公称157凹み数/cm（正確には、
円筒表面における各周回列凹み数156凹み数/cmそして各
軸線方向において159凹み数/cm）を有する方形凹み模様
をなすものとした。各凹みは25ミクロンの公称深さを有
した。このレーザ刻印被覆ロールは断熱用フイラメント
材としての使用を目的とした５及び15デニールポリエス
テル繊維両者をクリンプするのに使用された。ロールは
ポリエステル繊維のクリンプを好適に達成した。
例３ 本発明に従つて被覆されそしてレーザ刻印されたロー
ル表面の摩擦係数及びその一貫性を例示する為に、次の
コーテイングが形成されそしてレーザ刻印された。各場
合に、コーテイングは本例で試験目的に使用された5.1c
m径中空アルミニウム製ロールに被覆された。６つのア
ルミニウム製ロールが使用され、各々表Ｉに示すセラミ
ツク或いは金属炭化物コーテイングで被覆された。詳し
くは、ロール＃１及び＃２は各々、プラズマ技術により
被覆されるクロミアであるLC−４セラミツクコーテイン
グで被覆された。ロール＃３及び＃４の各々の60wt％ア
ルミナ−40wt％二酸化チタンから成るＤ−銃被覆セラミ
ツクであるセラミツクコーテイングLA−７で被覆され
た。ロール＃５及び＃６の各々は、例１におけると同じ
金属炭化物コーテイング（即ち85wt％炭化タングステ
ン、8.5wt％コバルト及びwt％クロム）であるLW−19で
被覆された。エポキシシーラント（エポキシUCAR100）
が各コーテイングに適用された。これらロールの各々は
第Ｉに示されるように３乃至４帯域のスクリーン模様で
もつてレーザ刻印された。
以下の表１において、表示Raは粗さ測定値を表す。各
粗さ番号は各帯域に沿つてとられた５つの読みの平均を
表す。すべての読みはロール軸線に対して約10゜の角度
で測定された。また、表１において、C/Fは測定された
帯域の摩擦係数を表す。両回転方向において幾つか測定
を行つたが、摩擦係数読みの差異は全くといつてよい程
なかつた。表１に見られるように、例１で記載したよう
にナイロン剛毛ブラシ及び水性研磨スラリを使用しての
ブラシ仕上げ前後で各コーテイングについて粗さ読み及
び摩擦係数読みがとられた。表１に示される結果は、同
種のコーテイング毎での摩擦係数の良好な一致並びに異
つた型式のコーテイング毎での摩擦係数の同じく良い一
致を示す。例えば、ブラシ仕上げ後の最低摩擦係数はロ
ール＃３における帯域＃２により示され（即ち0.22）、
他方ブラシ仕上げ後の最高摩擦係数はロール＃１の帯域
＃１により示される（即ち0.265）、最低〜最高間のブ
ラシ仕上げ後摩擦係数差は非常に小さく、これは、コー
テイング毎の、しかも異種型式コーテイング及び模様に
おいてさえも、摩擦係数が良く合致していることを例示
する。
例４ 次の実験の各々において、ここで試験目的に使用され
た10cm中空アルミニウムロールに表２に示したコーテイ
ングを表２に示した方法により被覆した。各ロールには
表２に示したスクリーン寸法及び模様を有する３つの刻
印帯域が形成された。各帯域の摩擦係数を既に呈示した
方法を用いて測定しそして測定値を表２に掲げた。
ロール＃１、４、７及び10の各々は、表２に示した方
法により被覆され、エポキシコーテイング（即ちエポキ
シUCAR100）で封止され、これにブラシ仕上げが適用さ
れた。その後、コーテイングは、これらロールの各々に
おいて帯域＃１、２及び３の各々に対して表２に示した
スクリーン寸法及び模様を与えるようレーザ刻印され
た。
ロール＃２、５、８及び11の各々は、表２に示した方
法で被覆し、エポキシシーランドで封止し、その上にブ
ラシ仕上げし、ベルトサンダーでサンデイングし、レー
ザ刻印して、これらロールの帯域＃１、２及び３に対し
て表２示したスクリーン寸法及び模様を生成した。
ロール＃３、６、９及び12の各々に、そこに示される
方法を用いて表２に示すコーテイングを形成した。その
後、コーテンイング上にエポキシシーラントを適用し
た。コーテイングが冷えた後、コーテングが研磨砥石車
で研磨されそして３つの別個の帯域にレーザ刻印して、
これらロールの帯域＃１、２及び３に対して表２に示し
たスクリーン寸法及び模様を生成した。
すべてのロール、即ちロール＃１−２に、例１に記載
した仕上げ方法に同様の湿式ブラシ仕上げを施した。こ
れに続いての乾燥後、各帯域の刻印コーテイングについ
て摩擦係数を試験した。表２に示される結果は、レーザ
処理に先立つての研磨及びベルトサンデイングは最終ブ
ラシかけレーザ刻印被覆表面の最終摩擦係数にほとんど
影響を与えないことを示す。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従つて作製されるクリンパロール例の
側面図、第２図は第１図の２−２線に沿う断面図、第３
図は例１で記載したようにして生成されたレーザ刻印コ
ーテイング作動表面の粒子構造を示す275倍拡大顕微鏡
写真であり、そして第４図は例４、ロール＃４、帯域＃
３に記載したと同様の態様で生成されたアルミナコーテ
イングのレーザ処理により生成された合成サフアイア塊
と思われる不規則な明色域を例示するロール作動表面の
粒子構造を示す208倍拡大顕微鏡写真である。 10:ロール 11:中央孔 12:コーテイング
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１６Ｃ 13/00 9037−3Ｊ Ｆ１６Ｃ 13/00 Ａ (72)発明者 リチヤード・シー・ヒル 米国ノースカロライナ州シヤーロツト、 シーダブルツク・ドライブ7324 (56)参考文献 特開 昭62−1590（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−169104（ＪＰ，Ａ)

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】長尺の固体材料に該材料との摩擦接触によ
    り作動を行うためのフリクションロールであって、作動
    表面を構成する外面を有するロールと該ロール作動表面
    に結合させるセラミック乃至金属炭化物コーティングと
    を有し、その場合、前記コーティングが、該作動表面の
    実質上全体にわたり多数のレーザ形成凹みと各該凹みを
    取り巻く隆起とを有しそして水性研磨スラリ及び剛毛ブ
    ラシを用いて仕上げたブラシ仕上げ処理表面を有しそし
    てそして0.508〜25.4μｍの平均表面粗さ（Ra）範囲に
    わたってそしてロール長さにわたって一定した摩擦係数
    （150デニールのナイロン糸を使用するシャーレイ摩擦
    計を用いて19gの張力及び237.7m/分の表面速度において
    測定したものとして）を与えることを特徴とするフリク
    ションロール。
  2. 【請求項２】セラミック乃至金属炭化物コーティングが
    アルミナである特許請求の範囲第１項記載のフリクショ
    ンロール。
  3. 【請求項３】セラミック乃至金属炭化物コーティングが
    アルミナとチタニアとの混合物である特許請求の範囲第
    １項記載のフリクションロール。
  4. 【請求項４】セラミック乃至金属炭化物コーティングが
    クロミアである特許請求の範囲第１項記載のフリクショ
    ンロール。
  5. 【請求項５】セラミック乃至金属炭化物コーティングが
    クロミアとアルミナとの混合物である特許請求の範囲第
    １項記載のフリクションロール。
  6. 【請求項６】セラミック乃至金属炭化物コーティングが
    炭化タングステンである特許請求の範囲第１項記載のフ
    リクションロール。
  7. 【請求項７】セラミック乃至金属炭化物コーティングが
    炭化タングステン、コバルト及びクロムを含有する特許
    請求の範囲第１項記載のフリクションロール。
  8. 【請求項８】クリンプロールである特許請求の範囲第１
    項記載のフリクションロール。
  9. 【請求項９】ドローロールである特許請求の範囲第１項
    記載のフリクションロール。
  10. 【請求項１０】ヤーンパッケージ駆動ロールである特許
    請求の範囲第１項記載のフリクションロール。
  11. 【請求項１１】摩擦ピンである特許請求の範囲第１項記
    載のフリクションロール。
  12. 【請求項１２】案内ピンである特許請求の範囲第１項記
    載のフリクションロール。
  13. 【請求項１３】長尺の固体材料に該材料との摩擦接触に
    より作動を行うためのフリクションロールを製造する方
    法であって、作動表面を構成する外面を有するロールに
    該作動表面においてセラミック乃至金属炭化物コーティ
    ングを結合する段階と、前記作動表面上のコーティング
    をレーザ刻印して、該作動表面の実質上全体にわたり、
    多数の凹みと各該凹みを取り巻く隆起を形成する段階
    と、レーザ刻印したコーティング表面を細かい研磨剤の
    水性スラリを注入しながら剛毛ブラシを使用したブラシ
    仕上処理する段階と包含し、該ブラシ仕上処理表面が0.
    508〜25.4μｍの平均表面粗さ（Ra）範囲にわたってそ
    してロール長さにわたって一定した摩擦係数（150デニ
    ールのナイロン糸を使用するシャーレイ摩擦計を用いて
    10gの張力及び237.7m/分の表面速度において測定したも
    のとして）を与えるものとすることを特徴とするフリク
    ションロール製造方法。
  14. 【請求項１４】セラミック乃至金属炭化物コーティング
    をコーティング結合段階後でかつレーザ刻印段階前に細
    孔シーラントで封止処理する特許請求の範囲第13項記載
    の方法。
  15. 【請求項１５】封止処理したセラミック乃至金属炭化物
    コーティングをレーザ刻印段階前に研磨する特許請求の
    範囲第14項記載の方法。
  16. 【請求項１６】セラミック乃至金属炭化物コーティング
    がアルミナである特許請求の範囲第13項記載の方法。
  17. 【請求項１７】セラミック乃至金属炭化物コーティング
    がアルミナとチタニアとの混合物である特許請求の範囲
    第13項記載の方法。
  18. 【請求項１８】セラミック乃至金属炭化物コーティング
    がクロミアである特許請求の範囲第13項記載の方法。
  19. 【請求項１９】セラミック乃至金属炭化物コーティング
    がクロミアとアルミナとの混合物である特許請求の範囲
    第13項記載の方法。
  20. 【請求項２０】セラミック乃至金属炭化物コーティング
    が炭化タングステンである特許請求の範囲第13項記載の
    方法。
  21. 【請求項２１】セラミック乃至金属炭化物コーティング
    が炭化タングステン、コバルト及びクロムを含有する特
    許請求の範囲第13項記載の方法。
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