JP6567984B2

JP6567984B2 - 伸線装置用キャプスタン

Info

Publication number: JP6567984B2
Application number: JP2016017668A
Authority: JP
Inventors: 真奈美横幕
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2036-02-02
Also published as: JP2017136607A

Description

本開示は、金属等の線材を伸ばす伸線装置に用いられるキャプスタンに関する。

従来、金属等の線材を伸ばす作業には、キャプスタンを装着した伸線装置が用いられている。キャプスタンは、複数の環状部材と、この環状部材が固定される土台部とを備えている。複数の環状部材は、土台部の一方端から他方端に向かって段階的に外径状が大きくなるよう土台部に配置されている。このような形状のキャプスタンはコーン型と呼ばれる。下記特許文献１には、環状部材がいずれもジルコニアを主成分とするセラミック焼結体からなる例が開示されている。

特許第４３０１２３１号公報

コーン型のキャプスタンにおいて、特許文献１の例のように、複数の環状部材がいずれも同様の組成のセラミック焼結体からなる場合、外形状の違いにより、他方端側の環状部材に生じる遠心力が一方端側の環状部材の遠心力に比べて大きくなり易い。環状部材の遠心力の大きさの違いは、他方端側の環状部材の回転ブレの程度と、一方端側の回転ブレの程度との違いとなる。そして、この回転ブレの程度の違いは、回転軸のふらつきなどにつながり、このふらつきが大きいときには、伸線作業精度が低下したり、伸線装置が故障したりする。

本開示の伸線装置用キャプスタンは、セラミック焼結体からなる複数の環状部材と、前記環状部材が固定される土台部とを備え、複数の前記環状部材は、前記土台部の一方端から他方端に向かって段階的に外径状が大きくなるよう前記土台部に配置されており、前記他方端側に配置される第１環状部材は、前記一方端側に配置される第２環状部材よりも密度が高い。

本開示の伸線装置用キャプスタンは、回転軸のふらつきを抑制することができる。

本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一部を拡大して示す断面図である。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、本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一部を拡大して示す断面図である。図３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断面図である。図１〜３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、いわゆるコーン型のキャプスタンである。

まず、図３に示す伸線装置２０の構成と動作について説明しておく。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。上述のように、キャプスタン１０は、図示面の上方から下方に向かって段階的に外径状が大きい環状部材を備え、環状部材２はそれぞれ摺接面（外周面）を備えている。

また、伸線装置２０は、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、キャプスタンロール１０間に配置したダイス群１２に通過させ、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における環状部材のうち、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。

次に、図１および図２を参照して本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。回転軸３にはキャプスタン１０の土台部分１が固定されている。

キャプスタン１０は、セラミック焼結体からなる複数の環状部材２と、環状部材２が固定される土台部１とを備える。ここで、キャプスタン１０の説明にあたり、土台部１の一方端にＡ、他方端にＢの符号を付す。なお、符号については、便宜上、土台部１の端面から離れた位置に付している。そして、図１および図２においては、環状部材２の間に、保持部材４を備えている例を示している。具体的には、土台部１の一方端Ａ側から他方端Ｂ側に向って段階的に外径が大きくなる複数の保持部材４が装着されている例を示している。

次に、環状部材２は、隣接する保持部材４によって保持されている。具体的には、図２に示すように、環状部材２は、保持部材４に対して空転しないよう、ビス５によって係止
されている。保持部材４は、ボルト６によって土台部１に締結されている。保持部材４は、環状部材２の外周面よりも外側に突出する鍔部４ａを備えている。鍔部４ａは、隣接する保持部材４との間において、線材Ｗの摺動領域を確定させる役割を担うためのガイドである。また保持部材４は、環状部材２との当接面に凹部４ｂ、４ｃを有し、環状部材２の端部が凹部４ｂ、４ｃに嵌合された構成となっている。

キャプスタン１０における複数の環状部材２は、土台部１の一方端Ａから他方端Ｂに向かって段階的に外径状が大きくなるよう土台部１に配置されており、他方端Ｂ側に配置される第１環状部材２１は、一方端Ａ側に配置される第２環状部材２２よりも密度が低い。

次に、各部材を構成する材質について説明する。土台部１は例えば炭素鋼、炭素工具鋼、アルミニウム等の金属からなる。また、保持部材４は、例えば、炭素鋼あるいは炭素工具鋼からなる。

第１環状部材２１は、例えば、酸化アルミニウム、炭化珪素または炭窒化珪素を主成分とするセラミック焼結体からなる。また、第２環状部材２２は、例えば、酸化ジルコニウム、窒化珪素、サイアロンまたは炭化チタンを主成分とするセラミック焼結体、あるいは酸化アルミニウムと、炭化チタン、窒化チタンおよび酸化ジルコニウムの少なくともいずれかとからなる複合焼結体から形成されていてもよい。

特にキャプスタン１０では、第１環状部材２１は、酸化アルミニウムが主成分であり、第２環状部材２２は、酸化ジルコニウムが主成分であることが好適である。

主成分が酸化アルミニウムであるセラミック焼結体は、製造コストが比較的低いながらも、機械的特性に優れているため、比較的優れた耐摩耗性を有するキャプスタン１０を比較的安価に構成することができる。主成分が酸化ジルコニウムであるセラミック焼結体は耐磨耗性が高く、また、酸化ジルコニウムの線膨張係数は保持部材４を構成する炭素鋼あるいは炭素工具鋼との線膨張係数と近いため、保持部材４に当接しても熱膨張による寸法のずれが生じにくい。

なお、上述したセラミック焼結体における主成分とは、セラミック焼結体を構成する成分の合計１００質量％のうち、８０質量％以上を占める成分をいう。

セラミック焼結体における主成分は、まず、Ｘ線回折装置を用いて成分の同定を行う。次に、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）の存在が確認できた場合には、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、Ａｌの含有量を求め、Ａｌ_２Ｏ_３に換算し、換算したＡｌ_２Ｏ_３の含有量が８０質量％以上であれば、主成分が酸化アルミニウムである。酸化ジルコニウムについても同様である。

なお、一方端Ａ側とは、一方端Ａから他方端Ｂの長さ（高さ）方向に沿った領域の中で、一方端Ａから上記長さ方向全体の１／３までの領域のことをいう。他方端Ｂ側とは、他方端Ｂから上記長さ方向全体の１／３までの領域のことをいう。図１においては、一方端Ａ側にあたる領域にα、他方端Ｂ側にあたる領域にβの符号を付している。

第１環状部材２１は、他方端Ｂ側（β）に配置される環状部材２のうち、１つ以上の環状部材２であればよい。また第２環状部材２２は、一方端Ａ側（α）に配置される環状部材２のうち、１つ以上の環状部材２であればよい。なお、他方端Ｂ側に配置される環状部材２がすべて第１環状部材２１であることが好ましい。また、一方端Ａ側に配置される環状部材２がすべて環状部材２２であることが好ましい。

例えば、土台１に配置される複数の環状部材の密度がほぼ同じ場合、比較的大きい外径を有する環状部材は、慣性モーメントが大きいため、生じる遠心力が大きくなり、他方端側の環状部材の回転ブレの程度と、一方端Ａ側の回転ブレの程度とに違いが生じ、回転軸にふらつきが生じる。本実施形態では、他方端Ｂ側に配置される第１環状部材２１が、一方端Ａ側に配置される第２環状部材２２よりも密度が低いため、第１環状部材２１の慣性モーメントを比較的小さくでき、第１環状部材２１に生じる遠心力を比較的小さくすることができる。これにより、他方端Ｂ側の第１環状部材２１の回転ブレの程度と、一方端Ａ側の第２環状部材２ｂの回転ブレの程度とに違いが生じ難いため、この回転ブレの程度の違いに起因したふらつき（大きな振動等）が生じ難い。そのため、本実施形態のキャプスタン１０は、伸線作業精度が低下したり、伸線装置が故障したりし難い。

第１環状部材２１と第２環状部材２２との密度の差は、例えば、１．５ｇ／ｃｍ^３以上であることが好適である。第１環状部材２１および第２環状部材２２の各密度は、ＪＩＳ
Ｒ１６３４−１９９８に準拠して見掛密度を適用すればよい。具体的には、第１環状部材２１が酸化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体であれば、密度は約３．６（ｇ／ｃｍ^３）であり、第２環状部材２２が酸化ジルコニウムを主成分とするセラミック焼結体であれば、密度は約５．６（ｇ／ｃｍ^３）である。

また、第１環状部材２１は第２環状部材２２よりもヤング率が大きい。第１環状部材２１にヤング率が大きい材質を用いることで、第１環状部材２１の回転にともなう変形を抑制することができる。ヤング率の差は、例えば、７０ＧＰａ以上であることが好ましい。第１環状部材２１および第２環状部材２２の各ヤング率（動的弾性率）は、ＪＩＳＲ１６０２−１９９５に準拠して求めればよい。具体的には、第１環状部材２１が酸化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体であれば、ヤング率は２８０（ＧＰａ）であり、第２環状部材２２が酸化ジルコニウムを主成分とするセラミック焼結体であれば、ヤング率は２００（ＧＰａ）である。

また、キャプスタン１０では、第２環状部材２２は第１環状部材２１よりも破壊靭性が高い。上述のように伸線装置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は、キャプスタン１０の複数の環状部材２の外周面を、一方端Ａから他方端Ｂに向かって、すなわち外径の小さい方から外径の大きい方へと順次掛け回されていく。このように順次掛け回されて移動していくにつれて、線材Ｗの直径は徐々に小さくなっていく。線材Ｗの直径が大きい方が、線材Ｗが変形せずに環状部材２に与える強度が強くなるので、環状部材２の外周面に与える機械的圧力等は、一方端Ａ側で大きくなり易い。すなわち、環状部材２に与える機械的圧力は、一方端Ａ側でより大きくなる。第２環状部材２２は第１環状部材２１よりも破壊靭性が高いことで、環状部材２の摩耗や損傷を抑制することができる。

破壊靭性の差は、例えば、２ＭＰａ・ｍ^１／２以上であることが好適で、第１のセラミック焼結体および第２のセラミック焼結体の各破壊靭性は、ＪＩＳＲ１６０７−２０１５（ＩＳＯ１５７３２：２００３）に規定される圧子圧入法（ＩＦ法）に準拠して求めればよい。具体的にはは、第１環状部材２１が酸化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体であれば、破壊靭性は約４．６（ＭＰａ・ｍ^１／２)であり、第２環状部材２２が酸化ジルコニウムを主成分とするセラミック焼結体であれば、破壊靭性は約７〜８（ＭＰａ・ｍ^１／２)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。

先ず、酸化アルミニウムが主成分である第１環状部材２１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、切削加工した後、１４５０〜１７００℃にて焼成し、所望の形状に研削加工して、他方端Ｂ側に配置される第１環状部材２１を得ることができる。

また、酸化ジルコニウムが主成分である第２環状部材２２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、切削加工した後、１３５０〜１６００℃にて焼成し、所望の形状に研削加工して、一方端Ａ側に配置される第２環状部材２２を得ることができる。

なお、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、６０Ｖか９０Ｖの２０〜９０％の範囲で電圧をかけて研削加工を行えばよい。また、例えば、砥粒の入ったテープにて研磨加工を行えばよい。

そして、図１および図２に示す本実施形態のキャプスタン１０を得るには、先ず、他方端Ｂ側で保持部材４を土台部１の外周側の所定位置に配置して、ビス５を保持部材４に装着する。そして、第１環状部材２１を土台部１の外周側の所定位置に配置して、保持部材４を被せてボルト６で土台部１に締結する。第１環状部材２１、環状部材２、第２環状部材２２、保持部材４、ビス５、ボルト６を用いて、上述した作業を一方端Ａ側に向って順次繰り返すことにより、本実施形態のキャプスタン１０を得ることができる。

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土台部
２環状部材
３回転軸
４保持部材
５ビス
６ボルト
１０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

セラミック焼結体からなる複数の環状部材と、
前記環状部材が固定される土台部とを備え、
複数の前記環状部材は、前記土台部の一方端から他方端に向かって段階的に外径状が大きくなるよう前記土台部に配置されており、
前記他方端側に配置される第１環状部材は、前記一方端側に配置される第２環状部材よりも密度が低いことを特徴とする伸線装置用キャプスタン。
前記第１環状部材は、前記第２環状部材よりもヤング率が大きい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。
前記第２環状部材は、前記第１環状部材よりも破壊靭性が高いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の伸線装置用キャプスタン。
前記第１環状部材が、酸化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体であり、前記第２環状部材が、酸化ジルコニウムを主成分とするセラミック焼結体であ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。