JPH04294931A - 高摩擦円筒体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば金属ベルト駆動
用のプーリ、紙送りローラなどに用いられる高摩擦円筒
体の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ−Ｙプロッタ、ロボット、減速機械等
における金属ベルト駆動用プーリ、Ｘ−Ｙプロッタの紙
送りローラなどに用いられる高摩擦円筒体は、寸法精度
が高く、金属ベルト、紙等に対するグリップ力が強く、
耐久性に優れたものであることが望まれる。

【０００３】このような高摩擦円筒体は、例えば金属母
材を形成する金属粉末と、硬質粒子との混合物を、所定
形状にプレス成形し、成形物を焼結するか、または混合
物を熱間押出しして、成形と同時に焼結して円筒体を形
成した後、円筒体表面を機械加工し、硬質粒子よりも金
属母材の方が腐食しやすい条件でエッチング処理して硬
質粒子の一部を露出させて製造していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱間押
し出し法により円筒体を成形する場合は、所望のサイズ
に成形するのが困難である。また、プレス成形物を焼結
して円筒体を形成した場合は、焼結時にポアーが生じ、
相対密度が低く、金属母材の硬度が低く、更に、エッチ
ング処理時に、ポアーが優先的に腐食されて海綿状にな
りやすいという問題を有し、そのため硬質粒子が金属母
材表面から剥れ落ちやすく、耐久性に劣るという問題を
有していた。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みてなされても
のであり、その目的は、相対密度が高く、金属母材の硬
度が高く、したがって硬質粒子が金属母材表面から剥れ
落ちにくく、耐久性に優れた高摩擦円筒体の製造法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明の高摩擦円筒体の製造法は、金属母材に硬質粒
子を分散させて円筒体を成形する工程と、この円筒体の
表面を圧縮加工する工程と、この円筒体を所望の寸法と
なるように機械加工する工程と、この円筒体の表面を、
前記硬質粒子よりも前記金属母材の方が腐食しやすい条
件下でエッチング処理して、前記硬質粒子の一部を露出
させる工程とを含むことを特徴とする。

【０００７】この場合、前記圧縮加工が、ショットピー
ニング、スエージング加工又はホーニング加工であるこ
とが好ましい。

【０００８】

【作用】本発明によれば、金属母材に硬質粒子を分散さ
せて円筒体を成形した後、この円筒体の表面を圧縮加工
するので、表面層は加工硬化されるとともに表面層のみ
が展延されることに起因する圧縮の残留応力が生成され
る。そのため、焼結の際に生じた円筒体内のポアーが押
し潰されて金属組織が緻密になり、また、金属母材と硬
質粒子とがより強固に密着して、金属母材の硬度が高く
なり、相対密度が高くなる。更に、ポアーが減少するの
で、エッチング処理時にポアーから優先的に腐食される
のが防止され、金属母材が海綿状になるのも防止される
。したがって、金属母材に硬質粒子がより強固に保持さ
れるようになり、表面から硬質粒子が剥れ落ちるのが防
止され、耐久性が向上する。

【０００９】なお、円筒体の表面を圧縮処理した後は、
所望の寸法に機械加工し、硬質粒子よりも金属母材の方
が腐食しやすい条件でエッチング処理して、硬質粒子の
一部を露出させるので、寸法精度、金属ベルト、紙等に
対するグリップ力は従来のものと同様に優れている。

【００１０】

【実施例】図１（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）　には、本
発明の高摩擦円筒体の製造法の一実施例が示されている
。

【００１１】本発明の高摩擦円筒体１１は、図１（ｃ）
　に示されるように、金属母材１２中に、硬質粒子１３
が均一に分散され、金属母材１２の表面が腐食されて、
硬質粒子１３の一部が露出している。

【００１２】硬質粒子１３としては、Ａｌ２Ｏ３　、Ｓ
ｉＣ　等のセラミックス粒子が好ましく使用される。硬
質粒子１３の粒径は、高摩擦円筒体の用途によって、所
望の摩擦係数が得られるように選択するのが好ましく、
例えば金属ベルト駆動用プーリとして使用する場合、１
００　〜２００　μｍ　が好ましく、紙送りローラとし
て使用する場合、５０〜１００　μｍ　が好ましい。

【００１３】金属母材１２を形成する金属としては、例
えばアルミニウム合金、銅、鋼、Ｔｉ合金などが使用で
きる。ただし、硬質粒子１３との組み合わせにおいて、
金属母材１２のみを腐食させることができるものを選択
する必要がある。金属母材１２中に硬質粒子１３を分散
させた円筒体を形成する場合、金属母材１２を形成する
金属の溶湯中に、硬質粒子１３を分散させた後、成形す
ることは困難なので、金属母材１２を形成する金属の粉
末と硬質粒子１３とを混合した後、所望の寸法の円筒体
に成形して焼結する方法が好ましく採用される。この金
属粉末の粒径は、５０〜１５０　μｍ　が好ましい。

【００１４】まず、金属母材１２を形成する金属粉末と
、硬質粒子１３とを混合する。その配合割合は、硬質粒
子１３が５〜２０　ｖｏｌ％となるようにすることが好
ましい。硬質粒子１３の配合割合が上記よりも少ないと
、充分なグリップ力が得られなくなり、上記よりも多い
と、金属母材１２の表面から硬質粒子１３が剥れ落ちや
すくなる。

【００１５】金属母材１２を形成する金属粉末と、硬質
粒子１３とを、上記割合で混合した後、最終外径寸法に
、圧縮加工により圧縮される約０．２ｍｍ　と、機械加
工見込分を加えた寸法の円筒体に成形し、焼結する。成
形、焼結の方法は、例えば混合粉末をプレス成形し、焼
結するという、いわゆる粉末冶金で用いられている方法
を採用することができる。また、混合粉末を円筒状に熱
間押出して、成形と焼結とを同時に行なうこともできる
。このようにして、図１（ａ）　に示すような、金属母
材１２中に、硬質粒子１３が均一に分散した円筒体１１
を製造する。

【００１６】次に、図１（ｂ）　に示すように、円筒体
１１の表面を、ショットピーニングにより圧縮加工する
。ショットピーニングは、円筒体１１を矢印の方向に回
転させながら、ショットピーニング機４１から、多数の
硬質の金属の微粒子４２を、高速で、円筒体１１表面に
ぶつけて行なう。硬質の金属の微粒子４２としては、例
えば、粒径０．５ｍｍ　のクロム鋳鉄球等が用いられる
。ショットピーニングを行なうことにより、焼結の際に
生じた円筒体１１内のポアーが押し潰されて金属組織が
緻密になり、また、金属母材１２と硬質粒子１３とがよ
り強固に密着して、金属母材１２の硬度が高くなり、相
対密度が高くなる。

【００１７】このようにして得られた円筒体１１を所望
の寸法に機械加工して、円周精度を高める。機械加工す
ることにより、円筒体１１の表面において金属母材１２
と硬質粒子１３とは面一となる。

【００１８】機械加工終了後、円筒体１１の表面を腐食
させて、硬質粒子１３の一部を露出させる。円筒体１１
の表面を腐食させる方法としては、酸またはアルカリ溶
液中に浸漬して行なうエッチング処理が採用される。金
属母材１２としてアルミニウム合金を使用し、硬質粒子
１３としてセラミックスを使用した場合、エッチングは
、例えば１０％程度の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬す
ることによって行なうことができる。エッチング処理に
より、図１（ｃ）　に示すように、金属母材１２表面か
ら硬質粒子１３の一部が露出して微細な凹凸が形成され
る。 なお、硬質粒子１３の金属母材１２表面からの突出高さ
は、２０〜３０μｍ　が好ましい。この場合、金属母材
１２と硬質粒子１３とが面一の状態から、金属母材１２
を腐食させて硬質粒子１３を露出させたので、硬質粒子
１３の突出高さのむらは少なく、目的とする寸法精度を
得ることができる。

【００１９】こうして本発明の高摩擦円筒体を製造する
ことができるが、更に表面部に金属メッキを施すことも
できる。金属メッキとしては、非常に硬質のメッキ層を
形成することができることから、無電解メッキが特に好
ましい。無電解メッキを施すことにより、最表面部にメ
ッキ層からなる硬い皮膜が形成され、かつ、エッチング
処理のさいに金属母材１２と硬質粒子１３との間に生じ
た隙間腐食の部分をメッキ層が埋めるために、硬質粒子
１３の剥れ落ちが更に防止される。

【００２０】図２には、本発明に採用することができる
圧縮加工の他の実施例が示されている。図２の圧縮加工
はスエージング加工であって、円筒体１１を矢印Ａの方
向に回転させながら、４個のハンマー５１を矢印Ｂの方
向に往復動させることにより、円筒体１１の表面を圧縮
加工する。

【００２１】本発明において圧縮加工は、図１（ｂ）　
に示されるショットピーニング、図２に示されるスエー
ジング加工のほか、ショットピーニングの金属微粒子の
変わりにガラスビーズを用い、ショットピーニングと同
様な原理で行なうホーニング加工等も採用することがで
きる。

【００２２】図３には、圧縮加工としてショットピーニ
ングを行なった円筒体の表面からの深さと、硬度との関
係が示されている。図の横軸は表面からの深さ（ｍｍ）
を表わし、図の縦軸はビッカース硬度（Ｈｖ）を表わし
ている。 また、Ａはショットピーニングを行なった円筒体の表面
部の硬度を表わし、Ｂはショットピーニングの作用が表
われない円筒体内部の硬度を表わしている。なお、硬度
の測定方法は以下の通りである。

【００２３】すなわち、マイクロ・ビッカース硬度計を
使用し、荷重を、２５ｇ、５０ｇ、１００ｇ、２００　
ｇ、５００　ｇ、１ｋｇ、５ｋｇと変えて、円筒体表面
の硬度を測定した。このとき、圧痕は荷重によって大き
くなり、下記数１によって圧痕の深さが求められること
から、圧痕の深さに対してその硬度をプロットした。

【００２４】

【数１】

【００２５】このように、ショットピーニングを行なう
と、円筒体の表面部の硬度が、非常に高くなることがわ
かる。

【００２６】図４には、本発明のショットピーニングを
行なって製造した高摩擦円筒体と、ショットピーニング
を行なわないで製造した高摩擦円筒体との耐久性の比較
結果が示されている。図の横軸は円筒体回転数Ｎの対数
を表わし、図の横軸は摩擦係数を表わしている。また、
−○−はショットピーニングを行なって製造した高摩擦
円筒体の結果を表わし、−●−はショットピーニングを
行なわないで製造した高摩擦円筒体の結果を表わしてい
る。なお、試験方法は以下の通りである。

【００２７】すなわち、ドライブプーリを鋼製プーリ、
アイドルプーリを高摩擦プーリ（高摩擦円筒体）として
、これら２つのプーリに、板幅１０ｍｍ、板厚５０μｍ
の金属エンドレスベルトを張設し、２つのプーリ間に軸
力３０ｋｇの荷重を加えた。また、高摩擦プーリの軸に
は、電磁クラッチを直結して駆動に対して常に２ｋｇ・
ｃｍ　の摺動抵抗が加わるようにした。この状態で、ド
ライブプーリを駆動し、プーリ回転数と高摩擦プーリの
摩擦係数との関係を測定した。

【００２８】このように、ショットピーニングを行なっ
た高摩擦円筒体は、ショットピーニングを行なわない高
摩擦円筒体に比べて明らかに優れた耐久性が得られるこ
とがわかる。

【００２９】図５には、本発明の高摩擦円筒体を、Ｘ−
Ｙプロッタ、ロボット、減速機械などにおける金属ベル
ト駆動用プーリとして応用した例が示されている。高摩
擦円筒体からなるプーリ２１に、金属ベルト２２を回巻
して駆動させるようにされている。プーリ２１は、寸法
精度が高く、金属ベルト２２に対するグリップ力に優れ
、かつ、硬質粒子の剥れ落ちが少なく耐久性に優れ、長
期間使用することができる。

【００３０】図６には、本発明の高摩擦円筒体をＸ−Ｙ
プロッタの紙送りローラに応用した例が示されている。 高摩擦ローラ３１は、回転軸３２の軸方向に３つ配列さ
れており、これらの高摩擦ローラ３１と対向してゴムロ
ーラ３３が配置されている。紙３４は、高摩擦ローラ３
１とゴムローラ３３とに挟まれ、回転軸３２を図示しな
いモータ等で回転させることにより、紙３４が高摩擦ロ
ーラ３１により確実にグリップされながら送り出される
。したがって、紙３４の送り量を正確にコントロールす
ることができる。また、硬質粒子の剥れ落ちが少なく耐
久性に優れ、長期間使用することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
寸法精度が高く、金属ベルト、紙などに対するグリップ
力が強く、硬質粒子の剥れ落ちが少なくて耐久性に優れ
た高摩擦円筒体を提供することができる。この高摩擦円
筒体は、金属ベルト駆動用のプーリ、Ｘ−Ｙプロッタな
どの紙送りローラなどとして利用することができ、ベル
トや紙を確実にグリップして正確な送りを実現すること
ができ、セラミックス粒子の剥れ落ちが少いので、長期
間使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高摩擦円筒体の製造法の一実施例を工
程順に示す図である。

【図２】本発明の高摩擦円筒体の製造法における圧縮加
工の他の実施例を示す図である。

【図３】ショットピーニングを行なった円筒体の表面か
らの深さと、硬度との関係を示す図表である

【図４】シ
ョットピーニングを行なった高摩擦円筒体と、行なわな
い高摩擦円筒体との耐久性の比較試験結果を示す図表で
ある。

【図５】本発明の高摩擦円筒体を金属ベルト駆動用プー
リに応用した例を示す斜視図である。

【図６】本発明の高摩擦円筒体をＸ−Ｙプロッタの紙送
りローラに応用した例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１　　円筒体 １２　　金属母材 １３　　硬質粒子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属母材に硬質粒子を分散させて円筒
   体を成形する工程と、この円筒体の表面を圧縮加工する
   工程と、この円筒体を所望の寸法となるように機械加工
   する工程と、この円筒体の表面を、前記硬質粒子よりも
   前記金属母材の方が腐食しやすい条件下でエッチング処
   理して、前記硬質粒子の一部を露出させる工程とを含む
   ことを特徴とする高摩擦円筒体の製造法。
2. 【請求項２】　　前記圧縮加工が、ショットピーニング
   、スエージング加工又はホーニング加工である請求項１
   記載の高摩擦円筒体の製造法。