JPH0471726A - 成形用ロール - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は溶接管製造機等に使用される成形用ロールに係
り、特に運転時における消費電力を大巾に低減し、また
製造機等の保守管理を容易にすることができる成形用ロ
ールに関する。

（従来の技術） 一般に呼び径が比較的に小さい電線管等の小径の管材は
、例えば、第２図および第３図に示すような高周波溶接
管製造機によって製造される。

この高周波溶接管製造機は、所定寸法の帯鋼１を所定方
向に加圧して円筒状のオープンパイプ２を形成する超硬
合金製の複数の成形用ロール３ａ。

３ｂ・・・と、高周波溶接器４とから成り、高周波溶接
器４はオープンパイプ２の溶接点Ｐの直前でパイプ外周
に沿って配設されたワークコイル５と、ワークコイル５
に高周波電流を供給する電源６とから成る。

また第３図に示すように回転軸８．８に一体的に取り付
けられた各成形用ロール３ａ、３ｂは、複数の軸受７を
介してそれぞれフレーム１１に回転自在に取り付けられ
ている。

原料材として投入された帯鋼１は図示しない複数の成形
用ロールによって加圧されて徐々に円筒状のオープンパ
イプ２に形成される。そしてオープンパイプ２が高周波
溶接器のワークコイル５を通過する際に、オープンパイ
プ２内に加熱用電流が誘起され、第２図に示す電流経路
１６に沿って流れる。オープンパイプ２に形成されたＶ
字形の突き合せ部９ａ、９ｂをそれぞれ流れる電流はほ
ぼ平行で逆方向に流れるため、いわゆる高周波電流の近
接効果によって、電流は突き合せ部９ａ。

９ｂに集中する。その結果、突き合せ部９ａ、９ｂは電
流によるジュール熱で高温度に加熱される。

そしてオープンパイプ２は、高周波溶接器４の直後に配
設した成形用ロール（スクイズロール）３ａ、３ｂによ
って横方向から加圧されて、オープンパイプ２の突き合
せ部９ａ、９ｂが一体に接合され溶接管１０となる。溶
接管１０は必要に応じて溶接部に後熱処理を施され、さ
らに冷却後にサイジング工程に送られ規格寸法に加工さ
れて製品となる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら従来の成形用ロールを使用して高周波溶接
管を製造する場合には、通常の成形装置の消費電力と比
較して、高周波溶接のために消費される電力量が太き（
なり、溶接管の製造コストが上昇してしまう欠点があっ
た。

また従来の成形用ロールにおいては軸受部が短期間内に
損傷して、成形用ロールに異常振動を生じ、製品に不良
が発生し易い問題点があった。また成形用ロールには大
きな衝撃力が作用するため、割れや変形が生じ易く、さ
らにロール表面に傷かつき易くなり、ロール成形した製
品の表面性状を悪化させる大きな原因となっていた。

−力筒周波溶接による成形用ロールへの入熱量が大きい
反面、冷却水を散布して成形用ロールの温度上昇を防止
する必要があるため、成形用ロールに作用する熱衝撃が
大きくなり、成形用ロールが早期に破損してしまう欠点
がある。

いずれにしろ成形用ロール自体および軸受部の破損が頻
繁に発生し、その交換等の保守管理に多大な費用と労力
とが要求されるとともに、製造機の停止に伴って溶接管
の製造効率が大幅に低下してしまう問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、運転時における設備の消費電力を低減し、また設
備の保守管理を容易にすることが可能な成形用ロールを
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用） 本願発明者等は設備の消費電力が増大する原因および成
形用ロールや軸受部が早期に破損する原因の究明を鋭意
行なった。

その結果、消費電力が増大する原因は、高周波溶接器か
らの迷走電流や漏洩電流が、導電性を有する超硬合金製
の成形用ロールおよび軸受を経由して外部に漏洩するた
めであることが判明した。

また軸受部の破損原因は、上記の漏洩電流等によって軸
受の内外輪のボール転送面（軌道面）およびボール表面
が電食作用を受けるためであることが明らかになった。

実際に破損した軸受を分解して観察したところ、軸受の
内輪軌道および外輪軌道のほぼ全周に縞状の電食痕が認
められ、また各ボール表面が電食によって梨地状に摩耗
したり、剥離している状態が観察された。

そして軸受の損傷に伴って成形用ロールの振動が急激に
増加し、成形用ロールに作用する熱衝撃が加わって成形
用ロールに傷がついて不良品が発生したり割れを生じる
ことも判明した。

本発明者等は、成形用ロール自体に電気絶縁性をもたせ
ることにより漏洩電流等を無くし、節電効果を高めるこ
とができることと、電食による軸受の損傷を解消するこ
とができるという知見を得て本願発明を完成した。

すなわち本願発明に係る成形用ロールは、鋼板を成形用
ロールにて加圧して管状にするとともに、突き合せ部を
電気溶接して溶接管を製造する電気溶接管製造機に装備
される成形用ロールであり、曲げ強度が２０ｋｇ／ｃｄ
以上、熱衝撃温度差が２００℃以上のセラミックス材で
形成したことを特徴とする特 またセラミックス材は、窒化けい素、酸化アルミニウム
および酸化ジルコニウムのいずれかで構成するとよい。

すなわち曲げ強度および熱衝撃特性に優れたセラミック
ス材で成形用ロールを形成したところに大きな特徴を有
する。

セラミックス材としては、原料価格、強度等の観点から
窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（アルミ
ナ：　Ａｌ！２０３）、酸化ジルコニウム（ジルコニア
：　Ｚ　ｒ　Ｏ２）が望ましい。

セラミックス材は、一般に電気抵抗が大きく電気絶縁性
に優れているため、電気溶接器からの迷走電流等の漏洩
を効果的に防止することができ、運転時における節電効
果を充分に発揮させることができる上に、漏洩電流によ
る軸受の電食による損傷も防止することが可能になり、
成形用ロールの保守管理を簡素化することができる。

また上記利点の他に、セラミックス材は、従来の金属材
と比較して軽量で耐摩耗性に優れるなどの特性を有して
いるため、保守・取扱いが容易であり、ロールの傷や変
形を生じに＜＜、製品としての溶接管の品質を大幅に向
上させることができる。

曲げ強度の大小は成形用ロールの割れの発生頻度・耐久
性に大きく影響し、通常の成形用ロールの使用環境にお
いて充分に機能を発揮させるためには少なくとも２０ｋ
ｇ／’ｃｄ以上であることが必要である。２０ｋｇ／ｃ
ｎｆ未満であると成形用ロールに割れや変形が発生し易
く、ロールの交換頻度が急激に増加してしまう。曲げ強
度はセラミックス材の成形焼結条件を変えることにより
調整することができる。

特に窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）およびジルコニウム（ジ
ルコニア・Ｚ　ｒ　Ｏ２）製の焼結体の曲げ強度は、そ
れぞれ約７０，１２５ｋｇ／ｃａｒと非常に大きいため
、特に肉厚が大きい溶接管を製造するための成形用ロー
ル材として好適である。

一方、アルミナ（Ａｆ２０３）は曲げ強度が２０〜２７
ｋｇ／ｌ：ｆｆｌ程度であるが、肉厚が１〜３ｍｍ程度
の薄い溶接管を製造する成形用ロールの強度特性として
は充分である。

熱衝撃温度差は、割れの発生頻度に大きく影響する。特
に溶接による入熱量が大きく、かつ成形用ロールの水に
よる冷却を実施するスクイズロール用の材料の熱衝撃温
度差としては少なくとも２００℃であることが必要であ
り、２００℃未満の場合には、熱衝撃による割れの発生
が急増してしまう。

（実施例） 次に本発明に係る成形用ロールの一実施例をついてより
具体的に説明する。

実施例１〜３として平均粒径３０〜７０μｍのＳＩ　Ｎ
　１Ｚｒ０２、Ａ１２０３粉末をそれぞれ９０〜９５ｗ
ｔ％ずつ秤量し、さらに各粉末にそれぞれＹ２Ｏ３を５
〜１０ｗｔ％ずつ添加してボールミルで均一に混合した
。得られた各混合粉を型内に充填し、室温下において７
００〜１５００　ｋｇ／ｃｄの圧力でプレス成形してロ
ール成形体を調製した。

このロール成形体の中心部に回転軸挿通用の透孔を穿孔
した後に、各ロール成形体を焼成炉に装入し、温度１６
００〜１８５０℃で３〜５時間焼結した。そして冷却後
の焼結体に機械研削加工を施し、第１図に示す寸法を有
する成形用ロール１２〜１４を調製した。

そして得られた各成形用ロール１２〜１４の曲げ強度、
熱衝撃温度差、電気抵抗、比重および圧縮強度等の物性
値を測定して第１表に示す結果を得た。

また調製した各成形用ロール１２〜１４を、それぞれ第
１図に示すように高周波溶接管製造機のスクイズロール
として装着した。各成形用ロールは回転軸８に装着され
、回転軸８は製造機のフレーム１１に軸受７を介して回
転自在に保持される。

この状態で、厚さ２．３ｍｍ、幅１０７．０−の５Ｓ４
１製帯鋼を原材料として溶接管製造機に連続的に供給し
、外径３４．０−の電線管１５を連続的に製造した。そ
して、単位時間当りの溶接用電力の消費量を測定すると
ともに、スクイズロールとしての各成形用ロールに割れ
、変形または著しい摩耗を生じて製品に不良品が発生す
るまでに連続的に使用できる時間、すなわち延稼動時間
を測定し、第１表の右欄に示す結果を得た。

また比較例１として従来材であるＷＣ−Ｔｉ−Ｃｏ系超
硬合金、また比較例２としてＷ　Ｃ−Ｃ。

系超合金をそれぞれ使用して実施例１〜３と同一形状寸
法を有する成形用ロールを調製し、実施例１〜３と同様
にその物性値を測定するとともに、スクイズロールとし
て溶接管製造機に実装して溶接用電力消費量および延稼
動時間を測定した。

また比較例３として、実施例３で使用した混合粉を圧カ
フ　００〜１５００ｋｇ／ａｄでプレス成形し、さらに
得られたロール成形体を温度１６００〜１８５０℃で３
〜５時間焼結した後に、機械研削加工を施し、実施例３
と同一形状寸法の成形用ロールを調製した。そして実施
例３と同様に、物性値および運転特性を測定し、第１表
に示す結果を得た。

なお溶接用電力消費量は、超硬合金で形成した比較例１
の成形用ロールを使用した場合を基準にして相対値とし
て求めた。

〔以下余白〕

第１表に示す結果から明らかなように本発明に係る実施
例１〜３の成形用ロールによれば、絶縁性に優れたセラ
ミックス材で形成されているため、高周波溶接器からの
漏洩電流が殆どなく、従来の超硬合金で形成した比較例
１の成形用ロールと比較して、溶接用電力消費量が１０
％程度低減でき、大きな節電効果を発揮することがわか
る。

また漏洩電流の発生が殆ど無いため、軸受が電食によっ
て損傷されることもなく、従来の超硬合金製の成形用ロ
ールと比較して、延稼動時間が３〜７倍程度に延伸され
、長期間に亘って安定した運転が可能となる。

さらに曲げ強度および熱衝撃耐性が優れているため、成
形用ロールの割れの発生が少なく耐久性が大幅に改善さ
れ、ロール交換等の保守管理作業が大幅に簡素化された
。

一方比較例３で示すように熱衝撃温度差または曲げ強度
が不足するものは、割れや摩耗の進行が著しく長期間の
使用には耐えないことが判明した。

また実施例１〜３の成形用ロールは、軽量で耐摩耗特性
に優れたセラミックスで形成しているため、搬送や取扱
い操作が容易であり、ロール自体に傷がつきにくく、製
品の表面性状も飛躍的に向上させることが可能であり、
特に高い表面精度を要求される鋼管類の成形用ロールと
して最適である。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係る成形用ロールによれば、
絶縁性および耐衝撃性に優れ、高い曲げ強度を有するセ
ラミック材で形成されているため、電気溶接器からの漏
洩電流を低減することができ、大きな節電効果を発揮す
る。

また漏洩電流による軸受の電食が発生するおそれがない
ため、成形用ロールおよび軸受の交換等の保守管理が大
幅に簡素化され、長期間に亘り連続的に溶接管を効率的
に製造することが可能となる。

だロール成形機の要部を示す断面図、第２図は従来の成
形用ロールを組み込んだ電気溶接管製造機の要部を示す
側面図、第３図は第２図における■−■矢視断面図であ
る。

１・・・帯鋼、２・・・オープンパイプ、３ａ、３ｂ・
・・成形用ロール、４・・・高周波溶接器、５・・・ワ
ークコイル、６・・・電源、７・・・軸受、８・・・回
転軸、９ａ。

９ｂ・・・突き合せ部、１０．１０ａ・・・溶接管、１
１・・・フレーム、１２，１３．１４・・・成形用ロー
ル、１５・・・電線管。

出願人代理人　　　波　多　野　　　久

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る成形用ロールを組み込ん１２図 第１図 第３悶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼板を成形用ロールにて加圧して管状にするととも
   に、突き合せ部を電気溶接して溶接管を製造する電気溶
   接管製造機に装備される成形用ロールであり、曲げ強度
   が２０ｋｇ／ｃｍ＾２以上、熱衝撃温度差が２００℃以
   上のセラミックス材で形成したことを特徴とする成形用
   ロール。 ２、セラミックス材は、窒化けい素、酸化アルミニウム
   および酸化ジルコニウムのいずれかであることを特徴と
   する請求項１記載の成形用ロール。