JPS61502062A - 円筒形中空部材を製造する方法 - 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】 円筒形中空部材を製造する方法 技術分野 本発明は機械加工法に係り、特に円筒形中空部材を製造する方法に関する。

背景技術 前記のような部材を製造するための従来の方法は、通常、（製品の品質確保の観 点から）素材製造段階、硬化段階、及び仕上段階を含む一連の工程より成る。

円・筒形中空の部材、たとえばＯ−ラーを製造する周知の工程は、素材製造段階 、表面硬化段階、及び仕上段階より成る。

前記従来の工程においては、金属の円筒形中空の部み、この有害成分が素材全体 に不均一に分布する。これらの要素は後続する硬化段階、特に仕上段階を経て製 造される製品の品質に悪影響を及ぼす。その理由は、不純物が前記素材の表層に 集まって微少な欠陥を形成するからである。

表面硬化は窒化により行なわれているが、この窒化は素材にゆがみを生じさせ、 素材表面の硬度を不均一にし、硬化層の深さを適当ならしめることができない。

また、後続する機械加工段階で前記窒化による硬化層を実用的に取り除くことに なる。

現在の仕上法では大型の中空部材の表面を表面粗さＲａがＱ、０４ｍｃｍより小 さくすることができない。それは、研磨剤が工具（カップ仕上、超仕上、帯状研 削、ホーニング）に固着して研磨面を砕き、仕上りを悪くするからである。前記 研磨工具を押し下げると、前記円筒形中空部材に半径方向の力が作用し、この力 のために仕上り寸法の精度が悪くなる。このような条件のもとでは大型薄肉のロ ーラーの表面を、表面粗さＲａが０．０４ｍｃｍ以下に一定になるようにするこ とができない。

このような表面状態のローラーは前記各種フィルムをその用途に適する品質に製 造することができない。

また、前記従来の方法は各段階の消費工数が大きいことも欠点である。

発明の開示 本発明は、円筒形中空の部材の製造工程の各段階のモードを適当に選択すること により、表面粗さの小さい円筒形中空部材を効率よく製造する方法を提供するこ とを目的とする。

前記目的は次の円筒形中空部材製造方法によって達成される。すなわち前記製造 方法は中空の素材を製造する段階、表面硬化する段階、及び仕上をする段階より なり、本発明に基き、前記中空素材は鋳込速度ＶＯ１３乃至０．６ｍ／秒の電気 スラグ溶融法により製造され、この中空部材の表面硬化は電流Ｉが２２０乃至３ ２０アンペアのプラズマ発生装置から発生するプラズマによって行なわれ、前記 プラズマ発生装置と前記素材との間隙８が２乃至１０ｍにされ、前記仕上段階は 電磁研磨により行なわれ、この電磁研磨においては磁極片が加振され、この加振 周波数と前記素材の表面の前記磁極片で覆われる部分の長さとの積は積分器によ って前記素材の線速度表示の回転速度の１０のオーダーで分割される。

中空の素材の製造に電気スラグ溶融法を採用すみことにより、素材の金属に含ま れる有害な成分及び非金属成分を最少にすると共に均一に分散させ、これにより 機械的特性及び等方性が良く、ヘアラック、まくれ、その他微小内部欠陥のない 金属を得ることができる。これにより、前記素材の硬化の質を良くし、表面を良 好に仕上げることができる。

前記提案した鋳込速度すなわち０．３乃至０．６ａｌＩ／秒によって、前記中空 部材の金属の結晶の変換角度を異らしめることができる。それだけでなく、密度 の異る樹脂状結晶にして、プラズマを用いる硬化によって硬化層の硬度及び深さ を制御することもできる。前記鋳込速度の０．３ｍｍ／秒及び０．６ｍ／秒はそ れぞれ最小値及び最大値である。このような鋳込速度によって、作られる素材の 微細構造の密度を向上させ、機械的特性を安定させ、実用的に良い歩止まりで鋳 造を行なうことができる。これが中空素材鋳込速度を提案する理由である。

高密度の熱エネルギーの流れを当てて表面を硬化させる方法の特徴は急速加熱（ １０００℃／秒まで）にあり、この急速加熱によって金属の硬化すべき層の硬度 を上げ得るように十分に分散した構造にすることができる。これは後続する仕上 段階にとって好ましいことである。

前記プラズマによる硬化段階は、複雑な装置を必要とせず、他の熱処理及び熱化 学的処理よりも迅速に加熱することができる。加熱速度を大きくすることにより よく分散した構造の金属を得ることができ、硬度を大きくし、熱硬化性を良くす ることができる。

前記プラズマは、電流が２２０アンペアより少ない場合には、金属表面を十分硬 化させる熱エネルギーを与えることができない。また前記電流が３２０アンペア より大きい場合にはプラズマ発生装置が過熱し、そのためにプラズマ発生装置の 寿命が縮まるし、作動の安定性も悪くなる。また前記硬化すべき面の回転速度を 前記提案した値より大きくすれば、熱伝達が大きくなるために表面硬度が下がる 。前記回転速度を下げれば金属に焼けが生ずる。

前記工程ではプラズマ発生装置の作用は間接的であり、硬化すべき面に伝達され る熱エネルギーの量は前記プラズマ発生装置と前記素材との間隙に支配される。

この間隙が１０ｍより大きい場合には、前記加熱が不足になり、前記間隙が２ｍ より少ない場合には前記素材の金属が過熱される。

磁気研磨段階では研磨剤が研磨面に細かく分散するので、強磁性の微細粉末の粒 子が磁極片に固まって研磨面を傷つけることはない。前記強磁性微粉末粒子はそ の鋭利な縁が前記研磨面を向いているので研磨を効率よく、かつ均一に行なうこ とができる。この鋭利な縁は研磨中に摩耗しても他の部分が鋭利になる形で再生 される。磁気研磨は他の仕上法よりも効率が良く、研磨剤が弾力的に研磨面を「 こする」ので研磨面の表面粗さが良くなる。

磁気研磨は、前記提案したモードでは多対の磁極片の軌跡が重ならず、前記素材 の研磨面上で必ず交差し、その交差が最大になるから研磨の効率がいちじるしく 向上し、しかも研磨の質が良くなる。

磁気研磨中、前記素材を０．５乃至４．０ｍ／秒の速度で回転させ、磁極片の加 振周波数を毎秒２乃至１５回とし、前記素材の表面の前記磁極対で覆われる部分 の長さを０．０５乃至０．５ｍとするのが好ましい。

経験的に、前記磁気研磨時の素材の回転速度は０．５乃至４．０メ一トル毎秒に するのが最良であることが判った。

この回転速度を前記値より遅くすればＶｒ磨効率が低下する。その原因は研磨剤 が素材表面で分散し難くなるからである。また前記回転速度を４メ一トル毎秒よ り速くすれば研磨剤粒子が前記磁極片と素材面との間隙すなわち作用間隙から逃 げるので研磨効率が低下し、仕上段階の効率が低下する。

磁極片加振のパラメータを前記のように選択することにより強磁性の研磨剤粒子 を（前記素材の軸線に沿って）付加的に振動させることができる。前記加振周波 数を前記提案した値より減少させれば研磨剤粒子の分散速度が低下し、前記仕上 段階の効率が低下する。

逆に前記加振周波数を毎秒１５回以上に上げようとしても実際の振動周波数に変 化があられれない。その理由は、前記「こすり」に慣性があるのでこの慣性のた めに振動周波数が増えないからである。

発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

以下、円筒形中空部材、例えば各種用途に用いられる薄手又は極薄手のプラスチ ックフィルムの製造装置用ローラーの製造方法について説明する。

本発明に基く円筒形中空部材を製造する方法は、基本的に、素材製造、表面硬化 、及び仕上げの３段階より成る。

本発明においては、中空の素材はその金属材料に混入された有害成分及び非金属 性成分を均一化する方法、すなわち、素材鋳込速度が２０乃至４０Ｍ／分の電気 スラグ溶融法で作られる。電気スラグ溶融法は大型の装置を必要とせず、人手も 少なくて済み、素材を後の段階の機械加工に必要な最短寸法とし、実用的に任意 の長さに作ることができる。この電気スラグ溶融処理によって金属材料は精製さ れ、その硫黄含有率が０．０３１％から０．０２１％に、またリン含有率は０． ０２９％から０．０１７％に減少し、従って化学的に均一になる。前記素材の鋳 込速度を選択すれば、前記ローラーを高密度樹枝状結晶性にすることも等方性に することもできる。

前記ローラーの表面硬化は高密度熱エネルギーを用いて行ない、この高密度熱エ ネルギーとして噴流プラズマを用いる。この表面硬化を行なう場合、前記プラズ マはプラズマ発生装置を用いて発生させ、このプラズマ発生装置の電流を２２０ 乃至３２０アンペアとし、前記素材のプラズマ発生装置に対する回転速度Ｗを３ 乃至１０ＩＩＩｌｌ毎秒とし、前記プラズマ発生装置と素材との間隙δを２乃至 １０ａｍにする。

金属素材は、加熱により硬化する場合、微小針状オーステナイト構造が形成され た場合のみ強度が増大し、この微小針状オーステナイト構造の形成は実際にオー ステナイトの微粒子が存在する場合のみ可能である。前記プラズマによる硬化の 特徴は、金属表面を毎分６００乃至８００°度で急速に加熱できることにあり、 この急速加熱によって分散度のよいオーステナイト構造を形成することができ、 これに対して加熱が遅い場合には、実用的に最初の粒度が変らずにオーステナイ ト構造になる。前記プラズマによる硬化が他の表面硬化方法よりすぐれている理 由はここにある。

プラズマの選定された硬化モードの微小硬化、硬化性、及び変形を分析した結果 、前記モードは最適化すべきであることが分かった。すなわち、硬化された層が 細かく分散したマルテンサイト構造であり、その硬度Ｈｕが１０乃至０．７Ｘ１ ０’　ＭＰａの厚さが２乃至２゜５ｍであり、この層がソルバイト及びパーライ トとフェライトとの混合構造に円滑に変化するようにする。

ローラーの仕上げは磁気研磨によって行ない、この磁気研磨の周波数を毎秒２乃 至１５、前記素材の磁極片に覆われる面の長さを０．０５乃至０．５ＴｒＬ、前 記素材の回転速度を毎分０．５乃至４．０ＴｒＬにする。

磁気研磨仕上げの場合、強磁性粉末の粒子はほとんどが磁力線の方向、すなわち 前記素材の研磨面に直角に並ぶ。この研磨剤の粒子は前記研磨面に押圧されると この研磨面で微粒子になって分散し、この研磨面に接触する位置で、摩擦力によ り前記素材の回転方向に成る程度押されて前記磁力線をよぎり、起電力を生ずる 。この起電力によって生ずる微少電流は金属の研磨を強め、前記研磨面の物理化 学的性状を改善する。

前記研磨中、強磁性の研磨剤粉末は主として磁場を乱す不整突起部分に接触する ので前記素材の最も大きい突起部分を研削する。前記研磨のモードを選択するけ る力を適当ならしめ、研磨速度を所期の速さにして所期の研磨効率を確保し、表 面粗さＲａを０．０２乃至０．０４ｍｃｍにすることができる。

以上説明した方法を用いてクロムを含む構造用鋼材のローラーを製造した実例を 次に示す。このローラーは直径が４００ｍ、長さが２．５００厘、厚さが１５履 である。

実験例１ 素材は電気スラグ溶融法で作り、鋳込速度■を０．３５ｓ／秒とした。この素材 の表面をプラズマで硬化させた。この時の電流■は２３０Ａとし、プラズマ発生 装置に対する前記素材の回転速度Ｗを９馴／秒、このプラズマ発生装置と前記素 材との間隙δを４ｓとした。磁気研磨は、前記素材の回転速度■を０．５ｍ／秒 、磁極の振動周波数を毎秒３回、前記素材の研磨面の１対の磁極片によって覆わ れる円弧部分の長さを０．１ｍとした。この条件のもとで磁気研磨を６乃至６． ５時間行なって得られた表面粗さＲａは０．０３９乃至０．０４ｍｃｍであった 。

実験例２ 素材は電気スラグ溶融法で製造し、その鋳込速度■を０．６ａｍ／秒とした。こ の素材の表面をプラズマで硬化させた。その時の電流■は２６ＯＡ、前記素材の プラズマ発生装置に対する回転速度Ｗは６姻／秒、前記プラズマ発生装置と素材 との間隙δは８履とした。磁気研磨は、前記素材の回転速度■を２ｍ／秒、磁極 片の加振周波数を毎秒１５回、前記素材の円弧面の磁極対で覆われる長さを０９ ４メートルにして行なった。この条件のもとて磁気研磨を４乃至５時間行ない、 得られた表面粗さＲａは０．０３４乃至０．０３．６ｍｃｒｒ＋ｒあった。

実験例３ 素材は電気スラグ溶融法で作り、鋳込速度■を０．４ｒＭＲ／秒とした。この素 材の表面をプラズマで硬化させた。その時の電流Ｉは３００Ａ、前記素材のプラ ズマ発生装置に対する回転速度Ｗは７ｔｎｒｔｔ／秒、前記プラズマ発生装置と 素材との間隙δは６課にした。磁気研磨は前記素材の回転速度■を３ｍ／秒、磁 極の加振周波数を毎秒１２回、前記素材の円弧状の研磨面の磁極対に覆われる部 分の長さを０．３ｍ、にして行なった。この条件のもとて磁気研磨を２゜５゛乃 至３時間行なった。その結果、表面粗さＲａは０，０２乃至０．０２４ｍｃｍで あった。

産業上の利用可能性 本発明は大型の中空部材、たとえば表面仕上規格が厳しく、又は各種用途（映画 撮影材料、写真材料、磁気テープ、紙製品等）のフィルムの製造装置に使用され るロール、ロー・ラー、シリンダ、又はドラムの製造に最も有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．素材の鋳込速度を０．３乃至０．６ｍｍ毎秒にして電気的にスラグを溶融し て中空の素材を作る段階と、プラズマ発生装置に２２０乃至３２０アンペアの電 流を通じて発生させたプラズマの噴流を用い、前記素材を前記プラズマ発生装置 に対して３乃至１０ｍｍ毎秒の速さで回転させ、前記プラズマ発生装置と前記素 材との間隙を２乃至１０ｍｍにして前記素材を表面硬化させる段階と、磁気研磨 によって仕上げる段階とを有し、磁極片が加振され、この加振は前記周波数と前 記研磨される素材表面の前記磁極片に覆われる部分の長さとの積になるように選 定され、この加振は前記素材の線速度で表わされる１０の桁の範囲で積分器によ って分割されることを特徴とする円筒形中空部材を製造する方法。
2. ２．前記磁極片の振動周波数は毎秒２乃至１５回の範囲内で選択され、前記素材 表面の前記磁極片に覆われる部分の長さは０．０５乃至０．５メートルであり、 前記素材の線速度で表わされる回転速度は０．５乃至４．０メートル毎秒の範囲 内で選定されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の円筒形中空部材を製 造する方法。