JPH02261920A - 金属―セラミック複合ロール - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐摩耗性や耐食性等が要求されるロールにつ
いて、そのロール胴部が金属部材とその表面を被覆する
セラミックライニング層とからなる複合構造を有するロ
ール類の改良に関する。

〔従来の技術〕

銅箔製造ラインや鋼材酸洗ラインにおけるロールのよう
に耐食性や耐摩耗性が要求されるロール類の耐久性改善
を目的として、近時、第５図に示すように、金属中空円
筒体（１１）の外周面にライニング層（１２）としてセ
ラミック円筒体を嵌め合わせ、嵌め合わせ界面を接着剤
層（１３）　　Ｃ層厚約０．５〜５ｎｍ＋）で接合固定
したロール胴部（１０）を形成し、その中空孔両端にロ
ール軸（２０°、２０’）を焼嵌めまたは溶接により嵌
着固定したロールの実用化がこころみられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記金属中空円筒体（１１）とセラミックライニング層
（１２）とからなる複合体をロール胴部（１０）とする
ロールの実使用において最も問題となるのは、その胴部
構成材料のそれぞれの熱膨張係数が大きく異なることで
ある。すなわち、金属、例えば鋼の熱膨張係数（α）は
約１５〜２０　Ｘ　１０−’／　’Ｃであるのに対し、
セラミックのそれは約５〜８×１０−ｈ／”Ｃであり、
接着剤のそれは約６０〜９０Ｘ１０−’／”Ｃである。

このため、上記複合ロールの使用環境が約４０〜１２０
°Ｃの比較的低温領域であっても、その温度変化に伴う
熱膨張量の差に因る大きな熱応力が発位し、その熱応力
により、またはこれに機械衝撃が加重されることにより
、しばしばそのセラミックライニング層に亀裂・欠損等
を生じるという問題がある。その亀裂・欠損は特にロー
ル軸（２０，２０）が嵌め合されている胴部（１０）の
両端領域において生じ易い。

本発明は、金属−セラミック複合ロールにおける上記問
題を解決するためになされたものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は、金
属中空円筒体の外周面にセラミックライニング層が形成
されたロール胴部と、該ロール胴部の中空孔両端に嵌着
固定されたロール軸とからなる複合ロールにおいて、 前記ロール軸が、ロール胴部との嵌合代部分において中
空円筒形状を有していることを特徴としている。

第１図は本発明複合ロールの例を示している。

図中、前記第５図の部材と同一部材には同一の符号を付
している。（２５）は各ロール軸（２０）に形成されて
いる断面円形の空洞である。各空洞（２５）はそれぞれ
のロール軸（２０）の嵌合代部（２１）（ロール胴部（
１０）に嵌入している部分）に中空円筒形状を与えてい
る。

本発明の複合ロールは、そのロール軸（２０）　（２０
）のそれぞれの嵌合代部（２１）が中空円筒形状をなし
ているので、第５図のように中実体のロール軸（２０°
）（２０’）が嵌着されている従来のロールに比べて、
嵌合代部（２１）は低い剛性を有している。

このため、ロール実使用時の熱影響下に金属中空筒体（
１りとセラミックライニング層（１２）の熱膨張量の差
により生じるロール胴部（１０）両端領域の熱応力は、
ロール軸嵌合代部（２１）の低剛性化の効果としてその
嵌合代部（２１）に生じる弾性変形により吸収緩和され
る。

上記ロール軸嵌合代部（２１）の低剛性化による熱応力
吸収緩和効果を十分ならしめるための円筒形状のサイズ
、特にその肉厚は、厳密には、ロール軸（２０）材料や
ロール胴部（１０）構成材料、およびロールサイズ等に
より適宜法められるが、例えば鋼材搬送ロールをはじめ
、そのロール軸径が約５０〜３００ｍで、軸材料が各種
合金鋼からなる多くのロールにおいては、その嵌合代部
（２１）を、肉厚約５胴以下の円筒形状とすることによ
り好結果を得ることができる。

本発明複合ロールにおけるロール軸（２０）は少なくと
もその嵌合代部（２１）が中空円筒形状をなしている点
を除いて従来の複合ロールにおけるそれと異なるもので
ある必要はなく、またそのロール軸（２０）のロール胴
部（１０）に対する嵌め合いも、従来のそれと同じよう
に、境域め、溶接等により行ってよい。

本発明の複合ロールは、所望によりそのロール胴部（１
０）を構成する金属中空円筒体（１１）とセラミックラ
イニングＮ　（１２）との間に、粘弾性体からなる中間
層が与えられる。第２図にその例を示す、　　（１５）
は中間層であり、金属中空円筒体（１１）とセラミック
ライニングｉｉ　（１２）とは粘弾性体からなる中間層
（１５）を介して接合一体化されている。その中間層（
１５）を形成する粘弾性体は、例えば、ブタジェンスチ
レンゴム、ブタジェンアクリルニトリルゴム、ネオプレ
ン等のゴム類であり、またアクリル樹脂、ポリスチレン
樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリエステル樹脂等
の熱可塑性もしくは熱硬化性樹脂等の合成樹脂を使用す
ることもできる。上記中間層（１５）は、金属円筒体（
１１）とセラミックライニング層（１２）との熱膨張量
の差に因り生じる熱応力を、その粘弾性変形により吸収
緩和する。その熱応力吸収緩和機能を十分に発現させる
ための中間層（１５）の層厚は好ましくはＯ，１ＩＩ１
１＋＋以上であり、より好ましくは０．２ｍｍ以上であ
るが、約０．５ＩＩｎまでで十分である。

ロール胴部（１０）を上記中間層（１５）が介装された
樽造とする場合において、その中間層（１５）と金属中
空円筒体（１１）外周面またはセラミックライニング１
　（１２）内周面との接合一体化のために接着剤を必要
とする場合は、熱可塑性もしくは熱硬化性接着剤（エポ
キシ系、ポリエステル系。

シリコーン系、アクリル系、ポリアミド系等）、または
ゴム系接着剤（ブタジェンスチレンゴム系。

ブタジェンアクリルニトリルゴム系等）を用いればよい
。接着剤層の厚さは、例えば０．１〜４ｍｍである。第
３図は、中間層（１５）を介して金属中空円筒体（１１
）とセラミックライニングｉ　（１２）を接合した例を
示す。中間層（１５）はゴムまたは合成樹脂等の粘弾性
体シートであり、（１６）（１６）は接着剤層である。

上記中間層（１５）を有するロール胴部（１０）は、例
えば、その金属中空円筒体（１１）の外周面に接着剤層
（１６）を塗布して粘弾性体シー）　（１５）を積層接
着したうえ、これにセラミックライニング層（１２）材
料であるセラミック中空円筒体を外嵌し、その両者のク
リアランスに接着剤（１６）を注入することにより製作
することができる。なお、接着剤の硬化反応に伴って生
じるひずみは、粘弾性体シート（１５）によって吸収さ
れるので、その製作工程において残留応力を生じさせる
ことはない。

なお、本発明複合ロールの構成部材である金属中空円筒
体（１１）は、例えば遠心力鋳造、または塑性加工等に
より形成されたものであり、セラミックライニング層（
１２）は、例えば遠心泥しよう鋳込み成形により成形さ
れたセラミック円筒体の焼成品が使用される。それらの
材質は、複合ロールの用途・使用条件、要求特性等に応
じて任意に選択されるものであり、金属中空円筒体（１
１）は、例えば各種の炭素鋼・合金鋼であり、セラミッ
クライニング層（１２）は例えば、炭化けい素、窒化け
い素、炭化クロム、アルミナ等の焼成品である。

本発明の複合ロールは、そのロール胴部（１０）に嵌め
合わされるロール軸（２０）　（２０）のそれぞれの嵌
合代部（２１）　（２１）が、従来の複合ロールにおけ
るそれと異なって中空円筒形状を有し、延岡り性となっ
ているので、実使用時に金属中空円筒体（１１）とセラ
ミックライニング！　（１２）との熱膨張量の差に因り
生じる応力は、ロール軸嵌合代部（２１）　（２１）の
弾性変形により吸収緩和される。その熱応力緩和効果は
顕著であり、後記実施例に示すように、中実体ロール軸
を使用した場合に比べて、熱応力は約３０〜４０％低減
する。また、ロール胴部（１０）の金属中空円筒体（１
１）とセラミックライニング層（１２）との界面を粘弾
性体からなる中間層（１５）を介して接合一体化した構
造を与えた場合には、その中間層（１５）の粘弾性変形
と前記ロール軸嵌合代部（２１）の弾性変形とによる熱
応力・機械衝撃吸収緩和機能が相刺し、実使用時におけ
るセラミックライニング層（１２）の割れ・欠損等の防
止効果が一段と高められる。

〔実施例〕

（１）供試ロールの製作 下記ロール胴部（ｌＯ）およびロール軸（２０）を用い
て第１図に示す構造を有する供試複合ロール（Ａ）（Ｂ
）を製作し、それぞれを熱応力試験に付した。

（１）　　ロール胴部（１０） ステンレス鋼（ＳＵＳ　３０４）の中空円筒体（１１）
にアルミナセラミック中空円筒体（熱間静水圧加圧焼成
品）（１２）を外嵌し、両者のクリアランス（約０．５
ｍｍ）にエポキシ系樹脂接着剤（１３）を注入して接合
。

（２）　　ロール軸（２０） ステンレス鋼（ＳＯ３３０４）からなる鋳造軸材の嵌合
代部に中ぐり加工を加えて中空円筒状の嵌合代部（２１
）を形成。

（３）　　ロール組立 ロール胴部（１０）の中空孔両端にロール軸（２０’）
　（２０）を境域めにより嵌着固定。

供試ロールＡ、Ｂの諸元寸法は次のとおりである（第４
図参照）。

■跋ユニ土人 ロール胴部（１０）　　： 外径（Ｄ）５０ｍｍ、胴長（Ｌ　）　５００ｍｍ、セラ
ミック層厚（ＴＩ）５（社）、金属円筒体肉厚（Ｔ２）
　５ｍｍ。

ロール軸（２０）　　： 嵌合代部肉厚（Ｔ３）　５ｍｍ、嵌合代部軸長（Ｌ）５
００＋ｎ＋＋＋、中空孔軸長（ｌ　ｚ）　３００ｍｍ。

携Ｘｓじ一λ１ ０一ル胴部（１０）　　： 外径（Ｄ）５０コ、胴長（Ｌ　）　５００ｍｍ、セラミ
ック層厚（Ｔ＋）５ｍｍ、金属円筒体肉厚（’ｈ）　５
ｍｍ。

ロール軸（２０） 嵌合代部肉厚（Ｔ３）　５ｍｍ、嵌合代部軸長（Ｌ）５
０Ｑｍｍ、中空孔軸長（１２ｔ＞　３００＋ｓ。

第１表 なお、比較例として、中実体ロール軸（２０°）を使用
する点を除いて上記供試ロールＡと同一の供試ロールａ
、および上記供試ロールＢと同一の供試ロールｂをそれ
ぞれ製作した。

（ｎ）熱応力試験 各供試ロールＡ、Ｂおよびａ、ｂのそれぞれについて、
そのロール胴部の外周面を６０’Ｃに加熱して肉厚方向
に３８°Ｃの温度差をもたせ、周方向（θ）および軸方
向（Ｚ）の熱応力を測定し第１表に示す結果を得た。表
中、熱応力の数値は供試ロールａの熱応力の値を１とす
る比を示している。

表記のように中実ロール軸を使用した比較ロールａ、ｂ
のうち一方は熱応力による割れを生じたが、発明例であ
る供試ロールＡおよびＢは割れ発生はなく、またその熱
応力は中実ロール軸を使用している供試ロールａに比し
、約３０〜４０％低い。

〔発明の効果〕

本発明の複合ロールは、熱応力や機械衝撃の吸収緩和機
能を有しているので、その胴部表面のセラミックライニ
ング層は、使用時の熱影響や機械衝撃から保護され、亀
裂や欠損等を生じ難く、長期に亘る安定な使用が可能で
あり、例えば鋼材酸洗ラインの搬送用ロール、印刷用ロ
ール等として適用することにより、耐用寿命の延長、メ
ンテナンスの軽減等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例を示す軸方向断面図、
第３図は本発明の実施例の部分断面図、第４図は実施例
関係の供試ロール寸法説明図、第５図は従来例を示す軸
方向断面図である。 １０：ロール胴部、１１：金属中空円筒体、１２：セラ
ミックライニング層、　１３．　ｉｓ：接着剤層、１５
：中間層、２０：ロール軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属中空円筒体の外周面にセラミックライニング層
   が形成されたロール胴部と、該ロール胴部の中空孔の両
   端に嵌着固定されたロール軸とからなるロールにおいて
   、 前記ロール軸は、ロール胴部との嵌合代部分が中空円筒
   形状を有していることを特徴とする金属−セラミック複
   合ロール。 ２、請求項１に記載の複合ロールにおいて、そのロール
   胴部の金属中空円筒体とセラミックライニング層とが粘
   弾性体からなる中間層を介して接合されていることを特
   徴とする金属−セラミック複合ロール。