JPH0261493A - 高耐熱ロール - 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） 本発明は金属、硝子あるいはセラミックスの熱処理炉に
於ける搬送用の高耐熱ロールに関するものである。

（従来技術及びその問題点） 連続的に熱処理を行う加熱炉において、鋼片、又は鋼板
、ステンレス板、鋼管、板ガラス、セラミックス焼結体
等の搬入、搬出用に多数のロールがその進行方向に対し
て直角に配置されている。

特に、炉内に並設されるロールは、耐熱性、耐摩耗性、
平滑性、耐ヒートクラウン性、被熱処理物に対する非付
着性が要求されている。

従来、このような要求に応えるロールとしては、例えば
特公昭５３−１１０６１１号公報に、無機材質の焼結体
であるセラミックスよりなる外筒と、無機又は有ａ質の
耐火断熱材料よりなる内筒と、金属製の鉄芯とよりなる
耐熱ロールが提案され開示されている。この特公昭５３
−１１０６１１号公報に示された耐熱ロールは第５図及
び第６図に示すように、金属製の鉄芯（３）の外周へ耐
火断熱材料であるアスベスト、セラミックファイバー、
アルミナ又はシリカを含む耐火断熱レンガ製等の内筒（
５）が嵌め込まれ、その外側に外筒として薄肉円筒のセ
ラミックロール（１）が嵌め込まれている。

しかしながら、同公報に示された如き耐熱ロールでは、
断熱層として嵌め込む内筒（５）にアスベストやセラミ
ックファイバー等の無機繊維を用いた場合、熱間におけ
る無機繊維の体積収縮により、無機繊維の内筒（５）、
及びセラミックスロールの外ＩＩ　（１）との間に間隙
が発生し、外筒（１）が熱間において空転してしまう欠
点を有しており、一方断熱層として嵌め込む内筒（５）
に耐火断熱レンガ等を用いた場合は実際の使用において
内筒（５）及び外筒（１）又はこれらの二種が容易に破
壊してしまう欠点があった。

（問題点を解決する為の手段及び作用）本発明は、上記
従来技術の欠点を除去解決することを目的とし、この目
的を達成するための手段として特許請求の範囲に記載し
た高耐熱ロールを提供するものである。

即ち、本発明は金属芯材に筒状のセラミックス焼結体を
嵌装し形成する高耐熱ロールにおいて、熱膨張係数の違
いによる筒状のセラミックス焼結体の金属製の芯材との
空転または破壊を防止する為に、緩衝材として主として
未膨張ひる石と無機繊維を含有してなる高膨張材料を使
用した高耐熱ロールを提供するものである。

前記緩衝材として主として未膨張ひる石と無機繊維を含
有してなる高膨張材料を使用することにより、熱間にお
ける無機繊維の体積収縮により、無機繊維の内筒、及び
セラミックロールの外筒との間に間隙が発生し、外筒が
熱間において空転してしまう欠点が、使用時の加熱によ
って、緩衝材が膨張することにより、外層のセラミック
ス焼結体と内層の緩衝材の密着性が上がり、筒状のセラ
ミックス焼結体の空転を防止することが可能となり、し
かも機械的衝撃と熱衝撃とを有効に吸収できる。

前記緩衝材は未膨張ひる石５〜７５−ｔ％、無機繊維２
０〜９０ｗｔ％を含有してなるものであることが好まし
い。

前記未膨張ひる石の含有量が５〜７５−ｔ％であること
が好ましい理由は、前記ひる石の配合量が５ｗｔ％より
も少ないと膨張力が少なく、一方７５ｗｔ％よりも多い
と膨張力が大きくなり過ぎるからである。

前記未膨張ひる石はその層間のカチオンの少なくとも一
部が第１〜４級のいずれか少なくとも一種のアミンから
解離したアンモニウムカチオンによって置換されたもの
であることが好ましい。その理由は、眉間のカチオンが
アミンから解離したアンモニウムカチオンで置換された
ひる石を使用した緩衝材は、加熱膨張させた後、常温に
復帰させて、さらに加熱した場合の再膨張性ならびに前
記緩衝材の加熱・常温復帰・加熱を繰り返す際の繰り返
し膨張性を従来の緩衝材に比較して極めて向上させるこ
とができるからである。

また、無機繊維の含有量が２０〜９０ｗｔ％であること
が好ましい理由は、前記ひる石が高温になると膨張する
ので緩衝材の形状を維持するためである。即ち２０ｗｔ
％未満ではひる石の膨張力を支えきれず緩衝材が破壊さ
れ、一方９０ｗｔ％を越えると実質的に配合されている
未膨張ひる石の量が少なくなり、緩衝材の膨張量が不充
分であるからである。

前記緩衝材に使用する無機繊維は、シリカ・アルミナフ
ァイバー、アルミナファイバー、ジルコニアファイバー
、ウィスカーのいずれを使用してもよいが、前記熱膨張
差を吸収するには、シリカ・アルミナファイバーがより
効果を発揮しうるちのであり、その中でも特に、アルミ
ナが４５〜９５重量％で、残部がシリカからなるものが
より好適である。

その理由は、アルミナが４５重量％未満のファイバーは
、耐熱性が低く６００°Ｃ以上の温度域では体積収縮あ
るいは強度劣化が起き易いし、一方アルミナが９５重量
％より多いファイバーは、一般に溶液法により紡糸され
る結晶質ファイバーであり、繊維強度が非常に弱く、圧
縮嵌装する際に容易に惜維が破壊してしまい、耐熱ロー
ル使用時に応力を残すことが困難となるからである。

本発明によれば、前記筒状のセラミックス焼結体の内径
は端部にむかってテーパー状に拡がっており、かつ前記
緩衝材は前記筒状のセラミックス焼結体の内径の形状に
対応するよう外径が端部にむかってテーパー状に拡がっ
ていることが好ましい。

その理由は、前記筒状のセラミックス焼結体と緩衝材を
テーパー状に加工することにより、外層のセラミックス
焼結体と内層の緩衝材の密着性が、さらに上がり、筒状
のセラミックス焼結体の空転を防止すること事が可能と
なるからであり、さらに、緩衝材を項線めする事により
、緩衝材と筒状のセラミックス焼結体との密着性をより
強固にし、より筒状のセラミックス焼結体の空転を防止
することが可能となるからである。

前記セラミックス焼結体は、アルミナ、炭化珪素、窒化
珪素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、ほう化ジルコニ
ウム、サイアロン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウ
ム、ムライト、ほう化チタンから選ばれる何れか少なく
とも一種を使用することができる。

以下、本発明の高耐熱ロールの一例の構成を図面を用い
て詳細に説明する。

第１図〜第４図は、それぞれ本発明の高耐熱ロールの縦
断面図と部分破断正面図であり、第４図は、金属製の芯
材（３）の外周に外径を両端部にむかってテーパー状に
拡がるように加工した緩衝材（２）が嵌め込まれたもの
である。

本発明において前記緩衝材（２）は、主とじて未膨張ひ
る石と無機繊維を含有してなるものである。

前記緩衝材（２）は、金属製の芯材（３）の外周方向へ
の熱膨張を吸収するためのものである。

前記緩衝材（２）は、未膨張ひる石と無機繊維の他に嵌
装時の強度を出す為に有機結合材を含有させたり、熱間
での応力を増す為に無機結合材を含有させたり、さらに
使用温度域において異なる焼結強度を発揮する無機充填
材、例えば末節粘土あるいはアルミナパウダーといった
ようなものを含有させることにより搬送物の荷重による
圧縮変形を防ぐことができる。

また、第１図〜第４図において、前記緩衝材（２）は環
状物（ドーナツ状物）を多数積層して形成されている。

このことは、無機繊維を使用する際に、ｍｉの配列方向
が金属製の芯材（３）と外層であるセラミックス焼結体
（１）との間で直角方向に配列させ、搬送物の荷重をよ
り効果的に支える為である。

繊維配列を水平方向に配列させた場合、圧縮強度が弱い
ため、搬送物の荷重によっては厚みが薄くなって隙間が
生じてしまうからである。

また、無ＪａＩ６１ｉ維の配列を前記直角方向に配列さ
せることにより、金属製の芯材（３）の両端部に設けた
カラー（４）部分による圧縮嵌装が可能となる。

すなわち、緩衝材を前記環状物となし、圧縮嵌装してお
くことにより、耐熱ロールの使用時においても緩衝材に
応力が残存し、金属芯材の長さ方向の熱膨張収縮を吸収
することができるのである。

また、使用温度、搬送物の荷重、耐熱ロール直径等によ
り、緩衝材（２）の強度を組成により任意に調整するこ
とが可能であり、筒状のセラミックス焼結体（１）と金
属製の芯材（３）との間において段階的に強度を変化さ
せた無段階の多層ロールが考えられるが、環状成形体の
緩衝材（２）の円周方向の厚みは少なくとも１０＋＋＋
ｓ以上であることが好ましい、この円周方向の厚みが１
０１１Ｉｌ以下では、嵌装後の強度が不十分であり、嵌
装時にカラー（４）の組み付は圧力により破壊したり、
実際の使用に於いて搬送物の荷重等により破壊してしま
う恐れがある。

さらに、緩衝材（２）の外側にアルミナや炭化ケイ素等
の筒状のセラミックス焼結体（１）を嵌装する。ｓｌ街
材（２）は、嵌装後旋盤加工する事により、外径を筒状
のセラミックス焼結体（１）の内径と一致させる事が望
ましいが、若干のクリアランスを予め設け、耐熱性無機
質接着材で接着する事も効果的である。

なお、第４図に示した如く、両端部をテーパー状に加工
した筒状のセラミックス焼結体（１）を使用し、金属製
の芯材（３）と両端部にむかってテーパー状に加工した
筒状のセラミックス焼結体（１）との間に両端部を筒状
のセラミックス焼結体に対応するようテーパー状に加工
した緩衝材（２）を嵌装して支持することにより、保合
部を設けずに高耐熱ロールを提供することができる。

次に、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。

実施例１ 第１図及び第２図に示した構造の耐熱ロールを製作し、
テストを実施した。金属製の芯材（３）およびカラー（
４）はステンレス製で外径２２１、緩衝材（２）は、シ
リカ・アルミナファイバー４０％、未膨張ひる石４５％
、木節粘土２％、アルミナ微粉１０％に３％の有機結合
材を加え湿式成形シート状とした後、乾燥後嵩密度り、
Ｏｇ／ｃｄとなるようにプレスした。

前記未膨張ひる石は、市販の南アフリカ産未焼成未膨張
ひる石から選別された０、４〜１．Ｏｅ＋＋ｗの範囲の
ひる石２０ｋｇを４０２の水中で約７０″Ｃまで加熱し
た後、酢酸ナトリウム２ｋｇを投入し、２４時間撹拌混
合して反応させた後固液分離して乾燥したものを使用し
た。

次いで、このシート状物にジメチルアルキルベタインの
１０％水溶液（商品名アノンＢＦ）を３６０ｍ１を含浸
させ、８０’Ｃで４時間熱処理した。

その後、シート状物を内径２４ＩＩＩＩ１１、外形３５
ｍｍ、厚さ５１１１１の環状に打ち抜き、緩衝材を作成
した。

次いで、前記緩衝材を金属製の芯材（３）に嵌装した。

嵌装後高密度が１．２ｇ／ｃｄとなるようプレス圧縮し
た後、カラー（４）を金属製の芯材（３）に−次的に仮
溶接して固定した。

さらに、緩衝材の外径を旋盤加工した。なお、円筒状部
の外径は５０ｍｍとなるようにした。その後、片側の金
属製の芯材（３）とカラー（４）の仮溶接を外し、筒状
のアルミナセラミックス焼結体（１）をシリカ系の接着
材を用いて嵌装し、再び同圧力でプレス圧縮した後、カ
ラー（４）を嵌め込み、金属製の芯材（３）に溶接して
固定し、高耐熱ロールを製作した。

前記、高耐熱ロールを、第８図に示した熱間荷重駆動試
験炉において耐久試験を行ったところ、加熱・常温復帰
・加熱の繰り返しに対してきわめて良好な耐久性を有し
ていることが認められた。

第７図は、この試験炉で７日間テストした際のヒートバ
クーンのグラフである。

実施例２ 実施例１と同様であるが、第３図および第４図の如き構
造とするため緩衝材として、シート状物を内径２４■、
外形３５ｍａ＋、厚さ５開のものとテーパ一部用として
内径２４ｍｍ、外形３５〜４５ｍｍ、厚さ５ｍｍの環状
に打ち抜いたものを使用し、金属製の芯材（３）に両端
部がテーパー状になるように嵌装した。嵌装後高密度が
１．２ｇ／ａｄとなるようにプレス圧縮した後、カラー
（４）を金属製の芯材（３）に−次的に仮溶接して固定
した。

さらに、緩衝材の外径を旋盤加工した。加工形状は、端
部から２０ｎｕｓまでを両端部共テーパー状とし、その
他の部分は円筒状とした。なお、円筒状部の外径は５０
ｍｍ、テーパー状の両端部最大外径を６０ｍ＋ｍとなる
ようにした。その後、片側の金属製の芯材（３）とカラ
ー（４）の仮溶接を外し、該片側のテーパー状の緩衝材
（２）を金属製の芯材（３）より取り外し外径は７０ｍ
ｍ、テーパー状の両端部最大内径を６０１１Ｉ１１、円
筒状部内径５０ｍｍに、それぞれ緩衝材（２）の形状に
対応するように加工された筒状セラミックス焼結体（１
）をシリカ系の接着材を用いて嵌装し、先に取り外した
片側のテーパー状部の緩衝材を嵌装し、再び同圧力でプ
レス圧縮した後、カラー（４）を嵌め込み、金属製の芯
材（３）に溶接して固定し、筒状のセラミックス焼結体
（１）の内径が端部にむかってテーパー状に拡がってお
り、かつ前記緩衝材は前記筒状のセラミックス焼結体（
１）の内径の形状に対応するよう外径が端部にむかって
テーパー状に拡がっている高耐熱ロールを製作した。

前記、高耐熱ロールを、実施例１と同様に耐久試験を行
ったところ、加熱・常温復帰・加熱の繰り返しに対して
実施例１の高耐熱ロールに比較してさらに良好な耐久性
を有していることが認められた。

比較例１ 実施例１と同様であるが、未膨張ひる石を配合すること
なく作成した緩衝材を使用して耐熱ロールを製作した。

前記、耐熱ロールを、実施例１と同様に耐久試験を行っ
たところ、この耐熱ロールは、１１００°Ｃ１５時間後
に外層である筒状のアルミナセラミックス焼結体が空転
し始め、搬送ロールとして機能を果たさなくなってしま
った。

（発明の効果） 以上のように本発明に係る高耐熱ロールは、緩衝材とし
て、主として未膨張ひる石と無機繊維を含有してなる高
膨張材料を使用しているため、熱間における外層のセラ
ミックス焼結体と内層の緩衝材の密着性が向上させるこ
とができ、さらに筒状セラミックス焼結体と緩衝材の両
端部を互いに対応する形状でテーパー状にすることによ
って、筒状のセラミックス焼結体の空転を極めて行動に
防止することができ、従来のセラミックス焼結体ロール
、耐熱鋳鋼ロールに比較し軽量なロールを提供すること
を可能とし、かつ熱処理物の種類により、多層のセラミ
ックロール材質を任意に選択し、対面攻撃性のない搬送
ロールを提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は、本発明の高耐熱ロールの断面図
面、第２図および第４図はそれぞれ第１図および第３図
に対応する部分破断面図、第５図は従来技術の１例であ
る特公昭５３−１１０６１号公報を示すロールの縦断面
図、第６図は第５図に対応する部分破断面図、第７図は
ヒートパターンを示すグラフ、第８図はテスト炉の断面
図である。 符号の説明 （１）−−−−セラミックス焼結体 （２）−・−・−緩衝材 （３）−−−・−金属製の芯材 （４）　−−・−・−・カラー （５）　−−ｍ−・−セラミックファイバー硬化処理内
筒（６）　−−−−−一−−−テストロールであり、上
下動及び回転はフリーとなっている。 （７）　−−−−−ステンレス製ロールでありモーター
により駆動している状態 （８）−−−−・・・−電気炉 以上 ＊１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）金属製の芯材と筒状のセラミックス焼結体と前記金
   属製の芯材と筒状のセラミックス焼結体の間に挿入され
   た緩衝材から構成されてなる高耐熱ロールであって、前
   記緩衝材は主として未膨張ひる石と無機繊維を含有して
   なる高膨張材料であることを特徴とする高耐熱ロール。 ２）前記緩衝材は未膨張ひる石５〜７５ｗｔ％、無機繊
   維２０〜９０ｗｔ％を含有してなる請求項１記載の高耐
   熱ロール。 ３）前記未膨張ひる石はその層間のカチオンの少なくと
   も一部が第１〜４級のいずれか少なくとも一種のアミン
   から解離したアンモニウムカチオンによって置換された
   ものである請求項１記載の高耐熱ロール。 ４）前記筒状のセラミックス焼結体の内径は端部にむか
   ってテーパー状に拡がっており、かつ前記緩衝材は前記
   筒状のセラミックス焼結体の内径の形状に対応するよう
   外径が端部にむかってテーパー状に拡がっている請求項
   １記載の高耐熱ロール。 ５）前記セラミックス焼結体は、アルミナ、炭化珪素、
   窒化珪素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、ほう化ジル
   コニウム、サイアロン、酸化マグネシウム、窒化アルミ
   ニウム、ムライト、ほう化チタンから選ばれる何れか少
   なくとも一種である請求項１記載の高耐熱ロール。