JPS60210345A - セラミックスリーブローラ - 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】 １１よ（７）　ＩＩＪＪ分亘 本発明は改良セラミックスリーブローラに関する。更に
詳しくは、回転軸とセラミックスリーブとの固定手段を
改善し、これらの熱膨張率差を吸収する機構を付与した
ことを特徴とする改良セラミックスリーブローラに関す
る。

従来技術 従来、連続鋳造装置において、モールドから引き抜かれ
た高温鋳造片を移送するとか、鋼板例えば珪素鋼板、ス
テンレス鋼板、亜鉛メッキ鉄板もしくは鋼管等の連続熱
処理炉内でこれら被処理物を移送するためのガイドロー
ルとしては、内部に冷却水通路が設けられたクロムモリ
ブデン鋼や、高クロム鋼などの耐熱鋼製または耐熱合金
製ロール、外周に耐熱鋼が焼固めされた鋳鋼製のロール
が使用されていた。

しかしながら、このようなガイドロールでは、高温の被
処理物との接触に基づく熱応力が生じ、このような接触
の繰り返しによって該ガイドロールに亀裂を生じ、また
ロール表面の腐食摩耗、高温酸化摩耗、機械的摩耗等が
著しく、ロール径が減少もしくはロール厚さが不均一と
なるために、被処理物に有害な影響を与える恐れがある
。この問題は特に被処理物の軟化点近傍まで加熱するよ
うな場合には何等かの解決策を講じる必要がある。

また、前記水冷式ロールでは被処理物をも強制冷却する
ことになり、エネルギー的に不利であるばかりでなく被
処理物を破損する可能性もある。

そこで、最近では溶融珪石等のセラミックスリーブを装
着したセラミックスロール等が広く使用されている。こ
れらは被処理物の材質と目的等により、温度、雰囲気等
の使用される条件が異なり、これら条件に応じた使い分
けがなされている。

セラミックスは一般に耐熱性、耐摩耗性、耐焼付性等に
おいて優れた特性を有しているために、セラミックスリ
ーブを設けたスリーブロールは、他のロールに比べて耐
熱性に優れ、またスケール等の異物のピックアップが少
なく、ビルドアップも少ないことが知られている。

しかしながら、セラミックスリーブの使用は上記の如き
種々の利点を有する反面、ロール軸材料とセラミックス
リーブとの熱膨張率の差に基づく障害が生ずる。例え（
，１′軸材料がステンレス鋼であり、セラミックスリー
ブが溶融珪石製である場合、これらの熱膨張率は夫々約
１６Ｘ１０−６および０．５×１０−６であって、その
差は極めて大きなものである。

従って、これらの間には使用温度に対して最適の状態と
なるように膨張代を考慮して間隙を設ける必要がある。

即ち、使用温度において該間隙がＯとなることが望まし
い。

しかしながら現実には温度制御誤差並びにその不均一性
、軸およびスリーブの寸法精度のバラツキ、曲がり等の
変形があるために、計算上の膨張代以上の間隙を設けて
おかなければならない。このことは軸およびスリーブが
同心円状に回転しないことを意味する。

そこで最近では改良された軸とスリーブとの固定方式と
して回転キー止め方式、端面押さえ方式等が開発されて
いる。

キー溝方式によりスリーブを軸に固定したセラミックス
リーブロールとしては、例えば特開昭５８−８１９１６
号公報発明および同５８−８１９１７号公報発明を例示
できる。

前者の発明では、第１図ａ　−Ｃに示したように、軸１
に装着されたセラミックスリーブ２の両端部に、係合部
３を設けた耐熱端部メタルケース４を接着剤５を介して
接合し、軸１に設けた回転伝達体、例えばキー６を該係
合部３に係合させることにより該軸１とセラミックスリ
ーブ２とを固定している。

また、後者の特開昭５８−８１９１７号公報発明では、
同様に第２図ａ　−ｂに示すように、軸１に装着したス
リーブ２の両端の係合部３に、該軸１に設けた回転伝達
体６を係合させた構成によって該軸１とスリーブ２との
固定を確保している。

しかしながら、このような方法で固定されたセラミック
スリーブロールにおいても、大型ローラが必要とされる
場合には、各部分の加工精度が確保できないこと、並び
にセラミックスリーブ自重増などのためにセラミックに
かかる応力が増大し、そのためにセラミック割れ等の障
害が発生する。

従って、このような固定方法は特に大型ローラの場合に
は応用できない。また、上記従来法と同様にこれらセラ
ミックローラにおいても、依然として軸１とセラミック
ローラ２との間には熱膨張係数の差異を補償するための
間隙７が設けられており、これに基づく軸とスリーブと
の回転の非同心円性の問題が残されている。

また、使用温度において膨張代がＯとなるように設計さ
れている場合でも、同一装置を使用温度を変えて使用す
ることは困難であり、このような場合には各使用温度毎
に膨張代が０となるような多数のローラを準備し、その
都度取り替える必要があり、極めてわずられしく、労力
消費の作業となる。

更に、端面押え方式としては、例えば特開昭５８−２２
４０５７号公報発明を挙げることができ、該発明による
ロールは所定ロール径よりも小径とし、リング材の嵌合
を自在としたロール胴部を有するロール本体と、前記ロ
ール胴部への嵌合を自在とし、その外縁部に軸線に同心
平行の円周面およびこの円周面に対し鋭角に交叉した傾
斜面を有する切欠段部が形成された複数の支持リングと
、隣りあう支持リングの切欠段部に内周面端部を嵌合掛
止し、外端縁を前記切欠段部の傾斜面に面接触する斜削
面が形成されている、前記支持リングの外径よりも大き
い外径を有するセラミック環と、前記支持リングの切欠
段部における円周面とセラミック環との間に介在させる
セラミックペーパと、前記支持リングおよびセラミック
環にロール本体に対する嵌合保持力を付、与する弾性部
材とからなることを特徴とするものである。

この種のロールはスリーブが複数の部材に分割されてい
るので、割れ等の損傷があったもののみを取り替えるこ
とができ経済的ではあるが、依然として上記のような欠
点については改善されておらず、また熱処理において被
処理物を軟化点近傍まで熱する場合には、表面が平坦で
ないために被処理物に有害な影響を及ぼす恐れがある。

即ち、応用の範囲が制限されるという欠点がある。

発明の目的 そこで、本発明の目的は新規な固定方法に基づくセラミ
ックスリーブを提供することにあり、特に前記軸とスリ
ーブとの間の間隙の問題、スリーブ係合部に掛かる応力
の問題を解決することにある。

発明の構成 本発明者は従来のセラミックスリーブローラの現状に鑑
みて上記諸欠点を改善すべく種々検討、研究した結果、
前記本発明の目的を達成するためには、軸を半径方向に
分割して複数のセグメントとし、該軸内に半径方向外側
に向って該セグメントを押ず押圧手段を設けることが極
めて有効であることを見出した。本発明はかかる新規知
見に基づき完成されたものである。

即ち、本発明のセラミックスリーブローラは、軸と、該
軸上に装着された円筒上セラミックスリーブとから構成
され、該軸が中心部の軸コア部と、該軸コア上にあり、
かつ該軸コア表面に設けられ長手方向に伸びている溝と
凸部において遊びをもって嵌合されており、長手方向に
分割された複数の軸セグメントと、該軸コア内に設けら
れ、該軸セグメントを半径方向外方に押圧してこれと前
記セラミックスリーブとを密着させ、該軸と該セラミッ
クスリーブとの固定を保証している抑圧手段とで構成さ
れていることを特徴とする。

セラミックスリーブローラを本発明に従って上記のよう
な構成とすることにより、セラミックスリーブに係合部
等を設ける必要がなくなり、その結果応力が掛かっても
係合部などの局所的に機械強度の弱い部分がないので、
割れなどの損傷の心配はない。

本発明において前記押圧手段は油圧シリンダ、水圧シリ
ンダ、空圧シリンダ等であり得、もしくはまた皿バネ、
コイルバネ等のバネ手段であってもよい。

油圧、水圧もしくは空圧シリンダの場合には、シリンダ
による押付力がセラミックスリーブの許容応力範囲内と
なるように、ローラ軸近傍で押圧回路をアキュムレーク
即ち蓄圧器および圧力調整弁、ポンプ手段を含む圧力制
御手段と接続して、ローラの使用温度に応じて最適の押
圧力となるようにシリンダにかかる圧力が調節し得るよ
うになっている。

前記各セグメントと軸コア部とは、軸コア部表面に長手
方向に設けられた溝部に、軸セグメント裏面に設けられ
た凸部が相互に嵌合されるような構成となっており、該
凸部はその付は根部分よりも頭部が大きくなるように、
例えば逆台形形状、頭部に引掛り部（又は張出し部）を
設けた形状等を有しており、軸コア溝部はこれに見合っ
た形状を有している。また、セラミックスリーブと軸と
の熱膨張率の差に基づきセラミックスリーブに掛かる過
剰の応力を緩和するだめの膨張代の機能を果たす、遊び
が線溝に設けである。

本発明のセラミックスリーブローラにおいては更に、軸
セグメントと円筒形セラミックスリーブとの間にアスベ
ストなどのいわゆる鉱物繊維、ガラスファイバ、カーボ
ン繊維、セラミックファイバ等からなる繊維層を介在さ
せ、これによって片当たり、即ちセグメント化された軸
とセラミックスリーブとが部分的に接触することに基づ
く応力の緩和を行なうことも有利である。これらの繊維
層は該軸セグメントの表面に接着して一体化することが
好ましい。

本発明のセラミックスリーブローラにおいて、押圧手段
はローラの長手方向に一定の間隔で複数位置に配置され
、各位置においては分割された軸セグメントの数に応じ
て、横断面内に正多角形の各頂点方向に押圧力が作用す
るように配置される。

従って、各軸セグメントも均等に分割されることが望ま
しい。このように設計することによりセラミックスリー
ブに均一な応力が作用することになる。

実施例 以下図面を参照しつつ記載される実施例により、本発明
のセラミックスリーブローラを更に具体的に説明する。

ただし、本発明はこれら実施例により何等制限されない
。

第３図には本発明の好ましい１態様に従うセラミックス
リーブローラの断面図を示した。

即ち、本発明のセラミックスリーブローラは基本的には
軸コア部１０、その内部に設けられた押圧手段１１ａ〜
ｌｉｄ、該軸コア部と嵌合し、該押圧手段１１により外
方向に押される軸セグメント１２ａ〜１２ｄ及び軸全体
を覆っているセラミックスリーブ１３で構成される。

更に好ましい態様によっては軸セグメン）１２ａ〜１２
ｄとセラミックスリーブ１３との間に、例えばセラミッ
クファイバ層１４を介在させ、これらの間の応力、特に
軸セグメントとセラミックスリーブとの片当りに基づく
応力を緩和させることも可能である。

第１図並びに第２図に示した従来のローラとは違い、本
発明のローラにおける軸は長手方向に、かつ半径方向に
沿って分割された複数（図示した例では４つ、１２ａ−
１２ｄ）のセグメントと、軸コア部１０とから構成され
ている。これら軸セグメント１２ａ〜１２ｄと軸コア１
０とは相互に遊び１５をもって嵌合されている。即ち、
各軸セグメントには中心方向に伸び、先端部に張出し部
１６を有する凸部１７が設けられ、−刃軸コア部１０に
は軸セグメントの数に対応する数の溝１８が設けられ、
線溝の深さは凸部１７の張出し部１６の厚さよりも大き
く、遊び即ち膨張代１５がとられている。軸コア表面上
に長手方向に設けられた溝１８の先端部には溝の内側に
張出し部１９を有し、嵌込まれた軸セグメント１２がは
ずれないようになっている。

ピストン１１はシリンダ２０内に収納され、シリンダ２
０は、軸コア１０の中心部に該コアの中心軸に沿って形
成された、一般的には円筒形の加圧流体通路２１と、同
様に一般的には円筒形の小孔２２とを介して連絡してい
る。

かくして、軸にセラミックスリーブを装着する際には、
まず油圧を下げて各軸セグメントの凸部先端と軸コアの
溝底部とが接触する状態、即ち軸の径が最小の状態で軸
をセラミックスリーブ内に装入する。次いで、押圧手段
の圧力を徐々に高めて、セラミックスリーブにかかる応
力が最適の大きさとなるように圧力を調節する。

更に、ロール内に液体圧力を封入固定させた場合には、
所定温度（ローラ使用温度）に達するまでに軸コア、セ
グメントが膨張し必要以上の応力がセラミックスリーブ
にかかる恐れがあるので、温度の上昇もしくは下降に伴
い、液体圧力を一定に保つ必要がある。この圧力保持方
法としては、ロール端部に気体圧を封入したアキュムレ
ータを前記ロール内の液体圧に接続する方法などが好ま
しい。また、押圧手段の圧力は所・定温度に達した後で
封止することも有利である。

このようにしてセラミックスリーブを軸に装着すれば、
セラミックスリーブにかかる応力は殆ど均一となり、従
来法における如く局所的に、例えばセラミックスリーブ
両端部に設けられた係合部に高い応力が作用し、該係合
部が破損するなどの不備を有効に回避することが可能と
なる。

本発明の押圧手段にあっては、油圧、水圧、空圧シリン
ダ等の代わりにコイルバネ、皿バネ等のスプリングを使
用することも当然可能であり、これらの態様も本発明の
範囲内にはいるが、軸セグメントに即ちセラミックスリ
ーブに作用する圧力が均一でなければならないという観
点からすると、油圧、水圧、空圧シリンダの使用が極め
て望ましい。

なお、高温炉内にて使用される本発明のロールにあって
は、圧力流体として水を用い、ロールの片端側より圧力
水を注水し、反対側より圧力水を抜きつつ、ロール内部
には必要圧力が掛かる様ロール出口部で絞り部（圧力調
整弁等）を設ける事により、ロール軸部の冷却を兼ねて
セラミック外筒保持用圧力を送る事ができる。

本発明のセラミックスリーブローラにおいて、これら押
圧手段は軸の長手方向に沿って　所定の間隔で複数位置
に設けられている。これら複数位置に設けられた押圧手
段は、バネを使用する場合を除き軸コア中心部に設けら
れた通路２１並びに小孔２２を介して連絡している。こ
れら押圧手段において、該小孔の径並びにピストン断面
積は加工の容易性、セラミックスリーブに作用する応力
を均一とするためにすべて同一であることが望ましい。

第４図は第１図のラインｃ−ｃ’に沿ってとった、本発
明のセラミックスリーブロールの部分縦断面を示す図で
あり、第３図と同じ要素は同一の参照番号を用いて表し
である。第３図と第４図とを参照することにより、本発
明のセラミックスリーブローラの構成を一層良く理解す
ることができよう。

押圧手段１１は第５図に模式的に示すように軸の一端に
おいてアキユムレータ３１および圧力調整弁３２を介し
て油圧ポンプ３３並びに油タンク３４に接続されており
、これによって軸セグメント、その結果セラミックスリ
ーブに対する最適の応力が押圧手段１１によって与えら
れ、セラミックスリーブの完全かつ安全なる固定が保証
されることになる。

この例において、該押圧手段はピストン３５およびシリ
ンダ３６とから構成されている。

発明の効果 かくして、本発明のセラミックスリーブローラによれば
、軸を直径を通り長手方向に分割して複数の軸セグメン
トとし、軸コア内に押圧手段を設けて該軸セグメントを
セラミックスリーブに押圧させることによって固定する
ことにより、従来みられたような諸欠点、即ち大型ロー
ラにあっても、セラミックスリーブに係合用凹部を設け
る必要がないので、局部的に大きな応力が作用する恐れ
がなく、その結果セラミックスリーブの割れ等の損傷を
効果的に回避することができ、またローラの使用温度が
変化しても、つねに軸セグメントとセラミックスリーブ
内面とを接触状態に維持することができるので、軸とセ
ラミックスリーブとの同心円回転を保証することができ
る。更に、従来のローラでは使用温度に応じて軸とスリ
ーブとの間隙が最適となるように設計された多数のロー
ラを作製し、準備し、使用温度に応じて適宜選択して使
用しなければ、同心円回転を期待することができないの
に対し、本発明のローラによれば、単一のローラで全使
用温度範囲に亘り使用することが可能であり、軸とスリ
ーブとの同心円回転も常に維持することができる。

また、セラミックスリーブと軸セグメントとの間にセラ
ミックファイバなどの繊維層を介在させて、これらの間
の片当たりによる応力を緩和することにより、更に一層
優れた特性のセラミックスリーブローラを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来法によるセラミックスリーブロールの固
定方法を説明するための図であり、第１図すおよびＣは
それぞれ第１図ａのＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’に沿ってと
った断面図を示す、第２図ａは別の従来法によるセラミ
ックスＩＪ　−ブロールの固定法を説明するための図で
あり、第２図すは第２図ａのセラミックスリーブの概略
図を示すものであり、 第３図は本発明のセラミックスリーブローラを説明する
ための断面図であり、 第４図は第３図のｃ−ｃ’に沿ってとった部分縦断面図
であり、 第５図は本発明の押圧手段の作動系統を示す系統図であ
る。 （主な参照番号） １：軸１　２．１３：セラミ・ツクスリーブ、３：係合
部、　４：メタルケース、 ５：接着剤、６：キー、　７；間隙、 １０：軸コア部、　１１：抑圧手段、　１２：軸セグメ
ント１４：セラミックファイバ層、１５：遊び、１６．
１９：張出し部、　１７：凸部、１８：溝、　２０．３
６：シリンダ、 ２１：通路、　２２；孔、　３０：押圧手段、３１：ア
キュムレータ、３２：圧力調整弁、３３：油圧ポンプ、
３４：油タンク、３５：ピストン特許出願人　住友金属
工業株式会社 代理人　弁理士　新居　正彦 第１図 ｂ　ｃ 第３図 ｃ′ 第４図 １ｃ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）軸と、該軸上に装着された円筒状セラミックスリ
   ーブとから構成されるセラミックスリーブローラであっ
   て、該軸が中心部の軸コア部と、該軸コア上にあり、か
   つ該軸コア表面に設けられ長手方向に伸びている溝と凸
   部において遊びをもって嵌合されており、長手方向に分
   割された復数の軸セグメントと、該軸コア内に設けられ
   、該軸セグメントを半径方向外方に押圧してこれと前記
   セラミックスリーブとを密着させ、該軸と該セラミック
   スリーブとの固定を保証している抑圧手段とで構成され
   ていることを特徴とする上記セラミックスリーブローラ
   。 （２）該押圧手段が油圧シリンダ、水圧シリンダ、空圧
   シリンダからなる群から選ばれることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載のセラミックスリーブローラ。 （３）該押圧手段が、アキュムレータと、圧力調整弁と
   、ポンプ手段とを含む圧力制御装置と接続していること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載のセラミックス
   リーブローラ。 （４）該押圧手段がバネであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のセラミックスリーブロ（５）前記
   セグメントとセラミックスリーブとの間に耐熱性繊維層
   が介在していることを特徴とする特許請求の範囲第１〜
   ４項のいずれか１項に記載のセラミックスリーブローラ
   。 （６）該耐熱性繊維がセラミックファイバ、鉱物繊維、
   炭素繊維およびガラスファイバからなる群から選ばれる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のセラミッ
   クスリーブローラ。