(57)【要約】    【課題】  セラミックス製スリーブのロール軸方向の位置決め固定が容易であり、鋼帯との焼き付きの発生を抑えることに優れるセラミックス製ロールを提供する。    【解決手段】  金属製軸材の外周に、複数個のセラミックス焼結体製スリーブを嵌着したロールであって、隣同士のセラミックス製スリーブを連接させてロール胴部を構成し、軸材に設けた弾性部材および金属製締付部材によりセラミックス製スリーブを側圧して固定したことを特徴とする。またセラミックス製スリーブは、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなることを特徴とする。    【選択図】    図１
2005271036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製軸材の外周に、複数個のセラミックス焼結体製スリーブを嵌着したロールであって、隣同士のセラミックス製スリーブを連接させてロール胴部を構成し、軸材に設けた弾性部材および金属製締付部材によりセラミックス製スリーブを側圧して固定したことを特徴とするセラミックス製ロール。
【請求項２】
前記セラミックス製スリーブは、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス製ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷間圧延設備などで鋼帯を搬送するのに用いられるピンチロールなどのセラミックス製ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間圧延設備にあっては、薄い鋼帯にめっき、酸洗、圧延、焼鈍、切断などの処理を施すには、コイル状に巻いた長尺の鋼帯を巻き出す過程が必要になる。図３は、鋼帯の巻き出しを示す概要図である。図３において、１はピンチロール、８は鋼帯、９はアンコイラである。コイル状の鋼帯８の巻き出しは、鋼帯８をアンコイラ９に保持し、外周にある端部から順に鋼帯８を剥がして、近傍に設けたピンチロール１のロール間に送り出すことにより実施される。
【０００３】
先行技術として、特許文献１には、ピンチロール、デフレクターロール、ブライドルロール、ステアリングロール等の冷間鋼帯の搬送用プロセスロールにおいて、ロールの表面に表面粗度Ｒａ１〜１０、膜厚５〜２０μｍのサーメットまたはセラミックス溶射膜を形成せしめた搬送用プロセスロールが記載されている。セラミックスとしてはＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。この構成によれば、耐摩耗性を向上するとともに、鋼帯の蛇行を抑制することができる。
【０００４】
特許文献２には、ピンチロール、デフレクターロール、ブライドルロール、ステアリングロール、リンガーロール等の冷間鋼帯の搬送用プロセスロールにおいて、円形芯材表面に緩衝材として、例えばウレタン系ゴム、ニトル系ゴム等の高分子材を１５〜５０ｍｍ配置し、その表面にサーメットまたはセラミックス溶射膜を５〜２０μｍ被覆せしめた搬送用プロセスロールが記載されている。この構成によれば、鋼帯搬送中にロールと鋼帯間に鉄粉等の異物を噛み込んだとき、緩衝材表面に疵等を発生することなく、鋼帯への押し疵発生も確実に防止することができる。
【０００５】
特許文献３には、金属軸にセラミックス製の円筒状ローラ部材を装着し、ローラ部材をその両端面より金属軸に固定された金属フランジにて挟持するとともに、金属フランジに配置されたピンの先端部分を、ローラ部材の端面に設けられた固定穴に挿入することにより、ローラ部材を金属フランジに固定した複合構造セラミックスローラが記載されている。ローラは搬送ローラ、ピンチローラ、フィードローラ、ガイドローラ、サイジングローラ等が挙げられる。セラミックスとして、酸化アルミニウム、ジルコニア、窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素等が挙げられる。この構成によれば、ローラ部材の空回りを防止し、金属軸の駆動力をローラ部材に確実に伝達でき、ローラ部材と金属フランジとの熱膨張差によるローラ部材の破損を防止できる。
【０００６】
特許文献４には、金属製の支持軸と、同支持軸上に嵌合されたセラミックス製のローラを備え、ローラを支持軸の一端に設けた受承部と支持軸の他端に螺着した金属製の締結用ナット部材とにより、実稼動温度以上に加熱された状態で締結して挟持してなる複合ローラが記載されている。ローラはピンチローラ、キッカローラ、ルーパローラ、搬送ローラ等が挙げられる。セラミックスとして、窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素等が挙げられる。この構成によれば、ローラと被圧延材料との焼き付きを防止してローラの表面の損傷を防止することができて、ローラの実働稼動時の温度上昇により熱膨張が発生しても、締結状態が緩むことがなくローラの空転を防止できる。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１５７８２６号公報
【特許文献２】特開平９−１７６８２０号公報
【特許文献３】特開２０００−３３５７２７号公報
【特許文献４】特開２００２−１４５４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、ピンチロールとして金属製ロールが用いられてきたが、耐熱性や耐摩耗性に劣っていた。また、鋼帯との焼き付きにより、鋼帯の表面に疵がつきやすいという問題があった。つまり、アンコイラから鋼帯を剥がして、近傍に設けたピンチロールのロール間に送り出す場合、ピンチロールに鋼帯が挟持されるまでは鋼帯の搬送速度は遅いが、挟持されると鋼帯の速度が上昇する。その際、鋼帯の速度とピンチロールの回転数が同期せず、ピンチロールの周速の方が速くなり、スリップを起こしやすかった。このスリップにより、ピンチロールと鋼帯間で部分的に焼き付きが発生し、鋼帯の表面に疵を生じていた。
【０００９】
金属製ロールに替わり提案されたセラミックス製のピンチロールは、これらの問題を解消できるものである。しかしながら、特許文献１および特許文献２のセラミックス製ピンチロールは、アルミナやジルコニアなどのセラミックスを５〜２０μｍの厚みで薄く溶射して皮膜を形成しており、皮膜が剥離しやすいという問題がある。
【００１０】
また特許文献３および特許文献４のセラミックス製ピンチロールは、セラミックス製ロールを金属製軸材に嵌合した構成であるため、溶射皮膜のような剥離の問題はない。しかしながら、複合組立構造が複雑で、セラミックス製スリーブをロール軸方向に位置決め固定することが容易でなく、長期間安定して使用することが困難であるという問題がある。また、ピンチロールと鋼帯間の焼き付きを抑えることが未だ十分といえないという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明はセラミックス製スリーブのロール軸方向の位置決め固定が容易であり、鋼帯との焼き付きの発生を抑えることに優れるセラミックス製ロールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明のセラミックス製ロールは、金属製軸材の外周に、複数個のセラミックス焼結体製スリーブを嵌着したロールであって、隣同士のセラミックス製スリーブを連接させてロール胴部を構成し、軸材に設けた弾性部材および金属製締付部材によりセラミックス製スリーブを側圧して固定したことを特徴とする。
【００１３】
また本発明において、前記セラミックス製スリーブは、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のセラミックス製ロールは、金属製軸材の外周に、複数個のセラミックス焼結体製スリーブを嵌着し、隣同士のセラミックス製スリーブを連接させてロール胴部を構成し、軸材に設けた弾性部材および金属製締付部材によりセラミックス製スリーブを側圧して固定するので、セラミックス製スリーブのロール軸方向の位置決め固定が容易である。また、位置決めもずれることなく強固に維持できる。
【００１５】
本発明のセラミックス製スリーブは耐焼き付き性、耐摩耗性、耐食性、耐酸化性および耐熱性に優れる窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなるものが好ましい。また、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、焼き付きをいっそう防止するために、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、相対密度が９８%以上であり、常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることが望ましい。
【００１６】
ピンチロールと鋼帯との間でスリップすると周速差による摩擦熱が著しく高くなり、特に鋼帯の端部付近では焼き付きが助長されやすい。窒化ケイ素を主成分とする焼結体製スリーブの常温における熱伝導率を５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上に高めることにより、従来の窒化ケイ素に比べ熱を十分に放散できるので焼き付きをいっそう防止できる。通常の窒化ケイ素焼結体は、常温における熱伝導率が高々３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるが、本発明における窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、焼結体中に不純物として存在するアルミニウムおよび酸素の含有量を低減することにより、好ましくは焼結体中のアルミニウムの含有量が０．２重量％以下、酸素の含有量が５．０重量％以下とすることにより、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の実施例であるセラミックス製ピンチロールの概略図である。図２は図１中のＡ−Ａ線断面図である。図１および図２において、比較的短尺な複数個のセラミックス製スリーブ２を鋼製の軸材３に嵌着し、長尺のロール胴部を構成した。セラミックス製スリーブ２は、隣同士のスリーブ２が接触するように連接して嵌着した。スリーブ２の寸法、個数は軸材３の胴部の長さに応じて適宜決められる。本実施例の場合、スリーブ２はそれぞれ外径４００ｍｍ×内径１５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍの窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなる。
【００１８】
軸材３の胴部にあたる部分の一方の端部にフランジ部７を形成した。また、軸材３の胴部にあたる部分の他方の端部の外周面にねじ部を設けた。また、ＳＵＳ３０４を用いてリング状の皿バネを作製し、この皿バネを５枚直列に組み合わせて弾性部材４を作製した。また、金属製の締付部材６として、ＳＵＳ３０４を用いて内周面にねじ溝を形成した中空円筒体を作製した。さらに、金属製のリング状のナット５を用意した。
【００１９】
そして、セラミック製スリーブ２の一個が軸材３のフランジ部７にあたるようにして、複数個のスリーブ２を軸材３の外周に連接して嵌めた。次いで、弾性部材４、ナット５を嵌めて、軸材３の胴部端部の外周面に設けたねじ部に、締付部材６をロール軸方向にねじ回転移動させ、弾性部材４を伸縮させて、スリーブ２に側圧を付与し、スリーブ２を所定の位置に位置決め固定した。
【００２０】
このように、複数個のセラミックス製スリーブを側圧して固定するので、セラミックス製スリーブのロール軸方向の位置決め固定が容易で、また位置決めもずれることなく強固に維持できる。また、隣同士のセラミックス製スリーブを連接させてロール胴部を構成するので、ロール胴部の長尺化にフレキシブルに対応できる。
【００２１】
次に本発明のセラミックス製スリーブの製造方法について説明する。平均粒径０．５μｍの窒化ケイ素粉末に、焼結助剤として、平均粒径０．２μｍの酸化マグネシウム粉末を３．０重量％、平均粒径２．０μｍの酸化イットリウム粉末を３．０重量％添加し、適量の分散剤を加えエタノール中で粉砕、混合した。ついで、噴霧乾燥後、篩を通して造粒した後、ゴム型に充填し、静水圧により冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を行い、所定形状の中空スリーブロールとなる成形体を作製した。この成形体を１９５０℃、６０気圧の窒素ガス雰囲気中で５時間焼成し、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなるスリーブを得た。
【００２２】
また別に、得られた窒化ケイ素を主成分とする焼結体から、直径１０ｍｍ×厚さ３ｍｍの熱伝導率および密度測定用の試験片、縦３ｍｍ×横４ｍｍ×長さ４０ｍｍの４点曲げ試験片を採取した。密度はＪＩＳ  Ｒ２２０５に基づいてアルキメデス法から求めた。相対密度はＪＩＳ  Ｒ２２０５に準拠したアルキメデス法により実測密度を求めこれを計算により算出した理論密度で除した値とした。熱伝導率はレーザーフラッシュ法ＪＩＳ  Ｒ１６１１に準拠して常温での比熱および熱拡散率を測定し熱伝導率を算出した。４点曲げ強度は常温にてＪＩＳ  Ｒ１６０１に準拠して測定を行った。
【００２３】
その結果、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなるセラミックス製スリーブは、相対密度が９９．０％、常温における熱伝導率が５７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、常温における４点曲げ強度が９２８ＭＰａであった。
【００２４】
そして、この本発明例のセラミックス製ピンチロールを冷間圧延のアンコイラ近傍に設けて鋼帯の搬送に長期間適用した結果、耐摩耗性、耐食性および耐熱性は良好であり、位置決めもずれることなく強固に維持でき、長期間使用しても安定した操業を実現することができた。また、ピンチロールおよび鋼帯の表面に焼き付きによる疵は見られないことを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のセラミックス製ロールによれば、ロール軸方向の位置決め固定が容易である。また、鋼帯との焼き付きの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明実施例のセラミックス製ピンチロールの概略図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】鋼帯の巻き出しを示す概要図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ピンチロール、  ２  セラミックス製スリーブ、  ３  軸材、
４  弾性部材、  ５  ナット、  ６  締付部材、  ７  フランジ部、
８  鋼帯、  ９  アンコイラ
【図２】
2005271036.tif 000003
【図３】
2005271036.tif 000004
【図１】
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