JP2002147436A - 耐熱性複合ローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属製の支持軸１１上に嵌合したセラミックロ
ーラ１２を、支持軸１１の一端に設けた受承部１１ｂと
その他端に螺着した金属製の締結用ナット部材１３とに
より締結して挟持してなる複合ローラ１０において、セ
ラミックローラ１２の締結状態の弛緩を防止する。 【解決手段】締結用ナット部材１３の雌ネジ１３ａの締
結方向を、複合ローラ１０に作用するトルクにより締結
する方向に設定するとともに、締結ナット部材１３の雌
ネジ１３ａのネジピッチをピッチ／（√ネジ径）≦０．
１８に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延ラインの
各工程の各種のローラとして使用するための耐熱性複合
ローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間圧延ライン用のローラは、極めて高
い耐熱性と耐摩耗性を要求されるもので、熱間圧延ライ
ン用のローラとしては、一般に、高い耐熱性の鋼または
鉄系合金等の耐熱性の金属製ローラが使用されている。
しかしながら、耐熱性の金属製ローラは、熱間圧延ライ
ンにて要求される耐熱性に対してはなお十分には対応し
得ず、また、ローラ自体の焼き付きや被圧延材料との焼
き付きに起因して、ローラの表面に微細な亀裂が多数発
生して、ローラ表面が早期に損傷した状態を呈する。

【０００３】これに対処すべく、特開昭６３−１６０７
３９号公報には、被圧延材料が接触する部位をセラミッ
ク製のローラにて形成した複合ローラが提案されてい
る。当該複合ローラは、金属製の支持軸と、同支持軸上
に嵌合された金属製の左右一対の端部ローラと、支持軸
上に嵌合されてこれらの端部ローラ間に位置するセラミ
ック製の中央部ローラからなるもので、これら３つのロ
ーラを、支持軸の一端に設けたフランジ部と支持軸の他
端に螺着した締結用ナット部材との締結作用にて挟持し
て固定しているものである。

【０００４】当該複合ローラによれば、極めて高い耐熱
性と焼き付き阻止能とが要求されている部位がセラミッ
ク製のローラにて構成されていることから、熱間圧延ラ
インにて要求される耐熱性に十分に対処し得るととも
に、ローラ自身および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し得て、ローラ表
面を長期間良好な状態に維持することができる効果を奏
するものである。

【０００５】しかしながら、当該複合ローラにおいて
は、金属製の支持軸および金属製の各端部ローラとセラ
ミック製の中央部ローラという、熱膨張係数が大きく異
なる２種類の材料からなる部品を複合した構成であるこ
とから、実働稼働時の温度上昇によりこれら各部品間で
熱膨張に大きな差異が生じて、各ローラの締結状態に緩
みが生じて各ローラに空転現象が発生し、また、支持軸
の熱膨張に起因して、セラミック製の中央部ローラの内
径側に引っ張り応力が発生して中央部ローラに損傷が発
生するおそれがある。

【０００６】本出願人は、これらの問題に着目して、本
出願人の先願である特開平１０−２１８３３７号公報に
て、これらの問題に対処し得る複合ローラを提案してい
る。当該複合ローラは、金属製の支持軸と、支持軸上に
嵌合されたセラミック製のローラを備え、同ローラを、
支持軸の一端に設けた受承部と同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、実稼働温度以上
に加熱された状態で締結して挟持してなるものである。

【０００７】当該複合ローラにおいては、セラミック製
のローラを、支持軸の一端に設けた受承部と同支持軸の
他端に螺着した金属製の締結用ナット部材とにより、ロ
ーラの実稼働温度以上に加熱された状態で締結して挟持
する構成を採っていることから、ローラの実働稼働時の
温度上昇により熱膨張が発生しても、ローラに対する締
結状態が緩むことがなくてローラの空転を防止でき、か
つ、ローラの内径側に引っ張り応力が発生することが抑
制されてローラの損傷を防止できるという効果を奏する
ものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、本出願人
の先願である後者の公報にて提案されている複合ローラ
は、上記した前者の公報にて提案されている複合ローラ
の問題点を解消し得るものであって、この点では、優れ
た特性の複合ローラであるものと認めることができる。

【０００９】本発明者は、本出願人の先願に係る複合ロ
ーラについて、さらに詳細に検討した結果、当該複合ロ
ーラを、熱間圧延ラインにおいてローラに大きなトルク
が付与される工程で使用した場合には、当該トルクがセ
ラミック製のローラに対する締結力を解除する方向に作
用するうえ、鋼材通過時等に、同ローラと支持軸および
締結用ナット部材間に振動を発生させ、延いては、振動
の増大に起因して、同ローラの締結状態に緩みが発生す
るおそれがあることを知得した。

【００１０】従って、本発明はかかる知得に基づきなさ
れたもので、その目的とするところは、当該複合ローラ
におけるこれらの問題を解消することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱間圧延ライ
ンの各工程での熱間圧延ライン用のローラに使用される
耐熱性複合ローラに関するものである。しかして、本発
明に係る複合ローラは、金属製の支持軸と、同支持軸上
に嵌合されたセラミック製のローラを備え、同ローラ
を、前記支持軸の一端に設けた受承部と同支持軸の他端
に螺着した金属製の締結用ナット部材とにより、同ロー
ラの実稼働温度以上に加熱された状態で締結して挟持し
てなる形式の複合ローラであって、前記締結用ナット部
材の雌ネジの締結方向を前記ローラに作用するトルクに
より締結する方向に設定するとともに、同締結用ナット
部材の雌ネジのネジピッチをピッチ／（√ネジ径）≦
０．１８に設定したことを特徴とするものである。

【００１２】本発明に係る耐熱性複合ローラにおいて
は、前記支持軸の一端側の受承部を、同支持軸に一体に
形成したフランジ部にて形成する構成とすることがで
き、かつ、前記支持軸の一端に螺着した金属製のナット
部材にて形成する構成とすることができる。

【００１３】

【発明の作用・効果】本発明に係る複合ローラによれ
ば、上記した形式の複合ローラにおいて、セラミック製
のローラを締結するための締結用ナット部材の雌ネジの
締結方向を、同ローラに作用するトルクにより締結され
る方向に設定していることから、当該複合ローラを、熱
間圧延ラインにおいて、ローラに対して大きなトルクが
付与される工程に使用した場合にも、当該トルクが締結
用ナット部材に対してセラミック製のローラを締結する
方向に作用して、当該トルクによるセラミック製のロー
ラの締結状態に対する緩みの発生を防止する。

【００１４】また、当該複合ローラにおいては、鋭意検
討した結果から、セラミック製のローラを締結する締結
用ナット部材の雌ネジのネジピッチをピッチ／（√ネジ
径）≦０．１８に設定していて、セラミック製のローラ
に対する締結力を増大しているとともに、仮に、セラミ
ック製のローラに対する締結状態に緩み発生した場合に
も同ローラの振動の発生を防止し得て、同ローラの振動
に起因する同ローラの締結状態の緩みの助長を防止する
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る複合ローラは、熱間
圧延用の各種工程のローラ、すなわち、ピンチローラ、
キッカローラ、ルーパローラ、搬送ローラ等として使用
されるものである。図１および図２に示す複合ローラ１
０は、本発明に係る複合ローラの代表例であるピンチロ
ーラを示している。図１は当該複合ローラ１０の縦断側
面図であり、図２は当該複合ローラ１０における図１の
左側からみた一部省略正面図（ａ）、および、当該複合
ローラ１０における図１の右側からみた一部省略正面図
（ｂ）である。

【００１６】当該複合ローラ１０は、金属製の支持軸１
１と、支持軸１１上に嵌合されたセラミック製のローラ
１２（以下セラミックローラという）と、締結用ナット
部材１３とにより構成されている。

【００１７】支持軸１１は、鋼、ステンレス、合金鋼等
の金属材料からなる段付きの円筒状を呈するもので、円
筒状の軸部１１ａの一端側に同軸部１１ａの外径より大
径の円筒状のフランジ部１１ｂを有するとともに、軸部
１１ａの他端に同軸部１１ａの外径よりわずかに小径で
肉薄の円筒状のネジ部１１ｃを有している。ネジ部１１
ｃは、その外周に雄ネジを備えている。当該支持軸１１
において、軸部１１ａの外周はフランジ部１１ｂに対し
て環状凹所１１ｄになっていて、この環状凹所１１ｄに
セラミックローラ１２が嵌合されている。セラミックロ
ーラ１２は、ネジ部１１ｃに螺着されている金属製の締
結用ナット部材１３の締結作用にて、締結用ナット部材
１３とフランジ部１１ｂとにより締結されて挟持されて
いる。

【００１８】セラミックローラ１２は、耐熱性の高いセ
ラミック原料を成形してなる各種のセラミック質のロー
ラである。セラミック原料としては、窒化ケイ素、サイ
アロン、炭化ケイ素等を採用することができ、かかるセ
ラミック原料を主体として、適宜の添加剤、例えばＭｇ
Ｏ、ＣｅＯ、ＳｒＯ、ＺｒＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、
Ｙｂ_２Ｏ_３等を含有する焼結助剤やバインダを添加して
使用する。セラミックローラ１２の成形には、芯金およ
びその外側に配置したゴム型を備えた成形型が使用され
る。成形に当たっては、スプレードライヤにて乾燥され
造粒されたセラミック原料を型に充填して、ラバープレ
ス成形法にて円筒状に成形される。得られた成形体は、
その外周および両端面をＮＣ旋盤等にて加工して焼成さ
れる。得られた焼成体は、その外周、内周、および両端
部を研磨して設定寸法のセラミックローラに形成され
る。セラミックローラ１２においては、その内径の寸法
が、支持軸１１の軸部１１ａの外径寸法に対してわずか
に大きい寸法に設定されていて、支持軸１１の軸部１１
ａの環状凹所１１ｄに嵌合した状態において、複合ロー
ラ１０が実稼働温度に上昇した状態で、軸部１１ａの環
状凹所１１ｄに嵌着するようになっている。

【００１９】締結用ナット部材１３は、セラミックロー
ラ１２を締結すべく機能するもので、支持軸１１と同一
の金属材料にて形成されている。締結用ナット部材１３
は、その内周に、支持軸１１のネジ部１１ｃの雄ネジに
対応する雌ネジ１３ａを備えていて、セラミックローラ
１２を支持軸１１の軸部１１ａの環状凹所１１ｄに嵌合
した状態で、支持軸１１のネジ部１１ｃに螺合されてい
る。締結用ナット部材１３は、支持軸１１のネジ部１１
ｃ上を螺進させることにより、セラミックローラ１２を
支持軸１１のフランジ部１１ｂの内端面に押圧して、フ
ランジ部１１ｂとの間で所定の締結力で締結して挟持す
る。

【００２０】締結用ナット部材１３を支持軸１１のネジ
部１１ｃに螺合するに当たっては、支持軸１１を実稼働
温度以上に加熱し、この加熱状態の支持軸１１のネジ部
１１ｃに締結用ナット部材１３を螺合して、セラミック
ローラ１２を締結用ナット部材１３にて締結する。な
お、支持軸１１の加熱手段としては、支持軸１１に通電
して昇温する手段を採ることができ、支持軸１１への印
加電流および印加時間を調整することにより、支持軸１
１を実稼働温度以上に昇温させる。なお、当該複合ロー
ラ１０においては、必要により、支持軸１１のネジ部１
１ｃと締結用ナット部材１３の端面における接合境界部
にカシメ部１３ｂを形成して、このカシメ部１３ｂによ
って、支持軸１１とナット部材１３の相対的な回転を規
制することができる。

【００２１】かかる構成の複合ローラ１０においては、
ローラとしてセラミックローラ１２を採用していること
から、極めて高い耐熱性と焼き付き阻止能とを有し、熱
間圧延ラインにて要求される耐熱性に十分に対処し得る
とともに、ローラ自身および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、ローラ表面を長期間良好な状態に維持することが
できる効果を有するものである。

【００２２】また、当該複合ローラ１０においては、セ
ラミックローラ１２を、支持軸１１をローラの実稼働温
度以上に加熱した状態で、締結用ナット部材１３の締結
作用により、支持軸１１のフランジ部１１ｂと締結用ナ
ット部材１３間で締結して挟持する構成を採っているこ
とから、ローラの実働稼働時の温度上昇により熱膨張が
発生しても、セラミックローラ１２に対する締結状態が
緩むことがなくてセラミックローラ１２の空転を防止で
き、かつ、セラミックローラ１２の内径側に引っ張り応
力が作用することが抑制されて、セラミックローラ１２
の損傷を防止できる。

【００２３】しかして、当該複合ローラ１０において
は、締結用ナット部材１３の雌ネジ１３ａの締結方向
を、支持軸１１のネジ部１１ｃの雄ネジとの関係で、実
稼働時に当該複合ローラ１０に作用するトルクにより締
結される方向に設定している。換言すれば、上下または
左右の２個を一対とする構成のピンチローラ等では、一
方のローラのネジ１３ａ、１１ｃが右ネジであるのに対
して、他方のローラではそれらが左ネジである関係に設
定される。

【００２４】また、締結用ナット部材１３においては、
支持軸１１のネジ部１１ｃの雄ネジとの関係で、雌ネジ
１３ａを細かいピッチに設定している。具体的には、雌
ネジ１３ａのネジピッチがピッチ／（√ネジ径）≦０．
１８に設定している。

【００２５】このように構成した当該複合ローラ１０に
おいては、セラミックローラ１２を締結するための締結
用ナット部材１３の雌ネジ１３ａの締結方向を、同ロー
ラに作用するトルクにより締結される方向に設定してい
ることから、当該複合ローラ１０を、熱間圧延ラインに
おいてローラに対して大きなトルクが付与される工程で
使用しても、当該トルクが締結ナット部材１３に対して
締結する方向に作用する。

【００２６】かつ、当該複合ローラ１０においては、鋭
意検討した結果から、セラミックローラ１２を締結する
締結用ナット部材１３の雌ネジ１３ａのネジピッチを、
支持軸１１のネジ部１１ｃの雄ネジとの関係で、ピッチ
／（√ネジ径）≦０．１８に設定しているため、セラミ
ックローラ１２に対する締結力が増大し、また、仮に、
振動等によりセラミックローラ１２に対する締結状態に
緩みが発生した場合にもセラミックローラ１２の振動を
抑制し得て、セラミックローラ１２の振動に起因する同
ローラ１２の締結状態の緩みの助長を防止することがで
きる。このため、締結用ナット部材１３によるセラミッ
クローラ１２に対する締結状態の弛緩は発生しない。

【００２７】なお、当該複合ローラ１０においては、支
持軸１１におけるセラミックローラ１２の受承部とし
て、支持軸１１の軸部１１ａと一体に設けたフランジ部
１１ｂを採用しているが、同フランジ部１１ｂに換え
て、同フランジ部１１ｂの形成部位を、ネジ部１１ｃと
同様の構成部位とするとともに同構成部位に締結用ナッ
ト部材１３と同様のナット部材を螺着して、同ナット部
材を受承部として機能させるようにすることもできる。

【００２８】

【実施例】本実施例では、複合ローラの供試品として、
普通型ピンチローラ（５種類）、大型ピンチローラ（２
種類）、ルーパローラ（２種類）、メジャーリングロー
ラ（２種類）、キッカーローラ（１種類）を下記に示す
方法で製作し、これらの供試品である各複合ローラを熱
間圧延ラインに使用して、各複合ローラを構成するセラ
ミックローラの締結状態を観察した。

【００２９】上記した各種の複合ローラ１０において
は、当該複合ローラ１０を構成するセラミックローラ１
２の大きさ（軸方向の長さおよび直径）を異にするが、
セラミック原料および成形方法を同じくするものであ
る。また、各支持軸１１は各セラミックローラ１２の形
状に対応した形状および大きさのものである。

【００３０】セラミックローラ１２の成形に当たって
は、成形原料の調製を行う。成形原料の調製は、窒化ケ
イ素粉末に焼結助剤およびバインダを添加し、これをス
プレードライヤにて乾燥・造粒して行い、これにより成
形用のセラミック粉末を調製した。次いで、このセラミ
ック粉末を金属製の中芯を内部に有するゴム型に充填
し、ラバープレス成形法にて円筒状に成形して各種のセ
ラミック成形体を得た。得られた各種のセラミック成形
体は、旋盤を用いた切削加工に付して、焼成による収縮
および仕上げ加工代を見込んだニアネット形状とした。

【００３１】ニアネット形状に切削加工された各種のセ
ラミック成形体は、窒素雰囲気の下、１６５０℃で２時
間焼成して、窒化ケイ素焼結体とした。焼成して得られ
た窒化ケイ素焼結体は、円筒研削盤にて、外周、内周、
両端面、固定穴等を研削加工して、各種のセラミックロ
ーラ１２とした。

【００３２】このようにして製作した各種のセラミック
ローラ１２は、これに対応して製作された各種の支持軸
１１の対応する支持軸１１に組付けられるが、組付けに
当たっては、支持軸１１に通電加熱して、熱電対で温度
を測定しつつ複合ローラ１０の実稼働温度以上の温度と
し、この温度に保持された状態の支持軸１１の環状凹所
１１ｄにセラミックローラ１２を嵌合する。その後、支
持軸１１のネジ部１１ｃ上に締結用ナット部材１３を螺
合しかつ螺進して、セラミックローラ１２を支持軸１１
のフランジ部１１ｂとの間で締結して挟持する。これに
より、各種の複合ローラ１０が製作される。

【００３３】供試品である各種の複合ローラ１０におけ
るセラミックローラ１２の形状等の特性を表１に示すと
ともに、各種の複合ローラ１０を熱間圧延ラインに使用
した場合のセラミックローラ１２の締結状態の観察結果
を表２に示す。また、これらの観察結果に基づき、セラ
ミックローラ１２を締結する締結用ナット部材１３の雌
ネジ１３ａと支持軸１１のネジ部１１ｃの雄ネジとにお
ける、雌ネジ１３ａのネジ径とピッチの関係、および、
ネジ径とピッチ／（√ネジ径）の関係の良否の判定を図
３および図４のグラフに示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】これらの結果を参照すると、複合ローラ１
０を構成するセラミックローラ１２の締結状態の弛緩を
防止する手段としては、セラミックローラ１２を締結す
るための締結用ナット部材１３の雌ネジ１３ａの締結方
向を、同ローラ１２に作用するトルクにより締結される
方向に設定すること、締結用ナット部材１３の雌ネジ１
３ａのネジピッチをピッチ／（√ネジ径）≦０．１８に
設定することが有効であるものと認められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例に係る複合ローラの縦断側面図で
ある。

【図２】同複合ローラの一端側からみた一部省略正面図
（ａ）、および、他端側からみた一部省略正面図（ｂ）
である。

【図３】同複合ローラを構成するセラミックローラを締
結する締結用ナット部材の雌ネジのネジ径とピッチの関
係の良否の範囲を判定するグラフである。

【図４】同複合ローラを構成するセラミックローラを締
結する締結用ナット部材の雌ネジのネジ径とピッチ／
（√ネジ径）の関係の良否の範囲を判定するグラフであ
る。

【符号の説明】

１０…複合ローラ、１１…支持軸、１１ａ…軸部、１１
ｂ…フランジ部、１１ｃ…ネジ部、１１ｄ…環状凹所、
１２…セラミックローラ、１３…締結用ナット部材、１
３ａ…雌ネジ、１３ｂ…カシメ部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の支持軸と、同支持軸上に嵌合さ
   れたセラミック製のローラを備え、同ローラを、前記支
   持軸の一端に設けた受承部と同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、実稼働温度以上に
   加熱された状態で締結して挟持してなる複合ローラであ
   り、前記締結用ナット部材の雌ネジの締結方向を前記ロ
   ーラに作用するトルクにより締結する方向に設定すると
   ともに、同締結ナット部材の雌ネジのネジピッチをピッ
   チ／（√ネジ径）≦０．１８に設定したことを特徴とす
   る耐熱性複合ローラ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の耐熱性複合ローラにお
   いて、前記支持軸の一端側の受承部は、同支持軸に一体
   に形成したフランジ部であることを特徴とする耐熱性複
   合ローラ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の耐熱性複合ローラにお
   いて、前記支持軸の一端側の受承部は、同支持軸の一端
   に螺着した金属製のナット部材であることを特徴とする
   耐熱性複合ローラ。