JP2005272862A

JP2005272862A - セラミックス製回転体

Info

Publication number: JP2005272862A
Application number: JP2004083983A
Authority: JP
Inventors: Shigesada Sugiyama; 茂禎杉山; Shinichi Yokosuka; 伸一横須賀; Giichi Sano; 義一佐野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】回転時に胴部に軸部が接合された回転体の軸部が胴部から抜けることを防止し、軸部と胴部との接合部に割れが発生することを抑え、低い温度で容易に嵌合でき、必要に応じて軸部を胴部から容易に取り外すことができるセラミックス製回転体を提供する。
【解決手段】回転体の胴部と軸部をセラミックスにより形成し、中空円筒状の胴部の両端部に軸部を接合したセラミックス製回転体であって、胴部の内周または／および軸部の外周の接合部の一部に凹部を形成し、該凹部に硬質粒子を含有する接着剤を充填させて、胴部と軸部を嵌合したことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐摩耗性、耐食性および耐熱性に優れるセラミックスからなる中空円筒状の胴部と軸部を嵌合して組立てたロールやローラなどの回転体に関する。

耐摩耗性、耐食性および耐熱性の要求されるロールとして、連続溶融金属めっき装置のめっき浴中に装備されるロールがある。連続溶融金属めっき装置は、表面を清浄、活性化した鋼板を亜鉛等の溶融金属浴中に浸漬、走行させながら連続的にめっきを行うものである。その際、シンクロールやサポートロール等の連続溶融金属めっき用ロールが溶融金属浴中に浸漬されて用いられる。溶融亜鉛の場合、浴中温度は約４８０℃になる。

図６は連続溶融金属めっき装置の概略を示す。図６において、焼鈍炉から送出された鋼板１は、酸化防止のスナウト２を通り、亜鉛の溶融金属浴３の中に浸漬される。そして、鋼板１は溶融金属浴３中の底部に懸架されたシンクロール４により進行方向を変えられ浴面側に上昇する。次いで、浴面に近い位置に浸漬、支持された一対のロールからなるサポートロール５で鋼板１を挟み込み、鋼板１の反りや振動を防止する。続いて、溶融金属浴３面の上方にあるガスワイピング６によって高速ガスを吹き付け、そのガス圧、吹き付け角度により付着めっきの厚さを均一に調整する。このようにして、めっきが施された鋼板１は次の工程に送られる。

従来のセラミックス製の連続溶融金属めっき用ロールとして、例えば特許文献１には、ロール胴部とロール軸部を窒化ケイ素系セラミックスにより中空状に形成し、ロール胴部の両端部にロール軸部を嵌合または螺合により接合した連続溶融金属めっき用ロールが記載されている。これは耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れる、ロールを軽量化でき回転しやすい、ロールを浴中から引き揚げた際に割れを防止できる、ロール全体をセラミックスにより長尺化できるという利点を有する。

特許文献２には、ロール胴部とロール軸部を窒化ケイ素系セラミックスにより中空状に形成し、ロール軸部をロール胴部内面にねじ接合し、ねじの山部および谷部に平坦部を形成した連続溶融金属めっき用ロールが記載されている。また、熱膨張係数がセラミックスに近い耐熱性無機接着剤などの緩衝材をねじ間に介在させたり、ねじの表面にめっきや溶射を施すことが記載されている。これは前述の文献の利点に加えて、ねじの破壊を防止できるという利点を有する。

特開２００１−８９８３６号公報特開２００２−１６１３４７号公報

連続溶融金属めっき用サポートロールの場合、ロールの駆動軸はロールを駆動させるスピンドルシャフトにより回転させられ、一方ロール胴部も鋼板から摩擦力を受け鋼板の進行方向に回転させられる。しかしながら、ロールを駆動させるスピンドルシャフトおよびロールのクラッチ部は自在継手の形式をとるため、スピンドルシャフトが常に一様な回転をしてもロール駆動軸は一様な回転をせず速度変動を生じる。

前記従来の連続溶融金属めっき用ロールは、この速度変動により、ロール胴部のねじ接合が緩められ、ロール軸部がロール胴部から抜けて外れやすい。また、ロール胴部とロール軸部を接合して組立てる際やロールを金属めっき浴に浸漬させる際、あるいは実機で使用中にトルクが付加される際に、ロール胴部とロール軸部のねじ接合部に応力集中が発生し、ねじ接合部に割れが生じやすいという課題があった。

これらの課題を解決すべく、本発明者は特願２００３−３３２６３号に連続溶融金属めっき用ロールにおける嵌合構造を提案した。これは、ロール胴部とロール軸部をセラミックスにより中空状に形成し、ロール胴部の両端部にロール軸部を接合するものであって、ロール軸部の外周面の接合部に凸部と螺旋状のねじ部を形成し、ロール胴部の内周面の接合部に該凸部に対応する凹部と螺旋状のねじ部を形成し、それぞれのねじ部同士を嵌合するとともに、ロール軸部の凸部をロール胴部の凹部に嵌合するものである。

しかしながら、これもロール軸部とロール胴部を接合して組立てる際に、ロール胴部を高温加熱またはロール軸部を冷却して嵌合する必要があり、大掛かりな装置を要する。また、軸部が損傷等した場合に、軸部を胴部から取り外したいとき、胴部を急速かつ高温に加熱したとしても、軸部も同様に加熱されるため取り外しが容易でないという欠点がある。

そこで、本発明は回転時に胴部に軸部が接合された回転体の軸部が胴部から抜けることを防止し、軸部と胴部との接合部に割れが発生することを抑え、常温または５００℃以下の温度で容易に嵌合でき、必要に応じて軸部を胴部から容易に取り外すことができるセラミックス製回転体を提供することを目的とする。

本発明は、連続溶融金属めっき用ロールのように溶融金属浴中など耐熱性の要求される用途でのロール、ローラに適するが、それに限らずセラミックスからなる中空円筒状の胴部と軸部を嵌合する回転体に適用できるものである。

本発明のセラミックス製回転体は、回転体の胴部と軸部をセラミックスにより形成し、中空円筒状の胴部の両端部に軸部を接合したセラミックス製回転体であって、胴部の内周または／および軸部の外周の接合部の一部に凹部を形成し、該凹部に硬質粒子を含有する接着剤を充填させて、胴部と軸部を嵌合したことを特徴とする。

前記本発明において、胴部と軸部の嵌合は中間ばめが好ましい。また胴部と軸部が相対移動することにより、両者の接合面間に接着剤中の硬質粒子が引き込まれて介在することを特徴とする。また、本発明のセラミックス製回転体は連続溶融金属めっき用ロールの用途に用いられることを特徴とする。

本発明のセラミックス製回転体は、胴部の内周または／および軸部の外周の接合部の一部に、断面形状が円弧状の浅い凹部またはそれに準じる応力集中の小さな凹部を形成させて、その凹部にセラミックス粒子などの硬質粒子を含有する接着剤を充填させた後、胴部と軸部を常温または５００℃以下の温度で嵌合する。

本発明の構成により、回転中に胴部と軸部が相対移動しても、両者の接合面間に充填された接着剤中の硬質粒子が入り込み、介在するので、すべり摩擦抵抗が増大し、回転体の軸部が胴部から抜けることを防止できる。また、従来のような割れの起点となりやすいねじ部が存在しないので、接合部に割れが発生することを抑えられる。さらに、胴部と軸部との接合を常温または５００℃以下の温度でできるため大掛かりな装置が不要となる。さらに、必要に応じて軸部を胴部から容易に取り外すことができる。

また、本発明の接着剤中の硬質粒子は平均粒径が１〜１００μｍのものが望ましい。硬質粒子の硬さは、接着剤充填部（凹部）における胴部と軸部の接合面間のせん断強さ（すべり摩擦抵抗）が１ＭＰａを超えることを満足するものが好ましい。また、接着剤は加熱硬化または常温硬化されるものがあり、どちらの種類でもよい。

以下、本発明のセラミックス製回転体の一例として、連続溶融金属めっき装置のサポートロールに本発明を適用した実施例について説明する。

図１は、本発明のサポートロール５の概略断面図を示す。図１において、サポートロール５は、中空円筒状のロール胴部７の片端部内にロール軸部８を、ロール胴部７の他端部内に別のロール軸部８を嵌合することにより構成される。ロール胴部７の外周面は鋼板１が接触して通板される面である。ロール胴部７およびロール軸部８は、溶融金属浴に対して優れた耐食性、耐熱性を有する窒化ケイ素セラミックスにより作製した。

図２は、図１中の接合部１５の拡大概略断面図である。図２（ａ）は、胴部７の内周面の一部に、断面形状が円弧状の浅い凹部１０を胴部７の円周方向に螺旋形状に穿設したものを示す。図２（ｂ）は、胴部７の内周面および軸部８の外周面の一部に、断面形状が円弧状の浅い凹部１０をそれぞれの円周方向に螺旋形状に穿設したものを示す。このように、凹部１０は胴部７または軸部８あるいは両者に適宜設けられる。

図３は、本発明の凹部の施工形状例を示す模式図である。図３（ａ）は、胴部７の内周面または軸部８の外周面の一部に、凹部１０を円周方向に螺旋形状に施工したものを示す。図３（ｂ）は、凹部１０を胴部７または軸部８の軸方向に施工したものを示す。図３（ｃ）は、輪郭が円形状の凹部１０を分布させたものを示す。これらの施工形状は回転体に作用するスラスト力や回転トルクなどを考慮して適宜選定される。

本発明の実施例では、図２（ａ）および図３（ａ）のように、胴部７の内周面の一部に凹部１０を形成した。そして、平均粒径１５μｍのセラミックスからなる硬質粒子が分散した接着剤１１を凹部１０の溝の内部に充填させた。このように接着剤１１を充填させた胴部７を、軸部８に中間嵌めで挿入させ、接着剤１１が硬化されて接合が完了する。

図４は本発明の接着剤中の硬質粒子による作用を説明する図である。図４において、回転中に胴部７と軸部８が相対移動した場合、つまり移動前の凹部１４の位置が、矢印の方向へ移動後の凹部１０の位置へずれた場合、両者の接合面間に充填された接着剤１１中の硬質粒子１２が入り込み、介在する。このため、胴部７と軸部８とのすべり摩擦抵抗が増大し、軸部８が胴部７から抜けることを防止できる。

図５は本発明の他形態のサポートロール５（セラミックス製回転体）の概略断面図を示す。図５（ａ）は、胴部７と軸部８との接合部がインローになっているものを示す。図５（ｂ）は、胴部７が軸方向に複数個に分割され、各々の胴部７同士をセラミックスからなるリング状の接合部材１６により接合した場合を示す。図５において、それぞれの接合部に、本発明の凹部を施し硬質粒子を含有した接着剤を充填させて接合を行なう。

また本発明において、胴部７と軸部８との接合面間に緩衝膜を介在させると接合部に発生する応力集中を一層緩和できる。緩衝膜の厚みは接着剤中の硬質粒子径の３倍以下、強さは硬質粒子同等以下のものを用いるのが好ましい。

本発明の実施例のサポートロール５を連続溶融金属めっき装置において、板厚が２ｍｍ、板幅が１３００ｍｍのＳＵＳ３００系ステンレス鋼板を亜鉛めっき処理したところ、約１ヶ月の連続使用後、サポートロール５は侵食、摩耗が殆ど見られず、また使用中にロール軸部がロール胴部から抜けることがなく、ロール軸部とロール胴部との接合部に割れは見られなかった。また、ロール軸部を胴部から容易に取り外すことができた。

以上、サポートロールの実施例について述べたが、本発明はその他の用途のセラミックス製回転体に適用できることは言うまでもない。

本発明のセラミックス製回転体は、使用中に軸部が胴部から抜けることを防止でき、軸部と胴部との接合部に割れが発生することを防止できる。また、常温または５００℃以下の温度で容易に嵌合でき、必要に応じて軸部を胴部から容易に取り外すことができる。さらに、胴部または軸部の一部分が損傷して、取り替えが必要な際には、胴部を５００℃以下の低温で加熱するだけで、接合を解くことができ、予め準備しておいた胴部または軸部を用いて、新品の回転体と同様な方法で接合し再度使用できる。

本発明の一例であるサポートロールの概略断面図を示す。図１中の接合部の拡大概略断面図を示す。本発明の凹部の施工形状例を示す模式図である。本発明の接着剤中の硬質粒子による作用を説明する図である。本発明の他形態のセラミックス製回転体の概略断面図を示す。連続溶融金属めっき装置の概略を示す図である。

符号の説明

１鋼板、２スナウト、３溶融金属浴、４シンクロール、
５サポートロール、６ガスワイピング、７胴部、
８軸部、１０凹部、１１接着剤、１２硬質粒子、１４凹部、
１５接合部、１６接合部材

Claims

回転体の胴部と軸部をセラミックスにより形成し、中空円筒状の胴部の両端部に軸部を接合したセラミックス製回転体であって、胴部の内周または／および軸部の外周の接合部の一部に凹部を形成し、該凹部に硬質粒子を含有する接着剤を充填させて、胴部と軸部を嵌合したことを特徴とするセラミックス製回転体。
前記嵌合が中間ばめであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス製回転体。
前記胴部と軸部が相対移動することにより、両者の接合面間に前記接着剤中の硬質粒子が引き込まれて介在することを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス製回転体。
連続溶融金属めっき用ロールの用途に用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックス製回転体。