JP2010214419A - セラミック製ローラー - Google Patents

Abstract

【課題】圧延時にローラーに生じる熱膨張性による割損の防止を図り、スリップの発生を抑制する。
【解決手段】円筒状のセラミック製のローラー本体１内に鋼製の芯金２を嵌め込み、芯金の一端外周にフランジ部２３を張り出し、ローラー本体の内周部１２と芯金２の外周部２５との間の隙間によって生じるスリップを防止するためのスリップ防止機構４をフランジ部２３に設け、隙間は熱膨張による破損防止用の隙間であり、スリップ防止機構４は押圧ねじ４１とばね４２を有し、このばねはローラー本体１側にばね力を付与して、ローラー本体からの回転トルクを上記芯金に伝達可能である。
【選択図】図２

Description

この発明は、圧延材を誘導又は搬送するためのセラミック製ローラーに関するものである。

従来技術として、例えば特開２００８−２２１２２１号公報に開示されているように、金属製のロール基体の表層部にセラミックス製スリーブを嵌合して組み立て、上記ロール基体とスリーブとの熱膨張差に起因するロールの破損を簡易に防止できるセラミックス製ロールが提案されている。
このセラミックス製ロールでは、上記ロール基体のロール胴部の外周部に軸心方向に沿って等間隔を置いて三箇所に環状の凹溝を形成し、各凹溝内に弾性力を有しかつトルクを伝達する金属製リングを装着してあり、この金属製リングが上記ロール胴部の外周とこれに嵌着されるセラミック製ロールの内周との間に介在されている。

特開２００８−２２１２２１号公報

従来例の課題は下記のとおりである。
第１の課題は、トルク伝達を行うための金属製リングを設けるための環状の凹溝を金属製ロールに設ける必要があるから、金属製リング及び凹溝を設けない場合と比して製造コストが高くなること。
第２の課題は、金属製リングを設けるために、セラミックス製スリーブと金属製のロール基体との隙間を、両者の熱膨張差の寸法以上に大きく設計する必要があること。
第３の課題は、金属製リングとセラミックス製スリーブとの接触面、金属製リングと金属製のロール基体との接触面が、それぞれ線接触となるためにスリップが発生しやすいこと。
第４の課題は、上記第２の課題で提示した熱膨張差寸法以上の隙間を設ける必要があるため、この従来例では、セラミックス製ロールの３箇所に配置してある金属製リングが内側から３点支持することとなり、隙間が大きくなる冷間圧延時には、セラミックス製ロールに加わる圧延材の応力が、両側金属製リングのうち、片側の金属製リングと、これに隣接している金属製リングとの間で２点支持となる場合があり、セラミックス製ロールが圧延材に押圧されて、上記隙間分たわむことにより、このセラミックス製ロールが割損するおそれがあること。
この発明の目的は、圧延時にローラーに生じる熱膨張性による割損の防止を図り、スリップの発生を抑制することにある。

本発明に係るセラミック製ローラーは、外輪部を構成しているセラミック製のローラー本体と、内輪部を構成している鋼製の芯金と、上記ローラー本体と上記芯金との間のスリップを防止するためのスリップ防止機構とを備えている。上記芯金は、上記ローラー本体内に嵌め込まれかつ保持されていると共に、ローラー本体の内周面との間に熱膨張による破損防止用の隙間が開けられている。上記スリップ防止機構は、上記ローラー本体及び上記芯金のいずれか一方から他方にばね力を付与するばねを有すると共に、上記ローラー本体からの回転トルクを上記芯金に伝達可能である。
圧延時にローラー本体の破損防止の観点から、破損防止用の隙間はローラー本体が芯金の外周側から熱膨張性により割損応力を受けない幅とするのが良い。
上記スリップ防止機構は上記芯金側に、又は上記ローラー本体と上記芯金との間に跨って設けられる。
上記ローラー本体は内周部の一側開口端に保持溝を形成している円筒体である場合には、上記芯金は、その一側端部外周に上記保持溝に嵌合可能である制御突起部を設け、かつ上記スリップ防止機構は上記制御突起部側に設けられ、上記スリップ防止機構のばねのばね力を上記制御突起部側から上記保持溝の溝内周側面に付与するようにする。上記ローラー本体の内周部とこの内周部と対向している上記芯金の外周部との間の破損防止用の隙間は、上記制御突起部の外周部とこの外周部に対向している上記保持溝の溝内周面との間の破損防止用の隙間より幅を狭くするのが良い。
また、上記ローラー本体は内周部の両側開口端に保持溝をそれぞれ形成している円筒体である場合には、上記芯金は、その一側端部外周に一方の上記保持溝に嵌合可能である制御突起部を設け、他側端部外周に他方の上記保持溝に嵌合可能である環状の保持部材を嵌め込み、上記スリップ防止機構は上記制御突起部側に設けられ、上記スリップ防止機構のばねのばね力を上記制御突起部側から一方の上記保持溝の溝内周側面に付与する。上記ローラー本体の内周部とこの内周部と対向している上記芯金の外周部との間の破損防止用の隙間は、上記制御突起部及び保持部材の各外周部と各外周部にそれぞれ対向している上記各保持溝の溝内周面との間の破損防止用の隙間より幅を狭くするのが良い。

本発明に係るセラミック製ローラーは、外輪部を構成しているセラミック製のローラー本体と、内輪部を構成している鋼製のセラミック製の芯金と、この芯金と上記ローラー本体との連結を保持するための環状の保持部材と、上記ローラー本体と芯金との間に生じるスリップを防止するためのスリップ防止機構とを備えている。上記ローラー本体は、内周部の両側開口端に保持溝をそれぞれ形成している円筒体であり、上記芯金はその一側端部外周に一方の上記保持溝に嵌合可能である制御突起部を設け、上記環状の保持部材は、上記芯金の他側端部外周に嵌め込んであり、他方の上記保持溝に嵌合可能であり、上記スリップ防止機構は上記制御突起部側に設けられ、上記スリップ防止機構のばねのばね力が上記制御突起部側から一方の上記保持溝の溝内周側面に付与されており、上記ローラー本体の内周部とこの内周部と対向している上記芯金の外周部との間の破損防止用の隙間は、上記制御突起部及び上記保持部材の各外周部と各外周部にそれぞれ対向している上記各保持溝の溝内周面との間の破損防止用の隙間より幅が狭い。
上記スリップ防止機構は、押圧ねじを有しており、この押圧ねじが制御突起部にねじ込んであって、先端側でばねを一方の溝内周側面側に向けて押圧可能とする構成が良い。

本発明のセラミック製ローラーによれば、セラミック製のローラー本体内に金属製の芯金を組み込み保持し、上記ローラー本体の内周と芯金の外周との間に割損を防止するための隙間を設け、上記芯金にスリップ防止機構を設けているので、上記ローラー本体の割損を防止することができ、上記ローラー本体と芯金との間のスリップを確実に抑制することができる。

この発明に係るセラミック製ローラーを示す正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 この発明に係るセラミック製ローラーにおけるローラー本体を示す一部切欠正面図である。 この発明に係るセラミック製ローラーにおける芯金と、この芯金から外した保持リングを示す一部切欠正面図である。 この発明に係るセラミック製ローラーにおけるローラー本体、芯金及び保持リングの相互の連結部分を分解して示す拡大断面図である。 この発明に係るセラミック製ローラーにおけるローラー本体、芯金及び保持リングの相互の連結状態を示す拡大断面図である。 この発明に係るセラミック製ローラーの取り付け状態を示す断面図である。

本発明に係るセラミック製ローラーＲの実施形態について説明する。
図１及び図２に示すセラミック製ローラーＲは、セラミック製のローラー本体１と、金属製の芯金２と、この芯金とローラー本体１との連結を保持するための環状の保持部材である保持リング３と、ローラー本体１と芯金２との間に生じるスリップを防止するためのスリップ防止機構４とを備えている。

セラミック製のローラー本体１は、図１〜図３に示すようにセラミック製ローラーＲの外輪部を構成しており、ローラー本体の外周部１１を圧延材Ｍが通過する。ローラー本体１は図２、図３及び図５に示すように円筒体であり、内部が内周部１２に囲まれた中空部となっている。ローラー本体１の内周の両端開口側に保持溝１３，１４を全周に亘って設けてある。ローラー本体１の断面は略Ｔ字型になっている（図３）。
図３に示すローラー本体１における上記略Ｔ字型の断面形状の外形は、外周部１１の外面、内周部１２の外面、両外側端面１５、保持溝１３，１４の溝内周面１６及び溝内周側面１７よりなる。

金属製の芯金２は、図１及び図２に示すようにセラミック製ローラーＲの内輪部を構成している。芯金２は、同心的に配置されかつ一体的に設けられている芯金軸部２１と芯外周部２２とからなる鋼製である。芯金２は、芯金軸部２１の孔２１ａを貫通する駆動軸（図示されない。）により、圧延材Ｍの進行方向と一致するよう回転される。
芯金軸部２１は芯金２の軸心部に位置している。芯金軸部２１の中心部を貫通している孔２１ａの上部には、キー溝２１ｂをこの孔と連続して設けてある。
芯外周部２２は、図４に示すように、その右側端縁部の外周に制御突起部であるフランジ部２３を張り出し、左側端縁部の外周に雄ねじ部２４を設けてある。

保持リング３は、図２及び図４に示すように環状に形成されており、その内周面に雌ねじ部３１を形成している。
保持リング３は芯金２の一端部（図２左端部）に嵌め込まれており、雌ねじ部３１が芯金の雄ねじ部２４にねじ結合されている。
芯金２は、その外周部がフランジ部２３と保持リング３とによって溝状の外周部２５を形成している（図５）。

ローラー本体１、芯金２及び保持リング３の関係について説明する。
まず、ローラー本体１及び保持リング３に対する芯金２の保持関係について図２〜図４を参照して説明する。
芯金２はローラー本体１の内周部１２に囲まれた中空部内に嵌め込まれ、このローラー本体と同心である。芯金２の一端側のフランジ部２３はローラー本体１の一方（図２右方）の保持溝１３に嵌合されている。フランジ部２３及び保持溝１３によって、芯金２は、ローラー本体１から図２右方への離脱が規制されている。
また、芯金２の他端側の雄ねじ部２４には保持リング３の雌ねじ部３１が結合されている。保持リング３はローラー本体１の他方（図２左方）の保持溝１４内に配置されている。保持リング３及び保持溝１４によって、芯金２は、ローラー本体１から図２左方への離脱が規制されている。
このように、ローラー本体１内に嵌め込まれた芯金２は、一方の保持溝１３内のフランジ部２３と、他方の保持溝１４内に位置しかつ雄ねじ部２４及び雌ねじ部３１によって固定されている保持リング３とによって挟まれた状態でローラー本体と一体的に連結され、保持されている。
次に、ローラー本体１、芯金２及び保持リング３の結合関係について図５及び図６を参照して説明する。
ローラー本体１の内周部１２は芯金２の溝状の外周部２５に嵌め込まれており、この内周部と芯金の外周部との間に幅Ｗ１を有する熱膨張による破損防止用の隙間５を設けてある。
また、ローラー本体１における一方の保持溝１３内にはフランジ部２３が嵌め込まれているが、保持溝１３の溝内周面１６とフランジ部の外周部との間に幅Ｗ２を有する熱膨張による破損防止用の隙間６を設けてある。また、他方の保持溝１４内には保持リング３が嵌め込まれているが、保持溝１４の溝内周面１６と保持リングの外周部との間に幅Ｗ３を有する熱膨張による破損防止用の隙間７を設けてある。隙間７の幅Ｗ３と上記隙間６の幅Ｗ２とは同一である。
ところで、図６に示す隙間５については、圧延材Ｍがローラー本体１の外周部１１上を通過する際、圧延材の熱はローラー本体と芯金２に伝達されるが、この芯金はローラー本体と比較して熱膨張率が大きいため、内周部１２を芯金２の溝状の外周部２５が押圧してローラー本体に割損が生じない程度の隙間である。換言すれば、ローラー本体１が圧延材Ｍから受ける荷重Ｌは、隙間５の部分で受けるものとし、ローラー本体と芯金２の熱膨張差により、隙間５の幅Ｗ１は芯金の外周部２５によりローラー本体の内周部１２が押圧されて割損しない寸法としてある。
隙間６，７に関して、ローラー本体１と芯金２の熱膨張差が生じても、図６に示す芯金２のフランジ部２３及び保持リング３の外周部と、ローラー本体１の溝内周面１６との隙間６，７の各幅Ｗ２，Ｗ３は、熱膨張差により接触することがないように、隙間５の幅Ｗ１と比較して大きい寸法としてある。

スリップ防止機構４について説明する。
スリップ防止機構４は、図１、図５及び図６に示す例によれば、フランジ部２３に等間隔を置いて４箇所に設けられ、いずれも押圧ねじ４１、ばね４２及びワッシャー４３を備えている。押圧ねじ４１、ばね４２及びワッシャー４３はフランジ部２３の幅方向に貫通状態に開けられている孔２３ａに挿入されている。孔２３ａ内には、ばね４２を挟んで図５右側に押圧ねじ４１を、その反対側にワッシャー４３を配置してある。
押圧ねじ４１は、フランジ部２３の孔２３ａの雌ねじ部に一側面側（図６右側面側）から他側に向けてねじ込まれ、ばね４２を他側に向けて押圧している。ばね４２は皿ばねなどが用いられており、そのばね力は押圧ねじ４１から付与されている。ワッシャー４３は、図６に示すようにローラー本体１の保持溝１３の溝内周側面１７に接触している。
図６に示すように、押圧ねじ４１の締め付けによって、ばね４２のばね力がワッシャー４３を通じて芯金２の溝状の外周部２５内に位置しているローラー本体１の保持溝１３，１４の溝内周側面１７に押圧力として与えられるから、フランジ部２３及び保持リング３間のローラー本体１の内周部１２の保持状態が安定し、かつ圧延材Ｍを介してローラー本体１に伝えられる回転トルクが芯金２に伝達される。

スリップ防止機構４は、図６に示すように、ばね４２が撓み作用と押圧作用により、ローラー本体１の保持溝１３の溝内周側面１７と、芯金２のフランジ部２３及び保持リング３との間に生じる熱膨張差による側面方向（図６左右方向）の割損防止を行うと共に、ローラー本体と芯金との間に生じるスリップの防止を行っている。
スリップ防止機構４によるスリップ防止機能についてさらに説明する。
セラミック製ローラーＲの使用を開始する時点、即ち、冷間圧延時にはローラー本体１の内周部１２と芯金２の外周部２５の隙間５の幅Ｗ１が大きくなるために、ローラー本体１と芯金との間でスリップが発生しやすい状態にある。
このような冷間圧延時には、芯金２のフランジ部２３に設けてあるばね４２の押圧力が、ローラー本体１の保持溝１３，１４の溝内周側面１７から内周部１２に付与されるから、ローラー本体と芯金２との連結が補強され、ばねの押圧力によってローラー本体と芯金との間のスリップが抑制される。
また、熱間圧延時にはローラー本体１と芯金２との隙間５の幅Ｗ１が略ゼロになることにより、ローラー本体と芯金との間のスリップが防止される。

圧延時において、図７に示すように、セラミック製ローラーＲは数度傾斜して取り付けられており、断面丸形状の圧延材Ｍは図右側のローラー本体１の外周部１１上で搬送される。この時、ローラー本体１の外側端面１５から保持溝１３の溝内周側面１７までの距離Ｄ２と、通過する圧延材Ｍの外周面から中心までの最小寸法（最小径）である径寸法Ｄ１との関係が「Ｄ１＞Ｄ２」となるように設定されており、圧延材の荷重が保持溝１３，１４の存在によって薄肉となっているローラー本体の溝内周面１６に及ばないようにし、専ら隙間５（図６）を形成しているローラー本体の内周部１２でのみ上記荷重を受けるようにしてある。このため、セラミック製ローラーＲにおいて、ローラー本体１の一方の保持溝１３側の端部における割損を抑制することができる。

本発明のセラミック製ローラーＲの使用時において、荷重Ｌ（図６）をローラー本体１の外周部１１で受けるが、隙間６，７がないものと仮定すると、荷重は両側の保持溝１３，１４の溝内周面１６で受けることになり、これは２点支持梁の状態となるから、例えばローラー本体１の両側の溝内周面１６と溝内周側面１７の交わる位置から内方に向けて斜め上方に亀裂が発生し易くなり、割損の原因となる可能性が大であるものと推察される。このような亀裂による割損を避けるために、荷重Ｌはローラー本体１の内周部１２で受けるように狭い隙間５を設けている。
図６に示す狭い隙間５は、ローラー本体１と芯金２の熱膨張差によりローラー本体が割損しない程度であり、かつ、スリップが発生しない程度の幅Ｗ１である。そして、隙間６，７の幅Ｗ２，Ｗ３は狭い隙間５の幅Ｗ１より大である。

本発明のセラミック製ローラーＲでは、耐摩耗性を向上させるために、外輪部を耐摩耗性の高いセラミック製のローラー本体１で構成し、また内輪部を製造コストが安い鋼製の芯金２とすることにより、耐久性を確保すると共に、製造コストダウンを図ることができる。
本発明のセラミック製ローラーＲでは、熱間圧延時にセラミック製のローラー本体１と鋼製の芯金２との熱膨張性により、割損する課題が隙間６，７を設けると共に、これらの隙間が隙間５より大きく設定していることで解決される。
本発明のセラミック製ローラーＲでは、冷間時にセラミック製のローラー本体１と鋼製の芯金２との隙間５が大きくなってスリップが発生するおそれがある課題がスリップ防止機構４を設けることによって解決される。

図示するセラミック製ローラーＲにあっては、外輪部を構成するセラミック製のローラー本体１内に内輪部を構成している鋼製の芯金２を組み込んで、フランジ部２３と保持リング３とによって保持し、上記ローラー本体と芯金２との間に隙間５，６，７を設けることによって、膨張差によるローラー本体の割損を防止することができる。そして、セラミック製ローラーＲでは、芯金２側にスリップ防止機構４を設けて、このスリップ防止機構を介してローラー本体１の回転トルクを芯金２へ伝達可能としているから、割損を防止するために設けている隙間５，６，７によるスリップを防止することができる。
図示するセラミック製ローラーＲによれば、特に冷間圧延時には、スリップ防止機構４を設けているので、ローラー本体１と芯金２との間のスリップを防止することができ、熱間圧延時にはローラー本体１と上記芯金との隙間５を、熱膨張性によりローラー本体が芯金により内側から割損応力を受けない幅Ｗ１としてあり、かつ、上ローラー本体と芯金とはその熱膨張差により互いにスリップするのを抑制する隙間として存在しているから、割損防止とスリップ防止の効果が得られる。
図示するセラミック製ローラーＲによれば、前記従来例のような金属製リング及び環状の凹溝を設ける必要がない分だけ、製造コストを低く抑えることができる。

芯金２における制御突起部２３は、図１及び図２に示すように芯の外周全周に連続して設けているが、複数の突片を間隔を置いて突出させたものであっても良い。スリップ防止機構４は図２に示すように芯金２側に設けても良いが、この芯金とローラー本体１とに跨って設けても良い。スリップ防止機構４の構成は図示のものに限定されない。

１ ローラー本体
１１ ローラー本体の外周部
１２ ローラー本体の内周部
１３，１４ 保持溝
１５ 外側端面
１６ 溝内周面
１７ 溝内周側面
２ 芯金
２１ 芯金軸部
２２ 芯外周部
２３ フランジ部（制御突起部）
２４ 雄ねじ部
２５ 外周部
３ 保持リング（保持部材）
３１ 雌ねじ部
４ スリップ防止機構
４１ 押圧ねじ
４２ ばね
４３ ワッシャー
５，６，７ 隙間
Ｄ１ 圧延材の径寸法
Ｄ２ 距離
Ｍ 圧延材
Ｒ セラミック製ローラー
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 隙間の幅

Claims (9)

1. 外輪部を構成しているセラミック製のローラー本体と、内輪部を構成している鋼製の芯金と、上記ローラー本体と上記芯金との間のスリップを防止するためのスリップ防止機構とを備えており、
   上記芯金は、上記ローラー本体内に嵌め込まれかつ保持されていると共に、ローラー本体の内周面との間に熱膨張による破損防止用の隙間が開けられており、
   上記スリップ防止機構は、上記ローラー本体及び上記芯金のいずれか一方から他方にばね力を付与するばねを有すると共に、上記ローラー本体からの回転トルクを上記芯金に伝達可能である
   ことを特徴とするセラミック製ローラー。
2. スリップ防止機構は芯金側に設けてあり、ばねのばね力が上記芯金からローラー本体に向けて付与されていることを特徴とする請求項１記載のセラミック製ローラー。
3. 破損防止用の隙間は、ローラー本体が芯金の外周側から熱膨張性により割損応力を受けない幅であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のセラミック製ローラー。
4. ローラー本体は内周部の一側開口端に保持溝を形成している円筒体であり、
   芯金は、その一側端部外周に上記保持溝に嵌合可能である制御突起部を設けてあり、
   スリップ防止機構は上記制御突起部側に設けられ、上記スリップ防止機構のばねのばね力が上記制御突起部側から上記保持溝の溝内周側面に付与されており、
   上記ローラー本体の内周部とこの内周部と対向している上記芯金の外周部との間の破損防止用の隙間は、上記制御突起部の外周部とこの外周部に対向している上記保持溝の溝内周面との間の破損防止用の隙間より幅が狭いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセラミック製ローラー。
5. ローラー本体は内周部の両側開口端に保持溝をそれぞれ形成している円筒体であり、
   芯金は、その一側端部外周に一方の上記保持溝に嵌合可能である制御突起部を設け、他側端部外周に他方の上記保持溝に嵌合可能である環状の保持部材を嵌め込んであり、
   スリップ防止機構は上記制御突起部側に設けられ、上記スリップ防止機構のばねのばね力が上記制御突起部側から一方の上記保持溝の溝内周側面に付与されており、
   上記ローラー本体の内周部とこの内周部と対向している上記芯金の外周部との間の破損防止用の隙間は、上記制御突起部及び保持部材の各外周部と各外周部にそれぞれ対向している上記各保持溝の溝内周面との間の破損防止用の隙間より幅が狭いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセラミック製ローラー。
6. ローラー本体の一側の外側端面から一方の保持溝の溝内周側面までの距離Ｄ２と、上記ローラー本体の外周部上を通過する圧延材の径寸法Ｄ１との関係がＤ１＞Ｄ２となるように設定されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のセラミック製ローラー。
7. 外輪部を構成しているセラミック製のローラー本体と、内輪部を構成している鋼製のセラミック製の芯金と、この芯金と上記ローラー本体との連結を保持するための環状の保持部材と、上記ローラー本体と芯金との間に生じるスリップを防止するためのスリップ防止機構とを備えており、
   上記ローラー本体は、内周部の両側開口端に保持溝をそれぞれ形成している円筒体であり、
   上記芯金は、その一側端部外周に一方の上記保持溝に嵌合可能である制御突起部を設け、
   上記環状の保持部材は、上記芯金の他側端部外周に嵌め込んであり、他方の上記保持溝に嵌合可能であり、
   上記スリップ防止機構は上記制御突起部に設けられ、上記スリップ防止機構のばねのばね力が上記制御突起部側から一方の上記保持溝の溝内周側面に付与されており、
   上記ローラー本体の内周部とこの内周部と対向している上記芯金の外周部との間の破損防止用の隙間は、上記制御突起部及び上記保持部材の各外周部と各外周部にそれぞれ対向している上記各保持溝の溝内周面との間の破損防止用の隙間より幅が狭いことを特徴とするセラミック製ローラー。
8. 上記スリップ防止機構は押圧ねじを有しており、この押圧ねじは制御突起部にねじ込んであって、先端側でばねを一方の溝内周側面側に向けて押圧可能であることを特徴とする請求項７記載のセラミック製ローラー。
9. ローラー本体の一側の外側端面から一方の保持溝の溝内周側面までの距離Ｄ２と、上記ローラー本体の外周部上を通過する圧延材の径寸法Ｄ１との関係がＤ１＞Ｄ２となるように設定されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のセラミック製ローラー。

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