JP5161586B2 - 金属製先端キャップ付きセラミック製搬送回転機とそのアッセンブリー - Google Patents

Description

本発明は、高温仕様で使用される搬送回転機に関する。又、とりわけ、本発明は、その様な回転機の為に改良された先端キャップ組立て体（アッセンブリー）に関する。

高温仕様で使用される搬送回転機は、複数の金属製先端キャップを有するセラミック製リール（巻胴又は糸巻）を具備しても良い。典型的に、セラミック製リールは、溶かしたシリカを具備する。複数の先端キャップは、軸受けや駆動輪への据付を容易にする。例えば、ガラス品質調整の用途では、セラミック製リールは、ガラス板を支え、そして、複数の先端キャップは、駆動機構との機械的な結合を可能にする。複数の先端キャップは、リールにしっかり接着し、それによって、要求した速度でリールが回転する事を可能にする必要がある。異常な回転がガラス板にとって不均等な支持面を形成するので、異常な回転は、通常、望ましくない。

セラミック製リールと金属製先端キャップの異なる熱膨張は、先端キャップをリールにしっかり固定することを困難にし、そして、異常な回転を生じる。この困難を克服する為に様々な方法が提案された。米国特許第３,８６７,７４８号は、接着剤を使用して先端キャップをリールに固定することを開示する。米国特許第４,２４２,７８２号は、ゴム製O−リングを使い先端キャップの固定を提案する。粘着剤とO−リングは、高温でやわらかく成り、保持力を失い、リールの異常な回転を生じ、先端キャップとリールの間が滑る状態になる可能性がある。事故等で、若し接着剤やO−リングがその様な高温に曝される場合には、それらは、間違いなく保持力を失い、従って、例え温度が正常値に戻った時でも、滑る状態は、依然として、見られる。この理由から、接着剤或いはO−リングを使用する、先端キャップとリールの固定は、低温（２５０℃以下）での用途に限定される。

先端キャップをリールに固定する為、金属製のコネクター類が更に使用される。米国特許第５,３１６,１２９号或いは米国特許第４,４０４,０１１号は、リールと先端キャップ間に螺旋状の巻線コイルの使用を開示する。コイルは、曲線部と直線部を具備し、それによって異なる熱膨張率にも拘わらず、先端キャップとリール間の継続的な接触が可能になる。この文献の平らな側部バネコイルは、相対的に細く且つ相対的に長い部分の連続により構成される。このような状況では、コイル要素の顕著な柔軟性が見られる。それ故に、先端キャップをリールに固定するに十分なトルクを維持する為、あらかじめコイルに十分な応力を加える事が必要である。若し、温度が予期せず上昇（一時的な過熱）すると、トルクが失われ、又その結果、先端キャップとリールの固定が失われる。更に、システム（装置）が冷えても、トルクは、回復しない。米国特許第５,９０６,５６７号や第５,３７０,５９６号は、先端キャップとリールの固定に、曲線状の二種金属（バイメタル）の詰め金（シム）を開示する。二種金属の詰め金の曲率は、温度によって変化するので、それにより、リールと先端キャップ間で安全な接続を維持する。コイルバネ或いは二種金属システムの組立てや修理は、然し困難である。更に、この様な金属コネクターは、特に特定の温度範囲（一般的に４００℃以上）に対して適用される。この範囲外では異常な回転を示す可能性がある。

先端キャップをリールに固定する為に、機械的な固定具が使える。米国特許第４,７５１,７７６号は、リールの先端にある輪（フェルール）の中を通る複数のネジが環状に分配される、先端キャップを示す。先端キャップをリールに固定するために複数のネジで締め付けるが、然し、熱膨張や収縮によりネジが緩んで、異常な回転や滑りの原因となる。この場合、複数のネジは、リールの表面をひどく傷つける。同軸回転を確保するために、リール面に機械加工された平らな表面に複数のネジが装着される。そのようなスリーブの組立てや修理と施錠には、時間を要する。FR２５５０１７２は、リールと先端キャップの間の金属製カラー（襟部）を含む先端キャップを開示する。先端キャップは、リールの平らな表面に合った鍵で適切に固定される。カラーは、先端キャップより大きな熱膨張を有して、先端キャップとリール間の熱膨張の差異を補償することが意図される。米国特許第５,１４６,６７５号は、リール上の平面に対し金属板を締め付け押圧可能で、それにより先端キャップの内部面に対しリールを押し付けるネジを開示する。先端キャップには、ネジと金属板と先端キャップを同時に溶接させる進入開口があり、それによって、ネジの脱落を防止する。実際上、先端キャップとリールは、ただ一つの軸、即ち、ネジを横切って結合する。ただ一つの軸の接点を横切る熱の繰り返し（サイクル）は、リールに対して金属板の異常な回転と動きを発生させる。そのような動きは、金属板を平面の縁に接触させる原因となり、又、リールに亀裂を生じさせる。

従来技術の搬送回転機でしばしば観測される別の問題は、巻取り不良（jamming）問題である。例えば、運搬物が妨害される場合或いは機械的焼き付き等の場合、駆動機構は、作動し続け、ねじれ運動を先端キャップに伝達する。このような状況では、セラミック製リール或いは固定手段がこわれる。搬送回転機が急激な加速或いは減速を受けやすいと、同じ結果が長期間の作動において観測される。

広い適応温度範囲内でセラミック製リールと確実にそして集中的に固定されることを持続することが先端キャップにとって必要である。先端キャップは、一時的な過熱に当然耐えることができ、更に異常な回転を生じさせることなく、温度が正常に戻るとその保持力を回復することができることが必要である。先端キャップは、更に容易に取り付けられることが必要である。搬送回転機は、一時的な巻取り不良に耐え、或いは、ラインの焼き付き等及び急激な加速或いは減速に耐える必要がある。

これらの目的や別の目的は、請求項１に記載の搬送回転機で実現される。実際、先端キャップとセラミック製リールの端（ロールネックとも呼ばれる）の間にはさまれた公差リングは、リールを先端キャップに確実に固定し、非常に効率的なトルク伝達を確保し、リールの異常な回転を防止する。更に、一時的な過熱の場合に、セラミック製リールの寸法がそれ程変化しない一方で、先端キャップと公差リングは、熱で膨張する。それによって、公差リングの締め付け力が減少し、リールが先端キャップで滑り始める。温度が正常に戻ると、先端キャップと公差リングは、夫々の正常な寸法に戻り、そして、保持力は、完全に回復する。この一時的な過熱中に、リールが、公差リングによって先端キャップと同軸のままであることを認識することが重要である。

公差リングは、米国特許第３,０６１,３８６号で既に知られている。公差リングは、弾力性金属から造られると記述され、そして、リングの直径に比べて大幅により低い所定の高さとピッチの複数の波形を有しており、その波形は周囲に配置される。一般的には、ピッチは、直径の１０％未満で、直径の８％未満が好ましい。一般的には、高さは、直径の５％未満で、直径の３％未満が好ましい。米国特許第３,１４２,８８７号は、その様な公差リングの製造方法を示す。この設計は非常に特殊で、螺旋状の巻線平側面コイルと対立する。この特殊な設計の為に、公差リングは、非常に顕著な柔軟性を示す。公差リングの数々の変形例が、従来技術（可変な高さ、ピッチ、一列に並んだ或いは偏った多数の波形の列 等々）に開示され、様々な会社で販売される。原則として、これら全ての種類の公差リングは、使用可能である。長さが先端キャップの内周より短い開いた公差リングを有することが好ましい。その理由は、ロールネックが公差リングを具備した先端キャップに導入されると、リール或いは先端キャップの製造中に発生するかもしれない、僅かな寸法の変化が生じる可能性が高いことにある。先端キャップにおいてリールの同軸性を改善するために、第一の開いた公差リングに平行だが然し開口部が偏って配置される、第二の開いた公差リングを有することが好ましくても良い。更に、剛性を増大する為に、比較的限定されたピッチ（波形の２つの峰の間で２０ｍｍ未満）を有することが非常に好ましい。

内側方向を向く波形を有することが好ましいので、滑る場合に、滑りは、“公差リング―先端キャップ”の結合に対してのみ発生し、リールの表面を損傷しない。

本発明の好適な実施の形態によると、少なくとも１つの公差リングは、少なくとも１つのつまみ（タブ）を具備し、一方で、並行して、セラミック製リールの対応する先端は、公差リングのつまみを収容する為に適合した１つ以上の刻み目（ノッチ）を具部する。このような構成は、一つの軸方向における公差リングとリール間の相関運動を防止する。特に一時的な過熱中（即ち、公差リングによってリールに及ぼされた圧力が最小限度である時）、公差リングからリールの脱落を防止する事が好ましいので、つまみの先端がリールの先端に最も近い刻み目の壁と協働するような方向を向く、つまみを有する事が好ましい。それによって、リールは、僅かに先端の方へのみ移動でき、そして、先端キャップの下部に接触できる。若しこれらの好適なつまみを具備したこの様な公差リングがリールの両側に具備されるならば、リールの全ての相対的動きは防止される。

別の実施の形態に依ると、公差リングは、少なくとも２つのつまみを具備し、一方のつまみは、少なくとも別のつまみと正反対の方向を向く。それによって単一の公差リングに対するリールの全ての相関的な動きは防止される。

上記に示された如く、先端キャップは、公差リングとリールの一方の先端を収容する内周を有する。好ましいことに、先端キャップは、公差リングと先端キャップとの間の相対的動きを制限するための、ステップ（段差）を具備する。特に好適な実施の形態に依ると、先端キャップは、公差リングを収容するように形成された溝を具備する。それによって、例え一時的な過熱の場合でも、先端キャップに対する公差リングの全ての軸方向の動きが防止される。一時的な過熱の間、先端キャップに対するリールの任意の相対的動きを避ける為に、先端キャップに溝付きの公差リングへのつまみの設置を組み合せる事が特に好ましい。

本発明の特別な実施の形態に依ると、先端キャップとセラミック製リールは、両方共、ひとたび、互いに組み立てられると、記号が付けられる。両方の記号は、互いに登録されるので、若し一時的な過熱が発生し、トルクのリールへの伝達が中止しても、記号が分かれている事を悟るだけで、機械の運転者は、この現象に気付く。機械の運転者はその後、適切な対策を取る事ができる。

本発明は、更に、上述した如く、搬送回転機の組立て方法に関する。この方法は、先端キャップの輪（フェルール）に公差リングを取り付ける手順と、先端キャップの中にセラミック製リールの各先端を押し込む手順と、を具備する。手順の順序は重要であるが、さもなければ、リールに対する公差リングの位置は、先端キャップへ前記先端を挿入中に変更可能である。一般的に、セラミック製リールの先端は、例えば、１０００ｋｇ／ｃｍ²等の、数百ｋｇ／ｃｍ²の圧力を発揮する油圧プレスで、公差リングを具備した先端キャップに押付けられる。

公差リングが一つ以上のつまみ（タブ）を具備する場合、方法は、該１つ以上のつまみを内側へ曲げる手順と、つまみがリールの対応する刻み目（ノッチ）に適合するようにリールを一列に並べる手順と、を更に具備する。

本発明に依る搬送回転機は、ホイル或いは薄板（例えばガラス或いは金属の）の任意の種類の熱処理のため或いはその上にコーテイング処理するための搬送の為に使用出来る。この搬送回転機は、重要な温度変化を受けやすい環境にある平たい物品の搬送に特に適する。

本発明をより良く説明する為に、制限されない例による実施方法が、添付図面を参照して以下に説明される。

図１は、２つの先端２１と２２を有するセラミック（陶器）製リール（巻胴又は糸巻）２を具備する搬送回転機を全体的に示す。輪（フェルール）４１を具備する先端キャップ４は、リール２の両先端に配置される（先端２１で形成された先端キャップのみを図１に示す）。公差リング３は、先端キャップ４に挿入される。先端キャップ４は、図１で示す通り、平滑な内面を有する一方で、図２と図３は、先端キャップでの公差リング３の動きを押さえる為に、段差４２或いは溝４３を具備した先端キャップ４を夫々示す。

公差リングは、セラミック製リール２１の先端に形成された刻み目（ノッチ）の壁と協働するつまみ（タブ）３１を具備できる。図１から３において、つまみ３１は、リール２の先端２１に最も近い刻み目の壁と協働する。

搬送回転機が一時的な過熱に耐える可能性を証明し、そして、温度が正常に戻ると正常な作動状態に回復する可能性を証明するために、図２に依る搬送回転機の試験運転が実施された。

内側へ向く複数の波形（長さ：２４２ｍｍ；幅：２５ｍｍ；高さ：１.９ｍｍ；ピッチ：９.４；ステンレス鋼）を有する開いた公差リング３は、内径８０ｍｍの先端キャップ４（鋼）に挿入される。第２の先端キャップの為に作動が繰り返される。リールの２つの先端２１と２２（直径７７ｍｍ）が先端キャップ４に押付けられる。この様な搬送回転機は、室温と２００℃の間で形成された温度で稼動することを目的とする。当業者は、通常の実験の異なる構成（異なる温度で作動する異なる金属）により容易に見出す。

図４は、温度（℃）対伝達トルク（Nm）を示す。トルク値が５０Nm未満である約３００℃迄、トルクは、次第に減少し、そして、リールは滑り始める。温度が正常（下降曲線）に戻ると、伝達トルクは、急速に増加して、当初の値を回復する。３００℃から、リールは滑りを停止する。搬送回転機を取り外した後、セラミック製リールの両先端が完全な状態であり、一時的な過熱の間、全く損傷していなかった事が認められた。図４では、更に、米国特許第５,３１６,１２９号に開示されたようなシステム（装置）に関し、点線で、温度（℃）対伝達トルク（Nm）を示す。この様なシステムは、比較的長くて平らな要素で構成される。システムが加熱されると、伝達トルクは、システムの弾性の限界点に達する約３００℃迄、次第に減少する（曲線A）。その限界点で、伝達トルクは、劇的に降下し、回転機が、先端キャップで滑り始める。システムが正常（曲線B）に戻ると、システムの弾性限界を超えてしまっているので、システムは、当初のトルクを全く回復しない。再度、温度に暴露して冷却（曲線CとD）した場合に、僅かな過熱／冷却の循環後、トルクはもはや伝達されないので搬送回転機を取換えねばならない結果の、同じ現象が観測される。この様な搬送回転機は、顕著な温度変化する環境での使用に明らかに適さない。反対に、本発明の搬送回転機は、この様な要求される用途を十分満足させる事が立証された。

図１は、本発明の実施の形態に従う搬送回転機の図式的断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に従う搬送回転機の図式的断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に従う搬送回転機の図式的断面図である。 図４は、温度（℃）対、伝達トルク（Nm）のグラフを示す。

Claims (10)

1. 室温から３００℃までの温度変化に曝される環境での使用に適した搬送回転機（１）であって
   a）搬送される物品を載せて搬送するためのセラミック製リール（２）と、
   b）前記セラミック製リール（２）の各先端（２１、２２）において、金属性輪（４１）を具備していて且つ前記セラミック製リールの先端（２１）に適合するように形成される特定の内周を有する、先端キャップ（４）と、
   c）前記セラミック製リール（２）の各先端（２１、２２）の周面と前記先端キャップ（４）の内周面との間に介挿される公差リング（３）であって、周方向に配置された複数の波形を有していて且つ前記先端キャップ（４）の内周の軸方向の長さに比べより短い弾性のある金属製の環状公差リング（３）と、
   を具備する、搬送回転機（１）において、
   前記各先端キャップ（４）は、前記セラミック製リールの端部において同軸で固定される、ことを特徴とする搬送回転機（１）。
2. 前記公差リングの前記波形のピッチが、２０ｍｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の搬送回転機。
3. 前記公差リング（３）の前記波形が、前記セラミック製リール（２）に向かって伸張することを特徴とする請求項１又は２に記載の搬送回転機。
4. 少なくとも１つの前記公差リング（３）が、少なくとも１つのつまみ（３１）を具備し、前記セラミック製リール（２）の対応する先端（２１）が、前記公差リング（３）の前記つまみ（３１）を収容するために適合した刻み目（２１１）を具備することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の搬送回転機（１）。
5. 前記つまみ（３１）は、前記つまみの先端が前記刻み目（２１１）の壁と協働するような方向を向くことを特徴とする請求項４に記載の搬送回転機。
6. 前記公差リングが少なくとも２つのつまみを具備し、少なくとも１つのつまみの端部が、少なくとも別のつまみの端部とは反対の方向を向くことを特徴とする請求項５に記載の搬送回転機。
7. 前記先端キャップは、前記公差リング（３）を収容するように形成された段差（４２）或いは溝を具備することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の搬送回転機。
8. a）先端キャップの管状の輪（４１）に、前記先端キャップの内周の軸方向の長さに比べてより短い軸方向の長さを有する、環状公差リングを適合させる手順と、
   b）前記セラミック製リールの各先端を前記先端キャップに嵌合して、前記公差リング（３）を前記セラミック製リール（２）と前記先端キャップ（４）の間に挿入する手順と、
   を具備する請求項１から７の何れか１項に記載の搬送回転機の組立て方法。
9. 更なる手順、a'）前記公差リングの１つ以上のつまみを前記セラミック製リールに向かって曲げる手順と、
   b'）前記つまみが前記リールの対応する刻み目に適合するように、前記リールの位置を調整する手順と、を更に具備する請求項８に記載の方法。
10. 温度変化を受けやすい環境において、平らな物品を搬送する目的を有する、請求項１から７の何れか１項に記載の搬送回転機（１）の使用方法。

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