JP6991908B2

JP6991908B2 - 筒状体

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Publication number: JP6991908B2
Application number: JP2018054407A
Authority: JP
Inventors: 親平堤; 仁志柳谷; 光二中本
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: JP2019167183A

Description

この発明は、その表面に三元アブレシブ摩耗が生じ得る環境で用いられる筒状体、特に、ベルトコンベヤに用いられるプーリやローラ等の筒状体、及び、その筒状体を用いたベルトコンベヤに関するものである。

ベルトコンベヤは、化学プラントや発電所、製鉄所、下水処理場、ゴミ処理場、その他各種の施設において、原料や燃料、処理済の材料、廃棄物等の各種搬送物の搬送に用いられている。

一般に、ベルトコンベヤは、駆動プーリと従動プーリとの間に無端状の帯状部材からなるゴム製ベルトを巻き付け、駆動プーリを回転させることにより、そのベルトを駆動プーリと従動プーリとの間で周回運動させて搬送物を搬送している。

また、駆動プーリと従動プーリとの間には、適宜、搬送側のベルトに対してキャリアローラ（搬送側案内ローラ）を、リターン側のベルトに対してリターンローラ（リターン側案内ローラ）を、というように、各位置のベルトに接触する案内ローラが配置される。

駆動プーリや従動プーリ、案内ローラ等の各筒状体は、ベルトの幅方向に沿って配置され、その筒状体の軸心に、ベアリングを介して配置された回転軸周りに回転可能である。駆動プーリは、モータ等の駆動力によって回転し、駆動プーリの外面とベルトの表面との間の摩擦によってベルトを周回運動させる。また、従動プーリ、案内ローラは、ベルトの周回運動に合わせて、ベルトとの摩擦によってそれぞれ回転軸回りに回転する（例えば、特許文献１参照）。

駆動プーリや従動プーリ、案内ローラ等の各筒状体の素材には、ベルトに触れる筒状の外枠の部分に鋼管が用いられる場合が多い。また、ベルトコンベヤではなく、ローラコンベヤに関する技術であるが、例えば、特許文献２には、筒状体の外枠に鋳鉄を用いる技術が開示されている。

特開２０１６－１３２５３３号公報特開昭６１－１５９５５１号公報

ところで、駆動プーリや従動プーリ、案内ローラ等の各筒状体には、ベルトの表面との摺接等によって摩耗を生じやすい。さらに、搬送物が、特に砂利やガラス等の硬質物を含む場合は、各筒状体とベルトとの間に硬質物が介在することによって、ベルトの表面に三元アブレシブ摩耗と呼ばれる摩耗を生じやすい。

ここで、アブレシブ摩耗とは、互いに接触する部材間に介在する異物により、その表面が削り取られる摩耗現象のことをいう。この摩耗現象は、互いに接触する部材の対向面同士の硬さの差が大きく、また、硬い方の部材の面に粗い突起が存在する場合や、あるいは、対向面間に硬質物からなる異物が介在した場合に生じやすいといわれている。対向面同士の硬さの差を原因とする摩耗を二元アブレシブ摩耗、対向面間の突起や異物の介在を原因とする摩耗を三元アブレシブ摩耗という。

駆動プーリや従動プーリ、案内ローラ等の各筒状体に三元アブレシブ摩耗が生じると、ベルトコンベヤの稼働を停止して、筒状体やその他部材の交換を行う必要がある。このような作業は長時間を要し、また、相当な手間とコストを要するので、筒状体に生じる三元アブレシブ摩耗をできる限り抑制したいという要請がある。

なお、ベルトコンベヤのプーリやローラの摩耗対策として、ベルトに接触する表面に、焼き入れ処理により硬度を高めた鋼管や、その表面に硬質クロムメッキを施した鋼管等が使用されている例もあるが、上述の三元アブレシブ摩耗の抑制には至っていないのが現状である。

また、ベルトコンベヤのプーリやローラだけでなく、機械部品の摺動部等においても、他の部材と接触しながら軸周り回転する筒状体の表面に生じる三元アブレシブ摩耗を抑制したいという要請がある。

そこで、この発明は、ベルトコンベヤのプーリやローラ等、軸周り回転する筒状体の表面に生じる三元アブレシブ摩耗を抑制することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、他の部材と接触しながら軸周り回転することでその表面に三元アブレシブ摩耗が生じ得る筒状体をダクタイル鋳鉄製としたのである。

ここで、前記他の部材は、ベルトコンベヤの無端状のコンベヤベルトであり、前記筒状体は前記コンベヤベルトの表面に接触するものである構成を採用することができる。

また、前記筒状体は、前記コンベヤベルトの表面に接触する駆動プーリ、従動プーリ及び案内ローラの一部又は全部とすることができる。

前記筒状体を構成するダクタイル鋳鉄は、黒鉛粒数が３００個／ｍｍ^２以上、黒鉛粒径が１５μｍ以下、黒鉛粒が占める面積率が８％以上１２％未満である構成を採用することができる。

これらの各態様からなる筒状体を、駆動プーリ、従動プーリ及び案内ローラの一部又は全部に用いたベルトコンベヤを採用することができる。

この発明は、筒状体をダクタイル鋳鉄製としたので、その筒状体の表面に生じる三元アブレシブ摩耗を抑制することができる。

この発明の筒状体を用いたベルトコンベヤの横断面図この発明の筒状体を用いたベルトコンベヤの縦断面図筒状体の使用状態を示す斜視図実験例を示し、（a)は実験装置を示す模式図、（b)は実験結果を示すグラフ図実験例を示し、（a)は実験装置を示す模式図、（b)は実験結果を示すグラフ図

この発明の実施形態及び実験例を、図１～図５に基づいて説明する。図１及び図２は、この発明のダクタイル鋳鉄製の筒状体（ベルトコンベヤ用筒状体）Ｐを、無端状のコンベヤベルト１の表面に接触する駆動プーリ３０、従動プーリ４０、案内ローラ２０，２１として使用したベルトコンベヤＢを示している。

また、図３は、その駆動プーリ３０、従動プーリ４０、案内ローラ２０，２１を構成する筒状体Ｐの例を示している。駆動プーリ３０、従動プーリ４０、案内ローラ２０，２１を構成する各筒状体Ｐは、それぞれ設置される部位に応じてその径や軸方向長さが異なるが、図３では、その一例を示している。

ベルトコンベヤＢの装置の構成は、フレーム２に対して軸周り回転自在に支持された駆動プーリ３０、従動プーリ４０、案内ローラ２０，２１間に、無端状の帯状部材であるコンベヤベルト１が掛け渡されたものである。モータ等の駆動力によって、駆動プーリ３０が軸周り回転すると、ベルト１は、駆動プーリ３０と従動プーリ４０と間で、図２中の矢印の方向に周回運動する。以下、コンベヤベルト１を単にベルト１と称し、搬送物が載置される上方のベルト１を搬送側ベルト１ａ、その下方に位置するリターン側のベルト１をリターン側ベルト１ｂと称する。

搬送側ベルト１ａの下部には、搬送方向に沿って所要の間隔で搬送側案内ローラ１０が設けられ、その搬送側案内ローラ１０で、搬送物が載置されたベルト１を支えている。また、ベルト１の幅方向に沿って搬送側案内ローラ１０は複数直列して設けられている。実施形態では、３つの搬送側案内ローラ１０が幅方向へ直列して配置されている。また、幅方向端部に位置する搬送側案内ローラ１０は、幅方向端部側へ向かって上り勾配に配置されており、搬送側ベルト１ａのせり上がり、及び、搬送物がベルト１からこぼれ落ちることを防止している。

リターン側ベルト１ｂの下部には、搬送方向に沿って所要の間隔でリターン側案内ローラ２０が設けられ、そのリターン側案内ローラ２０で、従動プーリ４０側へ戻っていくベルト１を支えている。また、駆動プーリ３０のすぐ下流側、従動プーリ４０のすぐ上流側には、リターン側ベルト１ｂを所定の高さに案内する反転部案内ローラ２１が配置されている。

この実施形態のベルトコンベヤＢは以上の構成であり、ベルト１が走行している状態で、従動プーリ４０側に設けたシュートから搬送物がベルト１上に載置され、その搬送物が、駆動プーリ３０側に搬送される。搬送物は、駆動プーリ３０の直下に設けたホッパーに落下して次工程へ送り出される。

ここで、この発明では、ベルト１の表面に接触する筒状体Ｐ、すなわち、駆動プーリ３０、従動プーリ４０、及び、案内ローラ１０，２０，２１の少なくとも外周部ｘを、それぞれダクタイル鋳鉄製としている。

筒状体Ｐは、図３に示すように、ベルト１の表面に接触する外周部ｘをダクタイル鋳鉄製（ダクタイル鋳鉄管）とし、その円筒状の外周部ｘの軸方向両端の内側に、ベアリングを介在した支持部ｙを固定し、その支持部ｙに回転軸ｚを取り付けている。支持部ｙや回転軸ｚの素材は、外周部ｘと同じダクタイル鋳鉄であってもよいが、この部分にはベルト１が接触することがないので、ダクタイル鋳鉄以外の他の鋳鉄や、普通鋼等のその他金属、あるいは、強度が確保されるならば樹脂素材でも充分である。

回転軸ｚはフレーム２に支持され、外周部ｘは回転軸ｚの軸周りに回転自在である。なお、別の形態としては、回転軸ｚをフレーム２に対して軸周り回転自在に支持してもよい。この場合は、支持部ｙのベアリングを省略して、回転軸ｚと外周部ｘとが一体に回転する構成とすることができる。

ダクタイル鋳鉄製とする筒状体Ｐは、駆動プーリ３０、従動プーリ４０及び搬送側案内ローラ１０、リターン側案内ローラ２０、反転部案内ローラ２１の全部であってよいが、その一部のみとしてもよい。例えば、搬送側案内ローラ１０、リターン側案内ローラ２０、反転部案内ローラ２１のみをダクタイル鋳鉄製とし、駆動プーリ３０、従動プーリ４０を他の素材としてもよい。あるいは、駆動プーリ３０、従動プーリ４０のみをダクタイル鋳鉄製とし、搬送側案内ローラ１０、リターン側案内ローラ２０、反転部案内ローラ２１を他の素材としてもよい。

筒状体Ｐを構成するダクタイル鋳鉄は、黒鉛粒数が３００個／ｍｍ^２以上、黒鉛粒径が１５μｍ以下、黒鉛粒が占める面積率が８％以上１２％未満であるものが望ましいことが、発明者が行った実験により確認できている。その実験結果を、図４及び図５に示す。

図４は、二元アブレシブ摩耗に対する耐摩耗性能の実験例である。図４（ａ）に示すように、回転ロール１’を軸周り回転自在に支持し、その回転ロール１’の外周に、筒状体Ｐに相当する試料Ｐ’を荷重ａ加えて当接させて、その試料Ｐ’を、矢印ｂのように往復動させる試験である。回転ロール１’の外周がベルト１に相当し、試料Ｐ’が筒状体Ｐに相当する。

回転ロール１’は試料Ｐ’に対して滑りながら軸周り回転する。実験では回転ロール１’は、試料Ｐ’の一往復毎に図中の矢印ｃ方向に０．９度回転する。これにより、一往復毎に、常に回転ロール１’の表面の新しい部分が、試料Ｐ’に接することとなる。試験条件は、試験機がスガ式摩耗試験機、試料Ｐ’の往復回数は４００回、試料Ｐ’の形状は４０×５０×４ｍｍ、回転ロール１’の外周にはアルミサンドペーパ＃１００からなる研磨紙を貼り付けている。荷重ａは、１．０ｋｇｆ（約９．８０６６５Ｎ）である。

実験結果を、図４（ｂ）に示す。試料Ｐ’として、フェライト系ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ）、パーライト系ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ）、Ｓ４５Ｃ（焼き入れ材）、普通鋼（ＳＳ４００）を用いている。

図５は、三元アブレシブ摩耗に対する耐摩耗性能の実験例である。図５（ａ）に示すように、回転ロール１’を軸周り回転自在に支持し、その回転ロール１’の外周に、筒状体Ｐに相当する試料Ｐ’を荷重ａ加えて当接させて、その回転ロール１’を、矢印ｅのように回転運動させる試験である。回転ロール１’は外周にゴムが貼り付けられたラバーロールであり、そのラバーロールの外周がベルト１に相当する。また、試料Ｐ’が筒状体Ｐに相当する。

試料Ｐ’は、軸周り回転する回転ロール１’の外面に摺接する。その摺接面間に、矢印ｆで示すように摩耗粒子を落下させている。試験条件は、試験機が同じくスガ式摩耗試験機、試料Ｐ’の形状は２０×２０×５５ｍｍ、摩耗粒子は６号硅砂、粒子の落下速度は３００ｇ／ｍｉｎ、粒子重量は１５ｋｇである。回転ロール１’の回転数は１３４ｒｐｍ、試験時間は５０ｍｉｎ、荷重ａは同じく１．０ｋｇｆ（約９．８０６６５Ｎ）である。

実験結果を、図５（ｂ）に示す。試料Ｐ’として、同じく、フェライト系ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ）、パーライト系ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ）、Ｓ４５Ｃ（焼き入れ材）、普通鋼（ＳＳ４００）を用いている。

上記の実験により、金型遠心鋳造法によって製造されるフェライト系ダクタイル鋳鉄管や、同じく金型遠心鋳造法によって製造されるパーライト系ダクタイル鋳鉄管の場合、三元アブレシブ摩耗が生じ得る環境下では、その素材の硬度は比較的低いにもかかわらず、Ｓ４５Ｃの焼き入れ材と同等の耐摩耗性を発揮することが確認できた（図５（ｂ）参照）。

また、二元アブレシブ摩耗が生じ得る環境下では、硬度が比較的高いＳ４５Ｃ焼き入れ材が優れた耐摩耗性能を発揮するのに対し、フェライト系ダクタイル鋳鉄管は、ＳＳ４００等の普通鋼よりも耐摩耗性が低い結果を示している（図４（ｂ）参照）。

このことから、二元アブレシブ摩耗ではなく、特に、三元アブレシブ摩耗が生じ得る環境下において、ダクタイル鋳鉄の耐摩耗性能に関する優位性が顕著であることが確認できた。

このダクタイル鋳鉄からなる筒状体Ｐを、三元アブレシブ摩耗が生じ得る環境下であるベルトコンベヤＢの搬送側案内ローラ１０や、リターン側案内ローラ２０、反転部案内ローラ２１に用いることにより、ベルト１との接触（摺接）による三元アブレシブ摩耗に対し、優れた耐摩耗性能を発揮できることとなる。

筒状体Ｐを構成するダクタイル鋳鉄（ダクタイル鋳鉄管）は、金型遠心鋳造法によって製造することができる。金型遠心鋳造法によって製造されるダクタイル鋳鉄管は、フェライト系ダクタイル鋳鉄や、パーライト系ダクタイル鋳鉄からなるものであり、これらは、通常のダクタイル鋳鉄と比較して、金属組織中に多数の微細な球状黒鉛が分布している。このため、アブレシブ摩耗が生じ得る環境下において、基地組織中の黒鉛が塑性流動することにより固体潤滑の役割を果たし、摩耗を抑制する効果を発揮しているのではないか、と考えられる。このため、黒鉛は、より粒径の小さいものを数多く分布させることが好ましいといえる。

金型遠心鋳造法によって製造されたフェライト系ダクタイル鋳鉄管やパーライト系ダクタイル鋳鉄管は、上述のように、単位面積当たりの黒鉛粒数が３００個／ｍｍ^２以上、黒鉛粒径（平均粒径）が１５μｍ以下、黒鉛粒が占める面積率が８％以上１２％未満となっている。したがって、この条件が、三元アブレシブ摩耗に対する耐摩耗性に特に有効であるといえる。

また、フェライト系ダクタイル鋳鉄管や、パーライト系ダクタイル鋳鉄管の場合、他の金属素材を用いた場合のように焼き入れ等の特殊な熱処理を施す必要がないため、筒状体Ｐを、安価に製造することが可能である。

フェライト系ダクタイル鋳鉄管とパーライト系ダクタイル鋳鉄管に関し、特に、強度が要求されるようなベルトコンベヤＢの仕様、使用環境でない場合は、フェライト系ダクタイル鋳鉄管を採用し、強度が要求されるようなベルトコンベヤＢの仕様、使用環境の場合は、パーライト系ダクタイル鋳鉄管を用いることが望ましい。

なお、通常のダクタイル鋳鉄では、単位面積当たりの黒鉛粒数が２００個／ｍｍ^２前後、黒鉛粒径が２５μｍ前後、黒鉛粒が占める面積率が８％以上１２％未満程度である。このような通常のダクタイル鋳鉄であっても、三元アブレシブ摩耗に対するある程度の耐摩耗性を発揮することは可能である。

この実施形態では、筒状体Ｐを、円筒状の外周部ｘと、その外周部ｘの内径部に位置する支持部ｙ、支持部ｙから軸方向外側へ突出する回転軸ｚで構成しており、筒状体Ｐは中空の部材となっているが、筒状体Ｐはこのような中空の部材を備えた構成に限定されず、例えば、円筒状の外周部ｘの内径部に他の部材が配置されて中空部が存在しない、いわゆる中実の部材である場合も含まれる。

また、ベルトコンベヤのプーリやローラだけでなく、機械部品の摺動部等においても、他の部材と接触しながら軸周り回転することで、その表面に三元アブレシブ摩耗が生じ得る種々の筒状体Ｐについて、その素材をダクタイル鋳鉄とすることで、三元アブレシブ摩耗を抑制する効果が期待できる。

１コンベヤベルト（ベルト）
１ａ搬送側ベルト
１ｂリターン側ベルト
２フレーム
１０搬送側案内ローラ
２０リターン側案内ローラ
２１反転部案内ローラ
３０駆動プーリ
４０従動プーリ
Ｂベルトコンベヤ
Ｐ筒状体
ｘ外周部
ｙ支持部
ｚ回転軸

Claims

他の部材と接触しながら軸周り回転することでその表面に三元アブレシブ摩耗が生じ得る筒状体（Ｐ）をダクタイル鋳鉄製としたことを特徴とする筒状体。
前記他の部材は、ベルトコンベヤ（Ｂ）の無端状のコンベヤベルト（１）であり、前記筒状体（Ｐ）は前記コンベヤベルト（１）の表面に接触するものである請求項１に記載の筒状体。
前記筒状体（Ｐ）は、前記コンベヤベルト（１）の表面に接触する駆動プーリ（３０）、従動プーリ（４０）及び案内ローラ（１０，２０，２１）の一部又は全部である
請求項２に記載の筒状体。
前記筒状体（Ｐ）を構成するダクタイル鋳鉄は、黒鉛粒数が３００個／ｍｍ^２以上、黒鉛粒径が１５μｍ以下、黒鉛粒が占める面積率が８％以上１２％未満である
請求項１から３のいずれか一つに記載の筒状体。
請求項１から４のいずれか一つに記載の筒状体を、駆動プーリ（３０）、従動プーリ（４０）及び案内ローラ（１０，２０，２１）の一部又は全部に用いたベルトコンベヤ。