JPH02160546A - 金属―セラミック複合部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐食性、耐摩耗性等が要求されるロール類等
として有用な、金属−セラミック複合部材の改良に関す
る。

〔従来の技術〕

銅箔製造ラインや、鋼材酸洗ラインにおけるロールのよ
うに耐食性、耐摩耗性等が要求されるロール類の表面改
質、耐久性改善等を目的として、近時、第３図に示すよ
うに、金属中空円筒体（１０）の外周面にライニング層
（３０）としてセラミック円筒体を嵌め合わせ、嵌め合
わせ界面を接着剤層（４０）　　（層厚的０．５〜５酎
）で接合固定した複合体をロール胴部（１０）とし、そ
の中空孔内にロール軸（５０，５０）を焼嵌めまたは溶
接等により嵌着固定したロールの実用化がこころみられ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記金属円筒体（１０）とセラミックライニング層（３
０）とからなる複合体の実使用においても最も問題とな
るのは、その胴部構成材料の各熱膨張係数が大きく異な
ることである。すなわち、金属、例えば鋼の熱膨張係数
（α）は約１５〜２０Ｘ１０−’／”Ｃであるのに対し
、セラミックのそれは約５〜８×１０−ｈ／“Ｃであり
、接着剤のそれは約６０〜９０Ｘ１０−”７℃である。

このため、その複合体の使用環境が約４０〜１２０°Ｃ
の比較的低温領域であっても、その温度変化に伴う熱膨
張量の差に因る大きな熱応力が発生し、その熱応力によ
り、またはこれに機械衝撃が加重されることにより、し
ばしばセラミックライニング層（３０）に亀裂・欠損等
を生じるという問題がある。

本発明は、金属−セラミック複合部材における上記問題
を解決するためになされたものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明の金属
−セラミック複合部材は、金属円筒体とその周面を被覆
するセラミックライニング層とが、粘弾性体からなる中
間層を介して接合されていることを特徴としている。

第１図は本発明複合部材の層構造を示している。

図中、前記第３図と同一の部材には同一の符号を付して
いる。（２０）は、金属円筒体（１０）とセラミックラ
イニング層（３０）との界面に形成された粘弾性体から
なる中間層である。この複合部材を、例えばロール胴部
とし、その中空孔内にロール軸（５０）　（５０）を、
焼嵌め、溶接等により嵌着することにより、銅箔製造ラ
イン等に使用されるロールとすることができる。

中間層（３０）を形成する粘弾性体は、公知の各種粘弾
性材から適宜選択される。その例として、天然ゴム、合
成ゴム、例えばブタジェンスチレンゴム、ネオブレン、
ブタジェンアクリルニトリルゴム、ブチルゴム、または
合成樹脂、例えばフェノール樹脂、尿素樹脂、ポリエス
テル樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、もしくは
アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂等
の熱可塑性樹脂等が挙げられる。

中間′層（２０）は金属円筒体（１０）とセラミックラ
イニング層（３０）との熱膨張量の差に因り生じる熱応
力を、その粘弾性変形により吸収緩和する。

その熱応力吸収緩和機能を十分に発現させるための中間
層（２０）の層厚は好ましくは０．１ｍ＋＋以上であり
、より好ましくは０．２閤以上である。その層厚を厚く
するに伴って応力吸収緩和の効果が増すが、約０．５ｍ
ｍまでで十分である。

中間層（２０）と金属円筒体（１０）の外周面またはセ
ラミックライニング層（３０）の内周面との接合一体化
のために接着剤を必要とする場合は、その接着剤として
、例えばフェノール系、レゾルシン系、尿素系、メラミ
ン系、エポキシ系、ポリエステル系、シリコーン系等の
熱硬化性樹脂接着剤。

酢酸ビニル系、塩化ビニル系、アクリル系、ポリアミド
系の熱可塑性接着剤、またはブタジェンアクリルニトリ
ルゴム、ブタジェンスチレンゴム。

ネオブレン等のゴム系接着剤などを使用すればよい。そ
の層厚は約０．１〜４ｍであってよい。

第２図は、中間層（２０）を、接着剤Ｎ　（２１）を介
して金属円筒体（１０）およびセラミックライニング層
（３０）と接合した例を示している。中間層（２０）は
ゴムまたは合成樹脂等の粘弾性体のシートである。図示
の中間層（２０）である粘弾性体シートは１層であるが
、所望により２層以上とし、それらを接着剤をはさんで
積層した多重シート構造とすることもできる。

本発明の複合部材における中間層（２０）は、金属円筒
体（１０）にライニング層（３０）となるセラミック中
空円筒体を外嵌し、両者のクリアランスに、流動状態に
調整された粘弾性体を注入し固化させることにより形成
することができる。また、第２図に示す複合部材を製作
するには、金属円筒体（ｌＯ）の外周面に接着剤層（２
１）を塗布してシート（２０）を積層接着したうえ、こ
れにセラミックライニング層（３０）材料であるセラミ
ック中空円筒体を外嵌し、シート（２０）とセラミック
中空円筒体（３０）との間のクリアランスに接着剤（２
１）を注入するようにすればよい、なお、接着剤の硬化
反応に伴って生じるひずみは、粘弾性体シート（２０）
の粘弾性変形によって吸収されるので、接着剤の使用に
よる残留応力を生じさせることはない。

なお、本発明複合部材を構成する金属円筒体（１０）は
、例えば遠心力鋳造、静置鋳造等の鋳造材、または塑性
加工材であり、前記図示の例では中空形状を有している
が、複合部材の用途により中実円筒体が使用される場合
もある。セラミックライニング層（３０）は、例えば遠
心泥しよう鋳込み成形法により成形されたセラミック中
空円筒体の焼成品が使用される。それらの材質は、複合
ロールの用途・使用条件、要求特性等に応じて任意に選
択されるものであり、金属円筒体（１０）は、例えば各
種の炭素鋼、合金鋼であり、セラミックライニング層（
３０）は例えば、炭化けい素、窒化けい素、炭化クロム
、アルミナ等の焼成品である。

本発明の複合部材は、その金属円筒体（１０）とセラミ
ックライニング層（３０）とが粘弾性体からなる中間Ｎ
　（２０）を介して積層接合された構造を有しているの
で、実使用時の温度変化に伴う金属円筒体（１０）とセ
ラミックライニング層（３０）との熱膨張量の差に因る
応力は上記中間層（２０）の粘弾性変形により吸収緩和
される。その中間層（２０）はセラミックライニング層
（３０）に対する機械衝撃の吸収緩和層としての効果も
奏する。

〔実施例〕

（１）供試部材の製作 ステンレス鋼（ＳＩＪＳ　３０４）の円筒体（外径；３
７■。

胴長：１８０ｍ５＋）の外周面に、エポキシ系樹脂接着
剤を塗布し、これにブタジェンアクリルニトリルゴムシ
ートまたはブタジェンスチレンゴムシート（いずれもシ
ート厚さ：０．１５ｍｍ）を積層接着したうえ、ライニ
ング層としてアルミナセラミック中空円筒体（肉厚：５
ｎｍ、胴長：１８０ａａｍ）を外嵌し、ゴムシート外周
面とのクリアランスに上記と同じ樹脂接着剤を注入し、
１００″Ｃで硬化させて供試複合部材１　（ブタジェン
スチレンゴムシート使用）および複合部材２（ブタジェ
ンアクリルニトリルゴムシート使用）を得た（各接着剤
層厚さは約ＩＭ）。

比較例として、ゴムシートの使用を省略し、上記と同じ
ステンレス鋼円筒体とセラミック中空円筒体とを嵌め合
わせ、両者のクリアランス（約１鵬）に上記と同じ樹脂
接着剤を注入して供試複合部材１１および１２を得た。

〔■〕熱応力試験 各供試複合部材１．２および１１．１２のそれぞれにつ
いて、そのロール胴部の外周面を６０°Ｃに加熱して肉
厚方向に３８°Ｃの温度差をもたせ、周方向（θ）およ
び軸方向（ｚ）の熱応力を測定し第１表に示す結果を得
た。表中、熱応力の数値は供試複合部材１１の熱応力の
値を１とする比で示している。

表記のように２つの比較材のうち一方の供試部材１２は
熱応力による割れを生じたが発明例である供試複合部材
１および２には割れ発生はなく、またその熱応力は複合
部材１１に比し著しく低減している。

第１表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す軸方向断面図、第２図は
本発明の要部断面図、第３図は従来例を示す軸方向断面
図である。 １０：金属円筒体、２０：中間層、２１：接着剤層。 ３０：セラミックライニング層、４０：接着剤層、５０
：ロール軸。 〔発明の効果〕 本発明の複合部材は、熱応力や機械衝撃の吸収緩和機能
を有しているので、そのセラミックライニング層は、使
用時の熱影響や機械衝撃から保護され、亀裂や欠損等を
生じ難く、長期に亘る安定な使用が可能であり、従って
これを例えばロール胴部とし、銅箔製造ラインや鋼材酸
洗ラインにおけるロール、印刷用ロール等として適用す
ることにより、耐用寿命の延長、メンテナンスの軽減等
の効果が得られる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、金属円筒体とその周面を被覆するセラミックライニ
   ング層とが、粘弾性体からなる中間層を介して接合され
   ていることを特徴とする金属−セラミック複合部材。