JPH11323429A - ローラーハース炉用ローラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ローラー基材に被覆される被膜が酸化により剥
離がなく耐クリープ性に優れた高温用に適するローラー
ハース炉用ローラーを提供する。 【解決手段】ローラーハース炉用ローラー４は、常圧焼
結により製造された炭化珪素質のローラー基材９を有
し、このローラー基材９の外表面１０に２ｍｍ以上の厚
さのアルミナ質の溶射膜１１を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はローラーハース炉用
ローラーに係わり、特に耐クリープ性に優れた高耐用の
ローラーハース炉用ローラーに関する。

【０００２】

【従来の技術】ローラーハース炉は、炉内の被焼成体の
搬送にセラミック製のローラーを用いるもので、セラミ
ックの粉末合成や焼結、粉末冶金焼成体の焼結や熱処理
などの様々な用途で使用されており、省エネルギーや迅
速焼成化対応等の利点を有することから、近年ますます
その使用が増加しつつある。

【０００３】従来、この種のローラーハース炉に用いら
れるローラーは、耐熱性の金属質をはじめセラミック質
のものではアルミナ質やムライト質、再結晶炭化珪素質
などがあった。

【０００４】炉温が１０００℃以下の炉では、金属質の
ローラーが価格的に安価であることから主に使用されて
いる。

【０００５】雰囲気などに対する耐食性が要求される場
合、あるいは特殊な用途にはセラミック質が使用されて
いる。

【０００６】例えば、炉温が１２００℃以上の炉では、
金属質のローラーは耐熱性の点で問題があり使用でき
ず、セラミック質のローラーが使用される。

【０００７】セラミック質のローラーのなかでも、結合
材として粘土を含むような低純度のアルミナ質やムライ
ト質の安価なものが用いられる。

【０００８】炉温が１３５０℃相当になると粘土使用量
の少ない、比較的高グレードのアルミナ質やムライト質
のローラー、あるいは若干高価とはなるが、再結晶炭化
珪素質のローラーが用いられている。

【０００９】しかし、再結晶炭化珪素質のローラーは、
耐熱性に優れているが約１０００℃以上の高温で使用さ
れると、炭化珪素と酸素が反応して二酸化珪素が生成さ
れ、この酸化によって体積膨張が生じてローラーに曲が
りが発生したり折損が発生したりする。

【００１０】そこで酸化抑制のために再結晶炭化珪素質
のローラー基材にＳｉを含浸したローラーがあるが、こ
のようなローラーは炉内温度が約１４００℃以上になる
と、実質的にローラーとしての強度を維持しているＳｉ
自体の融点が約１４１０℃であるためＳｉが溶融し、１
４００℃近傍では急激に強度が低下し使用できない。さ
らにアルミナ系セラミックスなどの焼結に用いる１６０
０℃相当の高温用の炉ではローラー基材の強度が急激に
低下し全く使用できない。

【００１１】そこで、これらの欠点を解消するために円
筒状のローラー基材を再結晶炭化珪素の焼結体で形成
し、このローラー母材にアルミナとカルシアを酸化抑制
剤として含浸させるローラーハースキルン用ローラーが
特開平５−７０８２３号公報に開示されている。

【００１２】しかし、この開示のローラーは、第一にロ
ーラー基材が再結晶炭化珪素質であるため、ローラー基
材自身が緻密で高強度の焼結成形体を得られず、第二に
ローラー母材にアルミナとカルシアを酸化抑制剤として
含浸させるものであり、この含浸による方法では焼成時
に揮発して気孔の原因となる溶媒分を必ず含むため、気
孔率を数％以下にすることが不可能であり、結果的に強
度が不十分のため荷重の制限が大きかったり、耐クリー
プ性が不十分である。

【００１３】このような欠点を解消するために、耐クリ
ープ性に特に優れた高純度のムライト質セラミックス系
のローラーが使用されていた。

【００１４】１６００℃相当の高温用の炉には、耐クリ
ープ性に特に優れるムライト質のファインセラミックス
系のローラーが使用されていたが、このファインセラミ
ックス系のローラーでも、経時と共に変形や割れが起こ
り、定期的な交換を余儀なくされていた。

【００１５】さらに、ローラー上を通過する製品の重量
にも制限があり、十分なローラーではなかった。さらに
変形した使用済品は再利用できず、廃棄しなければなら
なく、省資源環境保護の点からも好ましくなかった。

【００１６】また、常圧焼結炭化珪素自体がアルミナや
ムライトあるいはＳｉ含浸炭化珪素などに比べて、高温
での耐クリープ性や強度面で優れており、高温用ローラ
ーとして使用される場合もある。

【００１７】しかし、常圧焼結炭化珪素自身のローラー
は、１５００℃程度までは使用可能だが、１６００℃相
当では酸化が著しく使用に耐えられない。

【００１８】この使用に耐えられない理由は、常圧焼結
炭化珪素の耐酸化性で、酸化雰囲気の炉で使用された場
合、酸化による減肉がおき、ローラーに荷重がかかるこ
とによるローラーに破断が生じるためである。

【００１９】ローラーの酸化防止の方策として、ローラ
ーの表面に酸化防止剤を塗布して酸素を遮断する被膜の
形成したり、材質自体に酸化を防ぐ被膜を生成するよう
な添加物を加える方法もある。これらはいずれもローラ
ーの外表面に低融物の層を形成することである。

【００２０】ローラーの外表面に低融物の層が形成され
ると、ローラー上を通過する台板やさやなどとローラー
が直接接触することにより、低融物が台板やさやに付着
して剥がれ、被膜効果が部分的に失われて酸化が進行し
たり、あるいは台板やさや底面に付着して、台板やさや
の蛇行やがたつきによる製品の落下や、極端な場合には
突き上げ事故の原因となる。

【００２１】また他のローラーの低融物が別のローラー
に付着することもあり、ローラーがだんだんと太くなっ
て、上述と同様の問題が起きやすい。

【００２２】上述のような低融物に係わる問題を解決す
るために、ローラー表面に低融物を生成しないアルミナ
やムライトなどを溶射して厚さ３００μｍ〜１ｍｍ前後
の溶射被膜を形成することも試したが、ローラー基材の
熱膨張係数が約４．５×１０^-6／Ｋであり、一方アルミ
ナやムライトの熱膨張係数は６〜８×１０^-6／Ｋである
ため、長期間使用していると熱膨張差により被膜が剥離
する。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】そこで被膜の酸化がな
く剥離もない耐クリープ性に優れた高温用に適するロー
ラーハース炉用ローラーが要望されていた。

【００２４】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、被膜の酸化がなく剥離もない耐クリープ性に優
れた高温用に適するローラーハース炉用ローラーを提供
することを目的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明は、常圧焼結により得られた炭化珪素
質のローラー基材と、このローラー基材の外表面を２ｍ
ｍ以上の厚さで覆うアルミナ質の溶射膜とを有すること
を特徴とするローラーハース炉用ローラーであることを
要旨としている。

【００２６】本願請求項２の発明では、上記ローラー基
材は常圧焼結によりＳｉＣ９７重量％以上で開気孔率が
１％以下の炭化珪素で構成された炭化珪素質であること
を特徴とする請求項１に記載のローラーハース炉用ロー
ラーであることを要旨としている。

【００２７】本願請求項３の発明では、上記溶射膜の厚
さは３〜５ｍｍであるでことを特徴とする請求項１また
は２に記載のローラーハース炉用ローラーであることを
要旨としている。

【００２８】本願請求項４の発明では、上記溶射膜は水
プラズマ溶射法で形成されたことを特徴とする請求項１
ないし３いずれかに記載のローラーハース炉用ローラー
であることを要旨としている。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明に係わるローラーハース炉
用ローラーを図面を参照して説明する。

【００３０】図１に示すように、ローラーハース炉１は
炉壁２で囲繞された炉室３と、この炉室２を加熱するバ
ーナー３、炉室２を貫通する多数のローラー４で構成さ
れている。

【００３１】このローラー４は炉室３を形成する炉壁２
に設けられた一方の貫通孔５を貫通し、炉室３を横切り
他方の貫通孔６を貫通して回動自在に多数設けられてい
る。そしてこのローラー４は図示しない駆動装置により
回転駆動されるようになっており、このローラー４の回
転によりセッター７に乗せられた被焼成物８をセッター
７ごと搬送する。

【００３２】このローラー４は、常圧焼結により製造さ
れた炭化珪素のローラー基材９の外表面１０に所定厚さ
以上のアルミナ質の溶射膜１１が形成されたものであ
る。

【００３３】例えば、常圧焼結により製造されＳｉＣが
９７重量％以上で開気孔率が１％以下の炭化珪素で構成
された例えば円筒形状の炭化珪素質のローラー基材９
と、このローラー基材９の少なくとも外表面１０に２ｍ
ｍ以上の厚さで覆うアルミナ質の溶射膜１１とを有して
いる。

【００３４】次に上述のローラー４の製造方法を説明す
る。

【００３５】ＳｉＣ粉末９７重量％以上に残部がＢ−Ｃ
系助剤よりなる原料を混練、成形してローラー基材９の
成形体を作り、この成形体を不活性ガス雰囲気下で２０
００〜２３００℃で焼成する。

【００３６】次に、焼成されたローラー基材９にアルミ
ナの溶射膜１１を形成する。

【００３７】溶射膜１１を形成する溶射方法としては、
プラズマ溶射例えば周知の水プラズマ法を用いる。溶射
材は３０〜７５μｍに粒度調整された電融アルミナでそ
の純度は９９．３％である。

【００３８】溶射膜１１の厚さは２ｍｍ以上が好まし
く、２ｍｍ以下では高温に曝されると剥離が生じやす
く、ローラー基材９の酸化を防止する効果が小さい。

【００３９】最も好ましい溶射膜１１の厚さは３〜５ｍ
ｍはであるが、２〜３ｍｍでも高温に曝されると極小さ
な剥離が生じるが、実用上問題なく成膜時間を低減でき
コスト的には優れる。また、５ｍｍ以上では膜厚が厚く
なる分コストが上がるが、高温に曝されても剥離は生じ
ず、酸化防止効果も大きいので、コストと溶射膜１１の
寿命のバランスを考えると実用性がある。

【００４０】要するに、溶射膜１１の厚さを３ｍｍ以上
にすることにより、溶射膜１１自体が強固な結合のリン
グ形成をなし、容易にはローラー基材９から剥離しなく
なる。

【００４１】また、溶射膜１１はアルミナ質なので台板
やさやと接触しても低融物を作らず、低融物が台板やさ
やに付着して剥がれ、被膜効果が部分的に失われて酸化
が進行したり、あるいは台板やさや底面に付着して、台
板やさやの蛇行やがたつきによる製品の落下や突き上げ
事故の原因になることが全くない。

【００４２】さらに他のローラーの低融物が別のローラ
ーに付着してローラーが逐次太くなる現象もなく、上述
と同様の問題を起こすこともない。

【００４３】本実施の形態のようにローラー基材９に常
圧焼結により製造されＳｉＣが９７重量％以上で開気孔
率が１％以下の炭化珪素で構成した炭化珪素質を用いる
ことで、ローラー基材９自身に高強度でかつ耐クリープ
性優れた特性が得られる。

【００４４】以上のようにローラー基材９に常圧焼結に
より製造された炭化珪素を用いる場合には、ローラー４
が１５００℃以上の高温にも耐えられ、さらにローラー
基材９の少なくとも外表面に２ｍｍ以上の厚さのアルミ
ナ質の溶射膜１１を形成することで、酸化雰囲気の炉の
使用での酸化による減肉を防止できるようにして１６０
０℃以上の高温にも耐えられるようになった。

【００４５】また、ローラー基材９に常圧焼結により製
造されＳｉＣが９７重量％以上で開気孔率が１％以下の
炭化珪素で構成した炭化珪素質を用い、さらにローラー
基材９に３ｍｍ以上の溶射膜１１を形成することで、酸
化による減肉を防止するほか、ローラー基材９と溶射膜
１１間の熱膨張率差による膜剥離を防止することが可能
となる。

【００４６】なお、ローラー４への電融アルミナの溶射
に先立ち、ローラー４の外表面１０をサンドブラスト処
理しておけば、アルミナ溶射膜１１とローラー４の機械
的密着性がよくローラー４の長寿命化が期待できる。

【００４７】また、ローラー４への電融アルミナの溶射
に先立ち、ローラー４の外表面１０にメタライジングや
メッキなどの金属処理をして酸化防止被膜を形成してお
けば、ローラー４の酸化防止効果をさらに向上させるこ
とができ、ローラー４の長寿命化が期待できる。

【００４８】さらに、ローラー４への電融アルミナの溶
射に先立ち、ローラー基材９の炭化珪素とアルミナ質の
溶射膜１１の中間の熱膨張率を有する中間層を形成すれ
ば、ローラー基材９と溶射膜１１の熱膨張差を緩和で
き、溶射膜１１の剥離を防止でき、ローラー４の長寿命
化が期待できる。

【００４９】また、ローラー４の内表面はさやなどに直
接接触しないので、低融物を生成するものを塗布してお
けば、高温での耐酸化性が維持でき、ローラー４の長寿
命化が期待できる。

【００５０】またさらに、ローラー４への電融アルミナ
の溶射に水プラズマ法とガスプラズマ法を併用すれば、
より緻密なアルミナ質の溶射膜１１が形成され、ローラ
ー４の長寿命化が期待できる。

【００５１】

【実施例】溶射膜の膜厚を変えた剥離、酸化状況、コス
ト比較試験（１）試料の作製Ｂ−Ｃ系を助材とした常圧
焼結の炭化珪素チューブ（外径３８ｍｍ、肉厚４ｍｍ）
を通常の方法にしたがって製造し、その外表面を表１に
示すようにアルミナの溶射膜の厚さを変えて各種試料を
作製した。

【００５２】溶射材は、３０〜７５μｍには粒度調整さ
れた電融アルミナで、純度９９．３％であり、溶射方法
は水プラズマ法である。

【００５３】（２）評価試験方法 作製した試料を電気炉内で１６００℃まで加熱し、３０
０時間保持した。その後炉冷し、炉冷後、表面の溶射膜
の剥離状況およびローラー基材表面の酸化状況を比較し
た。

【００５４】（３）評価結果 評価結果を表１に示す。

【００５５】

【表１】 実施例１：膜厚が２ｍｍであり、１６００℃×３００時
間の保持試験結果では、極小さな剥離が生じた。実用上
問題ないく成膜時間を低減できコスト的には優れる。 実施例２：膜厚が３ｍｍであり、保持試験結果では、剥
離がなく酸化防止効果も優れ、コスト的にも良好であ
る。 実施例３：膜厚が５ｍｍであり、保持試験結果では、剥
離がなく酸化防止効果も優れ、コストには若干メリット
がなくなるが、酸化防止効果が極めて大きいので、コス
トと溶射膜の寿命のバランスを考えると実用性がある。 実施例４：膜厚が７ｍｍ以上であり、保持試験結果で
は、剥離がなく酸化防止効果も優れ、コストにはメリッ
トがなくなるが、酸化防止効果も大きいので、コストと
溶射膜の寿命のバランスを考えると実用性がある。 比較例１：膜厚が０．３ｍｍであり、保持試験結果で
は、剥離が大きく実用には適さない。 比較例２：膜厚が１ｍｍであり、保持試験結果では、剥
離が大きく実用には適さない。

【００５６】

【発明の効果】本発明に係わるローラーハース炉用ロー
ラーは、常圧焼結により製造された炭化珪素質のローラ
ー基材に少なくとも外表面を２ｍｍ以上の厚さで覆うア
ルミナ質の溶射膜を形成することで、被膜の酸化がなく
剥離もない耐クリープ性に優れた高温用に適するローラ
ーハース炉用ローラーを提供することができる。

【００５７】また、ローラー基材に常圧焼結により製造
されＳｉＣが９７重量％以上で開気孔率が１％以下の炭
化珪素で構成した炭化珪素質を用いたので、ローラー基
材自身が高強度でかつ耐クリープ性に優れた特性を有す
るローラーハース炉用ローラーを提供することができ
る。

【００５８】また、ローラー基材に常圧焼結により製造
されＳｉＣが９７重量％以上で開気孔率が１％以下の炭
化珪素で構成した炭化珪素質を用い、さらにこのローラ
ー基材に３ｍｍ以上の溶射膜１を形成することで、酸化
による減肉を防止するほか、ローラー基材と溶射膜間の
熱膨張率差による膜剥離を防止することが可能なローラ
ーハース炉用ローラーを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるローラーハース炉用ローラーが
組み込まれたローラーハース炉の断面図。

【図２】本発明に係わるローラーハース炉用ローラーの
断面図。

【符号の説明】

１ ローラーハース炉 ２ 炉壁 ３ 炉室 ４ ローラー ５ 貫通孔 ６ 貫通孔 ７ セッター ８ 被焼成物 ９ ローラー基材 １０ 外表面 １１ 溶射膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 脇田 保 愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地 東芝セ ラミックス株式会社刈谷製造所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 常圧焼結により得られた炭化珪素質のロ
   ーラー基材と、このローラー基材の外表面を２ｍｍ以上
   の厚さで覆うアルミナ質の溶射膜とを有することを特徴
   とするローラーハース炉用ローラー。
2. 【請求項２】 上記ローラー基材は常圧焼結によりＳｉ
   Ｃ９７重量％以上で開気孔率が１％以下の炭化珪素で構
   成された炭化珪素質であることを特徴とする請求項１に
   記載のローラーハース炉用ローラー。
3. 【請求項３】 上記溶射膜の厚さは３〜５ｍｍであるこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載のローラーハー
   ス炉用ローラー。
4. 【請求項４】 上記溶射膜は水プラズマ溶射法で形成さ
   れたことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載
   のローラーハース炉用ローラー。