WO2022049819A1 - セラミックスローラー - Google Patents

Abstract

セラミックスローラーは、加熱炉内を貫通し、回転により被加熱物を搬送可能である。このセラミックスローラーは、円筒状の筒部と、筒部の内壁に設けられている梁部を備えている。

Description

セラミックスローラー

　本出願は、２０２０年９月１日に出願された日本国特許出願第２０２０－１４６６２６号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容は、この明細書中に参照により援用されている。本明細書は、セラミックスローラーに関する技術を開示する。

　特開昭５２－９８７１２号公報（以下、特許文献１と称する）に、加熱炉（ローラーハースキルン）を貫通し、回転により被加熱物を搬送するセラミックスローラーに関する技術が開示されている。特許文献１のセラミックスローラーは、軸方向に伸びる貫通孔を有した筒状であり、外周面は円形であるが、内周面は円形以外の形状（四角形、三角形等）である。特許文献１では、内周面を円形以外の形状とすることにより、製造後（押出成形後）に反り等の不具合が生じることを抑制している。

　特許文献１のセラミックスローラーは、製造後に反り等の不具合が生じることは抑制することができる。しかしながら、製造後のセラミックスローラーに反りが生じていなくても、セラミックスローラーを使用しているときに反りが生じることがある。すなわち、セラミックスローラー上を被加熱物が移動する際、被加熱物の重量によってセラミックスローラーが撓み、セラミックスローラーに反りが生じることがある。なお、セラミックスローラーの径を大きくすることにより、使用中のセラミックスローラーの反りを抑制することは可能である。しかしながら、本発明者らの検討の結果、セラミックスローラーの径を大きくすると、加熱炉の貫通孔（セラミックスローラーが通過する貫通孔）のサイズを大きくする必要が生じる等、加熱炉の構造を変更することが必要となることが分かった。そのため、径を大きくすることなく、高強度の（変形し難い）セラミックスローラーを実現することが必要である。本明細書は、従来よりも高強度のセラミックスローラーを実現する技術を提供することを目的とする。

　本明細書で開示するセラミックスローラーは、加熱炉内を貫通し、回転により被加熱物を搬送可能なセラミックスローラーであって、円筒状の筒部と、その筒部の内壁に設けられている梁部と、を備えていてよい。

第１実施例のセラミックスローラーの斜視図を示す。 図１のII－II線に沿った断面図を示す。 第２実施例のセラミックスローラーの断面図を示す。 第３実施例のセラミックスローラーの断面図を示す。 第４実施例のセラミックスローラーの断面図を示す。 第５実施例のセラミックスローラーの断面図を示す。 第６実施例のセラミックスローラーの断面図を示す。

　本明細書で開示するセラミックスローラーは、ローラーハースキルン等、被加熱物を移動させながら加熱する加熱炉で用いられる。具体的には、セラミックスローラーは、加熱炉の側壁（幅方向の壁）に設けられた貫通孔を通過し、回転することによって被加熱物を搬送する。複数のセラミックスローラーが加熱炉の入口から出口まで間隔をあけて配置され、被加熱物はセラミックスローラー上を移動する。

　セラミックスローラーは、円筒状であり、内部に空間が設けられていてよい。より詳細には、セラミックスローラーは、円筒状の筒部と、筒部を補強するための梁部を備えていてよい。梁部は、筒部の内壁に設けられていてよい。すなわち、梁部の両端は、筒部の内壁に接していてよい。また、梁部は、筒部の軸方向一端から他端まで連続して設けられていてよいし、一端から他端まで間欠的に設けられていてもよい。あるいは、梁部は、筒部の軸方向中間部分に設けられ、軸方向両端部分に設けられていなくてよい。この場合、梁部は、軸方向中間部分において、軸方向に連続して設けられていてよいし、軸方向に間欠的に設けられていてもよい。なお、梁部が軸方向両端部分に設けられていない場合、筒部の両端の開口に、開口を塞ぐための閉塞部材を詰めてよい。なお、梁部は、筒部と一体成形されていてよく、筒部とは別部品であり、筒部内に挿入されていてもよい。

　セラミックスローラーの材料として、アルミナ，ムライト，ＳｉＣ，Ｓｉ－ＳｉＣ（ＳｉＣ粒子間に金属Ｓｉが含まれる材料）等を用いることができる。筒部とは別部品の梁部が筒部内に挿入されている場合、筒部と梁部は同一の材料であってよいし、異なる材料であってもよい。但し、熱膨張の相違によるセラミックスローラーの破損を抑制することができるという利点が得られるので、筒部と梁部が別部品である場合も、筒部の材料と梁部の材料は同質の材料であってよい。

　筒部の厚みＡ１（セラミックスローラーの径方向断面に現れる厚み）は、搬送する被加熱物の重量、加熱炉の仕様（サイズ、炉内温度）等によって適宜選択可能であるが、例えば、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であってよい。筒部の厚みを１ｍｍ以上とすることにより、セラミックスローラーの破損を抑制することができる。また、筒部の厚みを３０ｍｍ以下とすることにより、セラミックスローラーの熱容量が増大することが抑制され、エネルギー損失を抑制することができる。筒部の厚みは、３ｍｍ以上であってよく、５ｍｍ以上であってよく、１０ｍｍ以上であってよく、１５ｍｍ以上であってよい。また、筒部の厚みは、３０ｍｍ以下であってよく、２５ｍｍ以下であってよく、２０ｍｍ以下であってよい。なお、筒部の外径（セラミックスローラーの外径）は、１５０ｍｍ以下であってよい。筒部の外径が１５０ｍｍ以下であれば、加熱炉に設ける貫通孔が、一般的な加熱炉に設けられている貫通孔サイズより大きくなることを抑制することができる。筒部の外径は、１００ｍｍ以下であってよく、５０ｍｍ以下であってもよい。

　梁部の厚みは、筒部の外径及び内径、搬送する被加熱物の重量等によって適宜選択可能であるが、例えば、１ｍｍ以上１３ｍｍ以下であってよい。梁部の厚みを１ｍｍ以上とすることにより、筒部の補強効果を十分に発揮することができる。また、梁部の厚みを１３ｍｍ以下とすることにより、セラミックスローラーの熱容量が増大することが抑制され（筒部内に空間が確保され）、エネルギー損失を抑制することができる。梁部の厚みは、２ｍｍ以上であってよく、３ｍｍ以上であってよく、５ｍｍ以上であってよく、７ｍｍ以上であってよく、１０ｍｍ以上であってもよい。また、梁部の厚みは、１０ｍｍ以下であってよく、８ｍｍ以下であってよく、６ｍｍ以下であってよく、５ｍｍ以下であってよく、３ｍｍ以下であってもよい。なお、筒部の厚みをＡ１とし、梁部の厚みをＡ２とした場合、下記式（１）を満足することにより、上記した利点が得られやすい。
　　　０．２≦Ａ２/Ａ１≦２・・・（１）

　梁部は、筒部を補強することが可能であれば、種々の形状を取りうる。例えば、セラミックスローラーの断面（径方向断面）において、梁部は、筒部の中心を含む形態であってよい。具体的には、１個の梁部が筒部の中心を通過して筒部の内壁に接していてよい。この形態は、筒部の中心から２個の梁部が径方向外側に向けて同軸に伸びていると捉えることもできる。あるいは、３個以上の梁部が、筒部の中心から径方向外側に向けて伸びていてもよい。この形態は、３個以上の梁部が、筒部の中心から径方向外側に向けて放射状に伸びていると捉えることもできる。なお、３個以上の梁部が筒部の中心から径方向外側に向けて伸びている場合、梁部の数は３個以上８個以下であってよい。梁部の数が８個以下であれば、筒部内に十分に空間を確保することができる。特に、４個の梁部が筒部の中心から径方向外側に向けて伸びている形態は、筒部をバランスよく補強することができるので好適である。この場合、隣り合う梁部の成す角度は、８０度以上１００度以下であってよい。すなわち、梁部が、十字型、あるいは、Ｘ型であってよい。十字型、Ｘ型の梁部は、筒部を特にバランスよく補強することができる。

　梁部は、筒部の中心（筒部の軸心）を含んでいなくてもよい。例えば、梁部は、筒部の内壁に外接する多角形を形成していてよい。この場合、梁部は、正多角形（正三角形、正方形等）を形成していてよい。梁部が正多角形を形成している場合、梁部が筒部をバランスよく補強することができる。

　梁部の他の形態として、格子状の梁部が挙げられる。格子状の梁部は、個々の梁部の厚みを厚くすることなく筒部を補強できる。そのため、筒部内に広い空間を確保する（筒部の開口率を大きく確保する）ことができ、セラミックスローラー内に流体（気体、液体）を通過させる場合に有利である。なお、格子状の梁部の場合、梁部は、筒部の中心を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。

（第１実施例）
　図１及び図２を参照し、ローラー１０について説明する。図１はローラー１０の外観を示し、図２はローラー１０の断面（径方向断面）を示している。ローラー１０は、セラミックス製であり、加熱炉（図示省略）内を貫通することが可能に構成されている。ローラー１０は、円筒状であり、回転により被加熱物を加熱炉の入口から出口まで搬送可能に構成されている。なお、ローラー１０は、Ｓｉ－ＳｉＣ質で形成されている。ローラー１０は、円筒状の筒部１６と、筒部の内壁１２に設けられている梁部１４を備えている。具体的には、筒部１６と梁部１４は一体成形されている。ローラー１０は、押出成形により筒部１６と梁部１４を同時に形成した後、焼成することにより製造されている。

　梁部１４は、十字型であり、筒部１６の一端から他端まで伸びている。そのため、ローラー１０の軸方向において、全ての断面（径方向断面）に梁部１４が現れる。梁部１４は、筒部１６の中心２０を含んでおり、筒部１６の周方向において、筒部１６の内壁１２に等間隔に接している。換言すると、４個の梁部１４が筒部１６の中心２０からローラー１０の径方向外側に向けて伸びており、隣り合う梁部１４が成す角度がおよそ９０度である。なお、中心２０は、筒部１６の軸心（回転中心）と表現することもできる。筒部１６の外径は４０ｍｍであり、筒部１６の厚み１６ｔは１０ｍｍであり、梁部１４の厚み１４ｔも１０ｍｍである。すなわち、厚み１６ｔと厚み１４ｔは同一であり、下記式（１）を満足している。なお、下記式（１）において、「Ａ１」は筒部１６の厚み１６ｔ、「Ａ２」は梁部１４の厚み１４ｔに相当する。
　　　０．２≦Ａ２/Ａ１≦２・・・（１）

　筒部１６は、梁部１４によって補強されている。そのため、ローラー１０は、梁部が設けられていない従来のローラーと比較して高強度である。ローラー１０を用いることによって、加熱炉の炉壁に設ける貫通孔（ローラーを通過させる貫通孔）のサイズを大きくすることなく、すなわち、ローラー径を大きくすることなく、重量の大きい被加熱物を搬送することができる。また、ローラー径が大きくなると、ローラーによってヒーターの輻射熱が遮られやすくなる。ローラー１０は、重量の大きい被加熱物を搬送する場合であっても従来のローラーよりローラー径を大きくする必要がないので、ヒーターの輻射熱が被加熱物に届きやすく、被加熱物を均一に加熱することができる。なお、ローラー１０は、隣り合う梁部１４が成す角度がおよそ９０度であるため、筒部１６がバランスよく補強されている。

　また、ローラー１０は、従来のローラーと比較して高強度なので、被加熱物を搬送する際に撓みにくい。その結果、加熱炉内を被加熱物が移動する際、被加熱物の蛇行（被加熱物がローラーの軸方向に移動する動き）が抑制される。さらに、ローラー１０は、梁部１４を有することにより、従来のローラーと比較して、製造の際（押出成形後、焼成前）に変形しにくい。その結果、ローラー１０は、従来のローラーよりも高い真円度が得られ、被加熱物をスムーズに搬送することができる。

（ローラー１０の変形例）
　以下、ローラー１０の変形例（第２～第６実施例）について説明する。以下に説明するローラー１０ａ～１０ｅは、何れも円筒状の筒部１６と筒部１６の内壁１２に設けられている梁部１４を備えている。ローラー１０ａ～１０ｅについて、ローラー１０と共通する特徴については、ローラー１０と同じ参照番号を付すことにより、説明を省略することがある。なお、ローラー１０ａ～１０ｅについては、ローラー１０ａ～１０ｅの径方向断面のみを図示する。

（第２実施例）
　図３に示すローラー１０ａは、３個の梁部１４が、筒部１６の中心２０からローラー１０ａの径方向外側に向けて伸びており、隣り合う梁部１４が成す角度がおよそ１２０度である。ローラー１０ａも、筒部１６がバランスよく補強される。また、ローラー１０ａも、押出成形によって筒部１６と梁部１４が一体成形されている。

（第３実施例）
　図４に示すローラー１０ｂは、筒部１６の中心２０を通過する１個の梁部１４を備えている。換言すると、ローラー１０ｂは、筒部１６の中心２０からローラー１０ｂの径方向外側に向けて反対方向に伸びる２個の梁部１４を備えている。このような形態であっても、従来のローラーと比較して、高い強度が得られるとともに、高い真円度を得ることができる。

　ローラー１０，１０ａ及び１０ｂに共通する特徴として、梁部１４が筒部１６の中心２０からローラーの径方向外側に向けて伸びているという特徴が挙げられる。梁部１４が筒部１６の中心２０からローラーの径方向外側に向けて伸びている形態においては、筒部１６の開口率（径方向断面に現れる空隙）を一定にした場合、梁部１４の数が増加するに従ってローラーの強度が増加する傾向がみられる。しかしながら、筒部１６の開口率を一定にするために、梁部１４の数を増加させると、個々の梁部１４の厚みを薄くすることが必要となる。そのため、外径４０ｍｍのローラーにおいては、梁部１４の数を８個より多くしても、ローラーの強度は増加しないことが確認されている。そのため、梁部１４が筒部１６の中心２０からローラーの径方向外側に向けて伸びている形態においては、梁部１４の数は８個以下とすることが好ましい。また、筒部１６をバランスよく補強するために、梁部１４の数は３個以上とすることが好ましい。

（第４実施例）
　図５に示すローラー１０ｃは、筒部１６の内壁１２に格子状の梁部１４が設けられている。ローラー１０ｃは、一部の梁部１４が中心２０を通過しているが、多くの梁部１４は中心２０を通過していない。そのため、ローラー１０ｃは、梁部１４が筒部１６の中心２０からローラーの径方向外側に向けて伸びているローラー１０，１０ａ及び１０ｂとは異なる特徴を有しているといえる。但し、ローラー１０ｃも、従来のローラーと比較して、高い強度が得られるとともに、高い真円度を得ることができる。ローラー１０ｃは、格子状の梁部１４を有することにより、内壁１２の周方向に多くの梁部１４を接触させることができる。そのため、ローラー１０，１０ａ及び１０ｂより梁部１４の厚みが薄くても、ローラー１０，１０ａ及び１０ｂと同程度の強度を得ることができる。ローラー１０ｃは、筒部１６の開口率を大きく確保することができ、筒部１６内にスムーズに流体を通過させることができる。

（第５実施例）
　図６に示すローラー１０ｄは、３個の梁部１４が正三角形を形成している。正三角形の梁部１４は、筒部１６の内壁に外接している。このような形態であっても、従来のローラーと比較して、高い強度が得られるとともに、高い真円度を得ることができる。また、ローラー１０ｄは、筒部１６の中心２０に広い開口を確保することができる。

（第６実施例）
　図７に示すローラー１０ｅは、４個の梁部１４が正方形を形成している。正方形の梁部１４は、筒部１６の内壁に外接している。ローラー１０ｅも、ローラー１０ｄと同様に、従来のローラーと比較して、高い強度が得られるとともに、高い真円度を得ることができ、筒部１６の中心２０に広い開口を確保することができる。

　上記実施例において、梁部の形態が異なる６個のセラミックス製のローラーについて説明したが、重要なことは、ローラーが、筒部の内壁に、その筒部を補強するための梁部を備えていることである。そのため、梁部の形態は、必要に応じて適宜変更することができる。例えば、第１実施例において、隣り合う梁部１４が成す角度がおよそ９０度である（梁部１４が十字型）例について説明したが、隣り合う梁部１４が成す角度は９０度でなくてもよい（梁部１４がＸ型であってもよい）。この場合、隣り合う梁部１４が成す角度は、８０度以上１００度以下であってよい。

　また、第４実施例では、一部の梁部１４が筒部１６の中心２０を通過している形態について説明したが、全ての梁部１４が筒部１６の中心２０を通過していなくてもよい（筒部１６の中心２０が開口していてもよい）。

　また、第５実施例（ローラー１０ｄ）において梁部１４は正三角形以外の三角形（例えば二等辺三角形）であってもよいし、第６実施例（ローラー１０ｅ）において梁部１４は正方形以外の四角形（長方形、菱形等）であってもよい。また、５個以上の梁部が形成する多角形が、筒部の内壁に外接していてもよい。

　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：セラミックスローラー
１４：梁部
１６：筒部
２０：筒部の中心

Claims (6)

1. 　加熱炉内を貫通し、回転により被加熱物を搬送可能なセラミックスローラーであって、
   　円筒状の筒部と、
   　前記筒部の内壁に設けられている梁部と、
   　を備えているセラミックスローラー。
2. 　前記筒部の厚みＡ１と前記梁部の厚みＡ２が、下記式（１）を満足している請求項１に記載のセラミックスローラー。
   　０．２≦Ａ２/Ａ１≦２・・・（１）
3. 　前記厚みＡ２が、１ｍｍ以上１３ｍｍ以下である請求項２に記載のセラミックスローラー。
4. 　前記セラミックスローラーの断面において、前記梁部が、前記筒部の中心を含んでいる請求項１から３のいずれか一項に記載のセラミックスローラー。
5. 　前記セラミックスローラーの断面において、３個以上８個以下の前記梁部が、前記筒部の中心から径方向外側に向けて伸びている請求項４に記載のセラミックスローラー。
6. 　前記セラミックスローラーの断面において、４個の前記梁部が前記筒部の中心から径方向外側に向けて伸びており、
   　隣り合う前記梁部の成す角度が８０度以上１００度以下である請求項５に記載のセラミックスローラー。

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