JP2004167502A

JP2004167502A - セラミックス製ロール

Info

Publication number: JP2004167502A
Application number: JP2002333538A
Authority: JP
Inventors: Shigesada Sugiyama; 茂禎杉山; Shigeyuki Hamayoshi; 繁幸濱吉; Shingo Nogami; 信悟野上
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】耐用寿命が長いとともに、セラミックス製スリーブのロール軸方向の位置決め固定が容易であるセラミックス製ロールを提供する。
【解決手段】セラミックス製ロールは、軸材に１個または複数個のセラミックス製スリーブを外嵌させて、セラミックス製スリーブの両端部にセラミックス製スリーブより外径の小さい金属製スリーブを配置し、軸材に設けた弾性部材および金属製締付部材により金属製スリーブを側圧し、セラミックス製スリーブを固定したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧延用ロール、搬送用ローラ、ガイドローラなどのロールおよびローラ（以下、ロールおよびローラを「ロール」と略す。）に係り、金属製などの軸材の外周にセラミックス製スリーブを嵌着させたセラミックス製ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から鉄鋼圧延ラインに用いられる圧延用ロール、搬送用ローラ、ガイドローラなどには、金属製ロールが多く使われている。しかしながら、金属製ロールは摩耗しやすく、また耐食性、耐酸化性および耐熱性に劣るという問題があった。また金属自体の重量が重いためロールの取り替え作業が容易でないという問題があった。そこで、これらの欠点を解決するために金属製ロールに替わりセラミックス製ロールが種々提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、ロールの絶縁性を向上させるために、金属からなるロール表面にアルミナやジルコニア等のセラミックスを５０〜１００μｍの厚みで溶射を施してなる熱間圧延ラインで用いられる搬送ロールが記載されている。
【０００４】
また特許文献２には、熱間圧延ラインにおいて、圧延鋼板の上下から互いに対向した誘導加熱コイルを配置して圧延鋼板の幅方向両端部を加熱する誘導加熱装置の直下または前後に配置され、金属製芯金にセラミックス製スリーブを嵌合した熱間圧延ライン向けローラであって、セラミックス製スリーブは、金属製芯金の胴長方向の両側にそれぞれ外嵌され、そのスリーブ外嵌部がローラの胴長方向中央部よりも大径となることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
実用新案登録２５５１６１１号公報
【特許文献２】
特開２００２−１７８０２０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のロールにおいては、熱膨張係数が７〜１１×１０^−６／℃程度であるアルミナやジルコニア等のセラミックスを５０〜１００μｍの厚みでロール表面に溶射しており、被溶射材である金属製ロールの熱膨張係数１５〜４０×１０^−６／℃程度に比べて熱膨張係数差が大きいため、ロール全体を加熱冷却した際にアルミナやジルコニア等の極めて薄い溶射膜が剥離しやすいという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２のように金属製芯金にセラミックス製スリーブを嵌合した熱間圧延ライン向けローラでは、セラミックス製スリーブをロール軸方向に位置決め固定することが容易でなく、長期間安定して使用することが困難であるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は耐用寿命が長いとともに、セラミックス製スリーブのロール軸方向の位置決め固定が容易であるセラミックス製ロールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のセラミックス製ロールは、軸材に１個または複数個のセラミックス製スリーブを外嵌させて、セラミックス製スリーブの両端部にセラミックス製スリーブより外径の小さい金属製スリーブを配置し、軸材に設けた弾性部材と金属製締付部材により金属製スリーブを側圧し、セラミックス製スリーブを固定したことを特徴とする。
【００１０】
前記本発明において、セラミックス製スリーブは耐摩耗性、耐食性、耐酸化性および耐熱性に優れる窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなるものが好ましい。また、窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、熱衝撃等による破壊を防止するために、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。さらに常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であり、常温における熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより望ましい。
【００１１】
また、ロールの軸材の両端部に設けた弾性部材は、側圧を十分に付与できるように、そのヤング率が３００００ｋｇ／ｍｍ^２以下であることが好ましく、より好ましくは２５０００ｋｇ／ｍｍ^２以下である。
【００１２】
さらに、軸材、金属製スリーブおよび弾性部材は、耐酸化性を十分確保するようにステンレス鋼から形成されるものが好ましい。また、この弾性部材にはロール軸方向への自由度が効く皿バネのような形状のものがより好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明実施例のセラミックス製ロールの概略図である。図１において、中実状の軸材５の外周に、中空円筒状のセラミックス製スリーブ１を約１ｍｍの隙間を有するように嵌合した。このセラミックス製スリーブ１の両端部に金属製スリーブ２ａ、金属製スリーブ２ｂを配置した。金属製スリーブ２ａおよび２ｂの外径はセラミックス製スリーブ１のそれより小さくする。
【００１４】
そして、金属製スリーブ２ａの端部（セラミックス製スリーブ１側でない方の端部）に隣接するように弾性部材３ａを軸材５の外周に嵌合させて配置し、さらに弾性部材３ａと隣接するように金属製締付部材４ａを軸材５に螺合させた。金属製締付部材４ａの内周面にはねじ溝が形成されており、軸材５の胴部端部の外周面に設けたねじ部と螺合される。同様に、金属製スリーブ２ｂの端部（セラミックス製スリーブ１側でない方の端部）に隣接するように弾性部材３ｂを軸材５の外周に嵌合させて配置し、さらに弾性部材３ｂと隣接するように金属製締付部材４ｂを軸材５に螺合させた。
【００１５】
このように構成することにより、金属製締付部材４ａおよび４ｂを、ロール軸方向にねじ回転移動させ、弾性部材３ａおよび３ｂを伸縮させて、金属製スリーブ２ａおよび２ｂに側圧を付与し、セラミックス製スリーブ１を所定の位置に位置決め固定した。位置決め後、金属製締付部材４ａおよび４ｂのねじが緩まないように金属製締付部材４ａおよび４ｂを軸材５に固定した。
【００１６】
次に本発明のセラミックス製スリーブの製造方法について説明する。平均粒径０．５μｍの窒化ケイ素粉末に、焼結助剤として、平均粒径０．２μｍの酸化マグネシウム粉末を３．０重量％、平均粒径２．０μｍの酸化イットリウム粉末を３．０重量％添加し、適量の分散剤を加えエタノール中で粉砕、混合した。ついで、噴霧乾燥後、篩を通して造粒した後、ゴム型に充填し、静水圧により冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を行い、所定形状の中空スリーブロールとなる成形体を作製した。この成形体を１９５０℃、６０気圧の窒素ガス雰囲気中で５時間焼成し、窒化ケイ素系セラミックス焼結体からなるスリーブを得た。更に得られた焼結体を、ダイヤモンド砥石を用いて所定の形状に加工し、本発明の窒化ケイ素系セラミックス製スリーブを製作した。
【００１７】
また、得られた窒化ケイ素系セラミックス焼結体から、直径１０ｍｍ×厚さ３ｍｍの熱伝導率および密度測定用の試験片、縦３ｍｍ×横４ｍｍ×長さ４０ｍｍの４点曲げ試験片を採取した。密度はＪＩＳＲ２２０５に基づいてアルキメデス法から求めた。相対密度はＪＩＳＲ２２０５に準拠したアルキメデス法により実測密度を求めこれを計算により算出した理論密度で除した値とした。熱伝導率はレーザーフラッシュ法ＪＩＳＲ１６１１に準拠して常温での比熱および熱拡散率を測定し熱伝導率を算出した。４点曲げ強度は常温にてＪＩＳＲ１６０１に準拠して測定を行った。
【００１８】
その結果、本発明の窒化ケイ素系焼結体からなるセラミックス製スリーブは、相対密度が９９．２％、常温における熱伝導率が７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、常温における４点曲げ強度が９４０ＭＰａであり、ロールとして十分な特性が得られた。そして、本発明のセラミックス製ロールを実機ラインに適用した結果、耐摩耗性、耐食性、耐酸化性および耐熱性は良好であり、熱衝撃による破壊も見られず、位置決めもずれることなく強固に維持でき、長期間使用しても安定した操業を実現することができた。
【００１９】
図２は本発明の他形態の実施例であるセラミックス製ロールの概略図である。図２において、セラミックス製スリーブ１として、外径３５５ｍｍ×内径３０５ｍｍ×長さ１００ｍｍの窒化ケイ素系セラミックススリーブを３個（セラミックス製スリーブ１ａ、１ｂおよび１ｃ）製作した。軸材５として、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４を用いて、胴部中央部の外径３００ｍｍである中実状の軸材を製作した。また、金属製スリーブ２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄとして、ＳＵＳ３０４を用いて外径３２６ｍｍ、厚み１３ｍｍの中空円筒体を製作した。弾性部材３ａおよび３ｂとして、ＳＵＳ３０４を用いてリング状の皿バネを作製し、この皿バネを５枚直列に組み合わせて形成した。金属製締付部材４ａおよび４ｂとして、ＳＵＳ３０４を用いて内周面にねじ溝を形成した中空円筒体を製作した。これらの部材を用いて、軸材に複数個のセラミック製スリーブと金属製スリーブを嵌めて、その後、弾性部材を嵌めて、金属製締付部材を回転させて位置決めを行った。位置決め後、金属製締付部材を軸材に固定した。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のセラミックス製ロールによれば、耐摩耗性、耐食性、耐酸化性および耐熱性に優れ、セラミックス製スリーブの位置決めが容易にでき、熱衝撃による破壊も防止でき耐用寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のセラミックス製ロールの概略図である。
【図２】本発明の他形態の実施例であるセラミックス製ロールの概略図である。
【符号の説明】
１セラミックス製スリーブ、１ａ（１ｂ、１ｃ）セラミックス製スリーブ、
２ａ（２ｂ、２ｃ、２ｄ）金属製スリーブ、
３ａ（３ｂ）弾性部材、
４ａ（４ｂ）金属製締付部材、５軸材

Claims

軸材に１個または複数個のセラミックス製スリーブを外嵌させて、セラミックス製スリーブの両端部にセラミックス製スリーブより外径の小さい金属製スリーブを配置し、軸材に設けた弾性部材および金属製締付部材により金属製スリーブを側圧し、セラミックス製スリーブを固定したことを特徴とするセラミックス製ロール。
前記セラミックス製スリーブは、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス製ロール。
前記窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項２に記載のセラミックス製ロール。
前記弾性部材のヤング率が３００００ｋｇ／ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックス製ロール。