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【発明の名称】 搬送用ローラ
【発明者】 【氏名】神田 顕光

【要約】 【課題】金属製の内筒部材とセラミック製の外筒部材とから構成される搬送用ローラにおいて、金属製の内筒部材とセラミック製外筒部材の熱膨張差から、セラミック部材が破損するという問題があった。

【解決手段】金属製の内筒部材2とセラミック製の外筒部材3とからなり、内筒部材2と外筒部材3との間に所定の隙間9を維持するように複数のリング状部材7が配置されており、内筒部材2の端部の外周側に設けた複数の押圧手段8により外筒部材3の端面を押圧して内筒部材2が外筒部材3を保持している搬送用ローラ1である。高温に加熱された鋼板を繰り返し搬送した際に、金属製の内筒部材2とセラミック製の外筒部材3との間に熱膨張差によって生じる寸法差を、両部材2・3間に設けた所定の隙間9で相殺することが可能となり、セラミック製の外筒部材3が破損することを防止することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属製の内筒部材とセラミック製の外筒部材とからなり、前記内筒部材と前記外筒部材との間に所定の隙間を維持するように複数のリング状部材が配置されており、前記内筒部材の端部の外周側に設けた複数の押圧手段により前記外筒部材の端面を押圧して前記内筒部材が前記外筒部材を保持していることを特徴とする搬送用ローラ。
【請求項2】
前記押圧手段が設けられた前記内筒部材の端部は、一方が前記内筒部材の端部に形成されたフランジ部であり、他方が前記内筒部材の端部に取り付けられたリング状フランジ部材であることを特徴とする請求項1に記載の搬送用ローラ。
【請求項3】
前記押圧手段が、前記内筒部材の端部に固定された固定手段と、ばね部材と、前記外筒部材に当接する可動部材とからなることを特徴とする請求項1または2に記載の搬送用ローラ。
【請求項4】
前記外筒部材の端部に段差が設けてあり、前記内筒部材の前記フランジ部および前記リング状フランジ部材が前記段差に収まっていることを特徴とする請求項2または3のいずれかに記載の搬送用ローラ。
【請求項5】
前記押圧手段が前記フランジ部に複数配置されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の搬送用ローラ。
【請求項6】
前記リング状部材が前記内筒部材に設けた溝に配置されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の搬送用ローラ。
【請求項7】
前記外筒部材が窒化珪素質セラミックスからなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の搬送用ローラ。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、熱間圧延ライン等において鋼板を搬送するために用いる搬送用ローラに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、各種鉄鋼製品の材料となる鋼板や線材を製造する熱間圧延ラインに搬送用ローラが用いられてきた。この搬送用ローラは、1000℃以上の高温にまで加熱されて圧延された直後の鋼板や線材を次の製品加工ラインや保管場所へ搬送するためのものである。
【0003】
図4は、複数の搬送用ローラを用いた、熱間圧延ラインにおける鋼板や鉄鋼線材等の次工程への搬送を示す運搬ラインの概略図である。
【0004】
図4に示すように、熱間圧延ラインには複数の搬送用ローラ41が設置されており、熱間圧延直後の鋼板42は、不図示の回転駆動機構の回転駆動により回転軸43に取り付けられた搬送用ローラ41を回転させ、矢印方向の先にある次の製品加工ラインや保管場所へ搬送される。
【0005】
この熱間圧延ラインで用いる搬送用ローラ41には金属製ローラが用いられてきたが、金属製ローラは鋼板42との摩擦により磨耗しやすく、また耐熱性に劣ることから、近年においては、高い耐磨耗性と耐熱性を備えたセラミック製ローラが用いられている。
【0006】
しかし、全体をセラミック製とした搬送用ローラは、寿命という観点では望ましいが、全体をセラミック製とした搬送用ローラ41は高価であり、また、複雑な形状や大型の搬送用ローラ41の製造は困難であった。
【0007】
このため、搬送する鋼板と接触する部分をセラミック製とし、他の部分を金属製とした複合構造の搬送用ローラが用いられるようになった。このような搬送用ローラとすれば、鋼板が接触するローラの外周部のみをセラミック製としているため、コストを低減でき、また、複雑な形状や大型の搬送用ローラであっても、セラミック部材は単に円筒状とした構成とすれば、容易に製造可能となる。
【0008】
しかしながら、高温の鋼板を搬送すれば、鋼板と接触するセラミック部材を通して金属部材に熱が伝わり、金属部材は膨張する。セラミック部材と金属部材との熱膨張差は一般的に非常に大きい(セラミック:2〜8×10−6/℃、金属:10〜20×10−6/℃)ことから、セラミック部材と金属部材との熱膨張差が原因で、セラミック部材が破損する、あるいはセラミック部材と金属部材との固定が緩み、空回りするという問題が生じていた。
【0009】
この問題に対し、セラミック部材と金属部材とから構成された搬送用ローラとして、例えば特許文献1には、金属軸にセラミック製の円筒状ローラ部材を装着し、当該ローラ部材をその両端面より前記金属軸に固定された金属フランジにて挾持するとともに、前記金属フランジに配置されたピンの先端部分を前記ローラ部材の端面に設けられた固定穴に挿入することにより、前記ローラ部材を金属フランジに固定した複合構造セラミックローラであって、前記固定穴が、前記ローラ部材の径方向に伸びる長軸を有する長穴である複合構造セラミックローラが提案されている。このようなローラ構造であれば、セラミックス製のローラ部材と金属フランジとの熱膨張差によるローラ部材の破損が生じることがなく、ローラ部材の空回りを防止して、金属軸の駆動力をローラ部材に確実に伝達することができるというものである。
【0010】
また、特許文献2には、熱間圧延ラインにおいて鋼板を製造するのに用いるセラミックス製ロールであって、1個または複数個のセラミックス製スリーブを金属製軸材の外周に嵌着して構成され、金属製軸材の表面に、アルミニウム合金被覆層またはクロム合金被覆層を形成したセラミックス製ロールが提案されている。そして、このセラミック製スリーブを、窒化珪素を主成分とする焼結体からなり、常温における熱伝導率が50W/(m・K)以上であるものとすることにより、加熱と冷却との熱サイクルの繰り返しによってもセラミックス製スリーブが破損することを防止できるというものである。
【特許文献1】特開2000−335727号公報
【特許文献2】特開2005−169462号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、特許文献1に提案されているローラ構造では、セラミック製のローラ部材と金属フランジ部との熱膨張差が原因で固定穴からローラ部材が破損することは防止できるものの、金属軸の外径がセラミック製のローラ部材の内径以上に熱膨張すると、ローラ部材の内周面がセラミック製のローラ部材の強度以上の内圧を受けて破損するおそれがある。
【0012】
また、特許文献2に提案されている搬送用ローラの構造とすれば、セラミックス製スリーブを嵌着させる金属製軸材の劣化や錆の発生を防止でき、軸材の劣化が原因で生じるセラミックス製スリーブの割れを防止できると考えられるが、特許文献1と同様に金属製軸材とセラミックス製スリーブとの間の径方向の熱膨張差については何ら対策されていないため、金属製軸材とセラミックス製スリーブとの熱膨張差により、セラミックス製スリーブが金属製軸材との接触面に内圧(引張応力)を受け、これがセラミック製スリーブの強度を超えると破損するおそれがある。
【0013】
また、セラミックス製スリーブと金属製軸材とが接触面で摩擦するため、機械的強度に劣る金属製軸材の表面が磨耗し易いという問題があった。さらに、金属製軸材が摩耗し、金属製軸材とセラミックス製スリーブとのクリアランスにバラツキが生じると、搬送する鋼板の荷重を平均的に受けるように金属製軸材の軸方向と常に平行に嵌合されるべきセラミックス製スリーブが、クリアランスのバラツキにより傾いた形で鋼板と接触することとなり、その場合にはセラミックス製スリーブの一部が著しく摩耗してその寿命が縮まるばかりか、荷重の集中によりスリーブが破損するおそれがある。
【0014】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、セラミック部材と金属部材との熱膨張差によりセラミック部材が破損する、あるいはセラミック部材と金属部材との固定が緩んで空回りすることなく高温の鋼板を搬送できる搬送用ローラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の搬送用ローラは、金属製の内筒部材とセラミック製の外筒部材とからなり、前記内筒部材と前記外筒部材との間に所定の隙間を維持するように複数のリング状部材が配置されており、前記内筒部材の端部の外周側に設けた複数の押圧手段により前記外筒部材の端面を押圧して前記内筒部材が前記外筒部材を保持していることを特徴とするものである。
【0016】
また、本発明の搬送用ローラは、上記構成において、前記押圧手段が設けられた前記内筒部材の端部の一方が前記内筒部材の端部に形成されたフランジ部であり、他方が前記内筒部材の端部に取り付けられたリング状フランジ部材であることを特徴とするものである。
【0017】
さらに、本発明の搬送用ローラは、上記各構成において、前記押圧手段が、前記内筒部材の端部に固定された固定手段と、ばね部材と、前記外筒部材に当接する可動部材とからなることを特徴とするものである。
【0018】
また、本発明の搬送用ローラは、上記各構成において、前記外筒部材の端部に段差が設けてあり、前記内筒部材のフランジ部がその段差に収まっていることを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明の搬送用ローラは、上記各構成において、前記押圧手段が前記フランジ部に複数配置されたことを特徴とするものである。
【0020】
また、本発明の搬送用ローラは、上記各構成において、前記リング状部材が前記内筒部材に設けた溝に配置されたことを特徴とするものである。
【0021】
また、本発明の搬送用ローラは、上記各構成において、前記外筒部材が窒化珪素セラミックスからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0022】
本発明の搬送用ローラによれば、金属製の内筒部材とセラミック製の外筒部材とからなり、前記内筒部材と前記外筒部材との間に所定の隙間を維持するように複数のリング状部材が配置されており、前記内筒部材の端部の外周側に設けた複数の押圧手段により前記外筒部材の端面を押圧して前記内筒部材が前記外筒部材を保持した搬送用ローラ構造としたことによって、高温に加熱された鋼板を繰り返し搬送した際に、金属製の内筒部材とセラミック製の外筒部材との間に熱膨張差によって生じる寸法差を、両者間に設けた所定の隙間で相殺することが可能となり、セラミック製の外筒部材が破損することを防止することができる。
【0023】
また、本発明の搬送用ローラによれば、前記セラミック製の外筒部材を、軸方向は前記押圧手段で、円周方向はリング状部材と外筒部材内面との摩擦力で強固に固定できるため、セラミック製の外筒部材の固定が緩まず、金属製の内筒部材との摩擦により摩耗することがないため、ローラの寿命を著しく向上させることができる。
【0024】
さらに、本発明の搬送用ローラによれば、前記押圧手段が設けられた前記内筒部材の端部を、一方が前記内筒部材の端部に形成されたフランジ部であり、他方が前記内筒部材の端部に取り付けられたリング状フランジ部材としたときには、前記リング状フランジ部材を取り外せば、前記外筒部材と内筒部材とを容易に着脱可能である。また、内筒部材と外筒部材とを嵌合後に、前記リング状フランジ部材を内筒部材の端部に取り付ければ、内筒部材の一方端に設けられた前記フランジ部との間で外筒部材を容易に固定することができる。
【0025】
また、本発明の搬送用ローラによれば、前記押圧手段が、前記内筒部材の端部に固定された固定手段と、ばね部材と、前記外筒部材に当接する可動部材とからなるときには、ばね部材の弾性力を可動部材を介して外筒部材の表面に作用させ、外筒部材の軸方向の固定力を強めることができるため、外筒部材の内筒部材への固定をより強固なものとすることができる。
【0026】
また、本発明の搬送用ローラによれば、前記外筒部材の端部に段差が設けてあり、前記内筒部材の前記フランジ部および前記リング状フランジ部材が前記段差に収まっているときには、搬送用ローラの軸方向の幅を短くして搬送用ローラをコンパクト化でき、ローラを外筒部材の幅で隙間なく並列に配置することができるため、幅の広い鋼板のみでなく、幅の狭い鋼材や線材等も搬送することができる。
【0027】
また、本発明の搬送用ローラによれば、前記押圧手段が前記フランジ部に複数配置されているときには、外筒部材の固定に用いられる押圧力を増加させることができ、内筒部材と外筒部材との固定をより強固なものとすることができる。
【0028】
また、本発明の搬送用ローラによれば、前記リング状部材が前記内筒部材に設けた溝に配置されているときには、リング状部材が内筒部材の幅方向でずれを生じる、あるいは幅方向にずれて外れることがないよう固定することができる。
【0029】
また、本発明の搬送用ローラによれば、前記外筒部材が窒化珪素質セラミックスからなるときには、製造直後の加熱された鋼板を搬送した場合にも、外筒部材の表面と内筒部材の表面との温度差により生じる熱衝撃に充分耐えうるものとできるので、外筒部材に発生し易い亀裂や破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
以下、本発明の搬送用ローラの実施の形態の例について説明する。
【0031】
図1(a)は本発明の搬送用ローラの実施の形態の一例の概略図を示す外筒部材の正面図であり、図1(b)は(a)のA−A’線での断面図であり、図1(c)は(b)におけるS部の拡大図である。
【0032】
本発明の搬送用ローラ1は、回転軸4の外周部に嵌合された金属製の内筒部材2と、内筒部材2の外周部に嵌合されたセラミック製の外筒部材3と、内筒部材2の一方端に形成されたフランジ部5と、内筒部材2の他方端に締結されたリング状フランジ部材6と、内筒部材2と外筒部材3との間の隙間9を維持するためのリング状部材7と、外筒部材3の軸方向の固定を強固に行なうための押圧手段8とから構成されている。
【0033】
本発明の搬送用ローラ1の特徴の1つは、図1(c)に示すように、金属製の内筒部材2の外周部に、所定の隙間9を維持するようにセラミック製の外筒部材3が嵌合された構造をしていることである。この隙間9は、搬送されてきた高温の鋼板や線材と搬送用ローラ1が接触し、搬送用ローラ1が加熱された際に、金属製の内筒部材2とセラミック製の外筒部材3との熱膨張による寸法差を吸収するために設けられている。隙間9の大きさについては、外筒部材3に用いられるセラミックスと内筒部材2に用いられる金属とのそれぞれの熱伝導率および熱膨張係数と、搬送用ローラ1上を搬送される鋼板や線材の温度とから、両者間の熱膨張差を算出することによって決定され、数μmから数mmの値となる。隙間9が熱膨張による寸法差より小さいと、金属製の内筒部材2が隙間9の値を超えて膨張するため、セラミック製の外筒部材3の内面に円周方向への引張応力がかかることとなる。そして、この応力がセラミック製の外筒部材3の段差部等の応力集中し易い箇所に集中すると、セラミック製の外筒部材3の一部に亀裂や破損を生じてしまう。また、隙間9が熱膨張による寸法差より大きすぎると、外筒部材3と内筒部材2との円周方向の固定ができないようになる。よって、外筒部材3のみが円周方向へ空回りし、内筒部材2やそのフランジ部5やリング状フランジ部材6と摩擦するため、各部材が摩耗し、変形して、搬送用ローラ1の寿命が著しく低下することとなる。
【0034】
そして、この隙間9を内筒部材2と外筒部材3間の円周方向の全体にわたって保持する方法としては、まず内筒部材2の外周面に複数設けられた凹部に、凹部の深さよりも線径の大きなリング状部材7を嵌める。その後、内筒部材2に外筒部材3を嵌合させれば、この凹部から突出するリング状部材7により隙間9を保持するとともに、外筒部材3の円周方向の固定を行なうことができる。
【0035】
また、内筒部材2と外筒部材3との軸方向の固定は、まず外筒部材3を内筒部材2に嵌合した後に、内筒部材2の端部に設けられた雄ネジ部と、リング状フランジ部材6の内径に設けられた雌ネジ部とを締結固定する。その後、内筒部材2の他方端のフランジ部5に設けられた押圧手段8により外筒部材3を側面から押圧することによって、押圧手段8とリング状フランジ部6との間で外筒部材3が軸方向に安定して固定される。
【0036】
なお、押圧手段8は、例えば図1(c)に示すようなボルトからなる固定手段8aと、皿ばねや板ばねからなるばね部材8bと、外筒部材3と先端部が接触する凸部を有した可動部材8cとから構成されており、ボルトからなる固定手段8aを締め付けると、ばね部材8bにより可動部材8cが外筒部材3の側面方向に移動し、可動部材8cの凸部の先端部が外筒部材3の側面に接触し押圧して、外筒部材3は軸方向が固定される。このような内筒部材2と外筒部材3との固定構造も本発明の特徴と言える。
【0037】
ここで、本発明の搬送用ローラ1を構成する各部材について詳細を説明する。
【0038】
図2(a)は本発明の搬送用ローラにおける外筒部材の実施の形態の一例の概略図を示す正面図であり、図2(b)は(a)のA−A’線での断面図であり、図2(c)は本発明の搬送用ローラにおける内筒部材の実施の形態の一例を示す正面図であり、図2(d)は(c)のA−A’線での断面図である。
【0039】
外筒部材3は、高温の鋼板や線材と直接接触するために、耐熱性に優れ、鋼板や線材との耐磨耗性に優れるセラミックスにより構成する。このように、材質をセラミックスとすることによって、応力が集中せず亀裂の発生や破損防止を図り、かつ加工し易くして製造コスト低減を図るという点から、その形状は単純形状とする。例えば図2(b)に示すように、円筒の両端内面に、内筒部材2のフランジ部5およびリング状フランジ部材6と嵌合可能な段差部21を設けた形状とするのが良い。具体的には、アルミナ,炭化珪素,窒化珪素,ジルコニアを主成分とするセラミックスを用いるのが良い。特に、窒化珪素は、高強度であり熱膨張係数も低く、繰り返し高温の鋼板等を搬送した場合にも亀裂や破損を生じることがなく耐久性に優れ、各種金属との耐摩耗性にも優れているために、窒化珪素を主成分とするセラミックスにより外筒部材3を構成すれば、従来よりも優れた耐久性を有する搬送用ローラ1とすることができる。
【0040】
内筒部材2は、図2(c)および(d)に示すように、中心に回転軸4に嵌合するための穴部22が設けられた円筒状をしており、内筒部材2の一方の端部には、押圧手段8と締結するための2段の座繰り部が設けられた座繰り穴23が施されたフランジ部5が、内筒部材2の他方の端部には、リング状フランジ部材6を取り付けるための雄ねじ部24が設けられている。なお、座繰り穴23の内周は、後に押圧手段8と締結するための雌ねじ部が設けてある。また、内筒部材2の外周部には、外筒部材3との隙間9を保持するリング状部材7を嵌合させるための凹部25が設けられている。凹部25の断面形状としてはU字状等の曲面形状を採用することも可能であるが、凹部25に嵌まるリング状部材7の断面形状に合わせて、どのような形状としても良い。
【0041】
内筒部材2を構成する金属としては、一般的な炭素鋼やステンレス鋼等を用いることも可能であり、穴部22に嵌合させる回転軸4との熱膨張差を考慮して、回転軸4と同材質のものを使用するのが良い。より好適には、熱膨張係数の値が低くなる金属同士を組み合わせた各種合金を用いれば、セラミック製の外筒部材3との熱膨張差を低く抑えることができ、その破損を防止することができる。
【0042】
また、内筒部材2の凹部25に嵌合するリング状部材7の断面形状は、どのような形状としても良いが、作り易さと製造コストとを考慮して角形または円形とするのが良い。そして、リング状部材7の寸法は、内径が内筒部材2の凹部25の底部の外周に沿った寸法と同等もしくは同等以下とし、線径は凹部25の深さ以上とする。内径が内筒部材2の凹部25の底部の外周に沿った寸法より大きいと、凹部25に嵌合したリング状部材7が緩んだ状態となり、外筒部材3を回転軸4と平行に嵌合させることができなくなる。また、線径が凹部25の深さより小さいと、内筒部材2と外筒部材3との間に内筒部材2が熱膨張するだけの隙間9を有することができなくなり、外筒部材3の円周方向の固定が緩んだ状態となるために好ましくない。このリング状部材7を構成する材質としては、伸縮性のある耐熱性樹脂を用いるのが良く、例えば、ポリイミド,ポリアミド,ポリカーボネート,フッ素樹脂系等およびそれらの複合樹脂を用いるのが好適である。
【0043】
図3(a)は本発明の搬送用ローラにおけるリング状フランジ部材の実施の形態の一例の概略図を示す正面図であり、図3(b)は(a)のA−A’線での断面図であり、図3(c)の(i)〜(iii)はそれぞれ本発明の搬送用ローラにおける押圧手段を構成する固定手段,ばね部材,可動部材の正面図およびA−A’線での断面図である。
【0044】
リング状フランジ部材6は、図3(a)に示すように、外観がリング状をしており、その内周面には、図3(b)に示すように、内筒部材2の端部に設けられた雄ねじ部24に締結する雌ねじ部26が設けられている。リング状フランジ部材6の材質としては、熱膨張差を考慮すると内筒部材2と同材質で構成するのが良い。また、外筒部材3の軸方向は、押圧部材8とこのリング状フランジ部材6との間で固定されるため、リング状フランジ部材6の外径を内筒部材2のフランジ部5と同等の外径とすれば、外筒部材3を軸方向に強固に固定できるだけの接触面積を得ることができるので好ましい。
【0045】
また、押圧部材8は、例えば図3(c)の(i),(ii),(iii)にそれぞれ正面図およびA−A’線での断面図で示した部材により構成されている。図3(c)の(i)に示す部材は図1(c)の固定手段8aに、(ii)に示す部材は図1(c)のばね部材8bに、(iii)に示す部材は図1(c)の可動部材8cに相当する。
【0046】
図3(c)の(i)に示す固定手段8aは、雄ねじ部27とばね部材押圧部28とからなり、断面が凸形状である。雄ねじ部27は、内筒部材2の座繰り穴23の内周に設けられた雌ねじ部と締結固定できるようになっている。締結後、ばね部材押圧部28が(ii)に示すばね部材8bの表面29と接触する。固定手段8aを座繰り穴23へより深く締結させると、ばね部材8bの表面29を押圧し、ばね部材8bが座繰り穴23の軸方向と平行に圧縮する構成となっている。圧縮したばね部材8bは、(iii)に示す可動部材8cのばね部材8bとの接触面30を押圧する。押圧された可動部材は、その先端部31により外筒部材3の側面を部分的に押圧するため、外筒部材3はリング状フランジ部材6との間で軸方向に固定されることとなる。固定手段8aは内筒部材2と同様の金属を用いて作製するのが良く、ばね部材8bとしては炭素鋼,ばね鋼(SUP),ステンレス鋼等を用いるのが良い。可動部材の材質としては、金属,セラミックスのどちらでも良いが、低コスト化を考慮すると、ステンレス鋼や炭素鋼等の一般的な金属を用いて作製するのが良い。
【0047】
さらに、押圧手段8は、内筒部材2のフランジ部5に複数配置されるのが良い。押圧手段8の設置が1ヶ所である場合には、外筒部材3の側面1ヶ所を部分的に押圧するのみとなり、その軸方向を強固に固定することが困難となる。また、1ヶ所の固定では、搬送用ローラ1の使用時の振動等が押圧手段8の固定手段8aの雄ねじ部27に集中して伝わり、ねじに緩みが生じる場合も考えられる。よって、押圧手段8は、内筒部材2のフランジ部5に少なくとも2ヶ所以上の複数ヶ所設置されるのが良い。
【0048】
さらに、押圧手段8は、フランジ部5において、内筒部材2の穴部22を中心として、図1(a)に示すように左右対称となるように配置されるのが良い。これにより、外筒部材3の側面へ均等に押圧力を付与することができ、外筒部材3の軸方向の固定をより強固なものとすることができる。
【0049】
また、外筒部材3の両端部には、内筒部材2のフランジ部5およびリング状フランジ部材6と嵌合可能な段差部21が設けられているが、この段差部21は、内筒部材2のフランジ部5とリング状フランジ部材6とが収まる寸法とすることが好ましい。これにより、内筒部材2のフランジ部5およびリング状フランジ部材6は、外筒部材3の段差部21に収まっていることとなる。このような構成であれば、本発明の搬送用ローラ1の軸方向の幅をより短くして搬送用ローラ1をコンパクト化することができ、搬送用ローラ1を外筒部材3の幅で隙間なく並列に配置することができるため、幅の広い鋼板のみでなく、幅の狭い鋼材や線材等の搬送も実施することができる。内筒部材2のフランジ部5およびリング状フランジ部材6が段差部21に収まっていない場合には、搬送用ローラ1を並列に配置すると、段差部21に収まっていないフランジ部5およびリング状フランジ部材6同士が接触するため、外筒部材3の幅で搬送用ローラ1を並列に配置できず、搬送用ローラ1間に隙間を生じることとなる。このような構成では、搬送用ローラ1間の隙間より細い線材や幅の狭い鋼板は、その隙間に落下するおそれがあるため好ましくない。
【0050】
このような構成の本発明の搬送用ローラ1は、図4に示すような鋼板や線材の搬送ライン用として用いても、搬送用ローラ1を構成する金属部材とセラミック部材との熱膨張差により応力が発生し、これが低強度の部分に集中してセラミック部材が破損することがなく、長期間に渡って良好な搬送を実施することが可能である。
【0051】
以上、本発明の実施の形態の例について説明したが、本発明の搬送用ローラ1は上述の内容に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内であれば種々変更をしてもよいことは言うまでもない。例えば、内筒部材2と外筒部材3とが金属−金属あるいはセラミックス−セラミックスの組合せであっても、両者間に熱膨張差があり、熱膨張差により発生する応力で変形や破損等の問題を生じる場合には、本発明の搬送用ローラ1の構造とすれば問題を解決できる。
【実施例】
【0052】
本発明の搬送用ローラの実施例を以下に示す。
【0053】
本発明の実施の形態の一例である図1に示した搬送用ローラ1を10個製造し、図4に概略構成を示す鋼板搬送ラインにて鋼板を搬送する試験を実施した。以下に詳細を示す。
【0054】
<外筒部材の製作>
セラミック製の図2(a)に示す外筒部材3の製作を実施した。セラミック材料としては窒化珪素を用い、予め造粒された市販の窒化珪素2次原料を購入し、これを円筒形状の成形品が得られるゴム型に投入し、静水圧プレス成形装置(ラバープレス装置)を用いて成形した。しかる後、得られた窒化珪素成形体をゴム型から取り出し、焼成後に図1(a)に示す形状となるように切削加工を施した後、焼成炉にて焼成し、焼成後にさらに研削加工を施して、外径Bが300mm,内径Cが250mm,幅Dが200mmであり、段差部21の内径Eが280mm,段差部21の軸に平行方向の深さFが25mmの窒化珪素製の外筒部材3を10個得た。
【0055】
<内筒部材の製作>
図2(c)に示す内筒部材2の製作を実施した。予め購入した外径Gが280mmのステンレス鋼棒を200mmの長さで切り出し、この切り出したステンレス鋼の中心をフライス加工により内径Hが100mmとなるように繰り抜き、円筒状とした。その後、円筒状のステンレス鋼の一方に肉厚Iが25mmのフランジ部5を形成するため、円筒状のステンレス鋼のフランジ部5を除く外径部分Jを250mmとなるように旋盤で加工し、円筒状のステンレス鋼の一方に肉厚Iが25mmのフランジ部5を形成した。次いで、フランジ部5に押圧部材8を設置するための内径が10mmの穴加工をボール盤にて施し、さらに加工した穴に内径が14mm,深さが13mmと、内径が18mm,深さが10mmとの2つの座繰り部を形成し、2段の座繰り部を有した座繰り穴23とした。そして、円筒状のステンレス鋼の外周部にリング状部材7を嵌合するため、深さが7mm,幅が10mmの凹部25を旋盤による加工で等間隔に3ヶ所、内筒部材2の外周に形成した。その後、円筒状のステンレス鋼の他方の端部に、M250mmの雄ねじ部24をねじ加工により形成し、さらに座繰り穴23の最外座繰り部の内径にM18mmの雌ねじ部をねじ加工により形成し内筒部材2を10個得た。
【0056】
<リング状フランジ部材の製作>
図3(a)に示すリング状フランジ部材6として、外径Kが280mmのステンレス鋼棒を20mmの長さで切り出し、この切り出したステンレス鋼の中心部を内径Lが245mmとなるように繰り抜き、その内径に内筒部材2の端部に形成した雄ねじ部24と締結可能なM250mmの雌ねじ部26を形成し、リング状フランジ部材6を10個得た。
【0057】
<押圧手段の製作>
図3(c)の(i)に示す押圧手段8の固定手段8aとして、外径が20mmのステンレス鋼棒を15mmの長さで切り出し、この切り出したステンレス鋼の一方に外径が13.5mm,長さが5mmのばね部材押圧部28を形成した後、ばね部材押圧部28を除く外径部分にM18mmの雄ねじ部27を旋盤加工およびねじ加工により形成し、固定手段8aを40個得た。
【0058】
次に、図3(c)の(ii)に示す押圧手段8のばね部材8bとして、市販の皿ばね(JIS B2706−2001 呼び 7 外径が14mm,厚さが0.5mm,高さが0.9mm)を用いた。
【0059】
また、図3(c)の(iii)に示す押圧手段8の可動部材8cとして、外径が13.5mmのステンレス鋼棒を10mmの長さで切り出し、これに外径が9.5mm,長さが5mmとなるように旋盤で加工して可動部材の先端部31を形成し、可動部材8cを40個得た。
【0060】
このような製造方法により押圧手段8を10セット製作した。
【0061】
<リング状部材>
リング状部材7としては、市販の耐熱200℃以上のフッ素樹脂系Oリング(JIS B2401−2005 呼び P235)30個を用いた。
【0062】
<組み立て工程>
次に、それぞれ製作した搬送用ローラ1の部品同士を組み立てた。まず、内筒部材2の外周部に形成された凹部25に、リング状部材7を嵌合させ、その外周部に外筒部材3を嵌合させた。
【0063】
ここで、ステンレス鋼製の内筒部材2の外径と窒化珪素製の外筒部材3の内径とはともに250mmであるが、両者の熱伝導率と熱膨張係数の違いから、両部材の境界部は1000℃前後の鋼板を搬送した場合に約200℃となり、両部材間に0.7〜0.75mm程度の熱膨張差が発生する。よって、予め内筒部材2の外径を249.25〜249.3mm、外筒部材3の内径を250〜250.05mmとし、この範囲内でそれぞれの部材を製作し、常温で予め最大0.8mmの隙間9が生じるようにした。同様に、内筒部材2のフランジ部5と外筒部材3の段差部21の接触部についても、範囲を検討し、最大0.8mmの隙間9を設けられるようにした。また、リング状部材7を内筒部材2の凹部25に嵌合後、軸方向に垂直な断面では、予めリング状部材7の一部が凹部から1〜1.4mm突出するようにしてあり、この突出部分の働きにより、リング状部材7を嵌合後の内筒部材2に外筒部材3を嵌めた場合に、内筒部材2と外筒部材3との間に0.8mmの隙間9を維持することが可能となる。なお、リング状部材7の突出量は1〜1.4mmであり、隙間9は0.8mmであるため、良好な嵌合が実施できないことが考えられるが、リング状部材7は樹脂製であり、伸縮性するため問題なく嵌合することが可能である。
【0064】
次に、内筒部材2に外筒部材3を嵌合した後、内筒部材2の端部に設けられた雄ねじ部24にリング状フランジ部材6の雌ねじ部26を締結させた。そして、内筒部材2の座繰り穴23に押圧手段8となる可動部材8cを挿入して取り付け、次いで、ばね部材8bを挿入した後、固定手段8aを座繰り穴23の内周部に設けられたねじ部と締結させた。押圧手段8を取り付け後は、可動部材8cの可動部材先端部31が、図1(c)に示すように、外筒部材3の段差部21の側面に接触した状態となり、0.8mmの隙間9が維持される構造となっている。
【0065】
以上のようにして本発明の搬送用ローラ1を10個組み立てた。
【0066】
<搬送試験>
次に、組み立てた本発明の搬送用ローラ1を、温度が1000℃前後の鋼板を搬送するラインの回転軸4に取り付け、実際に鋼板を搬送する試験を実施した。なお、本発明の搬送用ローラ1と試験結果を比較するため、従来の窒化珪素部材と金属部材とを組合せた搬送用ローラを別ラインに同位置となるようにして回転軸4に取り付けた。試験は、長さが10mの鋼板を1日8時間搬送することを1週間繰り返し、試験後にローラに破損等がないか観察することにより、本発明の搬送用ローラ1の有効性を確認した。
【0067】
<試験結果>
搬送試験の結果、従来の搬送用ローラは、10個中全ての窒化珪素部材に亀裂が見られた。特に、試験中に窒化珪素部材が金属部材との熱膨張差により破損したものが5個もあり、破損の影響で鋼板との接触面に凹凸が生じ、搬送中の鋼板表面にこの凹凸が転写されて変形する不具合や、凸部との摩擦により搬送中の鋼板に傷ができるという不具合が生じ、良好な搬送が実施できなかった。
【0068】
これと比較して、本発明の搬送用ローラ1は、長時間の搬送においても亀裂や破損等がなく良好な鋼板の搬送が実施でき、窒化珪素部材と金属部材との組合せによって構成された搬送用ローラであっても、本発明の搬送用ローラ1であれば、両部材の熱膨張差による亀裂や破損等がなく、良好に使用することが確認できた。さらに、鋼板との接触面が窒化珪素製であるため、鋼板との摩擦により多少の摩耗は生じているものの、極端な摩耗による鋼板接触面の変形等はなく、長期間に渡って良好に使用できることも確認できる結果であった。
【図面の簡単な説明】
【0069】
【図1】(a)は本発明の搬送用ローラの一例の概略図を示す正面図であり、(b)は(a)のA−A’線での断面図であり、(c)は(b)におけるS部の拡大図である。
【図2】(a)は本発明の搬送用ローラにおける外筒部材の実施の形態の一例の概略図を示す正面図であり、(b)は(a)のA−A’線での断面図であり、(c)は本発明の搬送用ローラにおける内筒部材の実施の形態の一例の概略図を示す正面図であり、(d)は(c)のA−A’線での断面図である。
【図3】(a)は本発明の搬送用ローラにおけるリング状フランジ部材の実施の形態の一例の概略図を示す正面図であり、(b)は(a)のA−A’線での断面図であり、(c)は本発明の搬送用ローラにおける押圧手段を構成する部材の一例の概略図を示しており、(i)が固定手段の正面図およびA−A’線での断面図であり、(ii)がばね部材の正面図およびA−A’線での断面図であり、(iii)が可動部材の正面図およびA−A’線での断面図である。
【図4】従来および本発明の搬送用ローラが用いられる熱間圧延ラインにおける鋼板や鉄鋼線材等の次工程への運搬ラインの概略図である。
【符号の説明】
【0070】
1:搬送用ローラ
2:内筒部材
3:外筒部材
4:回転軸
5:フランジ部
6:リング状フランジ部材
7:リング状部材
8:押圧手段
8a:固定手段
8b:ばね部材
8c:可動部材
9:隙間
21:段差部
22:穴部
23:座繰り穴
24,27:雄ねじ部
25:凹部
26:雌ねじ部
28:ばね部材押圧部
29:ばね部材表面
30:接触面
31:可動部材先端部
【出願人】 【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
【出願日】 平成18年10月27日(2006.10.27)
【代理人】
【公開番号】 特開2008−105085(P2008−105085A)
【公開日】 平成20年5月8日(2008.5.8)
【出願番号】 特願2006−292388(P2006−292388)