JP6096663B2 - 高温アニール用の複合材料ローラ - Google Patents

Description

本発明は、工業製品の、輸送、ガイド、又は加工のために用いられ、かつ高温及び大きな温度勾配の影響を受けることが意図されたローラの分野に関する。より詳細に、しかし排他的ではなく、本発明は、１０００℃よりも高い温度に達する、超高性能スチールの製造のために用いられるローラのような超高温アニールライン用のローラに関する。

このような温度においてスチール板の強度はとても弱いので、そのスチール板のストリップ（la bande）に引っ張りをかけることは想定できない。そのストリップのクリープを防止するため、かつそのストリップをガイドするために、そのストリップの極めて近い位置に支えを設ける必要がある。結果的に、超高温アニールラインは、その全体に０．５メートル〜２メートル毎にローラを有する必要がある。複数のローラの各々はモータ駆動されている。摩擦を最小化しつつ引っ張り力がかからずにそのストリップの移動が生じるように一組のローラが同期して動く。

このタイプのアニールラインで用いられるローラの直径は、典型的には、排他的でない例として示せば、約１００ミリメートル（ｍｍ）であり、一般的には５００ｍｍを下回る。支持表面の長さは、一般的には、５００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲である。

このようなタイプの産業に用いられるローラは、一般的に、（ジルコニア、シリカなどのセラミック酸化物型の）表面コーティングを有する耐熱スチール製である。しかしながら、１０００℃を超える温度において、アニールラインでのそのローラの耐用期間は限られており、摩損が理由でそのローラは頻繁に（一般的には１〜５か月に１度）、取り換えられる必要がある。

高温を許容するセラミック製又はグラファイト製のローラは広く用いられている。しかしながら、この様なローラは比較的脆く、耐用期間が限られている。本発明はまた、低温（典型的には６００℃〜９００℃の範囲）で処理され、高いレベルの引っ張りの影響を受けるスチール板のアニールのためのラインに存在するローラに関する。このようなタイプの処理のためには、スチールのローラが一般に用いられているが、膨張係数がかなり大きいので、このローラは、温度の影響で変形しうる。これにより、場合によっては、金属板に皺（一般に「熱座屈」と呼ばれる）が形成され、又は、金属板のガイド状態が悪くなるおそれがある。このような事情の下、これらのローラは、典型的には５００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲の、大きな直径を一般的に呈し、荷重がかかる表面（la table）の長さは２０００ｍｍに達しうる。

文献ＵＳ６７０９３７２には、連続アニールプラントにおける金属ストリップを輸送するためのアニールローラが開示されており、そのローラは、カラー又はシェル（la virole ou enveloppe）を有する。そのカラー又はシェルは、カーボンカーボン（Ｃ−Ｃ）複合材料、すなわち、カーボンマトリクスによって密度が高められた炭素繊維の強化材を備えている材料、又はＳｉＣ−ＳｉＣ複合材料、すなわち、ＳｉＣマトリクスによって密度が高められたＳｉＣ繊維強化材製の材料でできている。文献ＵＳ２００９／０３６２８３にも、Ｃ−Ｃ複合材料製のカラーを有する、高温スチール製造プラント又は冶金プラントで用いられるローラが記載されている。

Ｃ−Ｃ複合材料又はＳｉＣ−ＳｉＣ複合材料のフェルール（カラー、une virole）は、スチールのカラーよりも良好な熱機械性能を有しているが、これら２つの複合材料の使用には欠点がある。

このようなローラは、一般的に、機械的強度を確保するために、それを貫く金属シャフトを使用する必要がある。このような事情の下、そのシャフトがそのカラーを回転駆動するために、金属シャフトと複合材料のカラーとの間に回転カップリングを備えるための手段を有する必要がある。

しかしながら、シャフトとカラーとの間に熱膨張差があるので、シャフトの膨張を抑制するため、又はその膨張差を補うための特定の手段が備えられる必要がある。

膨張を抑制する例として、超高温においてシャフトを積極的に冷却できる装置がある。例えば、シャフトの内部に冷却流体を循環させることによってシャフトを冷却する。積極的な冷却を行う装置を設ける必要性により、プラントがより複雑になり、多量のエネルギーを消費する。

膨張差を補う例として、金属シャフトとは対照的に高温でほとんど膨張しない、複合材料のカラーに及ぼしている応力を抑制しつつ金属シャフトを膨張させることを可能にする解決手段が開発された。文献ＵＳ２００９／０３６２８３には、その近くに熱構造複合材料（en materiau composite thermostructual）製のシェル又はカラーが配置された金属シャフトを有するローラが開示されている。シャフトとシェルとの間の膨張差を補うために、これら２つのエレメントの間にラジアル方向のクリアランスが確保されている。この解決手段は、ラジアル方向の膨張差を補うためには有効であるが、シャフトによってシェルを回転させることができるように、シャフトの外周面に形成された溝及びシャフトの溝に嵌め込むためのシェルの内周面上の歯を必要とする。

このような特別な形状は、ローラの製造をより複雑にし、コストを増加させる。さらに、カラーを低温時にシャフトに位置合わせする（調心する）ことは、低温時にはシェルとシャフトとの間に存在するラジアル方向のクリアランスが大きいので、難しい。

本発明の目的は、高温（特に１０００℃よりも高い温度）の影響下及び／又は急速な温度変化の間に変化しない外形を有する、複合材料製のカラー又はシェルを備えている新規なローラ構造を提供することにある。この目的は、シェルと金属シャフトとの間の回転可能な接続を、単純で信頼性が高く、これら２つのエレメントの間の膨張差を補うこともできる手段で確保しつつ達成される。

この目的のために、本発明は、高温アニールライン用のロールであって、複合材料製の円筒状のシェルと、両端のうち少なくとも一方にスピンドルを含んでいる、金属材料製の軸をなす支持エレメントとを備え、
前記軸をなす支持エレメントに固定され、かつ各々が前記シェルに形成された第１貫通穴又は第２貫通穴に配置された第１キー及び第２キーを少なくともさらに備え、前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴は、前記第１キー又は前記第２キーの寸法よりも大きい寸法を有し、前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴の各々は、前記シェルの周に沿って定められる周回方向に沿って第１周支持表面及び第２周支持表面を、軸に沿って定められる運動方向に沿って第１長手方向支持表面及び第２長手方向支持表面を含み、
前記第１キーは前記第１貫通穴の前記第１周支持表面を押すように装着されており、一方、前記第２キーは前記第２貫通穴の前記第２周支持表面に対して装着されており、
前記第１キーは前記第１貫通穴の前記第２長手方向支持表面を押すように装着されており、一方、前記第２キーは前記第２貫通穴の前記第１長手方向支持表面に対して装着されている、ことを特徴とするローラを提供する。

本発明のローラの前記円筒状のシェル、すなわち、高温で金属板を支持するための、ローラの本体は、熱構造複合材料でできている。熱構造複合材料の熱性能、機械性能、及び熱機械性能は優れているので、スチールの耐用温度より高い温度、すなわち、１０００℃より高い温度、場合によって１３００℃までの温度で、セラミック又はグラファイトが脆くなることなく、本発明のローラは効果を発揮する。

また、熱構造複合材料（マトリクスによって密度が高められた繊維強化材）は、従来技術のローラによって支持される荷重に耐えるのに十分な構造特性を有する。加えて、この材料は、低い熱膨張係数を示し、高温の影響下でシェルの変形を防止でき、それによって、温度が上昇している又は降下している間でローラの外形を保つ。また、これらの特性の組み合わせは、熱座屈のリスク及び曲げ（deviation）のリスクを抑えることができるので、高いレベルの張力及び高温の下で処理される金属板のためのアニールラインに備えられるローラの製造にとって特に有利である。

さらに、少なくとも一つのスピンドルのマンドレルに固定されているキーを介して円筒状のシェルに回転駆動力が伝達される。その結果、駆動トルクは、単純で、少数の、安価なエレメントを用いて伝達される。

さらに、円筒状のシェルに対する複数のキーの反対向きの周方向スラスト（l'appui）により、シェルはスピンドルによって両方向に回転するように駆動され得る。これと共に、シェルに過剰なレベルの応力がかからないでスピンドルが膨張する結果としてキーが膨張及び／又は移動できるように、十分な周方向のクリアランスが各々のキーとシェルにおける対応する貫通穴との間に確保されている。キー／スピンドルとシェルとの間の膨張差が生じた場合に、上記の様に、シェルにかかる応力を軸方向で抑えることは、軸方向においてキーとシェルとの間に対向する支持表面によって同様に実現されている。

さらに、本発明のローラは、スチール製のローラと比べて、質量が小さく慣性が小さいことを考慮すれば、駆動に必要な動力がかなり小さい。

本発明の一つの特徴によれば、前記第１キー及び前記第２キーは、前記軸をなす支持エレメントの第１端の近くに配置されている。前記ローラは、前記軸をなす支持エレメントの第２端の近くに配置されている少なくとも第３キー及び第４キーをさらに含んでおり、前記第３キー及び前記第４キーは、前記軸をなす支持エレメントに固定されており、前記第３キー及び前記第４キーの各々は、前記シェルに形成された第３貫通穴又は第４貫通穴に配置されており、前記第３貫通穴及び前記第４貫通穴は前記第３キー又は第４キーの寸法よりも大きい寸法を有し、前記第３貫通穴及び前記第４貫通穴の各々は、前記シェルの周に沿って定められる周回方向に沿って第１周支持表面及び第２周支持表面を、軸に沿って定められる運動方向に沿って第１長手方向支持表面及び第２長手方向支持表面を含む。前記第３キーは、前記第３貫通穴の前記第２周支持表面を押すように装着されており、一方、前記第４キーは前記第４貫通穴の前記第１周支持表面に対して装着されている。前記第３キーは前記第３貫通穴の前記第１長手方向支持表面を押すように装着されており、一方、前記第４キーは前記第４貫通穴の前記第２長手方向支持表面に対して装着されている。

本発明の別の特徴によれば、前記スピンドルの各々は、低温時に前記円筒状のシェルに対して前記スピンドルを調心するように、前記シェルの一端に形成されたショルダー（un epaulement）と協働している調心用スペーサ（un becquet de centrage）を有する。

本発明の別の特徴によれば、前記ローラは、前記スピンドルの延長線上で前記円筒状のシェルの内部に配置された金属材料製の軸をなす支持エレメントと、前記軸をなす支持エレメント外周面と前記セルの内周面との間に配置された少なくとも一つの弾性変形可能なエレメントとを含んでいる。前記円筒状のシェルと前記軸をなす支持エレメントとの間のこの弾性的接続は、低温時及び高温時の双方で、シェルの軸を、前記軸をなす支持エレメントの軸に調心するとともに、これらのエレメント間の膨張差を補う。

この弾性的接続は、特に、前記軸をなす支持エレメントの外周面と前記シェルの内周面との間の環状の空間に一定間隔で配置された、複数の弾性舌片（une pluralite de languettes）若しくはグラファイトシートのスキッド（de patins en feuillards de graphite）、又は前記軸をなす支持エレメントの外周面と前記シェルの内周面との間の環状の空間に配置され、分断されたリングの形状の弾性ブレードによって実現されているとよい。

本発明の別の側面によれば、前記円筒状のシェルは、低い熱膨張係数及び良好な熱伝導率を示すカーボン−カーボン（Ｃ−Ｃ）複合材料でできている。ＣＭＣ材料のように、熱伝導率に対する熱膨張係数の比がゼロに近い熱構造複合材料を、前記円筒状のシェルの作製に用いてもよい。

添付の図面を参照しつつ限定的でない例示としてなされる、本発明の特定の実施形態についての以下の説明から本発明の他の特徴及び利点が明らかになる。

図１は、本発明の実施形態における高温アニールライン用のローラの概略図である。 図２は、図１のローラの部分図である。 図３は、図１のローラの部分図である。 図４は、図１のＩＶ−ＩＶ平面における断面図である。 図５は、図１のキーを示す図である。 図６は、図１のキーを示す図である。 図７は、図１のローラの一部の詳細図である。 図８は、図１のローラの一部の詳細図である。 図９は、図１のＩＸ−ＩＸ平面における回転断面図である。 図１０は、図１のＸ−Ｘ平面における回転断面図である。 図１１は、本発明のローラのシェルと軸をなす支持エレメントとの間の膨張差を補うための弾性変形可能なエレメントの変形例を示す部分斜視図である。

本発明の適用分野は、排他的ではないが、特に、金属板のストリップ（例えば、超高性能スチールのストリップ）が１０００℃より高い温度で処理される、連続アニールライン又プラントの分野である。

図１〜図３は、アニールラインの金属板のストリップの輸送、ガイド、又は加工に一様に使用するのに適している本発明の実施形態に係るローラ１００を示す。

ローラ１００は、円筒状のシェル又はフェルール１２０と、スピンドル１３０を含んでいる第１端及びスピンドル１４０を含んでいる別の端を有する、軸をなす支持エレメント１７０とを備える。

金属ローラが変形せずには耐えられない１２００℃よりも高温で、操作の信頼性を確保するために、かつ、セラミック又はグラファイトよりも高い機械的強度を有しつつそうなるために、円筒状のシェル１２０は、少なくとも一部が熱構造複合材料でできた軸対称部品１２１によって構成されている。熱構造複合材料は、具体的に、カーボンマトリクスによって密度が高められた炭素繊維強化材であり、既知の構成のカーボン／カーボン（Ｃ−Ｃ）複合材料、又はセラミックであるマトリクスによって密度が高められた炭素繊維又はセラミック繊維の強化材で構成された既知の構成のＣＭＣ複合材料である。Ｃ−Ｃ材料又はＣＭＣ材料のような熱構造複合材料は、構造部分を構成するのに適している良好な機械的特性と、Ｃ−Ｃ材料又はＣＭＣ材料においては１３００℃よりも高い温度となり得る高温でその機械的特性を保つ性能とによって特徴づけられる。熱構造複合材料は、自身を支えるため、すなわち、内部の支持部材がない状態でローラにかかる力にシェルが耐えることができるように、シェルに十分な機械的強度を与える。

このタイプの材料はまた、スチール（約１２×１０^-6／℃）などの金属材料の熱膨張係数と比較して、低い熱膨張係数を示す（Ｃ−Ｃ材料は、約２．５×１０^-6／℃）。その結果、シェル１２０は、その高温の機械的特性により温度の影響でほとんどまったく膨張せず、変形しない、処理対象の金属板と接触すべきローラ１００の一部を構成している。

複合材料、具体的にはＣ−Ｃ又はＣＭＣの部品の製造は良く知られている。その製造は、一般に、製造すべき部品の形状に近い形状に炭素繊維を予備成形する工程と、その後マトリクスでその予備成形体の密度を高める工程とを備える。ＣＭＣ材料は、ＳｉＣ繊維のようなセラミック繊維製の強化材として構成されていてもよい。ただし、例えば、１２００℃を超える高温で、ＳｉＣのようなセラミック繊維の機械的特性は低下し、一方、炭素繊維の高温における機械的特性は良好であるので、本実施形態では炭素繊維の強化材が用いられている。

繊維の予備成形体は部品の強化材を構成し、その役割は機械的強度の観点から不可欠なものである。この予備成形体は、炭素繊維でできた繊維生地から得られる。炭素繊維でできた生地としては様々な種類及び形態のものを用いてよく、例えば具体的に、
２次元（２Ｄ）の織物、
３Ｄ編み又は複数層の積層によって得られる３次元（３Ｄ）の織物、
組紐（tresse）、
編物（tricott）、
フェルト（feutre）、及び
一方向（ＵＤ）の糸（fils）若しくはロープ（cables）のシート（nappes）、又は複数のＵＤのシートを重ねて、例えば、縫製、化学接着剤、又はニードリング（aiguilletage）によってその複数のＵＤのシートを一緒に接合することによって得られる多方向（ｎＤ）のシート、である。

織物、組紐、編物、フェルト、シート、ロープなどの層を複数積層し、例えば、縫製、糸又は固いエレメントでのインプラント（implantation）、又はニードリング（aiguilletage）によって各層をまとめて接合してできた繊維構造体を用いることも可能である。

フィラメントの巻きつけ、マンドレル（mandrin）上にＵＤのシートを巻きつけ、２次元／３次元の層又はロープのシートなどを織り、重ね、ニードリングすることによって、予備成形がなされる。

Ｃ−Ｃ材料に関して、繊維の予備成形体は、フェノール系の樹脂のように、カーボンマトリクスの前駆物質である樹脂を予備成形体に含浸させる液相法によって密度が高められていてもよい。

含浸後、繊維の予備成形は、製造されるべき部品の繊維強化材を構成することになり、その部品の形状に実質的に対応する形状を有し、治具（outillage de maintein）を使って成形される。それから、樹脂は、熱処理によって変質（重合／炭化処理）させられる。含浸及び重合／炭化処理の作業は、所望の機械的特性を得るために、必要であれば、数回繰り返されてもよい。

繊維の予備成形体は、既知の方法である、カーボンマトリクスの化学気相浸潤（ＣＶＩ）による気相法を用いて密度が高められていてもよい。

意図する使用に対し満足な特性を得つつ、作業を容易にし、コストを低減し、製造サイクルを低減するために、場合によっては、液相法と気相とを組み合わせた高密度化が用いられる。

本発明のローラのシェルを構成する軸対称部品を製造するために使用可能なＣＭＣ材料は、少なくとも一部が、具体的には、炭化物、窒化物、耐熱性酸化物などのセラミックであるマトリクスによって密度が高められた炭素繊維の強化材でできている。この複合材料は、例えば、カーボン相と炭化ケイ素相とを有するマトリクスで密度が高められた炭素繊維の強化材でできているカーボン−カーボン／炭化ケイ素（Ｃ−Ｃ／ＳｉＣ）複合材料、又は、炭化ケイ素のマトリクスで密度が高められた炭素繊維の強化材でできているカーボン−シリコン炭化物（Ｃ−ＳｉＣ）（carbone-carbure de silicium）複合材料である。Ｃ−Ｃ／ＳｉＣ材料に関し、マトリクスのカーボンの第１相を繊維の近くに存在するように最初に積層（deposee）させ、その後でＳｉＣの第２相によって覆う。このようにして、カーボンでできた第１相の酸化を防止するためにＳｉＣの層を形成できる。

液相法を用いた高密度化を行う場合、マトリクス（又はセラミック相）は、例えば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）の前駆物質であるポリカルボシラン樹脂、ＳｉＣＯの前駆物質であるポリシロキサン樹脂、ＳｉＣＮＢの前駆物質であるポリボロカルボシラザン樹脂、ポリシラザン樹脂（ＳｉＣＮ）などのセラミックスの前駆物質である樹脂を用いて作製される。Ｃ−Ｃ／ＳｉＣ材料において、繊維の予備成形体にフェノール系の樹脂のようなマトリクスのカーボン相の前駆物質である樹脂を最初に含浸させる。

例えば、化学気相浸潤（ＣＶＩ）である気相法によって高密度化を行う場合、ＳｉＣの気相の前駆物質を用いてマトリクス（又はセラミック相）が作製される。例えば、Ｃ−ＳｉＣ材料を作製する場合、ＳｉＣの気相の前駆物質はメチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）であり、ＭＴＳを分解すると、ＳｉＣが得られる。Ｃ−Ｃ／ＳｉＣ材料を作製する場合、カーボンの第１相は、クラッキングによってカーボンを生成するメタン及び／又はプロパンなどのハイドロカーボンの気体で形成され、その後、例えば、ＭＴＳを分解することによって、ＳｉＣの第２相がカーボンの第１相に積層される。

当然ながら、高密度化は、液相法と気相法とを組み合わせたものを含む。

軸をなす支持エレメント１７０、並びに、スピンドル１３０及びスピンドル１４０は、例えば、ステンレス系のスチールである金属材料でできている。各スピンドル１３０、１４０は、マンドレル１３１又はマンドレル１４１と、ハーフシャフト１３３又はハーフシャフト１４３によって延長された円錐台状部１３２又は円錐台状部１４２とを備えている。軸をなす支持エレメント１７０、並びに、スピンドル１３０及びスピンドル１４０は単一の部品として作製され得る。変形例では、スピンドルは軸をなす支持エレメントに取り外し可能な接続手段で接続されていてもよい。これにより、軸をなすエレメントから２つのスピンドルを分離できるという利点を有し、これらのエレメントのうち一つのエレメントを独立して保守又は交換できる。

上記で説明した例において、ローラ１００は、アニールラインのエンクロージャ１０の内部に配置されている（図１）。ハーフシャフト１３３及びハーフシャフト１４３は、それぞれ、エンクロージャ１０のベアリング１１又はベアリング１２によって支持されている。図１の実施形態において、シャフト１３３は回転駆動モータ１３に連結されており、シャフト１４３はベアリング１２に保持されている。

円筒状のシェル１２０は、軸をなすエレメント１７０上で、リング又はキャップ２００及びリング又はキャップ２１０によって軸方向に保持されている。より詳細に、キャップ２００の縮小部２０４が、マンドレル１３１に形成されたねじ穴１３１０と協働している固定部材２０１（例えば、ねじ）によってスピンドル１３０のマンドレル１３１に固定されている（図２及び図３）。同様に、キャップ２１０の縮小部２１４がマンドレル１４１に形成されたねじ穴１４１０と協働している固定部材２１１（例えば、ねじ）によってスピンドル１４０のマンドレル１４１に固定されている（図２及び図３）。縮小部２０４及び縮小部２１４は、以下で説明する中心スペーサを形成している円筒状部２０２及び円筒状部２１２によってそれぞれ延長されている。

図２〜図４に示すように、軸をなす支持エレメント１７０は、スピンドル１３０の近くに第１架構１３４及び第２架構１３５（un premier et un deuxieme logements）を含み、架溝１３４は第１キー１５０（図５）を受け入れるために、架溝１３５は第２キー１５５（図６）を受け入れるために存在している。キー１５０及びキー１５５は、例えば、スピンドル１３０及びスピンドル１４０と同じ材料である金属材料でできている。キー１５０及びキー１５５は、一般に、それぞれ長さＬ₁₅₀及び長さＬ₁₅₅（頂部１５５ａにおいて）で、それぞれ幅ｌ₁₅₀及び幅ｌ₁₅₅（頂部１５５ａにおいて）で、及びそれぞれ深さＰ₁₅₀及びＰ₁₅₅で延びている平行六面体状である。キー１５５は、以下で説明するように、シェル１２０に形成された貫通穴に配置するための頂部１５５ａと、長さ及び幅がより小さく、架溝と協働するための底部１５５ｂとを有する。キー１５５の頂部１５５ａの形状は、（機械加工が）必要であれば、最終組立に適合するように調整してもよい。

第１キー１５０は、そのキーに形成された通路１５４を介してねじ１５１を挿入すること、及び、ねじ１５１のねじ山に対応した雌ねじ（図４に図示していない）を含み架溝１３４の底部に形成された穴１３４１の中でそのねじをしっかりと締めることによって、第１架溝１３４の中で固定されている。同様に、第２キー１５５は、そのキーに形成された通路１５６を介してねじ１５２を挿入すること、及び、ねじ１５２のねじ山に対応した雌ねじ（図４に図示していない）を含み架溝１３５の底部に形成された穴１３５１の中でそのねじをしっかりと締めることによって、第２架溝１３５の中で固定されている。

軸をなすエレメント１７０の回転によってシェルが駆動されつつ、キーがシェル１２０を貫通するように、第１貫通穴１２２及び第２貫通穴１２３がシェルに形成されている。第１貫通穴１２２は第１架溝１３４と協働するためのものであり、第２貫通穴１２３は第２架溝１３５と協働するためのものである。シェル１２０の周に沿った周回方向Ｓｃに沿って、第１貫通穴１２２は第１周支持表面１２２１及び第２支持表面１２２２を含む。また、軸に沿った運動方向Ｓａに沿って、第１貫通穴１２２は第１長手方向支持表面１２２３及び第２長手方向支持表面１２２４を含む。同様に、シェル１２０の周に沿った周回方向Ｓｃに沿って、第２貫通穴１２３は、第１周支持表面１２３１及び第２周支持表面１２３２を含み、軸に沿った運動方向Ｓａに沿って第１長手方向支持表面１２３３及び第２長手方向支持表面１２３４を含む。

第１貫通穴１２２は、具体的には、第１キー１５０の寸法（具体的には、長さＬ₁₅₀及び幅ｌ₁₅₀）よりも大きい、長さＬ₁₂₂及び幅ｌ₁₂₂という寸法を有する。同様に、第２貫通穴１２３は、具体的には、第２キー１５５の寸法（具体的には、長さＬ₁₅₅及び幅ｌ₁₅₅）よりも大きい、長さＬ₁₂₃及び幅ｌ₁₂₃という寸法を有する。

本発明によれば、図７及び図９に示す通り、第１キー１５０は、第１貫通穴１２２の第１周支持表面１２２１を押すように装着されており、これにより、キー１５０と穴１２２の第２周支持表面１２２２との間に周方向のクリアランスＪ_C1が確保されている。また、第１キー１５０は、第１貫通穴１２２の第２長手方向支持表面１２２４を押すように装着されており、これにより、キー１５０と穴１２２の第１長手方向支持表面１２２３との間に長手方向のクリアランスＪ_l1が確保されている。

さらに、本発明によれば、図８及び図１０に示す通り、第２キー１５５は、第２貫通穴１２３の第２周支持表面１２３２を押すように装着されており、これにより、キー１５５と穴１２３の第１周支持表面１２３１との間に周方向のクリアランスＪ_C2が確保されている。また、第２キー１５５は、第２貫通穴１２３の第１長手方向支持表面１２３３を押すように装着されており、これにより、キー１５５と穴１２２の第２長手方向支持表面１２３４との間に長手方向のクリアランスＪ_l2が確保されている。

第１貫通穴１２２及び第２貫通穴１２３の周支持表面及び長手方向支持表面に対して、第１キー１５０及び第２キー１５５によって周方向及び長手方向の双方に反対向きのスラストがかかるので、軸をなす支持エレメント１７０に対して半径方向及び軸方向にシェルを保持できる。これとともに、キー１５０又はキー１５５と貫通穴１２２又は貫通穴１２３との間でそれぞれ、周方向のクリアランスＪ_C1又は周方向のクリアランスＪ_C2、及び、長手方向のクリアランスＪ_l1又は長手方向のクリアランスＪ_l2が確保されていることにより、キー及び／又は軸をなす支持エレメント１７０の膨張中にキーによってシェル上にかかる応力が低減される。

また、貫通穴１２２及び貫通穴１２３の周支持表面１２２１及び周支持表面１２３２のそれぞれにおけるキー１５０及びキー１５５に対する反対向きの周方向スラストは、両方の回転方向において回転偶力をシェル１２０に伝達しうる。

キー１５０及びキー１５５は、結果的には、シェルの貫通穴１２２及び貫通穴１２３（、並びに、架溝１３４及び架溝１３５）も、好ましくは、図９に示すように、シェル１２０の軸Ｘｅに対して半径方向反対側に配置されている。シェルに対するキーの軸方向の支持箇所がシェルの軸Ｘｅに直交する共通平面に位置していることによって、キーとシェルとの間の応力が膨張時に低減される。

さらに、図４に示すように、キー１５０及びキー１５５は、シェルの軸Ｘｅに沿って軸方向にオフセットされている。このオフセットにより、キーとシェルとの間の膨張時の応力を低減できる。

上記で説明した例において、軸をなす支持エレメント１７０は、さらに、第３架溝１３６及び第４架溝１３７をスピンドル１４０の近くに含んでいる。架溝１３６は、キー１５０と同様の第３キー１６０（図２及び図３）を受け入れるために存在しており、架溝１３７は、キー１５５と同様の第４キー１６５（図２及び図３）を受け入れるために存在している。

第３キー１６０は、キー１６０に形成された通路１６４を介してねじ１６１を挿入すること、及び、ねじ１６１のねじ山に対応した雌ねじ（図４に示してない）を有し架溝１３６の底面に形成された穴１３６１にそのねじをしっかり締めることによって、第３架溝１３６の中に固定されている。

同様に、第４キー１６５は、キー１６５に形成された通路１６６を介してねじ１６２を挿入すること、及び、ねじ１６２のねじ山に対応した雌ねじ（図４に示してない）を含み架溝１３７の底面に形成された穴１３７１にそのねじをしっかり締めることによって、第２架溝１３７の中に固定されている。

軸をなすエレメント１７０によってシェルが回転駆動されることを可能としつつ、キーがシェルを貫通するように、第３貫通穴１２４及び第４貫通穴１２５がシェルに形成されている。第３貫通穴１２４は第３架溝１３６と協働するためのものである。一方、第４貫通穴１２５は第４架溝１３７と協働するためのものである。シェル１２０の周に沿った周回方向Ｓｃに沿って、第３貫通穴１２４は第１周支持表面１２４１及び第２周支持表面１２４２を有し、軸に沿った運動方向Ｓａに沿って、第３貫通穴１２４は第１長手方向支持表面１２４３及び第２長手方向支持表面１２４４を有する。同様に、シェル１２０の周に沿った周回方向に沿って、第４貫通穴１２５は第１周支持表面１２５１及び第２周支持表面１２５２を有し、軸に沿った運動方向Ｓａに沿って、第４貫通穴１２５は第１長手方向支持表面１２５３及び第２長手方向支持表面１２５４を有する。

第３貫通穴１２４は、具体的には、第３キー１６０の寸法（具体的には、長さＬ₁₆₀及び幅ｌ₁₆₀）よりも大きい、長さＬ₁₂₄及び幅ｌ₁₂₄という寸法を有する。同様に、第４貫通穴１２５は、具体的には、第４キー１６５の寸法（具体的には、長さＬ₁₆₅及び幅ｌ₁₆₅）よりも大きい、長さＬ₁₂₅及び幅ｌ₁₂₅という寸法を有する。

本発明よれば、図７及び図１０に示す通り、第３キー１６０は第３貫通穴１２４の第２周支持表面１２４２を押すように装着されており、これにより、キー１６０と穴１２４の第１周支持表面１２４１との間に周方向のクリアランスＪ_C3が確保される。また、第３キー１６０は、第３貫通穴１２４の第１長手方向支持表面１２４３を押すように装着されており、これにより、キー１６０と穴１２４の第２長手方向支持表面１２４４との間に長手方向のクリアランスＪ_l3が確保される。

本発明によれば、図７及び図１０に示す通り、第４キー１６５は、第４貫通穴１２５の第１周支持表面１２５１を押すように装着されており、これにより、キー１６５と穴１２５の第２周支持表面１２５２との間に周方向のクリアランスＪ_C4が確保される。また、第４キー１６５は、第４貫通穴１２５の第２長手方向支持表面１２５４を押すように装着されている。これにより、キー１６５と穴１２５の第１長手方向支持表面１２５３との間に長手方向のクリアランスＪ_l4が確保される。

キー１６０及びキー１６５と、シェル１２０の貫通穴１２４及び貫通穴１２５との間の、周支持表面及び長手方向支持表面が、キー１５０及びキー１５５と、貫通穴１２２及び貫通穴１２３との間の周支持表面及び長手方向支持表面の関係と逆の態様で配置されている。これにより、シャフト１３１に連結されたモータ１３からシェル１２０にトルクを伝達する、キー１５０及びキー１５５の近くに位置するローラの一部と、スピンドル１４０並びにキー１６０及びキー１６５の近くに位置する反対部との間で、回転駆動力の安定的な伝達を確保できる。

貫通穴１２４及び貫通穴１２５の周方向支持表面及び長手方向支持表面に対して、周方向及び長手方向で反対側を向く第３キー１６０及び第４キー１６５のスラストによって、軸をなす支持エレメント１７０に対して半径方向及び軸方向にシェルを保持できる。これとともに、キー１６０又はキー１６５と貫通穴１２４又は貫通穴１２５との間でそれぞれ確保された、周方向のクリアランスＪ_C3及び周方向のクリアランスＪ_C4、並びに、長手方向のクリアランスＪ_l3及び長手方向のクリアランスＪ_l4により、キー及び／又は軸をなす支持エレメント１７０の膨張時にシェル上でキーによって加わる応力を低減する。

キー１６０及びキー１６５、結果的には、シェルの貫通穴１２４及び貫通穴１２５（、並びに、架溝１３６及び架溝１３７）も、図１０に示す通り、好ましくは、シェルの軸Ｘｅに対して半径方向反対側に位置している。シェルに対するキーの軸方向の支持箇所がシェルの軸Ｘｅに直交する共通平面に位置していることによって、膨張時のキーとシェルとの間の応力が低減される。

さらに、図４に示す通り、キー１６０及びキー１６５は、好ましくは、シェルの軸Ｘｅに沿って軸方向にオフセットされている。このオフセットにより、キーとシェルとの間の膨張時の応力を低減できる。

さらに、図４に示す通り、シェル１２０に対するキー１５０及びキー１５５の長手方向支持表面と、シェル１２０に対するキー１６０及び１６５の長手方向支持表面は、好ましくは、共通のラジアル平面上に並んでおり、これにより、シェル１２０に損傷を与えうる反対向きの力が同時にシェル１２０に及ぶことが防止される。

図２〜図４に示す通り、軸をなす支持エレメント１７０は、軸をなすエレメントの周りに一定間隔で配置された複数の柔軟な弾性舌片１８０を有する。上記で説明した例において、舌片の各々は、軸をなす支持エレメント１７０の外周面に形成された架溝１７２の底面に固定されている中心固定ベース１８１を有する。ただし、この舌片は軸をなす支持エレメントの外周面に直接固定されてもよい。舌片１８０の各々は、固定ベース１８１の両側で上方に延びている、カーブ部１８２及びカーブ部１８３の２つのカーブ部を含む。これらのカーブ部１８２及びカーブ部１８３は、シェルの内周面と接触するためのものである。

この舌片は、ローラの配置位置で達する温度レベルに応じて、金属材料又はＣ−Ｃ又はＣ−Ｃ／ＳｉＣのような熱構造複合材料で作製され得る。

舌片１８０は、低温時に、軸をなす支持エレメント１７０にシェル１２０を調心し、かつ熱構造複合材料製のシェルと金属材料製の軸をなす支持エレメントとの間の膨張差を補うのに役立つ。

図１１に示す変形例のように、分断されたリング状の弾性ブレード１９０が軸をなす支持エレメント１７０の周りに配置されてもよい。この軸をなす支持エレメントは、弾性ブレードを軸方向に保持するための環状溝１７３を含む。

別の実施形態によれば、低温でのシェルの調心及び軸をなす支持エレメントに対する膨張差を補うことは、上記の舌片のように軸をなす支持エレメントの外周面に軸方向に配置されるグラファイトシート製のスキッド（patins）によって実現されてもよい。

本発明の別の側面によれば、キャップ２００は、シェル１２０の端部に存在する縮小セクション部１２５と協働し、かつショルダー（un epaulement）１２６（図４）を定めている調心用スペーサ２０２を有する。同様に、キャップ２１０は、シェル１２０の他端部に存在する縮小セクション部１２７と協働し、かつショルダー１２８（図４）を定めている調心用スペーサ２１２を有する。これらのスペーサ２０２及びスペーサ２１２の各々は、シェル１２０の縮小セクション部１２５及び縮小セクション部１２７が係合する溝（un evidemment）を定めており、これにより、金属のスピンドル１３０及びスピンドル１４０の軸Ｘｆを、組立時に、熱構造複合材料製のシェル１２０の軸Ｘｅに調心できる。

Claims (14)

1. 高温アニールライン用のローラであって、
   複合材料製の円筒状のシェル（１２０）と、両端のうち少なくとも一方にスピンドル（１３０；１４０）を含んでいる、金属材料製の、軸をなす支持エレメント（１７０）とを備え、
   各々が前記シェルに形成された第１貫通穴又は第２貫通穴（１２２、１２３）に配置された第１キー及び第２キー（１５０、１５５）を少なくともさらに備え、前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴は、前記第１キー又は前記第２キー（１５０、１５５）の寸法よりも大きい寸法を有し、前記第１貫通穴及び前記第２貫通穴（１２２、１２３）の各々は、前記シェル（１２０）の周に沿って定められる周回方向（Ｓｃ）に沿って第１周支持表面（１２２１、１２３１）及び第２周支持表面（１２２２、１２３２）を、軸に沿って定められる運動方向（Ｓａ）に沿って第１長手方向支持表面（１２２３、１２３３）及び第２長手方向支持表面（１２２４、１２３４）を含み、
   前記第１キー（１５０）は前記第１貫通穴（１２２）の前記第１周支持表面（１２２１）を押すように装着されており、一方、前記第２キー（１５５）は前記第２貫通穴（１２３）の前記第２周支持表面（１２３２）を押すように装着されており、
   前記第１キー（１５０）は前記第１貫通穴（１２２）の前記第２長手方向支持表面（１２２４）を押すように装着されており、一方、前記第２キー（１５５）は前記第２貫通穴（１２３）の前記第１長手方向支持表面（１２３３）を押すように装着されている、
   ことを特徴とするローラ。
2. 前記第１キー及び前記第２キー（１５０、１５５）は前記シェルの軸に直交する一の平面に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のローラ。
3. 前記第１キー及び前記第２キー（１５０、１５５）は前記シェルの軸方向にオフセットされていることを特徴とする、請求項１に記載のローラ。
4. 前記第１長手方向支持表面及び前記第２長手方向支持表面（１２２３、１２２４；１２３３，１２３４）は共通のラジアル平面において並んでいることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のローラ。
5. 前記第１キー及び前記第２キー（１５０、１５５）は、前記軸をなす支持エレメント（１７０）の第１端付近に配置され、前記ローラはさらに前記軸をなす支持エレメント（１７０）の第２端付近に配置された第３キー及び第４キー（１６０、１６５）を少なくともさらに含み、前記第３キー及び前記第４キーは前記軸をなす支持エレメント（１７０）に固定されており、前記第３キー及び前記第４キーの各々は前記シェル（１２０）に形成された第３貫通穴又は第４貫通穴（１２４、１２５）に配置されており、前記第３貫通穴及び前記第４貫通穴は前記第３キー又は第４キー（１６０、１６５）の寸法よりも大きい寸法を有し、前記第３貫通穴及び前記第４貫通穴（１２４、１２５）の各々は、前記シェルの周に沿って定められる周回方向（Ｓｃ）に沿って第１周支持表面及び第２周支持表面（１２４１、１２４２；１２５１，１２５２）を、軸に沿って定められる運動方向（Ｓａ）に沿って第１長手方向支持表面及び第２長手方向支持表面（１２４３、１２４４；１２５３，１２５４）を含み、
   前記第３キー（１６０）は前記第３貫通穴（１２４）の前記第２周支持表面（１２４２）を押すように装着されており、一方、前記第４キー（１６５）は前記第４貫通穴（１２５）の前記第１周支持表面（１２５１）を押すように装着されており、
   前記第３キー（１６０）は前記第３貫通穴（１２４）の前記第１長手方向支持表面（１２４３）を押すように装着されており、一方、前記第４キー（１６５）は前記第４貫通穴（１２５）の前記第２長手方向支持表面（１２５４）を押すように装着されている、
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のローラ。
6. 前記第３キー及び前記第４キー（１６０、１６５）は前記シェルの軸に直交する一の平面に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載のローラ。
7. 前記第３キー及び前記第４キー（１６０、１６５）は前記シェルの軸線方向にオフセットされていることを特徴とする、請求項５に記載のローラ。
8. 前記第１長手方向支持表面及び前記第２長手方向支持表面（１２４３、１２４４；１２５３，１２５４）は共通のラジアル平面において並んでいることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載のローラ。
9. 前記スピンドルの各々は、前記シェルの一端に形成されたショルダー（un epaulement）と協働している調心用スペーサ（un becquet de centrage）（２０２；２１０）を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のローラ。
10. 前記軸をなす支持エレメント（１７０）の外周面と前記シェル（１２０）の内周面との間に配置された少なくとも一つの弾性変形可能なエレメント（１８０、１９０）を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のローラ。
11. 前記軸をなす支持エレメント（１７０）の外周面と前記シェル（１２０）の内周面との間の環状空間に一定間隔で配置された複数の弾性舌片（languettes elastiques）（１８０）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載のローラ。
12. 前記軸をなす支持エレメント（１７０）の外周面と前記シェル（１２０）の内周面との間の環状空間に一定間隔で配置された複数のグラファイトシートスキッド（de patins en feuillards de graphite）を含むことを特徴とする、請求項１０に記載のローラ。
13. 前記軸をなす支持エレメント（１７０）の外周面と前記シェル（１２０）の内周面との間の環状空間に配置され、分断されたリング（１９０）の形状の弾性ブレードを含むことを特徴とする、請求項１０に記載のローラ。
14. 前記円筒状のシェルはＣ−Ｃ（カーボンカーボン）複合材料製又はＣＭＣ（セラミック基複合）材料製であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のローラ。

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