(57)【要約】  【課題】  【解決手段】溶融亜鉛中に沈められたシャフト（１２）を支持するベアリング（１０）は、セラミックスのシャフト連結ベアリング部材（２８）を保持する溝（２６）を有する鋼のシリンダライナ（２０）を具えるベアリング面を具える。【選択図】図２
2009526174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属に沈められた回転する負荷を支持するのに有用な複合ベアリングにおいて：
それぞれがシャフト連結面を具える複数のセラミックスのベアリング部品と；
周囲に間隔を空けて配置された複数のセラミックス部品を受ける溝を具える金属ライナとを具え、各前記セラミックスのベアリング部品はそれぞれの溝に受けられ、前記ライナは、それぞれの溝が、低いライナの温度ではそれぞれのセラミックス部品の径より小さい径となり、高いライナの温度ではそれぞれのセラミックス部品の径より大きい径となるように熱で膨張し、各セラミックス部品は、前記高いライナの温度でそれぞれの溝内へ受けられ、前記ライナの温度が前記低いライナの温度まで低下すると前記溝に確実に保持されて回転シャフトを摺動可能に支持する筒状のライナ面を形成することを特徴とする複合ベアリング。
【請求項２】
請求項１に記載の複合ベアリングにおいて、前記金属ライナが、複合ベアリング構造が沈められる特定の溶融金属に対する溶解度の小さい金属合金から成ることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項３】
請求項２に記載の複合ベアリングにおいて、前記合金が、前記溶融金属の動作温度でＲｃ＞２５の高い硬度を有することを特徴とする複合ベアリング。
【請求項４】
請求項１に記載の複合ベアリングは、前記セラミックスのベアリング部品がそれぞれの溝で前記筒状のライナ面から離れて動かないように前記ライナに取り付けられた保持スリーブを具えることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項５】
請求項１に記載の複合ベアリングにおいて、前記ライナは、前記ライナを通って延在する複数のセラミックス部品を受ける溝を具え、当該セラミックスのベアリング部品はそれぞれ、前記筒状のライナ面の方へ動くことによってそれぞれセラミックス部品を受ける溝内へ受けられ、前記セラミックスのベアリング部品が半径方向に外方へ動かないように前記部品を受ける溝を覆って伸縮自在に配設された保持スリーブを具えることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項６】
請求項５に記載の複合ベアリングが：
前記ライナ、前記保持スリーブ、及び前記セラミックス部品を伸縮自在に受ける外側のスリーブを具える自己整列構造を具え；
自己整列構造が、前記ライナが前記保持スリーブに対して摺動して揺動可能であるように前記保持スリーブと前記ライナの間に配設されることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項７】
請求項６に記載の複合ベアリングにおいて、前記自己整列ベアリング構造が、外側の部分的に球形状のベアリング面を具える前記ライナと；
前記ライナ内に配置されたシャフトが前記保持スリーブに対して動くことができるように、前記外側の部分的に球形状のベアリング面に摺動可能に接合した内側の部分的に球形状のベアリング面を有する前記保持スリーブとを具えることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項８】
請求項７に記載の複合ベアリングにおいて、前記自己整列ベアリング構造が、外側のスリーブに対して固定位置で前記保持スリーブに連結した一対の間隔を空けて配置されたベアリングリングを具えることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項９】
請求項７に記載の複合ベアリングにおいて、前記セラミックスのベアリング部品はそれぞれ、細長く、前記セラミックスのベアリング部品によって支持されるシャフトの回転軸に平行に支持されることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項１０】
請求項１に記載の複合ベアリングが、シャフトを支持する位置で前記ライナを支持するが、前記ライナが前記ライナの長軸を中心に第２のシャフト支持位置まで回転することができる構造を具えることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項１１】
溶融金属に沈められた移動する負荷を支持するために有用な複合ベアリングにおいて：
シャフトの回転軸周りに支持される円筒状のベアリング面を具えるベアリング構造であって：
周囲に間隔を空けて配置された複数のセラミックス部品を受ける溝を具える金属ライナと；
周囲に間隔を空けて配置された複数のセラミックス部品であって、それぞれが内側シャフト連結面を具え、それぞれの溝にそれぞれ受けられるセラミックス部品とを具えるベアリング構造とを具えることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項１２】
複数のセラミックスのベアリング部品を具える複合ベアリングの製造方法において、この順番でなくてもよいが：
ａ）周囲に間隔を空けて配置された複数のセラミックスを受ける開口を具える円筒状のベアリング面を具えるライナを形成するステップと；
ｂ）前記セラミックスを受ける開口のそれぞれ一つにそれぞれ受けられる複数のセラミックスのベアリング部品であって、それぞれのセラミックスを受ける開口よりも大きいセラミックスのベアリング部品を形成するステップと；
ｃ）各セラミックスを受ける開口がそれぞれのセラミックスのベアリング部品を受ける大きさまで拡大するように、前記ライナをある温度まで加熱するステップと；
ｄ）各セラミックスのベアリング部品が前記ライナの円筒状のベアリング面の一部を形成するシャフト連結面を有する位置まで各セラミックスのベアリング部品をそれぞれのセラミックスを受ける開口内に挿入するステップと；
ｅ）それぞれのセラミックスのベアリング部品がそれぞれの開口から半径方向に外方へ動かないように、前記ライナ及び前記セラミックスのベアリング部品を保持スリーブ内へ伸縮自在に挿入するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法が、仕上げられたベアリング面を形成するように前記ライナの前記円筒状のベアリング面の表面を仕上げるステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
溶融金属に沈められた回転する負荷を支持するのに有用な複合ベアリングにおいて：
それぞれがシャフト連結面を具える複数のセラミックスのベアリング部品と；
周囲に間隔を空けて配置された複数のセラミックス部品を受ける開口を具える金属ライナであって、各前記セラミックスのベアリング部品が回転シャフトを摺動可能に支持するための筒状のライナ面を形成するようそれぞれの部品を受ける開口に受けられる金属ライナと；
前記ライナを通って延在する前記セラミックス部品を受ける開口であって、各前記セラミックス部品はそれぞれのセラミックス部品を受ける開口内へ受けられ、前記セラミックスのベアリング部品が半径方向に外方へ動かないように、前記セラミックス部品を受ける開口を覆って伸縮自在に配設された保持スリーブを具える前記セラミックス部品を受ける開口と；
前記ライナ、前記保持スリーブ、及び前記セラミックスのベアリング部品を伸縮自在に受ける外側のスリーブを具える自己整列構造であって、前記ライナが前記保持スリーブに対して摺動して揺動可能であるように前記保持スリーブと前記ライナの間に配設される自己整列構造と；
を具えることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項１５】
請求項１４に記載の複合ベアリングにおいて、前記自己整列ベアリング構造が、外側の部分的に球形状のベアリング面を具える前記ライナと；
前記ライナ内に配置されたシャフトが前記保持スリーブに対して動くことができるように、前記外側の部分的に球形状のベアリング面に摺動可能に接合した内側の部分的に球形状のベアリング面を有する前記保持スリーブとを具えることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項１６】
請求項１５に記載の複合ベアリングにおいて、前記自己整列ベアリング構造が、外側のスリーブに対して固定位置で前記保持スリーブに連結した一対の間隔を空けて配置されたベアリングリングを具えることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項１７】
請求項１５に記載の複合ベアリングにおいて、前記セラミックスのベアリング部品はそれぞれ、細長く、前記筒状のライナ面によって支持されるシャフトの回転軸に平行に支持されることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項１８】
溶融金属に沈められた回転する負荷を支持するのに有用な複合ベアリングにおいて：
それぞれがシャフト連結面を具える複数のセラミックスのベアリング部品と；
周囲に間隔を空けて配置された複数のセラミックス部品を受ける溝を具える金属ライナとを具え、各前記セラミックスのベアリング部品はそれぞれの溝に受けられ、それぞれの溝が、低いライナの温度ではそれぞれのセラミックスのベアリング部品より小さく、高いライナの温度ではそれぞれのセラミックスのベアリング部品より大きくなるように、前記ライナが熱で膨張し、これによって、各セラミックスのベアリング部品は、前記高いライナの温度でそれぞれの溝内へ受けられ、前記ライナの温度が前記低いライナの温度まで低下すると前記溝に確実に保持されて回転シャフトを摺動可能に支持する筒状のライナ面を形成することを特徴とする複合ベアリング。
【請求項１９】
請求項１８に記載の複合ベアリングが、前記ライナの熱膨張特性と同じ熱膨張特性を有する保持スリーブを具え、前記保持スリーブは、前記ライナ及び前記保持スリーブの温度が変化したときに前記セラミックスのベアリング部品がそれぞれの溝で動かないよう前記ライナに取り付けられることを特徴とする複合ベアリング。
【請求項２０】
請求項１２に記載の複合ベアリングの製造方法が、それぞれのセラミックスのベアリング部品がそれぞれの開口に取り付けられた後に、前記ライナの前記円筒状のベアリング面の表面を仕上げるステップを具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
金属片に張力を提供するために使用されるシンクロールアセンブリベアリングは、溶融金属槽中に入るので、耐用期間がとても短い。高温の金属中で操作されるためにベアリング部品の間に生じる歪みやずれによって耐用期間が短くなってしまう。さらに、溶融金属とベアリングの間で化学反応が起こる。また、ロールによって生じる小さな操作回転速度と合わせて、重量の単位面積あたりの負荷によって、ベアリングの耐用期間は短くなる。
【０００２】
出願人は、これらの環境状態に関するいくつかの問題を解決している。例えば、２００４年２月１７日に発行された出願人の米国特許第６，６９２，６８９号「Ｓｉｎｋ  Ｒｏｌｌ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｗｉｔｈ  Ｆｏｒｃｅｄ  Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  Ｆｉｌｍ  Ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｂｅａｒｉｎｇｓ  ａｎｄ  Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｉｎｇ  Ｈｏｌｄｉｎｇ Ａｒｍｓ」に開示されている。この発明は、ロールシャフトをベアリング軸に整列させて、圧力下でベアリングに作用する単位面積あたりの負荷を減らすことによって生じる流体力学的潤滑膜の形で溶融金属をベアリング面へ汲み出すことによってロールの耐用期間を実質的に延ばしている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この出願に開示した本発明は、シャフトを支持するベアリングライナにセラミックス部材を設けることによってより長い操作耐用期間を提供する。セラミックスは、その硬さや、小さい摩擦係数、溶融金属による化学的な侵食に対する耐性などから、通常シンクロールに使用される合金と比較して摩耗パターンがとても小さい。
【０００４】
セラミックスベアリング材料を使用する一つのアプローチは、シャフトを支持する合金スリーブにセラミックスライナを使用することである。このアプローチは、実験室で行われたが、いくつかの理由から工業的な使用には不向きであった。一つの理由として、このセラミックスを支える鋼の保持リングが、セラミックスよりも膨張係数がかなり大きいことである。この結果、セラミックスライナが操作温度（ほとんどの場合、９００°Ｆ乃至１３００°Ｆ）まで加熱されると、セラミックスライナと保持スリーブの間の境界面にかなりの隙間が生じ、支持されないセラミックスは砕かれてしまう。工業的な利用において、支持されていないセラミックスライナは、溶融金属槽中に沈んだ金属片が動くことによって強打され、砕けうる。
【０００５】
出願人は、保持スリーブ中の溝でいくつかのセラミックス部品を支持するために鋼のライナを使用することによって、セラミックス部品がライナから分離しないようにして、鋼とセラミックスの膨張係数の差を補償し、高温で生じる隙間を最小限にできることが分かっている。
【０００６】
好適な実施形態では、ライナは、円筒状の面の周囲に延在するパターンの細長い溝を具える内側円筒状の面を具える。セラミックス材料の細長いストリップが、各溝の中へ挿入される。セラミックス部品が集合した内側面は、シャフト支持構造を形成するようにライナ面と接合する。この構成は、膨張が異なることに関する問題なく、セラミックス部品を長い耐用期間使用できるという利点を提供する。
【０００７】
ベアリングなどを作るプロセスは、セラミックス部品を受けるための溝を具える合金ライナを形成するステップを具える。室温で、溝はセラミックス部品よりもわずかに小さい。次いで、ライナは、溝を拡大するため例えば１０００°Ｆの好適な温度まで加熱される。セラミックス部品を溝へ挿入する。次いで、鋼製ライナを冷却して、セラミックス部品が溝にしっかりと保持される（すなわち、締まりばめ．０００２±．０００１インチ）。アセンブリを挿入する鋼製ライナの外径及び内径は、保持スリーブを受けるための外径とシンクロールのシャフトトラニオンを受けるための内径の適切な径に研削される。
【０００８】
高温で操作する場合に、セラミックス部品がライナから半径方向に外方へ動かないように、保持スリーブは、それを拡大するように加熱される。加熱された保持スリーブは、保持スリーブと鋼製ライナの間に確実固定の連結を形成するようライナ及びセラミックス部品を伸縮自在に受ける。保持スリーブ及びライナは同じ材料で作られ、これらの膨張係数は同じである。従って、ベアリングは操作温度まで加熱されると、ライナ及び保持スリーブは、それぞれの溝でセラミックス部品を保持しつつユニットのように膨張する。
【０００９】
シャフトによってベアリングに加えられる半径方向の力は、ベアリング面の特定の範囲に向けられる。長い時間にわたって、シャフトはライナをベアリング面の局部的な操作範囲で徐々に摩耗しうる。ベアリングは、摩耗していない範囲のベアリング面でシャフトを支持するように回動することができる（たとえば、９０°）。これは、必要があればいつでも徐々にベアリングを回転させることによって何回か繰り返すことができ、従って、ベアリングのすでに伸長された耐用期間を４つの要因によって改良し、ベアリング材料と摩耗したベアリングを交換する時間を付加的に節約することができる。
【００１０】
さらに、本発明の目的及び利点は、以下の詳細な説明を参照することによって本発明に関連する当業者にとって容易に明らかになりうる。
【００１１】
説明は、いくつかの図面を通して同じ部品を示す同じ参照符号を用いている添付図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び４を参照すると、ベアリング１０は、回転可能なシャフト１２を支持する本発明の好適な実施例として示されている。構造１４は、溶融金属槽のレベル１６の下のベアリング及びシャフトを支持する。ベアリングハウジング１８は、ライナ２０及び保持スリーブ２２を支持する。
【００１３】
スリーブ及びライナは、円筒状の形の内側ライナ面２４を具えるライナと共に円筒状の形である。
【００１４】
図２及び４を参照すると、ライナは、複数の開口又は溝２６を具える。各溝２６は、細長く、シャフトの回転軸２７に対して平行である。他の形や位置にすることもできる。
【００１５】
セラミックスのベアリング部品２８は各溝２６に配置される。各セラミックスのベアリング部品は、真っ直ぐにすることもでき、図３に示すように連続する円筒状の形のライナ面２４を形成するように湾曲した内側面３２を有していくらか先細の形状であってもよい。
【００１６】
室温では、各溝２６の幅は、それぞれのセラミックスのベアリング部品の幅よりわずかに小さい（．０００２”乃至．００１”）。図６を参照すると、ヒータ３４を使用して、ライナ２０を約１０００°Ｆの温度まで加熱し、それぞれのセラミックスのベアリング部品を十分に受けられるように個々の溝を拡大する。ライナを室温まで冷却すると、溝は収縮し、それぞれのセラミックスのベアリング部品を適所にしっかりと保持し、外径と内径の両方をアセンブリとして互いに機械的に一緒に（研削）することができる。
【００１７】
図７に好適なベアリングを作る次のステップを示しており、合金を形成する保持スリーブ２２を加熱して、ライナ２０を十分に受けるように内側面を拡大する。続いて、保持スリーブを冷却し、セラミックスのベアリング部品が適所にしっかりと保持されて金属槽の高温で操作されるときにこれらがシャフトから離れて外方へ動かないようにする。
【００１８】
図８を参照すると、仕上げ用の道具３６を使用して、ライナとセラミックスのベアリング部品の両方を具える内側ベアリング面全体を研削し、意図されるシャフトの径よりもわずかに大きい径の滑らかな円筒状の面にする。
【００１９】
図１０に、シャフトをライナ内に支持する方法を示す。負荷は矢印３８の方向に加えられる。このため、ある時間にわたってライナベアリング面２４の一部が摩耗する。ベアリングライナは、ハウジング１８の中で矢印４０の方向に、例えば９０°回動して、ライナの摩耗していない部分とシャフトを連結させることができる。これによって、ライナは交換されずに新しい位置へ回動することができるので、ベアリングなどを交換する際の中断時間を少なくできる。セラミックスの挿入は、摩擦を小さくし；金属ドロスのワイパとして機能し；ベアリングシャフトに生じる隙間を一般のベアリングに対しかなり近くにすることができる（．０１０／．０１５）ｖｓ．（．２５０／．３００）。
【００２０】
図４を参照すると、ライナ２０は、保持スリーブ２２の部分的に球形凸状のベアリング面４４に摺動可能に接合する部分的に球形凸状のベアリング面４２を具える。ハウジング及び保持スリーブに取り付けられた一対のリング４６と４８は、保持スリーブをその場所に保持する。
【００２１】
図５は、本発明の代替的な実施例を示しており、図４の部品と同じ部品をプライム符号を付けて示している。
【００２２】
この場合、溝２６’は互いに平行であるが、軸２７’に対して傾斜している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明のベアリングが取り付けられている状態を示す；
【図２】図２は、図１のベアリングの側面図であるが、保持スリーブが取り外された状態である；
【図３】図３は、図２の３−３ラインに沿った断面図である；
【図４】図４は、図９の４−４ラインに沿った断面図である；
【図５】図５は、代替的な溝構成の図である；
【図６】図６は、好適なベアリングを作るためのプロセスのステップを示す円筒図である；
【図７】図７は、好適なベアリングを作る際のさらなるステップを示す；
【図８】図８は、ライナのベアリング面を仕上げる方法を示す図である；
【図９】図９は、好適なベアリングの端面図である；
【図１０】図１０は、本発明を示す通常のベアリングに加えられる負荷を示す図である。
【図１】
2009526174.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
2009526174.tif 000013