(57)【要約】【課題】従来よりも早く初期なじみを達成して、セラミックス部材で摩耗の進行を抑制して、ロールの振動を抑制して安定して回転させることができる軸受を提供する。【解決手段】溶融金属めっき浴中に浸漬されるロールの軸を回転自在に支持する軸受であって、前記軸受は、部分円筒状のセラミックス部材と、前記セラミックス部材の外周面を支持する溝を有する金属製のホルダーと、前記セラミックス部材の内周面を覆う部分円筒状の金属製のカバーを備え、前記カバーの内周面は軸と対向する面であり、前記カバーは前記ホルダーに固定する為の側板を軸方向両端に有する軸受である。【選択図】図１
2015067896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属めっき浴中に浸漬されるロールの軸を回転自在に支持する軸受であって、
前記軸受は、部分円筒状のセラミックス部材と、前記セラミックス部材の外周面を支持する溝を有する金属製のホルダーと、前記セラミックス部材の内周面を覆う部分円筒状の金属製のカバーを備え、
前記カバーの内周面は軸と対向する面であり、
前記カバーは前記ホルダーに固定する為の側板を軸方向両端に有することを特徴とする軸受。
【請求項２】
前記カバーの内周面は、第１の内周面と、前記第１の内周面よりも曲率半径の小さい第２の内周面を有し、
前記第２の内周面の軸方向に沿って間隙を有し、
前記間隙において前記セラミックス部材の内周面が露出することを特徴とする請求項１に記載の軸受。
【請求項３】
前記セラミックス部材が窒化ケイ素質セラミックスで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受。
【請求項４】
前記セラミックス部材と前記ホルダーの間に緩衝材を設けることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板に亜鉛めっき等の金属めっきを施す際に溶融金属めっき浴中に浸漬して用いられるシンクロールやサポートロール等の連続溶融金属めっき用ロールの軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続溶融金属めっき装置は、表面を清浄、活性化した鋼板を亜鉛等の溶融金属めっき浴中に浸漬、走行させながら連続的にめっきを行うものである。その際、シンクロールやサポートロール等の連続溶融金属めっき用ロールが溶融金属めっき浴中に浸漬されて用いられる。
【０００３】
図８は連続溶融金属めっき装置の概略を示す。焼鈍炉から送出された鋼板１０１は、酸化防止のスナウト１０２を通り、溶融金属めっき浴１０３の中に浸漬される。そして、鋼板１０１は溶融金属めっき浴１０３中に懸架されたシンクロール１０４により進行方向を変えられて浴面側に上昇する。通常、シンクロール１０４の回転動力は、鋼板の走行移動によって駆動トルクとして付与される。符号１０４ａはシンクロール軸を示す。
【０００４】
次いで、シンクロール１０４を通過した後の浴面に近い位置に浸漬して、支持された一対のロールからなるサポートロール１０５で鋼板１０１を挟み込み、鋼板１０１のパスラインを保ち、シンクロール１０４を通過した際に生じる鋼板１０１の反りや振動を防ぐ。通常、サポートロール１０５は、外部のモーターによりスピンドルを介して駆動されるか、またはシンクロール１０４のように鋼板の走行移動によって駆動トルクが付与され駆動される。続いて、溶融金属めっき浴１０３面の上方にあるガスワイピング１０６によって高速ガスを吹き付け、そのガス圧、吹き付け角度により付着めっきの厚さを均一に調整する。このようにして、めっきが施された鋼板１０１は次の工程に送られる。
【０００５】
シンクロールの回転中、シンクロールが鋼板１０１により常に上方向に持ち上げられているので、シンクロール軸１０４ａを軸受で回転自在に支持する。特許文献１には、軸が当たる箇所に部分円筒状のセラミックス部材を設けた軸受が開示されている。
【０００６】
特許文献１のような軸受は、図９に示すように例えばセラミックス部材の内周面５２ｃの曲率半径をシンクロール軸１０４ａの曲率半径よりも大きくして、連続溶融金属めっきで通常使用されている。使用開始直後は内周面の中心５２ｄでシンクロール軸１０４ａが線接触に近い状態となってセラミックス部材５２に力が集中し、ロールが振動し易いという現象が生じる。使用を継続するとロールの振動が小さくなり、ロールが安定して回転するようになる。この状態を初期なじみと呼ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２９４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
溶融金属めっき浴に浸漬するため、軸受には耐摩耗性が求められる。しかし、耐摩耗性を有するセラミックス部材を用いると、初期なじみを達成する迄に長い時間（たとえば半日〜１日）を要する。初期なじみに至るまでは、ロールの振動が大きいため、薄い鋼板のめっき品質に悪影響を及ぼし、場合によっては初期なじみ前にめっきした薄い鋼板は製品として使えなくなる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、従来よりも早く初期なじみを達成して、セラミックス部材で摩耗の進行を抑制して、ロールの振動を抑制して安定して回転させることができる軸受を提供することにある。
【００１０】
本願の第１の発明は、溶融金属めっき浴中に浸漬されるロールの軸を回転自在に支持する軸受であって、
前記軸受は、部分円筒状のセラミックス部材と、前記セラミックス部材の外周面を支持する溝を有する金属製のホルダーと、前記セラミックス部材の内周面を覆う部分円筒状の金属製のカバーを備え、
前記カバーの内周面は軸と対向する面であり、
前記カバーは前記ホルダーに固定する為の側板を軸方向両端に有する。
【００１１】
本願の第２の発明は、前記第１の発明において、前記カバーの内周面は、第１の内周面と、前記第１の内周面よりも曲率半径の小さい第２の内周面を有し、
前記第２の内周面の軸方向に沿って間隙を有し、
前記間隙において前記セラミックス部材の内周面が露出する。
【００１２】
本願の第３の発明は、前記第１又は第２の発明において、前記セラミックス部材が窒化ケイ素質セラミックスで構成されている。
【００１３】
本願の第４の発明は、前記第１乃至第３いずれかの発明において、前記セラミックス部材と前記ホルダーの間に緩衝材を設ける。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって、従来の部分円筒状のセラミックス部材を設けた軸受けよりも早く初期なじみを達成すると共に、セラミックス部材で摩耗の進行を抑制して、ロールの振動を抑制して安定して回転させることができる軸受を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の軸受を示す正面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線の断面図を示す。
【図３】図１の軸受を用い、初期なじみを達成した様子を示す正面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線の断面図を示す。
【図５】図３の軸受の一部を下方からみた概略図を示す。
【図６】本発明の他の軸受を示す正面図である。
【図７】シンクロールを支持する構造を示す概略図である。
【図８】連続溶融金属めっき装置の概略を示す図である。
【図９】従来技術（比較例）の軸受を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明について図１等に沿って述べるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
【００１７】
（実施形態）
図１は本発明の軸受１０であり、部分円筒状のセラミックス部材１２と、前記セラミックス部材の外周面を支持する溝を有する金属製のホルダー１４ａと、前記セラミックス部材の内周面１２ｂを覆う部分円筒状の金属製のカバー１１を有する。前記カバー１１は、その内周面が軸と対向する面であり、ホルダー１４ａに固定する為の一対のカバー側板１１ｂを軸方向における両端に有する。このような軸受１０を連続溶融金属めっき装置に用いてシンクロールを支持すると、シンクロール軸との摩耗の進行によってカバーの内周面には、ロール軸の曲率半径より大きい曲率半径を有する第２の内周面が形成される。更に摩耗が進行すると図３に示す軸受２０になる。図１の軸受は、セラミックス部材よりも摩耗し易い金属製のカバーによってセラミックス部材の内周面を覆っているので初期なじみを早く達成することができる。
【００１８】
図３は初期なじみに至った後の本発明の軸受２０であり、前記カバーの内周面は第１の内周面１１ｃ−２と前記第１の内周面よりも曲率半径の小さい第２の内周面１１ｄを有し、前記第２の内周面１１ｄの軸方向に沿って間隙１１ｅを有し、前記間隙において前記セラミックス部材の内周面１２ｂ−２が露出している。セラミックス部材の内周面１２ｂ−２が間隙で露出してシンクロール軸１０４ａ−２に当たり、この内周面１２ｂ−２は金属製のカバー１１−２よりも摩耗し難いので、内周面１２ｂ−２露出後は、露出前よりも摩耗の進行が遅くなる。そして第２の内周面１１ｄの曲率半径はシンクロール軸１０４ａ−２の曲率半径よりも大きくなっているので、ロールの振動は抑制され、ロールを安定して回転させることができる。
【００１９】
シンクロール軸１０４ａはステンレス鋼の表面にＷＣ（タングステンカーバイト）の溶射膜等を被覆したものが通常使われている。従って、カバーの第２の内周面１１ｄが軸による摩耗で形成される為には、カバー１１は例えばステンレス鋼で構成することが好ましい。カバー側板１１ｂは溶接部１５ａ〜１５ｃでホルダー１４ａに固定しているが、ボルト固定等でもよい。
【００２０】
図５は、図３の軸受を下方（シンクロール軸の側）からみた概略図であり、初期なじみ後のカバーの様子を示す。カバーの第２の内周面１１ｄの軸方向に沿ってスリット状の間隙１１ｅが形成されており、スリット状の間隙１１ｅ内にはセラミックス部材の内周面１２ｂ−２が露出している。第２の内周面１１ｄ及び露出した内周面１２ｂ−２はシンクロール軸に対向する。元のカバーの内周面において摩耗していない箇所はカバーの内周面１１ｃ−２（第１の内周面）である。内周面１１ｃ−２の外側にはホルダーの脚部１４ｂ−２がある。
【００２１】
図６の軸受３０に示すように金属製のホルダー１４ａ−３とセラミックス部材１２−３の外周面の間に緩衝材３３を介在させると、振動による衝撃が発生しても緩衝材に吸収されるので好ましい。また、軸受を溶融金属めっき浴から引き上げる際にホルダー１４ａ−３が収縮しても、緩衝材が有ればセラミックス部材の割れを抑制できるので好ましい。緩衝材は厚さ１〜３ｍｍのシート状のものが好ましく、炭素繊維で構成したシート、アルミナ繊維で構成したシートが好ましいが、中でも炭素繊維のシートが最も好ましい。なお、セラミックス部材１２−３の内周面はカバー１１−３で覆われており、カバー１１−３はシンクロール軸１０４ａと対向する。
【００２２】
セラミックス部材１２において、内周面の曲率半径は好ましくは２０〜１５０ｍｍ、更に好ましくは３０〜１２０ｍｍとして、外周面の曲率半径は好ましくは４０〜１７０ｍｍ、更に好ましくは５０〜１４０ｍｍとする。セラミックス部材１２の径方向厚さは、好ましくは５〜４０ｍｍ、更に好ましくは１０〜３０ｍｍとする。セラミックス部材１２の内周面の中心角θ１は好ましくは６０〜１７０°、更に好ましくは１００〜１４０°とする。ホルダーの脚部１４ｂ同士の間隔よりも、カバー１１で部分円筒状部分のＹ軸方向寸法は小さい。また、軸受１０の軸方向寸法は、好ましくは３００ｍｍ以下、更に好ましくは３０〜２００ｍｍ、最も好ましくは５０〜１００ｍｍとする。また、ホルダー１４ａはステンレス鋼で構成することが好ましい。ホルダーの溝１４ｄの内周面の中心角θ２はθ１と同様に形成するのが好ましい。また、シンクロール１０４はステンレス鋼で構成してもよい。
【００２３】
セラミックス部材１２の材質としては、溶融金属めっき浴に対して耐食性、耐熱衝撃性を有するもの、たとえば、炭化珪素セラミックス、ジルコニア等の酸化物セラミックス、或いは窒化珪素質セラミックス等を用いることが好ましい。特に、窒化ケイ素質セラミックス（窒化ケイ素やサイアロンなど）は、熱膨張係数が約３×１０-6／℃と小さく耐熱衝撃性に優れ、高温で高強度を有するので更に好ましい。
【００２４】
図７は、シンクロールの軸を支持する構造を示す概略図であり、図２に係る軸受１０を用いる。軸受１０は、上部ハンガー１０８及び下部ハンガー１１８に挟まれ固定されており、シンクロール軸１０４ａを支持するものである。以上、シンクロール用の軸受について述べたが、本発明はサポートロール用の軸受など、溶融金属めっき浴中で使用する他のロールの軸受に適用することもできる。
【００２５】
（実施例）
実施例では、軸受のセラミックス部材１２は、溶融金属めっき浴に対して優れた耐食性、耐熱衝撃性、高温高強度特性を有するサイアロンセラミックスにより作製した。まず、平均粒径０．８μｍのα−Ｓｉ3Ｎ4粉末：８７質量％、平均粒径０．５μｍのＡｌ2Ｏ3粉末：５質量％、平均粒径０．５μｍのＡｌＮ固溶体粉末：３質量％、平均粒径１．０μｍのＹ2Ｏ3粉末：５質量％を配合し、バインダーとしてポリビニルブチラールを原料粉末１００質量部当たりに０．５質量部を加えて撹拌して得た混合物を、１０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力でＣＩＰ成形した。ついで常圧、窒素雰囲気下、１７５０℃で５時間焼結してサイアロンセラミックス焼結体を得た。得られたサイアロンセラミックス焼結体は理論密度の９９．１％の密度を有し、常温におけるビッカース硬度Ｈｖが１５８０、常温における３点曲げによる曲げ強さが１００ｋｇｆ／ｍｍ2であった。
【００２６】
このサイアロンセラミックス焼結体を部分円筒状（瓦形状）に加工して、内周面の曲率半径８０ｍｍ、外周面の曲率半径１００ｍｍ、径方向厚さ２０ｍｍ、内周面の中心角θ１を１２０°とした。さらに円周方向両端で内周面側の角に面取りを施してＲ部１２ｃを形成し、軸方向両端の角に面取りを施してＲ部１２ｄを形成し、セラミックス部材１２とした。ホルダー１４ａは、ステンレス鋼製とし、溝１４ｄの内周面の中心角θ２が１２０°となるように作製した。部分円筒状（瓦形状）のカバー１１については、その軸方向両端に扇形状のカバー側板１１ｂを一体的に設けることで鞍に似た形状とした。カバー１１及びカバー側板１１ｂはＳＵＳ３１６Ｌ製とした。カバー１１の径方向厚さは５ｍｍ、カバー側板１１ｂの軸方向厚さは１０ｍｍとした。これらの部材を用い、図１と同様の軸受１０を組み立てた。なお、軸方向においてセラミックス部材長さは１００ｍｍとし、カバー長さは１２０ｍｍとした。
【００２７】
得られた軸受１０を図７の支持構造に使用した。図７のシンクロール１０４及びその軸１０４ａはステンレス鋼で構成して、それらのステンレス鋼表面にはＷＣ（タングステンカーバイト）膜を溶射で被覆した。ついで図７の構造を図８の連続溶融金属めっき装置に使用した。薄い鋼板のめっきを行ったところ、図１の軸受は図３の軸受に変化した。すなわち、図５に示すようにシンクロール軸による摩耗でステンレス鋼製のカバーの内周面１１ｃの中に、前記内周面１１ｃよりも曲率半径の小さい第２の内周面１１ｄが形成された。第２の内周面の軸方向に沿って間隙が形成され、前記間隙にはセラミックス部材１２が露出した。カバーの内周面１１ｃで摩耗しなかった箇所は第１の内周面となった。カバーの第２の内周面１１ｄの曲率半径はシンクロール軸１０４ａの曲率半径よりは大きかった。間隙が形成されてセラミックス部材の内周面１２ｂの一部がシンクロール軸１０４ａと接した後は、カバーの第２の内周面１１ｄで摩耗の進行は遅くなり、ロールの振動は抑制され、ロールは安定して回転した。下記の比較例よりも早く初期なじみを達成することができた。
【００２８】
（比較例）
図９は本発明と対比する比較例の軸受である。部分円筒状のセラミックス部材５２と、このセラミックス部材の外周面を支持するホルダー５４ａとから構成されている。セラミックス部材５２の材質は実施例１と同様のサイアロンセラミックスとした。このセラミックス部材５２と摺動させる為のシンクロール軸１０４ａは、実施例１と同様にステンレス鋼の表面にＷＣ膜を溶射で被覆したものを用いた。これらを図８の装置に装着し、セラミックス部材５２とシンクロール軸１０４ａを直接摺動させて薄い鋼板のめっきを行ったところ、初期なじみを達成するまで、上記実施例の約５０倍の時間がかかった。
【符号の説明】
【００２９】
１０：軸受、  １１：カバー、  １１−２：カバー、  １１−３：カバー、
１１ｂ：カバー側板、  １１ｂ−２：カバー側板、
１１ｃ：カバーの内周面、  １１ｃ−２：カバーの内周面（第１の内周面）、
１１ｄ：カバーの第２の内周面、  １１ｅ：間隙、
１２：セラミックス部材、  １２−２：セラミックス部材、
１２−３：セラミックス部材、
１２ｂ：セラミックス部材の内周面、  １２ｂ−２：セラミックス部材の内周面、
１２ｃ：セラミックス部材の円周方向端のＲ部、
１２ｄ：セラミックス部材の軸方向端のＲ部、
１４ａ：ホルダー、  １４ａ−２：ホルダー、１４ａ−３：ホルダー、
１４ｂ：ホルダーの脚部、  １４ｂ−２：ホルダーの脚部、
１４ｃ：斜面、  １４ｃ−２：斜面、
１４ｄ：ホルダーの溝、  １５ａ，１５ｂ，１５ｃ：溶接部、
２０：軸受、
３０：軸受、  ３３：緩衝材、
５０：軸受、  ５２：セラミックス部材、  ５２ｃ：セラミックス部材の内周面、
５２ｄ：内周面の中心、  ５４ａ：ホルダー、
１０１：鋼板、  １０２：スナウト、  １０３：溶融金属めっき浴、
１０４：シンクロール、
１０４ａ：シンクロール軸、  １０４ａ−２：シンクロール軸、
１０５：サポートロール、
１０６：ガスワイピング、  １０８：上部ハンガー、  １１８：下部ハンガー
【図１】
2015067896.tif 000003
【図２】
2015067896.tif 000004
【図３】
2015067896.tif 000005
【図４】
2015067896.tif 000006
【図５】
2015067896.tif 000007
【図６】
2015067896.tif 000008
【図７】
2015067896.tif 000009
【図８】
2015067896.tif 000010
【図９】
2015067896.tif 000011