JP2000309863A - 溶融金属浴用円筒滑り軸受け - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐侵食性および耐摩耗性に優れたセラミック
ス部材を具備するとともに高い耐久性を有し、しかも金
属部材のみを容易に交換可能な、鋼板の連続式溶融金属
めっき製造設備の溶融金属浴中に用いられる浴中ロール
の円筒滑り軸受けを提供する。 【解決手段】 鋼板の連続式溶融金属鍍金製造設備の溶
融金属浴中で用いられる浴中ロールの円筒滑り軸受けで
ある。使用中にロール軸からの荷重を直接受ける領域に
配置されたセラミックス部材（１３）と、このセラミッ
クス部材を保持するためにこの外周側に配置された金属
製保持器（１２）とを具備し、前記金属製保持器は、容
易に交換可能に前記セラミックス部材と接続され、か
つ、前記円筒滑り軸受けの使用中には前記セラミックス
部材を確実に固定することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロール軸受けに係
り、特に、亜鉛、アルミニウムあるいはそれらの合金を
鋼板に連続的に鍍金する設備の金属浴中に適用されるロ
ール軸受けに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に公知の連続溶融金属メッキ装置の
構成を示す。この装置においては、加熱炉（図示せず）
で加熱焼鈍された鋼板２１を、溶融金属槽２２に導いて
鋼板２１へ溶融金属２３をメッキし、シンクロール２４
およびサポートロール２５を介して溶融金属槽２２から
引き上げることによって、金属メッキ鋼板２６が連続的
に得られる。図７にシンクロール２４の構造を示す。シ
ンクロール軸受け２７の回転部材３０は、ロール軸また
はロール軸に嵌合された円筒スリーブである。固定側部
材３１は平板または半割の円筒形状をしており、リテー
ナー３２により保持されている。図８には、サポートロ
ール２５の構造を示す。サポートロール軸受け２８の回
転部材３０は、ロール軸またはロール軸に嵌合された円
筒スリーブである。固定側部材３１は円筒または平板の
形状をしており、リテーナー３２により保持されてい
る。

【０００３】図９に半割円筒形状の固定側部材３１の構
造例を示す。図１０にサポートロール軸受け２８の構造
例を示す。回転側部材３０は、ロール軸またはロール軸
に嵌合された円筒スリーブである。固定側部材３１は円
筒形状をしており、リテーナー３２により保持されてい
る。シンクロール２４は鋼板２１の移動を動力として回
転する。サポートロール２５の回転は鋼板２１の移動を
動力とする場合と専用のモーターを動力とする場合があ
る。

【０００４】上述したような金属浴中で使用されるロー
ル軸受けは、その高温かつ過酷な侵食環境および要求さ
れる寿命より、ステンレス鋼系の材料が適用されてい
る。また、侵食が著しいことや金属浴中で生成する粒状
の合金による摩耗のために単純な滑り軸受けとなってい
る。滑り軸受けを使用することによって、経時的な摩耗
によりロール軸と軸受け内面との間隔が徐々に大きくな
ってロールに振れ回りを生じてしまう。ロール軸と軸受
け内面との間に摩耗によって生じる間隔を低減するため
に、図１０（ｂ）に示すような平板を３枚用いロール軸
芯に対して１２０°前後の間隔をもってこれらを設置
し、その内の１枚をロール軸中心方向に可動させるとい
う方法が採られていた。

【０００５】近年、耐摩耗性および耐侵食性に優れた材
料であるセラミックス材料または複合材料が比較的安価
になりつつある。こうしたセラミックス材料や複合材料
は、前述の金属浴中のロール軸受けとして最適な性質を
備えているため、ロール軸受けへの適用が試みられ始め
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】セラミックス材料を軸
受けとして使用する場合には、他の部材を構成する鉄系
の材料と組合せた上で、ボルト締結や溶接を用いて金属
浴中にてロールや軸受けを支持するフレームに固定され
る。セラミックスと金属材料とは熱膨張係数が大きく異
なっており、また、連続式の溶融金属めっき設備で用い
られる軸受けは高温の金属浴中と保守整備時の常温とに
繰り返して曝されるので、このように焼嵌め、接着剤、
またはボルト締結等によりセラミックス材料と金属材料
とを接合した際には、セラミックス材料側に損傷を生じ
易いという問題があった。

【０００７】セラミックス材料は、耐侵食性や耐摩耗性
に優れているので、長期に亘って軸受けとしての機能を
果たす。一方、これと組み合わされる金属材料は、セラ
ミックス材料より侵食され易いので浴中機器の整備が必
要であり、概してその寿命はセラミックス材料よりも遙
かに短い。整備の際には、浴中機器は金属浴から引き上
げられ常温まで冷却されるので、この過程においてセラ
ミックスと金属との熱膨張差により発生する不均一な応
力によって、セラミックス側がその脆性故に破壊される
おそれがある。セラミックスの破壊を引き起こす不均一
な応力は、金属材料とセラミックス材料との接合面へ溶
融金属が侵入した後の冷却過程においても発生する。す
でに説明したようにセラミックス自体は耐侵食性や耐摩
耗性に優れているものの、セラミックス材料と金属材料
とを組み合わせてなる軸受けの耐久性は充分ではない。

【０００８】また、セラミックス材料は安価になりつつ
あるといっても、従来のステンレス鋼等の金属材料にて
作製した軸受けよりは遙かに高額であるため、金属部材
と同等の周期で交換すると投資効果がなくなる。セラミ
ックス部材は、セラミックス部材に応じた寿命を使い切
るために、整備時にはセラミックス部材を活かし取りし
て再使用できる構造の軸受けが望まれている。しかしな
がら、こうした軸受けは未だ得られていないのが現状で
ある。

【０００９】そこで本発明は、耐侵食性および耐摩耗性
に優れたセラミックス部材を具備するとともに高い耐久
性を有し、しかも金属部材のみを容易に交換可能な、鋼
板の連続式溶融金属めっき製造設備の溶融金属浴中に用
いられる浴中ロールの円筒滑り軸受けを提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、鋼板の連続式溶融金属鍍金製造設備の溶
融金属浴中で用いられる浴中ロールの円筒滑り軸受けに
おいて、使用中にロール軸からの荷重を直接受ける領域
に配置されたセラミックス部材と、このセラミックス部
材を保持するためにこの外周側に配置された金属製保持
器とを具備し、前記金属製保持器は、容易に交換可能に
前記セラミックス部材と接続され、かつ、前記円筒滑り
軸受けの使用中には前記セラミックス部材を確実に固定
することを特徴とする円筒滑り軸受けを提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。

【００１２】図１には、本発明の円筒滑り軸受けの一例
の構成を表す概略図を示す。

【００１３】図示する円筒滑り軸受け１０は、金属製の
固定器１１と、内周側の所定の領域にセラミックス部材
１３を有する金属製の保持器１２とにより構成されてい
る。セラミックス部材１３は、軸受けの使用中にロール
軸（図示せず）から荷重を直接受ける領域に設けられて
いる。

【００１４】本発明の軸受けにおいては、セラミックス
部材１３とこれを保持する金属製保持器１２とは、堅牢
に結合されておらず、セラミックス部材１３は、金属製
保持器１２の内周側にはめ込むことによって結合されて
いる。このため、昇温あるいは冷却過程におけるそれぞ
れの熱膨張や溶融金属による不均一な応力がセラミック
ス部材１３に直接作用しない。溶融金属浴中で使用する
ことによって金属製保持器１２が侵食された場合には、
この金属製保持器１２は容易に取り外して交換すること
もできる。その一方、溶融金属浴中にて本発明の軸受け
を使用する際には、セラミックス部材１３は金属製保持
器１２により確実に固定される。

【００１５】本発明の円筒滑り軸受け１０は、例えば、
図２に示すように金属製Ｌ型ブラケット１４ａおよび１
４ｂを用いてロールアーム１５に固定することによっ
て、セラミックス部材１３と金属製保持器１２とを固定
することができる。図２（ａ）は、固定部分の側面断面
図を表し、この図２（ａ）におけるＩ−Ｉ断面図を図２
（ｂ）に示す。なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）におけ
るII−II断面に相当するものであり、簡略化のためにロ
ール軸やロール等の部材は示していない。

【００１６】図示するように金属製Ｌ型ブラケット１４
ａおよび１４ｂを用いて本発明の円筒滑り軸受け１０を
固定するためには、金属製固定器１１および金属製保持
器１３の外周の所定の領域は、金属製Ｌ型ブラケット１
４ａおよび１４ｂの形状に対応した所定の形状に加工し
ておくことが好ましい。なお、Ｌ型ブラケットは、ＳＵ
Ｓ３１６Ｌ、ＳＣＳ２２等の任意の金属材料により作製
することができ、その寸法は、軸受けの寸法等に応じて
適宜決定することができる。

【００１７】図３には、図２に示したように金属製Ｌ型
ブラケット１４ｂで固定される本発明の円筒滑り軸受け
１０におけるセラミックス部材１３を内周側に有する金
属製保持器１２の構成を示す。

【００１８】図３（ａ）は、セラミックス部材１３を有
する金属製保持器１２の正面図を表し、図３（ｂ）は図
３（ａ）におけるIII−III断面図を表す。図３（ａ）に
示すように、金属製保持器１２の内周には所定の溝が設
けられており、この溝内にセラミックス部材１３がはめ
込まれている。また、図３（ｂ）に示すように、金属製
保持器１２の外周の所定の領域には、図２（ａ）におい
て説明したような金属製Ｌ型ブラケット１４ｂの形状に
対応するよう加工が施されている。

【００１９】金属製保持器１２は、ＳＵＳ３１６Ｌ、Ｓ
ＣＳ２２等の任意の金属材料によって作製することがで
き、セラミックス部材１３は、二硼化チタン、窒化珪
素、アルミナ系等のセラミックスにより作製することが
できる。

【００２０】本発明においては、金属製保持器１２の内
寸、すなわちセラミックス部材１３に接触する部分を、
セラミックス部材１３の外寸より所定の寸法だけ大きく
形成することによって、金属製保持器１２とセラミック
ス部材１３との嵌め込みを可能にすることができる。具
体的には、金属製保持器１２の内寸は、セラミックス部
材１３の外寸よりも０．０１〜０．８ｍｍ程度大きく形
成する。これらの部材の寸法を０．０１ｍｍ未満の差で
加工することは困難であり、一方 ０．８ｍｍを超える
と、間隙が大きくなり、振動の原因やセラミックスの破
損を生じやすいという不都合を生じる。各部材における
これ以外の寸法、例えば金属製保持器１２の外寸や幅、
セラミックス部材１３の内寸や幅等の他の寸法は、適宜
決定することができる。

【００２１】金属製保持器１２の内周の溝形状は、ロー
ル軸（図示せず）に対してスラスト方向に働く負荷によ
るセラミックス部材１３の働きを拘束できる形状であれ
ば特に限定されず、例えば、機械加工あるいは細分化し
た部材を溶接にて結合した構造のいずれとしてもよい。

【００２２】金属製保持器１２とセラミックス部材１３
との境界には、市販の塗布型セラミックスコーティング
剤を塗布してもよい。使用し得るセラミックスコーティ
ング剤としては、例えば窒化硼素系やアルミナ系の液体
型コーティング剤等が挙げられる。こうしたコーティン
グ剤を塗布することによって、軸受け分解時にセラミッ
クス部材１３が剥がれやすくなるので、セラミックス部
材の破壊を防ぐことができる。

【００２３】なお、本発明の円筒滑り軸受けは金属製固
定器１１と組み合わせて構成されるので、金属製保持器
の端部１２ａは、セラミックス部材の端部１３ａより突
出しないことが必要である。

【００２４】図示した例では、セラミックス部材１３の
形状は、半割の円筒形としたが、これに限定されるもの
ではない。軸受けの使用中にロール軸から荷重を直接受
ける任意の領域を覆うように、金属製保持器１２の内周
にセラミックス部材１３を配置することができる。ただ
し、軸受け組み立てのエンジニアリング上、セラミック
ス部材１３は半割りの円筒形であることが最も好まし
い。

【００２５】図４には、図２に示したように金属製Ｌ型
ブラケット１４ａで固定される本発明の円筒滑り軸受け
１０における金属製固定器１１の構成を示す。

【００２６】図４（ａ）には、金属製保持器１１の正面
図を示し、図４（ｂ）には図４（ａ）におけるIV−IV断
面図を示す。図４（ｂ）に示すように、金属製固定器１
１の外周の所定の領域には、図２（ａ）において説明し
たような金属製Ｌ型ブラケット１４ａの形状に対応する
よう加工が施されている。金属製固定器１１は、金属製
保持器１２と同様にＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＣＳ２２等の任
意の金属材料によって作製することができる。

【００２７】本発明においては、金属製固定器１１と、
セラミックス部材１３を有する金属製保持器１２と組み
合わせて軸受けを構成するので、金属製固定器１１の外
径は、金属製保持器１２の外径と実質的に等しく形成
し、固定器の内径は、セラミックス部材１３の内径と実
質的に等しく形成することが望まれる。

【００２８】こうした金属製固定器１１と、図３に示し
たようなセラミックス部材１３を内周側に有する金属製
保持器１２と組み合わせることによって、図１に示すよ
うな本発明の円筒滑り軸受け１０が構成される。円筒形
となった軸受けは、図２に示したようにロール軸から荷
重がかかる側にセラミックス部材を配置してロールや軸
受けを固定するロールアームに固定する。

【００２９】なお、本発明の円筒滑り軸受けにおいて金
属製保持器１２および金属製固定器１１の外形は、円形
である必要はなく、軸受けを固定するフレームに対して
固定し易いように多角形や異形であっても構わない。

【００３０】また、金属製の保持器１２や固定器１１の
外側に、市販のセラミックスコーティング剤を塗布して
もよい。コーティング剤としては、上述したようなもの
が挙げられる。コーティング剤を塗布することによっ
て、軸受け金属部分の溶融金属に対する侵食を低減する
ことが可能であり、軸受けそのものの寿命を延ばすこと
ができる。

【００３１】

【実施例】以下、具体例を示して本発明をさらに詳細に
説明する。

【００３２】まず、セラミックスとしてＴｉＢ₂ を用い
て、半割円筒形のセラミックス部材を形成した。このＴ
ｉＢ₂ 部材の外周を覆う寸法を有する半割円筒形のステ
ンレス鋼製の保持器を用意し、ＴｉＢ₂ 部材の外寸より
も０．５ｍｍ大きい溝を保持器の内周部分に彫り込ん
だ。保持器の外周の所定の領域には、図３に示すように
加工が施されている。

【００３３】ステンレス鋼製保持器内にＴｉＢ₂ 部材を
はめ込むことによって、図３に示したような部材を作製
した。このとき、保持器の端部はＴｉＢ₂ 部材の端部か
ら突出せず、同一平面上にあった。

【００３４】さらに、図４に示したような半割り円筒状
のステンレス鋼製の固定器を用意した。この固定器の内
径は前述のＴｉＢ₂ 部材の内径と等しく、固定器の外径
は保持器の外径と等しく、外周の所定の領域には図４
（ｂ）に示すように加工が施されている。

【００３５】このステンレス鋼製固定器と、前述のＴｉ
Ｂ₂ 部材を有するステンレス鋼製保持器とを組み合わせ
て本発明の円筒滑り軸受けを作製し、さらに図２に示す
ように金属製Ｌ型ブラケットを用いてロールアームに固
定した。

【００３６】得られた円筒滑り軸受けについて、摺動距
離と摩耗量との関係を調べ、その結果を図５のグラフに
示す。なお、従来の鉄系金属材料からなる軸受けについ
ての結果もあわせて示した。

【００３７】図５のグラフに示されるように、鉄系金属
材料からなる従来の軸受けは、２×１０⁶ ｍ程度の摺動
距離で１０ｍｍ以上もの摩耗量に達しているのに対して
本発明の円筒滑り軸受けは、２×１０⁶ ｍの摺動距離で
も摩耗量は０．１ｍｍ以下にとどまっている。なお、セ
ラミックスを窒化珪素やアルミナ系セラミックスに変更
する以外は上述と同様にして作製した円筒滑り軸受けに
ついても、摺動距離と摩耗量との関係は同様であった。

【００３８】このように軸受けの摩耗量が低減している
ので、本発明の軸受けを溶融金属メッキ浴中に用いるこ
とによって、めっき後の鋼板の品質が改善されることが
容易に推測される。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、耐
侵食性および耐摩耗性に優れたセラミックス部材を具備
するとともに高い耐久性を有し、しかも金属部材のみを
容易に交換可能な、鋼板の連続式溶融金属めっき製造設
備の溶融金属浴中に用いられる浴中ロールの円筒滑り軸
受けが提供される。

【００４０】本発明によれば、亜鉛やアルミニウムある
いはそれらの合金を連続的に鋼板に溶融めっきする設備
の溶融金属浴中に用いられるロールに対して、非駆動に
よる安定した鋼板速度に動機するロールの回転が得られ
る。このため、溶融金属浴周辺での鋼板の振動を減少さ
せることができ、しかもセラミックス部材を用いたこと
によりロール軸受けの寿命の延命化を図ることができる
ので、めっき後の鋼板の品質は著しく向上する。加え
て、金属部材のみを容易に交換可能であるので、本発明
の円筒滑り軸受けにおいては、高価なセラミックス部材
を性能が維持できなくなるまで繰り返し使用することが
できる。したがって、製造コストを大幅に削減すること
も可能となり、本発明の工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円筒滑り軸受けの一例の構成を表す概
略図。

【図２】本発明の円筒滑り軸受けの固定方法を表す概略
図。

【図３】本発明の円筒滑り軸受けにおける金属製保持器
側の構成を表す概略図。

【図４】本発明の円筒滑り軸受けにおける金属製固定器
の構成を表す概略図。

【図５】円筒滑り軸受けの摺動距離と摩耗量との関係を
表すグラフ図。

【図６】連続溶融金属メッキ装置の構成を示す図。

【図７】シンクロールの構造を示す図。

【図８】サポートロールの構造を示す図。

【図９】シンクロール軸受けの構造例を示す図。

【図１０】サポートロール軸受けの構造例を示す図。

【符号の説明】

１０…円筒滑り軸受け １１…金属製固定器 １２…金属製保持器 １２ａ…金属製保持器端部 １３…セラミックス部材 １３ａ…セラミックス部材端部 １４ａ，１４ｂ…金属製Ｌ型ブラケット １５…ロールアーム ２１…鋼板 ２２…溶融金属槽 ２３…溶融金属 ２４…シンクロール ２５…サポートロール ２６…金属メッキ鋼板 ２７…シンクロール軸受け ２８…サポートロール軸受け ３０…回転部材 ３１…固定側部材 ３２…リテーナー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板の連続式溶融金属鍍金製造設備の溶
   融金属浴中で用いられる浴中ロールの円筒滑り軸受けに
   おいて、 使用中にロール軸からの荷重を直接受ける領域に配置さ
   れたセラミックス部材と、このセラミックス部材を保持
   するためにこの外周側に配置された金属製保持器とを具
   備し、 前記金属製保持器は、容易に交換可能に前記セラミック
   ス部材と接続され、かつ、前記円筒滑り軸受けの使用中
   には前記セラミックス部材を確実に固定することを特徴
   とする円筒滑り軸受け。