JP3698001B2 - 連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属帯の連続溶融金属めっきは一般に図３に示すような工程で行われる。金属帯例えば鋼帯１は図示のない焼鈍炉からスナウト２を介してめっき槽３内に導かれ、浴中のシンクロール４により上向きに方向転換され、浴中サポートロール５により反り矯正された後めっき槽から出る。その後、ワイピングノズル６によりめっき金属例えば亜鉛の付着量を所望の値に調整される。付着量を均一にするためにはワイピング点における金属帯１のパスラインを安定にすることが重要で、浴中サポートロール５と浴上サポートロール７によりパスラインの安定化が図られる。その後、金属帯１は次工程に係る合金化炉８に導かれる。
【０００３】
シンクロール４と浴中サポートロール５の軸受は殆どの場合、ブッシュ構造によるすべり軸受が使われており、軸受材質はステンレスなどの金属、金属＋WC溶射層、カーボン等であり、操業中の経時的な摩耗により、パスラインの変動、ロールの振動、ロール交換周期の短縮の問題が発生する。また、軸受の摩耗により再使用ができないため、修繕コストが高くなる問題も発生する。
【０００４】
この問題を解決する手段として、従来技術では、特開平10−317119号公報に軸受表面にガラスセラミックス層を設けブッシュ側のスラスト面に溝部を形成して軸受の摩擦係数を低減しうることや、特開平11−256300号公報に軸受材質として部分円筒状の硬質セラミックス焼結体を使用し、これと鋼製リテーナの間に窒化ホウ素塗布層を介して長期使用しうることが示されている。また、特開平４−124254号公報、特開平５−44002 号公報、実開平５−69155 号公報、特開平６−306560号公報には、金属製リテーナとセラミックスを直接嵌め込む軸受構造が示され、なかんずく、特開平６−306560号公報では、セラミックスを半円筒状あるいは部分円筒状とし、軸の回転中心とセラミックス部内面の周方向両端を結ぶ２本の直線のなす角度を20〜90°にしたものが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下のような問題点があった。
（１）ロールの引き揚げ、再浸漬等の温度変化が数回加わると、軸受材質にセラミックスを使用した場合、鋼製リテーナ内に円筒状セラミックスを嵌め合わせた構造では、鋼とセラミックスの熱膨張差が大きく、収縮過程で鋼製リテーナと円筒状セラミックスの間の残留亜鉛によりセラミックスに圧縮力がかかり、円筒状セラミックスが割損する。
（２）特開平10−317119号公報所載の軸受構造では、熱応力によってガラスセラミックス層が剥離し、ガラスセラミックス層の再コートが必要となり修繕コストアップとなる可能性がある。
（３）特開平11−256300号公報所載の軸受構造では、メンテナンスに手間がかかるうえ、隙間に亜鉛が侵入すると圧縮力による割損が発生する。
（４）特開平４−124254号公報、特開平５−44002 号公報、実開平５−69155 号公報所載の軸受構造でも、隙間に亜鉛が侵入し、あるいは、熱応力によるセラミックスの割損を防止する対策が十分でない。
（５）特開平６−306560号公報所載の軸受構造では、セラミックスの割損を防止することが可能であるが、操業中に軸がセラミックス部から逸脱しやすく、鋼帯の振動、軸の偏摩耗などが発生し、安定操業できない可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、これら従来技術の諸問題を解決し、耐久性に優れ、連続溶融金属めっきの安定操業に役立つ連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置において、軸と摺動接触する硬質セラミックス焼結体からなる軸受を鋼製の保持器で変位可能に保持してなり、該保持器の内面と前記軸受の背面との曲率半径の比が 1.0 超〜 1.5 であることを特徴とする連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置である。この曲率半径の比は、好ましくは 1.0 超〜 1.2 である。
【０００８】
本発明では、前記軸受は、有効角度90°超〜160°の部分円筒形をなすものが好ましい。なお、より好ましくは有効角度100 °〜160°である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置において、軸と摺動接触する硬質セラミックス焼結体からなる軸受を鋼製の保持器で変位可能に保持する構造の装置とした。
軸受材料を、軸との摩擦係数が小さくかつ耐摩耗性に優れる硬質セラミックス焼結体としたことにより、浴中ロールを無駆動化できて金属帯振動の問題が解消し、また、摩耗速度が遅くなってロール交換周期が延び、修繕費も削減できる。そして、軸受を保持する鋼製の保持器（リテーナ）を、軸受を変位可能に保持するものとしたことにより、めっき浴から引揚げ後の冷却過程で、軸受が軸受装置隙間の残留めっき金属による力に応じてリテーナとの相対位置を変えて軸受材料への圧縮力過負荷を回避しうるので、硬質セラミックス焼結体の割損を防止することができる。
【００１０】
硬質セラミックス焼結体をなす硬質セラミックスとしては、窒化珪素, サイアロン, TiB2などがいずれも好ましく用いうる。また、リテーナは、軸受を変位可能に抱持する枠形状に構成すればよく、リテーナ材料の材質としてはSUS316, SUS316L ほか溶融金属に耐性のある金属材料がいずれも好ましく用いうる。図１は、本発明の１実施形態を示す（ａ）は側面模式図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＣ部拡大図である。図示のように、本発明の軸受装置は、軸13と摺動接触する硬質セラミックス焼結体からなる軸受11を鋼製の保持器（リテーナ）10で保持してなる。この軸受11はその背面（軸摺動接触面の裏側の面）がリテーナ10内面に固定されておらず変位可能である。なお、12は軸受11のリテーナ10からの抜け落ちを防止するスラスト受けである。
【００１１】
軸受としての硬質セラミックス焼結体は、有効角度90°超〜160°の部分円筒形をなすものが好ましい。ここに、有効角度とは、軸の回転中心Ｏから部分円筒の周長範囲を見た視角（図１のθ）である。この有効角度が90°以下であると、めっき操業条件によっては軸が軸受をなす硬質セラミックス焼結体から外れてリテーナをなす鋼に摺動接触し、金属帯振動や軸摩耗が起こることがあって安定操業が難しくなる。一方、前記有効角度が160°より大きいと、軸受周方向両端からの圧縮力に対する剛性が低下し軸受が割損しやすくなる。よって有効角度の好適範囲を90°超〜160°とした。なお、操業安定度をより高めるには、有効角度は100°〜160°とするのが望ましい。
【００１２】
また、軸受の軸摺動接触面の曲率半径は軸の半径よりもやや大きくしておく。
軸受をリテーナで変位可能に保持するには、図１（ｃ）に示すようにリテーナ10内面と軸受11背面とを、前者の曲率半径Ｒ１を後者の曲率半径Ｒ２よりも大きくして接触させた構造とする。かかる構造では、軸受背面とリテーナ内面とが点接触し、接触点Ｐの位置が外力に応じて円滑に変わりうるので、前記残留めっき金属が軸受に及ぼそうとする圧縮力を効果的に回避することができる。
【００１３】
この場合、リテーナ内面と軸受背面との曲率半径の比は1.0超であるが、軸半径とリテーナ内面曲率半径の常用範囲に照らすと、この比が過大になった場合軸受背面の曲率半径が軸半径を下回ってしまうため、この比は1.5以下に制限する。さらに、十分な剛性が得られる軸受肉厚（略20mm）を確保する観点からすれば、この比は1.2以下とするのが好ましい。
【００１４】
なお、軸受をなす部分円筒は、その肉厚が周方向に均一である必要はなく、例えば図２に示すように、周方向中央部から端部にいくほど肉厚が小さくなる所謂三日月形の断面形状を有するものであってもよい。
【００１５】
【実施例】
鋼帯の連続溶融亜鉛めっきラインで使用している胴直径250 mm、軸直径80mmの浴中サポートロールに対して本発明を実施した。実施形態は図１の形態とし、軸受材質はサイアロン、リテーナ材質はSUS316L とし、軸受形状は周方向均等肉厚の部分円筒形とし、有効角度θは160 °、軸受背面の曲率半径Ｒ１は60mm、リテーナ内面の曲率半径は63mmとした。なお、同サポートロールは、従来は、完全円筒形のサイアロン焼結体製軸受をSUS316L 製リテーナに嵌合固定した軸受装置で支持されていた。
【００１６】
本発明の実施以後、従来は割損するために実用化できなかったが、この構造を採用することでロール引揚げ後の冷却過程における残留亜鉛の凝固収縮による軸受の割損が全く発生しなくなって、修繕費が従来の略30％に削減でき、また、軸摩耗速度が従来の略10％に低減し、偏摩耗による鋼帯振動がなくなって操業安定化が達成されるとともに、ロール交換頻度が従来の略50％にまで低減するという顕著な効果が得られた。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受の耐久性が格段に向上し、操業安定化、修繕費削減、ロール交換頻度低減などを一挙に達成できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示す（ａ）は側面模式図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＣ部拡大図である。
【図２】断面三日月形状の軸受の例を示す断面模式図である。
【図３】連続溶融金属めっき工程の一般例を示す側面模式図である。
【符号の説明】
１ 金属帯（鋼帯）
２ スナウト
３ めっき槽
４ シンクロール
５ 浴中サポートロール
６ ワイピングノズル
７ 浴上サポートロール
８ 合金化炉
10 保持器（リテーナ, 鋼製）
11 軸受（硬質セラミック焼結体）
12 スラスト受け
13 軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属帯の連続溶融金属めっきは一般に図３に示すような工程で行われる。金属帯例えば鋼帯１は図示のない焼鈍炉からスナウト２を介してめっき槽３内に導かれ、浴中のシンクロール４により上向きに方向転換され、浴中サポートロール５により反り矯正された後めっき槽から出る。その後、ワイピングノズル６によりめっき金属例えば亜鉛の付着量を所望の値に調整される。付着量を均一にするためにはワイピング点における金属帯１のパスラインを安定にすることが重要で、浴中サポートロール５と浴上サポートロール７によりパスラインの安定化が図られる。その後、金属帯１は次工程に係る合金化炉８に導かれる。
【０００３】
シンクロール４と浴中サポートロール５の軸受は殆どの場合、ブッシュ構造によるすべり軸受が使われており、軸受材質はステンレスなどの金属、金属＋WC溶射層、カーボン等であり、操業中の経時的な摩耗により、パスラインの変動、ロールの振動、ロール交換周期の短縮の問題が発生する。また、軸受の摩耗により再使用ができないため、修繕コストが高くなる問題も発生する。
【０００４】
この問題を解決する手段として、従来技術では、特開平10−317119号公報に軸受表面にガラスセラミックス層を設けブッシュ側のスラスト面に溝部を形成して軸受の摩擦係数を低減しうることや、特開平11−256300号公報に軸受材質として部分円筒状の硬質セラミックス焼結体を使用し、これと鋼製リテーナの間に窒化ホウ素塗布層を介して長期使用しうることが示されている。また、特開平４−124254号公報、特開平５−44002 号公報、実開平５−69155 号公報、特開平６−306560号公報には、金属製リテーナとセラミックスを直接嵌め込む軸受構造が示され、なかんずく、特開平６−306560号公報では、セラミックスを半円筒状あるいは部分円筒状とし、軸の回転中心とセラミックス部内面の周方向両端を結ぶ２本の直線のなす角度を20〜90°にしたものが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下のような問題点があった。
（１）ロールの引き揚げ、再浸漬等の温度変化が数回加わると、軸受材質にセラミックスを使用した場合、鋼製リテーナ内に円筒状セラミックスを嵌め合わせた構造では、鋼とセラミックスの熱膨張差が大きく、収縮過程で鋼製リテーナと円筒状セラミックスの間の残留亜鉛によりセラミックスに圧縮力がかかり、円筒状セラミックスが割損する。
（２）特開平10−317119号公報所載の軸受構造では、熱応力によってガラスセラミックス層が剥離し、ガラスセラミックス層の再コートが必要となり修繕コストアップとなる可能性がある。
（３）特開平11−256300号公報所載の軸受構造では、メンテナンスに手間がかかるうえ、隙間に亜鉛が侵入すると圧縮力による割損が発生する。
（４）特開平４−124254号公報、特開平５−44002 号公報、実開平５−69155 号公報所載の軸受構造でも、隙間に亜鉛が侵入し、あるいは、熱応力によるセラミックスの割損を防止する対策が十分でない。
（５）特開平６−306560号公報所載の軸受構造では、セラミックスの割損を防止することが可能であるが、操業中に軸がセラミックス部から逸脱しやすく、鋼帯の振動、軸の偏摩耗などが発生し、安定操業できない可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、これら従来技術の諸問題を解決し、耐久性に優れ、連続溶融金属めっきの安定操業に役立つ連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置において、軸と摺動接触する硬質セラミックス焼結体からなる軸受を鋼製の保持器で変位可能に保持してなり、該保持器の内面と前記軸受の背面との曲率半径の比が 1.0 超〜 1.5 であることを特徴とする連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置である。この曲率半径の比は、好ましくは 1.0 超〜 1.2 である。
【０００８】
本発明では、前記軸受は、有効角度90°超〜160°の部分円筒形をなすものが好ましい。なお、より好ましくは有効角度100 °〜160°である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置において、軸と摺動接触する硬質セラミックス焼結体からなる軸受を鋼製の保持器で変位可能に保持する構造の装置とした。
軸受材料を、軸との摩擦係数が小さくかつ耐摩耗性に優れる硬質セラミックス焼結体としたことにより、浴中ロールを無駆動化できて金属帯振動の問題が解消し、また、摩耗速度が遅くなってロール交換周期が延び、修繕費も削減できる。そして、軸受を保持する鋼製の保持器（リテーナ）を、軸受を変位可能に保持するものとしたことにより、めっき浴から引揚げ後の冷却過程で、軸受が軸受装置隙間の残留めっき金属による力に応じてリテーナとの相対位置を変えて軸受材料への圧縮力過負荷を回避しうるので、硬質セラミックス焼結体の割損を防止することができる。
【００１０】
硬質セラミックス焼結体をなす硬質セラミックスとしては、窒化珪素, サイアロン, TiB2などがいずれも好ましく用いうる。また、リテーナは、軸受を変位可能に抱持する枠形状に構成すればよく、リテーナ材料の材質としてはSUS316, SUS316L ほか溶融金属に耐性のある金属材料がいずれも好ましく用いうる。図１は、本発明の１実施形態を示す（ａ）は側面模式図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＣ部拡大図である。図示のように、本発明の軸受装置は、軸13と摺動接触する硬質セラミックス焼結体からなる軸受11を鋼製の保持器（リテーナ）10で保持してなる。この軸受11はその背面（軸摺動接触面の裏側の面）がリテーナ10内面に固定されておらず変位可能である。なお、12は軸受11のリテーナ10からの抜け落ちを防止するスラスト受けである。
【００１１】
軸受としての硬質セラミックス焼結体は、有効角度90°超〜160°の部分円筒形をなすものが好ましい。ここに、有効角度とは、軸の回転中心Ｏから部分円筒の周長範囲を見た視角（図１のθ）である。この有効角度が90°以下であると、めっき操業条件によっては軸が軸受をなす硬質セラミックス焼結体から外れてリテーナをなす鋼に摺動接触し、金属帯振動や軸摩耗が起こることがあって安定操業が難しくなる。一方、前記有効角度が160°より大きいと、軸受周方向両端からの圧縮力に対する剛性が低下し軸受が割損しやすくなる。よって有効角度の好適範囲を90°超〜160°とした。なお、操業安定度をより高めるには、有効角度は100°〜160°とするのが望ましい。
【００１２】
また、軸受の軸摺動接触面の曲率半径は軸の半径よりもやや大きくしておく。
軸受をリテーナで変位可能に保持するには、図１（ｃ）に示すようにリテーナ10内面と軸受11背面とを、前者の曲率半径Ｒ１を後者の曲率半径Ｒ２よりも大きくして接触させた構造とする。かかる構造では、軸受背面とリテーナ内面とが点接触し、接触点Ｐの位置が外力に応じて円滑に変わりうるので、前記残留めっき金属が軸受に及ぼそうとする圧縮力を効果的に回避することができる。
【００１３】
この場合、リテーナ内面と軸受背面との曲率半径の比は1.0超であるが、軸半径とリテーナ内面曲率半径の常用範囲に照らすと、この比が過大になった場合軸受背面の曲率半径が軸半径を下回ってしまうため、この比は1.5以下に制限する。さらに、十分な剛性が得られる軸受肉厚（略20mm）を確保する観点からすれば、この比は1.2以下とするのが好ましい。
【００１４】
なお、軸受をなす部分円筒は、その肉厚が周方向に均一である必要はなく、例えば図２に示すように、周方向中央部から端部にいくほど肉厚が小さくなる所謂三日月形の断面形状を有するものであってもよい。
【００１５】
【実施例】
鋼帯の連続溶融亜鉛めっきラインで使用している胴直径250 mm、軸直径80mmの浴中サポートロールに対して本発明を実施した。実施形態は図１の形態とし、軸受材質はサイアロン、リテーナ材質はSUS316L とし、軸受形状は周方向均等肉厚の部分円筒形とし、有効角度θは160 °、軸受背面の曲率半径Ｒ１は60mm、リテーナ内面の曲率半径は63mmとした。なお、同サポートロールは、従来は、完全円筒形のサイアロン焼結体製軸受をSUS316L 製リテーナに嵌合固定した軸受装置で支持されていた。
【００１６】
本発明の実施以後、従来は割損するために実用化できなかったが、この構造を採用することでロール引揚げ後の冷却過程における残留亜鉛の凝固収縮による軸受の割損が全く発生しなくなって、修繕費が従来の略30％に削減でき、また、軸摩耗速度が従来の略10％に低減し、偏摩耗による鋼帯振動がなくなって操業安定化が達成されるとともに、ロール交換頻度が従来の略50％にまで低減するという顕著な効果が得られた。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受の耐久性が格段に向上し、操業安定化、修繕費削減、ロール交換頻度低減などを一挙に達成できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示す（ａ）は側面模式図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＣ部拡大図である。
【図２】断面三日月形状の軸受の例を示す断面模式図である。
【図３】連続溶融金属めっき工程の一般例を示す側面模式図である。
【符号の説明】
１ 金属帯（鋼帯）
２ スナウト
３ めっき槽
４ シンクロール
５ 浴中サポートロール
６ ワイピングノズル
７ 浴上サポートロール
８ 合金化炉
10 保持器（リテーナ, 鋼製）
11 軸受（硬質セラミック焼結体）
12 スラスト受け
13 軸
Claims (2)
- 連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置において、軸と摺動接触する硬質セラミックス焼結体からなる軸受を鋼製の保持器で変位可能に保持してなり、該保持器の内面と前記軸受の背面との曲率半径の比が 1.0 超〜 1.5 であることを特徴とする連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置。
- 前記軸受は、有効角度90°超〜160°の部分円筒形をなす請求項１記載の軸受装置。
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