JP2012189184A - 液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】軸部材と軸受部材とが低い動摩擦で回転することができ、摩擦磨耗が抑制された液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材を提供する。
【解決手段】一の中心軸と、前記中心軸周りに所定の半径で形成された摺動面を有する液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材であって、前記摺動面には、前記中心軸に対し直交する方向に、当該摺動面に接続された端を有する溝が形成されていることを特徴とする液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体潤滑すべり軸受装置を構成する軸部材や軸受部材などの摺動部材に関する。

上記技術分野に係わる液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材が利用される技術の一例として、溶融金属めっき技術がある。例えば、溶融金属めっき鋼板の一種である亜鉛めっき鋼板は、その耐腐食性の高さから、住宅の材料等、各種の用途に広く使用されている。こうした亜鉛めっき鋼板においては、薄い鋼板の表面に亜鉛めっきが施されている。ここで、鋼板は通常知られる製造方法によって得られ、その後でその表面に亜鉛めっきが施されて亜鉛めっき鋼板となる。

この亜鉛めっきを行う溶融亜鉛めっき装置５０の概要を図９に示す。ここで、溶融亜鉛めっき浴（以下めっき浴と言う場合がある。）５１がめっき槽５２中に溜められている。熱延または冷延されてシート状とされた後に熱処理された被めっき材である鋼板Ｗは、スナウト５３を通ってめっき浴５１中に浸漬される。この際、鋼板Ｗは、めっき浴５１の中に設けられたシンクロール５４・サポートロール５５を用いて、めっき浴５１の中を等速度で通板し、めっき浴５１の外側のワイピングノズル５６を経由してから冷却される。これにより、一様な膜厚の亜鉛めっき層が鋼板Ｗの表面上に形成される。この例ではシンクロール５４は１本、サポートロール５５は２本設けられ、これらはその軸を平行にした状態で設置される。めっき浴５１に斜め方向の姿勢で浸漬された鋼板Ｗは、このシンクロール５４に巻き掛けられて上方に向きを変え、２本のサポートロール５５の間を通ってめっき液５１の外側に取り出される。なお、従来の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材の問題点を明らかにするため、以下溶融亜鉛めっき浴に浸漬されるシンクロール５４を支持する液体潤滑すべり軸受装置（以下軸受装置と言う場合がある。）を構成する軸部材・軸受部材を例として説明するが、本発明の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材（以下摺動部材と言う場合がある。）は、これに限定されない。

シンクロール５４は、めっき浴５１の中で、すべり軸受（軸受部材）であるシンクロール軸受５７によって、それぞれの両端部の軸部（軸部材）が回転自在に支持されている。シンクロール５４の軸部とともに軸受装置を構成するシンクロール軸受５７は、めっき浴５１の外部から伸びる各々シンクロール支持部５９で支持されており、これによりシンクロール５４のめっき浴５１中での位置が固定される。擦れ疵などめっき層に不良を生じさせることなく鋼板Ｗを円滑に通板させるためには、シンクロール５４と鋼板Ｗとの間では滑りが発生しないように、シンクロール５４が鋼板Ｗの通板速度に同期して円滑に回転することが必要である。このため、シンクロール５４の軸部とこの軸部を支持するシンクロール軸受５７との間の動摩擦が小さく、シンクロール５４の回転が円滑に行われることが要求される。ここで、シンクロール５４の回転運動の際には、液状であるめっき浴５１自身が、その軸部とシンクロール軸受５７との間の摺動界面における潤滑媒体としての役割を果たしている。このため、軸受装置においては、シンクロール５４の軸部とシンクロール軸受５７との摺動面の間に存在するめっき浴５１に、軸部の回転により圧力（動圧）を発生させ、両者の直接接触を避けることによりその摺動界面における動摩擦を低減し、シンクロール５４の回転を円滑化させるとともに、軸受装置の長寿命化のために、圧力変動により生じる両者の摩擦磨耗を低減することが重要である。

また、溶融亜鉛めっき浴５１の場合に特徴的な問題として、シンクロール５４およびシンクロール軸受５７は、例えば４５０℃程度の高温に保持されためっき浴５１に浸漬され使用されるという点がある。このような条件で使用されるシンクロール５４およびシンクロール軸受５７には、上記摩擦摩耗の他に、めっき浴５１との間の化学反応による腐食磨耗や変形等が生ずることがある。この腐食磨耗や変形が大きくなった場合には、鋼板Ｗの通板を円滑に行うことができなくなり、均一なめっき層を形成することができなくなる。このような場合には、シンクロール５４・シンクロール軸受５７を交換する必要が生じるが、シンクロール５４・シンクロール軸受５７の寿命が短い場合には交換の頻度が高くなり、亜鉛めっき鋼板の製造コストが高くなる。

このように、亜鉛めっき鋼板の製造コストを低下させるためには、シンクロール５４の軸部とシンクロール軸受５７の間の動摩擦を低減してこれらの摩擦摩耗を低減し、加えてめっき浴との化学反応に対する耐性を高めて腐食磨耗や変形を抑制し、長寿命を図る必要がある。そして、シンクロール５４とシンクロール軸受５７の寿命は、これらを構成する材料に大きく依存するため、その選択は極めて重要である。この材料としては、従来、低炭素鋼・高クロム鋼・ステンレス鋼等が用いられてきた。また、シンクロール５４の軸部とシンクロール軸受５７の表面にタングステンカーバイド（Ｃｏ添加）を溶射したものも用いられている。

上記技術分野に係わる溶融金属めっき浴用部材が下記特許文献１〜３を開示されている。そのうち特許文献１・２には、シンクロールの軸部を構成する材料として、窒化珪素セラミックスやサイアロンセラミックスを用いることが記載されている。また、特許文献３には、特にこの用途に適した窒化珪素質セラミックスの特性や組成が記載されている。

特開平１０−１８００８号公報 特開平１−３１６４４３号公報 国際公開公報ＷＯ２００５／０５６８６２号

上記特許文献１・２に開示されるように、回転の円滑性の向上および摩擦磨耗の低減を目的とし従来より種々の試みがなされている。しかしながら、従来の摺動部材で構成された軸受装置では、依然として、軸部の回転により生じる、軸部およびすべり軸受の摺動界面に存在する潤滑媒体の圧力が低く、潤滑媒体の特性・軸部の摺動面の性情その他の摺動特性に影響を与える要因の変化にともなう圧力の変動により鋼板の通板速度に同期した円滑な回転が得られないばかりか、軸部とすべり軸受の各々の摺動面が直接接触し、各々の摺動面に摩擦磨耗が生じる場合があった。

さらに、軸部材と軸受部材を共にセラミックスで構成する場合の特有の問題があった。すなわち、軸部材と軸受部材とが組み合わせて用いられる場合には、摩擦磨耗の進行はこれらの一方だけによって決まるものではなく、これらの組み合わせによって決まる。軸部材および軸受部材を共にセラミックスで構成した場合（いわゆる友材の場合である。）には、各々のめっき浴との化学反応性は低いものの、双方の摺動面の摩擦磨耗が進行することが知見された。

具体的には、軸部材と軸受部材のうち一方がセラミックス製であり、他方が金属製である場合には、これらの間の動摩擦が低減して摩擦磨耗は比較的抑制され、セラミックス製の側についてはめっき浴による腐食摩耗も低減した。しかしながら、軸部材と軸受部材の双方にセラミックスを用いた場合には、上記の場合と比べて動摩擦が低減されず、摩擦磨耗が進行した。これは、潤滑媒体として機能するめっき浴に対するセラミックス表面の濡れ性が低いために、めっき浴による潤滑の効果が低くなったことに起因すると考えられる。

このため、従来は、摩擦磨耗の観点から軸部材と軸受部材のうち一方のみしかセラミックスを用いることができず、セラミックスが用いられない金属製の他方については、めっき浴に対する化学反応性が高いため腐食磨耗が進み、当然ながら寿命が短く、軸受装置全体として見た場合に寿命を延長することができなかった。

従って、従来は、液体潤滑すべり軸受装置において、軸部材と軸受部材とが低い動摩擦で回転することができ、摩擦磨耗が抑制された液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材を得ることは困難であった。さらに、めっき浴のように化学反応性の高い液体が潤滑媒体である液体潤滑すべり軸受装置において、当該潤滑媒体に対する腐食磨耗が抑制された液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材を得ることは困難であった。

本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、上記の問題点を解決する液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
一の中心軸と、前記中心軸周りに所定の半径で形成された摺動面を有する液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材であって、前記摺動面には、中心軸に対し直交する方向に、当該摺動面に接続された端を有する溝が形成されていることを特徴とする液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
前記中心軸と直交する断面視において、前記溝は複数条形成されている請求項１に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
前記複数条の溝の長さは略同一であり、かつ略一定のピッチで形成されている請求項２に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
前記中心軸と直交する断面視において、前記溝の底面は、円周方向において端が浅く、中央部が深い形状である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
前記摺動面には、前記中心軸に沿う方向に、前記溝が複数形成されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
前記液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材は、軸受部材であり、前記軸受部材は、当該軸受部材の摺動面と対応する摺動面を有する回転する軸部材と摺動可能に配置されている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
前記軸受部材は、前記中心軸と直交する断面視において、前記軸部材の回転方向における前記溝の終端が、前記軸部材と前記軸受部材との近接部に含まれるように配置される請求項６に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
前記液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材は軸部材であり、前記軸部材は、当該軸部材の摺動面と対応する摺動面が形成された軸受部材と摺動可能に配置されている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
前記軸部材の摺動面には、前記中心軸に沿う方向に、前記溝が複数、千鳥状に配置されている請求項８に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
セラミックスで構成されている請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
前記セラミックスは窒化珪素質セラミックスである請求項１０に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
溶融金属めっき浴用摺動部材である請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。

本発明は以上のように構成されているので、本発明の課題を解決することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る摺動部材である軸受部材の構成を示す中心軸方向の断面図（ａ）、及び中心軸に直交する方向の断面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態に係る軸受部材とロールとが組み合わされた際の形態を示す斜視図（一部欠損）である。 本発明の実施の形態に係る軸受部材の内面における溝の形態を示す斜視図である。 軸部が回転する際の本発明の実施の形態に係る軸受部材と軸部との関係を模式的に示す断面図である。 溝がない場合（ａ）とある場合（ｂ）における、軸部周囲のめっき浴の圧力と軸部の回転角度θとの関係をシミュレーションによって算出した結果である。 溝がない場合（ａ）とある場合（ｂ）における、軸部周囲のめっき浴の圧力分布を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る摺動部材である軸受部材の変形例の構成を示す中心軸方向の断面図（ａ）、及び中心軸に直交する方向の断面図（ｂ）である。 本発明の第２の実施の形態に係る摺動部材である軸部の構成を示す中心軸方向の断面図（ａ）、及び中心軸に直交する方向の断面図（ｂ）である。 めっき装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る摺動部材における溝の変形例を示す断面図である。

以下、本発明について、溶融亜鉛めっき浴・溶融アルミニウムめっき浴その他の溶融金属めっき浴に浸漬される軸受装置に組み込まれる摺動部材を対象に、その一例である軸受部材および軸部材が適用されたすべり軸受および軸部に関する具体的な実施形態を示しながら説明する。本発明の摺動部材は、図９に示す、すべり軸受であるシンクロール軸受１０・サポートロール軸受４０を構成する軸受部材として用いることができ、軸部材であるシンクロール２０・サポートロール３０の軸部としても用いることができる。この場合、どちらにおいても、めっき浴５１が軸部とすべり軸受との間の潤滑媒体として機能し、両者の摺動界面に潤滑膜を形成する。以下、図９に示すシンクロール２０の軸受装置１を対象とし、第１の実施の形態として摺動部材が軸受部材である場合、第２の実施の形態として摺動部材が軸部材である場合、各々について説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、シンクロール２０の軸受装置１の摺動部材は、基本的に、セラミックス・金属・樹脂その他各種の材料で構成されたサポートロール３０の軸受装置２の摺動部材として適用可能であり、さらに液体潤滑を行うすべり軸受装置全般に適用可能である。

（第１の実施の形態：軸受部材）
図１は、軸部２１と、本発明の第１実施形態に係る摺動部材である軸受部材で構成された軸受装置１を示す概略構成図である。ここで、図１（ａ）は、軸受装置１の概略構成を示す中心軸Ｇに沿った方向の断面図であり、図１（ｂ）はそのＡ方向矢視図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）におけるＢ方向矢視図となっている。図１に示す軸受装置１は、図９に示すように、めっき浴５１に浸漬されている。また、回転における軸となる円柱形状である軸部２１を両端部に備えたシンクロール２０が、一対の軸受装置１に装着された状態の一部切欠斜視図が、図２である。以下、軸受装置１を構成する、軸部材である本態様の軸部２１および軸受部材である軸部２１と摺動するすべり軸受１０について説明する。

まず、上記軸部２１を備えたシンクロール２０の構成について説明する。図２に示すように、セラミックスで構成されたシンクロール２０は、円柱形状の胴部２２と、その両端から伸びる胴部２２よりも小径である円柱形状の軸部２１とで構成される。本態様のシンクロール２０では、軸部２１の外周面が、すべり軸受１０と摺動する摺動面２３となる。本シンクロール２０は、胴部２２と軸部２１の外径は異なるものの、これらの中心軸は同軸に配置されており、双方は継ぎ目なく一体化されている。しかしながら、胴部２２をセラミックスで構成し、胴部２２とは別体の部品である金属製の軸部２１を胴部２２に固定してシンクロール２０を構成するようにしてもよい。また、胴部２２および軸部２１は共に金属製であっても構わない。なお、胴部２２をセラミックスで構成する場合には、熱衝撃による破損の防止および製造の容易性の観点から、胴部２２は中空部を有する円筒形状とし、軸部２１を胴部２２に嵌入れして固定する構造とすることが好ましく、さらに軸部２１もセラミックスで構成する場合には同様に中空部を有する円筒形状とすれば好適である。上記シンクロール２０は、その両端に対照に配置された一対の軸受装置１に組み込まれたすべり軸受１０により、回転自在に支持される。そして、シンクロール２０と軸受装置１は、いずれもめっき浴中に浸漬されるため、めっき浴は軸部２１とすべり軸受１０の間の潤滑媒体として機能する。

次に、シンクロール２０を回転自在に支持する軸受装置１を構成するすべり軸受１０について説明する。本態様のすべり軸受１０は、図１に示すように、セラミックスで形成された軸受部材そのものである。中心軸Ｇに沿う断面視が略コの字状であるすべり軸受１０は、中心軸Ｇの方向から眺めた場合に中央部に形成された中空部１５を有し、その中空部１５に、上記軸部２１の摺動面２３に対応する、中心軸Ｇの周りに所定の半径で形成された内面である円柱形状の摺動面１４と、その摺動面１４の円周に沿う方向に対し平行に形成され、当該摺動面１４に接続された端１６・１７を有する溝１３とを基本的な構成として有している。そして、軸部２１の摺動面２３の外径よりも大きな内径である摺動面１４を有する中空部１５には、軸部２１が、図１（ａ）において右側から挿入されている。

ここで、図１（ａ）に示すように、本態様のすべり軸受１０には、稼動中に水平方向へ移動するロール２０の軸部２１の端面を受け水平方向のロール２０の位置を保持するために、左端に軸受端部１１が配置されているが、軸受端部１１を設けず、中空部１５を左端まで延設してもよい。また、上記のようにすべり軸受１０に軸受端部１１を設ける場合には、ドロスなどと呼ばれるめっき浴中の異物がすべり軸受１０の内部に滞留することを抑制するため、中空部１５の左端から軸受端部１１に至るまでの領域に配置された、中空部１５と比べて内径の大きな液溜部１２と、中心軸Ｇに沿い軸受端部１１を貫通するように形成された開口部１１ａとを設けておくことが好ましい。この構成により、すべり軸受１０に軸部２１が挿入された場合であっても、めっき浴は液溜部１２に自由に出入りでき、中空部１５を循環する。

上記のように軸部２１が挿入されるすべり軸受１０の摺動面１４には、その円周上において中心軸Ｇに直交する方向（以下円周方向または長手方向と言う。）に、双方に端１６および１７を有する複数条の溝１３が形成されている。すなわち、図１（ｂ）に示すように、中心軸Ｇに直交する断面視において、各々の溝１３は、摺動面１４の表面の一部を占めるように有限長に形成されており、長手方向において摺動面１４に接続された端１６および１７を有する。具体的には、各々の溝１３の形態は、底面１３１が円弧形状（図３参照）であり、長手方向において中心付近で深く、中心の両側で端１６・１７に向かうにつれ徐々に浅くなった形状である。そして、各々の溝１３の、円周方向における長さ、中心軸Ｇに沿う方向（以下軸方向または短手方向と言う。）における幅は、全て同一である。この溝１３は、円周方向においては、図１（ｂ）に示すように、４条の溝１３が９０°の等角度で同ピッチに、軸方向においては、図１（ａ）に示すように等間隔に４列、設けられている。

図３は、すべり軸受１０の摺動面１４において、溝１３が形成された箇所の拡大斜視図である。図示するように、長手方向に端１６・１７を有する溝１３の底面１３１は円弧形状をなす曲面であり、その曲率半径は、軸受１０の摺動面１４を構成する円柱形状の半径よりも小さい。また、溝１３の短手方向の幅は、例えば直径が９０ｍｍの軸部２１に対応する場合には通常５ｍｍ程度である。

次に、上記のように構成されている軸部２１とすべり軸受１０の配置関係について説明する。本態様の軸受装置１では、図１（ｂ）に示すように、中心軸Ｇに直交する断面視において、軸部２１の回転方向における溝１３の終端である端１６（以下終端１６と言う場合がある。）が、軸部２１とすべり軸受１０の摺動面１４との近接部Ｘに含まれるように配置されている。この配置の技術的意義について、めっき浴が、温度が４５０℃程度で比較的粘度の低い液体である溶融亜鉛めっき浴中に浸漬する状態で配置された上記構成の軸受装置１において、シンクロール２０が回転する際の、軸部２１とすべり軸受１０の摺動状況を例にして、以下説明する。

図４は、図１の構造を単純化し、溝１３が円周上において１個だけ存在する場合を示した断面図である。図４に示すように、軸部２１が回転している際、すべり軸受１０と軸部２１は、めっき浴で形成された潤滑膜を介し各々の摺動面１４・２３が近接する実質的な摺動領域である近接部Ｘにおいて接している。つまり、軸部２１は、その回転にともないめっき浴に生じる圧力（動圧）により、一定の周長を有する近接部Ｘにおいて、めっき浴で形成された潤滑膜の厚み分だけ、すべり軸受１０の摺動面１４から浮いた状態となっている。ここで、上記のように、溝１３の終端１６は、近接部Ｘの中に含まれるよう、本態様の場合には両摺動面１４・２３が最も近接する点とほぼ同一の位置に配置されており、軸部２１は、その回転中心Ｙ（中心軸Ｇとは異なる）を中心として上記の位置関係を保ったまま回転する。すなわち、軸部２１の回転運動において、軸受１０は固定され、軸部２１のみが回転し、回転中心Ｙ及び近接部Ｘの位置は保持される。しかして、シンクロール２０の胴部２２に接する鋼板Ｗの通板速度が一定している場合には、シンクロール２０に対して常に一定の方向に力が加わり、かつ、すべり軸受１０の摺動面１４は円柱形状であるため、軸部２１の回転の際の回転中心Ｙの位置ズレはほとんど発生せず、近接部Ｘと溝１３の終端１６の位置関係は維持されている。

ここで、軸部２１の周囲に存在するめっき浴は、その粘性により、軸部２１の回転運動とともに流動し、軸部２１とすべり軸受１０との摺動界面（近接部Ｘ）に流入し、摺動界面において流速に分布が生じる。流体潤滑における動圧発生理論として周知のように、軸部２１とすべり軸受１０の各々の摺動面１４・２３の２面の間に形成された摺動界面を液体が運動する場合には、その流速の変化に応じ、その摺動界面に圧力（動圧）が生じる。すなわち、めっき浴が潤滑媒体として作用する摺動界面において、圧力分布が生じる。この点についてシミュレーションによって調べた結果について以下に説明する。

図５（ａ）は、図６（ａ）に示すすべり軸受８７の摺動面８４４に溝が無い場合において、めっき浴中で軸部８４１を所定の周速で回転させた場合の、軸部８４１の周囲（摺動面８７３を含む）における定常状態の圧力分布のシミュレーション結果を、図４における回転角度θを横軸、圧力を縦軸として現した線図、図６（ａ）は、理解を容易にするためその結果のうち圧力が正の部分のみを模式的に表示した線図である。ここで、図５において「θ＝０°」とは、図４に示す軸部２１の回転中心Ｙから上方に鉛直に伸ばした基準線Ｈの位置であり、この基準線Ｈと軸部２１とすべり軸受１０の摺動面１４・２３の交わる箇所に近接部Ｘが配置されている。そして、図５における符号「＋」とは、図４において矢印で示す軸部２１の右回りの回転方向に対し、基準線Ｈを起点とし、基準線Ｈから右回り１８０°の範囲の角度を示し、符号「−」とは、基準線Ｈを終点とし、基準線Ｈに至るまでの左回り１８０°の範囲の角度を示している。すなわち、図４における潤滑媒体としてのめっき浴は、軸部２１の回転に伴い近接部Ｘの左側から、近接部Ｘの摺動界面を経て、右側側に流動しており、図５および図６は、上記各角度位置で見た場合の、摺動界面における潤滑膜の相対的な圧力分布を示している。そして、摺動面８４４に溝を設けない場合には、図５（ａ）・図６（ａ）に示すように、圧力のピークは、基準線Ｈ（近接部Ｘ）よりも６０°左側の位置であるθ＝−６０°にあり、近接部Ｘ（θ＝０°）における圧力は、このピーク値よりも大きく減少している。そして、この圧力は、近接部Ｘを越えると更に大きく減少した後、再び増大する。

一方で、図５（ｂ）は、図１に示した軸受装置１の場合における圧力分布を、上記溝の無いすべり軸受８７の場合と同様にシュミレーションした結果を示す線図、図６（ｂ）は、その結果を模式的に表示した線図である。摺動面１４に上記態様の溝１３を設け、中心軸Ｇに対し直交する断面視において、溝１３の終端１６が、軸部２１とすべり軸受の摺動面１４・２３との近接部Ｘに含まれるように配置したことにより、溝を設けない場合と比べて圧力分布が大きく変化している。特に、基準線Ｈよりも右側であるθ＜０°における圧力が高まり、圧力のピーク位置が近接部Ｘに近いθ＝−１５°の位置になっている。これに伴い、近接部Ｘ（θ＝０°）における圧力も、溝が無い場合に比べ高くなっている。すなわち、上記態様の溝１３が形成されたすべり軸受１０と上記態様で配置された軸部２１とを有する軸受装置１によれば、近接部Ｘにおけるめっき浴の圧力を高め、めっき浴で形成される潤滑膜を介し軸部２１をすべり軸受１０からより離間させるので、シンクロール２０の回転が安定し、軸部２１およびすべり軸受１０の摩擦磨耗の進行を抑制することができる。このような効果が生じる原理は、以下のように推定される。始端である端１７（以下始端１７と言う場合がある。）から溝１３に流入した潤滑媒体としてのめっき浴は、溝１３の内部で流速が低下し、溝１３の終端１６から近接部Ｘの摺動界面へ流出する。この流出の際に、めっき浴の流速は急激に高まり、その結果近接部Ｘの付近においてめっき浴の圧力も高まることとなる。この近接部Ｘにおける圧力上昇は、特に溶融金属めっき浴に対する濡れ性に劣り、当該めっき浴による潤滑の効果が低くなる、セラミックス製の軸部２１とすべり軸受１０との組み合わせの場合には、特に有効である。

なお、図９に示す構成のめっき装置において、鋼板Ｗはシンクロール２０を引き上げるように配置されており、かつめっき浴中に浸漬されるシンクロール２０には浮力が生じているので、その合力方向の頂部に近接部Ｘが位置するよう配置すればよい。通常の操業において、鋼板Ｗの搬送速度はほぼ一定であるので、近接部Ｘの位置は、さほど変化することはない。

以上のように、すべり軸受１０の摺動面１４に溝１３を設けるとともに、上記の位置関係で軸部２１をすべり軸受１０に配置することによって、近接部Ｘにおけるめっき浴の圧力を高めることができる。これによって、潤滑媒体であるめっき浴の特性・軸部の摺動面の性情その他の摺動特性に影響を与える要因の変化にともなう圧力の変動が生じた場合でも、軸部２１とすべり軸受１０の摺動界面に存在するめっき浴の圧力が一定以上に維持され、シンクロール２０の回転運動を円滑にし、鋼板の表面に安定して溶融金属めっき処理を行い、品質の高いめっき層を有する金属めっき鋼板を形成することができる。また、めっき浴の圧力が一定以上に維持されることにより、摺動面１４・２３の直接接触する機会が減少するので、軸部２１とすべり軸受１０の摩擦摩耗を抑制することができる。そして、本態様の軸受装置１を構成する軸部２１とすべり軸受１０は、好適な態様としてセラミックスにより構成されているので、更にめっき浴による腐食磨耗や変形も抑制され、総合的に軸受装置１を長寿命化することが可能となる。

なお、摺動面１４の全円周に渡り連続して形成され、摺動面１４に接続された端１６・１７が無い溝は、上記の原理からして、所望の圧力分布を生じ得ない。また、摺動面１４に接続された端を有する溝であっても、円周方向に対し傾斜する姿勢で摺動面１４に形成された溝は、端からのめっき浴の流入・流出が円滑に行われ難いので、所望の圧力分布を生じ得ない。したがって、本発明において摺動面１４に形成する溝１３は、図１〜４に示すように、その断面視において、各々の溝１３は、摺動面１４の表面の一部を占めるように有限長に形成されていること、すなわち摺動面１４の円周方向に対し平行であり、かつ摺動面１４に接続された終端１６を有する形態とすることが必須となる。

なお、上記のように溝１３の形状は、局所的にめっき浴の流速を変化させて、その圧力を高める構成である。したがって、図１０（ａ）に示す溝７３のように、中心軸に直交する断面において、その底面７３１が平坦面であり、当該底面７３１の両端から端面７３２が起立し、摺動面１４に接続された端７３６・７３７を構成する形状としてもよく、さらに底面７３１が摺動面１４と同心円状をなす形状としてもよい。また、軸方向に沿う幅も一定である必要はなく、例えば円周方向において始端部で広く、終端部に至るにつれ除々に狭くなる形態、広幅部と狭幅部が繰り返す波形の形態その種々の形態の溝を形成することができる。しかしながら、めっき浴の流入および流出を円滑にする観点から、図１０（ｂ）に示す溝８３のように、中心軸Ｇに直交する断面において、摺動面１４に配置された端８３６・８３７から底面８３１に向かい斜めに形成された傾斜面８３２を有する台形状・三角形状その他当該断面視において溝８３の中心部付近で深く、中心から端８３６・８３７に向かうにつれ浅くなる形状であれば好ましく、本態様の溝１３のように、上記端面７３２や傾斜面８３２が無く、円弧形状の底面１３１のみで形成されていることが好適である。

加えて、上記態様の近接部Ｘは、軸部２１との摩擦による溝１３の磨耗を考慮し、図１（ｂ）に示すように、すべり軸受１０の摺動面１４において、溝１３の終端である端１６を含む位置に配置されている。しかしながら、摺動面１４・２３の摩擦磨耗をさらに抑制する点からは、近接部Ｘを、円周方向において溝１３の端１６と端１７の間に、特にすべり軸受１０を時計回りに１５°回転させた位置に配置し、図１（ｂ）において圧力がピークとなるθ＝―１５°の位置に近接部Ｘを設けてもよい。その際には、軸部２１との摩擦による溝１３の磨耗の進行を防止するため、例えば溝１３の開放端の角部にＲ面やＣ面を形成しておくことが望ましい。加えて、近接部Ｘは、終端１６からやや離れた位置（本態様の場合には、一の溝１３の終端部からその次の溝１３の始端部の間の、溝１３の形成されていない部分）に設けることもできる。すなわち、上記原理によれば、単純な円柱形状のみの摺動面の場合に比して、溝１３の形状・寸法・配置位置により、摺動界面における圧力の立つ位置および大きさその他めっき浴の圧力分布を任意に設定することができ、シンクロールの回転の安定性と摺動面１４・２３の摩擦磨耗を考慮し、溝１３に対して適切な位置に近接部Ｘを配置することができる。

また、中心軸Ｇに直交する断面視において、円周方向に複数列の溝１３を設けることは必須ではないが、一の溝１３において摺動面１４の摩耗が進行した場合には、軸受１０を９０°回転させることにより、次の溝１３において上記と同様の効果が得ることが可能となり、本態様の場合には４回、交換せずに、すべり軸受１０の使用を継続することができる。すなわち、すべり軸受１０の摺動面１４に、好ましくは等角度で複数の溝１３を設けることによって、軸受装置１をさらに長寿命化することができる。

さらに、すべり軸受１０の摺動面１４に、軸方向に沿い複数列の溝１３を設けることも必須ではないが、長尺の軸部２１を均等に支持し、シンクロール２０の回転性をより向上し、加えて軸部２１およびすべり軸受１０の摩擦磨耗をより抑制するためには、当該軸部２１の長さに応じ、軸方向に沿い複数の溝１３を設けておくことが好ましい。

また、図１・２の例におけるすべり軸受１０を、上下分割式、または左右分割式とすることもできる。すべり軸受１０を分割式とすることで、軸部２１に対するすべり軸受１０の設置が容易となる。溝１３の形状・寸法・配置形態は、この分割の形態に応じて適宜設定すればよい。

上記摺動部材を構成する好適な材料であるセラミックスとしては、溶融金属めっき浴との化学反応性が低く、優れた耐食性および特に高温において高い強度を有する窒化珪素質セラミックスが望ましく、特に、Ｍｇを含み、Ａｌ含有量が０．２重量％以下、酸素含有量が５重量％以下、ＭｇとＡｌを含む周期律表第３族元素の総含有量が酸化物換算で０．６〜７重量％（ただし、酸化マグネシウム／周期律表第３族元素酸化物の重量比が１〜７０）である窒化珪素セラミックスが高い熱伝導率を有し、耐熱衝撃性の観点から好ましい。その特性としては、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、表面粗さＲａが０．０１〜２０μｍ、相対密度が９８％以上、常温での４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることが好ましい。さらに、こうした窒化珪素セラミックスにおいては、主成分となる窒化珪素において、細長い形状であるβ型窒化珪素粒子における短軸径が５μｍ以上となるものの割合が１０体積％以下であることが好適である。

こうした材料は、窒化珪素粉末と、焼結剤となるＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３希土類元素酸化物粉末等を混合、造粒、成形した後に、１６５０〜１８５０℃で焼成することによって得られる。こうした材料ですべり軸受１０および軸部２１を構成すれば、めっき浴５１との化学反応による腐食磨耗および変形が抑制され、軸受装置１をより長寿命化することが可能となる。無論、その材料に限定されず、他の炭化物系、窒化物系、酸化物系等のセラミックスでも良い。

セラミックスで構成されたすべり軸受１０において、溝１３を形成する方法としては、例えば焼結前の成形体に溝１３を形成しておき、その後焼結する方法、焼結後のすべり軸受１０の摺動面１４に溝１３に対応する開口部を有するマスクを付着し、ショットブラスト加工で溝１３を形成する方法その他各種の形成方法がある。しかしながら、本態様の底面１３１が円弧形状の溝１３を形成する場合には、焼結後のすべり軸受１０の摺動面１４に、底面１３１の曲率半径と同半径の円形のダイヤモンド砥石を押し付けて溝１３を形成する方法や、焼結後のすべり軸受１０の摺動面１４にレーザ、好適にはレーザスポットのエネルギー密度の高いファイバーレーザーを照射し溝１３を形成する方法を採用することが望ましい。

なお、上記軸受装置１は、めっき浴中に浸漬されているが、潤滑媒体はめっき浴に限らず、例えば水・油・有機溶剤その他の液体が潤滑媒体である場合においても同様の効果を奏する。この場合、摺動部材が潤滑媒体に浸漬されず、上記近接部Ｘの付近に潤滑媒体が噴射などで供給されるような軸受装置においても、同様の効果を奏する。

また、軸受部材（摺動部材）の形態は、軸受部材そのものがすべり軸受１０を構成している図１に示した態様に限定されない。軸受部材は、一の中心軸と、中心軸周りに所定の半径で形成された摺動面を有し、摺動面には、その円周方向に対し平行に、摺動面に接続された端を有する溝が形成されていれば足りる。その一例を図７に示す。図７は、第１態様の軸受装置１の変形例である軸受装置３の概略構成を示す図であり、図７（ａ）は、その中心軸Ｇに沿う断面図であり、図７（ｂ）はそのＣ方向矢視図であり、図７（ａ）は図７（ｂ）におけるＤ方向矢視図となっている。なお、上記第１態様の軸受装置１と同一の要素については、同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

めっき浴に浸漬される軸受装置３を構成するすべり軸受２１０は、基本的に図１に示した第１態様のすべり軸受１０の中心軸Ｇから上側半分に対応した形態である。すべり軸受２１０は、軸受部材そのものがすべり軸受１０である上記軸受装置１に対し、軸受部材（摺動部材）である軸受部２１３と本体部２１２とが組み合わせて構成されている点で相違する。すなわち、本態様のすべり軸受２１０は、図７（ｂ）に示すように、中心軸Ｇに直交する断面視において半円形状の内面２１５が形成された、下面が開口する凹部を有する金属製の本体部２１２と、本体部２１２の内面２１５と略同一径の外周面２１６を有し、本体部の内面２１５に外周面２１６が密着するように本体部２１２の凹部に装着されるセラミックス製の軸受部２１３と、本体部２１２の底面に螺合され軸受部２１３を固定する固定部材２５０とを有している。

ここで、中心軸Ｇに直交する断面視において半円形状をなす軸受部２１３の内面が摺動面２１４であり、その摺動面２１４には、上記と同様の摺動面１４に接続された端１６・１７を有する溝１３が、円周方向に１条、軸方向に３列形成されている。そして、シンクロールの軸部２１は、その摺動面２３と軸受部２１３の摺動面２１４の近接部Ｘが、溝１３の終端１６に近接する状態となるよう配置されている。本態様の軸受装置３によれば、軸受装置３のメンテナンス時において、すべり軸受２１０とシンクロールを分離することが容易であり、更に、軸受部２１３のみの交換作業を行うことが容易である。なお、上記原理からすると、このような半円形状の摺動面２１６を有するすべり軸受２１０では、溝１３の始端１７は必ずしも設ける必要はない。すなわち、図１０（ｃ）の溝９３に示すように、円周方向において溝９３の中央部をその寸法のまま軸受部２１３の底面まで延設し、長手方向において端１６と反対側の端を摺動面１４と接続しない開口端９３７としておいてもよい。

（第２の実施の形態：軸部材）
上記の第１態様の軸受装置１・３では、摺動部材の一例である軸受部材の摺動面に溝を形成した場合について説明したが、図８に示す軸受装置４に示すように、軸部材である軸部１２１に溝１２２を形成する場合でも、同様の効果を奏することができる。図８（ａ）は、軸受装置４の概略構成を示す中心軸Ｇに沿う断面図であるが、理解のため軸部１２１は断面視としていない。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＥ方向矢視図である。

本態様のすべり軸受（軸受部材）１１０は、基本的に上記軸受装置１のすべり軸受１０と同一の構成であるが、その摺動面１４には溝が形成されておらず、平坦な円柱形状となっている。一方で、セラミックスで構成された円柱形状をなす軸部材である軸部１２１の外周面である摺動面２３には、図８（ｂ）に示すように、中心軸Ｇに直交する断面視において、複数の溝１２２が円周方向に沿い形成されており、その個々の形状は上記溝１３と同様に、摺動面２３に接続される端１２６・１２７を有している。この場合には、すべり軸受１１０と軸部１２１の各々の摺動面１４・２３の近接部Ｘの位置は、頂部となる。この場合においても、図１の場合と同様に、溝１２２はいずれも円周方向に対し平行に形成されており、図８（ｂ）に示すように、円周方向に沿い等角度に略一定のピッチで６条の溝１２２が、図８（ａ）に示すように、軸方向に沿い等間隔で４列形成されている。

軸部１２１に溝１２２を形成する場合には、摺動界面におけるめっき浴の圧力が切れ目なく連続的に発生するように、図８（ａ）に示すように、中心軸Ｇの方向から見たとき隣接する列では溝１２２の位置がずれた構成、すなわち溝１２２が千鳥状に配置されていることが好ましい。具体的には、図８（ａ）に示すように、中心軸の方向から軸部１２１を見た場合に、隣接する列において相互の溝１２２が完全に重複しないよう、円周方向において、一の列の溝１２２の２条の溝の間に、他の列の溝１２２が配置されている。以上の構成により、軸部１２１が回転する際に、めっき浴の圧力が連続的に発生し、めっき浴で形成される潤滑膜を介し軸部１２１はすべり軸受１１０から常に離間した状態となるので、シンクロールの回転が安定し、摩擦による軸部１２１およびすべり軸受１１０の異常磨耗の進行を抑制することができる。

なお、溝１２２の形状・寸法・配置は、上記の効果を奏する限りにおいて、上記すべり軸受１０における溝１３の場合と同様に任意である。また、軸部１２１は、必ずしも全体が略円柱形状である必要はなく、すべり軸受１１０の摺動面１４に対応するその摺動面２３の形成される部分が略円柱形状をなしていればよい。したがって、すべり軸受１１０を用いて回転自在に支持できる限りにおいて、摺動面２３以外の部分の中心軸Ｇに直角な断面視においる形状は、円形状を構成しない箇所があってもよい。さらに、本態様の軸部１２１は軸部材そのものであるが、すべり軸受１１０と摺動する部分について別体の軸部材とし、この軸部材を軸本体と組み合わせて軸部を構成してもよい。具体的には、好ましくはセラミックスで構成された中空円筒状のスリーブを軸部材とし、このスリーブを金属などで構成された円柱形状の軸本体に嵌入れ固定して軸部を構成してもよく、ともに中空部を有する円筒形状の軸部材と軸本体とを同芯に組合せ、それぞれの中空部に螺子を通し、軸部材と軸本体とを螺合して軸部を構成してもよい。

１、２、３、４ 液体潤滑すべり軸受装置（軸受装置）
１０、５７ シンクロール軸受（すべり軸受（軸受部材：摺動部材））
１１ 軸受端部
１１ａ 開口部
１２ 液溜部
１３、７３、８３、９３、１２２ 溝
２０、５４ シンクロール
２１ 軸部（軸部材：摺動部材）
２２ 胴部
３０、５５ サポートロール
４０、５８ サポートロール軸受（すべり軸受（軸受部材：摺動部材））
５０ 溶融亜鉛めっき装置（めっき装置）
５１ 溶融亜鉛めっき浴（めっき浴）
５２ めっき槽
５３ スナウト
５６ ワイピングノズル
５９ シンクロール支持部
６０ サポートロール支持部
１１０、２１０ すべり軸受（軸受部材：摺動部材）
２１２ 本体部
２１３ 軸受部
Ｗ 鋼板（被めっき材）

Claims (12)

1. 一の中心軸と、前記中心軸周りに所定の半径で形成された摺動面を有する液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材であって、
   前記摺動面には、前記中心軸に対し直交する方向に、当該摺動面に接続された端を有する溝が形成されていることを特徴とする液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
2. 前記中心軸と直交する断面視において、前記溝は複数条形成されている請求項１に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
3. 前記複数条の溝の長さは略同一であり、かつ略一定のピッチで形成されている請求項２に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
4. 前記中心軸と直交する断面視において、前記溝の底面は、円周方向において端が浅く、中央部が深い形状である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
5. 前記摺動面には、前記中心軸に沿う方向に、前記溝が複数形成されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
6. 前記液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材は、軸受部材であり、前記軸受部材は、当該軸受部材の摺動面と対応する摺動面を有する回転する軸部材と摺動可能に配置されている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
7. 前記軸受部材は、前記中心軸と直交する断面視において、前記軸部材の回転方向における前記溝の終端が、前記軸部材と前記軸受部材との近接部に含まれるように配置される請求項６に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
8. 前記液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材は軸部材であり、前記軸部材は、当該軸部材の摺動面と対応する摺動面が形成された軸受部材と摺動可能に配置されている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
9. 前記軸部材の摺動面には、前記中心軸に沿う方向に、前記溝が複数、千鳥状に配置されている請求項８に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
10. セラミックスで構成されている請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
11. 前記セラミックスは窒化珪素質セラミックスである請求項１０に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。
12. 溶融金属めっき浴用摺動部材である請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の液体潤滑すべり軸受装置用摺動部材。