JP2013053346A - 溶融金属めっき浴用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】めっき浴に浸漬した際に軸受装置の内部に侵入しためっき浴が、当該軸装置の引上げ時に円滑に流出することが可能な軸受装置を提供する。
【解決手段】溶融金属めっき浴中に浸漬される回転体の軸部を回転自在に支承する溶融金属めっき浴用軸受装置９であって、一端から前記軸部が挿入される挿入部８ａを有するセラミックス製の軸受８と、一方の開口を遮るように配置された部材を有するとともに他方の開口を通じて前記軸受が収納される中空部２ａを有する金属製の収納部材２とを備え、前記収納部材は、その中空部の底面に開口する溶融金属めっき浴の排出口を有することを特徴とする溶融金属めっき浴用軸受装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融亜鉛や溶融アルミニウムその他溶融金属を鋼板の表面にめっきする溶融金属めっき装置において、回転体であるサポートロールやシンクロールを回転可能に支承するため溶融金属めっき浴に浸漬される溶融金属めっき浴用軸受装置に関する発明である。

上記技術分野に係わる溶融金属めっき浴用軸受装置（以下、単に軸受装置と言う場合がある。）が組み込まれた、溶融金属めっき装置の概略構成図を図６に示す。図６に示すように、溶融金属めっき装置９０は、溶融金属めっき浴（以下単に「めっき浴」と言う場合がある。）９１が貯留されるめっき槽９２と、めっき浴９１の表層部分に浸漬されて、めっき浴９１の内に導入される鋼板Ｗの酸化を防止するためのスナウト９３と、めっき浴９１の中に配置されたシンクロール９８と、めっき浴９１の内でシンクロール９８の上方に位置する一対のサポートロール９７と、めっき浴９１の表面より僅か上方に位置するガスワイピングノズル９６とを有している。シンクロール９８自体には外部駆動力が付与されず、走行する鋼板Ｗとの接触による摩擦力で反時計回りに駆動される。またサポートロール９７は、通例、外部のモーター（ 図示せず） に連結された駆動ロールである。なお、サポートロール９７には外部駆動力が付与されない無駆動タイプもある。溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロール９８及び一対のサポートロール９７は、フレーム９４・９５に取り付けられた軸受装置１・１により各々回転自在に支持されており、常に一体としてめっき浴９１の内に浸漬される。

鋼板Ｗは、スナウト９３を経てめっき浴９１の内に斜方から進入し、シンクロール９８を経由して上方に進行方向を変えられる。めっき浴９１の中を上昇する鋼板Ｗは、当該鋼板Ｗを一定の力で押し付けた一対のサポートロール９７に挟まれ、パスラインが保たれるとともに、反りや振動が防止される。ガスワイピングノズル９６は、めっき浴９１から出てきた鋼板Ｗに高速ガスを吹き付け、高速ガスのガス圧により、鋼板Ｗに付着した溶融金属めっきの厚さを均一に調整する。このようにして、溶融金属めっきが施された鋼板Ｗを得ることができる。

ここで、軸受装置１は、溶融金属めっき浴（以下、単にめっき浴と言う場合がある。）９１に浸漬された回転体であるサポートロール９７やシンクロール９８の各々の軸部は、軸受装置１により回転可能に支承しているが、腐食性の高いめっき浴に対する耐摩耗性および回転する軸部との摺動に対する耐摩耗性の高い軸受装置１の開発が要請されてきた。

かかる問題を解消するため軸受装置が従来から提案されたおり、その一例が下記特許文献１に開示されている。特許文献１には、「溶融金属めっきラインにおける溶融金属浴中のサポートロールにおいて、前記サポートロールを無駆動とし、該サポートロール軸受と摺動接触するスリーブ外周部に自溶性合金溶射すると共に、内表面を鏡面仕上げした断面形状が凸状をなすブッシュを設け、前記ブッシュの外周を球面軸受としたことを特徴とする無駆動溶融金属浴中のサポートロール」が開示されており、軸受として機能するブッシュとブッシュ保持する収納部材としてのアームが軸受装置として機能する。

特開２００５−２４８２９８号公報

上記特許文献１に開示された軸受装置は、ブッシュの内周面と摺動するスリーブに外周部に自溶性合金層を設けることにより、めっき浴に対する耐蝕性および軸部の摺動に対する耐摩耗性を高めることができるが、セラミックスでブッシュ（軸受）を、金属でアーム（収納部材）を構成する場合には、以下のような問題があった。すなわち、特許文献１の軸受装置において、ブッシュはアームに形成された中空部の中に保持されている。そして、アームの中空部に保持された状態のブッシュの貫通孔に、サポートロールの軸部およびスリーブが嵌着されると、アーム、ブッシュおよび軸部は僅かな隙間を介して密着した状態となり、当該中空部はほぼ密閉された状態となる。ここで、上記の軸受装置をめっき浴の中に浸漬した場合には、アーム、ブッシュおよび軸部が熱膨張し、拡大したスリーブとブッシュの隙間およびブッシュとアームの隙間からしみ込んだめっき浴が、アームの中空部に浸入する。メンテナンス等を行う場合には、サポートロールおよび軸受装置はめっき浴から引上げられるが、上記密閉されたケースの中空部からは引上げ時にめっき浴が流出しがたく、当該中空部にめっき浴が残存する場合がある。引上げた後に軸受装置が冷却されると、中空部に残留しためっき浴が凝固するとともに、熱膨張係数の大きな金属製のケースはセラミックス製のブッシュよりも収縮する。このため、固化しためっき浴が収縮するケースで軸受に押し付けられ、その押付力で軸受を破損せしめる可能性がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を発明者が鋭意検討してなされたものであり、めっき浴中に浸漬されるシンクロール等の回転体の軸部が一端から挿入される挿入部を有するセラミックス製の軸受と、一方の開口を遮るように配置された部材を有するとともに他方の開口を通じて前記軸受が収納される中空部を有する金属製の収納部材とを備え、前記軸部を回転自在に支承する軸受装置であって、めっき浴に浸漬した際に軸受装置の内部に侵入しためっき浴が、当該軸装置の引上げ時に円滑に流出することが可能な軸受装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成する本発明の一態様は、溶融金属めっき浴中に浸漬される回転体の軸部を回転自在に支承する溶融金属めっき浴用軸受装置であって、一端から前記軸部が挿入される挿入部を有するセラミックス製の軸受と、一方の開口を遮るように配置された部材を有するとともに他方の開口を通じて前記軸受が収納される中空部を有する金属製の収納部材とを備え、前記収納部材は、その中空部の底面に開口する溶融金属めっき浴の排出口を有することを特徴とする溶融金属めっき浴用軸受装置である。

なお、前記軸受は、その下部に形成された切り欠き部を有し、前記排出口は、前記切り欠き部に対応する位置に形成されていることが望ましい。加えて、前記収納部材は、その上部または側部に形成された開口を有することが望ましい。

さらに、前記軸受は、その上部に形成された下方に傾斜する傾斜面を有することが望ましい。

さらに加えて、前記軸受は、前記挿入部の他端を塞ぐように配置された軸受端部を有し、前記軸受端部には溶融金属めっき浴の流通孔が形成されていることが望ましい。さらに、このような態様の軸受は、前記挿入部と軸受端部の間に介在するように配置された湯溜まり部を有することが望ましい。

さらに加えて、前記中空部の内面と前記軸受の外周面との間には隙間が形成されていることが望ましい。前記隙間は、前記中空部の内面または前記軸受の外周面に形成された凸状部により形成されていることが望ましい。また、前記隙間は、前記中空部の内面または前記軸受の外周面に形成された凹状部により形成されていてもよい。

さらに加えて、前記軸受の外周面または前記収納部材の中空部の内周面には、溶融金属めっき浴との濡れ性が低い被膜が形成されていることが望ましい。

本発明によれば、下記で詳細に述べるように、本発明の目的を達成することができる。

本発明に係わる一実施態様の軸受装置の斜視図である。 図１の正面図、背面図、右および左側面図である。 図１の軸受装置に組み込まれた軸受の軸芯に対し鉛直な平面Ａおよび水平な平面Ｈに沿う断面図である。 図４（ａ）は図３のＣ−Ｃ断面図、図４（ｂ）は図３のＤ矢視図である。 図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。 図１の軸受装置が組み込まれた溶融金属めっき装置の概略構成図である。 図１の軸受装置の第１〜第３変形例に係わる軸受装置の底面図である。 図１の軸受装置の第４変形例に係わる軸受装置の正断面図である。 図１の軸受装置の第５〜第７変形例に係わる軸受装置の図である。 図１の軸受装置の第８・第９変形例に係わる軸受装置の図である。 図１の軸受装置の第１０変形例に係わる軸受装置の側断面図である。 図１の軸受装置の第１１変形例に係わる軸受装置の側断面図である。

以下、本発明に係わる軸受装置について、その一実施態様および当該実施態様の複数の変形例に基づき、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本実施態様およびその変形例に係わる軸受装置は、上記図６を参照して説明した溶融金属めっき装置に組み込まれて使用されるが、本発明はこれに限定されることなく、その作用効果を奏する限り、同一性の範囲内で適宜変形して実施することができる。また、本実施態様およびその変形例に係わる軸受装置の各構成要素は、本発明の作用効果を奏する限り、適宜互いに組み合わせて実施することができる。さらに、以下の説明では、めっき浴中に浸漬される回転体としてサポートロールの軸部を回転自在に支承する軸受装置を例として説明するが、本発明は、シンクロールその他溶融金属めっき浴中に浸漬される回転体において、同様に実施することができる。

本発明に係わる一実施態様の軸受装置について、図１〜５を参照して説明する。ここで、図１は軸受装置１の斜視図、図２（ａ）は図１の軸受装置１の右および左側面図、図２（ｂ）はその正面図、図２（ｃ）はその背面図、図３は、図１の軸受装置１に組み込まれた軸受８の軸芯Ｉに対し鉛直な平面Ａおよび水平な平面Ｈに沿う軸受装置１の断面図、図４（ａ）は図３のＣ−Ｃ断面図、図４（ｂ）は図３のＤ矢視図、図５は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。なお、図１および２〜５に示すように、以下の説明では、軸受８の軸芯Ｉに沿う軸をＸ軸、Ｘ軸に直交するとともに軸芯Ｉに水平に交わる軸をＹ軸、Ｘ軸・Ｙ軸に共に直交する軸芯Ｉに垂直に交わる軸をＺ軸と称する。また、Ｘ軸方向については、図１において手前側を前方、奥側を後方と称する。

本態様の軸受装置１は、図１および図２に示すように、一端から軸部９７ａが挿入される挿入部８ａを有するセラミックス製の軸受８と、一方の開口を遮るように配置された平板状部材（部材）７を有するとともに他方の開口から上記軸受８が収納される中空部２ａを有する金属製の収納部材２とを基本的な構成要素として備え、収納部材２は、その中空部２ａの底面２ｂに開口するめっき浴の排出口４ａ〜７ａとを有している。かかる構成の軸受装置１によれば、サポートロールとともにめっき浴中に軸受装置１が浸漬されると、収納部材２と軸受８との間にめっき浴が浸入する。その後、メンテナンス等のために軸受装置１がめっき浴から引上げられると、収納部材２と軸受８との間に浸入しためっき浴は、収納部材２に設けられた中空部２ａの底面２ｂに開口した排出口４ａ〜７ａを通じ流下し、排出される。しかして、収納部材２と軸受８との間に残留するめっき浴が抑制され、残留しためっき浴による軸受８の破損を抑制することが可能となる。以下、本態様の収納部材２および軸受８について、その構造を詳細に説明する。ここで、軸受装置１は、サポートロールの両端に２組配置されているが、両者の構成は同一であるので、一方の軸受装置１についてのみ説明し、他方の軸受装置１の説明は省略する。

［収納部材］
図３に示すように、Ｘ軸に沿う断面形状がコの字形状の有底筒状をなす本態様の収納部材２は、図１に示すように、互いに直交するように矩形枠状に接合された４枚の平板状部材３〜６と、この矩形枠状に接合された平板状部材３〜６で形成される、軸芯Ｉに直交する断面形状、すなわちＹ−Ｚ平面における断面形状が略矩形状の中空部２ａの後方端（一端）の開口を遮るように、平板状部材３〜６の後方端面に接合された平板状部材７により形成されている。なお、中空部２ａの前方端（他端）の開口を通じて軸受８は収納部材２に収納されるが、中空部２ａに収納された軸受８は、収納部材２において平板状部材７と反対側の端面に固定されている固定部材９により、Ｘ軸方向の移動が規制されている。

収納部材２の中空部２ａの内面３ｃ〜７ｃ全体を平面とする必要はなく、後述するように軸受８の円弧形状の外面８ｂ〜８ｈの頂部が接触する部分が平面であればよい。さらに、当該内面３ｃ〜７ｃは必ずしも平面とする必要はなく、軸受８が挿着可能であれば曲面であってもよい。また、平板状部材７は、固定部材９とともに軸受８のＸ軸方向の移動を規制するために設けられているので、収納部材２の中空部２ａを完全に閉塞する必要はなく、図２（ｃ）に示すように、当該中空部２ａの開口の一部が開放されるように平板状部材７に開口７ａが形成されていてもよい。

収納部材２を構成する金属製の平板状部材３〜７は、化学的腐蝕性の高いめっき浴に対し耐蝕性を有する材料で構成することが望ましく、例えばステンレス鋼などを選択するとよい。さらに、耐蝕性をより高めるためには、めっき浴との濡れ性の低いセラミックスやサーメットなどの皮膜を平板状部材３〜７の表面に形成しておくことが望ましい。

次に、収納部材２に設けられためっき浴の排出口（以下、単に排出口と言う場合がある。）について説明する。本態様の排出口は、図１および図２に示すように、５枚の平板状部材３〜７の全てについて、略十の字形状をなすよう四隅を切り欠いて形成した開口のうち、中空部２ａの底面２ｂ（下方の平板状部材５の内面５ｃでもある。）に開口する、下方の平板状部材５に形成された４個の開口５ａ、ならびに左方、右方および後方の平板状部材４・６・７の下部に各々２個形成された開口４ａ・６ａ・７ａが、主にめっき浴を排出する排出口となっている。すなわち、主排出口４ａ〜７ａは、矩形断面を有する収納部材２の中空部２ａおいて、その底面２ｂの四隅に開口するように設けられている。

ここで、平板状部材４・６・７に開口４ａ・６ａ・７ａを設けず、平板状部材５の４個の開口５ａのみでも主排出口としてめっき浴を軸受装置１から排出することが可能であるが、排出口の断面積を大きくしてより円滑にめっき浴を排出するためには、平板状部材４・６・７にも主排出口として機能する開口４ａ・６ａ・７ａを設けておくことが望ましい。なお、排出口は、収納部材２の中空部２ａにおいて、その底面２ｂに開口するように設けてあればよく、その配置は特に限定されないが、本態様の矩形断面の中空部２のように角部を有する中空部２の場合には、当該角部にめっき浴が残留しないように、角部に対応した位置に開口４ａ〜７ａを設け、それを排出口４ａ〜７ａとすることが望ましい。この排出口の配置に係わる収納部材２の変形例については後述する。

左方、右方および後方の平板状部材４・６・７の上部に各々２個形成された開口４ｄ・６ｄ・７ｄは、上記主たる排出口４ａ〜７ａに対し、特に軸受装置１をめっき浴から引上げた初期段階において、軸受装置１の内部に大量に浸入しているめっき浴を、この開口４ｄ・６ｄ・７ｄを通じ円滑に流出させる副排出口としての機能を有している。すなわち、中空部２ａの底面２ｂに開口する主排出口４ａ〜７ａだけでも、当該中空部２ａに浸入しためっき浴を排出することはできるが、中空部２ａに大量のめっき浴が残留している軸受装置１の引き上げの初期段階において、主排出口４ａ〜７ａだけではめっき浴の排出能が不足する虞があり、引き上げ途中に残留しためっき浴が凝固し、軸受８を破損させる可能性がある。一方で、主排出口４ａ〜７ａと併せ、平板状部材４・６・７の上部に設けた副排出口４ｄ・６ｄ・７ｄからもめっき浴を排出させることにより、引き上げの初期段階においてもめっき浴をより円滑に中空部２ａから排出することが可能となる。

さらに、上記平板状部材４・６・７の上部に形成された開口４ｄ・６ｄ・７ｄ、上方の平板状部材３の四隅に形成された開口３ｄ、中空部２ａに通じるよう上方の平板状部材３の中央部に形成された開口である貫通孔３ｂおよび中空部２ａに通じるよう左右の平板状部材４・６の中央部に形成された開口である貫通孔４ｂ・６ｂによれば、軸受装置１をめっき浴から引上げた後に、収納部材２の上部および側部に形成されたこれら開口を通じて外気が中空部２ａに流入する。しかして、収納部材２と軸受８の間に残留しためっき浴は、何ら抵抗を受けることなく下部の主排出口４ａ〜７ａから容易に排出される。なお、下記第１〜第３変形例のように、下方の平板状部材５以外の平板状部材に開口を設けない場合には、例えば、上方の平板状部材３の中央部に貫通孔３ｂを設けておけばよい。

中空部２ａから円滑にめっき浴を排出するという観点から、収納部材２の内面３ｃ〜７ｃならびに主排出口４ａ〜７ａおよび副排出口４ｄ・６ｄ・７ｄの表面にはめっき浴が付着しがたいことが望ましく、めっき浴との濡れ性の低いセラミックスやサーメットなどの皮膜をこれらに形成しておくことが望ましい。また、図１および２において、符号４ｂ・６ｂは、円弧形状をなす軸受８の表面８ｃ・８ｅの頂部（図４参照）に位置に対応し、平板状部材４・６のほぼ中央部に形成された貫通孔である。かかる貫通孔４ｂ・６ｂの上記とは別の作用効果については、下記軸受８の説明の欄で詳述する。

本態様の軸受装置１において、収納部材２に設けられた排出口４ａ〜７ａは、上記のとおり平板状部材４〜７の四隅を切り欠き形成しているが、めっき浴を排出する排出口は中空部２ａの底面２ｂに開口していればよく、貫通孔状に構成してもよい。以下、めっき世を排出する排出口に係わる第１〜第３変形例について図７を参照しつつ説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は、いずれも第１〜第３変形例に係わる収納部材の底面図である。なお、排出口の態様のみが異なる第１〜第３変形例の収納部材を示す図７において、上記収納部材２と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する（図８〜１２を参照しつつ説明する第４〜第１１変形例に係わる軸受装置においても同様である）。

図７（ａ）に示す第１変形例に係わる収納部材１９は、側方および後方に配置された平板状部材１２・１４・２１に排出口が設けられておらず、下方に配置された平板状部材２０のみに中空部の底面に開口する排出口２０ａが形成されている。本態様の排出口２０ａは、Ｚ軸方向に平板状部材２０を貫く略円柱形状の内面を有する貫通孔であり、Ｘ軸方向において平板状部材２０の両端部と中央部に３孔、Ｙ軸方向においては平板状部材２０の両端部に２孔、合計６孔設けられている。

図７（ｂ）に示す第２変形例に係わる収納部材２３は、上記収納部材１９と同様に、側方および後方に配置された平板状部材１２・１４・２１に排出口が設けられておらず、下方に配置された平板状部材２４のみに中空部の底面に開口する排出口２４ａが形成されている。本態様の排出口２４ａは、Ｚ軸方向に平板状部材２４を貫くＸ軸方向に延びる長孔状の貫通孔であり、Ｙ軸方向において平板状部材２４の両端部に２孔設けられている。

図７（ｃ）に示す第３変形例に係わる収納部材２６は、上記収納部材１９と同様に、側方および後方に配置された平板状部材１２・１４・２１に排出口が設けられておらず、下方に配置された平板状部材２４のみに中空部の底面に開口する排出口２７ａが形成されている。本態様の排出口２７ａは、Ｚ軸方向に平板状部材２４を貫くＹ軸方向に延びる長孔状の貫通孔であり、Ｘ軸方向において平板状部材２４の両端の間に等間隔で５孔設けられている。

［軸受］
軸受８について説明する。図４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向に延びる四の外面８ｂ〜８ｅを有する大略四角柱形状をなす本態様の軸受８は、軸芯Ｉに直交する断面視、すなわちＹ−Ｚ平面において、その中央部に、Ｘ軸方向に延びる内周面が略円柱形状の挿入部８ａが形成されている。そして、略円柱形状のサポートロールの軸部９７ａは、挿入部８ａの開口する一端から当該挿入部８ａに挿入され、その外周面は挿入部８ａの内周面に接しつつ摺動することとなる。

本態様の軸受８を側方から見た形態について説明する。図３に示すように、本態様の軸受８の四の外面８ｂ〜８ｅには各々凸状部８ｆが設けられている。凸状部８ｆの外縁形状は、外側に凸である円弧形状をなしており、Ｚ軸上およびＹ軸上のいずれの箇所でも図３で示す形状と同一である。すなわち、凸状部８ｆは全体として略蒲鉾形状をなしており、軸受８の外面８ｂ〜８ｅでもあるその表面は外側に凸の一つの曲面となっている。そして、Ｘ軸方向において図３に示す軸受８の中央を切断したＣ−Ｃ断面図である図４（ａ）に示すように、軸部８は、凸状部８ｆの頂部において収納部材２の内面３ｃ〜６ｃと接している。また、図３に示す軸受８の後端部のＤ矢視図である図４（ｂ）に示すように、軸部８と収納部材２の接している部分を除き両者の間には隙間２ｃが形成されている。加えて、本態様の軸受装置１では、図３に示すように、Ｘ軸方向において軸受８の後方にも外面が円弧形状または略半球形状をなす凸状部８ｈが形成されており、この凸状部８ｈもその頂部で、収納部材２の後方に配置された平板状部材７の内面７ｃと接しており、両者の間には隙間２ｄが形成されている。なお、凸状部８ｆは、軸受８の四の外面８ｂ〜８ｅの全ての面に必ずしも設ける必要はなく、収納部材２と軸受８との間に残留するめっき浴の状態に対応し、必要な外面８ｂ〜８ｅに設けておけばよい。

ここで、上記軸受装置１の第４変形例である軸受装置９の正断面図である図８に示すように、軸受１５の外面１５ｂ〜１５ｅおよび収納部材１０の内面１１ｃ〜１４ｃをいずれも平面状とし、収納部材１０に軸受１５を組み込んだときに両者を面全体で密着させてもよく、その場合には両者の間の僅かな隙間をめっき浴は流下し、下方の平板状部材１３に形成された排出口１３ａを通じて外部へ排出される。

しかしながら、図３に示す本態様の軸受装置１のように、軸受８と収納部材２の間に隙間２ｃ・２ｄを設けることにより、外面８ｂ〜８ｅ・８ｈと内面３ｃ〜７ｃとの間に侵入しためっき浴は両者の間に設けられた隙間２ｃ・２ｄを流下し、排出口４ａ〜７ａからより円滑に排出されるので望ましい。なお、このように軸受８の凸状部８ｆ・８ｈの頂部は内面３ｃ〜７ｃと接するよう構成されているため、その頂部と内面３ｃ〜７ｃの接触部に存在するめっき浴は排出され難い可能性がある。この接触部に浸入しためっき浴を排出するため、上記収納部材の項で説明したように、頂部に位置に対応し、平板状部材４・６のほぼ中央部に形成された貫通孔４ｂ・６ｂが設けられている。

めっき浴を流下させるため軸受と収納部材との間に隙間を形成する形態が軸受装置１とは異なるその第４〜第９変形例について、図９〜１１を参照しつつ説明する。

第５変形例に係わる軸受装置２８の正面図を図９（ａ）に示す。本態様の軸受装置２８は、その軸受２９が、収納部材２の内面３ｃ〜６ｃに各々対面する平面状の外面２９ｂ〜２９ｅと、外面２９ｂ〜２９ｅの中央部に突起するよう形成された半球状の凸状部２９ｆとを有する点で軸受装置１と相違している。そして、軸受２９の半球状の凸状部２９ｆの頂部は、収納部材２の内面３ｃ〜６ｃと接するよう配置されており、軸受２９と収納部材２との間には隙間２ｃが形成される。かかる軸受装置２８によれば、収納部材の内面３ｃ〜６ｃと凸状部２９ｆとの接触面積が小さいため、軸受２９の外面２９ｂ〜２９ｅと収納部材の内面３ｃ〜６ｃとの間の間隙が広く、めっき浴の排出性の面から有利である。

第６変形例に係わる軸受装置３０の側断面図を図９（ｂ）に示す。なお、図９（ｂ）において、軸受３１の右端部は側面図となっている。図に示すように、本態様の軸受装置３０は、その軸受３１が、収納部材２の内面３ｃ〜６ｃ（側方の内面４ｃ・６ｃは不図示）に対面する平面状の四の外面３１ｂ〜３１ｅ（左方の外面３１ｃは不図示）と、各外面３１ｂ〜３１ｅにおいてＺ軸またはＹ軸に沿い突起するように形成された各々一条の凸状部３１ｆ・３１ｓとを有する点で、軸受装置１と相違している。そして、軸受３１の凸状部３１ｆ・３１ｓの頂部は、収納部材２の内面３ｃ〜６ｃと接するよう配置されており、軸受３１と収納部材２との間には隙間２ｃが形成される。なお、本態様の軸受３１の外面３１ｅに形成された凸状部３１ｓのように、めっき浴の排出状態に応じ、Ｘ軸方向において他の凸状部３１ｆと異なる位置に凸状部を設けてもよい。

第７変形例に係わる軸受装置３２の側断面図を図９（ｃ）に示す。本態様の軸受装置３２は、基本的には、上記軸受８と同一の構成であるが、円弧形状をなす凸状部３３ｆの頂部が、Ｘ軸方向において軸受３３の中心Ｆより距離ｈだけ左側（軸部９７ａが挿入される挿入部８ａの開口側）に偏位した位置に配置されている点で、軸受装置１と相違している。かかる軸受装置３２によれば、Ｘ軸方向において、めっき浴が排出し難い収納部材２の中空部２ａの後方の隙間２ｇを前方の隙間２ｃに対し大きくすることができ、めっき浴の排出性の面で有利である。また、軸受３３の挿入部８ａへの軸部９７ａの挿入や高温のめっき浴による軸部９７ａの熱変形により比較的損傷を受けやすい軸受３３の左端部の厚みｉを厚くでき、軸受３３の長寿命化の面で有利である。

第８変形例に係わる軸受装置３４の側断面図を図１０（ａ）に示す。本態様の軸受装置３４は、凸状部が収納部材３５に設けられている点で、軸受装置１と相違している。すなわち、本態様の軸受４１は、上記軸受８と同様に、軸部９７ａが挿入される挿入部８ａを有するが、その四の外面４１ｂ〜４１ｅ（側方の外面４１ｃ・４１ｅは不図示）は互いに直交する平面となっている。一方で、支持部材３５は、上記支持部材２と同様に、５枚の平板状部材３６〜４０（側方の平板状部材３７・３９は不図示）の略コの字形状に組合せ、軸受４１を収納する中空部２ａを形成するよう構成されているが、軸受４１の外面４１ｂ〜４１ｅに対面する収納部材３５の内面３６ｃ〜３９ｃ（３７ｃ・３９ｃは不図示）には、各々が対面する軸受４１の外面４１ｂ〜４１ｅと頂部が接する凸状部３６ｄが設けられている。

このように凸状部３６ｄを支持部材３５の内面３６ｃ〜３９ｃに設けた構成によっても、上記軸受装置１と同様に、軸受４１と収納部材３５の間には間隙２ｃが形成されるので、当該間隙２ｃを通じ、軸受４１と収納部材３５の間に残留するめっき浴を円滑に排出することが可能となる。なお、本態様の軸受４１は、外面４１ｂ〜４１ｅが平面であるため加工等で形成することが容易であり、特に軸受４１を難加工性のセラミックスで構成する場合に有利である。

第９変形例に係わる軸受装置４２の側断面図を図１０（ｂ）に示す。本態様の軸受装置４２は、凸状部に替え凹状部によりめっき浴が流下する隙間を形成している点で、軸受装置１と相違している。すなわち、本態様の収納部材４３は、上記支持部材２と同様に、５枚の平板状部材４４〜４８（側方の平板状部材４５・４７は不図示）の略コの字形状に組合せ、軸受４９を収納する中空部２ａを形成するよう構成されているが、軸受４９の外面４９ｂ〜４９ｅに対面する収納部材４３の内面４４ｃ〜４７ｃ（４５ｃ・４７ｃは不図示）には、Ｘ軸方向においてその両端に２条形成された凹状部４４ｅが設けられている。この凹条部４４ｅは、Ｙ軸およびＺ軸方向において平板状部材４４〜４７を貫くよう凹溝状に延設されている。そして、収納部材４３の中空部２ａに軸受４９を挿着したとき、収納部材４３の内面４４ｃ〜４７ｃは軸受４９の平面状の外面４９ｂ〜４９ｅが接するように配置されるので、当該外面４９ｂ〜４９ｅと凹状部４４ｅとで隙間２ｃが形成される。なお、凹状部４３ｅの形状、条数および配置には特段限定はないが、めっき浴の排出性を高めるためには、Ｘ軸方向において複数条設けることが好ましく、図に示すように軸受４９の外面４９ｂ〜４９ｅに、上記収納部材４３の凹状部４４ｅと同一形態の凹状部４９ｐを設け隙間２ｃを形成してもよい。

第１０変形例に係わる軸受装置５２の正面図を図１１に示す。本態様の軸受装置５２は、軸受の四の外面のうち二の外面を収納部材の内面に密着していない点で、軸受装置１と相違している。すなわち、本態様の軸受装置５２では、収納部材５３の中空部２ａに軸受８が収納されたとき、軸受８の二の外面８ｂ・８ｃに収納部材５３の二の内面５４ｃ・５５ｃは接することなく、両者の間にＺ軸方向において幅ａの隙間２ｃおよびＹ軸方向において幅ｂの隙間２ｃが形成され、軸受８の他の二の外面８ｄ・８ｅは各々収納部材５３の二の内面５６ｃ・５７ｃに接するよう構成されている。かかる軸受装置５２によれば、収納部材５３と軸受８の間に残留しためっき浴は、上記隙間２ｃを通じて流下し、中空部２ａの底面２ｂに開口した排出口から排出されることとなる。なお、本態様の軸受装置５２では、各々の隙間２ｃの幅ａ・ｂが比較的大きく、中空部２ａに安定して軸受８を固定するため平板状部材５４・５５に配置された固定部材である螺子５８・５９で軸受８を固定している。しかしながら、鋼板に付与された張力によりサポートロールの軸部９７ａには、矢印Ｅで示す方向に安定して力が作用しているので、隙間２ｃの幅ａ・ｂが小さい場合には、螺子５８・５９で軸受８を固定しなくてもよい。

次に、好ましい態様である軸受８において、軸受８と軸部９７ａとの間に介在する潤滑媒体であるめっき浴の循環に関する構成について説明する。図３に示すように、本態様の軸受８には、稼動中にＸ軸方向へ移動するサポートロールに対し、その軸部９７ａの右端面を受けＸ軸方向の移動を規制するため、スラスト受けとしての軸受端部８ｋが右端に配置されている。一方で、このように軸受端部８ｋを設け軸受８の右端を閉塞すると、軸受装置１を引上げた際に軸受８の内部にめっき浴が残留し、残留しためっき浴が冷却凝固する過程で軸受８を破損せしめる可能性がある。このため、図に示すように、軸受端部８ｋに軸受８の中空部８ａに通じる貫通孔状の流通孔８ｊを設け、軸受８の内部に流入しためっき浴が流通孔８ｊを通じて外部に排出されるよう構成することが望ましい。さらに、Ｚ軸方向において、流通孔８ｊの下面を軸受８の摺動面（挿入部８ａの内面）の下面より下方に位置するよう配置すれば好適である。なお、軸受８の内部からめっき浴を排出する貫通孔８ｊは、図３の形態に限定されず、軸受装置１の第１１変形例である軸受装置５０の側断面図である図１２に示すように、中空部８ａに通じるように上下方向に貫通した貫通孔５１ｊを軸受５１に設けてもよい。

また、図３に示すように、軸受端部８ｈで軸受８の右端を閉塞すると、潤滑媒体であるめっき浴が軸受８と軸部９７ａの摺動面に円滑に供給されず、またドロスなどの異物が軸受８の内部に滞留する可能性がある。このため、挿入部８ａの右端から軸受端部８ｋの間に介在するように配置された、挿入部８ａと比べて内径の大きな湯溜まり部８ｉを軸受８に設けておくことが好ましい。この構成により、軸受８に軸部９７ａが挿入された場合であっても、めっき浴は、流通孔８ｊを通じて湯溜まり部８ｉと外部の間を循環し、ドロスを円滑に排除しつつ潤滑媒体として機能することとなる。

好ましい態様である軸受８において、高温のめっき浴に浸漬することで生じる軸部９７ａの変形による軸受８の破損を防止する構成について説明する。図３に示すように、軸受８は、Ｘ軸方向において、挿入部８ａの左端（一端）および右端（他端）に存する角部、すなわち挿入部８ａの開口端の角部には、Ｒ面８ｇを設けておくことが好ましい。これにより、変形により傾いた軸部９７ａの外周面が、挿入部８ａの開口端の角部に押し付けられ、その角部を破損させることを防止することができる。この角部に形成されるＲ面８ｇは、Ｃ面であってもよい。

次いで、本態様の軸受８を正面から見た形態について説明する。図４（ａ）・（ｂ）に示すように、軸受８は、その下部の２隅を切り欠き面８ｍで切り欠き形成された切り欠き部８ｎを有し、排出口である収納部材２の開口４ａ〜７ａ（開口７ａは不図示）は、この切り欠き部８ｎに対応した位置である、その下方または側方に設けられている。このように軸受８の下部に切り欠き部８ｎを設けることにより、軸受８の側方の二の外面８ｃ・８ｅと収納部材２の側方の二の内面４ｃ・６ｃの各々の間に形成された隙間を流れるめっき浴は、切り欠き部８ｎを通じて排出口４ａ〜７ａから排出されることとなる。ここで、上記軸受８と収納部材２との間の隙間に対し切り欠き部８ｎは大きな空間であるため、当該間隙の中を流れるめっき浴は停滞することなく切り欠き部８ｎに供給され、その後切り欠き部８ｎに対応した位置に設けられた排出口４ａ〜７ａから円滑に排出される。さらに、図１の平面Ｂに沿う断面である図５に示すように、軸受８に設けた切り欠き部８ｎは、Ｘ軸方向に延びる軸受８と収納部材２との間の間隙となる。しかして、図４に示す、収納部材２の内面４ｃ・６ｃに対し軸受８の外面８ｃ・８ｅの対向する部分の面積が減じ、両者の間にめっき浴が残留することを抑制することが可能となる。

さらに、本態様の軸受８は、図４（ａ）・（ｂ）に示すように、その上部の２隅の角部に形成された下方に傾斜する傾斜面８Ｌを有している。このように軸受８の上部に傾斜面８Ｌを設けることにより、軸受８と収納部材２の各々上方に配置された面８ｂと内面３ｃの間に形成された隙間に残留するめっき浴は、この傾斜面８Ｌに沿い下方に流れ、排出口４ａ〜７ａを通じて排出されることとなる。

また、上記のように軸受８の上部と下部に各々傾斜面８Ｌおよび切り欠き面８ｍを設けることにより、軸受８の破損を防止できるという副次的な効果が生じる。すなわち、軸受８の隣接する外面８ｂ〜８ｅが直接接続していると接続部に鋭角な角部が生じる。この角部には、軸受装置１のめっき浴への浸漬および引き上げ時の急激な加熱・冷却によりクラック等が生じ、軸受８の破損の原因となりやすい。一方で、本態様の軸受８のように傾斜面８Ｌおよび切り欠き面８ｍを設け鋭角な角部を消滅せしめることにより、軸受８の破損を抑制することができる。なお、傾斜面８Ｌおよび切り欠き面８ｍの形態は特段限定されないが、肉厚の急変部を減じ、加熱・冷却により発生する熱応力を低減するため、傾斜面８Ｌおよび切り欠き面８ｍの形状は、外側に膨出する円弧状とすることが望ましい。

［軸受の材料構成］
めっき浴中に浸漬され軸部９７ａと摺動する軸受８には、めっき浴に対する耐蝕性と摺動に対する耐摩耗性が要求される。そのため、軸受８は、セラミックスで構成されている。以下、軸受８を構成するセラミックスについて、その好適な例を説明する。

セラミックスとしては、サポートロールが使用される雰囲気その他の操業条件の要請による耐熱衝撃性・耐蝕性などに応じ、アルミナ・ジルコニア・シリカその他の酸化物系セラミックス、硼化ジルコニウム・硼化チタン・硼化ボロンその他の硼化物系セラミックス、炭化シリコン・炭化ボロンその他の炭化物系セラミックス、またはカーボンなどの無機材料を利用してよい。そして、軸受３は、めっき浴への浸漬および取出しの際に急熱・急冷されるため、耐熱衝撃性に優れている必要がある。そのため、軸受３を構成するセラミックスとしては、熱伝導率が高い窒化珪素・窒化アルミその他の窒化物系セラミックスが好ましく、めっき浴である溶融金属に対し高い耐溶損性および耐磨耗性を有し、高温強度に優れた窒化珪素系セラミックスが特に好ましい。以下、軸受３を構成するに好適な窒化珪素セラミックスについては、特開２００１−３３５３６８号に記載のものと同じでよい。

窒化珪素セラミックス中に存在するアルミニウム及び酸素はフォノン散乱源となり、熱伝導率を低減させる。窒化珪素セラミックスは、窒化珪素粒子とその周囲の粒界相とから構成され、アルミニウム及び酸素はこれらの相に含有される。アルミニウムは珪素に近いイオン半径を有するため、窒化珪素粒子内に容易に固溶する。アルミニウムの固溶により窒化珪素粒子自身の熱伝導率が低下し、窒化珪素セラミックスの熱伝導率は著しく低下する。従って、窒化珪素セラミックス中におけるアルミニウムの含有量はできるだけ少なくすることが望ましい。

焼結助剤として添加する酸化物中の酸素の多くは粒界相に存在する。窒化珪素セラミックスの高熱伝導率化を達成するには、窒化珪素粒子に比べて熱伝導率が低い粒界相の量を低減することが必要である。焼結助剤の添加量の下限は、８．５％以上の相対密度を有する焼結体が得られる量である。焼結助剤の添加量をこの範囲内でできるだけ少なくすることにより、粒界相中の酸素量を低減させることが望ましい。

酸素量の少ない窒化珪素粉末を原料とすると、粒界相中の酸素量が低減できるために粒界相の量自体を低減でき、焼結体の高熱伝導率化が達成されるが、焼結過程で生成するＳｉＯ_２の量の減少により難焼結性となる。ところが、他の酸化物より焼結性に優れたＭｇＯを焼結助剤として用いると、焼結助剤の添加量を少なくして、緻密な焼結体を得ることができる。その結果、焼結体の熱伝導率は飛躍的に高くなる。

マグネシウムとともに添加し得る焼結助剤としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ，Ｌｕ等の周期律表第３族（後述）が挙げられる。なかでも、焼結温度及び圧力が高くなり過ぎないという点で、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂが好ましい。

軸受８を構成する窒化珪素セラミックスの常温における熱伝導率は５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、より好ましくは６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。従って、窒化珪素系セラミックス中の酸素含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには５重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには３重量％以下である。また窒化珪素粒子中の酸素含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには２．５重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには１．５重量％以下である。さらに窒化珪素系セラミックス中のアルミニウムの含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには０．２重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには０．１重量％以下である。

窒化珪素セラミックス中のマグネシウムＭｇＯと周期律表第３族元素酸化物の合計量は０．６〜７重量％であるのが好ましい。その合計量が０．６重量％未満では、焼結体の相対密度が９５％未満と不十分である。一方７重量％を超えると、熱伝導率の低い粒界相の量が過剰となり、焼結体の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満となる。ＭｇＯ＋第３族元素酸化物は０．６〜４重量％であるのがより好ましい。

ＭｇＯ／第３族元素酸化物の重量比は１〜７０が好ましく、１〜１０がより好ましく、１〜５が最も好ましい。ＭｇＯ／第３族元素酸化物が１未満では、粒界相中の希土類酸化物の割合が多すぎるため、難焼結性となり緻密な焼結体が得られない。また、ＭｇＯ／第３族元素酸化物が７０を超えると焼結時におけるＭｇの拡散を抑制できず、焼結体表面に色むらが生じる。ＭｇＯ／第３族元素酸化物が１〜７０の範囲にあると、１６５０〜１８５０℃での焼結により高熱伝導率化が著しい。焼結体を１８００〜２０００℃で熱処理すると、さらに高熱伝導率化される。熱処理による高熱伝導率化は、窒化珪素粒子の成長と蒸気圧の高いＭｇＯの揮発による。

窒化珪素粒子中のアルミニウム、マグネシウム及び周期律表第３族元素の合計量は１．０重量％以下であるのが好ましい。

窒化珪素焼結体中のβ型窒化珪素粒子のうち、短軸径が５μｍ以上のβ型窒化珪素粒子の割合が１０体積％超では、焼結体の熱伝導率は向上するが、組織中に導入された粗大粒子が破壊の起点として作用するため破壊強度が著しく低下し、７００Ｍｐａ以上の曲げ強度が得られない。従って、窒化珪素焼結体中のβ型窒化珪素粒子のうち、短軸径が５μｍ以上のβ型窒化珪素粒子の割合は１０体積％以下であるのが好ましい。同様に、組織中に導入された粗大粒子が破壊の起点として作用することを抑えるために、β型窒化珪素粒子のアスペクト比は１５以下であるのが好ましい。

軸受８を形成する窒化珪素セラミックスは、急激な温度変化に対して十分な抵抗力を有する必要がある。急激な温度変化に対する抵抗力は下記式（１）：
Ｒ＝αｃ（１−ν）／Ｅα ・・・（１）
（ 但し、αｃ：常温における4点曲げ強度（ＭＰａ）、ν：常温におけるポアソン比、Ｅ：常温におけるヤング率（ＭＰａ）、α：常温から８００℃までの平均熱膨張係数）
により表される係数で表される係数Ｒは６００以上であるのが好ましく、７００以上であるのがより好ましい。係数Ｒが６００未満であると軸受３が破壊するおそれがある。係数Ｒは、軸受３から切り出した試験片に対して測定した常温における４点曲げ強度αｃ（ＭＰａ）、常温におけるポアソン比ν、常温におけるヤング率Ｅ（ＭＰａ）及び常温から８００℃までの平均熱膨張係数αから求める。

なお、セラミックスは、本来、めっき浴との濡れ性が低く不要の場合もあるが、軸受８を構成するセラミックスがめっき浴との濡れ性が高い場合には、軸受８と収納部材２との隙間をめっき浴が円滑に流動させる観点から、軸受８の外面８ｂ〜８ｅにはめっき浴が付着しがたいことが望ましく、めっき浴との濡れ性の低いセラミックスやサーメットなどの皮膜をこれらに形成しておくことが望ましい。

１（９、１８、２２、２５、２８、３０、３２、３４、４２、５０、５２）軸受装置
２（１０、１９、２３、２６、３５、４３、５３、５７） 収納部材
２ａ 中空部
２ｂ 底面
２ｃ（２ｄ） 隙間
３（４〜７） 平板状部材
３ａ（４ａ〜７ａ、３ｄ、４ｄ、６ｄ、７ｄ） 開口
８（１５、２９、３１、３３、４１、４９、５１） 軸受
８ａ 挿入部
８ｂ（８ｃ〜８ｅ） 外面
８ｆ（２９ｆ、３１ｆ、３１ｓ、３３ｆ、３６ｄ） 凸状部
４９ｐ 凹状部
８ｉ 湯溜まり部
８ｊ（５１ｊ） 排出孔
９０ 溶融金属めっき装置
９１ 溶融金属めっき浴
９７ サポートロール
９８ シンクロール
Ｗ 鋼板

Claims (10)

1. 溶融金属めっき浴中に浸漬される回転体の軸部を回転自在に支承する溶融金属めっき浴用軸受装置であって、一端から前記軸部が挿入される挿入部を有するセラミックス製の軸受と、一方の開口を遮るように配置された部材を有するとともに他方の開口を通じて前記軸受が収納される中空部を有する金属製の収納部材とを備え、前記収納部材は、その中空部の底面に開口する溶融金属めっき浴の排出口を有することを特徴とする溶融金属めっき浴用軸受装置。
2. 前記軸受は、その下部に形成された切り欠き部を有し、前記排出口は、前記切り欠き部に対応する位置に形成されている請求項１に記載の溶融金属めっき浴用軸受装置。
3. 前記軸受は、その上部に形成された下方に傾斜する傾斜面を有する請求項１または２のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用軸受装置。
4. 前記収納部材は、その上部または側部に形成された前記中空部に通じる開口を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用軸受装置。
5. 前記軸受は、前記挿入部の他端を塞ぐように配置された軸受端部を有し、前記軸受端部には溶融金属めっき浴の流通孔が形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用軸受装置。
6. 前記軸受は、前記挿入部と軸受端部の間に介在するように配置された湯溜まり部を有する請求項５に記載の溶融金属めっき浴用軸受装置。
7. 前記中空部の内面と前記軸受の外面との間には隙間が形成されている請求項１乃至６のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用軸受装置。
8. 前記隙間は、前記中空部の内面または前記軸受の外面に形成された凸状部により形成されている請求項７に記載の溶融金属めっき浴用軸受装置。
9. 前記隙間は、前記中空部の内面または前記軸受の外面に形成された凹状部により形成されている請求項７に記載の溶融金属めっき浴用軸受装置。
10. 前記軸受の外面または前記収納部材の中空部の内面には、溶融金属めっき浴との濡れ性が低い皮膜が形成されている請求項１乃至９のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用軸受装置。

Images