JP2013124375A - セラミックス複合体およびそれを用いた溶融金属めっき浴用摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、溶融金属が接触する一面を有するセラミックス複合体において、より改善されたセラミックス複合体およびそれを用いた耐摩耗性に優れた摺動部材を提供することを目的としている。
【解決手段】第１のセラミックスを焼結してなる７００℃における曲げ強度が４００ＭＰａ以上の基体と、前記基体中に配置された、元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含む第２のセラミックスとで構成されたセラミックス複合体であって、溶融金属に接触される一面を有し、前記一面には、前記第２のセラミックスが、１．０〜６０．０％の面積比で配置されているセラミックス複合体であり、具体的には、第１のセラミックスからなる基体と、第２のセラミックスからなる部材とを各々別体として形成しておき、両者を組み合わせて構成した態様、第１のセラミックスからなる基体中に粒子状の第２のセラミックスを一体的に分散して配置した態様により実現することができる。
【選択図】図３（ａ）

Description

本発明は、溶融金属が接触する一面を有する、異種のセラミックスで構成されたセラミックス複合体およびその用途として好適な溶融金属めっき浴用摺動部材に係わる発明である。

上記技術分野に係わる製品として、例えば低圧鋳造装置に組み込まれる溶解炉において溶融アルミニウム（溶融金属）に浸漬されて使用されるストークス・ヒータチューブ・溶湯攪拌ロータ、ダイキャスト鋳造装置に組み込まれる溶融アルミニウムの給湯部材であるダイキャストスリーブなどがある。また、鋼板の表面にアルミニウムや亜鉛のめっき層を形成する溶融金属めっき装置を構成する溶融金属めっき浴用ロールの軸部や溶融金属めっき浴用軸受に組み込まれる摺動部材がある。以下の説明では、これらの製品のうち溶融金属めっき浴用軸受（以下、軸受と言う場合がある。）に組み込まれる摺動部材を例として、従来技術の問題点を明らかにするが、本発明は摺動部材に限定されない。

軸受に組み込まれる摺動部材は、アルミニウムや亜鉛等を溶融せしめた溶融金属めっき浴（以下、めっき浴という場合がある。）を走行する鋼板の方向変換または支持する溶融金属めっき浴用ロールの軸部を回転自在に支承する部材である。そして、この摺動部材には、めっき鋼板の品質を担保するためロールに振動が生じず鋼板の走行速度に同期し円滑に回転すること、めっき鋼板の低コスト化のため長寿命であることが求められる。この要請に対し、近年、化学的腐蝕性の高いめっき浴に対し優れた耐蝕性を示し、かつロール軸部との摺動による磨耗に対する耐摩耗性も高いセラミックスで構成された摺動部材が提案されている。そして、摺動部材の耐摩耗性を更に高めることを目的とし、基体を構成するセラミックスの中に基体とは異種のセラミックスを配置したセラミックス複合体で構成された摺動部材が、下記特許文献１および２に開示されている。

下記特許文献１に開示された摺動部材は、「摺動時に、自己潤滑性化合物を生成することを特徴とする自己潤滑機能摺動部材」であり、より具体的には、「溶融金属中で使用され、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｃｒの硼化物または炭化物の１種以上を有し、摺動時に摺動面において、溶融金属の酸化物とＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｃｒの酸化物の１種以上との複酸化物からなる自己潤滑性化合物が生成することを特徴とする自己潤滑機能摺動部材」、である。

下記特許文献２に開示された摺動部材は、「溶融金属めっき浴中に少なくとも１本のシンクロールと少なくとも１本のガイドロールを有する溶融金属めっき装置」に組み込まれ、「軸受摺動部材の少なくとも摺動表面を、前記溶融金属に濡れにくいセラミックと、前記セラミックより硬度が小さく、かつ前記溶融金属中に存在するドロスより硬度が大きい粒子が分散している、固体潤滑性を有する部材との組合せとする」、摺動部材である。

特開平８−４８９８５号公報 特開平９−１２５２１６号公報

かかる摺動部材によれば、摺動部材の基体を構成するセラミックスとは異種のセラミックスが、ロール軸部と摺動部材の摺動界面において固体潤滑剤として機能し、両者の摩擦抵抗を低減し、摺動部材の耐摩耗性を高めることができるものの、耐摩耗性の更なる改善が求められていた。

本発明は、溶融金属が接触する一面を有するセラミックス複合体において、より改善されたセラミックス複合体およびそれを用いた耐摩耗性に優れた摺動部材を提供することを目的としている。

本願発明者らは、上記従来技術を鑑み鋭意検討した結果、溶融金属が接触する一面を有するセラミックス複合体のうち、基体を、高温の溶融金属への浸漬または引上げ時に生じる熱衝撃に対する高温強度が高いセラミックスで構成することで、セラミックス複合体の耐熱衝撃性を確保する一方で、セラミックス複合体の一面に、所定の面積比で、元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含むセラミックスを配置することにより、例えばそのセラミックス複合体を摺動部材として用いた場合には、その耐摩耗性を向上できることを知見し、本発明を完成させた。

すなわち、上記目的を達成する本願発明の一態様は、第１のセラミックスを焼結してなる７００℃における曲げ強度が４００ＭＰａ以上の基体と、前記基体中に配置された、元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含む第２のセラミックスとで構成されたセラミックス複合体であって、溶融金属に接触される一面を有し、前記一面には、前記第２のセラミックスが、１．０〜６０．０％の面積比で配置されているセラミックス複合体である。ここで、第１のセラミックスを焼結してなる基体の７００℃における曲げ強度が４００ＭＰａ未満である場合には、高温の溶融金属への浸漬または引上げ時の熱衝撃に基体が耐えることができず、セラミックス複合体が破損する虞がある。また、第２のセラミックスの面積比が１．０％未満と少ない場合には、例えばセラミックス複合体を摺動部材として用いた場合には所定の耐磨耗性を確保することができず、一方で６０．０％を超え多い場合には、溶融金属に接触した場合の高温強度を確保する第１のセラミックスからなる基体の割合が少なくなり、セラミックス複合体の耐熱衝撃性が低下し、破損する可能性がある。

上記セラミックス複合体は、具体的には、（１）第１のセラミックスからなる基体と、第２のセラミックスからなる部材とを各々別体として形成しておき、両者を組み合わせて構成した態様、（２）第１のセラミックスからなる基体中に粒子状の第２のセラミックスを一体的に分散して配置した態様、この２つの態様により実現することができる。その具体的な構成および作用効果は、発明を実施するための形態の欄で詳細に説明する。

なお、第１のセラミックスとしては、上記所定の温度における曲げ強度を満足すれば酸化物・窒化物・炭化物・硼化物その他各種のセラミックスを使用することができるが、優れた高温強度を有する窒化珪素質セラミックス（窒化珪素セラミックスまたはサイアロンセラミックス）を使用することが好ましい。また、第２のセラミックスとしては、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）・スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）・コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）・アルチック（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）・アルミナチタニア（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２）・アルミナジルコニア（Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２）その他元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含むセラミックスであればよいが、容易に入手可能で熱伝導率および高温強度が比較的高いアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を使用することが、工業生産上、コスト面から好ましい。

さらに、上記セラミックス複合体を用い摺動部材を構成し、その一面を摺動面とした場合には、当該摺動部材は、溶融金属への浸漬・引上時における急熱・急冷により破損することなく、摺動面における摩擦抵抗が低減されてその耐摩耗性を高めることができる。なお、摺動部材の摺動面の摩擦抵抗が減ずるメカニズムは明らかではないが、溶融金属であるめっき浴に接触する摺動面（一面）に摺動により高い圧力が作用すると、当該摺動面に配置された第２のセラミックス中のアルミニウム（Ａｌ）が溶出して摺動界面に供給され、そのアルミニウムとめっき浴に含まれる酸素（Ｏ）とが高温高圧下で結合して微細なアルミナ粒子が形成され、その微細なアルミナ粒子が固体潤滑剤として機能するためであると推察される。

上記したように、本発明によれば、その目的を達成することができる。

本発明に係わる摺動部材が組み込まれる溶融金属めっき装置の概略構成図である。 図１のシンクロール２７の右側面拡大図である。 図２の軸受１の周囲を部分拡大した断面図である。 図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係わる第１態様の摺動部材を示す、図３（ａ）のＣ部の部分拡大断面図である。 本発明に係わる第１態様の摺動部材を示す、図３（ｂ）のＤ部を矢視Ｂ方向から見た展開図である。 本発明に係わる第２態様の摺動部材を示す、図３（ｂ）のＤ部を矢視Ｂ方向から見た展開図である。 本発明に係わる第３態様の摺動部材を示す、図３（ａ）のＣ部の部分拡大断面図である。 本発明に係わる第４態様の摺動部材を示す、図３（ａ）のＣ部の部分拡大断面図である。 本発明に係わる第４態様の摺動部材を示す、図３（ｂ）のＤ部を矢視Ｂ方向から見た展開図である。 本発明に係わる第５態様の摺動部材を示す正面図である。 本発明に係わる第６態様の摺動部材を示す側面図である。 本発明に係わる第７態様の摺動部材を示す断面図である。 図７（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。 本発明に係わる第８態様の摺動部材を示す、図３（ａ）のＣ部の部分拡大断面図である。 本発明に係わる第８態様の摺動部材を示す、図３（ｂ）のＤ部を矢視Ｂ方向から見た展開図である。 図８の摺動部材の製造方法を説明する図である。 図８の成形工程を説明する図である。 本発明に係わる摺動部材の試料の摩擦磨耗試験を実施する装置の概略構成図である。 図１０（ａ）の摩擦磨耗試験装置に供する摺動部材の試料の平面図である。

以下、本発明に係わるセラミックス複合体について、それを用い軸受の摺動部材を構成した第１〜８実施形態に基づき図面を参照しつつ説明する。なお、本発明に係わるセラミックス複合体は、軸受の摺動部材に限らず、軸受の摺動部材と摺動するロールの軸部に組み込まれる摺動部材、上記したストークス・ヒータチューブ・溶湯攪拌ロータ・ダイキャストスリーブその他溶融金属に接触する一面を有する製品に適用することができる。また、各実施態様の構成要素は、単独にまたは各々組み合わせて利用することもできる。

［溶融金属めっき装置］
まず、本発明に係わる各実施形態の摺動部材が組み込まれた軸受を含む溶融金属めっき装置について、図１を参照しつつ説明する。図１に示すように、溶融金属めっき装置２０は、アルミニウムおよび亜鉛の少なくとも１種を含む溶融金属であるめっき浴２１が貯留されるめっき槽２２と、めっき浴２１の表層部分に浸漬されて、めっき浴２１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２３と、めっき浴２１の中に配置されたシンクロール２７と、めっき浴２１の内でシンクロール２７の上方に位置する一対のサポートロール２８と、めっき浴２１の表面より僅か上方に位置するワイピングノズル２６とを有している。シンクロール２７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矢印Ｅに示すように反時計回りに駆動される。またサポートロール２８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２８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２７及び一対のサポートロール２８は、フレーム２４・２５に取り付けられたすべり軸受である軸受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２１の内に浸漬される。

鋼板Ｗは、スナウト２３を経てめっき浴２１の内に斜方から進入し、シンクロール２７を経由して上方に進行方向を変えられる。めっき浴２１の中を上昇する鋼板Ｗは一対のサポートロール２８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。ワイピングノズル２６は、めっき浴２１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、シンクロール２７には、めっき浴２１における浮力および鋼板Ｗに付与されるテンションにより矢印Ｇで示すように左上方に向かう力が作用しており、シンクロール２７を支持する軸受装置は、その左上方に向かう力を受けることとなる。

以下、セラミックス複合体の一例として、シンクロールを支持する軸受に組み込まれた摺動部材の具体的な構成を説明する。ここで、上述したように、摺動部材は、（１）第１のセラミックスからなる基体と、第２のセラミックスからなる部材とを各々別体として形成しておき、両者を組み合わせて構成した態様、（２）第１のセラミックスからなる基体中に粒子状の第２のセラミックスを一体的に分散して配置した態様、この２つの態様により実現される。以下の説明では、まず第１〜第７態様において前者の例の説明を行い、次いで、第８態様において後者の例の説明を行う。

［第１実施形態］
第１態様の摺動部材を含む図１の軸受１の構成について、図２〜４（ａ）・（ｂ）を参照しつつ説明する。ここで、図２は、図１のシンクロール２７および軸受１の一部が断面図である正面図である。図３（ａ）は、図２の軸受１および軸部２７ｂを拡大した正面断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）は図３（ａ）のＣ部の拡大断面図、図４（ｂ）は図３（ｂ）において矢視Ｂ方向から見たＤ部の摺動面１ｋの展開図である。なお、以下、シンクロールを支持する軸受に組み込まれた摺動部材を例として本発明に係わるセラミックス複合体を説明するが、当該軸受に組み込まれる摺動部材は、サポートロールを支持する軸受にも適用することができ、さらに軸受と摺動する軸部にも適用することができる。また、図２に示す右側の軸受１と左側の軸受１とは同一であるので、右側の軸受１の構成について説明する。

［シンクロール］
まず、シンクロール２７について、図２および図３（ａ）を参照し説明する。図２に示すように、シンクロール２７は、めっき浴中を走行する鋼板が方向転換のために接触する外周面を有する外観が略円柱形状の胴部２７ａと、胴部２７ａと同軸に配置された軸部２７ｂとを有し、軸部２７ｂは、胴部２７ａの両端から、回転中心となる胴部２７ａの軸心Ｉに沿う方向（以下、軸心方向と言う。）に延びている。そして、軸部２７ｂは、軸心方向において胴部２７ａと反対側に、軸心Ｉを中心とし、その周りに所定の半径で形成された外周面を有する略円柱形状の摺動部２７ｃを備え、その外周面が軸受１の摺動面１ｋと摺動する摺動面２７ｋとなる。なお、図３（ａ）において符号２７ｄは、軸心方向にシンクロール２７を支持するスラスト受け部である。シンクロール２７の円滑な回転のためには、スラスト受け部２７ｄの端は、図示するように凸に湾曲したＲ面であることが望ましい。

シンクロール２７の胴部２７ａおよび軸部２７ｂを構成する材料は、めっき浴に対する化学反応性が低く耐蝕性の高い材料であれば特に限定されないが、下記で詳述するようにめっき浴に対し特に耐蝕性に優れたセラミックスでシンクロール２７を構成することが望ましい。一方で、セラミックスは金属と比較し熱伝導率および破壊靭性が低い。そのため、シンクロール２７をセラミックスで構成した場合には、高温に加熱されためっき浴への浸漬時および引上時における急熱・急冷のために胴部２７ａおよび軸部２７ｂが割損する可能性がある。そこで、急熱・急冷による過大な温度勾配の発生を抑制するため、胴部２７ａおよび軸部２７ｂは図示するように中空部を有する円筒体とし、胴部２７ａの軸心Ｉに交差する方向（以下、半径方向と言う。）において一定の厚みを有する形態とすることが好ましく、さらに角部は緩やかなＲ形状とすることが望ましい。なお、胴部２７ａは、鋼板に接触する部分の外観が略円柱形状であればよく、他の部分は、めっき浴中のスラグの付着防止や回転バランスの調整などを考慮し適当な形状に設定すればよい。

［軸受］
次に、上記シンクロール２７の軸部２７ｂと摺動する軸受１について、図２〜図４（ａ）・（ｂ）を参照して説明する。本態様の軸受１は、めっき浴が潤滑媒体として機能する軸受であり、主要な構成として、めっき浴２１の中に延びる一対のアーム２４（図１参照）の先端に取り付けられた保持部１ｄと、保持部１ｄに取り付けられたセラミックス複合体である摺動部材１ａを有している。めっき浴２１に対する耐蝕性が比較的高いステンレス等の金属で形成された保持部１ｄは、図３（ｂ）に示すように、半径方向における断面視が下方開口の逆Ｕ字形状であり、底面から中央部に向かい延設された軸挿入部１ｑを有している。この軸挿入部１ｑは、略半円形状の上面１ｒと、その上面１ｒの両端から下方に延びた左側面１Ｇおよび右側面１ｓを有しており、軸部２７ｂの摺動部２７ｃは、軸挿入部１ｑに挿入される。

半径方向の断面形状が円環の四半部（一部）である略扇形状でセグメント状の摺動部材１ａは、その内周面が、軸部２７ｂの摺動面２７ｋと摺動する摺動面１ｋとなっている。そして、摺動部材１ａの摺動面１ｋは、軸心Ｉを中心としその周りに、摺動部２７ｃの摺動面２７ｋよりも幾分大きな半径となるよう形成されており、めっき浴２１は、摺動面１ｋおよび２７ｋの摺動界面に介在することにより潤滑媒体として機能することとなる。なお、軸部２７ｂの摺動面２７ｋと摺動部材１ａの摺動面１ｋとの相互の摩擦により、使用につれ両者は徐々に磨耗する。したがって、摺動面１ｋには、新品の摺動部材１ａの内周面のみならず、磨耗により形成された内周面も含まれる。

ここで、軸挿入部１ｑには、図３（ｂ）に示すように、略半円形状をなす上面１ｒの左半球側に開口するよう、摺動部材１ａの断面形状に対応した軸心方向に伸びる略扇形状の凹溝１ｐが形成されている。この凹溝１ｐに挿着された摺動部材１ａは、軸心方向から固定部材１ｆで固定されるが、固定された状態において、摺動部材１ａの摺動面１ｋは、軸挿入部１ｑの上面１ｒよりも内方に位置している。

このように、摺動部材１ａの摺動面１ｋと軸挿入部１ｑの上面１ｒとの間に段差が設けられていることにより、摺動部材１ａの摺動面１ｋと摺動しつつ回転する摺動部２７ｃの摺動面（外周面）２７ｋと、軸挿入部１ｑの上面１ｒおよび両側面１Ｇ・１ｓとの間には一定の間隙が形成される。そして、摺動部２７ｃの回転に伴い、摺動面１ｋと２７ｋとの摺動界面に存在するめっき浴２１は上記間隙に排出され、また上記間隙に存在するめっき浴２１は、摺動面１ｋおよび２７ｋの摺動界面に供給されることとなる。これにより、摺動面１ｋと２７ｋとの摺動界面に存在するめっき浴２１が次々と入れ替わるため、例えばめっき浴２１の反応物である所謂ドロスなどの高硬度な微小異物が当該摺動界面に滞留することが抑制され、摺動部材１ａおよび軸部２７ｂの磨耗を低減せしめることができる。

なお、本態様の軸受１では、上記のように保持部１ｄに設けた凹溝１ｐに軸受部１ａを挿着し固定しているが、凹溝１ｐと軸受部１ａとの挿着隙間に浸入しためっき浴２１は溶融金属であるため、めっき浴２１から軸受１を取出した後に凝固し、軸受部１ａを破損させる可能性がある。そのため、軸受部１ａおよび凹溝１ｐの挿着隙間にめっき浴が侵入しないようシール部を設けるか、浸入したとしても軸受１の取出時に容易にめっき浴が排出される隙間または溝部を設けておくことが好ましい。

図３（ａ）において符号１ｅは、摺動部２７ｃが軸挿入部１ｑに配置された状態において、軸部２７ｂの端に対向する位置に配置されたスラスト受けである。このスラスト受け１ｅは、操業中に軸心方向に移動するシンクロール２７の軸部２７ｂのスラスト受け部２７ｄとの当接することにより、シンクロール２７の軸心方向の位置決めを行う。

次いで、セラミックス複合体で構成された摺動部材１ａについて詳細に説明する。第１態様の摺動部材１ａは、図４（ａ）・（ｂ）に示すように、ＭｇまたはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ，Ｌｕその他周期律表第３族元素酸化物を焼結助剤とし周知の製造方法で形成された、第１のセラミックスである窒化珪素セラミックス（Ｓｉ_３Ｎ_４）を焼結してなる基体１ｂと、摺動面１ｋとなる基体１６の一面に開口するよう形成された略円柱形状の有底孔（孔部）１ｇに配置された、元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含む第２のセラミックスであるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）１ｃを有している。ここで、窒化珪素セラミックス（Ｓｉ_３Ｎ_４）を焼結してなる基体１ｂの７００℃における曲げ強度は４００ＭＰａ以上であり、窒化珪素セラミックスに替えサイアロンセラミックス（Ｓｉａｌｏｎ）を使用してもよい。

個片状の焼結体である略円柱形状のアルミナまたは窒化アルミニウム１ｃ（以下、本態様の説明において、当該形状のアルミナまたは窒化アルミニウム１ｃを円柱体１ｃと言う。）は、その露出した一方端面が摺動面１ｋを形成するように有底孔１ｇに挿着され固定されている。なお、有底孔１ｇおよび円柱体１ｃの形状は上記に限定されず、有底孔１ｇに挿着する円柱体１ｃの形態に合わせ適宜設定すればよい。しかしながら、めっき浴への浸漬時・引上時における急熱・急冷で生じる熱応力による摺動部材の破損を防止する点から、切り欠き部や形状の肉厚の急変部の少ない上記形態とすることが好ましい。

上記有底孔１ｇへの円柱体１ｃの固定方法は、例えば螺子などで機械的に固定してもよいが、部品点数を減ずるとともに摺動部材に形成される切り欠き部に起因する破損を防止するためには、摺動部材１ａをハンドリングする際に生じる振動などで円柱体１ｃが有底孔１ｇから離脱しない程度の外径に円柱体１ｃを形成しておき、当該円柱体１ｃを有底孔１ｇへ挿入し固定することが望ましい。

さらに、円柱体１ｃは、アルミニウムや亜鉛の溶解温度域である１００〜８００℃の範囲における、基体１ｂを構成する窒化珪素セラミックスの熱膨張率（概ね２〜３×１０^−６／℃）と、近似した熱膨張率を有することが望ましい。具体的には、円柱体１ｃを形成する場合には、例えば商品名：アルシーマＬ（アスザック株式会社製、熱膨張率：２．１×１０^−６／℃）のように低熱膨張率の円柱体１ｃを使用すればよい。また、円柱体１ｃを窒化珪素セラミックスに近似した熱膨張率を有する窒化アルミニウム（熱膨張率：４〜５×１０^−６／℃）・ムライト（同：４．５〜５．５×１０^−６／℃）・コージェライト（同：１．４〜２．１×１０^−６／℃）で形成してもよい。このように基体１ｂに近似した熱膨張率を有する円柱体１ｃを使用することにより、両者の熱膨張差による円柱体１ｃの破損を抑制できる。なお、基体１ｂと円柱体１ｃとの熱膨張差の少ない場合には、有底孔１ｇの内径に対する比（以下、焼嵌率と言う場合がある。）で０．０５／１０００〜０．１／１０００程度の締め代を有するよう円柱体１ｃの外径を形成しておき、円柱体１ｃを焼き嵌めまたは冷し嵌めにより有底孔１ｇに挿着し固定してもよい。

一方で、一般的なアルミナ（熱膨張率：７〜９×１０^−６／℃）で円柱体１ｃを形成する場合には、基体１ｂとの熱膨張差による円柱体１ｃの破損を防止するため、基体１ｂおよび円柱体１ｃの各々の熱膨張量を考慮し、有底孔１ｇとの嵌め合いを決定する必要がある。具体的には、溶融金属が溶融アルミニウムまたは溶融亜鉛である場合を想定すると、７００℃における拡径した有底孔１ｇの内径を基準とし、当該内径と拡径した円柱体１ｃの外径との径差が、内径に対する比で０．０５／１０００〜０．１／１０００の焼嵌率となるよう円柱体１ｃの外径を定めればよい。なお、このように高温域で定めた有底孔１ｇと円柱体１ｃとの嵌め合いが常温において緩み嵌めとなる場合には、有底孔１ｇからの円柱体１ｃの離脱を防止するため、例えば有底孔１ｇに耐熱性接着剤を塗布しておき、有底孔１ｇに挿着された円柱体１ｃを固定してもよい。

そして、上記のように有底孔１ｇに挿着され固定された円柱体１ｃは、図４（ｂ）に示すように、摺動面１ｋとなるその一方端面が、摺動面１ｋの面積に対し１．０〜６０．０％の面積比となるよう複数個配置されている。なお、円柱体１ｃの配置態様は、千鳥状に配置された図示の態様に限定されず、摺動面１ｋへ作用する負荷の状態に応じ、例えばその分布に疎密があるように配置してもよい。

［実施例１］
以下、上記第１態様の摺動部材について、具体的な実施例に基づき表１を参照しつつ説明する。

第１態様の摺動部材の耐摩耗性および耐熱衝撃性を評価するため、表１に示す試料１〜１２を、次のようにして準備した。

まず、各試料を構成する基体について説明する。試料１〜１０の基体は、窒化珪素セラミックスを使用して形成した。具体的には、原料粉末として、平均粒径が０．６μｍ、α化率が９５％の窒化珪素質粉末９５質量％と、平均粒径１μｍのＹ_２Ｏ_３粉末３質量％、平均粒径０．１μｍのＭｇＯ粉末２質量％とを、エチルアルコールを溶媒とし、窒化珪素質のボールを用いボールミル中で混合した。得られたスラリーにバインダーとしてポリビニルブチラールを１％添加した後、スプレードライヤーで乾燥して、造粒粉を作製した。得られた造粒粉を平均粒径６０μｍになるように篩いわけした後、１００ＭＰａの圧力で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により造粒粉を成形し、扇形状の成形体を得た。ＣＩＰ法により得られた成形体を大気雰囲気中、５００℃、２０時間の条件で脱脂し、次いで、常圧の窒素雰囲気中で１７５０℃、５時間の条件で焼結し、その後、加工を施すことにより、一部に断面を示す平面図である図１０（ｂ）に示すように、内径（ｄ１）１５２ｍｍ、外径（ｄ２）１６２ｍｍ、紙面に垂直な方向の厚さ５ｍｍの円環の４半部である扇形状の試料１〜１０の基体１ｂを得た。

窒化珪素セラミックスで形成した試料１〜１０の基体の７００℃における曲げ強度は、ＪＩＳＲ１６０４に基づき、上記と同一条件で製作した３ｍｍ×４ｍｍ×３６ｍｍの角柱形状の試験片を１０個準備し、各々、７００℃の大気雰囲気の炉内で、荷重速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件で４点曲げ試験を行い求めた。１０個の試験片の曲げ強さの平均値は９２０ＭＰａであった。また、試料１〜１０の熱膨張率は、ＪＩＳＲ１６１８に基づき、上記と同一条件で製作した５×５×１０ｍｍの試験片を１０個準備し、各々、熱機械分析装置(ＴＭＡ)により、３５℃と６００℃間の平均線熱膨張率を測定した。１０個の試験片の平均線熱膨張率の平均値は、３．０×１０^−６／℃であった。

試料１１および１２の基体は、サイアロンセラミックスを使用し形成した。具体的には、原料粉末として、ＢＥＴ比表面積が７ｍ^２／ｇ、α化率が９０％のＳｉ_３Ｎ_４粉末８４．０質量％と、平均粒径が２．５μｍのＡｌＮ固溶体粉末（組成６ＡｌＮ・ＳｉＯ_２）を３．０質量％と、平均粒経が１．２μｍのＹ_２Ｏ_３粉末を７．０質量％と、平均粒経が０．６μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末を５．０質量％と、平均粒経が１．０μｍのＳｉＯ_２粉末を１．０質量％を、エチルアルコールを溶媒とし、窒化珪素質のボールを用いボールミル中で混合した。得られたスラリーにバインダーとしてポリビニルブチラールを１％添加した後、スプレードライヤーで乾燥して、造粒粉を作製した。得られた造粒粉を平均粒径６０μｍになるように篩いわけした後、１００ＭＰａの圧力で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により成形し、扇形状の成形体を得た。ＣＩＰ法により得られた成形体を大気雰囲気中、５００℃、２０時間の条件で脱脂し、次いで、常圧の窒素雰囲気中で１７５０℃、５時間の条件で焼結し、その後、加工を施すことにより、図１０（ｂ）に示すように、内径（ｄ１）１５２ｍｍ、外径（ｄ２）１６２ｍｍ、紙面に垂直な方向の厚さ５ｍｍの円環の４半部である扇形状の試料１１・１２の基体１ｂを得た。その試料１１・１２について上記と同様に求めた７００℃の曲げ強さおよび熱膨張率は、各々９００ＭＰａ、３．０×１０−^６／℃であった。

そして、図１０（ｂ）に示すように、上記基体１ｂには、表１の面積比となるよう、下記説明する評価試験で摺動面となる面積が９０６８３ｍｍ^２の内周面１ｋに、内径（ｄ３）３ｍｍで深さ（Ｌ）が５ｍｍの有底孔１ｇを、当該面積比に合わせた個数形成した。

次に、円柱体について説明する。試料１〜８および１１・１２の円柱体は、アルミナで形成した。具体的には、熱膨張率が７．４×１０−^６／℃のアルミナ焼結体を入手し、円柱体を形成した。なお、円柱体の外径は、７００℃における円柱体と基体の熱膨張量を考慮し、７００℃における拡径した有底孔の内径（ｄ３）３．００６３ｍｍを基準とし、当該内径と拡径した円柱体の外径との径差が、内径に対する比で０．０８／１０００となるよう形成した。室温における円柱体の外径は、２．９９１ｍｍであり、常温において挿着した場合、ハンドリングの際に有底孔から抜け出ることはなかった。

試料９・１０の円柱体は、窒化アルミニウムで形成した。具体的には、熱膨張率が５．０×１０−^６／℃の窒化アルミニウム焼結体を入手し、円柱体を形成した。窒化アルミニウムで形成された円柱体は、熱膨張率が、基体を形成した窒化珪素と近似しているので、有底孔の内径に対し焼嵌率が０．０６／１０００となるようその外径を形成した。

図１０（ｂ）に示すように、上記のように形成した円柱体１ｃを、表１の基体と円柱体の組合せおよび面積比となるよう基体１ｂの内周面１ｋに形成された有底孔１ｇに挿着し固定し、符号Ｔで示すように、セラミックス複合体である試料１〜１２を得た。

摺動部材としての耐摩耗性と耐熱衝撃性を確認するため、各試料Ｔについて、それらのめっき浴中における摩擦磨耗試験を行った。具体的には、めっき浴中摩擦磨耗試験機８０の概略構成図である図１０（ａ）に示すように、黒鉛製の坩堝８２に貯留され加熱コイル８１で加熱されるめっき浴２１に円柱形状の被摩擦物８３を浸漬し、矢印Ｍの方向に回転させる。そして、回転する被摩擦物８３の外周面に、所定の荷重で試料Ｔの摺動面１ｋを押し付け、所定時間おきに摺動面１ｋの磨耗量をマイクロメータで測定した。なお、不図示のモーターに回転される回転軸８４の先端に固定された被摩擦物８３は、試料１〜１０と同様な製造方法で形成した窒化珪素セラミックス焼結体であり、直径ｄ４が１５０ｍｍとなるよう加工したものを使用し、その回転数は、５０ｒｐｍとした。また、試料Ｔへ負荷する荷重は４９０Ｎとし、カンチレバー８６の支点８５を介し右側に配置されたウエイト８７の重量を適宜設定し、調整した。さらに、表１に示すように、めっき浴２１として、溶融アルミニウムめっき浴と、溶融亜鉛めっき浴の２種のめっき浴２１を使用した。前者の保持温度は７００℃であり、後者の保持温度は４８０℃であった。

上記の条件で、試料１〜１２の摩擦磨耗試験を行った結果を表１に示す。なお、耐摩耗性の評価は、試験開始後２４時間における試料１の磨耗量を１とし「×」とし、試料１に対し１／２以下の磨耗量となった場合を「△」、１／５以下の磨耗量となった場合を「○」、１／１０以下の磨耗量となった場合を「◎」とした。なお、「−」は、その時間内に試料の破損のため評価ができなかった試料である。また、耐熱衝撃性の評価は、試験開始直後に破損した場合を「×」、２４時間までに破損した場合を「△」、２４時間を越えた場合を「○」とした。

試料１〜１２を用いた本実施例１により下記の知見が得られた。基体を構成するセラミックスが窒化珪素またはサイアロン、円柱体を構成するセラミックスがアルミナまたは窒化アルミニウム、めっき浴が溶融アルミニウムまたは溶融亜鉛、いずれの場合でも、試料１〜１２の摺動面（内面）に１．０〜６０．０％の面積比で円柱体の端面が配置されている場合には、当該摺動面の磨耗量が少なく、かつ耐熱衝撃性も高いことが確認された。一方で、当該面積比が下限外の場合には磨耗が多く、上限外の場合には、試料が破損してしまうことが確認された。

［第２実施形態］
本発明に係わる第２態様の摺動部材２ａについて、図４（ｃ）を参照しつつ説明する。ここで、図４（ｃ）は、図３（ｂ）において矢視Ｂ方向から見たＤ部の摺動面１ｋの展開図である。なお、上記第１態様の摺動部材１ａと同一の外形である第２態様の摺動部材２ａは、当該摺動部材１ａと同様に、図３に示す軸受１に組み込まれて使用されるものである。したがって、第２態様の摺動部材２ａの軸受１への配置態様などの説明は省略し、また、図４（ｃ）において第１態様の摺動部材１ａと同一の構成要素には同一符号を付しており、その詳細な説明も省略する（以下説明する第３〜第８態様の摺動部材３ａ〜８ａについて同様）。

本態様の摺動部材２ａは、元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含む第２のセラミックスの形態および基体１ｂの摺動面１ｋへの配置態様が、第１態様の摺動部材１ａと相違している。すなわち、本態様の第２のセラミックスであるアルミナ２ｃは棒形状または帯形状に形成された焼結体（以下、本態様の説明において、当該形状のアルミナ２ｃを棒状体１２と言う）であり、軸芯方向に沿い摺動面１ｋに開口するよう当該摺動面１ｋに延設された複数の溝部２ｇに挿着され固定されている。なお、各々が平行に形成された複数の溝部２ｇへの棒状体２ｃの固定は上記円柱体１ｃと同様に行ってよく、また軸芯方向において摺動面１ｋの両端まで形成された溝部２ｇに棒状体２ｃを挿着し、棒状体２ｃの両端部を機械的に固定するようにしてもよい。

［第３実施形態］
本発明に係わる第３態様の摺動部材３ａについて、図４（ｄ）を参照しつつ説明する。ここで、図４（ｄ）は、図３（ａ）においてＣ部の拡大断面図である。第３態様の摺動部材３ａは、所望の面積比となるよう基体１ｂの摺動面１ｋに形成された有底孔１ｇに配置された第２のセラミックスであるアルミナ３ｃが、溶射により成膜されている点で、第１態様の摺動部材１ａと相違する（以下、本態様の説明において、当該形態のアルミナ３ｃを成膜部３ｃと言う。）。なお、プラズマ溶射・ガス溶射・アーク溶射など溶射方法は特に問わないが、互いにセラミックスからなる成膜部３ｃと基材１ｂとの密着性を高めるためにはプラズマ溶射を行うことが好ましい。また、成膜部３ｃは、溶射の他に、例えば物理蒸着法（ＰＶＤ）・化学蒸着法（ＣＶＤ）その他の成膜法で形成してもよい。さらに、アルミナ原料粉末を含むスラリーを基体１ｂの摺動面１ｋに塗布するか、基体１ｂを酸化物中に浸漬するか、スプレーにより基体１ｂの摺動面１ｋに酸化物層を形成させ焼成し焼付けるなどして、成膜部３ｃを形成してもよい。そして、プラズマ溶射により有底孔１ｇに充填されるように成膜部３ｃが形成された基体１ｂを、その摺動面１ｋが露出するように当該摺動面１ｋよりも下方にある成膜部３ｈを機械加工等で除去することで、めっき浴に接触される摺動面（一面）１ｋに、アルミナで構成された成膜部３ｃが１．０〜６０．０％の面積比で配置されている摺動部材３ａを得ることができる。

有底孔１ｇと成膜部３ｃとの密着性を高めるために、有底孔１ｇの表面は、粗面化あるいは反応性を上げる処理を施すことが望ましく、具体的には、サンドブラストなどによる研磨加工、空気中における加熱による酸化あるいはフッ化水素酸等によるエッチングなどを施すことが好ましい。そして、これらの処理を施した後の有底孔１ｇの表面粗さは、ＪＩＳ−０６０１で、十点平均粗さ（記号Ｒｚ）が１．５μｍ以上、中心線平均粗さ（記号Ｒａ）が０．２μｍ以上であることが、有底孔１ｇと成膜部３ｃとの密着性の観点から望ましい。さらに、基体１ｂと成膜部３ｃとの熱膨張差による摺動部材３ａの破損を防止するため、両者の熱膨張率の中間の熱膨張率をもつ下地層を有底孔１ｇの表面に形成しておき、その下地層の表面に成膜部３ｃを形成してもよい。具体的には、基体１ｂを熱膨張率が２〜３×１０^−６／℃程度の窒化珪素セラミックスで、成膜部３ｃを熱膨張率：７〜９×１０^−６／℃程度のアルミナで構成した場合には、窒化アルミニウム（熱膨張率：４〜５×１０^−６／℃）やムライト（同：４．５〜５．５×１０^−６／℃）からなる下地層を溶射で形成しておけばよい。

［第４実施形態］
本発明に係わる第４態様の摺動部材４ａについて、図５を参照しつつ説明する。ここで、図５（ａ）は、図３（ａ）においてＣ部の拡大断面図であり、図５（ｂ）は、図３（ｂ）において矢視Ｂ方向から見たＤ部の摺動面１ｋの展開図である。第４態様の摺動部材４ａは、（１）第１のセラミックスである窒化珪素セラミックスを焼結してなる基体４ｂの表層部４ｒが多孔質である点、（２）基体４ｂの摺動面１ｋに開口する気孔４ｇに第２のセラミックスであるアルミナ４ｃが充填され配置されている点で、第１態様の摺動部材１ａと相違する（以下、本態様の説明において、当該形態のアルミナ４ｃを充填部４ｃと言う）。

ここで、摺動部材４ａにおいて、めっき浴に接触される摺動面（一面）１ｋに、アルミナで構成された充填部３ｃを１．０〜６０．０％の面積比で配置するためには、基体４ｂの摺動面１ｋに開口する開気孔の気孔率が当該面積比に対応していればよい。一方で、７００℃における基体４ｂの曲げ強度を４００ＭＰａ以上とするためには、当該気孔率で気孔が存在する表層部４ｒの厚みＮは５ｍｍ以内であることが好ましく、これよりも深い範囲Ｏである本体部４ｓの相対密度は９０％以上であることが好ましい。また、気孔４ｇの開口径は、０．５〜１０．０μｍであることが好ましい。０．５μｍ未満の場合には摺動部材としての耐摩耗性が低下し、１０．０μｍを超える場合には、充填部３ｃを構成するアルミナがより剥離しやすくなり同様に耐摩耗性が低下する。

上記摺動部材４ａの製造方法について説明する。基体４ｂにおいて本体部４ｓとなる略扇形状の窒化珪素セラミックス焼結体は、下記説明する表層部４ｒの厚みを考慮し、上記第１態様の基体１ｂと同一の製造方法で形成すればよい。

上記のようにして得られた本体部４ｓの内周面に多孔質の表層部４ｒを形成する。表層部４ｒを形成する具体的な方法としては、直接窒化法を用いることができる。すなわち、金属珪素粉末および窒化珪素粉末を準備し、これにメタノールなどを添加してスラリーを調製する。次いで、このスラリーを本体部４ｓの内周面に、はけ塗り、浸漬塗布などで塗布する。スラリーを塗布して十分に乾燥したものを窒素中で１０００〜１４００℃で加熱処理する。この加熱処理によって、金属珪素と雰囲気の窒素が反応し窒化珪素が生成する。この窒化反応によれば、焼結助剤を何ら含まないことから、緻密化することなく、金属珪素粉末の粒度、金属窒化粉末と窒化珪素粉末の混合比、焼結条件などを調整することにより、摺動面（一面）１ｋに開口する気孔の気孔率が１．０〜６０．０％である表層部４ｒを形成することができる。また表層部４ｒの厚みは本体部４ｓの表面へのスラリーの塗布に際し、乾燥および塗布を繰り返すことにより任意の厚みに制御できる。

本体部４ｓの内周面に表層部４ｒが形成された基体４ｂの当該表層部４ｒの気孔４ｇに、溶融アルミニウムを含浸させ、気孔４ｇにアルミニウムを充填する。溶融アルミニウムを含浸する方法としては、高圧鋳造（スクイズキャスティング）法により１トン程度の圧力において行うことが好ましく、具体的には、基体４ｂを金型に入れ、８００℃で溶融させたアルミニウムを１００ＭＰａに加圧して気孔４ｇに充填すればよい。なお、溶融アルミニウムの含浸にあたり、カプセルＨＩＰ法を使用することも可能である。この場合には、カプセルはアルミニウムよりも高い融点を有する金属を使用する。

上記のように気孔４ｇに充填されたアルミニウムを加熱することにより酸化し、アルミナで構成された充填部４ｃを形成する。具体的には、アルミニウムが含浸された基体４ｂを、酸素雰囲気、好ましくは富酸素雰囲気において加熱処理すればよい。なお、摺動面１ｋを走査しながらレーザを照射し、加熱処理を行ってもよい。以上説明した製造方法により、めっき浴に接触される摺動面（一面）１ｋに、アルミナで構成された充填部４ｃが１．０〜６０．０％の面積比で配置されている摺動部材４ａを得ることができる。

［第５実施形態］
本発明に係わる第５態様の摺動部材５ａについて、その正面図である図６（ａ）を参照しつつ説明する。第５態様の摺動部材５ａは、摺動面１ｋにおいて、焼結体である基体５ｂを構成する第１のセラミックスである窒化珪素セラミックスと、第２のセラミックスであるアルミナ５ｃとが交互に層状に配置されている点で、第１態様の摺動部材１ａと相違する。

具体的には、第５態様の摺動部材５ａは、軸芯Ｉの方向から見た場合に略扇形板状の窒化珪素セラミックスを焼結してなる基体５ｂと、軸芯Ｉの方向から見た形状が基体５ｂと同一形状の焼結体であるアルミナ５ｃ（以下、本態様の説明において、当該形態のアルミナ５ｃを板状部５ｃと言う。）を有し、基体５ｃと板状部５ｃは、その内周面が一致するよう軸芯方向において交互に配置され、当該内周面が摺動面１ｋとなっている。そして、この構成において、軸芯方向における板状部５ｃの厚みを適宜調整することにより、めっき浴に接触する摺動面１ｋには、第２のセラミックスであるアルミナで構成された板状部５ｃの内周面が１．０〜６０．０％の面積比で配置される。

なお、基体５ｂと板状部５ｃとの熱膨張差による摺動部材５ａの破損を防止するため、両者の熱膨張率の中間の熱膨張率をもつ中間部５ｍを両者の間に配置してもよい。具体的には、基体５ｂを熱膨張率が２〜３×１０^−６／℃程度の窒化珪素セラミックスで、板状体５ｃを熱膨張率：７〜９×１０^−６／℃程度のアルミナで構成した場合には、窒化アルミニウム（熱膨張率：４〜５×１０^−６／℃）やムライト（同：４．５〜５．５×１０^−６／℃）からなる中間部５ｍを設けておけばよい。

上記摺動部材４ａの製造方法について説明する。まず、周知の製造方法で、略扇形状の窒化珪素セラミックスからなる基体５ｂの成形体と、基体５ｂと同一形状のアルミナからなる板状部５ｃの成形体を準備する。なお、必要な場合には、基体５ｂおよび板状部５ｃと同一形状に形成された中間部５ｍの成形体も準備しておくとよい。

次いで、基体５ｂ、板状部５ｃおよび必要な場合には中間部５ｍの成形体を、その内周面が一致する状態で、軸芯方向に沿い密着するように積層し、常圧の窒素雰囲気中で１５００〜１７００℃、５〜１０時間の条件で焼結し、一体化する。その後、加工等を施すことにより、図６（ａ）に示す第５態様の摺動部材５ａを得ることができる。

［第６実施形態］
本発明に係わる第６態様の摺動部材６ａについて、その側面図である図６（ｂ）を参照しつつ説明する。第６態様の摺動部材６ａは、上記第５態様の摺動部材５ａと同様に、摺動面１ｋにおいて、焼結体である基体６ｂを構成する第１のセラミックスである窒化珪素セラミックスと、第２のセラミックスであるアルミナ６ｃとが交互に層状に配置されているが、第２のセラミックスの具体的な配置の態様が第５態様の摺動部材５ａと相違する。

すなわち、図６（ｂ）に示すように、第６態様の摺動部材６ａは、半径方向の断面形状が略扇形状で同一の外径および内径を有し、軸芯方向に棒形状に伸びる、第１のセラミックスである窒化珪素セラミックスを焼結してなる複数の基体６ｂと、半径方向の断面形状が基体６ｂと同一であり、基体６ｂと同一寸法で軸芯方向に伸びる棒形状の焼結体であるアルミナ６ｃ（以下、本態様の説明において、当該形態のアルミナ６ｃを棒状部５ｃと言う。）を有し、基体５ｃと板状部５ｃは、その内周面が一致するよう円周方向において交互に配置され、当該内周面が摺動面１ｋとなっている。そして、この構成において、円周方向における棒状部６ｃの厚みを適宜調整することにより、めっき浴に接触する摺動面１ｋには、第２のセラミックスであるアルミナで構成された棒状部６ｃの内周面が１．０〜６０．０％の面積比で配置される。

上記摺動部材６ａの製造方法は、第５態様の摺動部材５ａの製造方法と同様であるので省略するが、第５態様の摺動部材５ａと同様に、基体６ｂと板状部６ｃとの熱膨張差による摺動部材６ａの破損を防止するため、両者の熱膨張率の中間の熱膨張率をもつ中間部５ｍを両者の間に配置してもよい。

［第７実施形態］
本発明に係わる第７態様の摺動部材７ａについて、その正面断面図である図７（ａ）および図７（ａ）のＦ−Ｆ断面図である図７（ｂ）を参照しつつ説明する。第７態様の摺動部材７ａは、セラミックスで構成された摺動部材７ａそのものが軸受７であり、金属製の保持部を有していない点で第１態様の軸受１と相違しているが、摺動部材としての構成は基本的に同様である。

図７（ａ）に示すように、軸心Ｉに沿う断面視が略コの字状である第７態様の摺動部材７ａ（軸受７）は、軸心Ｉの方向から眺めた場合に中央部に形成された小径孔部７ｎと、軸芯方向において、軸部の摺動部２７ｃが挿入される開口から所定範囲に、小径孔部７ｎと同軸に形成された大径孔部７ｇとを備える、第１のセラミックスである窒化珪素セラミックスを焼結してなる基体７ｂを有している。そして、基体７ｂの大径孔部７ｇには、第２のセラミックスであるアルミナ７ｃが、略円筒形状の焼結体として挿着され固定されている（以下、本態様の説明において、当該形態のアルミナ７ｃを円筒体７ｃと言う。）。ここで、円筒体７ｃの内径は小径孔部７ｎの内径と同一径であり、大径孔部７ｇに挿着された円筒体７ｃの内面は、小径孔部７ｎの内面とともに軸部の摺動部２７ｃと摺動する摺動面１ｋとなる。かかる構成の摺動部材７ａによれば、軸芯方向における円筒体７ｃの長さを適宜調整することにより、めっき浴に接触する摺動面１ｋには、第２のセラミックスであるアルミナで構成された円筒体７ｃの内周面が１．０〜６０．０％の面積比で配置され、摺動部材７ａの左側の開口から挿入された軸部の摺動部２７ｃは、その外径よりも大きな内径を有する摺動面１ｋで支承されつつ回転することとなる。

第７態様の摺動部材７ａを構成する基体７ｂおよび円筒体７ｃの製造方法は、基本的に第１態様の摺動部材１ａと同様であり、詳細な説明を省略する。また、基体７ｂの大径孔部７ｇへの円筒体７ｃの固定方法は、第１態様の円柱体１ｃと同様に、基体７ｂおよび円筒体７ｃの各々を構成するセラミックスの熱伝導率を勘案し、決定すればよい。

なお、図７（ａ）に示すように、本態様の軸受７（摺動部材７ａ）には、稼動中に水平方向へ移動するシンクロールの軸部の端面を受け水平方向の位置を保持するために、右端に軸受端部７ｄが配置されているが、軸受端部７ｄを設けず、小径孔部７ｎを右端まで延設してもよい。また、上記のように軸受７に軸受端部７ｄを設ける場合には、ドロスなどの異物が軸受７の内部に滞留することを抑制するため、小径孔部７ｎの左端から軸受端部７ｄに至るまでの領域に配置された、小径孔部７ｂと比べて内径の大きな液溜部７ｅと、軸心Ｉに沿い軸受端部７ｄを貫通するように形成された開口部７ｆとを設けておくことが好ましい。この構成により、軸受７に軸部が挿入された場合であっても、めっき浴は液溜部７ｅに自由に出入りでき、軸受と軸部との摺動界面を循環する。

［第８実施形態］
本発明に係わる第８態様の摺動部材８ａについて、図８を参照しつつ説明する。ここで、図８（ａ）は、図３（ａ）においてＣ部の拡大断面図であり、図８（ｂ）は、図３（ｂ）において矢視Ｂ方向から見たＤ部の摺動面１ｋの詳細な展開図である。なお、図８（ｂ）は、基体８ｂの表面である摺動面１ｋの詳細図であるが、理解のためハッチングを付している。

上記第１〜第７態様の摺動部材１ａ〜７ａは、第１のセラミックスからなる基体と、第２のセラミックスからなる部材とを各々別体として形成しておき、両者を組み合わせて構成した態様であった。一方で、第８態様の摺動部材８ａは、第１のセラミックスからなる基体中に粒子状の第２のセラミックスを一体的に分散して配置した態様である。すなわち、本態様の摺動部材８ａは、図８（ｂ）に示すように、第１のセラミックスを焼結してなる７００℃における曲げ強度が４００ＭＰａ以上の基体８ｂと、基体８ｂ中に配置された、元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含む第２のセラミックス８ｃとで構成された摺動部材（セラミックス複合体）であって、めっき浴（溶融金属）に接触される摺動面（一面）１ｋを有し、当該摺動面１ｋには、第２のセラミックス８ｃが、１．０〜６０．０％の面積比で配置されており、第２のセラミックス８ｃは粒子状をなし（以下、本態様の説明において、当該形態の第２のセラミックス８ｃを粒状部８ｃと言う。）、基体８ｂを構成する第１のセラミックスと一体的に焼結されているとともに、基体８ｂの中に分散した状態で配置されており、摺動面１ｋの任意の複数箇所に設定された５００μｍの矩形領域における、粒状部８ｃの面積比の変動係数が５以下である。

かかる摺動部材８ａによれば、上記第１〜第７態様の摺動部材１ａ〜７ａと同様に、第１のセラミックスを焼結してなる基体８ｂの７００℃における曲げ強度が４００ＭＰａ以上と、高温のめっき浴への浸漬または引上げ時における熱衝撃に対し充分な高温強度を有し、摺動部材８ａの耐熱衝撃性を高めその破損を防止でき、元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含む粒状部８ｃが、めっき浴に接触する摺動面１ｋに１．０〜６０．０％の面積比で配置されているので、当該摺動面１ｋの耐摩耗性を高めることができる。さらに、本態様の摺動部材８ａは、粒子部８ｃは分散した状態で、基体８ｂを構成する第１のセラミックスと一体的に焼結されており、加えて、摺動面１ｋの任意の複数箇所に設定された５００μｍの矩形領域における粒状部８ｃの面積比の変動係数、すなわち複数箇所の粒状部８ｃの面積比の標準偏差を平均値で除した値が５以下であり、ミクロな領域においても粒子部８ｃが均一に配置されているので、摺動部材としての耐熱衝撃性および耐磨耗性をより高めることができる。

なお、基体８ｂを構成する第１のセラミックスは、第１〜第７態様の摺動部材１ａ〜７ａと同様に、所定の曲げ強度を満足すれば酸化物・窒化物・炭化物・硼化物その他各種のセラミックスを使用することができるが、優れた高温強度を有する窒化珪素質セラミックス（窒化珪素セラミックスまたはサイアロンセラミックス）を使用することが好ましい。窒化珪素質セラミックスで基体８ｂを形成した場合には、図８（ｂ）に示すように、基体８ｂのミクロ組織は、主相である柱状をなす窒化珪素粒子８ｉと窒化珪素粒子８ｉの相互間に存在する焼結助剤からなる粒界相８ｊで構成されている。

また、粒状部８ｃを構成する第２のセラミックスは、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）・スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）・コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）・アルチック（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）・アルミナチタニア（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２）・アルミナジルコニア（Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２）その他元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含むセラミックスであればよいが、容易に入手可能で熱伝導率および高温強度が比較的高いアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を使用することが、工業生産上、コスト面から好ましい。そして、図８（ｂ）に示すように、粒状部８ｃは、基体８ｂを構成する窒化珪素粒子８ｉのマトリックスの中に、分散した状態で一体的に配置されている。

なお、個々の粒状部８ｃの最大径は１０μｍ以下であることが望ましい。粒状部８ｃの最大径が１０μｍを超える場合には、粗大な粒状部８ｃが切り欠きとなり、粒状部８ｃを起点とした摺動部材８ａの破損が生じる可能性がある。一方で、粒状部８ｃの最大径の下限には特段の制限はないが、１μｍ未満の粒状部８ｃを形成するためには非常に細粒化された第２のセラミックスの原料粉を用いる必要があり、工業生産上コスト高となり好ましくない。

また、図８（ｂ）において符号８Ｌで示すように、粒状部８ｃが凝集した凝集部８Ｌが存在する場合には、その最大径（凝集した粒状部８ｃを含むように設定した最小円の径）は、５０μｍ以下であることが望ましい。凝集部８Ｌの最大径が５０μｍを超えると、粒状部８ｃの分布に粗密ができ、粒状部８ｃの分布が疎の部分の摺動面１ｋが選択的に磨耗し、その結果、摺動面１ｋが粗面化して摺動抵抗が高まり、シンクロールの回転の安定性が損なわれるからである。

さらに、図８（ａ）に示すように、摺動部材８ａは、摺動面１ｋからの深さがＦの範囲に配置され上記面積比で粒状部８ｃが配置された摺動面１ｋを含む表層８ｔと、摺動面１ｋからの深さが表層８ｔよりも深い範囲Ｇに配置され粒状部８ｃをほぼ含まない内層８ｖと、摺動面１ｋからの深さが表層８ｔと内層８ｖとの間であるＧの範囲に配置され、表層８ｔから内層８ｖに向かう方向に序々に粒状部８ｃの面積比が減少する傾斜層８ｕを有することが望ましい。

かかる好ましい態様の摺動部材８ａによれば、表層８ｔの摺動面１ｋには１．０〜６０．０％の面積比で粒状部８ｃが配置されているので所望の耐摩耗性を確保できる一方で、粒状部８ｃをほぼ含まない内層８ｖは高温強度が高い第１のセラミックスで構成されているので、摺動部材８ａの耐熱衝撃性を高めることができる。そして、窒化珪素質セラミックスとアルミナとの組合せのように第１のセラミックスと第２のセラミックスの熱膨張率の差異が大きい場合であっても、表層８ｔと内層８ｖとの間に粒状部８ｃの面積比が傾斜する傾斜層８ｕを設け、当該傾斜層８ｕの熱膨張率を表層８ｖから内層８ｖに向け傾斜させることにより、表層８ｔと内層８ｖとの熱膨張差による摺動部材８ａの破損を抑制することができる。

［実施例２］
以下、上記第１態様の摺動部材について、具体的な実施例に基づき表２および図９を参照しつつ説明する。

第８態様の摺動部材の耐摩耗性および耐熱衝撃性を評価するため、表２に示す試料１３・１４を、次のようにして準備した。なお、表２には、参考のため、上記実施例１の試料２の結果を併せて示している。

窒化珪素セラミックスからなる基体中にアルミナからなる粒状部を分散させた試料１３は、次のようにして作製した。

図９（ａ）で符号Ｓ１１で示す窒化珪素造粒工程において、原料粉末として、平均粒径が０．６μｍ、α化率が９５％の窒化珪素質粉末９５質量％と、平均粒径１μｍのＹ_２Ｏ_３粉末３質量％、平均粒径０．１μｍのＭｇＯ粉末２質量％とを、エチルアルコールを溶媒とし、窒化珪素質のボールを用いボールミル中で混合した（窒化珪素原料調整工程）。次いで、符号Ｓ１２で示すように、得られたスラリーにバインダーとしてポリビニルブチラールを１％添加した後、スプレードライヤーで乾燥して造粒粉を作成した。得られた造粒粉を平均粒径６０μｍになるように篩い分けし、篩い分けして得られた造粒粉の全量を２部に分割した。

摺動部材の摺動面に粒状部が面積比で２％を目処に配置されるよう、符号Ｓ１３で示す混合工程において、上記２部に分割した造粒粉の１部１００重量部に対し、平均粒径が２．０μｍで純度が９９．７％のアルミナ粉を３重量部、バインダーとしてポリビニルブチラールを０．５重量部添加し、窒化珪素質のボールを用いたアトライタ中で乾式混合して、混合粉を得た。なお、アルミナ粉を３重量部添加するのは、焼成工程においてアルミナ粉中のアルミニウムの一部が窒化珪素に取り込まれ固溶し、減少するからである。

その後、符号Ｓ１４で示す成形工程において、１００ＭＰａの圧力で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により混合粉を成形し、扇形状の成形体を得た。具体的には、図９（ｂ）に示すように、まず、上記２部に分割した造粒粉のうちアルミナ粉を混合しない１部の造粒粉を円筒形状のゴム形と芯金の間に充填してＣＩＰを行い、成形体９３を形成した。その後、ＣＩＰの静水圧を常圧に戻し、スプリングバックにより拡径した成形体９３の内周面と芯金９２の外周面の間に形成された隙間９４に、上記のように調整した混合粉９５を充填し、再度ＣＩＰを行った。なお、スプリングバックによる拡径量が少なく隙間９４の大きさが不足する場合には、直径のより小さな芯金９２に交換し、混合粉９５を充填すればよい。このように２回のＣＩＰを行うことにより、アルミナ粉を含む混合粉が成形体９３と一体的に成形され、内周部においてアルミナ粉が富の領域を持つ成形体を得た。

符号Ｓ１５で示す焼成工程において、ＣＩＰ法により得られた成形体を大気雰囲気中、５００℃、２０時間の条件で脱脂し、次いで、常圧の窒素雰囲気中で１７５０℃、５時間の条件で焼結した。その結果、図８（ａ）に示すように、粒状部８ｃが富である表層８ｔ、粒状部８ｃをほぼ含まない内層８ｖおよび表層８ｔから内層８ｖに向かう方向に序々に粒状部８ｃの面積比が減少する傾斜層８ｕを有する摺動部材８ａが形成された。

その後、加工を施すことにより、一部に断面を示す平面図である図１０（ｂ）に示すように、内径（ｄ１）１５３ｍｍ、外径（ｄ２）１６２ｍｍ、紙面に垂直な方向の厚さ５ｍｍの円環の４半部である、内周面が摺動面１ｋとなる扇形状の試料１３を得た。

作成した試料１３の摺動面１ｋにおける粒状部８ｃ（図８（ｂ）参照）の面積比は、当該摺動面１ｋの任意の１０箇所に設定された５００μｍの矩形領域において、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）でアルミニウムの分布の面分析を行い、各箇所の面積比の平均値とした。また、摺動面１ｋにおける粒状部８ｃの変動係数は、上記のように測定して得られた各箇所の面積比の標準偏差を平均値で除して求めた。試料１３の粒状部８ｃの面積比は１．９％であり、その変動係数は２．８であった。また、粒状部８ｃの最大径および粒状部８ｃの凝集部の最大径も、当該面分析の結果から求め、各箇所で測定された粒状部８ｃおよび凝集部の最大径の平均値は、各々１．８μｍ、１３．２μｍであった。

試料１４は、上記と同一の窒化珪素原料調整工程Ｓ１１と窒化珪素造粒工程Ｓ１２とを行い、得られた造粒粉にアルミナ粉を混合する混合工程Ｓ１３を経ることなく、基本的に上記と同一の成形工程Ｓ１４（但し、ＣＩＰは２回行わず、１回のみである。）および焼成工程Ｓ１５を行うことにより、形成した。これにより、窒化珪素セラミックスで構成された基体のみからなり粒状部を含まない試料１４を得た。

試料１３の基体および試料１４の７００℃における曲げ強度は、上記アルミナ粉を混合しない造粒粉を使用し、実施例１と同様に試験片を作製して求めた。試料１３・１４の７００℃における曲げ強度は、９２０ＭＰａであった。また、試料１３・１４のめっき浴中における摩擦磨耗試験も、実施例１と同様に行った。その結果を表２に示す。なお、摩擦磨耗試験における耐摩耗性の評価および耐熱衝撃性の評価は、実施例１と同様である。

実施例２により以下の知見が得られた。窒化珪素セラミックスで構成された基体を有するとともにめっき浴に接触される摺動面にアルミナ（第２のセラミックス）である粒状部が１．９％の面積比で配置された試料１３は、２．２％の面積比で円柱体が配置された実施例１の試料２に対して耐摩耗性がより向上し、第８態様の摺動部材が、耐摩耗性の点でより優れていることが確認された。一方で、アルミナ（第２のセラミックス）を含まず窒化珪素セラミックスのみで形成された試料１４は、耐摩耗性が低かった。

１（７） 軸受
１ａ（２ａ〜８ａ） 摺動部材（軸受部）
１ｂ（４ｂ〜８ｂ） 基体（第１のセラミックス）
１ｃ（２ｃ〜８ｃ） 第２のセラミックス
１ｋ 摺動面（内周面）
２０ 溶融金属めっき装置
２１ めっき浴
２２ めっき槽
２３ スナウト
２６ ワイピングノズル
２７ シンクロール
２７ａ 胴部
２７ｂ 軸部
２７ｃ 摺動部
２７ｋ 摺動面
２８ サポートロール
Ｅ 潤滑媒体（めっき浴）の流動方向
Ｉ 軸心
Ｗ 鋼板

Claims (12)

1. 第１のセラミックスを焼結してなる７００℃における曲げ強度が４００ＭＰａ以上の基体と、前記基体中に配置された、元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含む第２のセラミックスとで構成されたセラミックス複合体であって、溶融金属に接触される一面を有し、前記一面には、前記第２のセラミックスが、１．０〜６０．０％の面積比で配置されているセラミックス複合体。
2. 前記一面に形成された孔部または溝部を有し、前記第２のセラミックスは前記孔部または溝部に配置されている請求項１に記載のセラミックス複合体。
3. 前記孔部は有底孔であり、前記第２のセラミックスは個片状の焼結体であり、前記孔部に挿着され固定されている請求項２に記載のセラミックス複合体。
4. 前記基体は、前記一面に開口する気孔を有する多孔質の表層部を含み、前記表層部の気孔に第２のセラミックスが充填されている請求項２に記載のセラミックス複合体。
5. 前記基体は、内面が前記一面となる略円柱形状の小径孔部と、前記小径孔部と同軸に形成され前記小径孔部よりも大径な略円柱形状の大径孔部とを有し、前記第２のセラミックスは、内面が前記一面となる略円筒形状の焼結体であり、前記基体の大径孔部に挿着され固定されている請求項１に記載のセラミックス複合体。
6. 前記第２のセラミックスは粒子状をなし、前記基体を構成する第１のセラミックスと一体的に焼結されているとともに、前記基体中に分散した状態で配置されており、前記一面の任意の複数箇所に設定された５００μｍの矩形領域における、前記第２のセラミックスの面積比の変動係数が５以下である請求項１に記載のセラミックス複合体。
7. 粒子状をなす前記第２のセラミックスの最大径が１０μｍ以下である請求項６に記載のセラミックス複合体。
8. 粒子状をなす前記第２のセラミックスからなる凝集部の最大径が５０μｍ以下である請求項６または７のいずれかに記載のセラミックス複合体。
9. 深さ方向において、前記第２のセラミックスの面積比が傾斜的に減少する傾斜層を有する請求項６乃至８のいずれかに記載のセラミックス複合体。
10. 前記一面において、前記基体を構成する第１のセラミックスと、第２のセラミックスとが交互に層状に配置されている請求項１に記載のセラミックス複合体。
11. 前記第１のセラミックスが窒化珪素質セラミックスであり、前記第２のセラミックスが、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれか一方である請求項１乃至１０のいずれかに記載のセラミックス複合体。
12. 前記一面が摺動面として機能する溶融金属めっき浴用摺動部材であって、請求項１乃至１１のいずれかに記載のセラミックス複合体を有する溶融金属めっき浴用摺動部材。

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