JP3110629B2 - 溶融金属めっき浴中のロール支持装置 - Google Patents

溶融金属めっき浴中のロール支持装置

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JP3110629B2 JP06254875A JP25487594A JP3110629B2 JP 3110629 B2 JP3110629 B2 JP 3110629B2 JP 06254875 A JP06254875 A JP 06254875A JP 25487594 A JP25487594 A JP 25487594A JP 3110629 B2 JP3110629 B2 JP 3110629B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明に係る溶融金属めっき浴
中のロール支持装置は、長尺な鋼板等の金属板の表面
に、連続的に溶融亜鉛等の異種金属のめっき処理を施す
為のめっき装置に組み込み、上記金属板を案内するロー
ルを、回転自在に支持する為に利用する。
【0002】
【従来の技術】金属表面に他の金属のめっき層を形成す
る場合、電気化学的処理によるめっきの他、芯材となる
金属を上記他の金属を溶融させためっき浴中に浸漬す
る、所謂溶融めっき浴によるめっき処理が、広く行なわ
れている。この様な溶融めっき浴により、例えば長尺な
鋼板等の金属板の表面に、亜鉛等の異種金属のめっきを
施す場合、例えば実開昭61−90852号公報、或は
特開平5−187445号公報に記載されている様に、
図4〜5に示す様な装置により行っている。
【0003】図示しないアンコイラから送り出された、
鋼板等の芯材となる帯状の金属板1は、適宜の搬送ロー
ル2により案内されつつ、連続炉3からスナウト4を通
り、溶融金属5を貯溜しためっき槽6に導き入れられ
る。シンクロール7により上方に方向転換され、このめ
っき槽6内を送られる事で、表面にめっき層となる溶融
金属5を付着した金属板1は、サポートロール8、8に
よって反りの矯正及び通板の安定化を図り、めっき処理
済の金属板1aとして、上記めっき槽6外に取り出され
る。9、9は、溶融金属の付着量を規制する為のノズル
である。上記ノズル9、9を通過した、めっき処理済の
金属板1aは、表面に付着した金属を冷却固化させてか
ら、図示しないリコイラに巻き取る。
【0004】上述の様に、高温の溶融金属5中に浸漬さ
れた状態で、金属板1を案内したり、或は金属板1の反
りを矯正したりする、シンクロール7及びサポートロー
ル8、8の両端部は、例えば図5に示す様に、1対の支
持腕10、10の先端部に転がり軸受11、11を介し
て、回転自在に支持されている。即ち、上記各支持腕1
0、10の先端部には円孔12、12を形成している。
そして、各円孔12、12の内周面と、サポートロール
8の両端面から突出した軸13、13の外周面との間に
上記転がり軸受11、11を設けて、上記サポートロー
ル8の回転を自在としている。シンクロール7の支持装
置も、同様に構成される。
【0005】転がり軸受11、11としては、高度の耐
熱性を要求される事から、例えばセラミック製のものを
使用する。即ち、各転がり軸受11、11を、それぞれ
が窒化けい素( Si34 )等のセラミックにより造られ
た、外輪14と内輪15と複数の転動体16、16とか
ら構成している。又、複数の転動体16、16は、保持
器26(本発明の実施例を示す図1〜図2参照)によ
り、隣り合う転動体16、16同士の間に所定の間隔を
あけた状態で、転動自在に保持している。
【0006】上述の様にして、例えばサポートロール8
の両端部を支持する1対の転がり軸受11、11を構成
する外輪14、14は、それぞれ、調心リング17、1
7と組み合わされて外輪ユニットを構成している。即
ち、上記各外輪14、14を上記調心リング17、17
内に揺動自在に嵌装する事により、上記各外輪14、1
4の中心軸と上記各調心リング17、17の中心軸との
ずれを補償自在な、自動調心軸受を構成している。そし
て、これら1対の調心リング17、17を上記各円孔1
2、12の内側に、軸受箱18a、18bを介して支持
している。更に、これら1対の調心リング17、17の
うち、一方(図5の右方)の調心リング17は、当該調
心リング17を支持する為の軸受箱18aの内側に、軸
方向(図5の左右方向)に亙る変位不能に支持してい
る。又、他方(図5の左方)の調心リング17は、当該
調心リング17を支持する為の軸受箱18bの内側に、
軸方向(図5の左右方向)に亙る変位自在に支持してい
る。
【0007】この様に、上記他方の調心リング17を軸
受箱18bを介して円孔12の内側に、軸方向に亙る変
位自在に支持するのは、上記サポートロール8の温度変
化に伴う、熱膨張並びに収縮を吸収する為である。即
ち、このサポートロール8の温度は、めっき装置の使用
時にはめっき槽6内の溶融金属5の温度と同じ450℃
程度にまで上昇するが、保守点検等の為、めっき槽6か
ら引き上げた状態では、常温にまで低下する。従って、
上記サポートロール8の全長は、めっき装置の使用時と
保守点検作業時とで、熱膨張収縮に基づいて相当に変化
する。この為、この変化分を吸収する手段が必要にな
る。そこで、上述の様に、方の調心リング17を軸受
箱18bの内側に、軸方向に亙る変位自在に支持して、
上記全長の変化分を吸収自在としている。
【0008】保守点検等の為、それまで溶融金属5中に
浸漬されていたサポートロール8を引き上げると、この
サポートロール8の温度低下に基づく全長の収縮に伴っ
て、上記他方の調心リング17が図5で右方に変位し、
この収縮分を吸収する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様な
従来の溶融金属めっき浴中のロール支持装置の場合、次
に述べる様な解決すべき点がある。即ち、保守点検作業
等の為、それまで溶融金属5中に浸漬されていたサポー
トロール8を引き上げて大気中に露出させた場合に、一
部の溶融金属が軸受箱18bの内周面に付着する事が避
けられない。そして、この様に軸受箱18bの内周面に
付着した溶融金属は、上記サポートロール8の温度が十
分に下がり、このサポートロール8の全長が縮み切る以
前に冷却固化する。
【0010】この様に冷却固化した金属が、上記軸受箱
18bの内周面に付着したままになると、調心リング1
7がこの軸受箱18b内で軸方向に亙って変位する事の
妨げとなる。この結果、上記サポートロール8の収縮に
伴って1対の転がり軸受11、11に、スラスト方向に
亙って過大な力が加わり、これら各転がり軸受11、1
1を破損する原因となる。
【0011】即ち、溶融金属中でロール支持装置を長期
間に亙って使用する場合には前述の様に、保守点検等の
為にサポートロール8等のロールとその両端の軸受部分
とを、溶融金属浴中から大気中に取り出す。しかも、こ
の様な溶融金属浴中への浸漬とこの浴中からの取り出し
とは繰り返し行われ、その度に上記サポートロール8が
伸縮する。この為上述した様に、上記サポートロール8
の両端を支持する1対の転がり軸受11、11のうちの
一方の転がり軸受11を固定する(軸方向に不動にす
る)と共に、他方の転がり軸受11を軸方向に亙る変位
可能に支持している。
【0012】ところが、この他方の転がり軸受11の摺
動部分に溶融金属が付着し、更に固化した場合には、こ
の他方の転がり軸受11の軸方向に亙る変位が妨げら
れ、上記サポートロール8の伸縮に伴って大きなスラス
ト力が、上記他方の転がり軸受11だけでなく上記一方
の転がり軸受11にも加わる。そして、このスラスト力
が過大になると、上記サポートロール8の両端を支持す
る1対の転がり軸受11、11、調心リング17や軸受
箱18a、18b、或はこれら各転がり軸受11、11
を支持している支持腕10、10が破損する。本発明の
溶融金属めっき浴中のロール支持装置は、この様な事情
に鑑みて考えたものである。
【0013】
【課題を解決する為の手段】本発明の溶融金属めっき浴
中のロール支持装置は、前述した従来の溶融金属めっき
浴中のロール支持装置と同様に、溶融金属めっき浴中に
設けられるロールと、このロールの両端面中心部から突
出した、互いに同心で且つ上記ロールと同心の1対の軸
と、少なくともそれぞれの先端部を上記溶融金属めっき
浴中に浸漬した1対の支持腕と、各支持腕の先端部に設
けられた軸受箱と、これら各軸受箱の内周面と上記各軸
の外周面との間に設けられた1対の転がり軸受とを備え
ている
【0014】特に、本発明の溶融金属めっき浴中のロー
ル支持装置に於いては、これら1対の転がり軸受のうち
の少なくとも一方の転がり軸受は、当該転がり軸受を保
持した軸受箱内に、軸方向に亙る変位自在に支持されて
おり、当該転がり軸受を構成する外輪若しくは外輪ユニ
ットの外周面と当該転がり軸受を保持した軸受箱の内周
面とは、当該転がり軸受の中心軸を含む断面で互いに平
行であり、これら両周面は、上記溶融金属に対する濡れ
性が悪い材料を介して互いに嵌合している。外輪ユニッ
トの外周面とは、調心リングを使用する場合にはこの調
心リングの外周面である。又、例えば転がり軸受が自動
調心ころ軸受の場合の様に、調心リングを使用しない場
合には外輪自身の外周面が外輪ユニットの外周面であ
る。
【0015】上記濡れ性が悪い材料により互いに嵌合す
る内周面と外周面とは、何れの周面も濡れ性の悪い材料
により覆う事が好ましいが、一方の周面のみを濡れ性の
悪い材料により覆う場合には、幅広の周面のみを覆う事
が好ましい。
【0016】又、上記濡れ性の悪い材料は、溶融金属の
種類に応じて選定するが、例えば溶融金属が亜鉛、アル
ミニウム、又はこれらの合金である場合には、請求項3
に記載した様に、次の〜の何れかのものが、好まし
く使用できる。 純タンタル(Ta)若しくはタンタルを主成分とする
合金 黒鉛 c/cコンポジット(炭素+炭素繊維) 炭化けい素(SiC) 純モリブデン(Mo)若しくは二硫化モリブデン(Mo
2 ) 酸化ジルコニウム(ZrO2
【0017】尚、濡れ性の程度を客観的に表す数値とし
て、液滴(溶融金属)と固体面(上記一方の周面)との
接触角θ(濡れ角)があり、この接触角θが大きい程濡
れ性が悪いとされる。本明細書で言う濡れ性の悪い材料
としては、請求項2に記載した様に、溶融金属の接触
角θが90度以上(θ≧90度)好ましくは100度以
上(θ≧100度)となるものを使用する。溶融金属
の接触角θが90度未満となる材料を使用すると、この
溶融金属が表面に付着し易くなる。そこで、上記接触角
θが90度以上の材料を使用するが、100度以上のも
のを使用すれば、当該材料表面と溶融金属との付着防止
効果がより確実になる。
【0018】更に、長期間に亙って安定した付着防止効
果を得る必要があれば、次式で表される濡れ性の低下率
Kが40%以下の材料を使用する事が好ましい。 K={(θ0 −θ120 )/θ0 }×100 この式中、θ0 は接触角の初期値(液滴が固体面に接触
した直後の接触角)を、θ120 は120秒経過後の接触
角を、それぞれ表している。この様な式で表される濡れ
性の低下率Kを40%以下に抑えれば、長期間に亙る繰
り返しの使用によっても、転がり軸受の破損防止を図れ
る。これに対して、上記低下率Kが40%を越えた場合
には、長期間に亙る繰り返しの使用により、次第に溶融
金属が付着し易くなり、転がり軸受の破損防止効果が不
確実になり易い。上記〜の材料は、これらの条件を
総て備えている。
【0019】
【作用】上述の様に構成される本発明の溶融金属めっき
浴中のロール支持装置の場合、互いに嵌合した少なくと
も一方の転がり軸受を保持した軸受箱の内周面と当該転
がり軸受を構成する外輪若しくは外輪ユニットの外周面
との嵌合部分に溶融金属が付着しにくく、仮に付着して
冷却固化した場合でも、軽い力で剥離する。この為、上
記嵌合部分に付着して固化した金属が、転がり軸受が軸
方向に変位する事に対して大きな抵抗とならず、上記ロ
ール支持装置を構成する1対の転がり軸受に、スラスト
方向に亙る大きな力が作用する事を防止できる。この結
果、上記転がり軸受の破損防止を図れる。
【0020】
【実施例】図1は、本発明の第一実施例を示している。
サポートロール8の端面中心部から突出した軸13は、
基端寄りの大径部19と先端寄りの小径部20とを段部
21により連続させて成る。そして、このうちの小径部
20に、転がり軸受11を構成する内輪15を外嵌して
いる。上記小径部20の先端部にはキャップ22を外嵌
し、更にこのキャップ22を、ボルト27により固定し
ている。そして、このキャップ22の端縁と上記段部2
1との間で、上記内輪15を挟持固定している。
【0021】一方、支持腕10の先端部(下端部)に形
成した円孔12内には、SUS 304(JIS G
4310)製で円環状の軸受箱18bを内嵌固定してい
る。この軸受箱18bの内周面には、タンタル製の板材
を丸めて円筒状に形成されたスリーブ23を内嵌して、
この内周面をタンタルにより覆っている。図示の実施例
の場合には、このスリーブ23の一端縁(図1の右端
縁)を、上記軸受箱18bの一端開口部に形成した鍔部
24に突き当て、他端縁を、上記軸受箱18bの他端開
口部にねじ止め固定した抑えリング25により抑えてい
る。尚、上記軸受箱18bは、上記SUS 304以外
にも、純鉄等、溶融金属浴中での使用に耐え得る他の材
質を使用可能である。
【0022】上記サポートロール8の全長が、溶融金属
5を貯溜しためっき槽6(図4〜5参照)中への出し入
れに基づく温度変化に伴う膨張、収縮により変化した場
合には、上記転がり軸受11を構成する外輪14に外嵌
した調心リング17が、上記スリーブ23の内側で軸方
向(図1の左右方向)に摺動し、上記全長の変化分を吸
収する。尚、上記調心リング17は、上記スリーブ23
と同様に、タンタル、或は黒鉛、c/cコンポジット
等、溶融金属に対する濡れ性が悪い材料により造る事が
好ましい。但し、濡れ性がそれほど悪くない、SUJ
2(JIS G4805)等の軸受鋼を初めとする鋼や
銅合金等を使用する事もできる。
【0023】特に、本発明の溶融金属めっき浴中のロー
ル支持装置の場合には、上記タンタル製のスリーブ23
の内周面に溶融金属が付着しにくく、仮に付着してこの
内周面で冷却固化した場合でも、弱い力を加えるだけ
で、この内周面から剥れる。即ち、上記スリーブ23の
内周面には、上記調心リング17の軸方向に亙る変位を
妨げる様な状態では、固化した金属が付着しない。更に
言えば、上記軸受箱18bの内周面に付着した金属が、
上記調心リング17の内側に設けられた転がり軸受11
が軸方向に変位する事に対して大きな抵抗とはならな
い。
【0024】この結果、上記サポートロール8を溶融金
属5(図4参照)から引き上げ、めっき槽6外でこのサ
ポートロール8を冷却した場合にも、上記軸受箱18b
内での転がり軸受11の変位は円滑に行われ、ロール支
持装置を構成する1対の転がり軸受11、11(図5参
照)に、スラスト方向に亙る大きな力が作用する事を防
止できる。
【0025】次に、図2は、本発明の第二実施例を示し
ている。本実施例の場合には、軸受箱18bの内周面を
覆う為のスリーブ23aとして、黒鉛若しくはc/cコ
ンポジット製のものを使用している。タンタルに比べて
脆い黒鉛若しくはc/cコンポジットにより造られたス
リーブ23aは、上記タンタル製のスリーブ23に比べ
て厚肉に形成している。その他の構成及び作用は、上述
した第一実施例と同様である為、同等部分には同一符号
を付して、重複する説明を省略する。尚、図示の実施例
では、軸受箱18bを、支持腕10とは別体とし、この
別体の軸受箱18bを後から支持腕10に固定してい
る。但し、この軸受箱18bは、支持腕10と一体に造
る事もできる。
【0026】又、図示は省略するが、軸受箱18bの内
周面を覆うタンタル製のスリーブ23(図1)或は黒鉛
若しくはc/cコンポジット製のスリーブ23a(図
2)を省略する代わりに、上記内周面に炭化けい素のコ
ーティング層を形成する事もできる。炭化けい素は溶融
金属に対する濡れ性が殆どない為、上記スリーブ23、
23aを省略しても、これらスリーブ23、23aを設
けた場合と同等かそれ以上に、熱膨張後の収縮に伴う転
がり軸受11の変位を円滑にできる。この様な炭化けい
素のコーティング層は、スプレー処理により容易に形成
できる。尚、このコーティング層は、上記軸受箱18b
の内周面だけでなく、調心リング17の外周面にも形成
する事が、上記変位をより円滑に行わせる為には好まし
い。
【0027】又、上記炭化けい素のコーティング層を、
調心リング17の内周面と外輪14の外周面との少なく
とも一方の周面に形成すれば、これら調心リング17と
外輪14との変位がより円滑になって、外輪14の調心
性が向上する。この技術は、前記図1〜2に示した第一
〜第二実施例と組み合わせる事もできる。更に、スリー
ブ23、23aの材料として、上述の様なタンタル、黒
鉛、c/cコンポジット、炭化けい素の他、タンタルを
主成分とする合金、モリブデン若しくは二硫化モリブデ
ン、酸化ジルコニウムを使用する事も可能である。
【0028】次に、本発明の効果を確認する為に行った
実験に就いて説明する。実験では、先ず、図3に示す様
なダミーの軸13a、キャップ22、軸受箱18b、c
/cコンポジット製の調心リング17及び窒化けい素製
の転がり軸受11を組み立てた状態で溶融金属中に浸漬
してから、この溶融金属中よりこの組立体を、その軸線
方向が水平方向に一致する状態で取り出した。そして、
この組立体に付着した溶融金属が冷却固化した後、図3
に示す様に、スリーブ23の内径よりも少し大きな内径
を有する孔を形成した台28上に、上記スリーブ23の
内周面が孔の内側に位置する様に載置する。この様に、
台28の上面で上記軸受箱18bの端面を抑えた状態
で、上記転がり軸受11の内輪15の内側に固定した軸
13a及びキャップ22に、図3で下向のスラスト荷重
を加え(この荷重を徐々に大きくし)、上記調心リング
17及び転がり軸受11が上記軸受箱18bの内側から
引き抜けるか否かを確認した。引き抜き実験は3回繰り
返して行った。即ち、軸受箱18bから調心リング17
を引き抜けた試験片は、再び調心リング17を軸受箱1
8b内に挿入する事で組み立て、再度溶融金属中に所定
時間浸漬してから取り出し、再び引き抜き試験に供し
た。但し、何れかの部分が破損した場合は、以後の実験
は中止した。各実験に共通する条件は、次の通りであ
る。 転がり軸受11の内径R11 : 80mm 同外径D11 : 191mm 同幅W11 : 45mm 軸受箱18bの外径D18b : 265mm 同幅W18b : 80mm
【0029】実験は、上記軸受箱18bの内周面に添着
するスリーブ23、若しくはこの内周面に形成するコー
ティング層の材質と、溶融金属の種類及び温度とを変え
て多数行った。その結果を、下述する表1〜11に示
す。各表の試験結果を示す欄に記載した符号のうち、○
は何れの部分も破損する事なく、軸受箱18bから調心
リング17を引き抜けた事を表している。又、×は引き
抜きに伴って何れかの部分が破損した事を表しており、
×に隣り合う括弧内に破損部分を記載している。又、各
表中、溶融温度は、試験片を浸漬する溶融金属の温度で
ある。
【0030】更に、これら各表中、めっき浴の種類を表
す符号の意味は次の通りである。尚、実験結果に影響し
ない様な不可避不純物は記載しない。 A : 0.15重量%のAlを含むZn合金。 B : 4.1重量%のAlと、0.09重量%のMgとを
含むZn合金。 C : 55重量%のAlと1.5重量%のSiとを含み、
残部をZnとしたZn−Al合金。 D : 9重量%のSiを含むAl合金。 尚、溶融金属めっき浴を行う場合、芯材の溶出等によ
り、溶融金属中の組成は絶えず微妙に変化する。しかし
ながら、例えば上記A〜Dの組成が多少ずれても、本発
明の特徴点であるスリーブ23表面と溶融金属との濡れ
性に関しては殆ど影響しない。例えば、A浴中のAlは
0.01〜0.3重量%の範囲で、B浴中のMgは0.2
重量%以下で、C浴中のSiは0.5〜3重量%で、D浴
中のSiは5〜15重量%の範囲で、それぞれ選択でき
る。又、各めっき浴の温度は、それぞれA浴が430〜
520℃、B浴が430〜520℃、C浴が580〜6
50℃、Dが680〜730℃の範囲内で選択でき
る。
【0031】第一の実験は、本発明に属するものの第1
例として、純タンタル製のスリーブを使用して行った。
その結果を次の表1に示す。
【表1】
【0032】第二の実験は、本発明に属するものの第2
例として、10重量%のタングステン(W)を加えたタ
ンタル合金製のスリーブを使用して行った。その結果を
次の表2に示す。
【表2】
【0033】第三の実験は、本発明に属するものの第3
例として、黒鉛製のスリーブを使用して行った。その結
果を次の表3に示す。
【表3】
【0034】第四の実験は、本発明に属するものの第4
例として、c/cコンポジット製のスリーブを使用して
行った。その結果を次の表4に示す。
【表4】
【0035】第五の実験は、本発明に属するものの第5
例として、軸受箱18bの内周面に炭化けい素のコーテ
ィング層を形成して行った。その結果を次の表5に示
す。
【表5】
【0036】第六の実験は、本発明に属するものの第6
例として、モリブデン製のスリーブを使用して行った。
その結果を次の表6に示す。
【表6】
【0037】第七の実験は、本発明に属するものの第7
例として、酸化ジルコニウム製のスリーブを使用して行
った。その結果を次の表7に示す。
【表7】
【0038】第八の実験は、本発明からは外れるものの
第1例として、SUS 304製のスリーブを使用して
行った。その結果を次の表8に示す。
【表8】
【0039】第九の実験は、本発明からは外れるものの
第2例として、SUS 316(JIS G 431
0)製のスリーブを使用して行った。その結果を次の表
9に示す。
【表9】
【0040】第十の実験は、本発明からは外れるものの
第3例として、SUS 316L(JIS G 431
0)製のスリーブを使用して行った。その結果を次の表
10に示す。
【表10】
【0041】第十一の実験は、本発明からは外れるもの
の第4例として、インコネル製のスリーブを使用して行
った。その結果を次の表11に示す。
【表11】
【0042】これら、本発明に属するものの実験結果を
示す表1〜7の記載と、本発明からは外れるものの実験
結果を示す表8〜11の記載とを比較すれば明らかな通
り、本発明の溶融金属めっき浴中のロール支持装置は、
軸受箱18bから調心リング17を含む転がり軸受11
を引き抜く作業を、溶融金属の付着により妨げる事なく
行える。尚、表1、2の記載から明らかな通り、タンタ
ルに0〜10重量%のタングステンを添加した合金は、
タンタル及び10重量%のタングステンを添加したタン
タル合金と同様に、溶融金属の付着に基づく引き抜き不
良を防止できる。
【0043】尚、本発明の溶融金属めっき浴中のロール
支持装置を実施する際に、好ましくは、請求項5に記載
した様に、転がり軸受11に組み込まれて複数の転動体
16、16を保持する保持器26を、スリーブ23、2
3aと同様に、溶融金属に対する濡れ性の悪い材料によ
り造る。この場合には、保持器26を、純タンタル若し
くはタンタルを主成分とする合金により造る事が好まし
い。この様に、保持器26を純タンタル若しくはタンタ
ルを主成分とする合金により造れば、保守点検作業時に
この保持器26に溶融金属が付着して固化した場合で
も、この付着金属を容易に取り除いて、保守点検作業を
容易に行える。言い換えれば転がり軸受11を酸洗する
際に使用するHCl等の洗浄液を少なくして、排液処理の
手間の軽減を図れる。純タンタル若しくはタンタルを主
成分とする合金は耐酸性を有する為、保守点検作業時に
行う酸洗によって、この保持器26が侵される事はな
い。
【0044】表12〜15は、この様に保持器26を溶
融金属に対する濡れ性の悪い材料により造った場合の効
果を確認する為に行った実験の結果を示している。この
実験は、前述した本発明の効果を確認する為の実験と同
様に、図3に示す様な装置を用いて行なった。スリーブ
23は純タンタル製とし、調心リング17はc/cコン
ポジット製とした。そして、図3に示す様な軸受箱18
b、調心リング17及び転がり軸受11を24時間、溶
融金属中に浸漬した状態で転がり軸受11を回転させて
からこの溶融金属中より取り出し、室温まで冷却した
後、前述と同様の引き抜き試験に供した。
【0045】実験は、上記保持器26の材質を、純タン
タル製(実施例1)、10重量%のタングステン(W)
を加えたタンタル合金製(実施例2)、SUS 304
製(比較例1)、黒鉛製(比較例2)とし、これら4種
類の保持器26を、上記内外両輪15、14、及び転動
体16と共に組み立て、それぞれ転がり軸受11とした
ものを図3に示す様に組み付けて行った。そして、これ
実施例1、2及び比較例1、2の4種類を1組とし
て、溶融金属の種類及び温度を変え、複数の種類の引き
抜き試験を行った。その結果を次の表12〜15に示
す。尚、各表の試験結果を示す欄に記載した符号のう
ち、○は何れの部分も破損する事なく、スリーブ23内
周面から調心リング17及び転がり軸受11を抜き出せ
た事を表している。又、×は上記調心リング17及び転
がり軸受11の何れかの部分が破損した事を表してお
り、×に隣り合う括弧内に破損部分を記載している。
又、溶融金属の欄中の温度を示す数値は、溶融温度(溶
融金属の温度)である。更に、これら各表中、溶融金属
の種類を表す符号の意味は、前述した本発明の効果を確
認する為の実験と同様である。
【0046】
【表12】
【0047】
【表13】
【0048】
【表14】
【0049】
【表15】
【0050】尚、このうちの表12〜14で、比較例1
は、2回目の溶融金属中への浸漬時に保持器26が腐食
溶解し、試験の継続が不能になった為、2回目以降の試
験を行わなかった。表15で比較例1は、1回目の溶融
金属浸漬時に保持器26が腐食溶融した為、1回目から
試験を行えなかった。又、各表12〜15で比較例2
は、溶融金属浴からの引き上げ後、軸受の内側下部に溜
った溶融金属が急激に冷却されて熱収縮するのに伴っ
て、保持器26が破損した。この為、1回目(表14〜
15)、又は2回目(表12〜13)の引き抜き試験を
行う前に実験を中止した。
【0051】尚、サポートロール8の伸縮に伴って転が
り軸受11や調心リング17、或は支持腕10が破損す
る事を防止すべく、スリーブ23、23aにより互いに
嵌合する軸受箱18bの内周面と調心リング17の外周
面とのうち一方の周面のみを濡れ性の悪い材料により覆
う場合に、幅広の周面のみを覆えば、幅が狭い周面を覆
わなくても、上記作用を発揮できる。これに対して、幅
が狭い周面のみを濡れ性の悪い材料により覆った場合に
は、幅広の周面の一部で、幅が狭い周面から突出した部
分に付着した溶融金属が固化する事で、転がり軸受が軸
方向に変位する事を妨げられる可能性がある。例えば、
図1〜2に示した実施例の場合、幅広の軸受箱18bの
内周面のみを濡れ性の悪い材料で覆えば、十分な効果を
得られる。これに対して、幅が狭い調心リング17の外
周面のみを濡れ性の悪い材料により覆っても、上記軸受
箱18bの内周面で調心リング17からはみ出た部分に
付着した溶融金属が固化した場合に、上記軸受箱18b
に対する調心リング17の変位が損なわれる可能性があ
る。
【0052】更に、本発明の溶融金属めっき浴中のロー
ル支持装置は、溶融金属5中に浸漬された状態で使用さ
れるロールであれば、図示の実施例の様に、サポートロ
ール8に限定されず、シンクロール7等、他のロールの
支持部分にも実施できる事は勿論である。
【0053】尚、本発明の溶融金属めっき浴中のロール
支持装置を実施する際に、転がり軸受11を構成する外
輪14、内輪15、転動体16、16を、請求項4に記
載した様に、0.1〜2.0重量%の酸化マグネシウム
(MgO)と0.2〜3.5重量%の酸化セリウム(CeO
2 )と0.1〜2.0重量%の酸化ストロンチウム(Sr
O)とを合計で1.5〜5.0重量%含み、熱間静水圧
燒結(HIP)された窒化けい素により造る事が好まし
い。上記転がり軸受11を構成する外輪14、内輪1
5、転動体16、16を、この様な物質をバインダーと
して加えた窒化けい素により造れば、得られた転がり軸
受11の耐久性を確保できる。尚、前述した表1〜15
にそれぞれの結果を示した実験に使用した転がり軸受1
1を構成する外輪14、内輪15、転動体16、16の
素材は総て1.1重量のMgOと1.9重量%のCeO2
と0.6重量%のSrOをバインダーとして加え、HI
Pにより燒結された窒化けい素を使用している。
【0054】この様に、セラミック製の転がり軸受11
の耐久性を確保しなければならない理由は、次の通りで
ある。溶融金属めっき浴中でロールを支持する転がり軸
受は、周囲に溶融金属が存在する状態で回転する。又、
保守点検の為に溶融金属中から大気中に取り出された転
がり軸受11は、付着した溶融金属を取り除く為に、1
0%HClによる酸洗(溶融金属が亜鉛の場合)を施され
る。この酸洗は、転がり軸受が溶融金属中から取り出さ
れる度に、繰り返し行われる。従って、上記転がり軸受
11の耐久性を確保する為には、この転がり軸受11を
構成する材料は、溶融金属により腐食されないだけでな
く、酸洗に使用する酸によっても腐食されないものでな
ければならない。上記組成を満たすセラミックにより造
られた転がり軸受は、上述の様な条件下でも腐食が少な
く、十分な耐久性を得られる。
【0055】尚、セラミック製の転がり軸受の耐久性を
確保すべく、窒化けい素中にMgOとCeO2 とSrOと添加
する理由と、添加量を上記範囲に規制する理由は、次の
通りである。MgOは、1600℃程度と、比較的低い温
度でSiO2 と反応し、ガラス質の境界相となる液相を窒
化けい素の粒界に形成しながら、この窒化けい素の燒結
を促進する。この際、耐食性に優れた酸窒化物系ガラス
相を形成すると考えられている。この様な酸窒化物系ガ
ラス相の組成は、MgOの添加量が0.1重量%未満では
不十分となって得られた燒結材(窒化けい素)の強度が
不十分になる。反対に、単独では耐食性が劣るMgOの添
加量が2.0重量%を越えると、得られた燒結材の耐食
性が不十分になる。そこで、MgOの添加量を0.1〜
2.0重量%の範囲に規制した。
【0056】又、CeO2 は、上記酸窒化物系ガラス相と
の親和性が高く、粒界に迅速に拡散して酸窒化物系ガラ
ス層との均一性を高め、耐食性を高めると共に窒化けい
素燒結体の強度を向上する効果を有する為、添加する。
CeO2 の添加量が0.2重量%未満では、粒界に拡散す
る量として不十分で、酸窒化物系ガラス層の均一化が不
十分となる。反対に、単独では耐食性が劣るCeO2 の添
加量が3.5重量%を越えると、得られた燒結材の耐食
性が不十分になる。そこで、CeO2 の添加量を0.2〜
3.5重量%の範囲に規制した。
【0057】又、SrOは、上記MgOと同様の理由で耐食
性に優れた酸窒化物系ガラス相を形成すると考えられて
いるが、MgOと共存する事で、より燒結を促進する効果
を有する為、添加する。この様な酸窒化物系ガラス相の
組成は、SrOの添加量が0.1重量%未満では不十分と
なって、得られた燒結材(窒化けい素)の強度が不十分
になる。反対に、単独では耐食性が劣るSrOの添加量が
2.0重量%を越えると、得られた燒結材の耐食性が不
十分になる。そこで、SrOの添加量を0.1〜2.0重
量%の範囲に規制した。
【0058】更に、MgO、CeO2 、SrOの個々の添加量
が上記した条件を満たした場合でも、合計添加量が1.
5重量%未満の場合には、上記酸窒化物系ガラス層の形
成が不十分で、十分な強度を得られない。反対に、合計
添加量が5.0重量%を越えると、個々の添加量が上記
した条件を満たした場合でも、過剰のガラス層が存在す
る事で、十分な耐食性を得られなくなる。そこで、Mg
O、CeO2 、SrOの添加量の合計を1.5〜5.0重量
%の範囲に規制した。
【0059】次に、転がり軸受11を構成する外輪1
4、内輪15、転動体16、16を、上述の様な材料に
より造る事による効果を確認する為に行った実験に就い
て説明する。実験は、次の表16〜17に示す様に、Mg
O、CeO2 、SrOを同表に示す割合で添加した窒化けい
素を熱間静水圧燒結(HIP)する事により、長さが4
0mm、幅が4mm、厚さが3mmの試験片を作成し、この試
験片の曲げ強度を測定する事で行った。曲げ強度試験の
方法は、JIS R 1601に記載された、3点曲げ
強さに準拠した。
【0060】
【表16】
【0061】上記表16の曲げ強度を表した欄中、初期
値(単位はMPa )は溶融金属に浸漬する以前の値を、1
0サイクル処理時の曲げ強度(MPa )は、試験片により
溶融金属めっき浴中のロール支持装置を構成する転がり
軸受11の使用状態を再現する行程を10回繰り返した
後の値を、それぞれ表している。例えばA浴の場合に
は、460℃の溶融亜鉛に24時間浸漬した後、この試
験片を大気中に引き上げて室温の10%HClに8時間浸
漬する(酸洗する)作業を1サイクルとする。又、低下
度合は、10サイクル処理後の曲げ強度の初期値に対す
る割合を、それぞれ表している。更に、溶融金属の種類
を表したA〜Dの符号の意味は、前述した引き抜き試験
の場合と同じである。溶融金属めっき浴中のロール支持
装置の転がり軸受11を構成する外輪14、内輪15、
転動体16、16用の材料としては、曲げ強度の初期値
が900MPa 以上あり、低下度合が90%以上ある事が
好ましい。これら両条件(900MPa 以上且つ90%以
上)を満たせば、当該材料により造られた転がり軸受を
長期間に亙って使用できる。
【0062】この条件を勘案しつつ、上記表16の記載
を見れば、実施例1〜8の材料は何れも、長期間に亙り
使用可能な転がり軸受を得られる事が分る。又、比較例
1、3、5、7の材料は、MgO、CeO2 、SrOのうちの
何れか(7は合計も)添加量が少ない結果、曲げ強度の
初期値が900MPa に達せず、使用に適さない事が分
る。更に、比較例2、4、6、8の材料は、MgO、CeO
2 、SrOのうちの何れか(8は合計も)添加量が過剰な
為、曲げ強度の初期値は十分に大きいが低下度合が不足
する為、やはり使用に適さない事が分る。
【0063】又、燒結法が試験片の強度に及ぼす影響を
調べる為、次の表17に示す様な割合でMgO、CeO2
SrOを添加した窒化けい素製の試験片を、常圧燒結によ
り造り、上記表16の場合と同様にして各試験片の曲げ
強度を測定した。尚、表17の場合には、A浴のみで試
験を行った。B、C、D浴は、温度がA浴と同等若しく
はそれ以上であり、劣化度合がA浴よりも著しくなる
(A浴による傾向で十分に判定できる)ので、省略し
た。
【0064】
【表17】
【0065】この表17から明らかな通り、MgO、CeO
2 、SrOを前述の条件を満たす割合で添加した窒化けい
素でも、燒結法が熱間静水圧燒結でない場合には、曲げ
強度の初期値が低過ぎる。
【0066】更に、窒化けい素に添加する添加物の種類
が燒結体の強度に及ぼす影響を知る為に行った実験の結
果を、次の表18に示す。この表18にその結果を示す
実験も、A浴のみで行った。この表18に記載した比較
例12〜16のうち、比較例12〜15は、CeO2 及び
SrOに代えてY23 及びAl23 を添加したもの、比
較例16、はCeO2 及びSrOに代えてY23 及びZrO
2 を添加したものである。この表18の記載から、Mg
O、CeO2 、SrO以外の添加物を使用した場合には、曲
げ強度の初期値は高いが、この曲げ強度の低下度合いが
著しく、使用に適さない事が分る。
【0067】
【表18】
【0068】尚、前記各実施例では、軸受箱18bの内
周面と外輪ユニットの外周面とを溶融金属に対する濡れ
性が悪い材料を介して互いに嵌合させる構成に就いて説
明した。但し、熱変化による膨張、収縮を吸収する為に
は、軸13とこの軸13を支持する手段とが軸方向に亙
り相対変位自在であれば良い。従って、転がり軸受11
を構成する内輪15の内周面と軸13の外周面とを溶融
金属に対する濡れ性の悪い材料を介して互いに嵌合させ
ると共に、キャップ22を省略する事により、これら内
輪15と軸13とを軸方向に亙る変位自在に組み合わせ
る事もできる。
【0069】
【発明の効果】本発明の溶融金属めっき浴中のロール支
持装置は、以上に述べた通り構成され作用する為、転が
り軸受に大きなスラスト荷重が加わるのを防止して、こ
の転がり軸受の破損防止を確実に図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例を示す要部縦断面図。
【図2】同第二実施例を示す要部縦断面図。
【図3】本発明の効果を確認すべく、転がり軸受に加わ
るスラスト荷重を測定する為に使用した実験装置の断面
図。
【図4】溶融金属めっき装置の略縦断側面図。
【図5】図4の拡大X−X断面図。
【符号の説明】
1、1a 金属板 2 搬送ロール 3 連続炉 4 スナウト 5 溶融金属 6 めっき槽 7 シンクロール 8 サポートロール 9 ノズル 10 支持腕 11 転がり軸受 12 円孔 13、13a 軸 14 外輪 15 内輪 16 転動体 17 調心リング 18a、18b 軸受箱 19 大径部 20 小径部 21 段部 22 キャップ 23、23a スリーブ 24 鍔部 25 抑えリング 26 保持器 27 ボルト 28 台
フロントページの続き (72)発明者 橋本 孝夫 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 野島 克広 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 森 俊博 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 安藤 功司 茨城県鹿島郡鹿島町大字光3番地 住友 金属工業株式会社 鹿島製鉄所内 (72)発明者 矢川 敦久 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−153055(JP,A) 特開 平3−79746(JP,A) 特開 平5−208871(JP,A) 実開 平5−72963(JP,U) 実開 平1−94450(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/00 - 2/40 C04B 35/584

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融金属めっき浴中に設けられるロール
    と、このロールの両端面中心部から突出した、互いに同
    心で且つ上記ロールと同心の1対の軸と、少なくともそ
    れぞれの先端部を上記溶融金属めっき浴中に浸漬した1
    対の支持腕と、各支持腕の先端部に設けられた軸受箱
    と、これら各軸受箱の内周面と上記各軸の外周面との間
    に設けられた1対の転がり軸受とを備えた溶融金属めっ
    き浴中のロール支持装置に於いて、これら1対の転がり
    軸受のうちの少なくとも一方の転がり軸受は、当該転が
    り軸受を保持した軸受箱内に、軸方向に亙る変位自在に
    支持されており、当該転がり軸受を構成する外輪若しく
    は外輪ユニットの外周面と当該転がり軸受を保持した軸
    受箱の内周面とは、当該転がり軸受の中心軸を含む断面
    で互いに平行であり、これら両周面は、上記溶融金属に
    対する濡れ性が悪い材料を介して互いに嵌合している事
    を特徴とする溶融金属めっき浴中のロール支持装置。
  2. 【請求項2】 溶融金属に対する濡れ性が悪い材料が、
    この溶融金属との接触角が90度以上のものである、請
    求項1に記載した溶融金属めっき浴中のロール支持装
    置。
  3. 【請求項3】 溶融金属に対する濡れ性が悪い材料が、
    純タンタル、タンタルを主成分とする合金、黒鉛、c/
    cコンポジット、炭化けい素、純モリブデン、二硫化モ
    リブデン、酸化ジルコニウムのうちから選ばれる何れか
    である、請求項1〜2の何れかに記載した溶融金属めっ
    き浴中のロール支持装置。
  4. 【請求項4】 転がり軸受を構成する外輪と内輪と転動
    体とが、0.1〜2.0重量%のMgOと0.2〜3.5
    重量%のCeO2 と0.1〜2.0重量%のSrOとを合計
    で1.5〜5.0重量%含み、熱間静水圧燒結された
    化けい素から成るものである、請求項1〜3の何れかに
    記載した溶融金属めっき浴中のロール支持装置。
  5. 【請求項5】 転がり軸受が保持器を備えており、この
    保持器が、溶融金属に対する濡れ性が悪い材料により造
    られている、請求項1〜4の何れかに記載した溶融金属
    めっき浴中のロール支持装置。
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