JP3178465B2 - 連続溶融金属メッキ装置，連続溶融金属メッキ装置用軸受、及び連続溶融金属メッキ装置用ロール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続溶融金属メッ
キ装置，連続溶融金属メッキ装置用軸受及び連続溶融金
属メッキ装置用ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来連続溶融金属メッキ浴用ロール軸受
としては耐食性に優れたステンレス鋼，高クロム鋼，超
硬などが、肉盛溶接やスリーブの形で用いられてきた。
しかし、これらの材料も例えば亜鉛メッキ浴中では１週
間程度で摩耗損傷しロール軸と軸受の間にガタが生じロ
ールや、メッキ装置が振動して、メッキ特性を著しく下
げるといった問題があった。その原因としては、ステン
レス鋼，高クロム鋼，超硬等の比較的耐食性に優れた金
属でも溶融金属による腐食を皆無にすることは難しく、
そのため、ロール軸受摺動時には摩擦と同時に溶融金属
による腐食摩耗が生じ摩耗量を増大させていることがわ
かった。特に腐食がある程度進行するとロール軸及び軸
受摺動面に腐食ピットが生じ、摩擦摩耗を加速すること
もわかった。

【０００３】したがって、ロール軸受において摩耗量を
下げるためには溶融金属に対する耐食性に優れた材料を
選定する必要がある。その点セラミックスの中には溶融
金属にほとんど腐食を受けないものがあり、その様なセ
ラミックスは溶融金属メッキ浴用ロール軸受として最適
材料と言える。

【０００４】ところで、連続溶融金属メッキ浴用ロール
軸受にセラミックスを利用したものとして例えば実開昭
63−73349 号がある。この公報には、ロール軸に、外周
面を耐熱性緩衝材シートを介してセラミックスで被覆し
た金属スリーブを嵌合させるとともに、軸受部分の内周
面を耐熱性緩衝材シートを介してセラミックスで被覆し
た軸受金で前記金属スリーブの外周面を保持したもので
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、セラ
ミックスの材質及びその組み合せの点について配慮がさ
れておらず、セラミックス同志の摺動時に生ずる焼き付
き，片当り等によるセラミックスのクラック，割れ等の
問題があった。

【０００６】つまり、セラミックスは溶融金属に対する
耐食性に優れる反面、溶融金属との濡れ性に劣る。その
ため、セラミックスを溶融金属メッキ浴中のロール軸受
の摺動部材として用いた場合には、摺動面において溶融
金属による潤滑はほとんど無く、乾式摩耗になっている
ことがわかった。代表的なセラミックス同志の乾式摩耗
における摩擦係数及び限界面圧の値を検討した結果、一
般的に耐食性，耐摩耗性に優れるとされる炭化ケイ素，
窒化ケイ素セラミックス同志の組み合せにおいては摩擦
係数は摺動部材として用いるには高く、又限界面圧も低
く、限界面圧以上では焼付き，かじり等により、セラミ
ックスのクラック，割れ等が発生することがわかった。
これは、ヤング率の高いセラミックスでは、摺動面の加
工精度を可能な限り上げても均一に当る摺動面を形成す
ることは不可能で、わずかな凹凸や変芯等により局所摩
擦が起るためと考えられる。したがって、セラミックス
を溶融金属メッキ浴用ロール軸受として利用する場合に
は、溶融金属に対する耐食性はもちろんのこと、特に摩
擦係数が小さく、しかも初期摩耗により均一な当りの摺
動面が形成できるセラミックスの材質の選定をする必要
がある。

【０００７】さらに、上記従来技術はセラミックスの被
覆方法が具体的に記載されていないばかりでなく、ロー
ル軸受使用時及びセラミックス嵌合時の応力に対する配
慮が不十分で、セラミックスのクラック割れ等の問題が
あった。

【０００８】つまり、上記従来技術ではセラミックス嵌
合時の応力緩衝材として、アルミナシート及びカーボン
繊維等の耐熱材を使用している。しかし、これらの様な
耐熱材は、弾性変形能や塑性変形能にとぼしく、しかも
その変形応力は、セラミックスの曲げ又は引張り強度以
上であるため、応力緩衝材としての効果がない。また、
セラミックスは一体品であるため、ロール軸が大型にな
る場合、軸受にかかる荷重や熱変形等による曲げ応力に
対して割れ易い構造となっている。

【０００９】本発明の目的は、溶融金属メッキ浴中での
摺動部の摩擦係数を低減し、潤滑性を向上した連続溶融
金属メッキ装置，連続溶融金属メッキ装置用軸受、及び
連続溶融金属メッキ装置用ロールを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の連続溶融金属メ
ッキ装置は、金属溶湯中で軸受に支持されて回転するロ
ールを備えた連続溶融金属メッキ装置において、前記ロ
ールの軸及び軸受の摺動部の少なくとも一方を固体潤滑
性が優れたカーボン繊維を含有するセラミックス焼結体
とすることを特徴とする。

【００１１】或いは、本発明の連続溶融金属メッキ装置
は、金属溶湯中で軸受に支持されて回転するロールを備
えた連続溶融金属メッキ装置において、前記ロールの軸
及び軸受の摺動部の一方をサイアロンとし、他方をＳｉ
Ｃ−Ｃ複合材であるセラミックス焼結体とすることを特
徴とする。

【００１２】或いは、金属溶湯中で軸受に支持されて回
転するロールを備えた連続溶融金属メッキ装置におい
て、前記ロールの軸及び軸受の摺動部の少なくとも一方
を、固体潤滑性が優れたカーボン繊維を１〜５０体積％
分散含有するセラミックス焼結体とすることを特徴とす
る。

【００１３】或いは、本発明の連続溶融金属メッキ装置
用軸受は、金属溶湯中で回転するロールを備えた連続溶
融金属メッキ装置用軸受において、前記ロールの軸受の
摺動部を固体潤滑性が優れたカーボン繊維を含有するセ
ラミックス焼結体とすることを特徴とする。

【００１４】或いは、本発明の連続溶融金属メッキ装置
用ロールは、金属溶湯中で軸受に支持され、回転する連
続溶融金属メッキ装置用ロールにおいて、前記ロールの
軸摺動部を固体潤滑性が優れたカーボン繊維を含有する
セラミックス焼結体とすることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】ロール軸受の摺動部に溶融金属に
対する耐食性に優れたセラミックスを使用することによ
り、腐食摩耗による摩耗量の増加を防止することができ
る。又、一方を高強度，高硬度セラミックスとし、他方
を固体潤滑性を有する材料にすることにより、表１及び
表２に示す様に、摩擦係数を著しく小さく、限界面圧を
著しく増加させることができる。これは、固体潤滑の効
果によるもので、この働きにより、焼付き，かじり等に
よるセラミックスの割れを防止することができる。さら
に、上記組み合せによれば、初期において、固体潤滑性
材料のわずかな摩耗により、加工時の凹凸や偏芯による
片当りがなくなり、摺動面は均一に当る様になり、局所
摩擦もなく、潤滑に富んだ摺動を得ることができる。
又、高強度・高硬度セラミックスは、ほとんど摩耗をせ
ず、平滑な摺動面を半永久的に保つため、固体潤滑材料
の摩擦摩耗量も従来の金属の組み合せの１／１０以下に
することができる。

【００１６】ＳｉＣ−Ｃ及びサイアロンは後述する実施
例１に示したものと同じものである。他のＳｉＣ，Ｓｉ
₃Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂ は通常の方法で焼結したもの
である。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】また、本発明では、金属製ロール軸外周に
セラミックスを装着するに際し、セラミックと金属製ロ
ール軸との間にセラミックスの破壊強度以下で弾塑性変
形できる緩衝材を介在させて嵌合しているため金属製ロ
ール軸とセラミックススリーブの加工公差が大きくて
も、溶融金属浴中での両者の熱膨脹差で発生する歪が緩
衝材の弾塑性変形により吸収させセラミックスのクラッ
クや割れ等の破損を生じることなく、セラミックスを金
属製ロール軸に固定させることができる。又、使用中で
の嵌合によるセラミックスの残留応力は、緩衝材の降伏
応力以上にはならないため使用時の負荷に対してのマー
ジンが高い。なお、上記構造は、衝撃荷重に対しても、
同様な効果が期待でき、ロール軸にセラミックスを装着
する構造として好適と言える。さらに、装着するセラミ
ックスが大型の場合には、セラミックスを軸方向又は径
方向に分割し、複数個のセラミックスを装着することに
より、ロール軸にかかる変形応力や衝撃荷重を分散させ
ることができ、各種外力に対する信頼性を向上させるば
かりでなく、セラミックスが小型化できるので製造コス
トの低減も図ることができる。

【００２０】また、本発明では、金属製軸受台に形成さ
れた蟻溝内に複数個のセラミックスを載置し、黒鉛シー
トの様な応力衝撃材を介して押し付け固定しているので
軸受にかかる荷重をセラミックスの裏面全体で受けるこ
とができるばかりでなく、衝撃荷重及び高い荷重を受け
るロール軸受として、セラミックスのクラックや割れが
無く、高い信頼性を得ることができる。

【００２１】前述の固体潤滑性を有する材料は、黒鉛粉
末，カーボン繊維，ＭｏＳ₂，ＷＳ₂，ＢＮ等の固体潤滑
性に優れた材料をその焼結体中に１〜５０体積％分散含
有しているセラミックスであること、特に平均粒径５０
μｍ以下の黒鉛粉末又は直径１５０μｍ以下のカーボン
繊維を１〜７０重量部（より好ましくは１５〜４０重量
％）その焼結体中に分散含有している炭化ケイ素焼結体
同様に窒化珪素とＢＮとの焼結体の組合せが好ましく、
又はＢＮ，黒鉛オンリーからなるものが使用できる。ま
た、黒鉛−Ｃ繊維複合材も使用できる。

【００２２】前記ロール軸外周に装着されたセラミック
スが円筒状で、ロール軸に嵌合されており、特に軸方向
に複数に分割されたものをロール軸に嵌合したものが好
ましい。

【００２３】応力緩衝の中間材は、セラミックスの破壊
強度以下で弾塑性変形が可能な低降伏点を有する金属で
あること、特にＴｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｐｄ，Ｃｕ，
Ｎｉまたはそれらの合金硬さＨｖが２００以下のオース
テナイトステンレス鋼，フェライトステンレス鋼である
ことが好ましい。これらの緩衝材はロール軸とセラミッ
クスが接触する全面に挿入するかまたは短冊状に切断さ
れたものを部分的に挿入し、変形可能な空間をギャップ
内に設けられる。

【００２４】また、緩衝材は表面に弾塑性変形を容易に
するための溝，孔などの凹凸を施すか、又は細線スリー
ブ状、又は細いパイプを巻回したもの、波形板材，ハニ
カム状平板材を用いることができる。スリーブの外周面
又は内周面又は両面に多数の縦溝又は横溝を有する溝付
きスリーブを用いることができる。特に、前述のステン
レス鋼からなる外径５mm以下の細いパイプを用いること
によって弾塑性変形が容易で、大きな変形を行うことが
できるとともに、変形後の弾性も残ることから良好な固
着が得られる効果がある。この場合の材料強度は中実材
にくらべてより強度の高い材質のものを使用できる。ま
た、セラミックスのスリーブに対し、表面に弾塑性変形
し易い形状に突起を設け、その突起をセラミックス側に
なるスリーブ状の円筒体に形成したものもよい。突起は
リング状，ら旋状，棒状のいずれでもよい。

【００２５】緩衝材をロール軸表面にメタライズするこ
とができ、メタライズの方法として溶射，溶接，メッキ
等で行うことができ、その層の表面に凹凸をつけること
が好ましい。

【００２６】ロール軸へセラミックスは隙間嵌めされ、
ロール軸とセラミックスが嵌合されていること、又はロ
ール軸へセラミックスが溶射・ＣＶＤ法でその外周に形
成されていることができる。

【００２７】本発明の軸受は、複数個のセラミックスを
金属製軸受台に周方向に形成された蟻溝内に載置され、
軸受台より応力緩衝材を介して押し付け固定されている
こと、前記応力緩衝材が溶湯に対し耐食性を有する材料
であること、特に、前記溶湯に対し耐食性を有する材料
が黒鉛シートが好ましい。

【００２８】また、本発明のロール軸に装着されたセラ
ミック円筒体はロール軸端面より金属製押え板とバネに
より押し付け固定されていること、前記バネは耐熱合金
製コイルバネであること、特に耐熱合金としてＣｕ鋼，
Ｎｉ−Ｃｒ鋼，Ｃｒ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金又はそれにＷ，
Ｍｏ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｂなどを適量含むこと、セラミッ
クスを熱膨脹整合材を介して軸方向に固定したこと、前
記熱膨脹整合材はロール軸の熱膨脹係数より大きくする
ことが好ましい。

【００２９】本発明によれば、耐食性・耐摩耗性、及び
摺動特性に優れたセラミックスをロール軸受の摺動部に
信頼性高く装着することができるので、溶融金属メッキ
浴中で長寿命を示し、従来の金属製ロール軸受の１０倍
以上の長時間運転が可能となり、ロール軸受の組み替え
頻度の減少，連続運転による生産性の向上，不良の低減
などに効果がある。

【００３０】また、圧延ロールとしてスリーブをロール
芯材の胴部に強固に嵌合でき、信頼性の高いロールが得
られる。

【００３１】前述の固体潤滑性を有する材料は、カーボ
ン粉末，カーボン繊維等の固体潤滑性に優れた材料をそ
の焼結体中に分散含有しているセラミックスであるこ
と、特に平均粒径５０μｍ以下のカーボン粉末又は直径
１５０μｍ以下のカーボン繊維を１〜７０重量部（好ま
しくは１０〜４０重量部）その焼結体中に分散含有して
いる炭化ケイ素焼結体であることが好ましく、又は黒
鉛，繊維強化黒鉛でもその効果は得られる。応力緩衝の
中間材は、前述のものを用いる。

【００３２】（実施例１）図１は本発明に係る連続溶融
メッキ装置の全工程の一例を示すものである。

【００３３】被メッキ処理材である鋼ストップ１２はペ
イオフリール２に巻き取られており、レベラー１１，シ
ャー１３，ウエルダー１４を経て、更に電解洗浄槽１
５，スクレイパー１６，リンス槽１７を経て焼鈍炉３に
入り、焼鈍された後溶融メッキ装置１０にてメッキされ
る。

【００３４】溶融金属メッキ装置１０を通過して浸漬メ
ッキが施されたストリップ１２は、真上に高速走行しな
がら表面調整装置４，ブライドルロール装置５，スキン
パスミル６，テンションレベラー７，化成処理装置８等
を経て、ルーパ２３を通りテンショリール９に巻き取ら
れる。ストリップ１２に付加されるテンションはロール
装置５及びテンションブライドル（図示なし）によって
コントロールされる。このテンションの大きさはストリ
ップ１２のワイピングノズル２１を通過した直後に設け
られた振動検出器によって測定された振幅の大きさによ
って一定になるようにコントロールされる。テンション
ブライドルは各処理の段階に設けられる。

【００３５】図２は、メッキ装置１０を拡大して示した
ものである。スナウト３１を経て供給されるストリップ
１２はメッキ槽３０の中でシンクロール装置２４により
方向を変えられ、サポートロール装置２５によりストリ
ップの動きが安定にさせられる。ストリップ１２は５０
〜１００ｍ／分のスピードで高速走行される。

【００３６】更にメッキ浴２６から引き出されたストリ
ップはストリップの両側に設けられたワイピングノズル
２１より高速ガスが吹き付けられ、そのガス圧力，吹き
付け角度の調整によってメッキ厚みが調整される。

【００３７】溶融金属メッキ浴中で使用されるサポート
ロール装置２５及びシンクロール装置２４のロール１８
及びロール軸受シェル２９は溶融金属により潤滑される
のでロール軸受シェル２９はすべり軸受構造となってい
る。

【００３８】図２においてロール軸受の摩耗は矢印で示
した方向、すなわち、ストリップ１２がシンクロール装
置２４によって曲げられた際に発生する力のベクトル方
向に進行することが従来のシンクロール軸受の摩耗状況
を観察することによりわかった。

【００３９】図３は、本発明によりなるシンクロール１
９の断面図を示したものである。ロール軸３３に装着し
た４分割されたセラミックス３２は、溶融金属に対し優
れた耐食性を示し、高強度高硬度特性を有したサイアロ
ンセラミックスを選定した。サイアロンセラミックスの
化学式はＳｉ_8-ZＡｌ_ZＯ_ZＮ_6-Zで表わされ、Ｚは０〜
４.２ の間で任意のものが可能であり、βサイアロンと
呼ばれるものである。

【００４０】本実施例ではＺ＝０.５ の組成のサイアロ
ン粉を用い、小量のバインダーを添加した後メタノール
中で湿式混し、スプレードライ法により造粒した。次い
で、冷却静水圧のプレス法で外径２１０mm，内径１４５
mm，長さ５０mmの円筒状成形体を４ケ成形した。焼成温
度は１７５０℃とし、窒素雰囲気により焼成した。さら
に焼結体は仕上加工して、外径１５０mm，内径１１８m
m，長さ４０mmとした。尚、外径摺動面の面粗度はＲmax
０.８μｍとした。また、ロール軸３３は比較的耐食性
のあるステンレス系のAISI316 を用い、外径を111.04mm
に仕上げた。緩衝となる中間材３４は焼きもどし処理を
した銅板を用い、板厚は３.２mm で平面形状は図４に示
す様にスリット４０と突起４１を施した。さらに銅製緩
衝板３４は図３の様に円筒状のそれぞれのセラミックス
３２に対応するロール軸３３に巻回した。次いで、ロー
ル軸に円筒状のサイアロン焼結体を挿入し、図３に示す
様に押え板３５，ギャップ３６，インコネル製バル３
７、及びボルトネジ３８でセラミックス２を軸方向に約
６００kgｆの力で押し付け固定することにより、セラミ
ックス３２とロール軸３３との間への溶融Ｚｎの浸入を
防止した。

【００４１】ところで、サイアロンセラミックス，銅，
ステンレス製ロール軸の熱膨脹係数はそれぞれ３.２×
１０^-8／℃，１７×１０^-6／℃，１７×１０^-8／℃ で
あるので、図３のロール１９を溶湯温度４５０℃の溶融
Ｚｎ中に浸漬すると、サイアロンセラミックス３２の内
径は１１８.１６mm 、ステンレス製ロール軸３３の外径
は１１１.８４mmとなり、そのギャップは３.１６mmとな
る。一方、銅製緩衝板からなる中間材３４は３.２２mm
となるため、ギャップとの差０.０６mmは銅製緩衝板３
４の弾塑性変形代となる。弾塑性変形量は、約２％とな
るので、図４に示す様に、少なくとも２％以上の体積に
相当するスリット４０等を施しておいた。その結果、使
用温度では緩衝材３４は弾塑性変形を受けロール軸３３
とセラミックス３２とは密着したものとなり、嵌合によ
るセラミックス３２の割れは全く生じなかった。これ
は、緩衝材３４は使用温度状態でもギャップ内に変形で
きる空間が存在するためと思われる。円筒体のセラミッ
クス３２とロール軸３３との間の緩衝板３４が銅製の場
合、Ｚｎと漏れ易く、そのギャップ内に侵入し、空間を
埋めてしまうとセラミックス３２の割れが生じる心配が
あるので、端部にはＺｎの浸入を防ぐ材料の緩衝材とす
るのがよい。ステンレス鋼線を用いるのがよい。

【００４２】図５はステンレス製軸受２０の内周面に固
体潤滑性、及び溶融Ｚｎに対する耐食性に優れたＳｉＣ
−Ｃ複合セラミックス５１を装着した断面図である。Ｓ
ｉＣ−Ｃ複合セラミックスは、平均粒径３μｍのＳｉＣ
粉末１００重量部に平均粒径１０μｍの黒鉛粉末を２５
重量部加え、小量のバインダーとメタノール中で湿式混
練し乾燥後、ライカイキ処理により造粒した。次いで、
メカプレスで厚さ３０mm，外径１００mm以上の円板状に
圧粉成形した後真空中、２１００℃でホツトプレス法に
より焼結させた。さらに焼結体を研削，切断，研摩し、
台形状のブロックに仕上加工した。また、ステンレス鋼
製軸受２９に、ＳｉＣ−Ｃ複合セラミックス５１が内周
面に装着できる様に蟻溝５５、及びネジ穴を加工した。
すなわち、図５に示す様にＳｉＣ−Ｃ複合セラミックス
５１を蟻溝内５５に載置し、裏面から、カーボンシート
５２を介して、ステンレス製押え板５３と、ステンレス
製ネジ５４で押し付け固定した。

【００４３】上記構造によるロールとロール軸受を用
い、実際に溶融Ｚｎ浴中で摺動テストを行った。Ｚｎ浴
温度は、４５０〜４８０℃、ロール軸受の押し付け力は
1300kgｆとした。

【００４４】その結果、図６に示す様に１０日間の連続
回転摺動の後もその摩耗は１mm以下でほとんど摩耗が生
せず、従来のロール軸受の１／２０以下にすることがで
きた。従来ロール軸受は比較のために本実施例に示した
構造とは異なる円筒軸受とロール軸との回転摺動実験を
行ったもので、ロール軸サイズは直径１５０mm，長さ１
６０mmである。従って、約３０日での摩耗も大きな変化
がなくすぐれた寿命を有することが確認された。

【００４５】（実施例２）ロール軸直径５０mmで、摺動
部長さ７０mmの小型ロール軸受についても実施例１同様
の摺動テストを行った。ロール軸外周及び軸受内周に装
着するセラミックスは、実施例１と同材質とした。又、
軸受構造は、実施例１と同様としたが、ロール軸につい
ては、小型であるため、図３に示した分割したものを一
つにした一体の円筒状とした。

【００４６】尚、中間材として銅製緩衝材を用いた嵌合
法は、実施例１と同様とした。この緩衝材は幅広のもの
を１ケ用いロール軸に巻回した。

【００４７】摺動テストの結果は、実施例１の場合と同
様の結果が得られ、また嵌合においてもセラミックスの
割れ等もなく、良好な結果が得られた。

【００４８】（実施例３）実施例１で得られたロール及
びロール軸受を有するシンクロールを６８０℃の溶融ア
ルミニウム中で連続メッキ作業に使用した結果、従来の
鋼製ロール軸受の摩耗深さは４日間で１５mm程度であっ
たのに対し、本発明のロール軸受では約０.３mm であり
摩耗は従来品の３０分の１と少ない。更に本発明のロー
ル軸受を交換することなしに１２日間使用したが摩耗深
さは１mm以下であり、その効果が確認できた。

【００４９】更に本発明のもうひとつの効果を確認する
ために１２日間使用したのち、ロール軸受を取り出し、
セラミックを８分の１周円周方向に回転移動させて使用
することを試みたが特に異常摩耗は見られず、１２日間
使用した後の摩耗量は初回の使用と同様に摩耗深さは１
mm以下であった。このようにして使用すれば同一摩耗状
態で１つのセラミックで８回繰返し使用が可能であり、
その時点でセラミックの摺動面を研削すれば引続き使用
でき、高価なセラミックスを有効に使えることがわかっ
た。

【００５０】従来、溶融亜鉛メッキとアルミニウムとは
シンクロールの消耗がはげしいため同じ装置を用いて約
１週間に一度交互に使用していたが、本実施例では個々
の装置で行うこともできるし、さらにロールの消耗がき
わめて小さいので、交換時期を従来より長くした２０日
以上又は１ケ月毎に交換して行うことができる。前述の
ルーパー２３をなくすこともできる。

【００５１】（実施例４）実施例１では本発明の手法を
シンクロールに適用した場合について述べたが、次いで
本発明の方法を連続溶融金属メッキ浴中で使用されるサ
ポートロールに適用した結果について述べる。

【００５２】セラミックスの材質や製法は実施例３と全
く同様である。テスト条件としては４６０℃の溶融亜鉛
メッキ浴中でルーチン作業を行い、１２日間使用後にロ
ール及び軸受を抽出してセラミック摺動部の摩耗を測定
したが０.３mm 以下であり、本発明の方法の効果が確認
できた。

【００５３】（実施例５）実施例１と同様にシンクロー
ル及び軸受として、前者にはサイアロン焼結体からなり
スリーブ及び後者にはＳｉＣ−黒鉛焼結体を用いた。本
実施例は実施例１と異なるのはロール軸の軸部に直径１
mm純銅ワイヤをほぼ互いに接触する程度にセラミックス
焼結体が存在する全体に巻回した後にセラミックススリ
ーブを挿入した。

【００５４】このときのセラミックスとロール軸外径と
の差のギャップと銅ワイヤとは部分的に線接触している
が、４５０℃の溶融亜鉛メッキ浴中では銅ワイヤは塑性
変形と弾性変形を生じ、面での接触が得られ、セラミッ
クスは割れが生せずに強固な嵌合が得られることが確認
された。

【００５５】（実施例６）ＷＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ，Ｍｏ
₂Ｃ 又はＶＣを含むＣｏ，Ｎｉ焼結体からなる超硬合
金，高速度工具鋼としてＪＩＳ規格のＳＫＨ９材からな
るスリーブをロール芯材としてＣ０.３ 〜１重量％を含
有する鍛鋼からなる胴部に焼ばめ又は冷ばめによって一
体とした圧延ロールを製造した。スリーブと芯材との間
には中間材としてＴｉ線をほぼ全面に巻回して行った。
その結果、ロールとして割れのない強固な嵌合が得られ
ることが確認された。

【００５６】これらのロールは熱間又は冷間圧延用ワー
クロールとして使用できるものである。尚、中間材とし
て使用温度に応じて使用温度で強度低下しないような材
料を選ぶことができる。

【００５７】従って、冷間圧延用ロールでは比較的融点
の低い材料Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ及びＣｕ系材、熱間用とし
てはＴａ，Ｔｉ，Ｐｄ，ステンレス鋼が好ましい。これ
らの材料は完全に焼鈍された軟いものが用いられる。

【００５８】（実施例７）２種の径が異なるスリーブ同
志の焼ばめ又は冷ばめを行った。これらのスリーブは金
属とセラミックス焼結体、又は金属同志のスリーブで、
一方が前述の超硬合金，高速度鋼などの硬く脆い材料か
らなるものの組合せにおいて、径の小さいものの外周に
用途に応じて各種金属の中間材を介して行った。

【００５９】両者の空間は使用温度状態では中間材がで
きるだけ両者に対して面接触率がほぼ１００％になるよ
うに両者の熱膨脹係数の差から計算によって求めて決定
される。しかし、使用温度状態では完全に中間材の変形
に対し空間がないと強度の弱いものの方で破壊するの
で、若干変形できるように設ける。

【００６０】このようにして嵌合したものは破壊するこ
となく強固な嵌合が得られることが確認された。このよ
うな円筒状のものは、内側をセラミックスにしたものは
溶解装置，ダイカスト用のストークス，プランジャスリ
ーブ，金属同志のものは各種シリンダ，特殊パイプとし
て使用される。

【００６１】（実施例８）実施例１と同様にAISI316 製
ロール軸３３の外径１２２.１８mmに、外径2.98mm，内
径２mmのAISI316 製パイプを６mmピッチで巻回しパイプ
の両端をロール軸にスポット溶接によって固定した。こ
のときのパイプ巻回されたロール軸の外径は１２８.１
８mmとなり、これに内径１２８.７mm，外径１５０mmの
サイアロンスリーブを装入した。この場合、４６０℃の
溶融亜鉛浴中ではAISI316 製パイプの弾塑性変形代は１
００μｍで、このとき発生する圧力は０.５kgｆ／mm²で
あった。従ってサイアロンスリーブの許容圧力Ｐmax＝
５kgｆ／mm²の１／６で割れ等には問題ない値である。

【００６２】このロール軸について実施例１と同様に回
転摺動試験を行ったが、サイアロンスリーブの摩耗量は
実施例１と同程度であった。また、AISI316 製パイプが
使用温度で高い弾性を有することから特に安定した嵌合
が得られることがわかった。 （実施例９）実施例１と同様にAISI316 製ロール軸３３
の外径１１１.５mm に、厚さ２mm，内径１１１.５mm よ
り若干小さい同じくAISI316 製外表面に先端角６０゜，
高さ１mmの角型突起を６mmピツチで円周方向に形成し、
実施例１と同じく外径１５０mm，内径１１６mmのサイア
ロンスリーブを嵌合させた。このときの４６０℃での焼
嵌め代は約５０μｍで、発生する圧力を１kgｆ／mm² と
なるようにした。従って、セラミックスの許容応力がＰ
maxの３kgｆ／mm²の３分の１であり、問題ない値であ
る。

【００６３】このロール軸について実施例１と同様に回
転摺動試験を行ったが、軸の摩耗量は実施例１と同様で
あった。尚、本実施例では緩衝材として溶融Ｚｎに対し
若干の耐食性を有する金属を有するので、軸部での損傷
は実施例１に比べ優れていた。高温での嵌合強度は高い
ものであった。

【００６４】（実施例１０）実施例８にて得たAISI316
製ロール軸をシンクロール及びサポートロールのいずれ
にも使用し、実施例１に記載の溶融亜鉛メッキ装置に装
着し、０.８mm 厚さの鋼帯を９０ｍ／分で走行させなが
ら厚さ１００ｇ／ｍ² のＺｎメッキ層を鋼帯の両面に形
成させ、連続で１０日間運転を行った。この間の鋼帯の
走行方向のテンションをほぼ一定とし、更にワイピング
ノズル２１からのガス吹き付けをほぼ一定として運転で
き、溶融Ｚｎを被着させた後の鋼帯の振動も極わずかな
ものであった。溶融Ｚｎメッキ後の鋼帯は約５ｍ直上に
走行させ冷却するので、ロール軸のわずかな振動が鋼帯
への振動につながるが、本実施例では鋼帯の振動が運転
中わずかであった。

【００６５】（実施例１１）実施例１０の製造のうちＺ
ｎメッキ厚さを４０ｇ／ｍ² 又は３０ｇ／ｍ² とし、１
週間連続で鋼帯を製造した。本実施例においてもロール
軸の摩耗はほとんど生ぜず、鋼帯の振動も少ないことか
らほぼ厚さが一様なＺｎメッキ鋼帯を得ることができ
た。このときの鋼帯のテンション及びガス吹き付け条件
の変動は極わずかなものであった。約１０％以内であっ
た。

【００６６】（実施例１２）実施例１で形成した４分割
したセラミックス３２を分割せずに平均粒径５０μｍ以
下の黒鉛粉末と直径１５０μｍ以下のカーボン繊維３０
重量％との焼結体を製造した。この焼結体はロール軸３
３の外径とほぼ同じ１１２mmの内径で厚さ１５mmであ
る。この焼結体をロール軸に挿入し、焼結体の端部に切
込みを設け、ロール軸に切込み部に挿入する突起を設け
た当板によってロール軸ネジ止めして固定した。この固
定によってセラミックス３２の回転が阻止される。

【００６７】軸受は実施例１と同じものを用い、同様に
１０日間溶融Ｚｎメッキを行った。その結果は実施例１
とほぼ同様にほとんど摩耗が生ぜず、きわめて寿命の長
いものが得られ、振動も非常にわずかであった。

【００６８】（実施例１３）実施例１のAISI316 製ロー
ル軸にサイアロンスリーブの代りに同じ寸法の黒鉛スリ
ーブを用い、実施例８に記載の方法によって嵌合させ
た。これを実施例１に記載の方法と同様にして厚さ約２
０μｍ，２０日間連続で溶融Ｚｎメッキを行った。その
結果、ロール軸と軸受の摩耗はきわめて少なく、その期
間中きわめて良好な厚さのバラツキの小さいＺｎメッキ
が得られることが分った。

【００６９】

【発明の効果】本発明によると、溶融金属メッキ浴中で
の摺動部の摩擦係数を低減し、潤滑性が向上した連続溶
融金属メッキ装置，連続溶融金属メッキ装置用軸受、及
び連続溶融金属メッキ装置用ロールを得ることができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る連続溶融亜鉛メッキ装置の構成図
を示す。

【図２】亜鉛メッキ槽の断面図を示す。

【図３】シンクロールの断面図を示す。

【図４】応力緩衝する中間材を示す。

【図５】軸受の断面図を示す。

【図６】摺動試験による摩耗量と摺動日数との関係を示
す線図を示す。

【符号の説明】

３…焼鈍炉、４…表面調整装置、５…ブライドロール装
置、６…スキンパスミル、７…テンションレベラー、８
…化成処理装置、１０…溶融金属メッキ装置、１２…鋼
帯、１９…シンクロール、２４…シンクロール装置、２
５…サポートロール装置、２６…溶融金属、３２…セラ
ミックス、３３…ロール軸、３４…中間材、４０…スリ
ット、５１…複合材、５２…カーボンシート、５３…押
え板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 師夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 大越 斉 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 中山 義孝 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平１−111787（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−242982（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−167124（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−73349（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属溶湯中で軸受に支持されて回転するロ
   ールを備えた連続溶融金属メッキ装置において、前記ロ
   ールの軸及び軸受の摺動部の少なくとも一方を固体潤滑
   性が優れたカーボン繊維を含有するセラミックス焼結体
   とすることを特徴とする連続溶融金属メッキ装置。
2. 【請求項２】金属溶湯中で軸受に支持されて回転するロ
   ールを備えた連続溶融金属メッキ装置において、前記ロ
   ールの軸及び軸受の摺動部の一方をサイアロンとし、他
   方をＳｉＣ−Ｃ複合材であるセラミックス焼結体とする
   ことを特徴とする連続溶融金属メッキ装置。
3. 【請求項３】金属溶湯中で軸受に支持されて回転するロ
   ールを備えた連続溶融金属メッキ装置において、前記ロ
   ールの軸及び軸受の摺動部の少なくとも一方を、固体潤
   滑性が優れたカーボン繊維を１〜５０体積％分散含有す
   るセラミックス焼結体とすることを特徴とする連続溶融
   金属メッキ装置。
4. 【請求項４】請求項２に記載の連続溶融金属メッキ装置
   において、前記ＳｉＣ−Ｃ複合材を、平均粒径が５０μ
   ｍ以下の黒鉛粉末とすることを特徴とする連続溶融金属
   メッキ装置。
5. 【請求項５】金属溶湯中で回転するロールを備えた連続
   溶融金属メッキ装置用軸受において、前記ロールの軸受
   の摺動部を固体潤滑性が優れたカーボン繊維を含有する
   セラミックス焼結体とすることを特徴とする連続溶融金
   属メッキ装置用軸受。
6. 【請求項６】 金属溶湯中で軸受に支持され、回転する連
   続溶融金属メッキ装置用ロールにおいて、前記ロールの
   軸摺動部を固体潤滑性が優れたカーボン繊維を含有する
   セラミックス焼結体とすることを特徴とする連続溶融金
   属メッキ装置用ロール。