JP4678565B2

JP4678565B2 - 連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受

Info

Publication number: JP4678565B2
Application number: JP2001102800A
Authority: JP
Inventors: 努高杉; 信悟野上
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: JP2002294419A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板に亜鉛めっき等の金属めっきを施す際に溶融金属浴中に浸漬して用いられるシンクロールやサポートロール等の連続溶融金属めっき用ロールの軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続溶融金属めっき装置は、表面を清浄、活性化した鋼板を亜鉛等の溶融金属浴中に浸漬、走行させながら連続的にめっきを行うものである。その際、シンクロールやサポートロール等の連続溶融金属めっき用ロールが溶融金属浴中に浸漬されて用いられる。
【０００３】
図３は連続溶融金属めっき装置の概略を示す。図３において、焼鈍炉から送出された鋼板１は、酸化防止のスナウト２を通り、亜鉛の溶融金属浴３の中に浸漬される。そして、鋼板１は溶融金属浴３中の底部に懸架されたシンクロール４により進行方向を変えられ浴面側に上昇する。通常、シンクロール４の回転動力は、鋼板の走行移動によって駆動トルクが付与される。
【０００４】
次いで、シンクロール４を通過した後の浴面に近い位置に浸漬、支持された一対のロールからなるサポートロール５で鋼板１を挟み込み、鋼板１のパスラインを保ち、シンクロール４を通過した際に生じる鋼板１の反りや振動を防止する。通常、サポートロール５は、外部のモーターによりスピンドルを介して駆動されるか、またはシンクロール４のように鋼板の走行移動によって駆動トルクが付与され駆動される。
【０００５】
続いて、溶融金属浴３面の上方にあるガスワイピング６によって高速ガスを吹き付け、そのガス圧、吹き付け角度により付着めっきの厚さを均一に調整する。このようにして、めっきが施された鋼板１は次の工程に送られる。
【０００６】
図４は、シンクロール４の構成を示す正面図である。図４において、シンクロール４はハンガー８に設けたシンクロールの軸受７に設置されている。４ａはシンクロール４のロール軸である。従来からシンクロール４の軸受７の材質はステンレス鋼が広く用いられている。軸受７の形状は一般の軸受と同様の円筒状体であるか、もしくはシンクロール４の回転中、シンクロール４が鋼板１により常時上方向に持ち上げられているので、上部に半割り状の円筒体を設置した状態で使用される。
【０００７】
軸受は、溶融金属による侵食と機械的すべりの相乗作用により、実質負荷を受ける上部の摩耗が著しく速いため、通常２週間程度の短周期でロールを金属浴から引き上げて軸受の交換が行われており、生産性低下、整備費用増大に繋がり、更には軸受摩耗による回転振動発生に伴うめっき製品の表面品質悪化要因ともなっており、大きな問題であった。
【０００８】
そこで、これを解決するために、軸受のセラミックス化が鋭意検討され、耐摩耗の点において性能向上が図られつつあり、摩耗という観点からみた寿命は半永久的といえる状況にまで改善されてきている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のセラミックスからなる連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受として、金属製軸受ホルダーの内面のロール軸と摺動して軸受が負荷を受ける部分に、ロール軸と摺動する摺動面側の形状を曲面とした部分円筒状体のセラミックス部材を装着した軸受がある。
【００１０】
この種の軸受は、セラミックス部材とそれが保持される金属製軸受ホルダーの熱膨張係数の差により生じた隙間に亜鉛などの溶融金属が浸入し、その隙間に溶融金属が侵入した状態で、軸受を浴中から引き揚げると、溶融金属が隙間に封入されたまま溜まって、温度の降下とともに凝固する。一方、浴中使用時に熱膨張していた軸受ホルダーは温度の降下により冷却され収縮し始める。そのため、隙間に溜まって凝固した金属によりセラミックス部材が圧縮作用を受けて割れ、破壊を招きやすい問題があった。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、軸受を浴中から引き揚げた際、セラミックス部材とそれが保持される金属製軸受ホルダーとの隙間に溶融金属が封入されたまま溜まることを防止し、それによってセラミックス部材が割れることのない軸受を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決する手段について種々検討した結果、セラミックス部材と軸受ホルダーとの間に溶融金属を排出するための隙間を円周方向、半径方向および軸方向それぞれに最適な寸法範囲で設けることにより、セラミックス部材の圧縮破壊を回避できることを見出し、本発明に至った。
【００１３】
本発明の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受は、溶融金属めっき浴中に浸漬配置される連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受において、軸受は金属製軸受ホルダーとセラミックス部材とから構成され、軸受ホルダーの内面のロール軸と摺動して軸受が負荷を受ける部分に、軸方向全長にわたり溝を設け、該軸受ホルダーの溝にロール軸と摺動する摺動面側の形状を曲面とした部分円筒状体のセラミックス部材を装着したものであり、軸受ホルダーの溝の内壁面とそれと対向するセラミックス部材の外壁面との間に、溶融金属を排出させるための隙間を形成したことを特徴とする。
【００１４】
本発明において、前記セラミックス部材の円周方向両端部同士がなす角度θ１が、軸受ホルダーの溝の内面の円周方向両端部同士がなす角度θ２より１°〜１０°小さい、より好ましくは３°〜５°小さいことを特徴とする。また、前記セラミックス部材の内径が、軸受ホルダーの内径より１〜７ｍｍ小さい、より好ましくは１〜５ｍｍ小さく、かつセラミックス部材の外径が、軸受ホルダーの溝の内径より１〜７ｍｍ小さい、より好ましくは１〜５ｍｍ小さいことを特徴とする。さらに、前記セラミックス部材の軸方向長さが、軸受ホルダーの溝の軸方向長さより１〜７ｍｍ小さい、より好ましくは１〜５ｍｍ小さいことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明において、セラミックス部材の角部を丸くして曲面状にすることが望ましい。そのセラミックス部材の角部と対向する軸受ホルダーの角部も、セラミックス部材の角部同様、丸くして曲面状にすることが望ましい。さらに、軸受ホルダーの溝の両端の開口部近傍に止め具を設けて、セラミックス部材が軸受ホルダーの溝から抜け出ないようにすることが望ましい。また、セラミックス部材としては窒化ケイ素やサイアロンなどの窒化ケイ素質セラミックスが好ましい。
【００１６】
【作用】
本発明の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受は、ロール軸との摺動部がセラミックスからなるので、溶融金属浴に対して十分な耐食性、耐摩耗性を有する。セラミックスのなかでも窒化ケイ素やサイアロンなどの窒化ケイ素質セラミックスは、熱膨張係数が約３×１０^-6／℃と小さく耐熱衝撃性に優れ、高温高強度を有するので好ましい。
【００１７】
セラミックス部材は金属製軸受ホルダーとの間で円周方向、半径方向、軸方向に溶融金属を排出させるための隙間を形成したため、セラミックス部材と軸受ホルダーとの間に入った溶融金属を容易に排出することができ、セラミックス部材の圧縮破壊を回避することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
前述した図３に示す連続溶融金属めっき装置において、シンクロール４の軸受として、サイアロンセラミックスからなる本発明の特徴を有する軸受を適用した実施例について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受を示す。図２は、図１中の中心に位置するＡ−Ａ線断面図を示す。図１および図２において、軸受７は、金属製の軸受ホルダー１１とセラミックス部材１２とから構成される。そして、軸受ホルダー１１の内面のロール軸と摺動して軸受７が負荷を受ける部分に、軸受ホルダー１１の軸方向全長にわたり扇形の溝１４を設けた。軸受ホルダー１１に設けた溝１４には、ロール軸と摺動する摺動面側１６の形状を曲面とした部分円筒状体のセラミックス部材１２が入れられて装着される。その際、軸受ホルダー１１の溝１４の内壁面とそれと対向するセラミックス部材１２の外壁面との間に、溶融金属を排出させるための隙間１３を形成した。
【００２０】
本実施例では、軸受のセラミックス部材１２は、溶融金属浴に対して優れた耐食性、耐熱衝撃性、高温高強度特性を有するサイアロンセラミックスにより作製した。まず、平均粒径０．８μｍのα−Ｓｉ₃Ｎ₄粉末：８７重量％、平均粒径０．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末：５重量％、平均粒径０．５μｍのＡｌＮ固溶体粉末：３重量％、平均粒径１．０μｍのＹ₂Ｏ₃粉末：５重量％を配合し、バインダーとしてポリビニルブチラールを原料粉末１００重量部当たり０．５重量％を加えて撹拌して得た混合物を、１０００ｋｇ／ｃｍ²の圧力でＣＩＰ成形した。次に、常圧、窒素雰囲気下、１７５０℃で５時間焼結してサイアロンセラミックス焼結体を得た。
【００２１】
得られたサイアロンセラミックス焼結体は理論密度の９９．１％の密度を有し、常温におけるビッカース硬度Ｈｖが１５８０、常温における３点曲げによる曲げ強さが１００ｋｇｆ／ｍｍ²であった。このサイアロンセラミックス焼結体を所定の部分円筒状体形状に機械加工して、セラミックス部材１２を作製した。セラミックス部材１２は円周方向両端部同士がなす角度θ１を１１７°に形成した。
【００２２】
また、セラミックス部材１２とは別個に、ステンレス鋼からなる軸受ホルダー１１を作製した。軸受ホルダー１１に設けた溝１４の内面の円周方向両端部同士がなす角度θ２が１２０°になるように形成した。
【００２３】
そして、セラミックス部材１２を軸受ホルダー１１に入れて装着した。この場合、セラミックス部材１２のロール軸と摺動する摺動面側１６の内径が、軸受ホルダー１１の内面１７の内径より小さくなるようにした。また、セラミックス部材１２の外径を、軸受ホルダー１１の溝１４の内径より小さくして、セラミックス部材１２の外径と軸受ホルダー１１の溝１４の内径との間の隙間Ｒを５ｍｍに設定した。
【００２４】
また、セラミックス部材１２の軸方向長さを、軸受ホルダー１１の溝１４の軸方向長さより小さくして、セラミックス部材１２と軸受ホルダー１１の溝１４との軸方向の隙間Ｌを片側２ｍｍ（両側合計で４ｍｍ）になるように設定した。
【００２５】
さらに、より溶融金属を排出しやすくするために、セラミックス部材１２の角部Ｐの形状を曲面とした。同様に、セラミックス部材１２の角部Ｐと対向する軸受ホルダー１１の角部Ｑの形状を曲面とした。
【００２６】
軸受ホルダー１１の溝１４の両端の開口部近傍にステンレス鋼からなる平板状の止め具１５を溶接Ｗで接合して、セラミックス部材１２が軸受ホルダー１１の溝１４から軸方向に抜け出ないようにした。
【００２７】
このように構成した本発明のシンクロール用軸受７を図３に示す連続溶融金属めっき装置において、板厚が２ｍｍ、板幅が１３００ｍｍのＳＵＳ３００系ステンレス鋼板を亜鉛めっき処理したところ、約１ヶ月の連続使用後、軸受７は侵食、摩耗が殆ど見られなく耐用寿命が著しく向上したことを確認できた。また、ロール軸との摺動抵抗を低減できロールが回転しやすく、起動および鋼板の走行速度の変化に良好に追従し、さらに摩耗によるロールや鋼板の振動の発生を抑えられるので高品質なめっき特性の鋼板が得られた。また使用後の圧縮破壊を回避することができ、繰返しの連続使用が可能となった。
【００２８】
以上、シンクロール用軸受の実施例について述べたが、本発明はサポートロール用軸受など他の浴中ロールの軸受に適用できることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受は、耐食性、耐熱性、耐摩耗性等に優れ耐用寿命が永くなる。ロール軸との摺動抵抗を低減でき鋼板の走行速度の変化に良好にロールが追従して回転する。軸受を浴中から引き揚げた際に軸受ホルダーとの隙間に入った溶融金属を容易に排出でき、軸受の圧縮破壊を防止できる。したがって、高品質なめっき特性の鋼板を安定して生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受を示す。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図を示す。
【図３】連続溶融金属めっき装置の概略を示す図である。
【図４】シンクロールの構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１鋼板、２スナウト、３溶融金属浴、４シンクロール、
４ａシンクロール軸、５サポートロール、６ガスワイピング、
７軸受、８ハンガー、
１１軸受ホルダー、１２セラミックス部材、
１３溶融金属を排出させるための隙間、１４溝、
１５止め具、１６セラミックス部材の摺動面側、
１７軸受ホルダーの内面、
Ｐセラミックス部材の角部、Ｑ軸受ホルダーの角部、Ｗ溶接、

Claims

溶融金属めっき浴中に浸漬配置される連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受において、軸受は金属製軸受ホルダーとセラミックス部材とから構成され、軸受ホルダーの内面のロール軸と摺動して軸受が負荷を受ける部分に、軸方向全長にわたり溝を設け、該軸受ホルダーの溝にロール軸と摺動する摺動面側の形状を曲面とした部分円筒状体のセラミックス部材を装着したものであり、軸受ホルダーの溝の内壁面とそれと対向するセラミックス部材の外壁面との間に、溶融金属を排出させるための隙間を形成したことを特徴とする連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受。
前記セラミックス部材の円周方向両端部同士がなす角度θ１が、軸受ホルダーの溝の内面の円周方向両端部同士がなす角度θ２より１°〜１０°小さいことを特徴とする請求項１に記載の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受。
前記セラミックス部材の内径が、軸受ホルダーの内径より１〜７ｍｍ小さく、かつセラミックス部材の外径が、軸受ホルダーの溝の内径より１〜７ｍｍ小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受。
前記セラミックス部材の軸方向長さが、軸受ホルダーの溝の軸方向長さより１〜７ｍｍ小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受。
セラミックス部材の角部の形状を曲面としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受。
セラミックス部材の角部と対向する軸受ホルダーの角部の形状を曲面としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受。
軸受ホルダーの溝の両端の開口部近傍に止め具を設けて、セラミックス部材が軸受ホルダーの溝から抜け出ないようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受。
セラミックス部材が窒化ケイ素質セラミックスからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の連続溶融金属めっき浴中ロール用軸受。