JP4725759B2

JP4725759B2 - 溶融金属浴中の軸受装置

Info

Publication number: JP4725759B2
Application number: JP2001043713A
Authority: JP
Inventors: 努高杉
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: JP2002241915A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板に亜鉛やアルミニウム等の溶融金属めっきを施す際に連続溶融金属浴中に浸漬して用いられるロール、特にシンクロールやサポートロールの軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から連続溶融金属めっきラインのめっき浴としては、図５に示す装置が用いられている。図５において、溶融金属めっき浴１内には、めっきを施す鋼板２を連続して通板するためのシンクロール３、及び一対のサポートロール４が設置されている。シンクロール３は、溶融金属めっき浴１の底部に配置され、浴中に送られてきた鋼板２の進行方向を上方の浴面側に変えるものである。通常、シンクロール３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。一対のサポートロール４は、シンクロール３を通過した後の浴面に近い位置に設けられ、外部のモーターによりスピンドルを介して駆動される。この一対のサポートロール４は、鋼板２を挟み込んで鋼板２のパスラインを保ち、シンクロール３を通過した際に生じる鋼板２の反りを矯正する作用を行う。溶融金属めっき浴１の上方部には、めっき厚を均一に制御するために一対のノズル５が設置されている。
【０００３】
シンクロール３やサポートロール４の軸受としては、滑り軸受や転がり軸受が用いられている。図６は、シンクロール３の軸受装置として従来から用いられている滑り軸受の一例を示す図であり、シンクロール３のロール軸３ａは、アーム６に設けた軸受７で支持する構成になっている。そして、ロール軸３ａは、円筒状の軸受７の内周面と幅Ｅにわたって接触しながら摺動回転する。軸受７は、溶融金属を潤滑剤として使用するために、軸受７の内径はロール軸３ａの外径より大きくして、ロール軸３ａと隙間Ｄが生じるようにしている。また、ロール軸３ａと摺動接触する軸受７は、溶融金属に対して耐食性、かつ耐摩耗性のある材質から作られている。この軸受７としては、Ｃｒ鋼，Ｎｉ−Ｃｒ鋼、低炭素鋼等の溶融金属に対する耐食性の高い合金鋼やセラミックスを使用したり、あるいはこれらの材質の表面に耐食性合金やセラミックスを溶射したものが使用されていた。なお、ロール軸３ａの材質は、一般にはステンレス鋼が用いられている。
【０００４】
軸受７は溶融金属による侵食と機械的すべりとの相乗作用により、実質的に負荷を受ける上部の摩耗が著しく早いため、通常２週間程度の短周期でロール３を溶融金属めっき浴１から引き上げて軸受７の交換が行われおり、生産性低下、保守費用増大を招いていた。さらに、軸受７の摩耗により回転振動が発生すると、ノズル５と鋼板２との間隔を一定に保つことができなくなり、鋼板２に均一な膜厚のめっきを施すことができなくなるという課題があった。また、サポートロール４の軸受にガタツキが発生すると、その回転中心軸が偏心しながら回転するために鋼板２に振動を与え、この振動によりノズル５と鋼板２との間隔が変動し、均一なめっき層を形成できなくなる不具合も発生していた。特に、近年のめっき速度の高速化に対して、このようなめっき品質の低下は大きな課題となっていた。
【０００５】
上記の課題に対しては、軸受７のセラミックス化が検討され、耐摩耗性の点において性能の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いる。しかしながら、シンクロール３のロール軸３ａの摩耗、アーム６の熱膨張や変形によりロール３の回転に偏心が生じる現象が発生していた。ロール３の回転に偏心が生じると、前記の通り、鋼板２に均一な膜厚のめっきを施すことができなくなる。従って、シンクロール３やサポートロール４の回転に偏心が発生した場合には、これらの軸受に直ちに自動調芯する機能を持たせると、軸受やロールをメンテナンスすることなく、鋼板２に長日数にわたって均一な膜厚のめっきを施すことが可能になる。
【０００６】
上記のようなシンクロール３の回転ムラをなくする対策としては、例えば、特開平８−１４４０３５号公報には、ロール軸の両端外径面に互いに向きの異なる軸方向テーパを付し、これに外嵌する軸受はそれぞれ内面を該テーパと嵌合する形状にするとともにロール軸方向に移動可能に形成した溶融金属めっき浴中ロール軸支持装置が開示されている。同公報に開示されている軸支持装置は、軸受箱を軸方向に移動させることによってロール軸と支持部の隙間をなくし、よって軸受部のガタに起因したロールとの触れ回りによって生じる鋼板の振動を防止しようとするものである。
【０００７】
特開平７−１７３５９３号公報には、溶融金属めっき浴中のロール支持装置として、少なくとも一方の軸受箱は転がり軸受を構成する外輪を軸方向に揺動自在に支持する調芯リングを用いた転がり軸受を採用することにより、温度変化に伴うロール全長の膨張、収縮をこの調芯リングにより吸収させることが開示されている。
【０００８】
特開２０００−６４００８号公報には、通板速度が２５０ｍ／分の高速ラインスピードに十分追従しかつ耐久性を確保する滑り軸受け構造の提供を目的として、ロール軸外径に対して１〜１５ｍｍ大きな内径を有するセラミックス製軸受けと、この滑り軸受け外径に対して０．１５〜１５ｍｍ大きい滑り軸受けを保持する穴を設けたロールホルダーアームで構成された溶融金属めっき浴用滑り軸受け構造が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平８−１４４０３５号公報に開示されている軸支持装置では、軸受部を構成する互いに嵌り合うテーパ状のリング部材等の部材を必要とするのみならず、ロールを回転駆動しているモーターの負荷を検出して、この検出負荷に基づいて軸受を設置したアームをロール軸方向にスライドさせる機構を必要し、装置全体が極めて複雑になるという問題がある。
【００１０】
特開平７−１７３５９３号公報に開示されているロール支持装置は、自動調芯機能を有しているが、転がり軸受を用いた支持装置であるために軸受部の構造が複雑になり、かつ部品点数も多くなるという問題がある。
【００１１】
特開２０００−６４００８号公報に開示されている溶融金属メッキ浴用滑り軸受け構造は、内周面の全体が平坦な円筒状形状であるため、軸受の内周面がロール軸と摺動接触する長さは軸受の幅とほぼ等しくなる。従って、高速通板に対しては摺動抵抗が大きくなり易い。
【００１２】
本発明は上記問題を解決するために、極めて簡単な構造であり、かつシンクロールあるいはサポートロールがその回転軸が偏心して回転しても、ただちに正常な回転に復帰する自動調芯機能を有するとともに、高速通板に対しても小さい摺動抵抗で追従することができる溶融金属浴中の軸受装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶融金属浴中に浸漬配置されるロールの軸受装置において、セラミックスで構成された一の軸受を有し、ロール軸と摺動接触する前記軸受の内周面の前記ロール軸の軸心方向を含む断面形状が凸状かつ円弧状であるとともに当該凸状かつ円弧状の断面形状の最も高い頂点は軸心方向において前記軸受の中央部にあり、さらに前記ロール軸の軸心方向において前記軸受の内周面の両端部には球面部が形成されていることを特徴とする溶融金属浴中の軸受装置である。また本発明は、上記断面形状が凸状の内周面において、内周面の最小内径部を平坦にした溶融金属浴中の軸受装置である。
【００１４】
さらに本発明は、前記軸受の内周面の最大内径と最小内径との差が１ｍｍ以上、かつ最小内径より内径が大きい部分の占める領域が２分の１以上として溶融金属浴中の軸受装置である。また、本発明の溶融金属浴中の軸受装置は、軸受が軸方向または円周方向に分割されて構成されたものでもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第1の実施の形態を示す要部断面図である。シンクロール等においては、ロールの両端に設けたロール軸が各々軸受に支持されているが、図１では一方の軸受のみを示している。図１において、シンクロール（またはサポートロール）３のロール軸３ａは、アーム６に設置した円筒状の軸受８により支持されている。軸受８は、アーム６の孔部に若干の間隔Ｌを設けて装着する。この間隔Ｌは、アーム６と軸受８との熱膨張係数の差による膨張量の差を吸収するために設けるものである。
【００１６】
円筒状の軸受８の内周面には、凸状部８ａを形成する。この凸状部８ａは図１に示すように、ロール軸３ａを含む断面形状が一様な凸状になるようにする。凸状部８ａにおいて、その突出高さが最も高くなる頂点部分８ｂは、軸受８の軸心方向Ｂ−Ｂのほぼ中央部分に形成する。そして、シンクロール３が正常に稼動しているときには、この頂点部分８ｂを含む平面Ａ−Ａはシンクロール３の軸心Ｂ−Ｂと直交するように頂点部分８ｂを形成し、頂点部分８ｂとその近傍を含む極めて狭い面積がロール軸３ａと摺動接触するようにする。
【００１７】
また、軸受８の端部から突出する凸状部８ａの突出高さは、０．５ｍｍ以上、好ましくは０．５〜２ｍｍにするとよい。すなわち、軸受８の内周面の最大内径と最小内径との差は１ｍｍ以上にするとよい。この突出高さＨが２ｍｍより大きくなると、頂点部分８ｂに応力が集中し易くなってこの部分から破壊が生じる危険性が生じるからである。また、突出高さＨが０．５ｍｍより小さくなると、ロール３の軸心Ｂ−Ｂが偏心したときに自動調芯作用が低下し、また、凸状部８ａとロール軸３ａとが摺動接触する面積が大きくなり摺動抵抗が増加するからである。ロール軸３ａの外径よりも軸受８の内径を大きくして、ロール軸３ａと軸受８の頂点部分８ｂとの間には隙間Ｄを設けるようにする。この隙間Ｄを設けることにより、ロール軸３ａと軸受８との熱膨張係数の差による軸受８の破壊防止と、溶融金属を摺動接触部に対する潤滑剤として作用させることができる。この隙間Ｄは５〜１５ｍｍが好ましい。
【００１８】
図１に示す本発明の第１の実施の形態においては、ロール３が偏心することがなく正常に回転しているときには、凸状部８ａの頂点部分８ｂとその近傍がロール軸３ａにほぼ点接触の状態で摺動接触する。このため、ロール軸３ａと軸受８との摺動抵抗が極めて低くなり、鋼板２の通板速度が２００ｍ／分以上の高速ラインスピードに対しても追従することができる。
【００１９】
軸受８の材質としては、窒化珪素、サイアロン等のセラミックスを用いることが望ましい。しかし、前記のように、ロール軸３ａと軸受８とが摺動接触する部分は、軸受８に形成した頂点部分８ｂの近傍と極めて狭い領域であるため、摺動抵抗は極めて小さくなる。このため、本発明においては、軸受８とロール軸３ａとの摺動抵抗が小さくなるような材質を選択する必要性がなくなるという効果がある。
【００２０】
続いて本発明の溶融金属浴中の軸受装置の自動調芯作用について説明する。図２に示すように、アーム６の熱膨張や変形、あるいはロール軸３ａの摩耗した部分が軸受８に接触して瞬間的に軸受８に対してロール軸心Ｂ−Ｂが偏心すると、ロール３には鋼板２から上方への通板に伴う引張力が作用して、直ちに図１に示すようにロール軸３ａは軸受８の頂点部分８ｂと摺動接触する正常な状態に復帰して高速通板に追従することができるようになる。これにより、鋼板２のめっき品質の低下を防止することができる。また、軸受８の内周面の全面に凸状部８ａを形成しているので、軸受８の両端部には球面部（Ｒ部）が形成されるので、図２に示すようにロール軸３ａが偏心しても、この軸受８の端部はロール軸３ａと接触する危険性はなくなり、軸受８の破壊を防止することができる。
【００２１】
続いて本発明の第２の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３においては、軸受８の凸状部８ａのほぼ中央部、すなわち、図１に示す頂点部分８ｂを含む近傍を、軸受８の内周面の全周にわたって長さＨの平坦部８ｃを設け、この平坦部８ｃがロール軸３ａと摺動接触させるようにしたものである。ロール３が正常に回転しているときには、平坦部８ｃはロール３の軸心Ｂ−Ｂと平行になるように形成する。このように長さＨの平坦部８ｃを設けることにより、凸状部８ａに対する応力集中を前記第１の実施の形態と比較して低減させることができる。平坦部８ｃの長さＨは、軸受８の軸方向の長さの２分の１より小さく、すなわち、軸受８の内周面の最小内径より内径が大きい部分の占める領域が２分の１以上にすることが好ましい。この理由は、平坦部８ｃの長さＨを軸受８の軸方向の長さの２分の１より大きくすると、平坦部８ｃとロール軸３ａと摺動抵抗が増加して高速通板に追従できなくなるからである。
【００２２】
図４は本発明の第３の実施の形態を示すもので、図１に示す円筒状の軸受８を軸心Ｂ−Ｂ方向と直交する向き（軸受８の円周方向）に３分割して軸受を構成したもので、頂点部分８ｂを含む軸受部９、外側に位置する軸受部１０、ロール３側に位置する軸受部１１を各々別個に製作して一体化したものである。この実施の形態に示す軸受は、ロール軸３ａと摺動接触する軸受部９を窒化珪素、サイアロン等のセラミックス部材とし、他の軸受部１０、１１はステンレス鋼等からなる部材から製作する。また、全ての軸受部９、１０、１１をセラミックス部材で形成してもかまわない。また、図示していないが、軸受部９の内周面の全面に図３に示す平坦部８ｃを設けてもよい。
【００２３】
以上に説明した本発明の実施の形態の他に、図１あるいは図３に示す軸受８をロール軸Ｂ−Ｂ方向に半割りした半円筒形状にし、ロール軸３ａから負荷がかかる方向の半円筒状軸受に凸状部を形成してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明した本発明は、次の効果を有している。
（１）軸受の内周面を円弧状に形成しているために、ロール軸が瞬間的に偏心しても直ちに自動的に調芯作用が働き、ロールが正常な回転に復帰する。このため、鋼板のめっき品質の低下を防止することができる。
（２）軸受とロール軸とが点接触に近い状態、あるいは極めて狭い面積で摺動接触させることができるため、従来の軸受と比較してロール軸の回転時の摺動抵抗を低下させることができる。これにより、高速通板速度に正常に追従することが可能な溶融金属めっき浴中の軸受装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す要部断面図である。
【図２】図１において、ロール軸が偏心したときの状態を示す要部断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す要部断面図である。
【図５】溶融金属めっき浴の構成を示す説明図である。
【図６】従来の溶融金属めっき浴に使用されている滑り軸受の構造の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１：溶融金属めっき浴、２：鋼板、３：シンクロール、
３ａ：ロール軸、４：サポートロール、５：ノズル、
６：アーム、７：軸受、８：軸受、
８ａ：凸状部、８ｂ：頂点部分、８ｃ：平坦部、
９：分割した軸受部、１０：分割した軸受部、１１：分割した軸受部

Claims

溶融金属浴中に浸漬配置されるロールの軸受装置において、セラミックスで構成された一の軸受を有し、ロール軸と摺動接触する前記軸受の内周面の前記ロール軸の軸心方向を含む断面形状が凸状かつ円弧状であるとともに当該凸状かつ円弧状の断面形状の最も高い頂点は軸心方向において前記軸受の中央部にあり、さらに前記ロール軸の軸心方向において前記軸受の内周面の両端部には球面部が形成されていることを特徴とする溶融金属浴中の軸受装置。
前記軸受の内周面の最小内径部が平坦であることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属浴中の軸受装置。
前記軸受の内周面の最大内径と最小内径との差が１ｍｍ以上、かつ最小内径より内径が大きい部分の占める領域が２分の１以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶融金属浴中の軸受装置。
前記軸受が軸方向または円周方向に分割されて構成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の溶融金属浴中の軸受装置。