JP5822705B2 - 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
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 Download PDFInfo
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 前記基体は、内面が前記一面となる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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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(Al2O3)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。
- 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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