JPH05221756A

JPH05221756A - 摺動用セラミックス材及びその製造方法と用途

Info

Publication number: JPH05221756A
Application number: JP2009492A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Okochi; 敬彦大河内; Tamito Kawahigashi; 民人川東
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 1993-08-31
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JP2668054B2

Abstract

(57)【要約】【目的】摺動面が摺動特性に優れると共に、摺動面を
形成する基体が機械的強度に優れた摺動用セラミックス
を提供する。【構成】本発明の摺動用セラミック材は高強度の窒化
物系セラミックスからなる基体５２と、その基体５２に
形成し自己潤滑性に優れた窒化ボロンと窒化物系セラミ
ックスを含有する摺動面５３とから構成する。【効果】低摩擦係数で耐摩耗性に優れると共に機械的
強度にも優れる。また室温から高温にわたり、又は溶融
亜鉛中でも耐摩耗性、機械的強度を維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基体が強度の高い窒化
物系セラミックスからなり、その基体に形成された摺動
面部が自己潤滑性に優れた窒化ボロンを含有する窒化物
系セラミックスからなる摺動用セラミックス材及びその
製造方法とその用途に関し、その用途は、連続溶融金属
メッキ装置における、特に溶融金属による腐食、ロール
軸からの荷重による摩耗に対して優れた特性を有した連
続溶融金属メッキ浴用ロール軸受装置、これに使用する
シンクロール、サポートロール及び軸受と摺動構造物及
び摺動部材である。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術において、摺動用セラミック
ス材は、特開平１−６５０７３号公報に記載のように、
主成分として窒化ホウ素が２０〜８０重量％含有し、残
量がＺｒＯ₂及びＹ₂Ｏ₃である混合物を焼結成形するも
のであった。また、同公報によれば窒化ホウ素含有量が
５０重量％以上になると焼結性が劣化するため焼結助剤
としてＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯあるいはこれらの混
合物を１０％以下添加した。

【０００３】また連続溶融金属メッキ装置に関しては、
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、その為、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。

【０００４】したがって、ロール軸受において摩耗量を
下げる為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。

【０００５】ところで、連続溶融金属メッキ浴用ロール
軸受にはセラミックスを利用したものとして特開平３−
１７７５５２号公報がある。この公報には、ロール軸外
周面に金属緩衝材を介してセラミックス焼結体を嵌合さ
せるとともに、軸受部分の内周面に固体潤滑性セラミッ
クスを設けた構造が示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の摺動用
セラミックス材は、セラミックスの強度の点について配
慮が十分なされておらず、例えば軸受等に使用した場合
にはそのセラミックスからなる軸受本体が割れたり、ク
ラックが発生するという問題があった。

【０００７】上記従来技術の連続溶融金属メッキ装置
は、セラミックスと固体潤滑剤との組合わせにおいて、
連続溶融金属メッキ浴中での実際の運転中の問題が配慮
されていない。つまり、セラミックスは溶融金属に対す
る耐食性に優れるが、反面、ベース金属と溶融金属との
反応によって生じる金属間化合物が固体潤滑剤を損傷す
るという全く新しい問題が生じることが判明した。

【０００８】本発明の第１の目的は、セラミックスから
なる基体の強度が高く、かつ基体に形成された摺動面が
自己潤滑性に優れている摺動用セラミックス材及びその
製造方法を提供するにある。

【０００９】また本発明の第２の目的は、軸受と軸との
摺動構造としてセラミックスと固体潤滑性部材との組合
わせにおいて、耐食及び耐摩耗性を高め、長寿命化を図
る連続溶融金属メッキ装置及びそれを用いるシンクロー
ル、サポートロール及び軸受と摺動構造物及び摺動部材
を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の摺動用セラミックス材は、窒化物系
セラミックスからなる基体表面に窒化ボロンを１０〜９
５重量％を含む窒化物系セラミックスからなる摺動面を
形成してなることを特徴としている。そして窒化物系セ
ラミックスは窒化ケイ素を主成分とするのが好ましい。

【００１１】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明の摺動用セラミックス材の製造方法はサイアロン
粉にバインダを添加してメタノール中で混練し、スプレ
ードライ法で造粒し、次いで造粒した粒末を圧粉して成
形体を作製し、その成形体を脱脂した後、窒素雰囲気中
で仮焼結し、仮焼結した仮焼結体を機械加工して摺動面
を形成し、その摺動面に窒化ボロン粉とサイアロン粉と
をメタノール中で混練して生成したスラリーを所定厚さ
塗布し、大気中で乾燥した後、窒素雰囲気中で本焼結す
ることを特徴としている。

【００１２】上記第２の目的を達成するために、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溶融金属メッキ装置にお
いて、ロール軸の摺動部及び軸受の摺動部の少なくとも
一方がセラミック焼結体表面の摺動面に固体潤滑剤を分
散したセラミックス焼成層を有することを特徴としてい
る。

【００１３】また本発明の別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シンクロー
ル及びサポートロールを備えた連続溶融金属メッキ装置
において、シンクロール及びサポートロールの少なくと
も一方のロール軸摺動面がセラミック焼結体表面の摺動
面が固体潤滑剤を分散したセラミックス焼成層を有する
ことを特徴としている。

【００１４】また本発明の連続溶融金属メッキ装置用シ
ンクロール又はガイドロールは、重量で、Ｃ：０.１５
〜０.３０％，Ｓｉ：２％以下，Ｍｎ：２％以下，Ｃ
ｒ：２０〜３０％，Ｎｉ：１０〜２０％及びＦｅ：６０
％以上の耐熱鋼よりなり、軸受との摺動面に円筒状セラ
ミック焼結体が嵌合固着され、その焼結体の摺動面に固
体潤滑剤を分散したセラミックス焼成層が設けられてい
ることを特徴としている。

【００１５】また本発明連続溶融金属メッキ装置用軸受
は、ベース金属よりなる軸受の摺動面が半円形又は円形
であり、その摺動面にセラミック焼結体が設けられ、そ
の焼結体の摺動面に固体潤滑剤を分散したセラミックス
層が設けられていることを特徴としている。

【００１６】さらに本発明の連続溶融金属メッキ装置用
シンクロール又はガイドロールは、そのロールの軸表面
の全周にその表面に固体潤滑剤を分散したセラミックス
層を有する円筒状セラミック焼結体が嵌合しており、ロ
ールは胴部と軸部とを有する耐熱合金よりなる一体構造
物であり、その軸部は胴部と接続する部分でその胴部に
向かってゆるやかな曲率で焼結体又は固体潤滑性部材嵌
合部より太径になっており、焼結体の端面と胴部との間
に金属製リングが設けられていることを特徴としてい
る。

【００１７】また、前記ロールの軸摺動部は前述の如
く、セラミックスと金属部材とが嵌合した複合部材から
なり、それら部材間にセラミックスの破壊強度以下で弾
塑性変形する中間材が介在させて少なくとも使用温度状
態でその中間材は弾塑性変形するとともに前記部材間の
熱膨脹差によって弾塑性変形され、且つ変形可能な空間
を有して配置され、セラミックスをベース金属に固着す
ることが好ましい。

【００１８】更に、前記シンクロール及びサポートロー
ルの少なくとも一方のロールの軸摺動部はセラミックス
と金属部材とが嵌合した複合部材からなり、前述と同様
に嵌合部材間に中間材を設けるものである。前述の中間
材は少なくとも使用温度状態で前記部材間の熱膨脹差に
よって弾塑性変形に対し変形可能な空間を有して配置さ
せた後、互いに嵌合させるようにするものである。

【００１９】

【作用】本発明の摺動用セラミックス材において、摺動
面に含む窒化ボロンは、自己潤滑性能を有するため、摺
動面は摺動特性に優れ、特に摩擦係数を低くでき、耐摩
耗性を向上させることでき、また、摺動面にのみ窒化ボ
ロンを含有させ、基体の部分は高強度の窒化ケイ素系セ
ラミックスを主体としたので、軸受など各種荷重、応力
等がかかる摺動部材として用いても、割れやクラック発
生の問題がない。

【００２０】また摺動面は、窒化ボロンと、基体と同材
の窒化ケイ素とから構成するので、摺動面の窒化ケイ素
のマトリックスと基体との整合性を向上できるばかりで
なく、基体と摺動面とを同時に焼結することが可能とな
る。

【００２１】摺動面における窒化ボロンの含有量は１０
〜９５重量％が好ましい。これは窒化ボロンが１０重量
％未満になると摩擦係数が増大し窒化ボロンの固体潤滑
性が失われて、基体のマトリックスの摺動特性が支配的
になり、逆に窒化ボロンが９５重量％を超えると、摺動
面に窒化ケイ素のマトリックスが形成できなくなり、摺
動面の強度が急激に低下し、摺動材として面圧に体する
座屈強度がなくなり、良好な耐摩耗性が得られないから
である。

【００２２】本発明の連続溶融金属メッキ装置に用いら
れる各ロール及び軸受において、高強度セラミックス焼
結体としてサイアロンが最も好ましいが、その他にＳｉ
Ｃ，Ｓｉ₃Ｎ₄の真空中焼成、Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂は通常
焼結したものが適用される。溶融金属としてはＡｌ，Ｚ
ｎが用いられ、これらの溶融金属に対し耐食性を備えて
いるものを用いることが好ましい。また、高強度・高硬
度セラミックスとしては、前述のものが特に好ましい
が、引張り強さ２００ＭＰａ以上、硬さがビッカース硬
さで１０ＧＰａ以上であることが望ましく、炭化物、窒
化物、酸化物、硼化物、酸窒化物及びそれらを主成分と
する複合セラミックス焼結体が用いられる。特に、最も
強度の高いサイアロンセラミックスが好ましい。

【００２３】つまり、金属からなるロール軸では、セラ
ミックス円筒体がロール軸に嵌合されるが、その際、金
属製ロール軸とセラミックス円筒体との間にセラミック
スの破壊強度以下で弾塑性変形する低降状の金属材料を
介在させる必要がある。さらに、セラミックス焼結体が
大型となる場合には、軸方向に分割し、複数個のセラミ
ックスを装着することも各種応力に対する信頼性を向上
させる手段である。

【００２４】また、軸受についても装着するセラミック
ス又は固体潤滑性部材が大型となる場合には、半円形又
は円形のものを軸方向に分割した複数個のものをベース
金属製軸受の内周に固定装着する。装着方法としては、
例えば、金属製軸受の内周面に形成された蟻溝内に挿入
し、外周よりボルトで押しつけ蟻溝内に固定する方法が
有効である。ボルトで押し付ける際に金属の薄板を介し
て行うのがよい。

【００２５】固体潤滑性を有する材料は、非金属によっ
て構成するのがよく、黒鉛粉末、カーボン繊維、ＭｏＳ
₂、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５０μｍ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％）を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
の焼結体の組合わせ、又はＢＮ、黒鉛のみからなるもの
が使用できる。

【００２６】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為金属製ロール軸と
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が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
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
期待出来、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。

【００２７】応力緩衝の中間材は、セラミックスの破壊
強度以下、１０％以下の弾塑性変形量で弾塑性変形が可
能な低降伏点を有する金属であること、特にＴｉ，Ａ
ｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｎｉまたはそれらの合金
が用いられ、また硬さＨｖが２００以上のオーステナイ
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。そして、使用温度状態でもなお変形可能な空
間を有しているのがよい。

【００２８】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、線材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出来る。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。

【００２９】

【実施例】図１は本発明に係る連続溶融Ｚｎメッキ装置
の全工程の一例を示すものである。被メッキ処理材であ
る鋼ストリップ１２はペイオフリール２に巻き取られて
おり、レベラー１１、シヤー１３、ウェルダー１４を経
て、更に電解洗浄槽１５、スクレイバー１６、リンス槽
１７を経て無酸化焼鈍炉３に入り、焼鈍された後還元炉
２５、冷却帯２８を通って溶融メッキ装置１０にてメッ
キされる。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２
３を通りテンションリール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。

【００３０】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
ルの各処理の段階に設けられる。図２は、メッキ装置１
０を拡大して示したものである。

【００３１】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２０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。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２７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。

【００３２】溶融金属メッキ浴中で使用されるガイドロ
ール装置２０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が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。

【００３３】図２でロール軸受の摩耗は矢印で示した方
向、即ち、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。

【００３４】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分割された円筒状セラミックス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
クスの化学式は次式で表わされ、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。

【００３５】

【化１】

【００３６】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ヶ成形した。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。

【００３７】また、ロール軸３３及び胴部４０は比較的
耐食性のあるステンレス鋼を用い、外径を１２２.１８m
m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ＳＵＳ３１６ステンレスパイプと銅線を交互に巻
回した。図３は円筒状のセラミックス３２に対応するロ
ール軸３３に巻回した状態である。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
え部材３５、キャップ３６、インコネル合金製バネ３７
及びボルトネジ３８でセラミックス３２を軸方向に約６
００kgf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。また、ロール軸３３はロール胴部２４に対して
曲率を大きくとって応力集中が起らないようになってい
るため、円筒状セラミックス３２をロール胴部４０に密
着させることができないので、軸の曲率の部分に空間４
１が形成されてセラミックスとロール胴部との間が密着
するようにリング３９が設けられる。円筒状セラミック
ス３２の外周部角部は欠けを防ぐため丸みを設けてい
る。内周部角部も同様に丸味を設けることができる。

【００３８】更に、ロール胴部４０は軸部３３と同じ材
質で円筒状になっており、軸部フランジに溶接によって
接合されたものである。このようにして、被圧延材のス
トリップ１２によって保持されるロール重量を軽減で
き、より振動の少ない回転とストリップ１２の高速移動
を可能にする。ロール胴部表面はストリップ１２との摩
擦を大きくするためにその表面に凹部が設けることがで
きる。

【００３９】前述のロール軸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するとともにパイプと同じ直径の
銅線をその間に巻回した。このときのパイプ巻回された
ロール軸の外径は１２８.１８mmとなり、これに内径１
２８.７mm、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ＡＩＳＩ
３１６製パイプの弾塑性変形代は１００μｍ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
れ等の問題は全くなく、ＡＩＳＩ３１６パイプが使用温
度で高い弾性を有することからも安定した嵌合が得られ
ることが分った。銅線は熱伝導率を高めるためのもので
ある。

【００４０】本実施例における円筒ロールは、重量でＣ
０.１７％，Ｓｉ０.６３％，Ｍｎ１.５５％，Ｎｉ１３.
４５％，Ｃｒ２３.６３％，残部Ｆｅからなる鋳鋼から
なるもので、共晶炭化物を有し、全オーステナイト組織
を有するものである。この材料の鍛鋼によって軸部３
３、押え部材３５、キャップ３６、ボルト３８、リング
３９のいずれも構成される。円筒ロールはくり抜き、遠
心鋳造、エレクトロスラグ再溶解による円筒等によって
製造される。

【００４１】図４は、ステンレス鋼製軸受２０の内周面
に、固体潤滑剤を分散したサイアロンセラミックス層４
８を有する半円形状に構成した窒化ケイ素焼結体４７を
装着した断面図である。窒化ケイ素焼結体４７は次の様
にして得たものである。すなわち、窒化ケイ素を主成分
とする高強度の基体に、摺動面となる凹曲面を形成し、
凹曲面の表面に窒化ケイ素と自己潤滑性に富む窒化ボロ
ンとからなる摺動面を形成した。

【００４２】図５は本発明の摺動用セラミックス材の製
造方法の実施例を示す図である。図２中実線で示す第１
の製造方法において、Ｚが０．５の組成のサイアロン粉
を用い、これに少量の焼結助剤、バインダを添加した
後、メタノール中で湿式混練し、スプレードライ法によ
り造粒した。次いで冷間静水圧法で基体となる圧粉成形
体を作製した。さらに脱脂後、窒素雰囲気下１３５０℃
で仮焼結させた。仮焼結体は、気孔率５０％程度あるポ
ーラス体であった。その焼結体を機械加工し、外形及び
摺動面となる曲率面を加工した。次いで、仮焼結体の摺
動面に相当する部分に平均粒径０．５μｍの窒化ボロン
を５０重量％含有し残りがサイアロン粉で、メタノール
溶剤により混練されたスラリーを１ｍｍ程度塗布した。
次に、大気中６００℃で十分乾燥した後、窒素雰囲気下
１７００℃で本焼結し、最後に研削及び研摩し、周方向
に垂直な断面が台形状になるよう加工し、内周面の辺の
長さが外周面の辺の長さより小さくした。なお精度がラ
フでよい軸受を製造する場合には、図５中点線でつなぐ
工程のようにしてもよい。即ち、サイアロン粉と助剤、
バインダを混練し、造粒し、次いで冷間静水圧法で基体
となる圧粉成形体を摺動面となる面を含めて作製する。
それから圧粉成形体を脱脂した後に、摺動面に相当する
部分に平均粒径０．５μｍの窒化ボロンを５０重量％、
残りがサイアロン粉で、メタノール溶剤により混練され
たスラリーを１ｍｍ程度塗布する。次に、大気中６００
℃で十分乾燥した後、窒素雰囲気下１７００℃で本焼結
し、最終的には摺動面の仕上げ加工を行う。

【００４３】ステンレス鋼製軸受２９には、前述のロー
ルと同じ合金組成の鋳鋼を用い、前述の軸受焼結体４７
が内周面に装着できるように複合材と同じ断面を有する
半円形蟻溝４５、及びネジ穴４６を加工した。すなわ
ち、図４に示す様に焼結体４７を蟻溝内４５に載置し、
裏面から半円形の前述と同じ組成のステンレス鋼製当て
板４２を介して、前述と同じ組成のステンレス鋼製ネジ
で押し付け固定した。半円形の端面を同様の材料からな
る押え板４３を用い、ボルト４４で固定した。この半円
形の焼結体４７を４個連続して軸方向に形成した。

【００４４】図６は上記構造によるロールとロール軸受
とを組合わせた断面構造である。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。そ
の結果、図７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ぜず、従来のロ
ール軸受の１／２０以下にすることが出来た。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１６０mm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。ロール軸の摺動部に設
け、軸受に固体潤滑性部材を設け円形又は半円形の全周
にしたことにより、溶融金属メッキ浴中での消耗が小さ
く長寿命を示し、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。

【００４５】図８及び図９は、摺動実験を行うために図
５に実線で示した工程により製作した軸受試験体６０と
回転ロール試験体７０との組合せを示す。この摺動実験
においては、軸受試験体６０を回転ロール試験体７０の
軸部に押しつけて摩擦係数、摩耗速度を測定した。軸受
試験体６０は高強度の窒化物系セラミックスからなる略
長方体の基体５２の一つの面に半円形で窒化ボロンを含
有する摺動面５３を有し、摺動面５３と反対側に受けホ
ルダー５８を設けたものである。一方、回転ロール試験
体７０は金属製で、ロール胴部５９端部の軸５７の周表
面に下地層５５として窒化物系セラミックスの層を形成
し、その上に窒化ボロンを含む摺動面５６を被覆したも
のである。

【００４６】この実験条件は、室温、面圧１０ kgf/c
m²、回転速度１ m/sとした。その結果、無潤滑で摩擦係
数０．１５、摩耗速度１０ μm/hであり、かじり等の問
題はなかった。

【００４７】また、同様の軸受試験体６０及び回転ロー
ル試験体７０を用いて、従来の金属製の軸受では使用困
難であった高温、無潤滑下での摺動実験を行った。その
結果、５００℃における軸受１０の摺動特性は、前記室
温における実験結果と同様で、良好であった。比較材と
して耐熱鋼の軸受を用いて同様の実験を行ったが、かじ
りのため、摩擦係数は１．０以上となり、回転不能とな
った。

【００４８】次にこられと同様の軸受試験体６０及び回
転ロール試験体７０を用い、４６０℃の溶融亜鉛中で、
面圧１０ kgf/cm²、回転速度１ m/sの条件で摺動テスト
を行った。その結果、摩擦係数、摩耗速度ともに室温に
おける実験結果と同様となり、溶融亜鉛中でも良好な摺
動特性を得られることがわかった。また比較材として従
来の耐熱鋼の軸受を用いて同じ実験を行った結果、亜鉛
による腐食摩耗の影響により、その摩耗速度は１００
μm/h以上となった。

【００４９】以上のことから、摺動面に窒化ボロンを含
有し基体を窒化ケイ素とする軸受は、薄鋼板の連続溶融
亜鉛メッキ装置において溶融亜鉛バス中で鋼板を巻きか
けて回転するロールを支持する軸受として有用であるこ
とが明らかとなった。

【００５０】本発明は、他に化学プラント、炉、加熱装
置、宇宙機器等の高温で油をきらう装置に対する摺動構
造物及び摺動部材をして使用でき、長寿命が得られる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、摺動用セラミックス材
を、摺動面に自己潤滑性のある窒化ボロンを含有させ、
その摺動面を支える基体を高強度の窒化物系セラミック
スから構成したので、摺動材として低摩擦係数で耐摩耗
性に優れ、かつ基本体が機械的強度に優れ、高い荷重、
高い応力を受ける軸受等に使用することができ、割れ、
クラックの発生を防止することができ、またこの摺動用
セラミックス材は、高温の大気中または溶融亜鉛中にお
いても摺動性及び強度を維持できるので、例えば薄鋼板
の連続溶融亜鉛メッキ装置における亜鉛バス中に浸漬し
て荷重を担う軸受として用いることができる。

【００５２】また本発明によれば、摺動用セラミックス
材の製造方法を、サイアロン粉の仮焼結体を加工して摺
動面を形成し、その摺動面に窒化ボロン粉とサイアロン
粉のスラリーを所定厚さ塗布し、本焼結し、その焼結体
の摺動面を仕上げ加工するので、摺動材として低摩擦係
数で耐摩耗性に優れ、かつ基体が機械的強度に優れた摺
動用セラミックスを得ることができる。

【００５３】本発明によれば、連続溶融金属メッキ装置
に用いるロールの軸部の摺動面及びその軸部を支持する
軸受の摺動面の少なくとも一方がセラミックス焼結体表
面の摺動面に固体潤滑剤を分散したセラミックス層を有
するように構成したので、各摺動面が溶融金属メッキ浴
中で消耗する量が小さく長寿命を示し、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。

【００５４】本発明は、他に化学プラント、炉、加熱装
置、宇宙機器等の高温で油をきらう装置に対する摺動構
造物及び摺動部材をして使用でき、長寿命が得られる。

【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
である。

【図２】亜鉛メッキ槽の断面図である。

【図３】シンクロールの断面図である。

【図４】軸受の断面図である。

【図５】本発明の実施例の摺動用セラミックスの製造方
法を示す図である。

【図６】ロール軸と軸受とを組合わせた断面図である。

【図７】摺動試験による摩耗量と摺動日数との関係を示
す線図である。

【図８】摺動実験に用いた軸受試験体及び回転ロールを
示す図である。

【図９】図８のＡ−Ａ断面図である。

【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鋼ストリップ１９シンクロール２０サポートロール装置２４シンクロール装置２５還元炉装置２６メッキ浴２７ワイピングノズル２９ロール軸受シェル３０メッキ槽３２円筒状セラミックス３３ロール軸３４中間材３５押え部材３９リング４０ロール胴部４２当て板４７窒化ケイ素焼結体４８固体潤滑剤分散セラミックス層５２基体５３摺動面（軸受側）５５下地層５６摺動面（ロール軸側）５７軸５９ロール胴部６０軸受試験体７０回転ロール試験体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化物系セラミックスからなる基体表面
に摺動面として窒化ボロンを１０〜９５重量％を含む窒
化物系セラミックスからなる表面層を形成してなること
を特徴とする摺動用セラミックス材。
【請求項２】前記窒化物系セラミックスは窒化ケイ素
を主成分とすること特徴とする請求項１記載の摺動用セ
ラミックス材。
【請求項３】サイアロン粉にバインダを添加してメタ
ノール中で混練し、造粒し、次いで該造粒した粒末を圧
粉して成形体を作製し、該成形体を脱脂した後、窒素雰
囲気中で仮焼結し、該仮焼結した仮焼結体を加工して摺
動面を形成し、該摺動面に窒化ボロン粉とサイアロン粉
とをメタノール中で混練して生成したスラリーを所定厚
さ塗布し、大気中で乾燥した後、窒素雰囲気中で本焼結
し、該本焼結した焼結体の摺動面を仕上げ加工すること
を特徴とする摺動用セラミックス材の製造方法。
【請求項４】金属溶湯中で軸受に支持されて回転する
ロールを備えた溶融金属メッキ装置において、前記ロー
ル軸摺動面及び軸受摺動面の少なくとも一方がセラミッ
クス焼結体表面の摺動面に固体潤滑剤を分散したセラミ
ックス焼成層を有することを特徴とする連続溶融金属メ
ッキ装置。
【請求項５】金属溶湯中で軸受に支持されて回転する
シンクロール及びサポートロールを備えた溶融金属メッ
キ装置において、前記シンクロール及びサポートロール
の少なくとも一方のロール軸摺動面がセラミック焼結体
表面の摺動面に固体潤滑剤を分散したセラミックス焼成
層を有することを特徴とする連続溶融金属メッキ装置。
【請求項６】金属溶湯中で軸受に支持されて回転する
ロールを備えた溶融メッキ装置において、前記ロールは
耐熱合金よりなり、該ロール軸摺動面全周に円筒状セラ
ミック焼結体が嵌合固着しており、前記ロール軸部とロ
ール胴部とは一体構造物であり、該ロール軸部の前記ロ
ール胴部接続部はゆるやかな曲率で前記セラミック焼結
体嵌合部より太径になっており、前記円筒状セラミック
焼結体とロール胴部との間に金属製リングが設けられて
いることを特徴とする連続溶融金属メッキ装置。
【請求項７】重量で、Ｃ：０.１５〜０.３０％，Ｓ
ｉ：２％以下、Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：２０〜３０％，
Ｎｉ：１０〜２０％及びＦｅ：６０％以上の耐熱鋼より
なり、軸受との摺動面に円筒状セラミック焼結体が嵌合
固着され、該焼結体の摺動面に固体潤滑剤を分散したセ
ラミックス焼成層が設けられていることを特徴とする連
続溶融金属メッキ装置用シンクロール。
【請求項８】重量で、Ｃ：０.１５〜０.３０％，Ｓ
ｉ：２％以下，Ｍｎ：２％以下，Ｃｒ：２０〜３０％，
Ｎｉ：１０〜２０％及びＦｅ：６０％以上の耐熱鋼より
なり、軸受との摺動面に円筒状セラミック焼結体が嵌合
固着され、該焼結体の摺動面に固体潤滑剤を分散したセ
ラミックス層が設けられていることを特徴とする連続溶
融金属メッキ装置用ガイドロール。
【請求項９】ベース金属よりなる軸受の摺動面が半円
形又は円形であり、該摺動面にセラミック焼結体が設け
られ、該焼結体の摺動面に固体潤滑剤を分散したセラミ
ックス層が設けられていることを特徴とする連続溶融金
属メッキ装置用軸受。