溶融金属めっき浴用滑り軸受装置
【課題】調心機能を有し、かつ荷重の高い場所でも使用可能なセラミックス製の滑り軸受を備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置を提供する。
【解決手段】セラミックス製滑り軸受１１と金属製軸受ホルダ１２との間に調心部材１３を備え、調心部材１３と金属製軸受ホルダ１２との接触面の一方が球面の凸面であり、他方がこの球面と面で接触する球面の凹面である溶融金属めっき浴用滑り軸受装置１０とする。
【解決手段】セラミックス製滑り軸受１１と金属製軸受ホルダ１２との間に調心部材１３を備え、調心部材１３と金属製軸受ホルダ１２との接触面の一方が球面の凸面であり、他方がこの球面と面で接触する球面の凹面である溶融金属めっき浴用滑り軸受装置１０とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動調心機能を有する溶融金属めっき浴用滑り軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車体等に用いられる溶融金属めっき鋼板の製造は、連続焼鈍炉で焼鈍された薄鋼板を、溶融金属めっき浴中に浸漬して通過させることにより行われる。溶融金属めっき浴へと進入した薄鋼板は、めっき浴中に設置されたシンクロールにより上方へ方向転換された後、浴中に設置されたコレクトロールやスタビライズロールによって鋼板の反りや振動を抑制される。そして、これらのロールを経た鋼板は、めっき浴面直上に設置されたガスワイピング装置によって余剰めっきを払拭されることにより、所定のめっき付着量に調整される。
【０００３】
溶融金属めっき浴中に配置されるシンクロール等の軸受は、高温の溶融金属において高負荷で使用されるため、ステンレス鋼の摩擦面に耐摩耗性高硬度合金を溶射した材質などでは摩耗が速い。軸受の交換にはめっきラインを停止する必要があるため、軸受の寿命は溶融めっき鋼板の生産性と直結する。そこで、軸受の寿命を延ばすために、硬度及び耐熱性の高いセラミックスの部材を用いたセラミックス製の軸受が用いられている。
【０００４】
セラミックス製の軸受は、金属製の軸受ホルダにより保持される。この軸受ホルダには一般的にステンレス鋼が用いられる。ステンレス鋼の熱膨張係数は１７．８×１０−６／Ｋであり、セラミックスの熱膨張係数３×１０−６／Ｋに比べて大きい。そのため、溶融金属めっき浴中では、軸受と軸受ホルダの間に間隙が生じる。セラミックス製の軸受として球軸受を使用する場合、この間隙及び球軸受の内部に溶融金属が侵入する。メンテナンスのためにロールをめっき浴から引き上げると、温度低下により侵入した溶融金属が凝固固着するとともに、軸受及び軸受ホルダが熱収縮する。これにより、上述した熱膨張係数の差から、凝固固着した溶融金属を介して強い圧縮力が球軸受に掛かる。そのため、球軸受が破損する場合があった。また、球軸受が自動調心機能を有している場合、溶融金属の凝固固着により自動調心機能が機能しなくなる場合があった。球軸受は構造が複雑であり、このような事態を解決することが困難であった。
【０００５】
そのため、一般的にはセラミックス製滑り軸受（以下単に「軸受」ということがある）が用いられている。特許文献１には、硬質セラミック焼結体からなる軸受を鋼製の保持器（軸受ホルダと同義。以下同じ。）で変位可能に保持し、保持器の内面と軸受の背面との曲率半径の比が１．０〜１．５である連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置が開示されている。かかる技術によれば、軸受材料を、摩擦係数が小さくかつ耐摩耗性に優れる硬質セラミック焼結体としたことにより、浴中ロールを無駆動化できて金属帯振動の問題が解消し、軸受の摩耗速度が遅くなる。ロールの保持器が軸受を変位可能に保持することで、残留めっき金属による圧縮力過負荷を回避しうるので、硬質セラミック焼結体の割損を防止することができるとされている。
【０００６】
また、特許文献２には、サポートロール軸受を支持するハンガー（軸受ホルダと同義。以下同じ。）の支持部、又はサポートロール軸受のハンガー接触部を凸状に形成した溶融金属めっき浴中のサポートロール支持構造が開示されている。かかる技術によれば、軸受とロール軸とのずれがなく平行に保つことができるため、ロールの回転不良にともなうめっき鋼帯の擦り疵を防止し、品質、歩留を向上させることができるとされている。
【特許文献１】特開２００１−２６２２９９号公報
【特許文献２】実開平５−７７２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
セラミックス製の滑り軸受では軸受の摩耗は極めて少ないが、金属である軸が摩耗する。軸が摩耗すると軸と軸受の径差が大きくなるため、軸受の中で軸が転がり振動を起こす。この転がり振動が伝播して鋼板を振動させることで、めっき付着面の品質が低下する。そこで、セラミックス製の滑り軸受を用いる場合には、軸受と軸の径差を可能な限り小さく設計し、転がり振動を抑制することが好ましい。しかし、軸受と軸の径差を小さくすることにより、軸受と軸との軸心が一致しない場合には軸と軸受とが干渉し、負荷が掛かることで軸が滑らかに回転しない。また、軸受と軸との軸心が一致しないことで軸に偏摩耗が生じ、軸の転がり振動が大きくなる。これらにより、めっき付着面の品質が低下する。したがって、セラミックス製の滑り軸受を備えた溶融金属めっき浴用滑り軸受装置（以下単に「軸受装置」ということがある。）では、軸及び軸受の軸心を一致させる調心機能を有することが必要である。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の技術では、軸受装置が調心機能を有していないため、上述のとおり軸が滑らかに回転せず、又は軸に偏摩耗が生じることで、めっき付着面の品質が低下するという問題があった。
【０００９】
特許文献２に記載の技術では、軸受装置が調心機能を有しているが、軸受とハンガーとの接触部が小さく、軸荷重の高い場所には使用できないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題を解決するため、調心機能を有し、かつ荷重の高い場所でも使用可能なセラミックス製の滑り軸受を備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて適宜付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、セラミックス製滑り軸受（１１）と、セラミックス製滑り軸受を保持する金属製ホルダ（１２）とを備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置（１０）において、セラミックス製滑り軸受と金属製軸受ホルダとの間に調心部材（１３）を備え、調心部材と金属製軸受ホルダとの接触面の一方が球面の凸面（１３ｂ）であり、他方が球面と面で接触する球面の凹面（１８）であることを特徴とする溶融金属めっき浴用滑り軸受装置を提供することにより前記課題を解決する。
【００１３】
「球面」とは、球体の表面の一部の形状を有する面を意味する。したがって、凹面であれば、窪んでいる面が球体表面の一部の形状である。凸面であれば、張り出している面が球体表面の一部の形状である。
【００１４】
また、軸受に用いられるセラミックス材料の具体例としては、サイアロン、窒化ケイ素等を挙げることができる。また、金属製ホルダに用いられる金属材料の具体例としては、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）を挙げることができる。さらに、溶融金属めっき浴に含まれる溶融金属の具体例としては、亜鉛、亜鉛−アルミニウム合金、等を挙げることができる。ただし、上述した具体例には特に限定されず、これらの物品には他の物質を用いることも可能である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、セラミックス製滑り軸受（２１）と、セラミックス製滑り軸受を保持する金属製ホルダ（２２）とを備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置（２０）において、セラミックス製滑り軸受と金属製軸受ホルダとの間に調心部材（２３、２４）を備え、調心部材と金属製軸受ホルダとの接触面の一方が円筒面の凸面（２３ｂ、２４ｂ）であり、他方が円筒面と面で接触する円筒面の凹面（２８ａ、２８ａ）であることを特徴とする溶融金属めっき浴用滑り軸受装置を提供することにより前記課題を解決する。
【００１６】
ここで、円筒面は、円筒形の側面の形状であり、面の一方を同一形状の円弧とし、他方を直線とする形状である。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の溶融金属めっき浴用滑り軸受装置（１０、２０）において、調心部材（１３、２３、２４）の材質がめっきの溶融金属と濡れ性の悪い材料であるとともに、セラミックス製滑り軸受（１１、２１）の固定部材（１４、２５、２５）に応力低減手段が備えられることを特徴とする。
【００１８】
「溶融金属と濡れ性の悪い材料」とは、その材料を溶融金属浴に浸漬して引き上げたときに、その材料の表面に溶融金属の付着が目視で認められないものをいう。また、「応力低減手段」とは、軸受装置の熱収縮により軸受に生じる応力を、軸受の変位を許容することで低減する手段である。溶融金属めっき浴中で用いることができるものであれば、特に限定されずに用いることができる。例えば、板バネなどの弾性部材を用いることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴用滑り軸受装置（１０、２０）において、調心部材（１３、２３、２４）がカーボン系材料であることを特徴とする。カーボン系材料の具体例としては、カーボンコンポジットを挙げることができる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、接触面が球面の調心部材を用いることで、軸受装置は回転方向を制限されない軸受の調心機能を有する。これにより、軸受と軸との軸心を一致させることで、軸受と軸の径差を小さくすることができ、軸の振れ回りが防止される。また、軸の偏摩耗が抑制される。そのため、鋼板の振動が減少し、めっきの品質を向上させることができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、接触面が円筒面の調心部材を用いることで、軸受装置は円筒面の円弧により回転する軸受の調心機能を有する。これにより、軸受と軸との軸心を一致させることで、軸受と軸の径差を小さくすることができ、軸の振れ回りが防止される。また、軸の偏摩耗が抑制される。そのため、鋼板の振動が減少し、めっきの品質を向上させることができる。なお、回転方向を変えて２箇所に調心部材を配置することで、軸受装置は回転方向を制限されない軸受の調心機能を有することが可能である。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、調心部材として溶融金属と濡れ性の悪い材料を用いることで、軸受と軸受ホルダとの間への溶融金属の侵入を防止することができる。また、軸受の固定部材に応力低減手段が備えられることで、軸受装置の熱収縮により軸受に生じる応力が固定部材により低減される。これにより、熱応力により軸受が破損することを防止することができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、カーボンは摩擦係数が０．１未満と極めて小さいことから、調心部材にカーボン系材料を用いることで調心を滑らかに行うことができる。また、カーボンは溶融金属との濡れ性が極めて悪く、ヤング率も鋼の約１／４と低いことから、溶融金属の侵入が防止され、軸受ホルダからの熱収縮による荷重が吸収される。これにより軸受に係る応力が低減し、セラミックス製滑り軸受の破損を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に示す実施形態に基づき、本発明に係る軸受装置を説明するが、以下に説明するものは本発明の実施形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り以下の説明になんら限定されるものではない。
【００２５】
図１は、金属溶融めっきに用いる機器の配置状況を模式的に示す図である。シンクロール１、コレクトロール２、及びスタビライズロール３の３つのロールが配置されている。シンクロール１は軸受装置１０、コレクトロール２は軸受装置２０、スタビライズロール３は軸受装置３０によりそれぞれ支持され、これらは溶融金属めっき浴４内に配置されている。鋼板５は、シンクロール１、コレクトロール２、及びスタビライズロール３と接している。かかる構成により、溶融金属めっき浴４に進入した鋼板５は、シンクロール１によって上方へ方向転換された後、コレクトロール２及びスタビライズロール３によって、反りや振動を抑制され、溶融金属めっき浴４から出る。この時、シンクロール１のロール軸１ａ、コレクトロール２のロール軸２ａ、及びスタビライズロール３のロール軸３ａは、軸受装置１０、２０、３０により支持されているため、それぞれのロール１〜３が回転することで、鋼板５が走行する。このように、シンクロール１は鋼板５と下方で接することで上方への荷重を受けるため、軸受装置１０はシンクロール１のロール軸１ａの上方に配置されている。一方、コレクトロール２、及びスタビライズロール３は、鋼板５と水平方向から接することで横荷重を受けるため、軸受装置２０、３０はコレクトロール２のロール軸２ａ、及びスタビライズロール３のロール軸３ａの周囲に配置されている。
【００２６】
図２は、本発明の第１実施形態である軸受装置１０を模式的に示す図である。図２（ａ）は、軸受装置１０をロール軸１ａ（図１参照）の長手方向から示した図（以下「正面図」とする。）である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）の矢印Ｒは、ロール軸１ａ（図１参照）の回転方向を表す。軸受装置１０は、軸受１１と金属製軸受ホルダ（以下単に「軸受ホルダ」ということがある。）１２との間に調心部材１３を備えている。そして、軸受１１の周方向（ロール軸１ａの回転方向。以下同じ。）と直交する端面１１ｃ、１１ｄは、それぞれ軸受ホルダ１２及び固定部材１４で支持されている。そして、固定部材１４が軸受ホルダ１２に固定されている。以下、各部材１１〜１４について説明する。なお、説明において、ロール軸１ａの軸心をＯとし、各部材について軸心Ｏ側の面を内面、軸心Ｏと反対側の面を外面とする。また、図２（ａ）の紙面垂直方向を幅方向として説明する。
【００２７】
図３は、軸受１１の構造図である。図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図３（ｃ）は上面図である。軸受１１は、概ね中空円筒における周方向の一部の形状である。軸受１１の内面１１ａは平らであるが、外面１１ｂには突起１５が設けられている。
【００２８】
図４は、調心部材１３の構造図である。図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図４（ｃ）は上面図である。調心部材１３は、図４（ｂ）のとおり断面が略三日月形状の部材である。全体としては、図４（ａ）のとおり概ね中空円筒における周方向の一部のような形状となっている。内面１３ａは、軸受１１の突起１５（図３参照）と嵌合する窪み１６を有している。外面１３ｂは、球面の凸面（以下「凸面１３ｂ」ということがある。）となっている。また、調心部材１３の周方向と直交する端面１３ｃ、１３ｄは、幅方向の形状が円弧となっている。なお、軸受ホルダ１２（図２参照）への組み込みから、図４（ａ）、図４（ｂ）のとおり調心部材１３を周方向に分割することが好ましい。
【００２９】
図５は、軸受ホルダ１２の構造図である。図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ断面図、図５（ｃ）は上面図である。軸受ホルダ１２の内面１２ａは、調心部材１３の凸面１３ｂ（図４参照）と面で接触する球面の凹面１８を有している。凹面１８には調心部材１３が組み込まれることから、凹面１８の幅方向の端面１８ｃ、１８ｄの形状は、調心部材１３の端面１７ｃ、１７ｄと同様に、円弧となっている。
【００３０】
図６は、固定部材１４の構造図である。図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は右側面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）の上面図である。固定部材１４は、軸受１１の支持部１４ａ及び軸受ホルダ１２との固定部１４ｂを有している。
【００３１】
以上により、図２のとおり、軸受ホルダ１２内面１２ａの凹面１８（図５参照）と、調心部材１３外面の凸面１３ｂ（図４参照）とを接して、軸受ホルダ１２に調心部材１３が組み込まれる。凸面１３ｂと凹面１８とは、面で接触する。この接触面は固定されず、調心部材１３の凸面１３ｂは、軸受ホルダ１２の凹面１８を滑ることができる。凸面１３ｂ及び凹面１８が球面であることから、これにより調心部材１３は軸受ホルダ１２に対して方向を制限されることなく向きを変えることができる。一方、調心部材１３内面の窪み１６（図４参照）と軸受１１外面の突起１５（図３参照）を組み合わせることで、調心部材１３と軸受１１は固定されている。これにより、調心部材１３と軸受１１とが外れたり、ずれたりすることを防ぐことができる。軸受１１の端面１１ｃは軸受ホルダ１２で支持され、端面１１ｄは固定部材１４の支持部１４ａで支持される。そして、固定部材１４の固定部１４ｂが軸受ホルダ１２に固定され、軸受装置１０が一体となっている。
【００３２】
かかる構成により、ロール軸１ａ（図１参照）は、軸受１１の内面１１ａ（図３参照）を滑ることで回転する。ロール軸１ａと軸受１１との軸心が一致していないときは、ロール軸１ａと軸受１１の内面１１ａが接触することで、軸受１１が荷重を受ける。この荷重により、軸受１１と固定された調心部材１３が軸受ホルダ１２との接触面を滑る。これにより軸受１１の軸心が回転する。そして、軸受１１が荷重を受けなくなるまで調心部材１３が滑ることで、ロール軸１ａと軸受１１との軸心が一致する。このように、軸受装置１０は自動調心機能を有し、自動で軸心を調整する。
【００３３】
軸受装置１０では、この自動調心機能により軸受と軸との軸心が一致することで、軸受１１とロール軸１ａの径差を小さくすることができるため、ロール軸１ａの振れ回りが防止される。また、ロール軸１ａ（図１参照）の偏摩耗が抑制される。これにより、鋼板５（図１参照）の振動が減少し、めっきの品質を向上させることができる。
【００３４】
図７は、本発明の第２実施形態である軸受装置２０を模式的に示す図である。図７（ａ）は、軸受装置２０をロール軸２ａ（図１参照）の長手方向から示した図（以下「正面図」とする。）である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。軸受装置２０は、軸受２１と軸受ホルダ２２との間に調心部材２３、２４を備えている。軸受２１は固定部材２５、２５で支持され、固定部材２５、２５に取り付けられた当て金２６、２６が軸受ホルダ２２に固定されている。以下、各部材２１〜２６について説明する。なお、説明において、ロール軸２ａの軸心をＯ’とし、各部材について軸心Ｏ’側の面を内面、軸心Ｏ’と反対側の面を外面とする。また、図７（ａ）の紙面垂直方向を幅方向として説明する。
【００３５】
図８は、軸受２１の構造図である。図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。軸受２１は、略中空の直方体である。内面２１ａは円筒面であり、外面２１ｂは平面となっている。軸受２１の幅方向の端面は、一方が開口され、他方が塞がれている。
【００３６】
図９は、調心部材２３の構造図である。図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＧ視図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＨ視図である。調心部材２３の内面２３ａは、平面である。外面２３ｂは、一方の形状を円弧２７ａとし、他方を直線２７ｂとする円筒面の凸面（以下「凸面２３ｂ」ということがある。）である。なお、調心部材２４についても、内面２４ａ、外面２４ｂともに同一の形状である。
【００３７】
図１０は、軸受ホルダ２２の構造図である。図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は左側面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。軸受ホルダ２２は断面略Ｌ字である。内面２２ａには、２つの凹部２８、２８を備えている。凹部２８、２８は、調心部材２３の凸面２３ｂ（調心部材２４の凸面２４ｂ）と面で接触する円筒面の凹面２８ａを有している。
【００３８】
図１１は、固定部材２５の構造図である。図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は左側面図、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）の上面図である。固定部材２５は、軸受２１（図７参照）の支持部２５ａ及び軸受ホルダ２２（図７参照）との固定部２５ｂを有している。
【００３９】
以上により、図７のとおり、軸受ホルダ２２内面２２ａの凹面２８ａ（図１０参照）と調心部材２３外面の凸面２３ｂ（図９参照）とを接して、軸受ホルダ２２に調心部材２３が組み込まれる。凸面２３ｂと凹面２８ａとは、面で接触する。この接触面は固定されず、調心部材２３の凸面２３ｂは、軸受ホルダ２２の凹部２８を凹面２８ａの円弧方向に滑ることができる。これにより調心部材２３の内面２３ａは軸受ホルダ２２に対して向きを変える。一方、調心部材２３の内面２３ａ（図９参照）と軸受１１の外面１１ｂ（図８参照）は、平面で接しており固定されていないため、滑ることが可能である。調心部材２４についても同様である。そして、軸受２１は固定部材２５、２５の支持部２５ａ、２５ａで支持され、固定部材２５、２５の固定部２５ｂ、２５ｂが軸受ホルダ２２に嵌め込まれる。固定部２５ｂ、２５ｂに取り付けられた当て金２６、２６が軸受ホルダ２２に溶接などで固定されることで、軸受装置２０が一体となっている。
【００４０】
かかる構成により、コレクトロール２のロール軸２ａ（図１参照）は、軸受２１の内面２１ａを滑ることで回転する。ロール軸２ａと軸受２１との軸心が一致していないときは、ロール軸２ａと軸受２１の内面２１ａが接触することで、軸受２１が荷重を受ける。この荷重により、軸受２１と接した調心部材２３が軸受ホルダ２２の凹面２８ａを滑るときには、軸受２１の軸心方向は調心部材２３の動きに合わせて向きを変える。このとき軸受１１は調心部材２４の内面２４ａを滑る。一方、軸受１１と接した調心部材２４が軸受ホルダ２２の凹面２８ａを滑るときには、軸受１１の軸心方向は調心部材２４の動きに合わせて向きを変える。このとき軸受１１は調心部材２３の内面２３ａ（図９参照）を滑る。このように、調心部材２３、２４により軸受１１の軸心が向きを変え、その方向が異なるため、軸受１１は方向を制限されずに軸心の方向を変えることができる。そして、軸受１１が荷重を受けなくなるまで調心部材２３、２４が軸受ホルダ２２の凹面２８ａを滑ることで、ロール軸２ａと軸受２１との軸心が一致する。このように、軸受装置２０は、は自動調心機能を有し、自動で軸心を調整する。ここで、固定部材２５、２５は軸受ホルダ２２に直接固定されておらず、固定部２５ｂ、２５ｂ（図１１参照）は回転が可能である。また固定部材２５、２５はねじれ、及び撓みを生じる。これにより、軸受２１が動いた場合であっても、固定部材２５、２５が軸受２１から外れることなく保持される。
【００４１】
したがって、軸受２１と軸２ａ（図１参照）の軸心が一致することで、軸受２１と軸２ａの径差を小さくすることができ、軸の振れ回りが防止される。また、軸２ａの偏摩耗が抑制される。これにより、鋼板５（図１参照）の振動が減少し、めっきの品質を向上させることができる。なお、軸受装置２０の自動調心方向が１方向で良い場合には、調心部材２３、２４をいずれか一方とすることができる。
【００４２】
本発明に係る軸受装置１０、２０においては、調心部材１３、２３、２４に溶融金属と濡れ性の悪い材料を用いるとともに、軸受１１、２１の固定部材１４、２５、２５に応力低減手段が備えられることが好ましい。従来は、メンテナンスなどにより溶融金属めっき浴から軸受装置を引き上げたときに、溶融金属の凝固により軸受ホルダと軸受が固着していた。セラミックは鋼の１／５程度しか熱収縮しないことから、固着することで軸受は軸受ホルダから圧縮力を受け、破損することがあった。しかし、軸受装置１０において、調心部材１３に溶融金属と濡れ性の悪い材料を用いることで、軸受１１と調心部材１３、及び調心部材１３と軸受ホルダ１２との間隙には、溶融金属がほとんど侵入しない。そのため、軸受１１と軸受ホルダ１２とが固着することを防ぐことができる。また、軸受装置２０において、調心部材２３、２４に溶融金属と濡れ性の悪い材料を用いることで、軸受２１と調心部材２３、２４、及び調心部材２３、２４と軸受ホルダ２２との間隙には、溶融金属がほとんど侵入しない。そのため、軸受２１と軸受ホルダ２２とが固着することを防ぐことができる。
【００４３】
一方で、軸受装置１０において、軸受１１と軸受ホルダ１２とが固着しない場合であっても、軸受１１が固定部材１４で固定されていることから、軸受ホルダ１２の熱収縮により軸受１１に高い熱応力が生じ、軸受１１が破損することがあった。同様に軸受装置２０においても、軸受２１が固定部材２５、２５で固定されていることから、軸受ホルダ２２の熱収縮により軸受２１が破損することがあった。そのため、固定部材１４、２５、２５に応力低減手段を備えることで、軸受１１、２１の熱応力を低減することが必要である。
【００４４】
固定部材１４は、支持部１４ａが板バネとなっている。また、固定部材２５は、固定部２５ｂが軸受ホルダ２２と固定されることで、支持部２５ａ側が片持ちの板バネとなっている。このように、固定部材１４、２５は板バネを用いた応力低減手段を備え、撓むことで軸受１１、２１に生じる熱応力を低減している。固定部材１４では、支持部１４ａの撓み量ｙ１は次の（１）式によって求められる。
ｙ１＝Ｗ１×Ｌ１３／(１９２・Ｅ１・Ｉ１) ・・・（１）
固定部材２５では、支持部２５ａの撓み量ｙ２は次の（２）式によって求められる。
ｙ２＝Ｗ２×Ｌ２３／(３・Ｅ２・Ｉ２) ・・・（２）
ここで、Ｌは板バネ部の長さ、Ｅは板バネ部の材料のヤング率、Ｉは固定部材の板バネ部の断面２次モーメントである。また、添字１は固定部材１４の値、添字２は固定部材２５の値を示している。そして、荷重Ｗによる応力が軸受１１、２１の許容応力未満となるように、断面２次モーメントＩの値から固定部材１４、２５の形状を決定する。なお、応力低減手段は、溶融金属中で用いることができるものであれば特に限定されず、板バネ以外の弾性部材を用いることも可能である。
【００４５】
このように、固定部材１４、２５に応力低減手段を備えることで、メンテナンスなどにより溶融金属めっき浴から軸受装置１０、２０を引き上げたときに、温度低下から軸受１１、２１に生じる熱応力を低減することができる。したがって、軸受１１、２１の破損を防止することができる。
【００４６】
なお、固定部材１４は、軸受１１におけるロール軸１ａ（図１参照）の回転方向と反対側の端面に配置することが好ましい。これによれば、ロール軸（図１参照）の回転により、固定部材１４に負荷が掛かることを防止することができる。
【００４７】
また、調心部材１３、２３、２４として、セラミックスの熱膨張係数と軸受ホルダ１２、２２の材料の熱膨張係数との間の熱膨張係数である材料を用いることが好ましい。これによれば、調心部材１３、２３、２４により、軸受１１、２１へ掛かる荷重を低下させることができる。
【００４８】
さらに、調心部材１３、２３、２４として、セラミックスのヤング率よりも小さいヤング率である材料を用いることが好ましい。これによっても、調心部材１３、２３、２４により、軸受１１、２１へ掛かる荷重を低下させることできる。
【００４９】
調心部材１３、２４、２５の材質の一例として、カーボン系材料を挙げることができる。カーボンは、耐熱性があるため溶融金属浴中で使用可能であり、摩擦係数が０．１未満と極めて小さいことから、カーボン系材料を用いることで調心を滑らかに行うことができる。また、溶融金属との濡れ性が極めて悪く、ヤング率も鋼の約１／４と低いことから、軸受１１、２１に掛かる応力を低減させ、破損を防ぐことができる。
【００５０】
なお、軸受装置３０（図１参照）についても、上述した軸受装置２０（図７参照）と同様の構成とすることができる。
【００５１】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う軸受装置もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】金属溶融めっきに用いる機器の配置状況を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態である軸受装置１０を模式的に示す図である。
【図３】軸受装置１０に用いる軸受の構造図である。
【図４】軸受装置１０に用いる調心部材の構造図である。
【図５】軸受装置１０に用いる軸受ホルダの構造図である。
【図６】軸受装置１０に用いる固定部材の構造図である。
【図７】本発明の第２実施形態である軸受装置２０を模式的に示す図である。
【図８】軸受装置２０に用いる軸受の構造図である。
【図９】軸受装置２０に用いる調心部材の構造図である。
【図１０】軸受装置２０に用いる軸受ホルダの構造図である。
【図１１】軸受装置２０に用いる固定部材の構造図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ シンクロール
１ａ シンクロール軸
２ コレクトロール
２ａ コレクトロール軸
４ 溶融金属めっき浴
５ 鋼板
１０ 軸受装置
１１ セラミックス製滑り軸受
１２ 金属製軸受ホルダ
１３ 調心部材
１４ 固定部材
２０ 軸受装置
２１ セラミックス製滑り軸受
２２ 金属製軸受ホルダ
２３、２４ 調心部材
２５ 固定部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動調心機能を有する溶融金属めっき浴用滑り軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車体等に用いられる溶融金属めっき鋼板の製造は、連続焼鈍炉で焼鈍された薄鋼板を、溶融金属めっき浴中に浸漬して通過させることにより行われる。溶融金属めっき浴へと進入した薄鋼板は、めっき浴中に設置されたシンクロールにより上方へ方向転換された後、浴中に設置されたコレクトロールやスタビライズロールによって鋼板の反りや振動を抑制される。そして、これらのロールを経た鋼板は、めっき浴面直上に設置されたガスワイピング装置によって余剰めっきを払拭されることにより、所定のめっき付着量に調整される。
【０００３】
溶融金属めっき浴中に配置されるシンクロール等の軸受は、高温の溶融金属において高負荷で使用されるため、ステンレス鋼の摩擦面に耐摩耗性高硬度合金を溶射した材質などでは摩耗が速い。軸受の交換にはめっきラインを停止する必要があるため、軸受の寿命は溶融めっき鋼板の生産性と直結する。そこで、軸受の寿命を延ばすために、硬度及び耐熱性の高いセラミックスの部材を用いたセラミックス製の軸受が用いられている。
【０００４】
セラミックス製の軸受は、金属製の軸受ホルダにより保持される。この軸受ホルダには一般的にステンレス鋼が用いられる。ステンレス鋼の熱膨張係数は１７．８×１０−６／Ｋであり、セラミックスの熱膨張係数３×１０−６／Ｋに比べて大きい。そのため、溶融金属めっき浴中では、軸受と軸受ホルダの間に間隙が生じる。セラミックス製の軸受として球軸受を使用する場合、この間隙及び球軸受の内部に溶融金属が侵入する。メンテナンスのためにロールをめっき浴から引き上げると、温度低下により侵入した溶融金属が凝固固着するとともに、軸受及び軸受ホルダが熱収縮する。これにより、上述した熱膨張係数の差から、凝固固着した溶融金属を介して強い圧縮力が球軸受に掛かる。そのため、球軸受が破損する場合があった。また、球軸受が自動調心機能を有している場合、溶融金属の凝固固着により自動調心機能が機能しなくなる場合があった。球軸受は構造が複雑であり、このような事態を解決することが困難であった。
【０００５】
そのため、一般的にはセラミックス製滑り軸受（以下単に「軸受」ということがある）が用いられている。特許文献１には、硬質セラミック焼結体からなる軸受を鋼製の保持器（軸受ホルダと同義。以下同じ。）で変位可能に保持し、保持器の内面と軸受の背面との曲率半径の比が１．０〜１．５である連続溶融金属めっき浴中ロール用すべり軸受装置が開示されている。かかる技術によれば、軸受材料を、摩擦係数が小さくかつ耐摩耗性に優れる硬質セラミック焼結体としたことにより、浴中ロールを無駆動化できて金属帯振動の問題が解消し、軸受の摩耗速度が遅くなる。ロールの保持器が軸受を変位可能に保持することで、残留めっき金属による圧縮力過負荷を回避しうるので、硬質セラミック焼結体の割損を防止することができるとされている。
【０００６】
また、特許文献２には、サポートロール軸受を支持するハンガー（軸受ホルダと同義。以下同じ。）の支持部、又はサポートロール軸受のハンガー接触部を凸状に形成した溶融金属めっき浴中のサポートロール支持構造が開示されている。かかる技術によれば、軸受とロール軸とのずれがなく平行に保つことができるため、ロールの回転不良にともなうめっき鋼帯の擦り疵を防止し、品質、歩留を向上させることができるとされている。
【特許文献１】特開２００１−２６２２９９号公報
【特許文献２】実開平５−７７２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
セラミックス製の滑り軸受では軸受の摩耗は極めて少ないが、金属である軸が摩耗する。軸が摩耗すると軸と軸受の径差が大きくなるため、軸受の中で軸が転がり振動を起こす。この転がり振動が伝播して鋼板を振動させることで、めっき付着面の品質が低下する。そこで、セラミックス製の滑り軸受を用いる場合には、軸受と軸の径差を可能な限り小さく設計し、転がり振動を抑制することが好ましい。しかし、軸受と軸の径差を小さくすることにより、軸受と軸との軸心が一致しない場合には軸と軸受とが干渉し、負荷が掛かることで軸が滑らかに回転しない。また、軸受と軸との軸心が一致しないことで軸に偏摩耗が生じ、軸の転がり振動が大きくなる。これらにより、めっき付着面の品質が低下する。したがって、セラミックス製の滑り軸受を備えた溶融金属めっき浴用滑り軸受装置（以下単に「軸受装置」ということがある。）では、軸及び軸受の軸心を一致させる調心機能を有することが必要である。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の技術では、軸受装置が調心機能を有していないため、上述のとおり軸が滑らかに回転せず、又は軸に偏摩耗が生じることで、めっき付着面の品質が低下するという問題があった。
【０００９】
特許文献２に記載の技術では、軸受装置が調心機能を有しているが、軸受とハンガーとの接触部が小さく、軸荷重の高い場所には使用できないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題を解決するため、調心機能を有し、かつ荷重の高い場所でも使用可能なセラミックス製の滑り軸受を備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて適宜付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、セラミックス製滑り軸受（１１）と、セラミックス製滑り軸受を保持する金属製ホルダ（１２）とを備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置（１０）において、セラミックス製滑り軸受と金属製軸受ホルダとの間に調心部材（１３）を備え、調心部材と金属製軸受ホルダとの接触面の一方が球面の凸面（１３ｂ）であり、他方が球面と面で接触する球面の凹面（１８）であることを特徴とする溶融金属めっき浴用滑り軸受装置を提供することにより前記課題を解決する。
【００１３】
「球面」とは、球体の表面の一部の形状を有する面を意味する。したがって、凹面であれば、窪んでいる面が球体表面の一部の形状である。凸面であれば、張り出している面が球体表面の一部の形状である。
【００１４】
また、軸受に用いられるセラミックス材料の具体例としては、サイアロン、窒化ケイ素等を挙げることができる。また、金属製ホルダに用いられる金属材料の具体例としては、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）を挙げることができる。さらに、溶融金属めっき浴に含まれる溶融金属の具体例としては、亜鉛、亜鉛−アルミニウム合金、等を挙げることができる。ただし、上述した具体例には特に限定されず、これらの物品には他の物質を用いることも可能である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、セラミックス製滑り軸受（２１）と、セラミックス製滑り軸受を保持する金属製ホルダ（２２）とを備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置（２０）において、セラミックス製滑り軸受と金属製軸受ホルダとの間に調心部材（２３、２４）を備え、調心部材と金属製軸受ホルダとの接触面の一方が円筒面の凸面（２３ｂ、２４ｂ）であり、他方が円筒面と面で接触する円筒面の凹面（２８ａ、２８ａ）であることを特徴とする溶融金属めっき浴用滑り軸受装置を提供することにより前記課題を解決する。
【００１６】
ここで、円筒面は、円筒形の側面の形状であり、面の一方を同一形状の円弧とし、他方を直線とする形状である。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の溶融金属めっき浴用滑り軸受装置（１０、２０）において、調心部材（１３、２３、２４）の材質がめっきの溶融金属と濡れ性の悪い材料であるとともに、セラミックス製滑り軸受（１１、２１）の固定部材（１４、２５、２５）に応力低減手段が備えられることを特徴とする。
【００１８】
「溶融金属と濡れ性の悪い材料」とは、その材料を溶融金属浴に浸漬して引き上げたときに、その材料の表面に溶融金属の付着が目視で認められないものをいう。また、「応力低減手段」とは、軸受装置の熱収縮により軸受に生じる応力を、軸受の変位を許容することで低減する手段である。溶融金属めっき浴中で用いることができるものであれば、特に限定されずに用いることができる。例えば、板バネなどの弾性部材を用いることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴用滑り軸受装置（１０、２０）において、調心部材（１３、２３、２４）がカーボン系材料であることを特徴とする。カーボン系材料の具体例としては、カーボンコンポジットを挙げることができる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、接触面が球面の調心部材を用いることで、軸受装置は回転方向を制限されない軸受の調心機能を有する。これにより、軸受と軸との軸心を一致させることで、軸受と軸の径差を小さくすることができ、軸の振れ回りが防止される。また、軸の偏摩耗が抑制される。そのため、鋼板の振動が減少し、めっきの品質を向上させることができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、接触面が円筒面の調心部材を用いることで、軸受装置は円筒面の円弧により回転する軸受の調心機能を有する。これにより、軸受と軸との軸心を一致させることで、軸受と軸の径差を小さくすることができ、軸の振れ回りが防止される。また、軸の偏摩耗が抑制される。そのため、鋼板の振動が減少し、めっきの品質を向上させることができる。なお、回転方向を変えて２箇所に調心部材を配置することで、軸受装置は回転方向を制限されない軸受の調心機能を有することが可能である。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、調心部材として溶融金属と濡れ性の悪い材料を用いることで、軸受と軸受ホルダとの間への溶融金属の侵入を防止することができる。また、軸受の固定部材に応力低減手段が備えられることで、軸受装置の熱収縮により軸受に生じる応力が固定部材により低減される。これにより、熱応力により軸受が破損することを防止することができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、カーボンは摩擦係数が０．１未満と極めて小さいことから、調心部材にカーボン系材料を用いることで調心を滑らかに行うことができる。また、カーボンは溶融金属との濡れ性が極めて悪く、ヤング率も鋼の約１／４と低いことから、溶融金属の侵入が防止され、軸受ホルダからの熱収縮による荷重が吸収される。これにより軸受に係る応力が低減し、セラミックス製滑り軸受の破損を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に示す実施形態に基づき、本発明に係る軸受装置を説明するが、以下に説明するものは本発明の実施形態の一例であって、本発明はその要旨を超えない限り以下の説明になんら限定されるものではない。
【００２５】
図１は、金属溶融めっきに用いる機器の配置状況を模式的に示す図である。シンクロール１、コレクトロール２、及びスタビライズロール３の３つのロールが配置されている。シンクロール１は軸受装置１０、コレクトロール２は軸受装置２０、スタビライズロール３は軸受装置３０によりそれぞれ支持され、これらは溶融金属めっき浴４内に配置されている。鋼板５は、シンクロール１、コレクトロール２、及びスタビライズロール３と接している。かかる構成により、溶融金属めっき浴４に進入した鋼板５は、シンクロール１によって上方へ方向転換された後、コレクトロール２及びスタビライズロール３によって、反りや振動を抑制され、溶融金属めっき浴４から出る。この時、シンクロール１のロール軸１ａ、コレクトロール２のロール軸２ａ、及びスタビライズロール３のロール軸３ａは、軸受装置１０、２０、３０により支持されているため、それぞれのロール１〜３が回転することで、鋼板５が走行する。このように、シンクロール１は鋼板５と下方で接することで上方への荷重を受けるため、軸受装置１０はシンクロール１のロール軸１ａの上方に配置されている。一方、コレクトロール２、及びスタビライズロール３は、鋼板５と水平方向から接することで横荷重を受けるため、軸受装置２０、３０はコレクトロール２のロール軸２ａ、及びスタビライズロール３のロール軸３ａの周囲に配置されている。
【００２６】
図２は、本発明の第１実施形態である軸受装置１０を模式的に示す図である。図２（ａ）は、軸受装置１０をロール軸１ａ（図１参照）の長手方向から示した図（以下「正面図」とする。）である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）の矢印Ｒは、ロール軸１ａ（図１参照）の回転方向を表す。軸受装置１０は、軸受１１と金属製軸受ホルダ（以下単に「軸受ホルダ」ということがある。）１２との間に調心部材１３を備えている。そして、軸受１１の周方向（ロール軸１ａの回転方向。以下同じ。）と直交する端面１１ｃ、１１ｄは、それぞれ軸受ホルダ１２及び固定部材１４で支持されている。そして、固定部材１４が軸受ホルダ１２に固定されている。以下、各部材１１〜１４について説明する。なお、説明において、ロール軸１ａの軸心をＯとし、各部材について軸心Ｏ側の面を内面、軸心Ｏと反対側の面を外面とする。また、図２（ａ）の紙面垂直方向を幅方向として説明する。
【００２７】
図３は、軸受１１の構造図である。図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図３（ｃ）は上面図である。軸受１１は、概ね中空円筒における周方向の一部の形状である。軸受１１の内面１１ａは平らであるが、外面１１ｂには突起１５が設けられている。
【００２８】
図４は、調心部材１３の構造図である。図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図４（ｃ）は上面図である。調心部材１３は、図４（ｂ）のとおり断面が略三日月形状の部材である。全体としては、図４（ａ）のとおり概ね中空円筒における周方向の一部のような形状となっている。内面１３ａは、軸受１１の突起１５（図３参照）と嵌合する窪み１６を有している。外面１３ｂは、球面の凸面（以下「凸面１３ｂ」ということがある。）となっている。また、調心部材１３の周方向と直交する端面１３ｃ、１３ｄは、幅方向の形状が円弧となっている。なお、軸受ホルダ１２（図２参照）への組み込みから、図４（ａ）、図４（ｂ）のとおり調心部材１３を周方向に分割することが好ましい。
【００２９】
図５は、軸受ホルダ１２の構造図である。図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ断面図、図５（ｃ）は上面図である。軸受ホルダ１２の内面１２ａは、調心部材１３の凸面１３ｂ（図４参照）と面で接触する球面の凹面１８を有している。凹面１８には調心部材１３が組み込まれることから、凹面１８の幅方向の端面１８ｃ、１８ｄの形状は、調心部材１３の端面１７ｃ、１７ｄと同様に、円弧となっている。
【００３０】
図６は、固定部材１４の構造図である。図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は右側面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）の上面図である。固定部材１４は、軸受１１の支持部１４ａ及び軸受ホルダ１２との固定部１４ｂを有している。
【００３１】
以上により、図２のとおり、軸受ホルダ１２内面１２ａの凹面１８（図５参照）と、調心部材１３外面の凸面１３ｂ（図４参照）とを接して、軸受ホルダ１２に調心部材１３が組み込まれる。凸面１３ｂと凹面１８とは、面で接触する。この接触面は固定されず、調心部材１３の凸面１３ｂは、軸受ホルダ１２の凹面１８を滑ることができる。凸面１３ｂ及び凹面１８が球面であることから、これにより調心部材１３は軸受ホルダ１２に対して方向を制限されることなく向きを変えることができる。一方、調心部材１３内面の窪み１６（図４参照）と軸受１１外面の突起１５（図３参照）を組み合わせることで、調心部材１３と軸受１１は固定されている。これにより、調心部材１３と軸受１１とが外れたり、ずれたりすることを防ぐことができる。軸受１１の端面１１ｃは軸受ホルダ１２で支持され、端面１１ｄは固定部材１４の支持部１４ａで支持される。そして、固定部材１４の固定部１４ｂが軸受ホルダ１２に固定され、軸受装置１０が一体となっている。
【００３２】
かかる構成により、ロール軸１ａ（図１参照）は、軸受１１の内面１１ａ（図３参照）を滑ることで回転する。ロール軸１ａと軸受１１との軸心が一致していないときは、ロール軸１ａと軸受１１の内面１１ａが接触することで、軸受１１が荷重を受ける。この荷重により、軸受１１と固定された調心部材１３が軸受ホルダ１２との接触面を滑る。これにより軸受１１の軸心が回転する。そして、軸受１１が荷重を受けなくなるまで調心部材１３が滑ることで、ロール軸１ａと軸受１１との軸心が一致する。このように、軸受装置１０は自動調心機能を有し、自動で軸心を調整する。
【００３３】
軸受装置１０では、この自動調心機能により軸受と軸との軸心が一致することで、軸受１１とロール軸１ａの径差を小さくすることができるため、ロール軸１ａの振れ回りが防止される。また、ロール軸１ａ（図１参照）の偏摩耗が抑制される。これにより、鋼板５（図１参照）の振動が減少し、めっきの品質を向上させることができる。
【００３４】
図７は、本発明の第２実施形態である軸受装置２０を模式的に示す図である。図７（ａ）は、軸受装置２０をロール軸２ａ（図１参照）の長手方向から示した図（以下「正面図」とする。）である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。軸受装置２０は、軸受２１と軸受ホルダ２２との間に調心部材２３、２４を備えている。軸受２１は固定部材２５、２５で支持され、固定部材２５、２５に取り付けられた当て金２６、２６が軸受ホルダ２２に固定されている。以下、各部材２１〜２６について説明する。なお、説明において、ロール軸２ａの軸心をＯ’とし、各部材について軸心Ｏ’側の面を内面、軸心Ｏ’と反対側の面を外面とする。また、図７（ａ）の紙面垂直方向を幅方向として説明する。
【００３５】
図８は、軸受２１の構造図である。図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。軸受２１は、略中空の直方体である。内面２１ａは円筒面であり、外面２１ｂは平面となっている。軸受２１の幅方向の端面は、一方が開口され、他方が塞がれている。
【００３６】
図９は、調心部材２３の構造図である。図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＧ視図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＨ視図である。調心部材２３の内面２３ａは、平面である。外面２３ｂは、一方の形状を円弧２７ａとし、他方を直線２７ｂとする円筒面の凸面（以下「凸面２３ｂ」ということがある。）である。なお、調心部材２４についても、内面２４ａ、外面２４ｂともに同一の形状である。
【００３７】
図１０は、軸受ホルダ２２の構造図である。図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は左側面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。軸受ホルダ２２は断面略Ｌ字である。内面２２ａには、２つの凹部２８、２８を備えている。凹部２８、２８は、調心部材２３の凸面２３ｂ（調心部材２４の凸面２４ｂ）と面で接触する円筒面の凹面２８ａを有している。
【００３８】
図１１は、固定部材２５の構造図である。図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は左側面図、図１１（ｃ）は図１１（ｂ）の上面図である。固定部材２５は、軸受２１（図７参照）の支持部２５ａ及び軸受ホルダ２２（図７参照）との固定部２５ｂを有している。
【００３９】
以上により、図７のとおり、軸受ホルダ２２内面２２ａの凹面２８ａ（図１０参照）と調心部材２３外面の凸面２３ｂ（図９参照）とを接して、軸受ホルダ２２に調心部材２３が組み込まれる。凸面２３ｂと凹面２８ａとは、面で接触する。この接触面は固定されず、調心部材２３の凸面２３ｂは、軸受ホルダ２２の凹部２８を凹面２８ａの円弧方向に滑ることができる。これにより調心部材２３の内面２３ａは軸受ホルダ２２に対して向きを変える。一方、調心部材２３の内面２３ａ（図９参照）と軸受１１の外面１１ｂ（図８参照）は、平面で接しており固定されていないため、滑ることが可能である。調心部材２４についても同様である。そして、軸受２１は固定部材２５、２５の支持部２５ａ、２５ａで支持され、固定部材２５、２５の固定部２５ｂ、２５ｂが軸受ホルダ２２に嵌め込まれる。固定部２５ｂ、２５ｂに取り付けられた当て金２６、２６が軸受ホルダ２２に溶接などで固定されることで、軸受装置２０が一体となっている。
【００４０】
かかる構成により、コレクトロール２のロール軸２ａ（図１参照）は、軸受２１の内面２１ａを滑ることで回転する。ロール軸２ａと軸受２１との軸心が一致していないときは、ロール軸２ａと軸受２１の内面２１ａが接触することで、軸受２１が荷重を受ける。この荷重により、軸受２１と接した調心部材２３が軸受ホルダ２２の凹面２８ａを滑るときには、軸受２１の軸心方向は調心部材２３の動きに合わせて向きを変える。このとき軸受１１は調心部材２４の内面２４ａを滑る。一方、軸受１１と接した調心部材２４が軸受ホルダ２２の凹面２８ａを滑るときには、軸受１１の軸心方向は調心部材２４の動きに合わせて向きを変える。このとき軸受１１は調心部材２３の内面２３ａ（図９参照）を滑る。このように、調心部材２３、２４により軸受１１の軸心が向きを変え、その方向が異なるため、軸受１１は方向を制限されずに軸心の方向を変えることができる。そして、軸受１１が荷重を受けなくなるまで調心部材２３、２４が軸受ホルダ２２の凹面２８ａを滑ることで、ロール軸２ａと軸受２１との軸心が一致する。このように、軸受装置２０は、は自動調心機能を有し、自動で軸心を調整する。ここで、固定部材２５、２５は軸受ホルダ２２に直接固定されておらず、固定部２５ｂ、２５ｂ（図１１参照）は回転が可能である。また固定部材２５、２５はねじれ、及び撓みを生じる。これにより、軸受２１が動いた場合であっても、固定部材２５、２５が軸受２１から外れることなく保持される。
【００４１】
したがって、軸受２１と軸２ａ（図１参照）の軸心が一致することで、軸受２１と軸２ａの径差を小さくすることができ、軸の振れ回りが防止される。また、軸２ａの偏摩耗が抑制される。これにより、鋼板５（図１参照）の振動が減少し、めっきの品質を向上させることができる。なお、軸受装置２０の自動調心方向が１方向で良い場合には、調心部材２３、２４をいずれか一方とすることができる。
【００４２】
本発明に係る軸受装置１０、２０においては、調心部材１３、２３、２４に溶融金属と濡れ性の悪い材料を用いるとともに、軸受１１、２１の固定部材１４、２５、２５に応力低減手段が備えられることが好ましい。従来は、メンテナンスなどにより溶融金属めっき浴から軸受装置を引き上げたときに、溶融金属の凝固により軸受ホルダと軸受が固着していた。セラミックは鋼の１／５程度しか熱収縮しないことから、固着することで軸受は軸受ホルダから圧縮力を受け、破損することがあった。しかし、軸受装置１０において、調心部材１３に溶融金属と濡れ性の悪い材料を用いることで、軸受１１と調心部材１３、及び調心部材１３と軸受ホルダ１２との間隙には、溶融金属がほとんど侵入しない。そのため、軸受１１と軸受ホルダ１２とが固着することを防ぐことができる。また、軸受装置２０において、調心部材２３、２４に溶融金属と濡れ性の悪い材料を用いることで、軸受２１と調心部材２３、２４、及び調心部材２３、２４と軸受ホルダ２２との間隙には、溶融金属がほとんど侵入しない。そのため、軸受２１と軸受ホルダ２２とが固着することを防ぐことができる。
【００４３】
一方で、軸受装置１０において、軸受１１と軸受ホルダ１２とが固着しない場合であっても、軸受１１が固定部材１４で固定されていることから、軸受ホルダ１２の熱収縮により軸受１１に高い熱応力が生じ、軸受１１が破損することがあった。同様に軸受装置２０においても、軸受２１が固定部材２５、２５で固定されていることから、軸受ホルダ２２の熱収縮により軸受２１が破損することがあった。そのため、固定部材１４、２５、２５に応力低減手段を備えることで、軸受１１、２１の熱応力を低減することが必要である。
【００４４】
固定部材１４は、支持部１４ａが板バネとなっている。また、固定部材２５は、固定部２５ｂが軸受ホルダ２２と固定されることで、支持部２５ａ側が片持ちの板バネとなっている。このように、固定部材１４、２５は板バネを用いた応力低減手段を備え、撓むことで軸受１１、２１に生じる熱応力を低減している。固定部材１４では、支持部１４ａの撓み量ｙ１は次の（１）式によって求められる。
ｙ１＝Ｗ１×Ｌ１３／(１９２・Ｅ１・Ｉ１) ・・・（１）
固定部材２５では、支持部２５ａの撓み量ｙ２は次の（２）式によって求められる。
ｙ２＝Ｗ２×Ｌ２３／(３・Ｅ２・Ｉ２) ・・・（２）
ここで、Ｌは板バネ部の長さ、Ｅは板バネ部の材料のヤング率、Ｉは固定部材の板バネ部の断面２次モーメントである。また、添字１は固定部材１４の値、添字２は固定部材２５の値を示している。そして、荷重Ｗによる応力が軸受１１、２１の許容応力未満となるように、断面２次モーメントＩの値から固定部材１４、２５の形状を決定する。なお、応力低減手段は、溶融金属中で用いることができるものであれば特に限定されず、板バネ以外の弾性部材を用いることも可能である。
【００４５】
このように、固定部材１４、２５に応力低減手段を備えることで、メンテナンスなどにより溶融金属めっき浴から軸受装置１０、２０を引き上げたときに、温度低下から軸受１１、２１に生じる熱応力を低減することができる。したがって、軸受１１、２１の破損を防止することができる。
【００４６】
なお、固定部材１４は、軸受１１におけるロール軸１ａ（図１参照）の回転方向と反対側の端面に配置することが好ましい。これによれば、ロール軸（図１参照）の回転により、固定部材１４に負荷が掛かることを防止することができる。
【００４７】
また、調心部材１３、２３、２４として、セラミックスの熱膨張係数と軸受ホルダ１２、２２の材料の熱膨張係数との間の熱膨張係数である材料を用いることが好ましい。これによれば、調心部材１３、２３、２４により、軸受１１、２１へ掛かる荷重を低下させることができる。
【００４８】
さらに、調心部材１３、２３、２４として、セラミックスのヤング率よりも小さいヤング率である材料を用いることが好ましい。これによっても、調心部材１３、２３、２４により、軸受１１、２１へ掛かる荷重を低下させることできる。
【００４９】
調心部材１３、２４、２５の材質の一例として、カーボン系材料を挙げることができる。カーボンは、耐熱性があるため溶融金属浴中で使用可能であり、摩擦係数が０．１未満と極めて小さいことから、カーボン系材料を用いることで調心を滑らかに行うことができる。また、溶融金属との濡れ性が極めて悪く、ヤング率も鋼の約１／４と低いことから、軸受１１、２１に掛かる応力を低減させ、破損を防ぐことができる。
【００５０】
なお、軸受装置３０（図１参照）についても、上述した軸受装置２０（図７参照）と同様の構成とすることができる。
【００５１】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う軸受装置もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】金属溶融めっきに用いる機器の配置状況を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態である軸受装置１０を模式的に示す図である。
【図３】軸受装置１０に用いる軸受の構造図である。
【図４】軸受装置１０に用いる調心部材の構造図である。
【図５】軸受装置１０に用いる軸受ホルダの構造図である。
【図６】軸受装置１０に用いる固定部材の構造図である。
【図７】本発明の第２実施形態である軸受装置２０を模式的に示す図である。
【図８】軸受装置２０に用いる軸受の構造図である。
【図９】軸受装置２０に用いる調心部材の構造図である。
【図１０】軸受装置２０に用いる軸受ホルダの構造図である。
【図１１】軸受装置２０に用いる固定部材の構造図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ シンクロール
１ａ シンクロール軸
２ コレクトロール
２ａ コレクトロール軸
４ 溶融金属めっき浴
５ 鋼板
１０ 軸受装置
１１ セラミックス製滑り軸受
１２ 金属製軸受ホルダ
１３ 調心部材
１４ 固定部材
２０ 軸受装置
２１ セラミックス製滑り軸受
２２ 金属製軸受ホルダ
２３、２４ 調心部材
２５ 固定部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス製滑り軸受と、前記セラミックス製滑り軸受を保持する金属製ホルダとを備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置において、
前記セラミックス製滑り軸受と前記金属製軸受ホルダとの間に調心部材を備え、前記調心部材と前記金属製軸受ホルダとの接触面の一方が球面の凸面であり、他方が前記球面と面で接触する球面の凹面であることを特徴とする溶融金属めっき浴用滑り軸受装置。
【請求項２】
セラミックス製滑り軸受と、前記セラミックス製滑り軸受を保持する金属製ホルダとを備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置において、
前記セラミックス製滑り軸受と前記金属製軸受ホルダとの間に調心部材を備え、前記調心部材と前記金属製軸受ホルダとの接触面の一方が円筒面の凸面であり、他方が前記円筒面と面で接触する円筒面の凹面であることを特徴とする溶融金属めっき浴用滑り軸受装置。
【請求項３】
前記調心部材の材質がめっきの溶融金属と濡れ性の悪い材料であるとともに、前記セラミックス製滑り軸受の固定部材に応力低減手段が備えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属めっき浴用滑り軸受装置。
【請求項４】
前記調心部材がカーボン系材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴用滑り軸受装置。
【請求項１】
セラミックス製滑り軸受と、前記セラミックス製滑り軸受を保持する金属製ホルダとを備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置において、
前記セラミックス製滑り軸受と前記金属製軸受ホルダとの間に調心部材を備え、前記調心部材と前記金属製軸受ホルダとの接触面の一方が球面の凸面であり、他方が前記球面と面で接触する球面の凹面であることを特徴とする溶融金属めっき浴用滑り軸受装置。
【請求項２】
セラミックス製滑り軸受と、前記セラミックス製滑り軸受を保持する金属製ホルダとを備える溶融金属めっき浴用滑り軸受装置において、
前記セラミックス製滑り軸受と前記金属製軸受ホルダとの間に調心部材を備え、前記調心部材と前記金属製軸受ホルダとの接触面の一方が円筒面の凸面であり、他方が前記円筒面と面で接触する円筒面の凹面であることを特徴とする溶融金属めっき浴用滑り軸受装置。
【請求項３】
前記調心部材の材質がめっきの溶融金属と濡れ性の悪い材料であるとともに、前記セラミックス製滑り軸受の固定部材に応力低減手段が備えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属めっき浴用滑り軸受装置。
【請求項４】
前記調心部材がカーボン系材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴用滑り軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−６３６２２（Ｐ２００８−６３６２２Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４３０５３（Ｐ２００６−２４３０５３）
【出願日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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