JP2013159785A - 溶融金属めっき浴用ロール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、浮力を低減しつつ回転時の振動発生が抑制された溶融金属めっき浴用ロールを提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の一態様は、軸心を有する外観が略円柱状の胴部と、前記胴部と同軸にその端に接合された軸部を有する溶融金属めっき浴用ロールであって、前記胴部または前記軸部は、その内部に形成された、前記胴部の軸心に直交する断面形状が略円形状で、前記胴部と同軸の接続孔部を有し、前記接続孔部に挿着され固定される略円盤形状の錘収納部を有し、前記錘収納部は、前記胴部の軸心に沿いその外周部に並設された第１の側壁および第２の側壁と、前記第１の側壁および第２の側壁の間に形成された錘収納室と、前記錘収納室に収納された錘を有する溶融金属めっき浴用ロールである。
【選択図】図２（ａ）

Description

本発明は、亜鉛、アルミニウムまたはそれらの合金などの溶融金属めっき浴に浸漬して使用される溶融金属めっき浴用ロールに関する発明である。

上記技術分野に係わる発明の一例が、下記特許文献１に開示されている。特許文献１の溶融金属めっき用ロールは、「連続溶融めっき装置のめっき浴中に導入される被めっき鋼帯を、胴部表面に沿わせて移送するめっき浴中シンクロールにおいて、ロールの胴部内を軸方向に貫通する複数個の筒状空間が、ロール軸を中心とする円周上に位置して周方向に等間隔に設けられており、該複数個の筒状空間内に、ロール重量を増量するための粉末Ｐが封入されて、ロール重量Ｗ_Ｒ
が、所定の重量範囲内に調整されていることを特徴とする連続溶融めっき装置のめっき浴中シンクロール」、または、「連続溶融めっき装置における溶融めっき浴中の被めっき鋼帯を、胴部表面に沿わせて移送するめっき浴中シンクロールにおいて、ロール胴部が中空円筒体からなり、その内側空間内に、ロール重量を増量するための粉末が封入されて、ロール重量Ｗ_Ｒ
が、所定の重量範囲内に調整されていることを特徴とする連続溶融めっき装置のめっき浴中シンクロール」、である。

特開平８−１９９３２１号公報

特許文献１の溶融金属めっき浴用ロール（以下、単にロールと言う場合がある。）は、鋼鈑により上方に向け作用する引上力に重畳して作用する、比重の大きなめっき浴に浸漬されたロールに生じる浮力により、その軸部と軸受の間に作用する過大な摩擦抵抗を低減し、軸部および軸受の摩耗を低減するとともに鋼鈑とロールとのスリップを防止するために構成されているが、次のような問題があった。すなわち、特許文献１のロールによれば、上記浮力に対する反力となる一定重量の粉末を、その筒状空間または中空円筒体の内側空間内に封入させている。しかしながら、当該粉末は、ロールの胴部ほぼ全長に渡り形成された筒状空間または中空円筒体に封入されており、必ずしも筒状空間または中空円筒体の内側空間に緻密に充填されるとは限らず、かつ比重の大きなめっき浴による浮力に対する反力となるようその量が調整されているため重量は大である。そのため、筒状空間または中空円筒体の内側空間において粉末の位置が定まらず、操業中におけるロールの回転、傾斜よび変形などにより粉末が特定位置に偏在し、回転するロールの動バランスを悪化させる可能性がある。ロールの動バランスが悪化すると、ロールに振動が生じる虞があり、ロールの回転数を高めることができずめっき鋼鈑の生産性が低下し、めっき鋼鈑のめっき品質も劣化させる。

本発明は、上記従来技術を鑑みてなされたものであり、浮力を低減しつつ回転時の振動発生が抑制された溶融金属めっき浴用ロールを提供することを目的としている。

上記目的を達成する、本発明の一態様は、軸心を有する外観が略円柱状の胴部と、前記胴部と同軸にその端に接合された軸部を有する溶融金属めっき浴用ロールであって、前記軸部と同軸に、前記胴部または軸部に固定される略円盤形状の錘収納部を有し、前記錘収納部は、前記胴部の軸心に沿い当該錘収納部の外周に並設された第１の側壁および第２の側壁と、必要に応じ配置される前記第１の側壁および第２の側壁の外周面に挿着され固定される略円環形状の外周部と、前記第１の側壁および第２の側壁の間に形成された錘収納室と、前記錘収納室に収納された錘を有する溶融金属めっき浴用ロールである。なお、前記胴部または前記軸部は、その内部に形成された、前記胴部の軸心に直交する断面形状が略円形状で、前記胴部と同軸の接続孔部を有し、前記錘収納部は、前記接続孔部に挿着され固定されていることが好ましい。

前記錘収納部は、前記軸部と一体的に構成され、前記胴部と軸部の間に介在するよう配置されていてもよい。

また、前記錘収納部は、前記軸部とは独立した部材としてもよい。

なお、上記のように錘収納部を軸部とは独立した部材とする場合には、前記錘収納部は、前記第１の側壁および第２の側壁の内周を連結する内周部と、前記錘収納室を覆うように前記第１の側壁および第２の側壁の外周に固定された外周部を有し、前記第１の側壁および第２の側壁ならびに前記内周部および外周部により前記錘収納室が画成されている望ましい。

また、錘収納部を軸部とは独立した部材とする場合には、前記胴部は、端に形成された接続孔部を共に有する、外観が略円柱状の第１の胴部材および第２の胴部材とで構成され、前記錘収納部は、前記胴部と軸部との間に替えて、前記第１の胴部材および第２の部材の接続孔部に挿着され固定され、当該第１の胴部材および第２の胴部材を接合して前記胴部を構成することができる。

加えて、前記錘の態様は、（１）前記錘が金属粉であり、前記金属粉は前記収納室に充填されているか （２）前記錘は金属体であり、弾性体を介し前記収納部に収納されているかを選択することができ、（２）の場合には、前記第１の側壁を独立した部材とすることにより、前記錘を環状体とすることができる。

さらに、本発明は、溶融金属めっき浴用ロールにおいて大きな体積を占める前記胴部が、金属に対し比重の小さなセラミックスで構成されている場合において、浮力を低減するために特に好適に適用することができる。

本発明によれば、その目的を達成することができる。

本発明に係わる第１態様の溶融金属めっき浴用ロールが組み込まれた溶融金属めっき装置の概略構成図である。 一部が断面図である図１の溶融金属めっき浴用ロールの正面図である。 図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図２（ａ）のＡ部拡大図である、 本発明に係わる第２態様の溶融金属めっき浴用ロールの胴部、錘収納部および軸部の部分を拡大した正断面図である。 本発明に係わる第３態様の溶融金属めっき浴用ロールの胴部、錘収納部および軸部の部分拡大正面図である。 図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 本発明に係わる第４態様の溶融金属めっき浴用ロールの正断面図である。 図６（ａ）のＥ矢視図である。 図６（ａ）のＤ部拡大図である。 本発明に係わる第５態様の溶融金属めっき浴用ロールの正断面図である。 図２（ａ）の溶融金属めっき浴用ロールの製造方法を説明する第１の図である。 図２（ａ）の溶融金属めっき浴用ロールの製造方法を説明する第２の図である。 図２（ａ）の溶融金属めっき浴用ロールの製造方法を説明する第３の図である。 図２（ａ）の溶融金属めっき浴用ロールの製造方法を説明する第４の図である。

以下、本発明について、その第１〜第５実施形態に基づき、図面を参照しつつ説明する。なお、以下説明する各実施形態の各要素は、単独にまたは適宜組み合わせて利用することができ、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変形して利用することができる。

［溶融金属めっき装置］
まず、本発明に係わる溶融金属めっき浴用ロールが溶融金属めっき浴に浸漬されて使用される溶融金属めっき装置について、その概略構成図である図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８０は、溶融金属めっき浴（以下単に「めっき浴」と言う場合がある。）８１を入れた浴槽８２と、めっき浴８１の表層部分に浸漬されて、めっき浴８１の内に導入される鋼板の酸化を防止するためのスナウト８３と、めっき浴８１の中に配置された溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロール１と、めっき浴８１の内でシンクロール１の上方に位置する一対の溶融金属めっき浴用ロールであるサポートロール９・９と、めっき浴８１の表面より僅か上方に位置するガスワイピングノズル８６とを有する。シンクロール１自体には外部駆動力が付与されず、走行する鋼板との接触により駆動される。またサポートロール９・９は、通例、一方のサポートロール６が外部のモーター（
図示せず） に連結された駆動ロールであり、他方のサポートロール７が非駆動ロールである。なお、サポートロール３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１及び一対のサポートロール９・９は、フレーム８４・８５に取り付けられた軸受８７・８８により回転自在に各々支持されており、常に一体としてめっき浴８１の内に浸漬される。

走行する鋼板Ｐは、スナウト８３を経てめっき浴８１の内に斜方から進入し、シンクロール１を経由して上方に進行方向を変えられる。めっき浴８１の中を上昇する鋼板Ｐは一対のサポートロール９・９に挟まれ、パスラインが保たれるとともに、反りや振動が防止される。ガスワイピングノズル８６は、めっき浴８１から出てきた鋼板Ｐ１に高速ガスを吹き付ける。高速ガスのガス圧及び吹き付け角度により、鋼板Ｐ１に付着した溶融金属めっきの厚さを均一に調整する。このようにして、溶融金属めっきが施された鋼板Ｐ１が得られる。

［第１実施形態］
本発明にかかわる好ましい形態である、図１の溶融金属めっき装置８０に組み込まれる第１態様のシンクロール１の構成について、一部を断面で示したその平面図である図２（ａ）、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である図２（ｂ）、図２のＡ部の拡大図である図３を参照して説明する。なお、以下説明する第２〜第５態様のシンクロールの構成についても同様であるが、基本的に、シンクロールを例として説明する構成はサポートロールにも適用することができ、サポートロールを例として説明する構成はシンクロールにも適用することができる。

図２に示すように、シンクロール（以下、単にロールと言う場合がある。）１は、回転中心となる軸心Ｉを有し、外観が略円柱形状の円筒体である胴部１ｂと、胴部１ｂと同軸となるよう、胴部１ｂの両端に接合された二の軸部１ｄを有している。そして、軸部１ｄは、胴部１ｂの軸心Ｉに沿う方向（以下、この方向を軸心方向と言う。）に延び、その両端に配置されたすべり軸受８７により回転自在に支承されている。上記胴部１ｂの端には、接続孔部１ｗが形成されており、当該接続孔部１ｗに錘収納部１ａは固定され、その錘収納部１ａを介し軸部１ｄは胴部１ｂに接合されている。以下、胴部１ｂ、軸部１ｄおよび錘収納部１ａの構成について説明するが、胴部１ｂの両端に配置される二の軸部１ｄ、および錘収納部１ａの構成ならびにそれらと胴部１ｂとの関係は同一であるので、右側の軸部１ｄおよび錘収納部１ａのみ説明し、左側の軸部１ｄおよび錘収納部１ａの説明は省略する。

［胴部および接続孔部］
図２および図３に示すように、めっき浴に対する耐腐食性の点から好ましくはセラミックスで構成された胴部１ｂは、めっき処理される鋼板Ｐが直接接触するその外周面が、所定の外径となるよう形成されている。本態様の胴部１ｂは、軸芯Ｉに直交する方向（以下、この方向を半径方向と言う。）に沿った断面形状が略円形状である略円柱形状の中空部１ｎを有する略円筒形状をなしており、中空部１ｎがそのまま伸びた端が接続孔部１ｗとなっている。なお、図示する胴部１ｂは、軸芯方向における肉厚が同一であるが、接続部１ｊが配置される端の部分以外の肉厚は変化するように構成してもよく、厚肉部および薄肉部を適宜配置してもよい。しかしながら、ロール１をセラミックスで構成した場合には、めっき浴への浸漬時および引上時に急熱・急冷されるために、肉厚急変部が存在すると過大な熱応力が生じ、割損する可能性がある。このため、胴部１ｂの厚みは、軸心方向において一定の厚みであることが望ましい。

［軸部］
図２および図３に示すように、胴部１ｂと同様に好ましくはセラミックスで構成された軸部１ｄは中空状であり、大径部１ｅと、すべり軸受８７で支承される小径部１ｇと、大径部１ｅと小径部１ｇとを連結する連結部１ｆとを有している。ここで、軸部１ｄをセラミックスで構成する場合には、反応性の高いめっき浴による腐蝕が抑制され望ましいが、セラミックスは靭性に乏しく、鋭角な部分が存在すると破壊の起点となるため、連結部１ｆと大径部１ｅおよび小径部１ｇの結合部分は、軸心方向に沿う断面視において各々滑らかな曲線で形成することが望ましい。なお、図２（ａ）において、符号１ｈは、軸心方向にロール１を支持するスラスト受け部である。スラスト受け部１ｈは、小径部１ｇの端部開口に挿着されており、ロール１の回転性を考慮し、軸受に接触する面積が小さくなるように構成されており、その右端面の半径方向に沿う断面視は、右方向に凸である全体として弧状をなしている。

［錘収納部］
軸部１ｄとは別体として構成され、胴部１ｂの端に形成された接続孔部１ｗに固定される略円盤形状をなす本態様の錘収納部１ａは、図３に示すように、軸心Ｉに沿い所定の間隔ｔ２でその外周に並設された厚みがｔ１の第１の側壁１ｈと厚みがｔ３の第２の側壁１ｉとを有している。そして、各々独立した部材である、半径方向において中央に貫通孔を有する略円環形状の第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉの外径ｄ３は、ともに胴部１ｂの接続孔部１ｗの内径とほぼ同一であり、各々が、胴部１ｂの軸芯Ｉと同軸に接続孔部１ｗに固定されている。また、第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉの内径ｄ１は、ともに軸部１ｄの大径部１ｅの外径とほぼ同一であり、双方の貫通孔を貫くように大径部１ｅが挿着され、錘収納部１ａに軸部１ｄは固定されている。以上のように胴部１ｂと軸部１ｄとの間に介在するよう錘収納部１ａを配置することにより、その第１の側壁１ｈの左側面および第２の側壁１ｉの右側面ならびに大径部１ｅの外周面および接続孔部１ｗの内面とで、軸心方向から眺めた場合の形状が略円環形状で、軸心方向の大きさがｔ２の錘収納室１ｍが錘収納部１ａに形成され、その密閉された錘収納室１ｍに金属製の錘１ｃが収納される。なお、錘収納室１ｍに収納される錘１ｃがめっき浴に対する耐腐食性を有する場合には、錘収納室１ｍは必ずしも密閉する必要はない。

第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉを略円環形状とする場合であっても、両者の外径ｄ３および内径ｄ１を必ずしも同一とする必要はない。つまり、第１の側壁１ｈよりも第２の側壁１ｉの外径を大径とする場合には、胴部１ｂの接続孔部１ｗの内面にその径差に応じた段部を設ければよいし、第１の側壁１ｈよりも第２の側壁１ｉの内径を大径とする場合には、大径部１ｅにその径差に応じた段部を設ければよい。さらに、胴部１ｂおよび軸部１ｄをセラミックスで構成する場合には、高温のめっき浴に浸漬された際の、熱膨張による変形量の差異を少なくし、接続孔部１ｗからの錘収納部１ａの離脱を防止するとともに錘収納部１ａからの軸部１ｄの離脱を防止するためには、それらは、熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで形成されていることが好ましい。

胴部１ｂおよび軸部１ｄに錘収納部１ａを固定する場合には、その接続孔部１ｗに第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉが軸心方向に移動しないよう、機械的に固定してもよいが、ロール１の操業の安定性およびコストの面から、焼き嵌めまたは冷し嵌めにより嵌合することが好ましい。その場合、胴部１ｂの接続孔部１ｗの内径（ｄ３）で締め代を除した値である嵌合率は０．０１／１０００〜０．５／１０００の範囲内であるのが好ましい。嵌合率が０．０１／１０００未満であると、接続孔部１ｗによる錘収納部１ａの締付け力が不十分であり、錘収納部１ａが脱落するおそれがある。また、嵌合率が０．５／１０００を超えると、締付け力が大きくなりすぎ、胴部１ｂまたは軸部１ｄが破損するおそれがある。より好ましい嵌合率は０．２／１０００〜０．３／１０００である。なお、以下説明する第２〜第５態様において錘収納部を固定する場合においても同様である。

［錘］
上記のように第１の側壁１ｈが独立した部材である場合、錘収納室１ｍに収納する錘１ｃは、軸心方向から眺めた場合に、中央に貫通孔を有する切れ目の無い一の略円環形状をなす環状体とすることができ、錘１ｃの取扱いが容易となり好ましい。なお、図示する錘１ｃの形状は切れ目の無い略円環形状ではあるが、独立した部材として一体性があればよく、例えばその外周面や内周面の一部に凹部や切欠などが形成されていてもよい。また、錘１ｃを構成する材料は金属であることが好ましく、例えば比重の大きなタングステン等を主体とした金属で構成することが好ましい。

錘１ｃは、ハンドリングや組み立てが行われる常温状態およびめっき浴に浸漬された高温状態において、錘収納室１ｍにおけるその位置を保持可能なよう、好ましくは弾性体１ｊ・１ｐを介して錘収納室１ｍに収納されている。具体的には、図２（ｂ）および図３に示すように、弾性体１ｊは、第２の側壁１ｉの左側面に等角度で４ヶ所形成された凹部１の各々に挿着され、圧縮した状態で錘１ｃの右側面に密着するよう配置されている。また、弾性体１ｐは、大径部１ｅの外周面に等角度で４ヶ所形成された凹部１Ｌの各々に挿着され、圧縮した状態で錘１ｃの内周面に密着するよう配置されている。なお、弾性体１ｊ・１ｐの配置態様や個数は、図示に限定されず、それらは不等角度で配置されてもよいし、例えば弾性体１ｐは、軸心方向において複数個配置されてもよい。また、第２の側壁１ｈまたは大径部１ｅに替えて、第１の側壁１ｈまたは胴部１ｂの接続孔部１ｗに凹部を設け、当該凹部に弾性体を挿着してもよい。

上記構成により、錘１ｃは、軸心方向においては、弾性体１ｊによりその左側面が第１の側壁１ｈに押し付けられ、半径方向においては、弾性体１ｐにより一定の力で支持された状態となり、常温状態において錘収納室１ｍの中の位置を保持する。そして、上記のように圧縮した状態で配置された弾性体１ｊ・１ｐには、めっき浴にロールが浸漬された後に生じる錘１ｃの熱膨張を吸収可能な圧縮代が残されている。しかして、錘１ｃの熱膨張により更に圧縮された弾性体１ｊ・１ｐは、常温状態よりも大きな押圧力、つまりロールが回転している場合でも変位しない程度に設定された押圧力で錘１ｃを押し付けまたは支持し、高温状態の中でも錘１ｃの位置を保持し、ロールの動バランスを一定に保つことができる。なお、弾性性１ｐの他に、錘１ｃの外周面と接続孔部１ｗの内周面との間に介在するよう弾性体を配置してもよい。また、弾性体としては、高温のめっき浴に浸漬した際に胴部１ｂ等を介して伝導する熱に対する耐熱性を備えていればよく、例えば金属製やセラミックス製の圧縮コイルバネや板バネなどを使用することができる。

さらに、胴部１ｂ・軸部１ｄ・錘収納部１ａ（以下、胴部等と言う場合がある。）をセラミックスで構成したロールを高温のめっき浴に浸漬した場合の、金属製の錘１ｃと胴部等の熱膨張量の相違に起因するロールの破損防止を考慮し、次のように構成されている。すなわち、軸心方向における錘１ｃの長さｔ４は、錘収納室１ｍの長さｔ２よりも寸法ｔ５だけ小さい。また、錘１ｃの外径ｄ３は錘収納室１ｍの外径（接続孔部１ｗの内径ならびに第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉの外径でもある。）よりもやや小さく、その内径ｄ２は、錘収納室１ｍの内径（大径部１ｅの外径ならびに第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉの外径でもある。）ｄ２よりも寸法ｄ５だけ大径である。

上記のように構成された錘１ｃでは、錘収納室１ｍに収納されたとき、軸心方向における大きさがｔ５の隙間１ｑが第２の側壁１ｉとの間に形成され、半径方向における大きさがｄ５の隙間１ｏが大径部１ｅとの間に形成される。そして、この隙間１ｏおよび１ｑの大きさは、高温のめっき浴にロールを浸漬した際に生じる錘１ｃの膨張量から胴部等の膨張量を減じた値以上となるよう形成されているおり、金属製の錘１ｃが膨張した場合でも、その各面がセラミックス製の胴部等に押し付けられ、胴部等の破壊が防止される。

上記構成の第１態様のロールによれば、錘は、錘収納部に設けられた錘収納室に限定的に収納されており、その位置が変位し難いので、ロール回転中の錘の変位に伴い生じる動バランスの悪化が抑制されるという、本発明の基本的な作用効果を呈することができる。

さらに、好ましい形態である第１態様のロールは、（１）本来は浮力を調整する部材である錘収納部を、胴部と軸部との接合部材としても利用しているので部品点数を減じることができる、（２）錘は弾性体を介し錘収納室に収納されているので、その位置の変位が抑制される、（３）胴部等をセラミックスで構成した場合であっても、錘と錘収納室との間には隙間が設けられているので、胴部等の破損を抑制できる、（４）錘収納部を構成する第１の側壁は独立した部材であるため、取扱いの容易な略円環形状の錘を使用することができ、（５）（４）に加えて、錘の重量を調整するためその幅を変化させた場合でも、軸心方向において第１の側壁を適宜な位置に配置することにより、錘収納室の幅を容易に設定できる、という作用効果を呈することができる。

上記第１態様のロールの製造方法の一例を、図８を参照しつつ説明する。まず、胴部、軸部、錘収納部を準備する。次に、図８（ａ）に示すように、第２の側壁１ｉの貫通孔に軸部１ｅの大径部１ｅを挿入し、当該大径部１ｅの右側の所定の位置に第２の側壁１ｉを固定する。次いで、図８（ｂ）に示すように、第２の側壁１ｉの凹部１ｋおよび大径部１ｅの凹部１Ｌに弾性体１ｊおよび１ｐを挿着するとともに、右側面に弾性体１ｊの一端が、内周面に弾性体１ｐの一端が接触するよう、貫通孔に大径部１ｅを通した錘１ｃを位置決めし、その後不図示の治具等で錘１ｃの位置を固定しておく。なお、弾性体１ｐが配置された位置に対応する錘１ｃの内周面に、軸心に沿い傾斜した傾斜面を形成しておけば、錘１ｃの挿着が容易になるので好ましい。

次いで、図８（ｃ）に示すように、第１の側壁１ｈの貫通孔に大径部１ｅを挿入し、当該大径部１ｅの左側の所定の位置に第１の側壁１ｈを固定する。このとき、第１の側壁１ｈの右側面と第２の側壁１ｉとの軸心方向における距離ｔ２は、弾性体１ｊを所定量圧縮するとともに錘１ｃと第２の側壁１ｉとの間に隙間１ｑが形成される大きさである。ここで、軸心方向における錘１ｃの位置は、弾性体１ｊで押圧されるため変位せず、半径方向における位置も、弾性体１ｐで支持されているので変位しないため、不図示の治具等取り外す。その後、図８（ｄ）に示すように、大径部１ｅに固定された第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉをともに胴部１ｂの接続孔部１ｗに嵌着し、固定する。以上の工程により、錘収納部１ａを介し胴部１ｂと軸部１ｄが接合されたロールが形成されるとともに接続孔部１ｗの内周面、大径部１ｅの外周面ならびに第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉの各々の内側面により画成され、錘１ｃが収納された錘収納室１ｍが錘収納部１ａに構成される。なお、上記組立の際には、軸心を立てた状態で作業を行うと、錘１ｃの位置決めが容易に行えるので好ましい。

［第２実施形態］
上記第１態様のロール１に替え、図１の溶融金属めっき装置８０に組み込まれる本発明に関わる第２態様のロール２について、図４を参照しつつ説明する。図４は、第２態様のロール２の胴部、錘収納部および軸部の部分を拡大した正断面図である。なお、図４において、上記第１態様のロール１と同一の構成要素については同一符号を付しており、詳細な説明を省略する（以下、説明する第３〜第５態様のロールについても同じである。）。

本発明の基本的な作用効果を発揮することのできる第２態様のロール２は、（１）軸部１ｄの大径部１ｅに錘収納部２ａが一体的に設けられている点、（２）錘収納室１ｍに収納される錘２ｃが金属粉で構成されている点、（２）錘収納室１ｍを覆うように第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉの外周に固定された外周部２ｂが設けられている点において、第１態様のロール１と相違している。以下、（１）〜（３）の相違点について、詳細に説明する。

図４に示すように、大径部１ｅと一体的に構成され、外周部２ｂを介し胴部１ｂの接続孔部１ｗに固定される本態様の錘収納部２ａは、軸心方向において、大径部１ｅの左側に配置された第１の側壁１ｈと、所定の間隔ｔ２で第１の側壁１ｈと離隔するように大径部１ｅの右側に配置された第２の側壁１ｉとを有し、第１の側壁１ｈと第２の側壁１ｉとは、内周部としても機能する大径部１ｅにより連結され、大径部１ｅと一体となっている。ここで、第１の側壁１ｈは大径部１ｅと一体的に構成されているため、本態様のロール２では、第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉならびに大径部１ｅおよび外周部２ｂとで画成され、充填すべき金属粉の量に応じた大きさに形成された錘収納室１ｍに、金属粉を主体とした錘２ｃが密に充填されている。なお、金属粉は、外周部２ｂで錘収納室１ｍを密閉する前に開口している第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉの間から錘収納室１ｍに供給してもよく、また、図示するように第２の側壁１ｉに形成された貫通孔２ｅを通じて錘収納室１ｍに供給し、その後貫通孔２ｅを栓２ｆで閉じ、錘収納室１ｍを密閉するようにしてもよい。

必要に応じて配置される外周部２ｂは、半径方向において錘収納部２ａと胴部１ｂとの間に介在するよう略円環形状をなしており、その軸心方向の大きさは錘収納室１ｍよりも大きい。そして、外周部２ｂは、錘収納室１ｍを覆うように、その内周面が第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉの外周面に密着した状態で固定され、錘収納室１ｍを密閉している。

外周部２ｂの外周面には、胴部１ｂの中空部１ｎと外部とに開口した溝２ｄを形成しておくことが望ましい。この溝２ｄは、外周部２ｂを接続孔部１ｗに嵌合した際に、この溝２ｄと接続孔部１ｗの内周面によりめっき浴が流通するめっき浴流路を形成する。めっき流路は、ロール２をめっき浴に浸漬する場合には、その中空部１ｎにめっき浴を円滑に導入してロール２の熱衝撃による割損を防止し、さらにロール２をめっき浴から取り出す場合には、中空部１ｎに侵入しためっき浴を円滑に外部に排出して溶融金属が内部で凝固することを防止する機能を果たしている。また、ロール２の中空部１ｎにめっき浴流路を通じてめっき浴を導入することにより、浮力をより低減することができる。なお、めっき浴を円滑に中空部１ｎへ導入し、排出するためには、溝２ｄは、外周部２ｂの外周面に等角度または不等角度で複数条設けておくことが望ましい。また、溝２ｄに替えてめっき浴流路となる貫通孔を外周部２ｂに設けてもよい。

かかる構成の第２態様のロール２によれば、本発明の基本的な作用効果に加え、（１）錘が金属粉であるので錘収納室への配置がより容易となるとともに、（２）大型の胴部との嵌着に先立ち、錘収納部に比較的小型の外周部を嵌着するので作業性が改善される、（３）外周部の外周面には溝が設けられているので、上記のようにロールに生じる浮力を更に低減しつつロールの破損を防止することができる、という特有の作用効果を呈することができる。

［第３実施形態］
上記第１態様のロール１に替え、図１の溶融金属めっき装置８０に組み込まれる本発明に関わる第３態様のロール３について、図５を参照しつつ説明する。なお、図５（ａ）は、第２態様のロール２の胴部、錘収納部および軸部の部分を拡大した正断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図であって、胴部および軸部の全体を示した断面図である。

本発明の基本的な作用効果を発揮することのできる第３態様のロール３は、（１）胴部１ｂに中空部がなく、その端に凹孔状に形成された接続孔部３ｗを有する点、（２）軸部３ｄが中実であり、その端に一体的に設けられた錘収納部３ａを有する点、（３）錘３ｃが半円環形状の２個の金属体３ｅおよび３ｆで構成されている点において、第１態様のロール１と相違している。以下、（１）〜（３）の相違点について、詳細に説明する。

胴部１ｂの接続孔部３ｗに挿着され固定される軸部３ｄの錘収納部３ａは、軸心方向において軸部１ｄの端面から所定の位置に形成された円環溝３ｍを有している。すなわち、第３態様の錘収納部３ａは、軸部３ｄに錘収納部３ａが一体的に設けられている態様であるが、第１の側壁３ｈと第２の側壁３ｉは、上記第２態様の錘収納部２ａのように、軸部３ｄの外周面から半径方向に起立する態様ではなく、軸心方向において円環溝３ｍの両側に配置されており、その円環溝３ｍが錘収納部３ａの錘収納室３ｍとなっている。

そして、本態様のロール３では、第１の側壁３ｈは軸部３ｄと一体的に構成されているため、錘収納室３ｍに、円周方向における端面を突き合わせた状態で組み合された半円環形状の２個の金属体３ｅおよび３ｆからなる錘３ｃが配置されている。ここで、錘３ｃは、弾性体１ｊ・１ｐとの関係では上記第１態様のロール１と同様な関係となるよう、弾性体１ｊ・１ｐを介し錘収納室１ｍに収納されており、軸心方向および半径方向における錘３ｃの熱膨張を吸収する。また、ロール３では、円周方向において相対する金属体３ｅ・３ｆの各々の端面に形成された凹部３ｇ・３ｊに挿着される弾性体３ｋを有しており、この弾性体３ｋにより、個々の金属体３ｅ・３ｆに生じる円周方向の熱膨張が吸収される。なお、錘３ｃを構成する金属体の数量・形状は図示に限定されず、３個以上の金属体で錘３ｃを構成してもよく、その形状は円柱状・矩形状その他適宜な形状としてよい。

かかる構成の第３態様のロール３によれば、（１）中実の軸部の場合に、容易に錘収納部を形成することが可能であり、（２）錘を構成する金属体の数量や大きさを適宜設定することにより錘の重量の調整が容易となる、というという特有の作用効果を呈することができる。

［第４実施形態］
上記第１態様のロール１に替え、図１の溶融金属めっき装置８０に組み込まれる本発明に関わる第４態様のロール４について、図６を参照しつつ説明する。なお、図６（ａ）は第４態様のロール４の正断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＥ矢視図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＤ部拡大図である。

本発明の基本的な作用効果を発揮することのできる第４態様のロール４は、（１）胴部４ｂが二の胴部材４ｄおよび４ｅで構成されている点、（２）錘収納部４ａは、二の胴部材４ｄおよび４ｅを接合するように軸心方向において胴部４ｂの中央に配置されている点において、第１態様のロール１と相違している。なお、軸部１ｄは、胴部４ｂの端に嵌着された略円環形状の接続部材４ｆを介し胴部４ｂに接合している。以下、（１）および（２）の相違点について、詳細に説明する。

本態様のロール４の胴部４ｂは、軸心方向において複数個、本態様においては２個に分割された中空状の第１の胴部材４ｄと、第１の胴部材４ｄと外径および長さが略同一である中空状の第２の胴部材４ｅとで構成されている。そして、第２の胴部材４ｅは、第１の胴部材４ｄと同軸に、その左端面が第１の胴部材４ｄの右端面に相対する状態で配置されている。なお、サポートロールの場合には、鋼板の表面に薄く付着した溶融金属層に損傷を与えないように、第１の胴部材と第２の胴部材の各々の端面は隙間なく密着している必要があるが、シンクロールの場合には、必ずしも密着している必要はなく、両端面は一定の間隙を介して相対する状態となるよう配置されていればよい。

図６（ｃ）に示すように、上記のように配置された二の胴部材４ｄ・４ｅに対し、錘１ｃが配置された錘収納部４ａは、軸心方向において、第１の胴部材４ｄおよび第２の胴部材４ｅの相対する各々の端に形成された接続孔部１ｗにともに嵌着され、両者を連結している。すなわち、本態様の錘収納部４ａは、ロール４の浮力を調整する機能を果たすとともに、胴部４ｂを構成する複数に分割された胴部材４ｄ・４ｅを連結するという機能をも果たしている。

上記のように第１の胴部材４ｄと第２の胴部材４ｅとを接合する本態様の錘収納部４ａは、図６（ｃ）に示すように、各々が略円環形状をなす、内周部４ｇと、内周部４ｇの外周面の右端に配置された第２の側壁１ｉと、内周板４ｇの左端に挿着され固定される独立した部材である第１の側壁１ｈと、第１の側壁１ｈおよび第２の側壁１ｉの外周面に密着するように固定される外周部４ｊとで構成されており、これらの部材により密閉された錘収納室１ｍが画成される。そして、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、その錘収納室１ｍの中には、第１態様と同様に、弾性体１ｊ・１ｐを介し略円環形状の錘１ｃが収納されている。かかる構成の第４態様の錘収納部４ａによれば、第１の側壁１ｈ・第２の側壁１ｉ・内周部４ｇ・外周部４ｊを組み立てることにより、錘収納部４ａを独立した部材として取り扱うことができ、胴部や軸部の任意の位置に錘収納部４ａを配置することが容易となる。

［第５実施形態］
上記第１態様のロール１に替え、図１の溶融金属めっき装置８０に組み込まれる本発明に関わる第５態様のロール５について、図７を参照しつつ説明する。なお、図７は、第５態様のロール４の正断面図である。

本発明の基本的な作用効果を発揮することのできる第４態様のロール４は、上記第４態様の錘収納部４ａを利用したものであり、（１）軸心方向において胴部１ｂの中央に錘収納部４ａが配置されている点、（２）軸部１ｄの端に設けられた接続孔部１ｒに錘収納部４ａが配置されている点、（３）軸部１ｄの小径部１ｇの外周面に密着するよう錘収納部４ａが配置されている点において、第１態様のロール１と相違している。なお、錘収納部４ａの配置位置や数量は図示に限定されることなく、調整すべき浮力の大きさにより適宜設定すればよい。また、錘収納部４ａは軸部１ｄのみならず胴部１ｂの外周に配置してもよい。その場合には錘収納部４ａを構成する内周部は必ずしも必要ではなく、例えば軸部１ｄおよび胴部１ｂを内周部として利用してもよい。

［材料構成］
以下、好ましくはセラミックスで胴部、軸部、錘収納部を構成する場合における、その好適な例を説明する。セラミックスとしては、回転体が使用される雰囲気その他の操業条件の要請による耐熱衝撃性・耐蝕性などに応じ、アルミナ・ジルコニア・シリカその他の酸化物系セラミックス、硼化ジルコニウム・硼化チタン・硼化ボロンその他の硼化物系セラミックス、炭化シリコン・炭化ボロンその他の炭化物系セラミックス、またはカーボンなどの無機材料を利用してよい。そして、本態様のシンクロールは、めっき浴への浸漬および取出しの際に急熱・急冷されるため、耐熱衝撃性に優れている必要がある。そのため、軸部１ｄおよび接続部１ｊを構成するセラミックスとしては、熱伝導率が高い窒化珪素・窒化アルミその他の窒化物系セラミックスが好ましく、めっき浴である溶融金属に対し高い耐溶損性および耐磨耗性を有し、高温強度に優れた窒化珪素系セラミックスが特に好ましい。以下、部１ｂおよび接続部１ｊを構成するに好適な窒化珪素セラミックスについて詳述するが、窒化珪素セラミックス自体は特開２００１−３３５３６８号に記載のものと同じでよい。

窒化珪素セラミックス中に存在するアルミニウム及び酸素はフォノン散乱源となり、熱伝導率を低減させる。窒化珪素セラミックスは、窒化珪素粒子とその周囲の粒界相とから構成され、アルミニウム及び酸素はこれらの相に含有される。アルミニウムは珪素に近いイオン半径を有するため、窒化珪素粒子内に容易に固溶する。アルミニウムの固溶により窒化珪素粒子自身の熱伝導率が低下し、窒化珪素セラミックスの熱伝導率は著しく低下する。従って、窒化珪素セラミックス中におけるアルミニウムの含有量はできるだけ少なくすることが望ましい。

焼結助剤として添加する酸化物中の酸素の多くは粒界相に存在する。窒化珪素セラミックスの高熱伝導率化を達成するには、窒化珪素粒子に比べて熱伝導率が低い粒界相の量を低減することが必要である。焼結助剤の添加量の下限は、８．５％以上の相対密度を有する焼結体が得られる量である。焼結助剤の添加量をこの範囲内でできるだけ少なくすることにより、粒界相中の酸素量を低減させることが望ましい。

酸素量の少ない窒化珪素粉末を原料とすると、粒界相中の酸素量が低減できるために粒界相の量自体を低減でき、焼結体の高熱伝導率化が達成されるが、焼結過程で生成するＳｉＯ_２の量の減少により難焼結性となる。ところが、他の酸化物より焼結性に優れたＭｇＯを焼結助剤として用いると、焼結助剤の添加量を少なくして、緻密な焼結体を得ることができる。その結果、焼結体の熱伝導率は飛躍的に高くなる。

また、マグネシウムとともに添加し得る焼結助剤としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ，Ｌｕ等の周期律表第３族（後述）が挙げられる。なかでも、焼結温度及び圧力が高くなり過ぎないという点で、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂが好ましい。

本発明に使用する窒化珪素セラミックスの常温における熱伝導率は５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、より好ましくは６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。従って、窒化珪素系セラミックス中の酸素含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには５重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには３重量％以下である。また窒化珪素粒子中の酸素含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには２．５重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには１．５重量％以下である。さらに窒化珪素系セラミックス中のアルミニウムの含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには０．２重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには０．１重量％以下である。

窒化珪素セラミックス中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と周期律表第３族元素酸化物の合計量は０．６〜７重量％であるのが好ましい。その合計量が０．６重量％未満では、焼結体の相対密度が９５％未満と不十分である。一方７重量％を超えると、熱伝導率の低い粒界相の量が過剰となり、焼結体の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満となる。ＭｇＯ＋第３族元素酸化物は０．６〜４重量％であるのがより好ましい。

ＭｇＯ／第３族元素酸化物の重量比は１〜７０が好ましく、１〜１０がより好ましく、１〜５が最も好ましい。ＭｇＯ／第３族元素酸化物が１未満では、粒界相中の希土類酸化物の割合が多すぎるため、難焼結性となり緻密な焼結体が得られない。また、ＭｇＯ／
第３族元素酸化物が７０を超えると焼結時におけるＭｇの拡散を抑制できず、焼結体表面に色むらが生じる。Ｍｇ／第３族元素酸化物が１〜７０の範囲にあると、１６５０〜１８５０℃での焼結により高熱伝導率化が著しい。焼結体を１８００〜２０００℃で熱処理すると、さらに高熱伝導率化される。熱処理による高熱伝導率化は、窒化珪素粒子の成長と蒸気圧の高いＭｇＯの揮発による。

窒化珪素粒子中のアルミニウム、マグネシウム及び周期律表第３族元素の合計量は１．０重量％以下であるのが好ましい。

窒化珪素焼結体中のβ型窒化珪素粒子のうち、短軸径が５μｍ以上のβ型窒化珪素粒子の割合が１０体積％超では、焼結体の熱伝導率は向上するが、組織中に導入された粗大粒子が破壊の起点として作用するため破壊強度が著しく低下し、７００Ｍｐａ以上の曲げ強度が得られない。従って、窒化珪素焼結体中のβ型窒化珪素粒子のうち、短軸径が５μｍ以上のβ型窒化珪素粒子の割合は１０体積％以下であるのが好ましい。同様に、組織中に導入された粗大粒子が破壊の起点として作用することを抑えるために、β型窒化珪素粒子のアスペクト比は１５以下であるのが好ましい。

シンクロール１において胴部１ａを形成する窒化珪素セラミックスは、急激な温度変化に対して十分な抵抗力を有する必要がある。急激な温度変化に対する抵抗力は下記式（１）：
Ｒ＝αｃ（１−ν）／Ｅα・・・（１）
（ 但し、αｃ：常温における4点曲げ強度（ＭＰａ）、ν：常温におけるポアソン比、Ｅ：常温におけるヤング率（ＭＰａ）、α：常温から８００℃までの平均熱膨張係数）
により表される係数で表される係数Ｒは６００以上であるのが好ましく、７００以上であるのがより好ましい。係数Ｒが６００未満であると軸部１ｄおよび接続部１ｊが破壊するおそれがある。係数Ｒは、軸部１ｄおよび接続部１ｊから切り出した試験片に対して測定した常温における４点曲げ強度αｃ（ＭＰａ）
、常温におけるポアソン比ν、常温におけるヤング率Ｅ（ＭＰａ）及び常温から８００℃までの平均熱膨張係数αから求める。

１（２〜５） シンクロール
１ａ（２ａ〜４ａ） 錘収納部
１ｂ（４ｂ） 胴部
１ｃ（２ｃ、３ｃ 錘
１ｄ 軸部
１ｈ 第１の側壁
１ｉ 第２の側壁
１ｍ 錘収納室
１ｒ 接続孔部
１ｗ 接続孔部

Claims (10)

1. 軸心を有する外観が略円柱状の胴部と、前記胴部と同軸にその端に接合された軸部を有する溶融金属めっき浴用ロールであって、前記軸部と同軸に、前記胴部または軸部に固定される略円盤形状の錘収納部を有し、前記錘収納部は、前記胴部の軸心に沿い当該錘収納部の外周に並設された第１の側壁および第２の側壁と、必要に応じ配置される前記第１の側壁および第２の側壁の外周面に挿着され固定される略円環形状の外周部と、前記第１の側壁および第２の側壁の間に形成された錘収納室と、前記錘収納室に収納された錘を有する溶融金属めっき浴用ロール。
2. 前記胴部または前記軸部は、その内部に形成された、前記胴部の軸心に直交する断面形状が略円形状で、前記胴部と同軸の接続孔部を有し、前記錘収納部は、前記接続孔部に挿着され固定されている請求項１に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
3. 前記錘収納部は、前記軸部と一体的に構成され、前記胴部と軸部の間に介在するよう配置されている請求項１または２のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
4. 前記錘収納部は、前記軸部とは独立した部材である請求項１または２のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
5. 前記錘収納部は、前記第１の側壁および第２の側壁を連結する内周部と、前記錘収納室を覆うように前記第１の側壁および第２の側壁の外周に固定された外周部を有し、前記第１の側壁および第２の側壁ならびに前記内周部および外周部により前記錘収納室が画成されている請求項４に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
6. 前記胴部は、端に形成された接続孔部を共に有する、外観が略円柱状の第１の胴部材および第２の胴部材とで構成され、前記錘収納部は、前記胴部と軸部との間に替えて、前記第１の胴部材および第２の部材の接続孔部に挿着され固定され、当該第１の胴部材および第２の胴部材を接合して前記胴部を構成している請求項４または５のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
7. 前記錘が金属粉であり、前記金属粉は、前記錘収納室に充填されている請求項１乃至６のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
8. 前記錘は金属体であり、弾性体を介し前記錘収納部に収納されている請求項１乃至６のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
9. 前記第１の側壁は独立した部材であり、前記錘は環状体である請求項８記載の溶融金属めっき浴用ロール。
10. 前記胴部がセラミックスで構成されている請求項１乃至９のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。

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