JP2013216926A - 溶融金属めっき浴用ロール - Google Patents

Abstract

【課題】中空部を有する略円筒形状のセラミックス製の胴部を有するロールにおいて、ロール重量を増量するための粉末を中空部に収納してロールの重量を増量することで相対的に浮力を低減しつつ当該粉末の偏在による操業中におけるロールの回転性の低下が少なく、さらにセラミックス製の胴部の破損を抑制可能なロールを提供する。
【解決手段】軸芯に沿う方向に延びる中空部１ｂを有する略円筒形状のセラミックス製の胴部１ａと、胴部１ａの両端に固定された軸部１ｄとを有する溶融金属めっき浴用ロール１であって、前記軸芯に沿い配置されるとともに中空部１ｂの内周面に挿着され固定された隔壁２ａを有し、中空部１ｂは、２ａ隔壁により分割された２以上の収納室２ｆを構成しており、収納室２ｆには、ロール重量を増量するための粉末Ｆが収納されている溶融金属めっき浴用ロールである。
【選択図】図２

Description

本発明は、亜鉛、アルミニウムまたはそれらの合金などを溶融してなる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」、または「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。なお、以下、前者のめっき浴中シンクロールを第１のロールと、前者のめっき浴中シンクロールを第２のロールと言う。

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、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ことを目的としている。そして、当該ロールは、浮力を相対的に低減させる重力をロールに付加するため錘である一定重量の粉末を、その中空円筒体の内側空間または筒状空間に封入させてロールの重量化した構成であるが、次のような問題があった。すなわち、特許文献１の第１のロールにおいて、ロール重量を増量するための粉末は、ロールの胴部ほぼ全長に渡り形成された中空円筒体の内部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を低減す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、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、ロールの円滑な回転性を阻害する可能性がある。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。

一方で、特許文献１の第２のロールは、ロール重量を増量するための粉末が封入される複数個の筒状空間は、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いるので、浮力を低減しつつ上記第１のロールに対しより円滑にロールを回転せしめることが可能である。しかしながら、上記第２のロールを、めっき浴に対する耐腐食性を向上するためセラミックスで構成された胴部を有するロールに適用した場合には、次のような問題があった。すなわち、セラミックス製の胴部に上記筒状空間を配置すると、径方向の断面において、当該胴部には厚肉部と薄肉部が生じる。すると、高温のめっき浴への浸漬時またはめっき浴からの引き上げ時の熱衝撃のため、脆性材であるセラミックスで構成された胴部が厚肉部において破損する虞があった。また、難削材であり、専ら成形により形状が創生されるセラミックスで構成された胴部に、複数の筒状空間を設けることはコスト的に現実的ではない。

本発明は、上記従来技術を鑑みてなされたものであり、中空部を有する略円筒形状のセラミックス製の胴部と、前記胴部の両端に固定された軸部とを有するロールにおいて、ロール重量を増量するための錘を中空部に収納してロールの重量を増量することで相対的に浮力を低減しつつ当該錘の偏在による操業中におけるロールの回転性の低下が少なく、さらにセラミックス製の胴部の破損を抑制可能な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、軸芯と、前記軸芯に沿う方向に延びる中空部とを有する略円筒形状のセラミックス製の胴部と、前記胴部の両端に固定された軸部とを有する溶融金属めっき浴用ロールであって、前記軸芯に沿い配置されるとともに前記中空部の内周面に挿着され固定された隔壁を有し、前記中空部は、前記隔壁により分割されて２以上の収納室を構成しており、前記収納室には、ロール重量を増量するための錘が収納されている溶融金属めっき浴用ロールである。なお、前記錘を粉末で構成する場合には、前記収納室は密閉されていることが望ましい。

なお、前記隔壁は、前記軸芯に対し直交する断面において当該軸芯上を通過するよう配置されていることが望ましい。

さらに、前記中空部の内周面には、前記軸芯に沿う方向に延びる溝が形成されており、前記隔壁は、その端部が、前記溝に挿着され固定されていることが望ましい。

さらに加えて、前記隔壁を第１の隔壁としたとき、前記軸芯に沿う断面で見たときに前記中空部の内周面に挿着され固定された第２の隔壁を有し、前記中空部は、前記第２の隔壁により分割されて２以上の収納室を構成していることが望ましい。

なお、前記隔壁は、前記胴部を構成するセラミックスと熱膨張係数が略同一のセラミックスで構成されていてもよく、金属で構成されていてもよい。隔壁を金属で構成する場合には、前記中空部の内周面と前記隔壁との間には弾性部が配置されていることが望ましく、さらに、前記弾性部は前記隔壁の一部であることが望ましい。

上記弾性部を有する態様の溶融金属めっき浴用ロールの場合、前記軸芯に沿う方向において前記中空部の中央領域に形成され、前記隔壁が挿着される隔壁挿着孔部を有し、前記隔壁挿着孔部の外方には、前記軸芯に沿う方向において外側に向け拡径するテーパ孔部が形成されていることが望ましい。

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。 図１の溶融金属めっき浴用ロールの正断面図である。 図２の右側面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図３（ｂ）のＤ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への隔壁の固定構造を示す部分拡大断面図である。 図２のＣ部拡大図である。 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正断面図である。

以下、本発明について、その第１〜第３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３と、めっき浴８１の内でシンクロール３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１・１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３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１・１は、通例、一方のサポートロール１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１が非駆動ロールである。なお、サポートロール１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３及び一対のサポートロール１・１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３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１・１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］
図１の溶融金属めっき装置８０に組み込まれる、本発明の好ましい実施形態である第１態様のサポートロール１の構成について、図２、３、４（ａ）および５を参照して説明する。ここで、図２は、図１のサポートロール１の正断面図であり、図３（ａ）は、図２の右側面図であり、図３（ｂ）は、図２のＡ−Ａ断面図であり、図４（ａ）は、図３（ｂ）のＤ部拡大図であり、図５は、図２のＣ部拡大図である。なお、以下説明する第２および第３態様のサポートロールの構成についても同様であるが、基本的に、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。

理解のため隔壁２ａのハッチングを省略した図２に示すように、サポートロール（以下、単にロールと言う場合がある。）１は、回転中心となる軸芯Ｉと、軸芯Ｉに沿う方向（以下、この方向を軸心方向と言う。）に延びる中空部１ｂを有する略円筒形状のセラミックス製の胴部１ａと、胴部１ａの両端に固定された２の軸部１ｄを有している。なお、軸部１ｄは、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。そして、図３（ｂ）に示すように、ロール１は、軸芯Ｉに沿い配置されるとともに中空部１ｂの内周面に挿着され固定された隔壁２ａを有し、中空部１ｂは、隔壁２ａにより分割されて４（２以上）の収納室２ｆを構成しており、収納室２ｆには、ロール重量を増量するための錘である粉末Ｆが収納されている。以下、胴部１ａ、軸部１ｄおよび隔壁２ａの構成について説明するが、胴部１ａの両端に配置される二の軸部１ｄの構成ならびに軸部１ｄと胴部１ａとの関係は同一であるので、右側の軸部１ｄのみ説明し、左側の軸部１ｄの説明は省略する。

［胴部］
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セラミックスで構成された胴部１ａ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。そして、本態様の胴部１ａ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１ｂを有する略円筒形状をなしている。ここで、中空部１ｂは、軸芯方向において中空部１ｂの中央領域に設けられた隔壁２ａが挿着される隔壁挿着孔部１Ｌと、隔壁挿着孔部１Ｌの両側である胴部１ａの両端に配置された隔壁挿着孔部１Ｌよりも大径な接続孔部１ｃを有し、この接続孔部１ｃに軸部１ｄは嵌着され固定されている。

なお、以下の説明では、隔壁２ａは、軸芯方向において上記中空部１ｂの中央領域に設けられた隔壁挿着孔部１Ｌに挿着され固定されたロール１を例として説明するが、隔壁２ａは、軸芯方向において胴部１ａの両端に設けられた接続孔部１ｃの領域まで延設するよう中空部１ｂに配置してもよい。また、図示する胴部１ａは、軸芯方向における肉厚が同一であるが、必要な範囲で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、胴部１ａ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１ａの厚みは、軸心方向においてほぼ一定の厚みであることが望ましい。

図３（ｂ）および図４に示すように、中空部１ｂの一部をなす本態様の隔壁挿着孔部１Ｌの内周面には、好ましい構成要素として、軸芯に直交する方向（以下、半径方向と言う場合がある。）に沿う断面で見たときに、軸芯Ｉの周りに９０度の等角度で配置された、断面が略矩形状の溝１ｉが形成されている。下記詳述する隔壁２ａの半径方向における端が挿着され固定される溝１ｉは、図２に示すように、軸芯方向において隔壁挿着孔部１Ｌの全長に渡り形成されている。

［軸部］
図２および図３に示すように、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、胴部１ａの接続孔部１ｃに固定される大径部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。

なお、胴部１ａの接続孔部１ｃに軸部１ｄを固定する場合には、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、例えば焼き嵌めまたは冷し嵌めにより締り嵌めで嵌合することが好ましい。その場合、胴部１ｂの接続孔部１ｃの内径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１ｃによる軸部１ｄの締付け力が不十分であり、軸部１ｄ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１ａ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。

［隔壁］
中空部１ｂの一部である隔壁挿着孔部１Ｌに挿着される隔壁２ａは、図３（ｂ）に示すように、半径方向における断面形状が十字形状となるよう形成された２枚の板体２ｄと板体２ｅとで構成され、互いに直交する同じ長さの４辺を有する形態である。そして、隔壁２ａは軸芯Ｉに沿い配置されており、隔壁挿着孔部１Ｌの内周面、本態様の場合には隔壁挿着孔部１Ｌの内周面に形成された４条の溝１ｉに、その４辺が各々挿着され固定されている。ここで、隔壁２ａは、その半径方向の端面が隔壁挿着孔部１Ｌの内周面に直接接触するように配置して隔壁挿着孔部１Ｌ挿着し固定してもよいが、溝１ｉに挿着して隔壁２ａを固定することにより、円周方向への隔壁２ａの移動が規制されるので望ましい。

そして、軸芯方向において隔壁２ａの両端には、隔壁２ａの端面に密着するように配置された略円板形状の封止板２ｂが配置されている。しかして、図３（ｂ）に示すように、中空部１ｂの一部である隔壁挿着孔部１Ｌは、隔壁２ａで分割され密閉されて４の収納室２ｆを構成することとなる。この収納室２ｆには、ロール重量を増量するための錘である粉末Ｆが収納される。なお、粉末Ｆとしては、比重の大きな例えばタングステン、鉛、モリブデン、銅、ニッケルまたは鉄若しくはそれらの合金を含む金属粉末を使用することが望ましく、めっき浴に浸漬されたときに生じる浮力を相対的に低減できる量の粉末Ｆが、収納室２ｆに収納される。ここで、上記収納室２ｆに収納される錘は粉末Ｆに限定されず、例えば粒状体やブロック体であってもよい。この場合には、収納室２ｆに収納された錘が、当該収納室２ｆの外に漏れださない程度の隙間が、隔壁２ａと隔壁挿着孔部１Ｌの内周面の間または隔壁２ａを構成する板体２ｄおよび２ｅの間にあってもよい。

上記のように構成されたロール１によれば、セラミックスで構成された胴部１ａは肉厚がほぼ一定の略円筒形状をなしており、肉厚の急変部が少ないので、高温のめっき浴への浸漬時およびめっき浴からの引き上げ時に生じる熱衝撃により胴部１ａの破損を抑制できる。加えて、当該胴部１ａに形成された中空部１ｂの一部である隔壁挿着孔部１Ｌは、当該隔壁挿着孔部１Ｌに挿着され固定された隔壁２ａで分割され、密閉された４（２以上）の収納室２ｆを構成している。そして、ロール重量を増量して浮力を相対的に低減する粉末Ｆは、複数の収納室２ｆに分割して収納されており、操業中においてロール１が回転した場合でも、粉末Ｆの移動範囲は収納室２ｆの範囲に規制されるため、粉末Ｆの偏在によるロールの回転性の悪化を抑制することができる。

さらに、隔壁２ａは、図３（ｂ）に示すように、半径方向に沿う断面において、軸芯Ｉ上を通過するよう配置されていることが望ましい。具体的には、ロール１の回転中心である軸芯Ｉと隔壁２ａの中心とがほぼ一致するように隔壁２ａを配置することにより、軸芯Ｉの周りに同じ大きさの収納室２ｆが等角度で配置される。そして、この収納室２ｆに収納される粉末Ｆの重量を好ましくはほぼ同量とすることにより、粉末Ｆの偏在によるロールの回転性の悪化をより効果的に抑制することができる。

なお、本態様の隔壁２ａは、上記したように２枚の板体２ｄ・２ｅを組み合わせて略十字形状に構成しているが、隔壁は１枚の板体で構成してもよく、３枚以上の板体で構成してもよい。半径方向に沿う断面で見た場合、前者の場合には収納室は２室形成され、後者の場合には６室以上形成されることとなる。さらに、半径方向における断面で見た時の収納室の室数は偶数個に限定されず、奇数個であってもよい。この場合には、半径方向における断面において、隔壁は奇数本の辺をもつこととなる。さらに、隔壁２ａを構成する板体２ｄおよび２ｅの半径方向における幅および厚みは、図３（ｂ）に示すように同一であるが、これらは異なる大きさとしてもよい。また、隔壁２ａの形成方法も特段限定されることなく、例えば板体２ｄ・２ｅが金属の場合には例えば溶接や螺子止めで固定して隔壁２ａを形成すればよく、セラミックスの場合には例えば十字形状となるよう成形し焼成して隔壁２ａを形成してもよく、板状に形成したセラミックス製の板体２ｄおよび２ｅを機械的に接合して隔壁２ａを形成してもよい。

隔壁２ａをセラミックスで構成する場合には、胴部１ａと熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで隔壁２ａ構成すると、高温のめっき浴にロール１を浸漬した際の胴部１ａと隔壁２ａの熱膨張量の差が少なく、隔壁２ａの過大な伸びによる胴部１ａの破損を抑制できるので好ましい。そして、隔壁２ａをセラミックスで構成する場合には、締り嵌めとなるよう例えば焼き嵌めや冷し嵌めで隔壁２ａを溝１ｉに固定すればよい。なお、締り嵌めの場合の溝１ｉと隔壁２ａの間の嵌合率は、上記胴部１ａと軸部１ｄの場合と同様である。

また、熱膨張係数がセラミックスよりも大きな金属で隔壁２ａを構成してもよい。しかしながら、隔壁２ａは、収納室２ｆを密閉するため、隔壁挿着孔部１Ｌの内周面に形成された溝１ｉの底面に密着している必要がある。このため、上記したように高温のめっき浴にロール１を浸漬した際の胴部１ａと隔壁２ａの熱膨張量の差に起因する胴部１ａの破損が生じる虞があり、これを抑制する必要がある。そこで、本態様の隔壁２ａは、図４（ａ）および図５に示すように、中空部１ｂの一部である隔壁挿着孔部１Ｌの内周面と隔壁２ａとの間には弾性部２ｈを配置している。具体的には、隔壁２ａの４辺を構成する板体２ｄ・２ｅの半径方向における４の端部に各々弾性部２ｈを設け、この弾性部２ｈを、隔壁挿着孔部１Ｌの内周面に形成された溝１ｉの底面に密着するよう圧縮した状態で溝１ｉに挿着している。ここで、上記配置状態において、弾性部２ｈは圧縮した状態で溝１ｉに挿着されているので、その反力により隔壁２ａは隔壁挿着孔部１Ｌ内に固定される。一方で、弾性部２ｈは、めっき浴にロール１を浸漬した際の胴部１ａと隔壁２ａの熱膨張量の差を吸収可能な大きさの圧縮代を残した状態で溝１ｉに挿着されており、もってめっき浴に浸漬された際の熱膨張量の差を弾性部２ｈが吸収し、胴部１ａと隔壁２ａの熱膨張量の差に起因する胴部１ａの破損を抑制できる。なお、隔壁挿着孔部１Ｌが隔壁２ａで分割されてなる収納室２ｆの密閉性をより高めるためには、図４（ａ）に示すように、溝１ｉと隔壁２ａの各辺の端部の周囲に、例えば耐熱性のシール材２ｊを配置しておくことが望ましい。

ここで、本態様の弾性部２ｈは、隔壁２ａを隔壁挿着孔部１Ｌに配置する際の弾性部２ｈの位置決め等を考慮した好ましい態様として、隔壁２ａの一部、つまり隔壁２ａと一体物として構成してある。すなわち、図４（ａ）に示すように、隔壁２ａの４辺を構成する板体２ｄ・２ｅは、金属製の第１の板材２ｇの端部を複数折屈曲させることにより形成した弾性部２ｈと、上記第２の板材２ｇの弾性部２ｈが形成されない余の部分である平坦部の強度を増すため当該平坦部の両面に接合された第２の板材２ｉとで構成された本体部２ｋとで各々構成してある。このように、隔壁２ａの一部として弾性部２ｈを設けることにより、弾性部２ｈは隔壁２ａと一体に隔壁挿着孔部１Ｌに配置できるので、弾性部２ｈの位置決めが不要となるとともに例えば操業中において弾性部２ｈが溝１ｉから単独に離脱することもない。

なお、第２態様のロール４の胴部１ａと隔壁４ａとの部分の半径方向に沿う拡大断面図である図４（ｂ）に示すように、弾性部４ｈは、隔壁４ａとは独立した部品、つまり隔壁４ａと別体に構成してもよい。図４（ａ）に示した弾性部２ｈと同一形態の弾性部４ｈは、隔壁４ａの４辺を構成する板体４ｄ・４ｅの半径方向における４の端面に密着するとともに、隔壁挿着孔部１Ｌの内周面に形成された溝１ｉの底面に密着するよう圧縮した状態で溝１ｉに挿着され、隔壁４ａを隔壁挿着孔部１Ｌに固定する。上記隔壁４ａとは別体とした弾性部４ｈとしては、高温のめっき浴に浸漬した際に胴部１ａ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、図示の形態の弾性部４ｈ以外に、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、上記のように隔壁挿着孔部の内周面と隔壁との間には弾性部を配置する場合には、図５に示すように、隔壁挿着孔部１Ｌの外方に、軸芯方向において外側、つまり胴部１ａの端面側に向け拡径するテーパ孔部１ｊを設けておけば、隔壁２ａを隔壁挿着孔部１Ｌに挿着する際に、このテーパ孔部１ｊにより弾性部２ｈが徐々に圧縮されるので、隔壁２ａを円滑に隔壁挿着孔部１Ｌに挿着することができ望ましい。なお、テーパ孔部１ｊの最大径および最小径は、弾性部の自由長および圧縮した状態で溝部に挿着した状態における長さに基づき決定すればよい。

図５に示すように、本態様のロール１において、軸芯方向において隔壁２ａの端面に接するよう配置される略円板形状の封止板２ｂは、隔壁挿着孔部１Ｌに両側に隣接して配置された挿着孔部１ｍに嵌合され固定されている。なお、軸芯方向において中空部１ｂの全長に渡り隔壁２ａを配置するため、隔壁２ａを接続孔部１ｃまで延設する場合には、軸部１ｄの大径部１ｅに封止板２ｂを配置してもよい。

中空部１ｂに挿着孔部１ｍを設けず、上記封止板２ｂを、隔壁挿着孔部１Ｌに挿着して固定してもよい。この場合には、隔壁挿着孔部１Ｌの内周面に形成された溝が露出するため、溝の両端の開口部に上記した耐熱性のシール材２ｊ（図４参照）を充填し、隔壁２ａで隔壁挿着孔部１Ｌを分割し形成された収納室２ｆの密閉を確保すればよい。また、隔壁２ａの四隅には、隔壁２ａの構成によっては図示するように隙間２Ｌが形成される場合がある。この場合にも、同様に隙間２Ｌを耐熱性のシール材で埋め、収納室２ｆの密閉を確保すればよい。

封止板２ｂは、胴部１ａと熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで隔壁２ａ構成すると、高温のめっき浴に浸漬した際の胴部１ａと封止板２ｂの熱膨張量の差が少なく、封止板２ｂの過大な伸びによる胴部１ａの破損を抑制できるので好ましい。そして、封止板２ｂをセラミックスで構成する場合には、締り嵌めとなるよう例えば焼き嵌めや冷し嵌めで封止板２ｂを挿着孔部１ｍに固定すればよい。なお、締り嵌めの場合の挿着孔部１ｍと封止板２ｂの間の嵌合率は、上記胴部１ａと軸部１ｄの場合と同様である。

さらに、本態様のように隔壁２ａを金属で構成し、封止板２ｂをセラミックスで構成する場合には、めっき浴にロール１が浸漬されたときの両者の熱膨張量の差を考慮する必要がある。すなわち、隔壁２ａは、収納室２ｆを密閉するため、少なくともめっき浴に浸漬された状態では封止板２ｂの端面に密着している必要がある。ここで、熱膨張係数の高い隔壁２ａの熱膨張量は、熱膨張係数の低い封止板２ｂの熱膨張量よりも大きいため、軸芯方向における隔壁２ａの端面を封止板２ｂの端面に密着させた場合には、熱膨張により軸芯方向に伸びようとする隔壁２ａを圧縮する方向に応力が作用し、隔壁２ａが座屈して損傷する虞があり、これを抑制する必要がある。

ここで、隔壁２ａと封止板２ｂの軸芯方向における熱膨張量の差を考慮し、めっき浴にロールを浸漬する前の常温の状態では、当該熱膨張量の差の大きさだけ封止板２ｂの端面から隔壁２ａの端面が離隔した状態となるよう両者を配置しておき、めっき浴にロールが浸漬された際には両者が熱膨張し、その端面同士が密着するように構成してもよい。しかしながら、このような構成とした場合には、ロールがめっき浴に浸漬された状態では収納室２ｆの密閉性は確保できるものの、常温で行われる例えばロールの移動などのハンドリングの際の収納室２ｆの密閉性が確保できず、ある収納室２ｆに収納した粉末が別の収納室２ｆに移動し、ロールの回転性が悪化する虞がある。

そこで、本態様の隔壁２ａでは、半径方向における断面形状が図４（ａ）で示した弾性部２ｈと同様な弾性部２ｋを、軸芯方向において隔壁２ａの端に一体的に設け、当該弾性部２ｋを介し隔壁２ａを封止板２ｂに密着するよう構成した。具体的には、隔壁２ａを構成する板体２ｄ・２ｅの軸芯方向における端部に各々弾性部２ｋを設け、この弾性部２ｋを、封止板２ｂの端面に密着するよう圧縮した状態で配置している。このように弾性部２ｋは圧縮した状態で配置されているので、その反力により隔壁２ａは２枚の封止板２ｂの間で固定される。一方で、弾性部２ｋは、めっき浴にロール１を浸漬した際の封止板２ｂと隔壁２ａの熱膨張量の差を吸収可能な大きさの圧縮代を残した状態で配置されており、もってめっき浴に浸漬された際の熱膨張量の差を弾性部２ｋが吸収し、封止板２ｂと隔壁２ａの熱膨張量の差に起因する隔壁２ａの破損を抑制できる。

［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に組み込まれる第２態様のロール５の構成について、図６を参照して説明する。ここで、図６は、第２態様のロール５の正断面図である。なお、図６において、上記第１態様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。

第２態様のロール５は、（１）隔壁５ａが挿着され固定される中空部１ｂの一部である隔壁挿着孔部５Ｌの内周面には溝が形成されておらず、隔壁５ａは隔壁挿着孔部５Ｌの内周面に直接接触するよう固定されている点、（２）隔壁５ａが一枚の板体で構成されており、隔壁挿着孔部５Ｌは、当該隔壁５ａで分割され、２の収納室５ｆを構成している点、（３）上記隔壁５ａを第１の隔壁としたとき、軸芯方向に沿う断面で見たときに隔壁挿着孔部５Ｌの内周面に挿着され固定された第２の隔壁５ｂを有し、隔壁挿着孔部５Ｌは、第２の隔壁５ｂにより分割され、密閉された２以上の収納室５ｆを構成している点で、第１態様のロールと相違している。なお、相違点（１）および（２）については、上記第１態様のロールの項で既に説明済みであるので詳細な説明を省略し、以下相違点（３）の構成について説明する。

上記のように中空部１ｂの一部である隔壁挿着孔部５Ｌに挿着され固定される第２の隔壁５ｂは、半径方向において第１の隔壁５ｂの上面および下面に固定された略半円板形状をなす板体であり、その外周面が隔壁挿着孔部５Ｌの内周面に密着するよう配置されている。なお、図６に示すロール５では、軸芯方向において２枚の第２の隔壁５ｂが同じ位置に配置され、半径方向において２枚の第２の隔壁５ｂが一対となる態様で配置されているが、上下に配置された第２の隔壁５ｂは軸芯方向において異なる位置に配置してもよい。また、軸芯方向における第２の隔壁５ｂの枚数も２枚に限らず、所望の室数の収納室５ｆを形成する枚数に応じ配置すればよい。さらに、略円板形状に形成した第２の隔壁５ｂの端面に第１の隔壁５ａを固定するようにしてもよい。

かかる第２の隔壁５ｂを設けたロール５によれば、軸芯方向において隔壁挿着孔部５Ｌを分割することにより、当該隔壁挿着孔部５Ｌが分割されてなる収納室５ｆの室数を増加させ、各収納室５ｆの大きさを細かくすることができる。このように細分化された収納室５ｆに、ロール重量を増量させる粉末Ｆを収納することにより、操業中においてロール５が回転した場合でも、粉末Ｆの移動範囲は収納室５ｆの範囲により規制され、粉末Ｆの偏在によるロールの回転性の悪化をより効果的に抑制することができる。

［材料構成］
以下、胴部を構成するセラミックス、好ましくは軸部、隔壁および封止板をセラミックスで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、ロール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、胴部等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であるサイアロンまたは窒化珪素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）が好ましく、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。

特に胴部や軸部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（４、５） サポートロール
１ａ 胴部
１ｂ 中空部
１ｃ 接続孔部
１ｄ 軸部
１ｉ 溝
１ｊ テーパ孔部
１Ｌ 隔壁挿着孔部
２ａ（４ａ、５ａ） 隔壁
２ｂ 封止板
２ｆ（５ｆ） 収納室
２ｈ（４ｈ） 弾性部
２ｋ 弾性部

Claims (9)

1. 軸芯と、前記軸芯に沿う方向に延びる中空部とを有する略円筒形状のセラミックス製の胴部と、前記胴部の両端に固定された軸部とを有する溶融金属めっき浴用ロールであって、前記軸芯に沿い配置されるとともに前記中空部の内周面に挿着され固定された隔壁を有し、前記中空部は、前記隔壁により分割されて２以上の収納室を構成しており、前記収納室には、ロール重量を増量するための錘が収納されている溶融金属めっき浴用ロール。
2. 前記錘が粉末であり、前記収納室は密閉されている請求項１に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
3. 前記隔壁は、前記軸芯に対し直交する断面において当該軸芯上を通過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. 前記中空部の内周面には、前記軸芯に沿う方向に延びる溝が形成されており、前記隔壁は、その端部が、前記溝に挿着され固定されている請求項１乃至３のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
5. 前記隔壁を第１の隔壁としたとき、前記軸芯に沿う断面で見たときに前記中空部の内周面に挿着され固定された第２の隔壁を有し、前記中空部は、前記第２の隔壁により分割されて２以上の収納室を構成している請求項１乃至４のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール
6. 前記隔壁は、前記胴部を構成するセラミックスと熱膨張係数が略同一のセラミックスで構成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
7. 前記隔壁は金属で構成されており、前記中空部の内周面と前記隔壁との間には弾性部が配置されている請求項１乃至５のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
8. 前記弾性部は、前記隔壁の一部である請求項７に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
9. 前記軸芯に沿う方向において前記中空部の中央領域に形成され、前記隔壁が挿着される隔壁挿着孔部を有し、前記隔壁挿着孔部の外方には、前記軸芯に沿う方向において外側に向け拡径するテーパ孔部が形成されている請求項７または８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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