JP3765484B2

JP3765484B2 - 連続溶融金属めっき用ロール

Info

Publication number: JP3765484B2
Application number: JP2002116410A
Authority: JP
Inventors: 伸一横須賀
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2022-04-18
Also published as: JP2003306752A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板に亜鉛めっき等の金属めっきを施す際に溶融金属浴中に浸漬して用いられるシンクロールやサポートロール等の連続溶融金属めっき用ロールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続溶融金属めっき装置は、表面を清浄、活性化した鋼板を亜鉛等の溶融金属浴中に浸漬、走行させながら連続的にめっきを行うものである。その際、シンクロールやサポートロール等の連続溶融金属めっき用ロールが溶融金属浴中に浸漬されて用いられる。シンクロールは、溶融金属浴中の底部に配置され、浴中に送られてきた鋼板の進行方向を上方の浴面側に変えるものである。通常、シンクロールの回転動力は、鋼板の走行移動によって駆動トルクが付与される。また、サポートロールは、一対のロールからなりシンクロールを通過した後の浴面に近い位置に設けられ、外部のモーターによりスピンドルを介して駆動され、鋼板を挟み込み、鋼板のパスラインを保ち、シンクロールを通過した際に生じる鋼板の反りを矯正する。
【０００３】
従来の連続溶融金属めっき用ロールには、耐食性に優れるステンレス鋼やクロム系耐熱鋼等の鉄鋼材料が用いられていた。しかしながら、このロールは長時間、溶融金属浴中に浸漬されると、表面が侵食されて摩耗しやすかった。さらに耐食性、耐摩耗性を向上させるために鉄鋼材料からなるロール母材表面に、耐食性Ｃｏ基合金を肉盛溶接したり、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金やＡｌ₂Ｏ₃等のセラミックスを溶射したものがあるが、母材と溶射被膜との熱膨張率の差により薄い被膜にクラックを生じそこから侵食されて摩耗を避けられなかった。
【０００４】
摩耗が著しくなると、ロールの真円度、円筒度を維持できなくなり、ロールや鋼板に振動が起こり、均一なめっき特性の鋼板が得られなくなる。このため、従来は１〜２週間の連続使用の後に、一旦めっき作業を中止して摩耗したロールを交換する必要があった。これは生産性を著しく低下させ、ロール交換費用がかさむことにより製品のコスト高を招く問題があった。
【０００５】
そこで、これを解決するために、鋼板が接触するロール胴部（通板部）を耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れるセラミックスにより構成した連続溶融金属めっき用ロールが知られている。例えば、従来例として特開平５−２７１８８７号には、ＳＵＨ３０９の耐熱鋼からなる軸にサイアロン製のセラミックススリーブを保持する黄銅製の止めリングを挿入してから、軸の両端から耐熱鋼製の押さえリングをはめて、軸とセラミックススリーブを固定したサポートロールが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
シンクロールやサポートロール等の連続溶融金属めっき用ロールは、鋼板と接触した状態となるので鋼板と同一速度で回転する必要がある。このため、連続溶融金属めっき用ロールはできるかぎり回転しやすく、起動および鋼板の走行速度の変化に追従しやすいことが望まれる。しかしながら、前記従来例の場合、耐熱鋼からなる中実の軸を有するのでロール自重が重くなり、走行する鋼板に追従して回転し難い問題があった。
【０００７】
また、ロール軸とセラミックススリーブとの隙間に溶融金属が侵入した状態で、ロールを浴中から引き揚げると、溶融金属が隙間に封入されたまま溜まって、温度の降下とともに凝固する。一方、浴中使用時に熱膨張していたロールは温度の降下により冷却され収縮し始める。そのため、隙間に溜まって凝固した金属によりセラミックススリーブが圧縮作用を受けて割れを生じる問題があった。
【０００８】
また、前記従来例はロール胴部のみがセラミックスで構成され、ロールの軸と押さえリングは耐熱鋼、止めリングは黄銅を採用しているので溶融金属浴に対する耐食性、耐摩耗性は未だ十分でなかった。そこで、ロール全体をセラミックスで構成できればよいが、焼結製のセラミックスは、例えばセラミックスの原料粉末等を型の中に入れ、冷間静水圧プレス装置により成形した後、焼成して製造されるため、大きさや形状に限界がある。特に、ロールのような長尺品の場合、ロール全体をセラミックスにより一体的に製造するには、長さ寸法の制約を多く受けざる得なかった。
【０００９】
この課題に対して、本発明者は、耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れるセラミックスにより、中空状のロール胴部とロール軸部を別個に作製した後、ロール胴部の片端部に一つのロール軸部を、ロール胴部の他端部に別のロール軸部をそれぞれ隙間を有するように嵌合させて組立てることにより構成した連続溶融金属めっき用ロールを提案した。
【００１０】
前記連続溶融金属めっき用ロールは優れた性能を有するがまだ改善を要するものである。すなわち、ロールの駆動軸はロールを駆動させるスピンドルシャフトにより回転させられ、一方ロール胴部も鋼板のテンションの反力を受け鋼板の進行方向に回転させられる。しかしながら、ロールを駆動させるスピンドルシャフトおよびロール側の駆動クラッチ部は自在継手の形式をとるため、スピンドルシャフトが常に一様な回転をしてもロール駆動軸は一様な回転をせず、速度変動を生じ、使用中ロールの回転速度よりも鋼板の進行速度が速い場合が生じた。このため、ロール駆動軸のクラッチ部が衝撃荷重を受けやすく、破損した場合、ロール駆動軸全体を再製作しなければならない課題がある。
【００１１】
さらに、ロール自体をロール胴部と軸部とを隙間を有するように嵌合させて組立てているため、ロール単体でハンドリングする際に隙間のある嵌合部で外れて落下しやすく、その衝撃で部品が破損するという課題がある。
【００１２】
そこで本発明は、このような問題を解消することを目的としており、耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れ、ロールを軽量化して回転しやすい、ロールを浴中から引き揚げた際の割れを防止でき、ロール全体をセラミックスにより長尺化できるとともに、使用中に駆動クラッチが万一破損しても容易に交換でき、ロール単体でハンドリングする場合でも嵌合部が外れずハンドリングが容易にできる連続式溶融金属めっき用ロールを提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、ロール胴部、軸部、駆動クラッチ部をそれぞれセラミックスにより中空状に形成し、ロール胴部の内面と軸部の外面との間に隙間を有するように、ロール胴部の両端部に軸部を嵌合し、さらに駆動側の軸部の外面と駆動クラッチ部の内面との間に隙間を有するように、駆動側の軸部に駆動クラッチ部を嵌合するとともに、それぞれの嵌合部に抜け止め用部材を挿入し固定部材で固定することにより組立てたことを特徴とする。
【００１４】
本発明において、軸部に設けた段付き部の端面と、軸部の周囲に配置されたすべり軸受の端面との間に形成したスラスト方向の隙間が、ロール胴部の端部に嵌合した部分の軸部のスラスト方向長さより短いことを特徴とする。また、ロール胴部と軸部、及び駆動側の軸部と駆動クラッチ部を平行クラッチ方式またはスプライン方式により嵌合して組立てることが好ましい。さらに、ロール胴部、軸部などを形成するセラミックスは、窒化ケイ素やサイアロン等の窒化ケイ素系セラミックスであるのが好ましい。
【００１５】
【作用】
本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、ロール胴部、軸部、駆動クラッチ部、抜け止め用部材がセラミックスからなるので、溶融金属浴に対して十分な耐食性、耐熱性、耐摩耗性を有する。セラミックスのなかでも窒化ケイ素やサイアロン等の窒化ケイ素系セラミックスは、熱膨張係数が約３×１０^-6／℃と小さく耐熱衝撃性に優れ、高温高強度を有するので好ましい。
【００１６】
ロール胴部と軸部及び駆動クラッチ部は、それぞれ回転軸方向に貫通孔を有する中空体であるため、ロール全体の自重が軽くなる。したがって、ロールの回転慣性力が小さくなり、運転起動および鋼板の走行速度の変化に良好に追従して回転できる。
【００１７】
本発明では、溶融金属が侵入する隙間を生じる可能性のある部分が、ロール胴部と軸部、及び駆動側の軸部と駆動クラッチ部を組立てた部分のみと少なく、また、ロールを浴中から引き揚げた際に、中空のロール胴部と軸部により形成された貫通孔の両端の開口部から溶融金属が円滑に排出されるので、隙間に溶融金属が溜まって凝固することによるロールの割れを防ぐことができる。
【００１８】
また、ロール胴部と軸部と駆動クラッチ部を別個に作製した後、ロール胴部の片端部（非駆動側）に一つの軸部を、ロール胴部の他端部（駆動側）に駆動側の軸部及び駆動クラッチ部を嵌合させて組立てるため、全体がセラミックスからなるロールを容易に長尺化できる。
【００１９】
また、ロール胴部と軸部を機械的に剛接合とすると、曲げや熱衝撃により両者の接合部に過大な応力が生じ、ロールが破壊するおそれがある。このため、ロール胴部の内面と軸部の外面との間に隙間を有するように両者を嵌合することにより柔構造として組立てる。これにより、ロール胴部と軸部との間の拘束力を回避でき、ロールに曲げまたは熱衝撃が付加された場合の応力の発生を軽減することが可能となり、ロールの割れを防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、連続溶融金属めっき装置のサポートロールにサイアロンセラミックスを適用した実施例について説明する。図１は連続溶融金属めっき装置の概略を示す。図１において、焼鈍炉から送出された鋼板１は、酸化防止のスナウト２を通り、亜鉛の溶融金属浴３の中に浸漬される。そして、鋼板１は溶融金属浴３中の底部に懸架されたシンクロール４により進行方向を変えられ浴面側に上昇する。次いで、浴面に近い位置に浸漬、支持された一対のロールからなるサポートロール５で鋼板１を挟み込み、鋼板１の反りや振動を防止する。続いて、溶融金属浴３面の上方にあるガスワイピング６によって高速ガスを吹き付け、そのガス圧、吹き付け角度により付着めっきの厚さを均一に調整する。このようにして、めっきが施された鋼板１は次の工程に送られる。この連続溶融金属めっき装置に、本発明の特徴を有するサポートロール５を装備した。
【００２１】
図２は本発明のサポートロール５の断面図を示す。図２において、サポートロール５は、ロール胴部７の片端部（非駆動側）に軸部９を、ロール胴部７の他端部（駆動側）に駆動側の軸部８をそれぞれ嵌合し、さらに駆動側の軸部８の外面に駆動クラッチ部１６を嵌合し、それぞれの嵌合部に形成した貫通孔に例えばボルトやピンなどの抜け止め用部材１７ａ、１７ｂを挿入し、ナットなどの固定部材１８ａ、１８ｂで固定することにより組立てる。このとき、ロール胴部７の内面と、軸部８および軸部９の外面との間に隙間を確保する。さらに駆動側軸部８の外面と駆動クラッチ部１６の内面との間に隙間を確保する。サポートロール５は、溶融金属浴に対して優れた耐食性、耐熱衝撃性、高温高強度特性を有するサイアロンセラミックスにより形成した。
【００２２】
本実施例では、次のようにサポートロール５のロール胴部７を作製した。まず、平均粒径０．８μｍのα−Ｓｉ₃Ｎ₄粉末：８７重量％、平均粒径０．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末：５重量％、平均粒径０．５μｍのＡｌＮ固溶体粉末：３重量％、平均粒径１．０μｍのＹ₂Ｏ₃粉末：５重量％を配合し、バインダーとしてポリビニルブチラールを原料粉末１００重量部当たり０．５重量％を加えて撹拌して得た混合物を、１０００ｋｇ／ｃｍ²の圧力でＣＩＰ成形した。次に、常圧、窒素雰囲気下、１７５０℃で５時間焼結してサイアロンセラミックス焼結体を得た。
【００２３】
得られたサイアロンセラミックス焼結体は理論密度の９９．１％の密度を有し、常温におけるビッカース硬度Ｈｖが１５８０、常温における３点曲げによる曲げ強さが１００ｋｇｆ／ｍｍ²であった。この焼結体を所定の形状に機械加工して中空円筒状のロール胴部７を作製した。また、ロールの軸部８、９、駆動クラッチ部１６、抜け止め用部材１７ａ、１７ｂ、固定部材１８ａ、１８ｂも、ロール胴部７と同様にサイアロンセラミックス焼結体で作製した。
【００２４】
ロール胴部７は、外径２１０ｍｍ、内径１６５ｍｍ、長さ１４００ｍｍの中空円筒体からなる。ロール胴部７の外周面は鋼板１が接触して通板される面である。ロール胴部７の両端部の内周に、おのおの端面から奥行き約６０ｍｍの範囲に嵌合部を設けた。また、この嵌合部に抜け止め用部材１７ｂを挿入するための貫通孔を形成した。
【００２５】
一方の軸部８は中空体からなり、溶融金属浴の外部に設けられた駆動モーター（図示せず）によりスピンドル（図示せず）を介して回転される駆動側の軸部である。軸となる細径側（図２では軸部８の右側）は、最大外径１４０ｍｍ、内径８０ｍｍである。ロール胴部７と接合される太径側（図２では軸部８の左側）は、外径１７５ｍｍ、内径１３０ｍｍである。細径側と太径側の長さを合わせた軸部８の全長は４７０ｍｍである。太径側の軸部８の端部外周に、ロール胴部７と組立てるための嵌合部を設けた。この嵌合部に抜け止め用部材１７ｂを挿入するための貫通孔を形成した。また、細径側の軸部８の端部外周に、スピンドルと結合させるための駆動クラッチ部１６を嵌合させるための嵌合部を設けた。この嵌合部に抜け止め用部材１７ａを挿入するための貫通孔を形成した。また、軸部８の周囲に配置されるすべり軸受１３と対向するように、軸部８に段付き部１１を設けた。
【００２６】
他方の軸部９は中空体からなり、すべり軸受１４で支持される従動側の軸部である。軸となる細径側（図２では軸部９の左側）は、外径１２０ｍｍ、内径８０ｍｍである。ロール胴部７と接合される太径側（図２では軸部９の右側）は、外径１７５ｍｍ、内径１３０ｍｍである。細径側と太径側の長さを合わせた軸部９の全長は４２０ｍｍである。太径側の軸部９の端部外周に、ロール胴部７と組立てるための嵌合部を設けた。この嵌合部に抜け止め用部材１７ｂを挿入するための貫通孔を形成した。また、軸部９の周囲に配置されるすべり軸受１４と対向するように、軸部９に段付き部１２を設けた。
【００２７】
このようなロール胴部７、軸部８、軸部９、駆動クラッチ部１６を用意した後、ロール胴部７の両端部に軸部８、軸部９を、ロール胴部７の回転軸と同軸に、しかもロール胴部７の内面と、軸部８および軸部９の外面との間に隙間を有するように嵌合させた。また、駆動側の軸部８の外面と駆動クラッチ部１６の内面との間に隙間を有するように、駆動側の軸部８に駆動クラッチ部１６を嵌合させた。ついで、ロール胴部７と軸部８との嵌合部、およびロール胴部７と軸部９との嵌合部に形成した貫通孔にボルト（抜け止め用部材）１７ｂを挿入し、ナット（固定部材）１８ｂにより締結固定した。同様に、駆動側の軸部８と駆動クラッチ部１６との嵌合部に形成した貫通孔にボルト（抜け止め用部材）１７ａを挿入し、ナット（固定部材）１８ａにより締結固定した。このようにして本発明のサポートロール５を組立てた。
【００２８】
このように組立てたサポートロール５には、回転軸方向に、駆動クラッチ部１６、軸部８、ロール胴部７、軸部９を貫いた貫通孔が形成されることになる。サポートロール５を溶融金属浴中に浸漬したとき、この貫通孔内に溶融金属が侵入し満たされる。一方、サポートロール５を溶融金属浴中から引き揚げた際には、貫通孔両端の開口部から溶融金属が円滑に排出される。
【００２９】
本発明のサポートロール５において、ロール胴部７の端部に嵌合された部分の軸部８のスラスト方向長さＬ１が、ロール胴部７の端部から突出した軸部８のスラスト方向長さＬ２より短いすなわちＬ１＜Ｌ２であるほうが、軸部８の全長が短い分軽量化を一層図ることができるので望ましい。これは軸部９についても同じである。
【００３０】
本発明のサポートロール５は、すべり軸受１３、１４によりラジアル方向、スラスト方向の力を受けている。そこで、スラスト方向の拘束については、抜け止め用部材１７ｂ、固定部材１８ｂにより軸方向に外れることなく拘束されている。また、使用中に駆動クラッチ部１６が万一破損しても駆動クラッチ部１６のみを容易に交換でき、ロール単体でハンドリングする場合でも嵌合部が外れずハンドリングが容易にできる。
【００３１】
図３は図２中のＡ−Ａ方向から見た断面図である。図３に示すように、ロール胴部７と駆動側軸部８との嵌合部を平行クラッチ１５の構造とすることにより駆動力を伝達するようにした。また、ロール胴部７と軸部９も同様に平行クラッチ方式で嵌合した。なお、駆動力の伝達方法は平行クラッチ方式の他にスプライン方式を用いても良い。
【００３２】
このように構成した本発明のサポートロール５を図１に示す連続溶融金属めっき装置において、板厚が２ｍｍ、板幅が１３００ｍｍのＳＵＳ３００系ステンレス鋼板を亜鉛めっき処理したところ、約１ヶ月の連続使用後、サポートロール５は侵食、摩耗が殆ど見られなく耐用寿命が著しく向上したことを確認できた。また、ロール自重が軽いので回転しやすく、起動および鋼板の走行速度の変化に良好に追従し、さらに摩耗によるロールや鋼板の振動の発生を抑えられるので高品質なめっき特性の鋼板が得られた。
【００３３】
以上、サポートロールの実施例について述べたが、本発明はシンクロールなど各種の連続溶融金属めっき用ロールに適用できることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、耐食性、耐熱性、耐摩耗性等に優れ耐用寿命が永くなる。ロール自重が軽量なので鋼板の走行速度の変化に良好に追従して回転する。また、ロールを浴中に入れて回転させた際、またはロールを浴中から引き揚げた際のロールの割れを防止できる。したがって、高品質なめっき特性の鋼板を安定して生産できる。また、使用中に駆動クラッチが万一破損しても容易に交換でき、ロール単体でハンドリングする場合でも嵌合部が外れずハンドリングが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続溶融金属めっき装置の概略を示す図である。
【図２】本発明のサポートロールの断面図を示す図である。
【図３】図２中のＡ−Ａ方向から見た断面図である。
【符号の説明】
１鋼板、２スナウト、３溶融金属浴、４シンクロール、
５サポートロール、６ガスワイピング、７ロール胴部、
８軸部、９軸部、１１段付き部、１２段付き部、
１３すべり軸受、１４すべり軸受、１５平行クラッチ
１６駆動クラッチ部、
１７ａ抜け止め用部材、１８ａ固定部材、
１７ｂ抜け止め用部材、１８ｂ固定部材、
Ｌ１ロール胴部に接合した部分の軸部のスラスト方向長さ、
Ｌ２ロール胴部の端部から突出した部分の軸部のスラスト方向長さ、
Ｌ３軸部の段付き部とすべり軸受間のスラスト方向の隙間、
Ｌ４軸部の段付き部とすべり軸受間のスラスト方向の隙間

Claims

ロール胴部、軸部、駆動クラッチ部をそれぞれセラミックスにより中空状に形成し、ロール胴部の内面と軸部の外面との間に隙間を有するように、ロール胴部の両端部に軸部を嵌合し、さらに駆動側の軸部の外面と駆動クラッチ部の内面との間に隙間を有するように、駆動側の軸部に駆動クラッチ部を嵌合するとともに、それぞれの嵌合部に抜け止め用部材を挿入し固定部材で固定することにより組立てたことを特徴とする連続溶融金属めっき用ロール。
軸部に設けた段付き部の端面と、軸部の周囲に配置されたすべり軸受の端面との間に形成したスラスト方向の隙間が、ロール胴部の端部に嵌合した部分の軸部のスラスト方向長さより短いことを特徴とする請求項１に記載の連続溶融金属めっき用ロール。
ロール胴部と軸部及び駆動側の軸部と駆動クラッチ部を平行クラッチ方式またはスプライン方式により嵌合して組立てたことを特徴とする請求項１または２に記載の連続溶融金属めっき用ロール。
前記セラミックスが窒化ケイ素系セラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の連続溶融金属めっき用ロール。