JP4147514B2

JP4147514B2 - 連続溶融金属めっき用ロール

Info

Publication number: JP4147514B2
Application number: JP2000351136A
Authority: JP
Inventors: 努高杉; 信悟野上
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: JP2002161346A

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。溶融亜鉛の場合、浴中温度は約４８０℃になる。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ねじ接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サポートロールを既に提案した。
【００１０】
前記提案のサポートロールにおいて、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の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、ロール駆動軸とロール胴部のねじ接合が緩められる状況が生まれ、ロール軸部がロール胴部から外れやすくなる課題があった。
【００１１】
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、使用中にロール軸部のねじ接合が緩められる状況に遭遇しても、ロール軸部がロール胴部から外れるのを防止できる連続溶融金属めっき用ロールを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、それぞれ中空状のセラミックスからなるロール胴部とロール軸部と締付けリングを組立てた溶融金属浴中に浸漬して用いられる連続溶融金属めっき用ロールであり、ロール胴部中央側でロール軸部をロール胴部内面にねじ接合するとともに、ロール胴部端面側でロール軸部外面とロール胴部内面との間に設けた隙間に締付けリングを介在させて、前記ロール軸部とロール胴部のねじ接合とは逆ねじ方向に、締付けリングをロール胴部内面にねじ接合したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、それぞれ中空状のセラミックスからなるロール胴部とロール軸部と締付けリングを組立てた溶融金属浴中に浸漬して用いられる連続溶融金属めっき用ロールであり、内面に段付き部および段付き部を挟む両側に互いに締付け方向が逆向きのねじ溝を設けたロール胴部と、外面に突起部および突起部近傍の端面側にねじ溝を設けたロール軸部と、外面にねじ溝を設けた締付けリングで構成され、ロール胴部の段付き部を挟んで、ロール胴部中央側でロール軸部の突起部の端面がロール胴部の段付き部に当接するように、ロール軸部をロール胴部内面にねじ接合するとともに、ロール胴部端面側でロール軸部外面とロール胴部内面との間に隙間を設け、該隙間に介在させた締付けリングの先端面がロール軸部の突起部に当接するように、前記ロール軸部とロール胴部のねじ接合とは逆ねじ方向に、締付けリングをロール胴部内面にねじ接合したことを特徴とする。
【００１４】
本発明において、ロール軸部に溶融金属を排出するための孔を設けることが望ましい。溶融金属を排出するための孔は、軸部の円周均等割りで複数箇所に設けることが均一な回転をさせるために好ましい。さらに、ロール胴部、ロール軸部および締付けリングを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により形成するのが好ましい。
【００１５】
【作用】
本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、ロール胴部とロール軸部と締付けリングを組立てて構成する。ロール胴部は中空円筒状のセラミックスからなりその内面に、肉厚の異なる段付き部および段付き部を挟む両側にそれぞれねじ溝を設ける。このねじ溝は互いに締付け方向が逆向きとなるように形成する。ロール軸部は中空円筒状のセラミックスからなりその外面に、ロール胴部との嵌め合い部となる凸状の突起部および突起部近傍の端面側にロール胴部との接合に用いられるねじ溝を設ける。締付けリングはリング状のセラミックスからなりその外面に、ロール胴部との接合に用いられるねじ溝を設ける。
【００１６】
まず、ロール胴部の段付き部を挟んで、ロール胴部中央側でロール軸部の突起部の端面がロール胴部の段付き部に当接するように、ロール軸部をロール胴部内面にねじ接合してロール軸部のロール軸方向の位置決めをする。ロール軸部とロール胴部とは、ロールの回転方向に対して締り勝手となるようにねじ接合する。一方、ロール胴部の段付き部を挟んで、ロール胴部端面側でロール軸部外面とロール胴部内面との間に隙間を設ける。この隙間に締付けリングを挿入して、締付けリングの先端面がロール軸部の突起部に当接するように、締付けリングをロール胴部内面にねじ接合する。締付けリングとロール胴部とは、前記ロール軸部とロール胴部のねじ接合とは逆の締付け回転方向となる逆ねじ方向にねじ接合する。このように組立てることにより、使用中にロール軸部とロール胴部のねじ接合が緩むような状況になっても、ロール軸部の突起部がロール胴部の段付き部および締付けリングによって拘束されロール軸部の緩みが防止できる。
【００１７】
本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、ロール胴部、ロール軸部および締付けリング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。
【００１８】
ロール胴部とロール軸部は、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。
【００１９】
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、ロール胴部とロール軸部を接合し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、ロール軸部の外周に設けた溶融金属を排出するための孔、および中空のロール胴部とロール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。溶融金属を排出するための孔は、円、楕円、角状等いかなる形状でも構わない。ロール軸部の円周上に均等割り、あるいは千鳥配列で多数の孔を穿設してよい。
【００２０】
また、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螺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。
【００２１】
【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。
【００２２】
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の両端部にロール軸部８、締付けリング９を各々ねじ接合することにより構成される。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、ロール軸部８および締付けリング９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。
【００２５】
ロール胴部７は、外径２１０ｍｍ、内径１６５ｍｍ、長さ１５００ｍｍ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の内面に、肉厚の異なる段付き部７１を設けた。段付き部７１を挟んでロール胴部７中央側にロール軸部８との接合に用いられるねじ溝７２を設けた。ここで仮にねじ溝７２の締付け方向を正方向と呼ぶ。また、段付き部７１を挟んでロール胴部７端面側に締付けリング９との接合に用いられるねじ溝７３を設けた。このねじ溝７３は締付け方向が負方向になるように形成した。
【００２６】
ロール軸部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（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。ロール軸部８の外面に、ロール胴部７との嵌め合い部となる凸状の突起部８１を設けた。突起部８１近傍のロール軸部８の端面側にロール胴部７との接合に用いられるねじ溝８２を設けた。なお、一方のロール軸部８（図２で右側の軸部）は駆動軸であり、その細径軸端部には、スピンドルと結合させるためのクラッチ部材（図示せず）を取り付けた。この場合、クラッチ部材もサイアロンセラミックス焼結体により作製した。他方のロール軸部８はすべり軸受で支持される従動側の軸部である。
【００２７】
締付けリング９はリング体からなり、その外面に、ロール胴部７との接合に用いられるねじ溝９１を設けた。
【００２８】
このようなロール胴部７、ロール軸部８、締付けリング９を用意した後、本発明のサポートロール５を組立てた。まず、ロール胴部７中央側でロール軸部８の突起部８１の端面がロール胴部７の段付き部７１に当接するように、ロール軸部８をロール胴部７内面にねじ接合して、ロール軸部８のロール軸方向の位置決めをした。ロール軸部８とロール胴部７とは、ロールの回転方向に対して締り勝手となるようにねじ接合した。一方、ロール胴部７端面側でロール軸部８外面とロール胴部７内面との間に隙間を設け、この隙間に締付けリング９を挿入した。そして、締付けリング９の先端面がロール軸部８の突起部８１に当接するように、締付けリング９をロール胴部７内面にねじ接合した。締付けリング９とロール胴部７とは、前記ロール軸部８とロール胴部７のねじ接合とは逆の締付け回転方向となる逆ねじ方向にねじ接合した。
【００２９】
ロール胴部７にロール軸部８および締付けリング９を強固に固定するために、また溶融金属がねじ接合箇所に侵入しないように、ねじ部に耐熱性接着剤を塗布した後、螺合するのが好ましい。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、ロール軸部８、ロール胴部７、締付けリング９を貫いた貫通孔が形成されることになる。
【００３０】
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、また使用中にロール軸部とロール胴部のねじ接合が緩むことによりロール軸部がロール胴部から外れることはなかった。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。
【００３１】
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。また、本発明の接合構造は、従動側のロール軸部には適用せず、駆動側のロール軸部のみに適用してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、使用中にロール軸部とロール胴部のねじ接合が緩むような状況になっても、ロール軸部の突起部がロール胴部の段付き部および締付けリングによって拘束されロール軸部の緩みが防止できる。また、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。ロールを浴中から引き揚げた際に隙間に溶融金属が侵入しにくく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。
【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。
【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ロール軸部、９締付けリング

Claims

それぞれ中空状のセラミックスからなるロール胴部とロール軸部と締付けリングを組立てた溶融金属浴中に浸漬して用いられる連続溶融金属めっき用ロールであり、ロール軸部をロール胴部内面にねじ接合するとともに、ロール胴部端面側でロール軸部外面とロール胴部内面との間に設けた隙間に締付けリングを介在させて、前記ロール軸部とロール胴部のねじ接合とは逆ねじ方向に、締付けリングをロール胴部内面にねじ接合したことを特徴とする連続溶融金属めっき用ロール。
それぞれ中空状のセラミックスからなるロール胴部とロール軸部と締付けリングを組立てた溶融金属浴中に浸漬して用いられる連続溶融金属めっき用ロールであり、内面に段付き部および段付き部を挟む両側に互いに締付け方向が逆向きのねじ溝を設けたロール胴部と、外面に突起部および突起部近傍の端面側にねじ溝を設けたロール軸部と、外面にねじ溝を設けた締付けリングで構成され、ロール胴部の段付き部を挟んで、ロール軸部の突起部の端面がロール胴部の段付き部に当接するように、ロール軸部をロール胴部内面にねじ接合するとともに、ロール胴部端面側でロール軸部外面とロール胴部内面との間に隙間を設け、該隙間に介在させた締付けリングの先端面がロール軸部の突起部に当接するように、前記ロール軸部とロール胴部のねじ接合とは逆ねじ方向に、締付けリングをロール胴部内面にねじ接合したことを特徴とする連続溶融金属めっき用ロール。
ロール軸部に溶融金属を排出するための孔を設け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。
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１〜３のいずれかに記載の溶融金属浴中に浸漬して用いられる連続溶融金属めっき用ロール。