JP4331021B2 - 溶融金属浴中の無駆動サポートロール - Google Patents

Description

本発明は、鋼板に亜鉛やアルミニウム等の溶融金属めっきを施す際に連続溶融金属浴中に浸漬して用いられるロール、特に、溶融金属浴中の無駆動サポートロールに関するものである。

従来から鋼板に亜鉛やアルミニウム等の溶融金属めっきを施す連続溶融金属めっきラインでのめっき装置としては、図４に示すように、表面を清浄、活性化した鋼板を溶融金属めっき槽中に浸漬し、浴中のシンクロールにより進行方向を変えて上方に引き上げ、ガスワイピングにより金属付着量を制御して溶融金属めっき鋼板を得る方法が行われている。 すなわち、図４は、一般的な溶融金属めっきライン設備の構成を示す図である。この図に示すように、溶融金属めっき浴２内には、めっきを施す鋼板１を連続して通板するためのシンクロール３、および一対のサポートロール４が設置されている。シンクロール３は、溶融金属めっき浴２の底部に配置され、浴中に送られてきた鋼板１の進行方向を上方の浴面側に変えるものである。

一般にシンクロール３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、一対のサポートロール４は、シンクロール３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るスピンドルを介して駆動される。この一対のサポートロール４は、鋼板２を挟み込んで鋼板１のパスラインを保ち、シンクロール３を通過した際に生じる鋼板１の反りを矯正する作用を行う。溶融金属めっき浴２の上方部には、めっき厚さを均一に制御するためのガスワイピングノズル５が設置されている。また、シンクロール３やサポートロール４の軸受としては、滑り軸受や転がり軸受が用いられている。

図５は、従来の溶融金属めっき浴に使用されている滑り軸受の構造を示す概略図である。この図に示すように、サポートロール４のロール軸６は、アーム７に設けた軸受８で支持する構造になっている。そして、ロール軸６は、円筒状の軸受８の内周面と幅Ｌにわたって接触しながら摺動回転する。軸受８は、溶融金属を潤滑剤として使用するために、軸受８の内径はロール軸６の外径より大きくして、ロール軸６と間隙Ｄが生じるようにしている。

上述のような構造において、軸受は溶融金属による侵食と機械的すべりとによって、負荷を受ける上部の摩耗が著しく、短周期で軸受の交換が必要となり、生産性の低下、保守費用の増大を招いていた。さらには、軸受の摩耗により回転振動が発生し、ガスワイピングノズル５と鋼板１との間隔を一定に保つことができず、また、サポートロール４の軸受にガタツキが発生すると、その回転中心軸が偏心しながら回転するために鋼板１に振動を与え、この振動によりガスワイピングノズル５と鋼板１との間隔が変動し、鋼板１に均一な膜厚のめっきを施すことができないという問題がある。

これらの問題を解消するために、例えば特開２００２−２４１９１５号公報（特許文献１）に開示されているように、サポートロールの回転軸が偏心して回転しても、直ちに正常な回転に復帰する自動調芯機能を有し、高速通板に対しても小さい摺動抵抗で追従することができる溶融金属浴中の軸受装置として、ロール軸と摺動接触する軸受の内周面のロール軸を含む断面形状を凸状とし、また、上記断面形状が凸状の内周面において、内周面の最小内径部を平坦にした溶融金属浴中の軸受装置が提案されている。

一方、特開平７−１７３５９３号公報（特許文献２）に開示されているように、ロール軸と摺動接触する軸受の内周面に転がり軸受けを設け、この転がり軸受が一度熱膨張したサポートロールを溶融金属中から引き上げたときに温度低下に伴って収縮する際、転がり軸受に過大な力が加わることを防止する溶融金属めっき浴中のロール支持装置が提案されている。

特開２００２−２４１９１５号公報 特開平７−１７３５９３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されている技術の場合には、自動調芯機能を有し、摺動抵抗も小さいが、軸のスリーブとブッシュの間に隙間があるため、回転時に振れ回り振動が起こり、これを抑制するための効果が少ないという問題がある。また、特許文献２は、転がり軸受によるロール支持装置の改良に係るものであり、転がり軸受を使用しているので、軸受部の構造が複雑になり部品点数も多いという問題がある。

上述のような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた。上部サポートロールは、現状の場合は、下部サポートロールに比べて、巻付け角が小さいために、鋼板への押付力が小さく、鋼板からの駆動力が小さい。特に、薄手材においては無駆動では回転しないために、どうしても駆動が必要であった。この点を無駆動化とし、さらに回転部と固定部の摩擦係数を０．２未満とする溶融金属浴中のベアリングを開発し、ハンガーやロールの変形時にも軸部と固定部がこねて摩擦係数が上がらないように調芯機能を付加した無駆動溶融金属浴中のサポートロールを提供するものである。

その発明の要旨とするところは、
（１）溶融金属めっきラインにおける溶融金属浴中のサポートロールにおいて、前記サポートロールを無駆動とし、該サポートロール軸受と摺動接触するスリーブ外周部に自溶性合金溶射すると共に、内表面を鏡面仕上げした断面形状が外側に凸状をなすブッシュを設け、前記スリーブ外周部に自溶性合金溶射した面と前記ブッシュとの間隙を０．５〜１．０ｍｍとしたことを特徴とする溶融金属浴中の無駆動サポートロール。
（２）前記（１）に記載のスリーブ外周部の自溶性合金溶射した面の粗度Ｒａを０．８μｍ以下としたことを特徴とする溶融金属浴中の無駆動サポートロール。
（３）前記（１）または（２）に記載のブッシュの外周を球面軸受とし、かつ該ブッシュの外周の球面とアームとの隙間を０．０５〜０．３ｍｍとしたことを特徴とする溶融金属浴中の無駆動サポートロール。
（４）前記（１）〜（３）のいずれか１に記載のサポートロールの表面を粗度Ｒａ２〜６μｍの高粗度溶射したことを特徴とする溶融金属浴中の無駆動サポートロール。
（５）前記（１）〜（４）のいずれか１に記載のサポートロール端部内部を中空としたことを特徴とする溶融金属浴中の無駆動サポートロールにある。

（４）前記（１）〜（３）に記載のブッシュの外周を球面軸受とし、かつ該ブッシュの外周の球面とアームとの隙間を０．０５〜０．３ｍｍとしたことを特徴とする無駆動溶融金属浴中のサポートロール。
（５）前記（１）〜（４）に記載のサポートロールの表面を粗度Ｒａ２〜６μｍの高粗度溶射したことを特徴とする無駆動溶融金属浴中のサポートロール。
（６）前記（１）〜（５）に記載のサポートロール端部内部を中空としたことを特徴とする無駆動溶融金属浴中のサポートロールにある。

以上述べたように、本発明による調芯機能を付加した無駆動サポートロールであるので不等速継ぎ手で起こる駆動時のロール振動を防止することによって、鋼板への振動がなくなるため、溶融金属の付着量制御の精度が向上し、かつ、高速生産による高品質のめっき鋼板を製造することが可能となる等の極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明に係る無駆動サポートロールの主要部を示す概略図である。この図に示すように、サポートロール４の両端に設けたロール軸６が各々軸受に支持されているが、この図１では一方の軸受のみを示している。そして、サポートロール４のロール軸６はアーム７に設置した円筒状のブッシュ９により支持されている。

円筒状のブッシュ９の外周面には、凸状部１０を形成する。凸状部１０はロール軸６を含む断面形状が一様な凸状になるようにする。凸状部１０において、その突出高さが最も高くなる頂点部分１１は、ブッシュ９の軸芯方向のほぼ中央部に形成する。また、サポートロール軸受と摺動接触するスリーブ１２外周部に自溶性合金を溶射すると共に、ブッシュ９の内面の表面を鏡面仕上げした断面形状が凸状をなすブッシュを設けた。また、内面に寿命延長のためのステライト肉盛をした場合でも同様に鏡面研磨することで同じ効果が得られる。

本発明で言う自溶性合金溶射とは、自溶性合金粉末を溶射後、材料の融点まで加熱することによって、基材表面に溶着被膜を形成させる方法である。ここで、自溶性合金とは、ニッケル基、コバルト基、ニッケル−クロム基の合金にホウ素、珪素を添加した合金等をいう。特に、スリーブ外周部にＣｏ−Ｃｒ−Ｗ系の自溶性合金を溶射する。また、ブッシュ内面に施すステライト肉盛のステライトとは、ＣｏをベースにＣｒ、Ｗを加えた合金で硬さは高く、優れた耐摩耗性を持ち、熱間、冷間を問わず、この特性が殆ど変化しない耐摩耗合金である。しかし、本発明においては、特に、この合金に限定するものではない。この合金の溶射によって、表面粗度Ｒａを０．８μｍ以下とする。表面粗度Ｒａが０．８μｍを超すと回転部と固定部の摩擦係数を０．２未満にすることができない。

また、サポートロール４本体の表面には高粗度溶射面１３を形成させる。この高粗度溶射面１３は、例えばＷＣ−Ｃｏ合金により、その溶射面の粗度Ｒａを２〜６μｍとする。２μｍ未では、鋼板との摺動接触が小さいために滑り、サポートロール４本体の回転が悪くなる。また、粗度Ｒａが６μｍを超えると、鋼板表面に傷が入り易くなり、製品外観を損なうことから、その範囲を２〜６μｍとした。

さらに、サポートロール４本体の内部端部を中空１４を形成することにより、サポートロール本体の低重量化を図り、自重と浮力を釣り合わせて、鋼板速度に応じた自動回転を滑らかに行うためである。しかし、サポートロール本体の内部を全て中空体とすると強度の面で低下することと、浴中での浮力が大きくなり過ぎるため、かえって軸受部での抵抗が大きくなることから、両端部に限定した。また、望ましいのは、自重と浮力がキャンセルするほど内部端部を中空にすることである。

図２は、本発明に係る無駆動サポートロールの平面全体図である。この図から分かるように、サポートロール４本体の内部は、上述したように端部を中空１４を形成することにより、この部分的な中空によりサポートロール本体の全体の重量の軽量化を図ることが出来る。これにより金属めっき浴での自重と浮力のバランスをとることが可能となる。

図３は、本発明に係るロール軸が軸受によって支持される支持部の詳細図である。図３に示すように、サポートロール軸受と摺動接触するスリーブ１２の外周部に自溶性合金を溶射して、上述したように表面粗度Ｒａを０．８μｍ以下とした自溶性合金層１５を形成した。一方、断面形状が凸状をなすブッシュ内面をステライト肉盛した後鏡面仕上げして内筒部１６を形成する。この場合の自溶性合金層１５と内筒部１６との間隙ｄを０．５〜１．０ｍｍとする。この間隙を０．５〜１．０ｍｍとした理由は、０．５ｍｍ未満では自溶性合金層１５と内筒部１６との熱膨張係数の差による膨張量の差を吸収することが出来ず、めっき浴中のドロス粒径の関係からドロスの噛み込み等が発生する。また、１．０ｍｍを超えると回転中の振動を十分に抑えることができない、従って、その範囲を０．５〜１．０ｍｍとした。

次に、ブッシュの外周を球面軸受とし、かつブッシュの外周の球面とアームとの隙間ｄ´を０．０５〜０．３ｍｍとする。すなわち、ブッシュ９の外側に凸状の球面軸受けを作ることによりアームとの隙間ｄ´を小さくすることが出来る。一方、隙間ｄ´は出来るだけ小さい方がロールの芯が定まり、ロールの振れ回りを抑制してロールからの鋼板への振動防止に効果がある。そこで、その最小の隙間が０．０５ｍｍであり、０．３ｍｍを超えると、上記鋼板への振動防止効果が十分でない。また、内側の摺動部とで２重摺動が生じ、回転実験の結果、摩耗係数が逆に大きくなった。従って、その範囲を０．０５〜０．３ｍｍとした。

以上のように、サポートロールを無駆動サポートロールとし、このサポートロール軸受と摺動接触するスリーブ外周部に自溶性合金層を形成し、その自溶性合金層の粗度Ｒａの規制と内表面を鏡面仕上げしたブッシュとの間隙を規制すると共に、ブッシュの外周の球面とアームとの隙間を規制し、かつ、サポートロール本体の表面の粗度Ｒａを規制し、ならびにロール本体の端部を中空体としたことにより、不等速継ぎ手で起こる駆動時のロール振動を防止し、鋼板への振動をなくし、溶融金属の付着量制御の精度を向上し、かつ、高速生産による高品質のめっき鋼板を製造することができた。

本発明に係る無駆動サポートロールの主要部を示す概略図である。 本発明に係る無駆動サポートロールの平面全体図である。 本発明に係るロール軸が軸受によって支持される支持部の詳細図である。 一般的な溶融金属めっきライン設備の構成を示す図である。 従来の溶融金属めっき浴に使用されている滑り軸受の構造を示す概略図である。

符号の説明

１ 鋼板
２ 溶融金属めっき浴
３ シンクロール
４ サポートロール
５ ガスワイピングノズル
６ ロール軸
７ アーム
８ 軸受
９ ブッシュ
１０ 凸状部
１１ 頂点部分
１２ スリーブ
１３ 高粗度溶射面
１４ 中空
１５ 自溶性合金層
１６ 内筒部
Ｌ 幅
Ｄ、ｄ、ｄ´ 隙間
特許出願人 新日本製鐵株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他１

Claims (5)

1. 溶融金属めっきラインにおける溶融金属浴中のサポートロールにおいて、前記サポートロールを無駆動とし、該サポートロール軸受と摺動接触するスリーブ外周部に自溶性合金溶射すると共に、内表面を鏡面仕上げした断面形状が外側に凸状をなすブッシュを設け、前記スリーブ外周部に自溶性合金溶射した面と前記ブッシュとの間隙を０．５〜１．０ｍｍとしたことを特徴とする溶融金属浴中の無駆動サポートロール。
2. 請求項１に記載のスリーブ外周部の自溶性合金溶射した面の粗度Ｒａを０．８μｍ以下としたことを特徴とする溶融金属浴中の無駆動サポートロール。
3. 請求項１または２に記載のブッシュの外周を球面軸受とし、かつ該ブッシュの外周の球面とアームとの隙間を０．０５〜０．３ｍｍとしたことを特徴とする溶融金属浴中の無駆動サポートロール。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のサポートロールの表面を粗度Ｒａ２〜６μｍの高粗度溶射したことを特徴とする溶融金属浴中の無駆動サポートロール。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のサポートロール端部内部を中空としたことを特徴とする溶融金属浴中の無駆動サポートロール。

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