JP4639399B2 - 連続溶融金属めっき用ロール - Google Patents

Description

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。

耐摩耗性、耐食性および耐熱性の要求されるロールとして、連続溶融金属めっき装置のめっき浴中に装備されるロールがある。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。

図５は連続溶融金属めっき装置の概略を示す。図５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。

従来のセラミックス製の連続溶融金属めっき用ロールとして、例えば特許文献１には、ロール胴部とロール軸部を窒化ケイ素系セラミックスにより中空状に形成し、ロール胴部の両端部にロール軸部を嵌合または螺合により接合した連続溶融金属めっき用ロールが記載されている。これは耐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れる、ロールを軽量化でき回転しやすい、ロールを浴中から引き揚げた際に割れを防止できる、ロール全体をセラミックスにより長尺化できるという利点を有する。

特許文献２には、無機非金属物質を主材として成形し、圧縮して緻密化され得る柔軟性を有する多数の円環状板と、この円環状板より高硬度で耐摩耗性に優れるセラミックより成る円環状板とを交互に金属軸に嵌装後、軸方向に圧縮固定してロール本体を形成し、そのロール本体の周面に溝を形成し、前記ロール本体を除く金属材の表面露出部にセラミック保護膜を形成した溶融金属メッキ用シンクロールが記載されている。これは、ロール本体の材質として溶融金属により侵食をうけず、耐熱性を有する無機非金属材料を使用しており、また、その無機非金属材料の円環状板を積層させて圧縮したディスクロール構造をしているため、熱衝撃にも強く、従来の鋳鉄にセラミック保護膜をコーティングしたシンクロールに較べ、はるかにコストの低減と寿命の向上を図ることができるという利点を有する。

特許文献３には、浴中ロールのロール胴部の両端部に設けられるロール軸部の部分を分割し、この部分をフランジ形軸継手にて結合した溶融金属めっき設備の浴中ロールが記載されている。これは、ロール胴部とロール軸部を容易に分離することができるので、それぞれ別々に酸洗、補修、改造を行うことができる。特に、摩耗が激しく一定の周期で補修を必要とする軸受部については、軸受部単体での酸洗が可能であるため、ロール表面への影響を回避できる上、酸洗後の補修や交換作業も単独で行うことができるという利点を有する。

特開２００１−８９８３６号公報 特開平７−３０５１５５号公報 特開平８−１９３６１７号公報

図４は、特許文献１に示されるような従来の連続溶融金属めっき用ロールの概略断面図を示す。図４において、サポートロール５は、中空円筒状のロール胴部７の片端部内にロール軸部８を、ロール胴部７の他端部内に別のロール軸部８を嵌合することにより構成される。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。嵌合部９は焼嵌めやねじ接合される。また中空部１０の内には溶融金属が流入出される。ロール胴部７およびロール軸部８は、溶融金属浴に対して優れた耐食性、耐熱性を有するセラミックスで形成されている。

連続溶融金属めっき用ロールのなかでも特にシンクロールはサポートロール等に比べ大型長尺品であり、シンクロールをセラミックスで一体形成するには、設備的に長尺寸法が足りず製造困難であったり、焼結時の総収縮量が大きくなるため割れが生じたり、焼結過程で反り等が生じやすいという問題がある。また、たとえシンクロールを一体形成しても、それが損傷した場合、その交換再生に多大な費用を要するという問題がある。

特許文献２は、柔軟性を有する多数の円環状板を積層しているため、耐摩耗性及び強度が十分でないため損傷しやすいという問題がある。また、薄い円環状板を積層するのに位置決め組立てが難しく円筒度も精度高く維持できないため鋼板の走行が不安定となる。また、煩雑な組立てが必要となり組立てに長時間を費やし製造コストが高くなる欠点がある。特許文献３は、ロール胴部及びロール軸部にフランジ形軸継手を設ける必要があり、セラミックス製の場合は製造が甚だ困難であるという問題がある。

そこで、本発明は特に大型長尺品であるシンクロールに好適なものであり、ロール胴部を構成するセラミックス製スリーブを割れや反りを抑えて成形できる。また、一体形成のロール胴部に比べセラミックス製スリーブの反りを抑えているため、ロール胴部の組立ての際、セラミックス製スリーブ同士の位置決めを精度高く容易にできる。また各スリーブの表面の円筒度を精度高く確保し、鋼板走行を安定に維持できる。さらに、ロール胴部の一部が損傷したとしても交換再生が容易で、かつ交換にかかる費用が低コストでできる連続溶融金属めっき用ロールを提供することを目的とする。

すなわち、第１の本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、複数個のセラミックス焼結体製スリーブをロール軸方向に配置し、隣り合うセラミックス焼結体製スリーブ同士を、該スリーブ同士間のスリーブ内に設けたセラミックスからなるリング状の接合部材により接合してロール胴部を形成し、ロール胴部の両端部の内面にセラミックス焼結体製のロール軸部を接合したことを特徴とする。

また第２の本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、複数個のセラミックス焼結体製スリーブと、該セラミックス焼結体製スリーブとは異なる材料からなるスリーブをロール軸方向に配置し、隣り合うセラミックス焼結体製スリーブ同士を、該スリーブ同士間のスリーブ内に設けたセラミックスからなるリング状の接合部材により接合してロール胴部を形成し、ロール胴部の両端部の内面にセラミックス焼結体製のロール軸部を接合したことを特徴とする。

前記第１および第２の本発明において、ロール胴部の両端部もしくは片端部に締付部材を配置し、該締付部材によりセラミックス焼結体製スリーブを側圧固定したことを特徴とする。

また、本発明のセラミックス焼結体製スリーブ、ロール軸部および接合部材は、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなることを特徴とする。窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるのが望ましい。

また、本発明の締付部材の表面に、溶射、肉盛、めっき、蒸着法などにより、溶融金属に対して耐溶損性に優れるセラミックスやモリブデンやタングステンなど金属材料からなる被膜層を形成するのが望ましい。ロール軸部は軽量化や熱衝撃を緩和するため、また溶融金属が流入出できるように中空筒状が望ましいが、中実状でも構わない。また締付部材は金属製が好ましい。また、本発明の連続溶融金属めっき用ロールはシンクロールの用途に用いられるのが適している。

本発明は、ロール胴部を形成するセラミックス焼結体からなるスリーブを短尺化して複数個に分けて、すなわちロール胴部をロール軸方向に少なくとも２個以上に分割して構成させる。スリーブを複数個に分けることにより、スリーブ毎製造時の焼結工程での総収縮量が小さくなりセラミックス焼結体の割れを抑えて反りが無く形成できる。セラミックス焼結体製スリーブの反りを防止できるため、ロール胴部の組立ての際、セラミックス製スリーブ同士の位置決めを精度高く容易にできる。また、特許文献２のようなロール胴部表面が凹凸しやすいものに比べ、組立て後の各スリーブの表面円筒度を一律に精度高く維持できるので鋼板走行の安定性が向上する。

また、複数個のセラミックス焼結体製スリーブの組み合わせによって、ロール胴部の長尺化に自由に対応できる。また、短尺なスリーブは小型の焼結炉で製造できるので経済的である。また、ロール胴部が損傷した場合でも、一体品のロール胴部全体を交換するのに比べて、損傷したスリーブのみの交換再生が容易で、かつ交換にかかる費用が低コストでできる。

また、第２の本発明の連続溶融金属めっき用ロールについて、ロール胴部をセラミックス焼結体製スリーブと、セラミックス焼結体製スリーブとは異なる材料からなる別体のスリーブとから構成するようにすれば、例えば鋼板走行で最も耐摩耗性が要求される部位にはセラミックス焼結体製スリーブを配置し、それ以外の部位には別のスリーブとして異材質のセラミックス焼結体製スリーブなどを配置して、連続溶融金属めっきの種類や方法に応じてロール胴部構成の自由度が高まる。

また、ロール軸部の外周に、複数個のセラミックス焼結体製スリーブが配置され、各々のセラミックス焼結体製スリーブ同士をセラミックスからなるリング状の接合部材により接合させてロール胴部を形成するとともに、ロール胴部の両端部に中空部内面にねじを形成したナット等の締付部材を配置し、この締付部材によりセラミックス焼結体製スリーブを側圧固定することによりセラミックス焼結体製スリーブの固定をいっそう強固にできる。ロール軸部の片方軸側の表面にセラミックス焼結体製スリーブを定位置止めする環状のフランジ部を一体形成ないし別体として設ければ、ロール胴部の片端部から締付部材で側圧固定できる。

ロール胴部、ロール軸部および接合部材をセラミックスで形成することにより、溶融金属に対し侵食され難くなり耐溶損性が向上する。なかでも窒化ケイ素を主成分とするセラミックス焼結体が好ましい。さらには、窒化ケイ素を主成分とするセラミックス焼結体の熱伝導率を高めることにより耐熱衝撃性が高まる。従来の窒化ケイ素を主成分とするセラミックス焼結体は、常温における熱伝導率が高々３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるが、本発明の窒化ケイ素を主成分とするセラミックス焼結体は、焼結体中に不純物として存在するアルミニウムおよび酸素の含有量を低減することにより、好ましくは焼結体中のアルミニウムの含有量を０．２重量％以下、酸素の含有量を５．０重量％以下とすることにより、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上にすることができる。

さらに、機械的応力および衝撃に十分に耐えられるように、窒化ケイ素を主成分とするセラミックス焼結体は、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であることが望ましい。

以下、本発明の連続溶融金属めっき用ロールとして、連続溶融金属めっき装置のシンクロールに適用した実施例について説明する。

図１は、本発明実施例のシンクロールの概略断面図を示す。図１において、シンクロール４は、２個の中空筒状のセラミックス焼結体からなるロール軸部８の外周に、３個の中空筒状のセラミックス焼結体からなるスリーブ７ａ、スリーブ７ｂ、スリーブ７ｃをそれぞれ配置し、各々のセラミックス焼結体製スリーブ７ａ、７ｂ、７ｃ同士をセラミックスからなるリング状の接合部材１５により接合してロール胴部７を構成した。スリーブ７ａ、７ｂ、７ｃの隣り合う側面同士が近接するように連続的に配置した。中空部１０の内には溶融金属が流入出される。スリーブ７ａ、７ｂ、７ｃで構成されるロール胴部７の外周面は鋼板１が接触して通板される面である。

セラミックス焼結体製スリーブ７ａ、７ｂ、７ｃ、ロール軸部８および接合部材１５は、溶融金属に対して優れた耐溶損性、耐熱衝撃性、強度を有する窒化ケイ素セラミックスにより作製した。

次のようにスリーブ７ａ、７ｂ、７ｃ、ロール軸部８および接合部材１５を作製した。まず、平均粒径０．５μｍの窒化ケイ素粉末に、焼結助剤として、平均粒径０．２μｍの酸化マグネシウム粉末を３．０重量％、平均粒径２．０μｍの酸化イットリウム粉末を３．０重量％添加し、適量の分散剤を加えエタノール中で粉砕、混合した。ついで、噴霧乾燥後、篩を通して造粒した後、ゴム型に充填し、静水圧により冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を行い、所定形状の成形体を作製した。この成形体を１９５０℃、６０気圧の窒素ガス雰囲気中で５時間焼成し、窒化ケイ素セラミックス焼結体を得た。得られた焼結体をそれぞれ所定の形状に機械加工してスリーブ７ａ、７ｂ、７ｃ、ロール軸部８および接合部材１５を作製した。

得られた窒化ケイ素セラミックス焼結体から、直径１０ｍｍ×厚さ３ｍｍの熱伝導率および密度測定用の試験片、縦３ｍｍ×横４ｍｍ×長さ４０ｍｍの４点曲げ試験片を採取した。相対密度はＪＩＳ Ｒ２２０５に準拠したアルキメデス法により実測密度を求めこれを計算により算出した理論密度で除した値とした。４点曲げ強度は常温にてＪＩＳ Ｒ１６０１に準拠して測定を行った。熱伝導率はレーザーフラッシュ法ＪＩＳ Ｒ１６１１に準拠して常温での比熱および熱拡散率を測定し熱伝導率を算出した。

得られた窒化ケイ素セラミックス焼結体は、相対密度が９９．１％、常温における４点曲げ強度が９００ＭＰａ、常温における熱伝導率が６５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

図２は本発明の他形態のシンクロールの概略断面図を示す。図２において、シンクロール４は、中空筒状のセラミックス焼結体からなるロール軸部８の外周に、中空筒状のセラミックス焼結体からなるスリーブ７ａ、７ｂ、７ｃをそれぞれ配置して、各々のセラミックス焼結体製スリーブ同士をセラミックスからなるリング状の接合部材１５により接合してロール胴部７を形成するとともに、ロール胴部７の両端部に中空部内面にねじを形成したナットからなる締付部材１１を配置し、この締付部材１１によりセラミックス焼結体製スリーブを側圧で固定した。

図３は本発明の他形態のシンクロールの概略断面図を示す。図３において、シンクロール４は、中空筒状の金属材料からなるロール軸部８の中央部の外周に、中空筒状のセラミックス焼結体からなるスリーブ７ａ、７ｂをそれぞれ配置するとともに、ロール軸部８の中央部以外の部位つまりスリーブ７ａ、７ｂそれぞれの隣側には別のスリーブとして異材質のセラミックス焼結体製スリーブ７ｆを配置し、各々のセラミックス焼結体製スリーブ同士をセラミックスからなるリング状の接合部材により接合して固定した。各スリーブの材質を変えて混在的に配置するのは、例えばロール軸部８の中央部とそれ以外の部位で耐摩耗性など条件が異なる場合など好適である。また、配置されるスリーブ７ａ、７ｂ、７ｆの材質はすべて同一で、７ａおよび７ｂと、７ｆの表面粗さを相違させたり、一方には表面に溝を形成するなど表面性状を変えて混在的に配置してもかまわない。また、図３のようにスリーブ７ｆ、７ａ、７ｂ、７ｆの順に配置するのでなく、スリーブ７ａ、７ｆ、７ｂ、７ｆのように配置パターンを変えてもよい。

本発明の実施例のシンクロール４を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、シンクロール４は侵食、摩耗が殆ど見られず、また使用中の鋼板走行も安定し良質なめっき処理を施すことができた。

以上、シンクロールの実施例について述べたが、本発明はサポート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。

本発明の連続溶融金属めっき用ロールは、ロール胴部の組立ての際、セラミックス製スリーブ同士の位置決めを精度高く容易にできる。また、各スリーブの表面の円筒度を精度高く確保し、鋼板走行を安定に維持できる。また、ロール胴部の一部が損傷したとしても交換再生が容易で、かつ交換にかかる費用が低コストでできる。さらに、高品質なめっき特性の鋼板を安定して生産できる。

本発明実施例のシンクロールの概略断面図を示す。 本発明の他形態のシンクロールの概略断面図を示す。 本発明の他形態のシンクロールの概略断面図を示す。 従来の連続溶融金属めっき用ロールの概略断面図を示す。 連続溶融金属めっき装置の概略を示す図である。

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、
７ａ スリーブ、 ７ｂ スリーブ、 ７ｃ スリーブ、 ７ｆ スリーブ、
８ ロール軸部、 ９ 嵌合部、 １０ 中空部、
１１ 締付部材、 １５ 接合部材

Claims (9)

1. 複数個のセラミックス焼結体製スリーブをロール軸方向に配置し、隣り合うセラミックス焼結体製スリーブ同士を、該スリーブ同士間のスリーブ内に設けたセラミックスからなるリング状の接合部材により接合してロール胴部を形成し、ロール胴部の両端部の内面にセラミックス焼結体製のロール軸部を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。
2. 複数個のセラミックス焼結体製スリーブと、該セラミックス焼結体製スリーブとは異なる材料からなるスリーブをロール軸方向に配置し、隣り合うセラミックス焼結体製スリーブ同士を、該スリーブ同士間のスリーブ内に設けたセラミックスからなるリング状の接合部材により接合してロール胴部を形成し、ロール胴部の両端部の内面にセラミックス焼結体製のロール軸部を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。
3. 前記ロール胴部の両端部もしくは片端部に締付部材を配置し、該締付部材によりセラミックス焼結体製スリーブを側圧固定し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。
4. 前記セラミックス焼結体製スリーブは、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなる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。
5. 前記セラミックス焼結体製のロール軸部は、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなる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。
6. 前記接合部材は、窒化ケイ素を主成分とする焼結体からなる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。
7. 前記窒化ケイ素を主成分とする焼結体は、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の連続溶融金属めっき用ロール。
8. 前記締付部材の表面に耐溶損性材料からなる被膜層を形成したことを特徴とする請求項３に記載の連続溶融金属めっき用ロール。
9. 連続溶融金属めっき用シンクロールであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の連続溶融金属めっき用ロール。