JP5523375B2 - 溶融金属めっき浴中ロール及び溶融金属めっき浴中ロールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続溶融金属めっき装置のめっき浴中に設けられるロール及びその製造方法に関する。

連続溶融金属めっき装置は、金属帯（例えば鋼帯）を亜鉛などの溶融金属でめっきするための装置である。この連続溶融金属めっき装置は、溶融金属を満たしためっき浴中に配置されるロールとして、例えば、鋼帯の進行方向を転換するためのシンクロール（ポットロールとも称する。）と、鋼帯の形状を矯正する一対のサポートロールを備える。めっき浴内に斜め下方に向けて導入された鋼帯は、シンクロールによりその進行方向を鉛直方向上方に転換された後に、一対のサポートロールの間を通過してめっき浴外に引き上げられる。その後、ワイピングノズルから吹き付けられる気体により、鋼帯表面に付着した余剰の溶融金属が払拭され、所定の目付量に制御される。

上記連続溶融金属めっき装置において、鋼帯に対して溶融金属を均一にめっきするためには、上記シンクロール等の浴中ロールの回転が均一であることが求められる。このために、浴中ロールの周面に溝加工を施すことで、ロールと鋼帯の間のスリップを防止するとともに、当該溝を通じてロール幅方向に均一に溶融金属を供給することが提案されている。例えば、特許文献１には、ロール周面にクロス状のスパイラルグルーブが形成されたシンクロールが提案されている。

ところで、上記連続溶融金属めっき装置では、鋼帯から溶出したＦｅがめっき浴中のＡｌ、Ｚｎと反応して、めっき浴中にドロスと称する粒状物が発生する。ドロスは、Ｆｅ−Ａｌ系化合物（例えばＦｅ_２Ａｌ_５）、Ｆｅ−Ｚｎ系化合物（例えばＦｅＺｎ_７）及びこれらの混合物などからなり、その成分の混合率等の違いにより比重差が生じ、めっき浴中で異なる挙動を示す。このためドロスは、比重がＺｎより大きくめっき浴の底部に堆積するボトムドロス（１００μｍ〜数ｍｍ程度）と、めっき浴中に浮遊する比較的小さい浮遊ドロス（数十μｍ程度）に分類される。めっき浴中のドロスの存在比率は、浴中のＡｌ濃度等によりある程度制御可能であるが、本質的にはめっき浴中のドロスの発生は不可避である。

上記ドロスが、めっき浴を通板中の鋼帯の表面に付着すると、めっき鋼板の表面性状の低下（ドロス欠陥）を引き起こす。また、ドロスが、シンクロールやサポートロール等の浴中ロールの表面に付着すると、当該ロールと鋼帯の間のスリップの原因となる。このため、従来では、ドロス等の異物が浴中ロールに付着することを防止するために、ロール表面の粗度を調整する技術が提案されている。

例えば、特許文献２には、ロールの溝部への合金付着によるスリップ現象を防止するために、浴中ロールの周面を不規則な粗面とし、その粗度をＲｍａｘで１５０μｍ超、５００μｍ未満とすることが提案されている。また、特許文献３には、フラックスの付着によるスタビロール（上記サポートロールに相当する。）の汚れを改善するために、スタビロールの表面粗度をＲａ：０．０５μｍ以下にすることが提案されている。また、特許文献４には、ロール表面へのドロスの付着を防止するために、浴中ロールの表面を実質的に滑らかなカーボン層で構成し、その表面粗度をＲｍａｘで６０μｍ以下、かつ、Ｒａで６μｍ以下とすることが提案されている。

一方、特許文献５には、サポートロールによるめっき鋼帯の擦り疵の発生を防止するために、サポートロールの表面粗度をＲａで２．０〜８．０μｍにすることが提案されている。また、特許文献６には、サポートロールの回転不良を防止するために、サポートロール表面にＲａで１〜３０μｍの粗度のダルを形成して、該ロールと鋼帯の摩擦係数を大きくすることが提案されている。

特開平５−３３９６８９号公報 特開平８−２４７１３６号公報 特開２００４−９９９７１号公報 特開平８−４１６１６号公報 特開平５−３０６４４１号公報 特開平５−１９５１７８号公報

ところで、上記特許文献２〜６記載の従来技術ではいずれも、浴中ロールの表面粗度の評価指標として、算術平均粗さＲａや最大高さ粗さＲｍａｘ（後述のＲｚに相当する。）を用いていた。しかしながら、浴中ロール表面に対するドロス等の異物付着を防止する観点からは、上記ＲａやＲｍａｘは、ロール表面粗度の最適な評価指標ではなかった。従って、上記従来技術のようにＲａやＲｍａｘを基準として浴中ロールの表面粗度を調整したとしても、当該ロール周面に形成された溝底の粗度を最適な粗度に調整することができないため、依然として溝底にドロス等の異物が付着してしまうという問題があった。このように溝底にドロスが付着及び成長すると、当該溝を通じた溶融金属の排出が阻害されるため、鋼帯のスリップが発生しやすくなり、ロール寿命が短縮化してしまう。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ロール周面の溝底の表面粗度の評価指標として適切な指標を用いることで、溝底に対する異物の付着を低減することが可能な、新規かつ改良された溶融金属めっき浴中ロール及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本願発明者は鋭意努力して、ロール周面の溝底の表面粗度を表す最適な評価指標として、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが適切であり、溝底のＲｓｋを適性範囲に調整すれば、溝底への異物の付着を好適に防止できることを見出し、以下の発明に想到した。

即ち、本発明のある観点によれば、ロール周面に複数の溝が形成され、前記溝の底部の表面粗度がＲｓｋで０未満であることを特徴とする、溶融金属めっき浴中ロールが提供される。

前記溶融金属めっき浴中ロールは、ロール基材と、セラミックスと金属を含む溶射材を前記ロール基材の表面に溶射することにより形成された溶射皮膜と、を備えるようにしてもよい。

前記溶融金属めっき浴中ロールは、前記溶射皮膜の表面に封孔材を塗布及び焼成することにより形成された封孔皮膜をさらに備えるようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ロール周面に複数の溝が形成された溶融金属めっき浴中ロールの製造方法において、前記ロール周面の接線に対して４５°以下の投射角度でブラスト材を前記溝の底部に投射することにより、前記溝の底部の表面粗度がＲｓｋで０未満になるように前記溝の底部を平滑化することを特徴とする、溶融金属めっき浴中ロールの製造方法が提供される。

前記ブラスト材の噴射圧力は０．３ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ以下であるようにしてもよい。

上記構成により、浴中ロール周面の溝底の表面粗度の評価指標としてＲｓｋを用い、溝底の表面粗度をＲｓｋで０未満として、適切な粗度に調整できる。これにより、溝底に対する異物の付着を低減することができるので、鋼帯とロールのスリップを防止できるとともに、ロール寿命を延長できる。

以上説明したように本発明によれば、ロール周面の溝底の表面粗度の評価指標として適切な指標を用いることで、溝底に対する異物の付着を低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る連続溶融金属めっき装置を示す模式図である。 同実施形態に係る溶融金属めっき浴中ロールの一例であるシンクロールを示す斜視図である。 同実施形態に係るシンクロールの周面を示す拡大断面図である。 同実施形態に係るロール周面の溝の底部の表面性状を例示する拡大断面図である。 同実施形態に係る溶融金属めっき浴中ロールの製造方法を示すフローチャートである。 同実施形態に係るロール周面に対するブラスト処理を示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図、及び（ｃ）拡大図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［１．用語の定義］
まず、本明細書で使用する用語を定義する。表面粗さのＪＩＳ規格「ＪＩＳ Ｂ ００６１：２００１」では、輪郭曲線方式による表面性状（粗さ曲線、うねり曲線及び断面曲線）を表すための用語について、以下のように定義されている。

（Ａ）一般用語
「輪郭曲線フィルタ（ｐｒｏｆｉｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）」は、輪郭曲線を長波長成分と短波長成分とに分離するフィルタである。粗さ曲線、うねり曲線及び断面曲線を測定するために、測定機では次の３種類のフィルタを用いる。
「λｓ輪郭曲線フィルタ」は、粗さ成分とそれより短い波長成分との境界を定義するフィルタである。
「λｃ輪郭曲線フィルタ」は、粗さ成分とうねり成分との境界を定義するフィルタである。
「λｆ輪郭曲線フィルタ」は、うねり成分とそれより長い波長成分との境界を定義するフィルタである。

「実表面の断面曲線（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、対象物の実表面を指定された平面によって切断したとき、その切り口に現れる曲線である。実表面（ｒｅａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）は、物体の境界で、周囲の空間から分離する表面である。
「断面曲線（ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、測定断面曲線にカットオフ値λｓの低域フィルタ（λｓ輪郭曲線フィルタ）を適用して得られる曲線である（ＪＩＳ Ｂ ０６５１参照。）。
「粗さ曲線（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、カットオフ値λｃの高域フィルタ（λｃ輪郭曲線フィルタ）によって、断面曲線から長波長成分を遮断して得た輪郭曲線を適用して得られる曲線である（ＪＩＳ Ｂ ０６５１参照。）。粗さ曲線は、粗さパラメータの評価の基礎となるものである。λｓとλｃの標準的な関係は、ＪＩＳ Ｂ ０６５１の４．４による。
「うねり曲線（ｗａｖｉｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、断面曲線にカットオフ値λｆ及びλｃの輪郭曲線フィルタを順次かけることによって得られる輪郭曲線である。λｆ輪郭曲線フィルタによって長波長成分を遮断し、λｃ輪郭曲線フィルタによって短波長を遮断することで、うねり曲線が得られる。

「粗さ曲線のための平均線（ｍｅａｎ ｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、高域用λｃ輪郭曲線フィルタによって遮断される長波長成分を表す曲線である（ＪＩＳ Ｂ ０６３２の３．２参照。）。
「うねり曲線のための平均線（ｍｅａｎ ｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗａｖｉｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、低域用λｆ輪郭曲線フィルタによって遮断される長波長成分を表す曲線である（ＪＩＳ Ｂ ０６３２の３．２参照。）。
「断面曲線のための平均線（ｍｅａｎ ｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、最小二乗法によって断面曲線に当てはめた呼び形状を表す曲線である。

「基準長さ（ｓａｍｐｌｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ）ｌｐ、ｌｒ、ｌｗ」は、輪郭曲線の特性を求めるために用いる輪郭曲線のＸ軸方向長さである。例えば、ｌｒは、粗さ曲線の特性を求めるために用いる粗さ曲線のＸ軸方向長さである。
「評価長さ（ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｌｅｎｇｔｈ）ｌｎ」は、輪郭曲線のＸ軸方向長さである。評価長さｌｎは、１つ以上の基準長さを含む。評価長さｌｎの標準値は、ＪＩＳ Ｂ ０６３３の４．４に規定されている。

（Ｂ）パラメータに関する用語
「断面曲線パラメータ（Ｐ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ）」は、断面曲線から計算されるパラメータである。
「粗さパラメータ（Ｒ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ）」は、粗さ曲線から計算されるパラメータである。粗さパラメータは、後述する最大高さ粗さＲｚ、算術平均粗さＲａ、二乗平均平方根粗さＲｑ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ、粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ、十点平均粗さＲｚｊｉｓなどを含む。
「うねりパラメータ（Ｗ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ）」は、うねり曲線から計算されるパラメータである。
「山（ｐｒｏｆｉｌｅ ｐｅａｋ）」は、輪郭曲線をＸ軸（平均線）によって切断したときの隣り合う二つの交点にはさまれた曲線部分のうち、平均線より上側（物体から空間側に向かう方向）の部分である。
「谷（ｐｒｏｆｉｌｅ ｖａｌｌｅｙ）」は、輪郭曲線をＸ軸（平均線）によって切断したときの隣り合う二つの交点にはさまれた曲線部分のうち、平均線より下側（周囲の空間から物体側に向かう方向）の部分である。
「縦座標値（ｏｒｄｉｎａｔｅ ｖａｌｕｅ）Ｚ（ｘ）」は、任意の位置ｘにおける輪郭曲線の高さである。高さの符号は、Ｘ軸（平均線）の下側を負、上側を正とする。
「輪郭曲線の山高さ（ｐｒｏｆｉｌｅ ｐｅａｋ ｈｉｇｈｔ）Ｚｐ」は、Ｘ軸（平均線）から山頂までの高さである。
「輪郭曲線の谷深さ（ｐｒｏｆｉｌｅ ｖａｌｌｅｙ ｄｅｐｔｈ）Ｚｖ」は、Ｘ軸（平均線）から谷底までの深さである。

（Ｃ）輪郭曲線パラメータの定義
「輪郭曲線の最大山高さ（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｒｏｆｉｌｅ ｐｅａｋ ｈｉｇｈｔ）Ｐｐ、Ｒｐ、Ｗｐ」は、基準長さｌｐ、ｌｒ、ｌｗにおける輪郭曲線の山高さＺｐの最大値である。粗さ曲線の最大山高さＲｐは、基準長さｌｒにおける粗さ曲線の山高さＺｐの最大値である。
「輪郭曲線の最大谷深さ（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｒｏｆｉｌｅ ｖａｌｌｅｙ ｄｅｐｔｈ）Ｐｖ、Ｒｖ、Ｗｖ」は、基準長さｌｐ、ｌｒ、ｌｗにおける輪郭曲線の谷深さＺｖの最大値である。粗さ曲線の最大谷深さＲｖは、基準長さｌｒにおける粗さ曲線の谷深さＺｖの最大値である。
「輪郭曲線の最大高さ（ｍａｘｉｍｕｍ ｈｉｇｈｔ ｏｆ ｐｒｏｆｉｌｅ）Ｐｚ、Ｒｚ、Ｗｚ」は、基準長さｌｐ、ｌｒ、ｌｗにおける輪郭曲線の山高さＺｐの最大値と谷深さＺｖの最大値との和である。例えば、輪郭曲線が粗さ曲線である場合、後述するように「粗さ曲線の最大高さ」を「最大高さ粗さＲｚ」と称する。
「輪郭曲線の算術平均高さ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｌ ｍｅａｎ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｓｅｓｓｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）Ｐａ、Ｒａ、Ｗａ」は、基準長さｌｐ、ｌｒ、ｌｗにおけるＺ（ｘ）の絶対値の平均である。例えば、輪郭曲線が粗さ曲線である場合、後述するように「粗さ曲線の算術平均高さ」を「算術平均粗さＲａ」と称する。
「輪郭曲線の二乗平均平方根高さ（ｒｏｏｔ ｍｅｅｎ ｓｑｕａｒｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｓｅｓｓｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）Ｐｑ、Ｒｑ、Ｗｑ」は、基準長さｌｐ、ｌｒ、ｌｗにおけるＺ（ｘ）の二乗平均平方根である。例えば、輪郭曲線が粗さ曲線である場合、後述するように「粗さ曲線の二乗平均平方根高さ」を「二乗平均平方根粗さＲｑ」と称する。
「輪郭曲線のスキューネス（ｓｋｅｗｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｓｅｓｓｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）Ｐｓｋ、Ｒｓｋ、Ｗｓｋ」は、それぞれＰｑ、Ｒｑ、Ｗｑの三乗によって無次元化した、基準長さｌｐ、ｌｒ、ｌｗにおけるＺ（ｘ）の三乗平均である。例えば、輪郭曲線が粗さ曲線である場合、後述するように「粗さ曲線のスキューネス」は記号Ｒｓｋを用いて表される。
「輪郭曲線のクルトシス（ｋｕｒｔｏｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｓｅｓｓｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）Ｐｋｕ、Ｒｋｕ、Ｗｋｕ」は、それぞれＰｑ、Ｒｑ、Ｗｑの四乗によって無次元化した、基準長さｌｐ、ｌｒ、ｌｗにおけるＺ（ｘ）の四乗平均である。例えば、輪郭曲線が粗さ曲線である場合、後述するように「粗さ曲線のクルトシス」は記号Ｒｋｕを用いて表される。

（Ｄ）粗さパラメータの定義
（ａ）最大高さ粗さＲｚ
「最大高さ粗さＲｚ」は、基準長さｌｒにおける粗さ曲線Ｚ（ｘ）の山高さＺｐの最大値と谷深さＺｖの最大値との和である（Ｒｚ＝Ｚｐ＿ｍａｘ＋Ｚｖ＿ｍａｘ）。過去のＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：１９８２）では、「最大高さ粗さ」は記号「Ｒｍａｘ」で表されていたが、本明細書では、新たなＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１０）に従い、記号「Ｒｚ」を用いて「最大高さ粗さ」を表すこととする。なお、「十点平均粗さ」は記号「Ｒｚｊｉｓ」を用いて表す。

（ｂ）算術平均粗さＲａ
「算術平均粗さ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｌ ｍｅａｎ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ）Ｒａ」は、基準長さｌｒにおける粗さ曲線Ｚ（ｘ）の絶対値の平均である。Ｒａは、以下の式（１）で表される。

（ｃ）二乗平均平方根粗さＲｑ
「二乗平均平方根粗さＲｑ（ｒｏｏｔ ｍｅｅｎ ｓｑｕａｒｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ）Ｒｑ」は、基準長さｌｒにおける粗さ曲線Ｚ（ｘ）の二乗平均平方根である。Ｒｑは、以下の式（２）で表される。

（ｄ）粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ
「粗さ曲線のスキューネス（ｓｋｅｗｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ）Ｒｓｋ」は、上記Ｒｑの三乗によって無次元化した、基準長さｌｒにおける粗さ曲線Ｚ（ｘ）の三乗平均である。Ｒｓｋは、以下の式（３）で表される。このＲｓｋは、偏り度（高さ方向の確率密度関数の非対称性の尺度）であり、突出した山又は谷の影響を強く受ける。

（ｅ）粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ
「粗さ曲線のクルトシス（ｋｕｒｔｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ）Ｒｋｕ」は、上記Ｒｑの四乗によって無次元化した、基準長さｌｒにおける粗さ曲線Ｚ（ｘ）の四乗平均である。Ｒｋｕは、以下の式（４）で表される。このＲｋｕは、尖り度（確率密度関数の高さ方向の鋭さの尺度）であり、突出した山又は谷の影響を強く受ける。

［２．連続溶融金属めっき装置の構成］
次に、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る溶融金属めっき浴中ロールが適用される連続溶融金属めっき装置について説明する。図１は、本実施形態に係る連続溶融金属めっき装置１を示す模式図である。

図１に示すように、連続溶融金属めっき装置１は、鋼帯２を、溶融金属を満たしためっき浴３に浸漬することにより、鋼帯２の表面に溶融金属を連続的に付着させるための装置である。連続溶融金属めっき装置１は、浴槽４と、スナウト５と、シンクロール６と、上下一対のサポートロール７、８と、ワイピングノズル９と、を備える。

鋼帯２は、溶融金属によるめっき対象となる金属帯の一例である。本実施形態では鋼帯２の例を上げて説明するが、本発明の金属帯は、めっき対象となる帯状の金属材料であれば、その材質は問わない。また、めっき浴を構成する溶融金属は、亜鉛、鉛−錫、アルミニウムなどの耐食性金属が一般的であるが、めっき金属として使用されるその他の金属であってもよい。溶融金属で鋼帯２をめっきして得られる溶融めっき鋼板としては、亜鉛めっき鋼板、合金化亜鉛めっき鋼板等が代表的であるが、その他の種類のめっき鋼板であってもよい。以下では、めっき浴３をなす溶融金属として溶融亜鉛を用い、鋼帯２表面に溶融亜鉛を付着させて、亜鉛めっき鋼板を製造する例について説明する。

浴槽４は、上記溶融金属からなるめっき浴３を貯留する。スナウト５は、その一端をめっき浴３内に浸漬されるように傾斜配設される。

シンクロール６は、めっき浴３中の最下方に配設され、サポートロール７、８よりもロール径が大きい。シンクロール６は、鋼帯２の走行に伴って図示の時計回りに回転する。このシンクロール６は、スナウト５を通ってめっき浴３内に斜め下方に向けて導入された鋼帯２を、鉛直方向上方に方向転換する。

サポートロール７、８は、めっき浴３中のシンクロール６の上方に配置され、シンクロール６から鉛直方向に引き上げられた鋼帯２を左右両側から挟み込むようにして配設される。サポートロール７、８は、不図示の軸受け（例えば、滑り軸受け、転がり軸受け等）により回転自在に支持される。

ワイピングノズル９は、鋼帯２の両面に気体（例えば空気）を吹き付ける一対のガスワイピングノズルで構成される。ワイピングノズル９は、サポートロール７、８の直上のめっき浴３外であって、めっき浴３の浴面から所定の高さだけ上方に配設される。かかるワイピングノズル９は、めっき浴３から鉛直方向に引き上げられた鋼帯２の両面に気体を吹き付けて、余剰な溶融金属を払拭する。これにより、鋼帯２表面に対する溶融金属の目付量が適正量に制御される。

ここで、上記構成の連続溶融金属めっき装置１の動作について説明する。連続溶融金属めっき装置１は、不図示の駆動源により鋼帯２を長手方向に移動させて、装置内の各部を通板させる。この鋼帯２は、スナウト５を通じてめっき浴３中に斜め下方に導入され、シンクロール６を周回して、その進行方向が鉛直方向上方に変換される。次いで、鋼帯２は、サポートロール７、８の間を通過して上昇し、めっき浴３外に引き上げられる。その後、めっき浴３外に引き上げられた鋼帯２は、ワイピングノズル９から吹き付けられる気体の圧力により余剰な溶融金属が払拭されて所定の目付量に制御される。以上のようにして、連続溶融金属めっき装置１は、鋼帯２をめっき浴３中に連続的に浸漬して、溶融金属、例えば溶融亜鉛でめっきすることで、所定の目付量の溶融金属めっき鋼板を製造する。

［３．溶融金属めっき浴中ロールの構成］
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る溶融金属めっき浴中ロールについて説明する。図２は、本実施形態に係る溶融金属めっき浴中ロールの一例であるシンクロール６を示す斜視図である。図３は、本実施形態に係るシンクロール６の周面を示す拡大断面図である。

図２に示すように、シンクロール６は、鋼帯２の幅よりも広いロール幅を有しており、例えば、ロール幅は１０００〜２５００ｍｍ、ロール径φは６００〜１０００ｍｍである。かかるシンクロール６は、ロール軸６ａを中心として回転し、めっき浴３中の鋼帯２の走行を補助する。

図３に示すように、シンクロール６は、ロール基材２０と、ロール基材２０の表面に形成された溶射皮膜２１と、溶射皮膜２１の表面に形成された封孔皮膜２２（最上層皮膜）とからなる。

ロール基材２０は、例えば鋼等の金属で形成され、シンクロール６の基本形状を形成する。このロール基材２０の周面には、切削加工等によって、後述する溝１０が複数形成されている。

溶射皮膜２１は、セラミックスと金属を含む溶射材を、ロール基材２０の表面に溶射することにより形成される。溶射皮膜２１を成す溶射材は、セラミックスと金属を複合させた材質（サーメット）からなる。例えば、溶射材は、炭化物（タングステンカーバイド、クロムカーバイド等）、硼化物（タングステン硼化物、モリブデン硼化物等）、及び酸化物（アルミナ、イットリア、クロミア等）と、これらのうち２種以上を複合したセラミックスを、少なくとも４０質量％以上含み、残りがニッケル、鉄、コバルト、クロム、アルミのうち１種類以上を含む合金を含む。溶射皮膜２１の厚さは、例えば２０〜２００μｍであり、溶射皮膜２１の硬さは、例えばＨＶ８００以上である。かかる溶射皮膜２１でロール基材２０を被覆することにより、溶融金属に対する耐食性が向上する効果がある。

封孔皮膜２２は、上記溶射皮膜２１の表面に封孔材を塗布及び焼成することにより形成される。例えば、封孔皮膜２２は、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等を含むゾルゲル溶液又はスラリーを、溶射皮膜２１の表面に塗布した後に焼成して成るセラミック薄膜からなる。上記溶射皮膜２１の表面および内部には多数の空隙が生じており、当該溶射皮膜２１の空隙を封止するために、封孔皮膜２２が形成される。封孔皮膜２２の厚さは例えば１〜５０μｍである。かかる封孔皮膜２２を設けることにより、溶射皮膜の空隙がなくなり耐食性が向上する効果がある。

次に、シンクロール６の表面に設けられた溝１０について説明する。図２に示すように、シンクロール６の周面には、ロール幅方向に等ピッチで複数の溝１０が形成されている。本実施形態に係る溝１０は、例えば、ロール周面に周方向に直線状に形成された環状溝からなる。

図３に示すように、溝１０の断面形状は、滑らかに湾曲した曲線状である。例えば、溝１０のピッチｐは０．５〜１０ｍｍ、溝１０の深さｄは０．１〜５ｍｍ、溝１０の底部１２及び頂部１４の曲率半径Ｒは共に０．１〜５ｍｍである。なお、溝１０の底部１２は、溝１０の最深部側の所定範囲（例えば、溝深さｄの１／２よりも深い部分）を意味する。一方、溝１０の頂部１４は、溝１０の開口側の所定範囲（例えば、溝深さｄの１／２よりも浅い部分）を意味する。

なお、溝１０の形状は、上記図２の例に限定されず、例えば、ロール周面に螺旋状に形成されたスパイラル溝であってもよいし、複数の方向の溝を組み合わせたクロスカット状の溝であってもよい。また、溝１０の断面形状は、半円状、半楕円状、Ｕ字状、Ｖ字状、矩形状など、任意の形状であってもよい。

上記のようなロール周面の溝１０は、シンクロール６と鋼帯２との接触部から溶融金属（例えば溶融亜鉛）を排出する機能を有する。従って、溶融金属の排出機能を実現可能であれば、溝１０の形状は任意の形状であってよい。鋼帯２の通板中に、溝１０を通じて溶融金属が好適に排出されれば、シンクロール６に対する鋼帯２のスリップを防止することが可能である。

しかしながら、上述したように、連続溶融金属めっき装置１による操業を継続すると、めっき浴３中に浮遊するドロス等の異物が、ロール周面の溝１０の底部１２に付着・成長して、溝１０が閉塞されるため、溝１０を通じた溶融金属の排出が阻害される。この結果、鋼帯２がシンクロール６に対してスリップすることとなり、シンクロール６の寿命が短縮してしまう。

そこで、本実施形態では、ロール周面の溝１０の底部１２の表面粗度が、適切な粗さに平滑化されている。これにより、溝１０の底部１２に対するドロス等の異物の付着を好適に防止することができる。以下に、溝１０の底部１２の表面粗度について詳述する。

［４．ロールの溝底の表面粗度］
次に、本実施形態に係る浴中ロールの特徴である溝１０の底部１２（以下、「溝底１２」と称する。）の表面粗度について詳述する。

上述したように、従来では浴中ロールの表面粗度の評価指標（粗さパラメータ）として、算術平均粗さＲａや最大高さ粗さＲｚ（＝Ｒｍａｘ）が用いられることが一般的であった（特許文献２〜６参照。）。

しかしながら、本願発明者が鋭意研究したところ、浴中ロール表面に対するドロス等の異物付着を防止する観点からは、上記ＲａやＲｚは、ロールの表面粗度の適切な評価指標ではないことが分かった。即ち、溝底１２への異物付着は、ＲａやＲｚ、Ｒｚｊｉｓなどで表される単純な表面粗さよりもむしろ、溝底１２の粗さの形状に大きく依存する。このため、ＲａやＲｚ、Ｒｚｊｉｓ等を用いて溝底１２の表面粗度を調整したとしても、溝底１２の表面粗度を最適化できないので、溝底１２に対する異物の付着を十分に低減することはできない。

そこで、本実施形態では、溝底１２の表面粗度の評価指標として、従来一般的なＲａやＲｚではなく、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋを用いる。Ｒｓｋは、表面粗さの偏り度（高さ方向の確率密度関数の非対称性の尺度）を表す指標であり、溝底１２の突出した凹凸（山又は谷）の影響を強く受けるため、対象面の凹凸形状の違いを良く反映することができる。従って、溝底１２への異物付着を防止する観点からは、Ｒｓｋは、溝底１２の粗さの評価指標として適切であり、当該Ｒｓｋを評価指標として溝底１２の表面粗度を調整することで、溝底１２への異物付着を好適に低減できる。なお、Ｒｓｋは、上述した式（３）で算出される。

ここで、図４を参照して、ＲｓｋとＲａとの相違について説明する。図４は、溝底１２の表面性状を例示する拡大断面図である。なお、図４では、溝底１２の輪郭を粗さ曲線Ｚ（ｘ）で表しており、図中の水平線３０は、粗さ曲線の平均線である。

図４（ａ）に示すように、例えば、溝底１２の凹凸が表面側（平均線３０より上側）に向けて尖った形状が多い場合は、Ｒｓｋ＞０となる。本発明者らは種々検討の結果、Ｒｓｋ＞０の場合に、溝底１２に異物が付着・成長しやすくなることを確認した。これはＲｓｋ＞０の場合、溝底１２の尖った凸部に異物が付着・成長しやすいためと推察する。一方、図４（ｂ）に示すように、例えば、溝底１２の凹凸が内部側（平均線３０より下側）に向けて尖った形状が多い場合は、Ｒｓｋ＜０となる。この場合は、溝底１２に異物が付着・成長しにくいことを確認した。これはＲｓｋ＜０の場合、当該溝底１２の凸部３２は滑らかであるので異物が付着・成長しにくいためと推察する。

上記図４（ａ）と図４（ｂ）のように、溝底１２の凹凸形状が相違すれば、Ｒｓｋは異なる値となり、Ｒｓｋは、溝底１２表面の形状の違いを好適に反映できる。一方、図４（ａ）の平均線３０よりも上側の部分の面積Ａ_１と下側の部分の面積Ｂ_１の和は、図４（ｂ）の場合の面積Ａ_２と面積Ｂ_２の和と同一である（Ａ_１＋Ｂ_１＝Ａ_２＋Ｂ_２）。従って、上記式（１）で算出されるＲａは、図４（ａ）の場合と図４（ｂ）の場合で同一の値ａとなる。また、図４（ａ）と図４（ｂ）では、山高さＺｐと谷深さＺｖの和は同一であるので、Ｒｚも、図４（ａ）の場合と図４（ｂ）の場合で同一の値となる。

このように、溝底１２の表面粗度の評価指標として、ＲａやＲｚを用いた場合には、図４の例のような溝底１２の表面形状の相違を表すことができない。一方、Ｒｓｋを用いた場合には、当該溝底１２の表面形状の相違を的確に表現することができる。そして、図４（ａ）のように、Ｒｓｋ＞０である場合には、溝底１２に対して異物が付着し易い。一方、図４（ｂ）のように、Ｒｓｋ＜０である場合には、溝底１２に対して異物が付着し難い。

よって、溝底１２の表面粗度の評価指標としてＲｓｋを採用し、Ｒｓｋ＜０、特に、Ｒｓｋ≦−０．０５となるように溝底１２の表面を平滑化すれば、当該溝底１２を最適な粗度に調整できるので、溝底１２への異物付着を好適に防止できるといえる。

［５．ロールの製造方法］
次に、図５を参照して、本実施形態に係る溶融金属めっき浴中ロールの製造方法について説明する。図５は、本実施形態に係る溶融金属めっき浴中ロールの製造方法を示すフローチャートである。なお、以下では、浴中ロールとして上記シンクロール６を製造する例について説明するが、他のロールを製造する際も同様な製造方法である。

図５に示すように、まず、シンクロール６の基材となるロール基材２０の周面に、周方向に複数の溝１０を形成する（ステップＳ１０）。この溝加工としては、例えば、旋盤加工や、切削工具を用いた切削加工などを利用できる。

次いで、上記溝１０が形成されたロール基材２０の周面に対して、溶射材を溶射することで、溶射皮膜２１を形成する（ステップＳ１２）。具体的には、上記サーメット等の材質の溶射材をロール基材２０の周面に高速で衝突・付着させる。なお、溶射被膜２１の密着力を高める目的で、Ｓ１２の前に溶射前ブラスト処理を必要に応じて行ってもよい。

その後、シンクロール６のロール周面をブラスト処理することにより、溝底１２の表面粗度がＲｓｋで０未満、好ましくは−０．０５以下となるように溝底１２を平滑化する（ステップＳ１４）。

さらに、上記ブラスト処理後の溶射皮膜２１を封孔処理して、溶射皮膜２１の表面に封孔皮膜２２（最上層皮膜）を形成する（ステップＳ１６）。具体的には、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等を含む封孔材（ゾルゲル溶液又はスラリー等）を溶射皮膜２１の表面に塗布した後に焼成する。これにより、溶射皮膜２１に含まれる気孔が封孔皮膜２２で覆われて、溶射皮膜２１の空隙が封止される。このとき、溶射皮膜２１と封孔皮膜２２の表面粗度の変化は小さいが、溝底１２の表面粗度がＲｓｋで０未満、好ましくは−０．０５以下であることを確認する。以上までのステップで、シンクロール６の原型が製造される。

ここで、図６を参照して、Ｓ１４のブラスト処理について詳述する。図６は、ロール周面に対するブラスト処理を示す（ａ）斜視図、（ｂ）側面図、及び（ｃ）拡大図である。なお、ブラスト処理として、エアーブラスト、ショットブラストなど任意のブラスト方式を採用してよいが、以下では、エアーブラストの例について説明する。

図６に示すように、シンクロール６を回転させながら、ブラストマシン４０からブラスト材４１をシンクロール６の周面に対して投射することにより、ロール周面の溝底１２表面を平滑化する。ブラスト材４１は、例えば、溶射皮膜２１の硬さよりも高い硬度を有する硬質粒子であり、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、又はこれらの混合物などである。ブラスト材４１の粒度は、＃６０未満とすることが好ましい。このようにブラスト材４１の粒度を小さくすることで、溝底１２の表面粗度を低減する効果が高まる。

また、ブラスト材４１の投射方向は、溝１０の延長方向と平行な方向とすることで、溝１０に沿って溝底１２を好適に平滑化できる。さらに、ブラスト材４１の投射角度θは、シンクロール６の周面の接線４２に対して、０°より大きく、４５°以下であることが好ましい（０°＜θ≦４５°）。投射角度θが４５°を超えて垂直に近くなると、溝底１２の表面粗度が粗くなり、Ｒｓｋ＜０に適切に平滑化することが困難となるだけでなく、バックプレッシャーによりブラスト処理効率が低下してしまう。投射角度θを４５°以下の浅い角度とすることで、ロール周面のうちで溝底１２を優先的に平滑化して、粗度を低減することができ、溝底１２の表面粗度を適切な粗さ（Ｒｓｋ＜０）に平滑化することができる。

また、ブラストマシン４０によるブラスト材４１の噴射圧力Ｐ（ゲージ圧）は、０．３ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ以下であることが好ましい。噴射圧力Ｐが１．０ＭＰａ超であると、ブラスト材４１が溶射皮膜２１に突き刺さったり、表面粗度が高くなったりするため、溝底１２の表面粗度を適切な粗さ（Ｒｓｋ＜０）にすることが困難となる。また、噴射圧力Ｐが０．３ＭＰａ未満であると、平滑化の効果がなく、適切な粗さとならない問題がある。噴射圧力Ｐを０．３〜１．０ＭＰａの範囲とすることで、溝底１２をブラスト材４１で軽くなめるように平滑化できるため、溝底１２表面粗度を適切な粗さ（Ｒｓｋ＜０）に制御できるとともに、溝底１２に残留圧縮応力をできるだけ付与しないようにできる。

上記のようなブラスト処理により、シンクロール６の周面、特に溝底１２を好適に平滑化して、溝底１２の表面粗度をＲｓｋで０未満に調整することができる。このようにして、ロール周面の溝１０に異物が付着しにくいシンクロール６を好適に製造できる。

［６．まとめ］
以上、本実施形態に係る溶融金属めっき浴中ロール及びその製造方法について説明した。本実施形態によれば、浴中ロール周面の溝底１２の表面粗度の評価指標として、従来一般的なＲａやＲｚではなく、表面形状を適切に反映可能なＲｓｋを用いる。当該Ｒｓｋは、溝底１２に対する異物の付着性を評価する上で、ＲａやＲｚよりも適切な評価指標である。そして、溝底１２の表面粗度がＲｓｋで０未満、好ましくは−０．０５以下となるように、ブラスト処理により溝底１２を平滑化する。

これにより、溝底１２の表面粗度を適切に低減することができるので、溝底１２に対するドロス等の異物の付着を大幅に低減できる。従って、連続溶融金属めっき装置１の操業中に、シンクロール６やサポートロール７、８等の浴中ロール周面に対して、異物が付着しないので、鋼帯２のスリップを防止できるとともに、浴中ロールの寿命を延ばすことが可能となる。

次に、本発明の実施例について説明する。

上述した溶融金属めっき浴中ロールの製造方法に従って、複数種類のシンクロール６を製造し、各々のシンクロール６を連続溶融金属めっき装置１で使用して、シンクロール６の寿命を測定する試験を行った。ロール製造時には、ブラスト処理の条件を変えて、シンクロール６の溝底１２を平滑化し、溝底１２の表面粗度（Ｒｓｋ）が異なる複数種類のロールを製造した。また、ロール寿命に関しては、ロールスリップにより鋼帯２に疵が発生する状態となったときに寿命であると判断した。なお、ロール径φは１０００ｍｍ、溝１０のピッチｐは２．０ｍｍ、深さｄは０．５ｍｍ、溝底１２及び溝頂１４の曲率半径Ｒは０．５ｍｍとした

この試験条件として、ロール周面に形成される溶射皮膜２１及び封孔皮膜２２の条件と、エアーブラスト処理の諸条件を表１に示す。表１中のロール回転数は、ブラスト処理時のシンクロール６の回転数であり、トラバース速度は、ブラストマシン４０のロール幅方向への移動速度である。また、ロール周面の溝底１２の表面粗度（Ｒｓｋ）は、Ｒａの測定値からＪＩＳの規定により２．５ｍｍをカットオフ値とした。溝底１２のＲｓｋは通常の表面粗度計により測定した。また、表１には、試験結果であるロール寿命も示してある。

（ａ）Ｒｓｋ＜０であることの意義
表１に示すように、比較例１〜１２では、溝底１２をブラスト処理していない、或いは不適切なブラスト条件（例えば、θ＞４５°、Ｐ＜０．３ＭＰａ、Ｐ＞１．０ＭＰａ）でブラスト処理しているので、溝底１２の表面粗度がＲｓｋで０以上になっている（Ｒｓｋ≧０）。このため、比較例１〜１２のロール寿命は３０日以下と短くなっており、Ｒｓｋが大きくなるほど、ロール寿命が減少している。

一方、本発明の実施例１〜１６では、ロール周面の溝底１２を適切なブラスト条件でブラスト処理して平滑化しているので、溝底１２の表面粗度がＲｓｋで０未満に調整されている（Ｒｓｋ＜０）。このため、実施例１〜１６のロール寿命は少なくとも４０日以上となっている。また、Ｒｓｋが小さくなるほど、ロール寿命が増加している。特に、実施例１の場合、Ｒｓｋ＝−０．３とすることで、ロール寿命が６０日となっており、長寿命化が実現されている。また、実施例３、５の場合でも、Ｒｓｋ＝−０．０５とすることで、４０日のロール寿命を確保できている。このように実施例１〜１６のロール寿命は、比較例１〜１２と比べて、少なくとも１．３倍以上に増加している。

以上の結果により、ロール周面の溝底１２の表面粗度を、Ｒｓｋで０未満、特に−０．０５以下とすることにより、溝底１２に対する異物の付着を低減して、ロール寿命を大幅に増加できることが実証されたと言える。

（ｂ）投射角度θが４５°以下であることの意義
比較例３〜６では、ブラスト処理時のブラスト材４１の投射角度θが、それぞれ５０°、５５°、６０°、９０°であり、４５°より大きい。この場合、ブラスト処理後の溝底１２の表面粗度がＲｓｋで少なくとも０．０３以上となっている。この理由は、投射角度θが４５°を超えると、ブラスト処理によりブラスト材４１が溶射皮膜につきささり、溝底１２の表面粗度が粗くなるからである。

一方、本発明の実施例１〜１６のように投射角度θが４５°以下である場合には、溝底１２の表面粗度がＲｓｋで−０．０５以下となっている。この理由は、ブラスト材４１が溝底１２表面をなめるようにして衝突して、適正な表面性状に平滑化できるからである。

以上の結果により、ブラスト処理時にθ≦４５°とすれば、溝底１２の表面を適切な粗度（Ｒｓｋ＜０）に平滑化できるが、θ＞４５°とすると、溝底１２を適切に平滑化できず、Ｒｓｋ≧０になってしまうことが実証されたと言える。

（ｃ）噴射圧力Ｐが０．３ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ以下であることの意義
比較例７、８では、ブラスト処理時のブラスト材４１の噴射圧力Ｐが、それぞれ０．１、０．２Ｍｐａであり、０．３ＭＰａ未満である。この場合、ブラスト処理後の溝底１２の表面粗度が、Ｒｓｋで少なくとも０．０９以上となっている。この理由は、噴射圧力Ｐが０．３ＭＰａ未満となると、ブラスト材４１の衝突力が弱くなるため、平滑化効果が低減するからである。また、比較例９、１０、１１では、噴射圧力Ｐが、それぞれ１．１、１．２、１．３Ｍｐａである、１．０ＭＰａ超である。この場合、ブラスト処理後の溝底１２の表面粗度が、Ｒｓｋで少なくとも０．２０以上と大きくなっている。この理由は、噴射圧力Ｐが１．０ＭＰａを超えると、ブラスト材４１が溝底１２表面に突き刺さり、表面粗度が粗くなるからである。

一方、本発明の実施例１〜１６では、噴射圧力Ｐを０．３ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ以下に制御した場合には、ブラスト処理後の溝底１２の表面粗度がＲｓｋで−０．０５未満となっている。この理由は、ブラスト材４１を溝底１２表面に対して、適切な圧力で衝突させて、適正な表面性状に平滑化できるからである。

以上の結果により、ブラスト処理時に、０．３ＭＰａ≦Ｐ≦１．０ＭＰａなる適正範囲内に制御すれば、溝底１２の表面粗度を適切な粗さ（Ｒｓｋ＜０）に平滑化できるが、この適正範囲を外れると、溝底１２を適切に平滑化できず、Ｒｓｋ≧０になってしまうことが実証されたと言える。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、溶融金属めっき浴中ロールとしてシンクロール６の例を挙げて説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の溶融金属めっき浴中ロールは、例えば、上記サポートロール７、８などに適用することも可能であるし、その他にも、溶融金属めっき浴中に設置される任意の浴中ロールに適用可能である。

１ 連続溶融金属めっき装置
２ 鋼帯
３ めっき浴
４ 浴槽
５ スナウト
６ シンクロール
７、８ サポートロール
９ ワイピングノズル
１０ 溝
１２ 溝底
１４ 溝頂
２０ ロール基材
２１ 溶射皮膜
２２ 封孔皮膜
３０ 平均線
３１、３２ 凸部
４０ ブラストマシン
４１ ブラスト材
４２ 接線
θ 投射角度
Ｐ 噴射圧力

Claims (5)

1. ロール周面に複数の溝が形成され、前記溝の底部の表面粗度がＲｓｋで０未満であることを特徴とする、溶融金属めっき浴中ロール。
2. ロール基材と、
   セラミックスと金属を含む溶射材を前記ロール基材の表面に溶射することにより形成された溶射皮膜と、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
3. 前記溶射皮膜の表面に封孔材を塗布及び焼成することにより形成された封孔皮膜をさらに備えることを特徴とする、請求項２に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
4. ロール周面に複数の溝が形成された溶融金属めっき浴中ロールの製造方法において、
   前記ロール周面の接線に対して４５°以下の投射角度でブラスト材を前記溝の底部に投射することにより、前記溝の底部の表面粗度がＲｓｋで０未満になるように前記溝の底部を平滑化することを特徴とする、溶融金属めっき浴中ロールの製造方法。
5. 前記ブラスト材の噴射圧力は０．３ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の溶融金属めっき浴中ロールの製造方法。
   

Images