JP6599591B1 - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】浴中ロールに起因する鋼板疵を防止し、かつ高速で安定した通板を実現させ、めっき鋼板の生産性を向上させること。【解決手段】溶融金属めっき浴中ロールは、ロールの円周方向に沿って形成されロールの外側に向けて凸である２つの第１曲面部と、２つの第１曲面部の間に配置されロールの内側に向けて凸である少なくとも１つの第２曲面部とを含む縦溝と、ロールの外周表面において、ロールの胴長方向に沿って形成される横溝とを有し、縦溝のピッチＰ１（ｍｍ）および深さｄ１（ｍｍ）が、１．０≦Ｐ１≦１０、０．２≦ｄ１≦５、ｄ１≦Ｐ１／２を満たし、深さｄ２（ｍｍ）が縦溝の深さｄ１の６０％以上１５０％以下であり、横溝の幅ｗ２（ｍｍ）は、深さｄ２の２倍以上または横溝の底部の曲面の曲率半径（ｍｍ）の２倍以上であり、かつピッチＰ２（ｍｍ）の０．７倍以下であり、横溝のピッチＰ２（ｍｍ）が１．０≦Ｐ２≦１０ある。【選択図】図３

Description

本発明は、溶融金属めっき装置のめっき浴中に設けられる、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に関する。
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、鋼帯の通板方向を転換するための浴中ロール（ポットロール、シンクロールとも称する）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、浴中ロールによりその通板方向を鉛直方向上方に転換された後に、当該めっき浴中に設けられる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噴射されるガスにより、鋼帯表面に付着した余剰の溶融金属が掻き落とされ、所定の目付量に調整される。上記の浴中ロールは駆動装置により駆動されるものではなく、鋼帯の通板に伴って回転するように構成される。
このような溶融金属めっき装置において、生産性向上のために鋼帯の通板速度を増加させると、浴中ロールの回転数の増加により、鋼帯と浴中ロールとの間に溶融金属が流れ込んで形成される液膜の膜厚が増加する。そうすると、鋼帯と浴中ロールとの間でスリップが生じやすくなるという問題がある。このようなスリップが発生すると、鋼帯の表面にスリップ疵が生じ得る。
また、このような溶融金属めっき装置では、鋼帯から溶出したＦｅがめっき中のＡｌまたはＺｎと反応することにより生じるドロスと呼ばれる粒状物が存在する。例えば、めっき浴中のＡｌ濃度を調整することにより、ドロスの存在比率をある程度制御することはできるが、実質的には、ドロスはめっき浴中に不可避的に存在する。
上記のドロスがめっき浴中を走行する鋼帯と浴中ロールとの間に侵入すると、ドロスが浴中ロールに付着し得る。ドロスが浴中ロールに付着すると、ドロスが鋼帯の表面に当接した際に疵を生じさせてしまう（押し疵）ため、鋼帯の表面性状が低下してしまう。また、ドロスが鋼帯と浴中ロールとの間に侵入すると、浴中ロールの回転性が阻害され、鋼帯と浴中ロールとの間のスリップの原因となる。このようなドロスは、鋼帯の通板速度の高速化により、さらに鋼帯と浴中ロールとの間に侵入しやすくなる。そこで、スリップによるスリップ疵の発生や、これらのドロスの付着による押し疵を防止するために、浴中ロールの表面に溝を形成することが提案されている。
例えば、特許文献１には、所定のピッチ、深さおよび形状の条件を満たすように円周方向に連続的に形成された溝を有する浴中ロールに関する技術が開示されている。また、特許文献２には、胴長方向に連続的に形成され、開口部の面積がロール表面の総面積に対して所定の比率を満たすように溝が形成された浴中ロールに関する技術が開示されている。このように、浴中ロールの表面において円周方向に連続する溝（縦溝）または胴長方向に連続する溝（横溝、延伸溝）を形成することにより、鋼帯と浴中ロールとの間に侵入したドロスを含む溶融金属を速やかに排出することが可能となる。また、当該文献には、ドロスを含む溶融金属の排出の効率性を高めるために、横溝に加えてさらに縦溝（螺旋溝）を有する浴中ロールが開示されている。
特開２００９−１６１８４７号公報 特開２００９−２７０１５７号公報
しかし、特許文献１に開示された浴中ロールには、円周方向に連続的に形成された縦溝のみが設けられている。そうすると、鋼帯をさらに高速で通板させた場合に、鋼帯と浴中ロールとの間により多くのドロスを含む溶融金属が入り込み、溝内でドロスが付着、堆積する。この場合、溶融金属が排出されにくくなり、浴中ロールの回転性が悪化し、鋼板と浴中ロールとの間にスリップが生じやすくなる。そうすると、スリップ疵や、鋼板の表面に当該浴中ロールの縦溝に対応するグルーブ形状の転写が発生するという問題がある。また、単に縦溝のみが形成されただけでは、一度縦溝に取り込まれて排出されたドロスを含む溶融金属が、ロール回転方向に伴う流れにより再度縦溝に巻き込まれ得る。その結果、縦溝はドロスの堆積により閉塞し、溶融金属が好適に排出されなくなるので、スリップ等が生じやすくなるといった問題がある。
また、特許文献２に開示された浴中ロールに形成される横溝および縦溝の形成領域は、浴中ロールの側周部の表面積に対するこれらの溝の開口部の面積の比率でのみ規定されている。すなわち、これらの溝の形状、幅および深さについては、当該文献には何ら規定されていない。しかしながら、浴中ロールの表面に付着、浸入するドロスは立体粒状物である。したがって、ドロスがこれらの溝に侵入した場合に、上述した溝の形状、幅および深さによっては、ドロスが溝底に堆積して排出されなかったり、ドロスが溝に嵌りこんでしまったりして、かえって浴中ロールの回転性を悪化させたり、鋼板に押し疵を生じさせてしまったりするという問題がある。
また、近年、溶融金属めっき装置において、生産性向上のために鋼帯の通板速度を増加させる傾向にある。上述したように通板速度が増加するとスリップが発生しやすくなるが、現在要求される大きな通板速度においても鋼帯と浴中ロールとの間でスリップを防止することが求められる。
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、浴中ロールに起因する鋼板疵を防止し、かつ高速で安定した通板を実現させ、めっき鋼板の生産性を向上させることが可能な、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の本願発明の要旨は以下の通りである。
（１） 溶融金属めっき浴中ロールにおいて、
ロールの外周表面において、前記ロールの円周方向に沿って形成され、前記ロールの外側に向けて凸である２つの第１曲面部と、前記２つの第１曲面部の間に配置され、前記ロールの内側に向けて凸である少なくとも１つの第２曲面部とを含む、縦溝と、
前記ロールの外周表面において、前記ロールの胴長方向に沿って形成される横溝と、を有し、
前記縦溝のピッチＰ１（ｍｍ）および深さｄ１（ｍｍ）が下記式（１０１）〜（１０３）
１．０≦Ｐ１≦１０ ・・・（１０１）
０．２≦ｄ１≦５ ・・・（１０２）
ｄ１≦Ｐ１／２ ・・・（１０３）
を満たし、
前記横溝の深さｄ２（ｍｍ）が前記縦溝の深さｄ１の６０％以上１５０％以下であり、
前記横溝の幅ｗ２（ｍｍ）は、深さｄ２の２倍以上または当該横溝の底部を構成する曲面の曲率半径（ｍｍ）の２倍以上であり、かつ前記横溝のピッチＰ２（ｍｍ）の０．７倍以下であり、前記横溝のピッチＰ２（ｍｍ）が１．０≦Ｐ２≦１０である、溶融金属めっき浴中ロール。
（２） 溶融金属めっき浴中において鋼帯と接触して用いられるものであり、
前記ロールの外周表面における前記鋼帯と接触可能な領域の面積は、前記ロール円周表面の溝を設けた面積に対し、１．０％以上２０％以下である、（１）に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
（３） 前記横溝の深さｄ２が前記縦溝の深さｄ１の８０％以上１２０％以下である、（１）または（２）に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
（４） 前記横溝の断面形状は、Ｖ字形状である、（１）〜（３）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
（５） 前記横溝は、前記ロールの外側に向けて凸である２つの第３曲面部と、前記２つの第３曲面部の間に配置され、前記ロールの内側に向けて凸である少なくとも１つの第４曲面部とを含む、（１）〜（３）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
（６） 前記ロールの外周表面において、前記横溝同士の間に形成される面と、前記横溝の側部との成す角が、６５°以下である、（１）〜（５）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
（７） 前記縦溝が、前記ロールの円周方向に沿ってらせん状に形成されたらせん溝である、（１）〜（６）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
（８） 前記縦溝が、前記ロールの円周方向に沿って直線状に形成された環状溝である、（１）〜（７）のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
（９） 溶融金属めっき浴中ロールの製造方法において、
ロールの外周表面において、前記ロールの外側に向けて凸である２つの第１曲面部と、前記２つの第１曲面部の間に配置され、前記ロールの内側に向けて凸である少なくとも１つの第２曲面部とを含む、縦溝を、旋盤加工により前記ロールの円周方向に沿って形成する縦溝形成ステップと、
前記ロールの外周表面において、横溝を前記ロールの胴長方向に沿って形成する横溝形成ステップと、を含み、
前記縦溝のピッチＰ１（ｍｍ）および深さｄ１（ｍｍ）が下記式（１０１）〜（１０３）
１．０≦Ｐ１≦１０ ・・・（１０１）
０．２≦ｄ１≦５ ・・・（１０２）
ｄ１≦Ｐ１／２ ・・・（１０３）
を満たし、
前記横溝の深さｄ２（ｍｍ）が前記縦溝の深さｄ１の６０％以上１５０％以下であり、
前記横溝の幅ｗ２（ｍｍ）は、深さｄ２の２倍以上または当該横溝の底部を構成する曲面の曲率半径Ｒ２（ｍｍ）の２倍以上であり、かつ前記横溝のピッチＰ２（ｍｍ）の０．７倍以下であり、前記横溝のピッチＰ２（ｍｍ）が１．０≦Ｐ２≦１０である、溶融金属めっき浴中ロールの製造方法。
以上説明したように本発明によれば、浴中ロールに起因する鋼板疵を防止し、かつ高速で安定した通板が可能となるので、めっき鋼板の生産性を向上させることが可能である。
本発明の一実施形態に係る溶融金属めっき装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る浴中ロールの一例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る浴中ロールの一例を示す側面図である。 同実施形態に係る浴中ロールの表面に設けられた縦溝の断面形状の一例を示す図である。 同実施形態に係る浴中ロールの表面に設けられた横溝の断面形状の一例を示す図である。 同実施形態に係る浴中ロールの円周表面の一部を展開した平面図である。 第１の変形例に係る浴中ロールが備える縦溝の断面形状を示す断面図である。 第２の変形例に係る浴中ロールが備える縦溝の断面形状を示す断面図である。 第３の変形例に係る浴中ロールが備える縦溝の断面形状を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る浴中ロールの表面に形成された横溝の断面形状の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る浴中ロールの一例を示す側面図である。 本発明の第４の実施形態に係る浴中ロールの一例を示す側面図である。
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。なお、図中、説明の容易化のため、適宜説明の必要のない部材を省略した。また、図示の各部材の寸法は、説明の容易化のため適宜拡大、縮小されており、実際の各部材の大きさを示すものではない。
＜溶融金属めっき装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る溶融金属めっき装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、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に浸漬させることにより、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。溶融金属めっき装置１は、めっき槽４、スナウト５、上下一対のサポートロール６、６、左右一対のガスワイピング装置７、７および浴中ロール１０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。なお、本実施形態では鋼帯２の例をあげて説明するが、金属帯の材質は、めっき対象となる帯状の金属材料であれば特に限定されない。
また、めっき浴３を構成する溶融金属の種類は、Ｆｅの融点より十分低い温度で溶融状態にあれば、特に制限されない。実用的には、溶融金属の種類として、Ｚｎ、Ａｌ、ＳｎおよびＰｂの単体またはこれらの合金が例示される。また、溶融金属として、上記の金属または合金に、例えば、ＳｉもしくはＰ等の非金属元素、Ｃａ、ＭｇもしくはＳｒ等の典型金属元素、または、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉまたはＣｕ等の遷移金属元素を含有するものも含まれる。以下では、めっき浴３を構成する溶融金属として溶融亜鉛を用い、鋼帯２の表面に溶融亜鉛を付着させて、亜鉛めっき鋼帯を製造する例について説明する。
めっき槽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。
浴中ロール１０は、めっき浴３の内側の最下方に配設され、サポートロール６よりもロール径が大きい。浴中ロール１０は無駆動であり、鋼帯２との接触およびせん断によって図示の矢印に沿って回転する。本実施形態に係る浴中ロール１０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、鉛直上方に方向転換させる。浴中ロール１０の具体的な構成については、各実施形態の説明において説明する。
サポートロール６は、めっき槽４の内側で、鋼帯２の通板方向における浴中ロール１０の下流側に配置され、浴中ロール１０から送りだされた鋼帯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６は、不図示の軸受（例えば、滑り軸受、転がり軸受等）により回転自在に支持される。なお、サポートロールは１つだけ、又は３つ以上設置されてもよいし、また、サポートロールは配置されなくてもよい。
ガスワイピング装置７は、めっき槽４の上方に配置され、鋼帯２の両側の表面にガス（例えば窒素、空気）を吹き付けて、鋼帯２の表面に付着している溶融金属を掻き落とし、溶融金属の付着量を制御する機能を有する。
上流工程である焼鈍炉で焼鈍された鋼帯２は、スナウト５を介してめっき浴３で満たされためっき槽４に浸漬され、浴中ロール１０、サポートロール６を通過して鉛直方向に引き上げられ、めっき浴３外に通板される。めっき浴３外に通板される鋼帯２は、ガスワイピング装置７により表面に付着した溶融金属の目付が調整された後、不図示の合金化炉等を通過して、下流工程に送られる。
また、鋼帯２の通板速度は、特に限定されないが例えば１００ｍｐｍ以上１６０ｍｐｍ以下である。特に、生産性の向上のために通板速度を１３０ｍｐｍ以上１６０ｍｐｍ以下とすることもある。このような比較的大きな通板速度の場合、一般には、浴中ロールと鋼帯との間で、スリップが発生しやすくなるが、本実施形態に係る浴中ロール１０においては、このようなスリップが抑制されている。
＜第１の実施形態＞
（ロールの構成）
次に、本発明の第１の実施形態に係る浴中ロール１０の構成について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る浴中ロールの一例を示す斜視図、図３は、本発明の第１の実施形態に係る浴中ロール１０の一例を示す側面図である。
本実施形態に係る浴中ロール１０は、鋼帯２の幅よりも広いロール幅を有している。例えば、浴中ロール１０のロール幅は１４００ｍｍ〜２０００ｍｍ、ロール径は、６００〜８００ｍｍである。かかる浴中ロール１０は、浴中ロール１０の回転軸であるロール軸１０ａを軸として回転し、めっき浴３中の鋼帯２の走行を補助する。
そして、図２、図３に示すように、浴中ロール１０の表面（外周表面）には、浴中ロール１０の円周方向Ｍに沿って連続して延在する溝（縦溝２０）、および浴中ロール１０の胴長方向Ｌに沿って連続して延在する溝（横溝３０）が、浴中ロール胴面端部１０ｍｍ程度を除いてほぼ全面に形成されている。
なお、本明細書及び図面において、図２に示すように、便宜のために、浴中ロール１０の胴長方向を胴長方向Ｌ、浴中ロール１０が回転する際の回転軸を中心軸Ｃ、胴長方向Ｌと直交しつつ浴中ロール１０の円周を周回する方向を周長方向Ｍ、浴中ロール１０の径方向を径方向Ｒと記載することもある。本実施形態における浴中ロール１０の胴長方向Ｌは、中心軸Ｃと平行である。また、径方向Ｒについて、浴中ロール１０の外表面側を「外側」、中心軸Ｃ側を「内側」ともいう。
（縦溝２０の構成）
縦溝２０は、図３に示すように、浴中ロール１０の胴長方向Ｌに垂直な面内において（円周方向に沿って）直線状に形成された環状溝である。縦溝２０がこのような環状溝であることにより、ドロスの排出（移動）が浴中ロール１０の胴長方向Ｌのうち一方に偏ることが防止される。
第１の実施形態における縦溝２０は、図３に示すように胴長方向Ｌ（ロール軸１０ａ方向）に対し、平面視で垂直に、すなわち円周方向Ｍに沿って、延在している。
浴中ロール１０がロール軸１０ａの中心軸Ｃを回転軸として回転すると、環状の縦溝２０は周長方向Ｍに沿って回転する。このため浴中ロール１０と鋼帯２との間に挟まれたドロスは、周長方向Ｍに沿って縦溝２０内の両方向、すなわちＭ方向（周長方向Ｍ）の一方側と他方側の両方に広がっていく。そして縦溝２０内で広がったドロスは、縦溝２０に繋がっている横溝３０にも入り込み、Ｌ方向（胴長方向Ｌ）の一方側と他方側の両方に広がっていく。このようにして、縦溝２０内と横溝３０内に入り込んだドロスはＬ方向（胴長方向Ｌ）、Ｍ方向（周長方向Ｍ）両方において偏りなく、面方向に広がっていく。
（縦溝２０の断面形状）
次に、浴中ロール１０の表面に設けられた縦溝２０の断面形状について説明する。図４は、図３の切断線ａ−ａ´の切断面、すなわち浴中ロール１０の中心軸Ｃを含む平面に沿って切断した切断面における、浴中ロール１０の表面付近の概略構成図である。図４においては、本実施形態の縦溝２０の断面形状の一例を示す。
浴中ロール１０の表面には、ピッチＰ１（ｍｍ）をおいて、深さｄ１（ｍｍ）の複数の縦溝２０が互いに平行に形成される。また、後述する他の実施形態において示すように、縦溝２０は、ロール軸１０ａの周長方向Ｍに沿ってらせん状に形成された、らせん溝であってもよい。
なお、本明細書においてピッチとは、浴中ロール１０の表面に形成される溝の胴長方向または円周方向における繰り返し距離を意味する。本実施形態において、縦溝２０のピッチＰ１は、例えば、図４に示すように、隣接する接続点２３ａ同士の間の胴長方向Ｌにおける距離を示す。なお、本実施形態における接続点２３ａとは、第１曲面部２１と第１平坦部２３との境界を意味する。
また、本明細書において深さとは、浴中ロール１０の表面の凸部のうち浴中ロール１０の最外（各凸部のうち、浴中ロール１０の中心軸Ｃから径方向Ｒに最も離れた箇所）に相当する部分である頂部と、浴中ロール１０の表面の凹部のうち浴中ロール１０の最内に相当する部分（各凹部のうち、浴中ロール１０の中心軸Ｃから径方向Ｒに最も近い箇所）である底部との距離を意味する。具体的には、図４に示す縦溝２０の深さｄ１は、頂部（例えば接続点２３ａ）と、第２平坦部２４の底部２４ａとの径方向Ｒにおける距離を意味する。
本明細書において幅とは、溝において、浴中ロール１０の表面の凸部と、浴中ロール１０の表面の凹部とを連結する浴中ロール１０の表面と垂直な面（側壁）が存在する場合には、同一の溝内における側壁同士の距離をいう。一方で、このような側壁が存在しない場合には、浴中ロール１０の表面の凸部のうち浴中ロール１０の最外（浴中ロール１０の中心軸Ｃに垂直な断面で浴中ロール１０を切断した切断面のうち、浴中ロール１０の中心軸Ｃから径方向Ｒに最も離れた箇所）に相当する部分である頂部（例えば図４における接続点２３ａ）同士の距離をいう。
ここで、本明細書における凸部とは、浴中ロール１０の表面において胴長方向または円周方向に沿って並設される溝が形成されていない部分であり、浴中ロール１０の外側に向かって突き出ている部分を意味する。この凸部は、浴中ロール１０の中心軸Ｃから径方向Ｒに最も離れた表面を形成する頂部の一部を含む。
また、本明細書における凹部とは、浴中ロール１０の表面に形成された溝のうち浴中ロール１０の内側に向かって凹んでいる部分を意味する。この凹部は、浴中ロール１０の中心軸から径方向に最も近い表面を形成する底部の一部を含む。すなわち、本実施形態に係る浴中ロール１０の表面は、胴長方向および円周方向に沿って、連続する凹凸が形成されていることとなる。本実施形態に係る浴中ロール１０の表面に設けられる縦溝２０および横溝３０は、主として凹部により形成され得る。しかし、以下に詳述するように、これらの溝は凸部の一部または全部を包含し得る。
図４に示すように、縦溝２０の断面形状は、浴中ロール１０の中心軸Ｃを含む平面に沿って切断した断面上において曲線および直線の組み合わせにより構成される。具体的には、縦溝２０は、浴中ロール１０の中心軸Ｃから外側（図４における径方向Ｒにおいて中心軸Ｃから外側）に向けて凸である２つの第１曲面部２１と、２つの第１曲面部２１の間において当該第１曲面部２１に連続して配置され、浴中ロール１０の中心軸Ｃ側（図４における径方向Ｒにおいて外側から中心軸Ｃ側、すなわち内側）に向けて凸である２つの第２曲面部２２と、２つの第２曲面部２２の間に配置される第２平坦部２４と、により構成される。また、２つの連続する縦溝２０（すなわち、第１曲面部２１の外側の端部の各々）は、第１平坦部２３により接続される。
縦溝２０の両端（図４の縦溝２０の凸部における胴長方向Ｌの両端）に位置する第１曲面部２１および第１平坦部２３は、周長方向Ｍに連続する凸部の一部を構成する。また、この場合において、第１平坦部２３は、当該凸部の頂部となる。また、２つの第２曲面部２２および第２平坦部２４は、周長方向Ｍに連続する凹部を構成する。
なお、図４に示した例では、第１平坦部２３および第２平坦部２４の断面形状は直線状に形成されているが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第１平坦部２３は、浴中ロール１０の外側に向けて凸である曲面状に形成されてもよいし、第２平坦部２４は、浴中ロール１０の中心軸Ｃ側に向けて凸である曲面状に形成されてもよい。
図１に示した鋼帯２は、浴中ロール１０との接触において、図４に示す第１平坦部２３と主に接触する。この場合、第１平坦部２３と縦溝２０との境界部分の断面形状が第１曲面部２１のように曲面により形成されていることにより、当該境界部分における鋼帯２と浴中ロール１０との接触面圧の増加を抑制することができる。これにより、接触面圧の増加に起因する鋼帯２の表面の疵の発生や、縦溝２０と横溝３０とで形成される後述する図６に示す接触領域１２０の模様、すなわちグルーブ形状の転写を抑制することができる。
また、縦溝２０の底部の一部の断面形状が第２曲面部２２のように曲面により形成されていることにより、縦溝２０に詰まったドロスは圧力を受けることで縦溝２０内を移動しやすい。このため縦溝２０の溝底等におけるドロスの付着を防ぎ、当該ドロスを排出しやすくすることができる。それにより、縦溝２０に侵入したドロスによる詰まりを抑制することができる。
さらに、本発明者らは、上述した縦溝２０の断面形状の規定に加えて、縦溝２０のピッチＰ１および深さｄ１について規定した。具体的には、本実施形態に係る縦溝２０のピッチＰ１（ｍｍ）および深さｄ１（ｍｍ）は、下記式（１）〜（３）を満たすように設けられる。
１．０≦Ｐ１≦１０ ・・・（１）
０．２≦ｄ１≦５ ・・・（２）
ｄ１≦Ｐ１／２ ・・・（３）
縦溝２０のピッチＰ１は、加工性の観点から１．０ｍｍ以上であることが好ましく、鋼帯２と浴中ロール１０との適切な接触面圧の観点から１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、深さｄ１は、加工性とコストの観点から０．２ｍｍ以上、５ｍｍ以下とすることが好ましい。縦溝２０のピッチＰ１が１．０ｍｍよりも小さい場合、縦溝２０の深さｄ１を０．２ｍｍ以上とする加工が実質的に困難である。また、縦溝２０のピッチＰ１が１０ｍｍよりも大きいと、鋼帯２と浴中ロール１０との接触面積が減少するため、鋼帯２と浴中ロール１０との接触面圧が増加し、グルーブ形状が鋼帯２に転写されやすくなる。縦溝２０のピッチＰ１は、好ましくは１．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
縦溝２０の深さｄ１が０．２ｍｍよりも小さいと、溶融亜鉛による流体潤滑作用により鋼板がスリップしやすくなる。また、縦溝２０の深さｄ１を５ｍｍよりも深くすると、浴中ロール１０の表面の研削量が大きくなって高コストとなる。また、溶融亜鉛による溶損を抑制するための溶射皮膜を浴中ロール１０表面全体に成膜する場合、縦溝２０の表面に均一に溶射皮膜を成膜させることが困難となる。縦溝２０の深さｄ１は、好ましくは０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
縦溝２０の深さｄ１は、Ｐ１／２以下の深さとする。深さｄ１がＰ１／２以下であることにより、浴中ロール１０への溶射の際、溶射粒子が縦溝２０の表面全体を覆うことができる。一方、縦溝２０の深さｄ１がＰ１／２より大きいと、溶射粒子を縦溝のＣ側の領域に溶射させることが困難となるため、溶射皮膜を浴中ロール１０表面へ均一に成膜することが困難となる。なお、溶射被膜を均一に成膜するために、縦溝２０の深さｄ１は、Ｐ１／３より小さいことがより好ましい。
そして、縦溝２０のピッチＰ１および深さｄ１が上記の式（１）〜（３）の関係を満たすことにより、鋼帯２の高速通板時において浴中ロール１０は、縦溝２０中に余剰の溶融亜鉛を収納し、後述する横溝３０を介して鋼帯２と浴中ロール１０との間から排出することができる。この際に、ドロスも余剰の溶融亜鉛とともに縦溝２０に収納され、横溝３０を介して排出される。
また、ピッチＰ１および深さｄ１が上記範囲にあることにより、浴中ロール１０と鋼帯２との間に存在するドロスを縦溝２０に十分に収容することができるとともに、横溝３０を通じて、収容したドロスを除去することが可能となる。
なお、本実施形態に係る第１曲面部２１は第１曲率半径を有する円弧形状であり、第２曲面部２２は第２曲率半径を有する円弧形状である。この場合、第１曲率半径および第２曲率半径の大きさは特に限定されず、鋼帯２と浴中ロール１０との接触面圧、ドロスの除去しやすさ等を考慮して適宜設定され得る。具体的には、第１曲率半径、第２曲率半径はともに、０．１ｍｍよりも大きいことが好ましい。また、第１平坦部２３および第２平坦部２４は、選択されたピッチＰ１、深さｄ１、幅Ｗ１、第１曲率半径および第２曲率半径に応じて適宜形成される。なお、第１曲面部２１および第２曲面部２２は、必ずしも円弧形状でなくてもよい。
以上、縦溝２０の断面形状について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。具体的には、後述する各変形例に示すように、２つの第１曲面部、および当該第１曲面部２１の間に配置される少なくとも１つの第２曲面部を含むのであれば、縦溝２０はあらゆる断面形状を取り得る。
（横溝３０の構成）
第１の実施形態における横溝３０は、図３に示すように、浴中ロール１０のロール軸１０ａの胴長方向Ｌに沿って、浴中ロール１０の表面に互いに平行に形成される。横溝３０は平面視で直線形状に延在する溝である。また、横溝３０は図５に示すように、ピッチＰ２（ｍｍ）をおいて、深さｄ２（ｍｍ）および幅ｗ２（ｍｍ）の複数の横溝が平行に形成されたものである。後述する他の実施形態において示すように、横溝３０は、浴中ロール１０の表面上において、胴長方向（浴中ロール１０の軸方向）Ｌに対して所定角度の範囲内で傾斜するように形成されてもよい。
（横溝の断面形状）
次に、浴中ロール１０の表面に設けられた横溝３０の断面形状について説明する。図５は、図３の切断線ｂ−ｂ´の切断面、すなわち浴中ロール１０の中心軸Ｃに垂直な断面で切断した切断面における、浴中ロール１０の表面付近の概略構成図である。図４においては、本実施形態に係る浴中ロール１０の表面に設けられた横溝３０の断面形状の一例を示す。
図５に示すように、横溝３０の断面形状は、Ｖ字形状である。具体的には、横溝３０の断面形状は、２つの側部３１と、当該２つの側部３１が交差する底部３２とにより構成される。また、２つの連続する横溝３０（すなわち、側部３１の外側の端部の各々）は、第１平坦部３３により接続される。
なお、本実施形態に係る横溝３０のピッチＰ２は、図５に示すように、側部３１と第１平坦部３３の接続点３３ａ間の周長方向Ｍにおける隣接距離を意味する。また、本実施形態に係る横溝３０の深さｄ２は、頂部（例えば接続点３３ａ）と、底部３２との径方向Ｒにおける距離を意味する。本実施形態に係る横溝３０の幅ｗ２は、横溝３０を構成する２つの頂部の間の距離、具体的には２つの接続点３３ａの距離を言う。
図５に示すように、浴中ロール１０の胴長方向Ｌに沿って横溝３０を形成することにより、縦溝２０に流れ込んだドロスを含む溶融金属を、横溝３０を介してロールの表面の外側に排出することができる。
さらに、本発明者らは、本実施形態に係る横溝３０の深さｄ２を、縦溝２０の深さｄ１の深さの６０％以上１５０％以下とすることにより、ドロスの排出が効果的に行われることを見出した。深さｄ２が深さｄ１の６０％を下回る場合、横溝３０にうまくドロスが流れ込まず、ドロス排出効果が発揮されない。また、深さｄ２が深さｄ１の１５０％を上回る場合、横溝３０に流れ込んだドロスが堆積してしまい、ドロスの排出効果が発揮されない。また、上述したように、溶融亜鉛による溶損を抑制するための溶射皮膜を横溝３０に成膜させることが困難となる。
また、横溝３０の深さｄ２を、縦溝２０の深さｄ１の深さの８０％以上１２０％以下とすることにより、ドロスが横溝３０からさらに効果的に排出されることを本発明者らは見出した。これにより、鋼帯２の通板速度をさらに向上させた場合においても、鋼帯２と浴中ロール１０とのスリップが生じにくくなり、スリップ疵およびグルーブ形状の転写を抑制できることを本発明者は明らかにした。したがって、鋼帯２の高速通板をより安定化させることが可能となる。
さらに、本実施形態において、横溝３０の幅ｗ２は、深さｄ２の２倍以上、かつ横溝３０のピッチＰ２（ｍｍ）の０．７倍以下である。これにより、縦溝２０から移送されるドロスや余剰の溶融亜鉛を十分に横溝３０において受容することができるとともに、後述する接触部位５０の面積を好ましい範囲とすることができ、鋼帯２のスリップの発生や疵の発生を防止することができる。これに対し、横溝３０の幅ｗ２が、深さｄ２の２倍以下であると、横溝３０に流れ込んだドロスが流れにくくなって堆積してしまい、ドロスの排出効果が発揮されない。また、横溝３０の幅ｗ２が横溝３０のピッチＰ２（ｍｍ）の０．７倍超の場合、鋼帯２と浴中ロール１０との接触面積が減少するため、鋼帯２と浴中ロール１０との接触面圧が増加し、縦溝２０と横溝３０とで形成される後述する図６に示す接触領域１２０に対応する模様、すなわちグルーブ形状が鋼帯２に転写されやすくなる。
横溝３０の幅ｗ２は、浴中ロール１０と鋼帯２との接触面積を適切な範囲とする観点から、好ましくはピッチＰ２（ｍｍ）の０．７倍以下、より好ましくはピッチＰ２（ｍｍ）の０．５倍以下である。
また、横溝３０のピッチＰ２（ｍｍ）は、例えば１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。これにより、ドロスの排出効果を発揮することができる。さらに好ましくは、横溝３０のピッチＰ２（ｍｍ）は、縦溝２０のピッチＰ１の６０％以上１５０％以下である。
さらには、横溝３０同士の間に形成される面（頂部）と、横溝３０の側部３１との成す角αは、好ましくは６５°以下、より好ましくは３０°以上５０°以下である。これにより、浴中ロール１０の表面に溶射により溶射皮膜を形成する際に溶射皮膜を均一な厚みに施工することができる。
（ロールの表面形状）
次に、図６を参照しつつ、本実施形態に係る浴中ロール１０の表面形状について説明する。図６は、本実施形態に係る浴中ロール１０の円周表面の一部を展開した平面図である。図６に示すように浴中ロール１０の円周表面１００は、縦溝２０と横溝３０とで構成される溝領域１１０と、縦溝２０および横溝３０により囲まれた頂部ならびに縦溝２０および横溝３０の一部により構成される接触領域１２０とを有している。
接触領域１２０は、浴中ロール１０がめっき浴３中に設置された際に、鋼帯２と接触可能な領域である。接触領域１２０が鋼帯２と接触しつつ、鋼帯２のめっき浴３の通板が行われる。
したがって、接触領域１２０の面積は、スリップや疵の発生防止の観点から、適宜設定される。接触領域１２０の面積は、浴中ロール１０の円周表面１００の溝を設けた面積に対し、例えば、１．０％以上２０％以下であることが好ましい。接触領域１２０の面積が１．０％以上であれば、接触領域１２０により鋼帯２にかかる圧力が大きくなりすぎることが防止され、鋼帯２に疵が生じることを防止できる。また、接触面積１２０の面積が２０％以下であれば、鋼帯２にかかる圧力低下による鋼帯２のスリップを防止することができる。
好ましくは、接触領域１２０の面積は、浴中ロール１０の円周表面１００の溝を設けた面積に対し、５％以上１０％以下である。これにより、上記の効果を十分に得つつ、溝領域１１０を十分に大きくすることができるため、ドロスの排出効率をより一層向上させることができる。
なお、上述したように、接触領域１２０は、縦溝２０および横溝３０により囲まれた頂部のみならず、頂部付近の縦溝２０および横溝３０の一部も含まれる。これは、鋼帯２通板時において、鋼帯２と浴中ロール１０との間に一定の圧力が生じることに起因する。本実施形態においては、頂部に加え、横溝３０における頂部から深さｄ２の５％にあたる深さまでの領域を、接触領域１２０に含める。さらに、縦溝２０においても、同様に頂部から深さｄ２の５％にあたる深さまでの領域を、接触領域１２０に含める。なお、横溝３０の延伸方向と交わるように鋼帯２が通過することから、横溝３０の一部は鋼帯２と接触しやすいため、横溝３０の深さｄ２の５％を接触領域を設定する際の基準とした。
溝領域１１０は、鋼帯２と浴中ロール１０との間に存在する余剰の溶融亜鉛やドロスを収容するとともに、これらを移送し、浴中ロール１０の外に排出する。これによりスリップや、ドロスによる疵の発生が防止される。具体的には、ドロスを含む余剰の溶融亜鉛は、まず、溝領域１１０の縦溝２０に進入して浴中ロール１０の回転とともに円周方向に押し出され（矢印Ａ）、その後、図中の矢印Ｂが示すように、縦溝２０から横溝３０へ移送される。さらには、横溝３０においては、浴中ロール１０の胴長方向Ｌに沿って、ドロスを含む余剰の溶融亜鉛が排出される。
本実施形態においては、縦溝２０のピッチＰ１および深さｄ１が上述した範囲内にあり、かつ、横溝３０の深さｄ２および幅ｗ２が上述した範囲内にあることにより、ドロスの体積による上述したドロスを含む余剰の溶融亜鉛の排出が阻害されることなく行われる。
（ロールの製造方法）
次に、本実施形態に係る浴中ロール１０の製造方法について説明する。
浴中ロール１０の母材としては、低熱膨張係数を有し、耐溶融金属腐食性に優れた鉄鋼ロールが用いられる。例えば、マルテンサイト系ステンレス遠心鋳造材が浴中ロール１０の母材として用いられ得る。
本実施形態に係る縦溝２０の断面形状は、第１曲面部２１および第２曲面部２２を含む。特に第１曲面部２１は鋼帯２と接触する部分であるため、接触面圧の制御のために、その表面において精度が求められる。したがって、当該曲面形状の精度を保つために、切削加工である旋盤加工により当該縦溝２０が形成される。このような縦溝２０の形成には、例えば、縦溝２０の断面形状に対応する形状を有する工具鋼または超硬バイトが用いられ得る。
本実施形態に係る横溝３０の断面形状がＶ字形状である場合、横溝３０の形成には、ローレット加工が用いられ得る。この場合、軸方向に送り機構を有さない旋盤においても容易に横溝３０を形成することができる。また、本実施形態に係る横溝３０の断面形状が曲面である場合、横溝３０の形成には、切削加工が用いられ得る。
なお、上述した縦溝２０および横溝３０の形成加工の順序については特に限定されない。ただし、横溝３０の形成にローレット加工を適用する際は、先に縦溝２０を形成し、その後に横溝３０を形成することとなる。
また、縦溝２０および横溝３０の形成後、これらの溝を含む浴中ロール１０の表面に対して溶射皮膜を形成する。当該皮膜は、例えば、公知のセラミック皮膜またはサーメット皮膜であってもよい。また、当該溶射は、高速ガス溶射、プラズマ溶射、爆発溶射等の公知の溶射技術により行われてもよい。また、さらなる封孔処理皮膜として、当該溶射皮膜の上層に、クロム酸化物、シリカ、ジルコニアまたはアルミナ等からなる酸化層皮膜が形成されてもよい。
以上、本実施形態に係る浴中ロール１０、浴中ロール１０に形成される縦溝２０および横溝３０、並びに浴中ロール１０の製造方法について説明した。
＜第１の変形例＞
次に、本実施形態に係る浴中ロール１０の縦溝２０の断面形状の各変形例について説明する。なお、以下の変形例に係る縦溝２０Ａ〜Ｃにおいて、これらのピッチＰ１および深さｄ１は、いずれも上記式（１）〜（３）を満たすものとして説明する。また、各変形例については、横溝の構成や、表面形状の好ましい構成は、上述した浴中ロール１０のものと同様とすることができるため、説明を省略する。
図７は、第１の変形例に係る浴中ロールが備える縦溝２０Ａの断面形状を示す断面図である。
図７に示すように、本変形例に係る浴中ロールが備える縦溝２０Ａの断面形状は、浴中ロール１０の中心軸Ｃを含む平面に沿って切断した断面上において曲線の組み合わせにより構成される。具体的には、縦溝２０Ａは、浴中ロール１０の内側（径方向Ｒにおいて外側から中心軸Ｃ側）に向けて凸である第２曲面部４２と、当該第２曲面部４２の両端からそれぞれ延びる２つの側部４３と、側部４３の第２曲面部４２側とは反対側の端部からそれぞれ延び、浴中ロール１０の外側（径方向Ｒにおいて中心軸Ｃから外側）に向けて凸である２つの第１曲面部４１と、により構成される。また、頂部４１ａにおいて、第１曲面部４１は、隣接する他の縦溝２０Ａの第１曲面部と接続される。
縦溝２０Ａの両端に位置する第１曲面部４１は凸部の一部を構成する。また、第２曲面部４２は凹部を構成する。
なお、図７に示した例では、側部４３は直線状に形成されているが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、側部４３は曲面状に形成されてもよい。
また、本変形例に係る縦溝２０ＡのピッチＰ１は、図７に示すように、胴長方向Ｌに連続する２つの頂部４１ａ間の距離を意味する。また、縦溝２０Ａの深さｄ１は、頂部４１ａ（浴中ロール１０の中心軸Ｃに垂直な断面で浴中ロール１０を切断した切断面のうち、浴中ロール１０の中心軸Ｃから径方向Ｒに最も離れた箇所）と、第２曲面部４２の底部４２ａ（浴中ロール１０の中心軸Ｃから径方向Ｒに最も近い箇所）との径方向Ｒにおける距離を意味する。
かかる構成により、まず、鋼帯２は浴中ロール１０と頂部４１ａにおいて接触する。これにより、鋼帯２との接触する部位における接触面圧の、鋼帯２の幅方向における分布の変化が緩やかとなるので、グルーブ形状の転写を生じにくくすることができる。すなわち、溶融金属めっきの均質化を図ることができる。
また、縦溝２０Ａの底部形状を円弧形状とすることにより、ドロスの底部における付着および堆積を抑制することができる。これにより、ドロスによる縦溝２０Ａの閉塞を抑制することができる。
＜第２の変形例＞
図８は、第２の変形例に係る浴中ロールが備える縦溝２０Ｂの断面形状を示す断面図である。
図８に示すように、本変形例に係る浴中ロールが備える縦溝２０Ｂの断面形状は、浴中ロール１０の中心軸Ｃを含む平面に沿って切断した断面上において曲線の組み合わせにより構成される。具体的には、縦溝２０Ｂは、浴中ロール１０の内側（径方向Ｒにおいて外側から中心軸Ｃ側）に向けて凸である第２曲面部５２と、当該第２曲面部５２の両端からそれぞれ延び、浴中ロール１０の外側（径方向Ｒにおいて中心軸Ｃから外側）に向けて凸である２つの第１曲面部５１と、により構成される。また、頂部５１ａにおいて、第１曲面部５１は、隣接する他の縦溝２０Ｂの第１曲面部と接続される。
縦溝２０Ｂの両端に位置する第１曲面部５１は凸部の一部を構成する。また、第２曲面部５２は凹部を構成する。
また、本変形例に係る縦溝２０ＢのピッチＰ１は、図８に示すように、胴長方向Ｌに連続する２つの頂部５１ａ間の距離を意味する。また、縦溝２０Ｂの深さｄ１は、頂部５１ａと、第２曲面部５２の底部５２ａとの径方向Ｒにおける距離を意味する。
かかる構成により、上述した第１の変形例と同様に、鋼帯２との接触する部位における接触面圧の、鋼帯２の幅方向における分布の変化が緩やかとなるので、グルーブ形状の転写を生じにくくすることができる。すなわち、溶融金属めっきの均質化を図ることができる。また、縦溝２０Ｂの底部形状を円弧形状とすることにより、ドロスの底部における付着および堆積を抑制することができる。これにより、ドロスによる縦溝２０Ｂの閉塞を抑制することができる。
＜第３の変形例＞
図９は、第３の変形例に係る浴中ロールが備える縦溝２０Ｃの断面形状を示す断面図である。
図９に示すように、本変形例に係る浴中ロールが備える縦溝２０Ｃの断面形状は、浴中ロール１０の中心軸Ｃを含む平面に沿って切断した断面上において曲線の組み合わせにより構成される。具体的には、縦溝２０Ｃは、浴中ロール１０の内側（径方向Ｒにおいて外側から中心軸Ｃ側）に向けて凸である第２曲面部６２と、当該第２曲面部６２の両端からそれぞれ延び、浴中ロール１０の外側（径方向Ｒにおいて中心軸Ｃから外側）に向けて凸である曲２つの第１曲面部６１と、により構成される。また、２つの連続する縦溝２０Ｃ（すなわち、第１曲面部６１の外側の端部の各々）は、第１平坦部６３により接続される。また、頂部６１ａ（浴中ロール１０の中心軸Ｃに垂直な断面で浴中ロール１０を切断した切断面のうち、浴中ロール１０の中心軸Ｃから径方向Ｒに最も離れた箇所）において、第１曲面部６１は、隣接する他の縦溝２０Ｂの第１曲面部と接続される。
縦溝２０Ｃの両端に位置する第１曲面部６１および第１平坦部６３は凸部の一部を構成する。また、第２曲面部６２は凹部を構成する。
なお、図９に示した例では、第１平坦部６３は直線状に形成されているが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第１平坦部６３は、浴中ロール１０の外側に向けて凸である曲面状に形成されてもよい。
また、本変形例において、縦溝２０ＣのピッチＰ１は、図９に示すように、第１曲面部６１と第１平坦部６３の接続点６３ａ間の胴長方向Ｌにおける隣接距離を意味する。また、本変形例に係る縦溝２０Ｃの深さｄ１は、頂部（浴中ロール１０の中心軸Ｃに垂直な断面で浴中ロール１０を切断した切断面のうち、浴中ロール１０の中心軸Ｃから径方向Ｒに最も離れた箇所、例えば接続点６３ａ）と、第２曲面部６２の底部６２ａ（浴中ロール１０の中心軸Ｃから径方向Ｒに最も近い箇所）との径方向Ｒにおける距離を意味する。
上記の実施形態で説明したように、鋼帯２は、浴中ロール１０との接触において、第１平坦部６３と主に接触する。この場合、第１平坦部６３と縦溝２０Ｃとの境界部分が第１曲面部６１のように曲面により形成されていることにより、当該境界部分における鋼帯２と浴中ロール１０との接触面圧の増加を抑制することができる。これにより、接触面圧の増加に起因する鋼帯２の表面の疵の発生や、グルーブ形状の転写を抑制することができる。
また、縦溝２０Ｃの底部形状を円弧形状とすることにより、ドロスの底部における付着および堆積を抑制することができる。これにより、ドロスによる縦溝２０Ｃの閉塞を抑制することができる。
以上、本実施形態および各変形例に係る浴中ロール１０の構成について説明した。なお、上記実施形態および各変形例において開示した縦溝２０の断面形状については、上記式（１）〜（３）および縦溝２０と横溝３０と係る溝の深さの関係式を満たし、かつ上述したような横溝３０の幅を有していれば、好適な形状が適宜採用され得る。例えば、これらの断面形状は、溶融金属めっき装置１の操業条件（通板速度、めっき浴の各成分の濃度、めっき浴温度、鋼帯の材質もしくは鋼帯の形状等）、または浴中ロール１０のサイズもしくは材質等に係る加工条件等に基づいて、適宜採用され得る。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る浴中ロール１０について説明する。本実施形態においては、浴中ロール１０の横溝３０Ａの断面形状が、上記の第１の実施形態に係る横溝３０の断面形状と異なる。以下、本実施形態の第１の実施形態と相違する点について説明し、同様の事項については説明を省略する。
図１０は、本実施形態に係る浴中ロール１０の表面に形成された横溝３０Ａの断面形状の一例を示す図である。
図１０に示すように、横溝３０Ａの断面形状は、浴中ロール１０の中心軸Ｃに垂直な断面で切断した断面上において曲線および直線の組み合わせにより構成される。具体的には、横溝３０Ａは、第３曲率半径ｒ３（ｍｍ）を有し、浴中ロール１０の外側（径方向Ｒにおいて中心軸Ｃから外側）に向けて凸である２つの第３曲面部７１と、２つの第３曲面部７１の間において当該第３曲面部７１に連続して配置され、第４曲率半径ｒ４（ｍｍ）を有し、浴中ロール１０の内側（径方向Ｒにおいて外側から中心軸Ｃ側）に向けて凸である２つの第４曲面部７２と、２つの第４曲面部７２の間に配置される第４平坦部７４と、により構成される。また、２つの連続する横溝３０Ａ（すなわち、第３曲面部７１の外側の端部の各々）は、第３平坦部７３により接続される。かかる断面形状は、図４に示した第１の実施形態に係る浴中ロール１０の縦溝２０の断面形状と同様である。
横溝３０Ａの両端に位置する第３曲面部７１および第３平坦部７３は、胴長方向Ｌに連続する凸部の一部を構成する。また、２つの第４曲面部７２および第４平坦部７４は、胴長方向Ｌに連続する凹部を構成する。
なお、図１０に示した例では、第３平坦部７３および第４平坦部７４は直線状に形成されているが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第３平坦部７３は、浴中ロール１０の外側に向けて凸である曲面状に形成されてもよいし、第４平坦部７４は、浴中ロール１０の内側に向けて凸である曲面状に形成されてもよい。
また、本実施形態において、横溝３０ＡのピッチＰ２は、例えば、図１０に示すように、第３曲面部７１と第３平坦部７３の接続点７３ａ間の胴長方向Ｌにおける隣接距離を意味する。また、本実施形態において、横溝３０Ａの深さｄ２は、頂部（例えば接続点７３ａ）と、第４平坦部７４の底部７４ａとの径方向Ｒにおける距離を意味する。
さらに、本実施形態において横溝３０Ａの幅ｗ２は、第３曲面部７１と第４平坦部７４との間に形成される、第３平坦部７３に対して垂直な面同士の間隔を意味する。また、本実施形態において、横溝３０Ａ同士の間に形成される第３平坦部７３（頂部）と、横溝３０Ａの側部との成す角度αについては、頂部に対する、第３曲面部７１と第４曲面部７２とをつなぐ側面までの角度（または、第３曲面部７１と第４曲面部７２とを連結した際の両端部と、頂部とが成す角度）とすることができる。この場合において、角度αは、ｄ２／（ｒ３＋ｒ４）の逆正接（アークタンジェント）として求められる。
そして、本実施形態において横溝３０Ａの幅ｗ２は、横溝３０Ａの底部を構成する曲面、すなわち、第４曲面部７２の曲率半径ｒ４（ｍｍ）の２倍以上であり、かつ横溝のピッチＰ２（ｍｍ）の１／２以下である。これにより、これにより、縦溝２０から移送されるドロスや余剰の溶融亜鉛を十分に横溝３０Ａにおいて収納することができるとともに、後述する接触部位５０の面積を好ましい範囲とすることができ、鋼帯２のスリップの発生や疵の発生を防止することができる。これに対し、横溝３０Ａの幅ｗ２が、曲率半径ｒ４の２倍以下であると、横溝３０Ａに流れ込んだドロスが流れにくくなって堆積してしまい、ドロスの排出効果が発揮されない。また、横溝３０Ａの幅ｗ２が横溝３０ＡのピッチＰ２（ｍｍ）の１／２超の場合、横溝３０Ａの両側にある頂部を形成することができず、接触部位５０の面積が極端に小さくなる。
また、横溝３０ＡのピッチＰ２（ｍｍ）は、例えば１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。これにより、ドロスを効果的に排出することができる。さらに好ましくは、横溝３０ＡのピッチＰ２（ｍｍ）は、縦溝２０のピッチＰ１の６０％以上１５０％以下である。
さらには、横溝３０Ａ同士の間に形成される面（頂部）と、横溝３０Ａの側部との成す角度αは、好ましくは６５°以下、より好ましくは４０°以上５０°以下である。これにより、浴中ロール１０の表面に溶射により溶射皮膜を形成する際に溶射皮膜を均一な厚みに施工することができる。
なお、本実施形態において、第３曲面部７１は第３曲率半径ｒ３を有する円弧形状であり、第４曲面部７２は第４曲率半径ｒ４を有する円弧形状である。この場合、第３曲率半径ｒ３および第４曲率半径ｒ４の大きさは特に限定されず、鋼帯２と浴中ロール１０との接触面圧等を考慮して適宜設定され得る。具体的には、第３曲率半径ｒ３、第４曲率半径ｒ４ともに、０．１ｍｍよりも大きいことが好ましい。また、第３平坦部７３および第４平坦部７４は、選択されたピッチＰ２、深さｄ２、第３曲率半径ｒ３および第４曲率半径ｒ４に応じて適宜形成される。なお、第３曲面部７１および第４曲面部７２は、必ずしも円弧形状でなくてもよい。
かかる断面形状により、上記第１の実施形態で説明したように、横溝３０Ａに侵入したドロスの詰まりを抑制し、横溝３０Ａの溝底等におけるドロスの付着を防ぐことができる。これにより、ドロスの排出効果がさらに向上するので、鋼帯２と浴中ロール１０との間に侵入したドロスに起因するドロス疵やスリップの発生を抑制することができる。
なお、横溝３０Ａの断面形状は、図１０に示した例に限定されない。例えば、横溝３０Ａの断面形状は、第１の実施形態に係る縦溝２０の各変形例（図７〜図９）に示したような、断面上において曲線（および直線）により構成される断面形状であってもよい。かかる形状により、ドロスの排出効果を高めることが可能となる。
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る浴中ロール１０Ａについて説明する。本実施形態においては、浴中ロール１０Ａの縦溝２００は、上記の第１の実施形態に係る縦溝２０とは異なり、らせん状のらせん溝として形成される。以下、本実施形態の第１の実施形態と相違する点について説明し、同様の事項については説明を省略する。
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る浴中ロール１０Ａの一例を示す側面図である。図１１に示すように、かかる縦溝２００は、浴中ロール１０Ａの１周当たり１〜数ピッチ分胴長方向Ｌにずれるようにらせん状に形成される。
縦溝２００をらせん状に形成することにより、浴中ロール１０Ａと接触する鋼帯２へのグルーブ形状の転写を抑制することができる。また、らせん状に形成することにより縦溝２００の端部が開放されるので、ドロスを含む溶融金属が、横溝３０のみならず、縦溝２００の端部からも外部に排出されやすくなる。すなわち、ドロスの排出効果が向上する。
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態に係る浴中ロール１０Ｂについて説明する。本実施形態においては、浴中ロール１０Ｂの横溝３００は、上記の第１の実施形態に係る横溝３０とは異なり、浴中ロール１０Ｂの胴長方向に対して傾斜を有するように形成される。以下、本実施形態の第１の実施形態と相違する点について説明し、同様の事項については説明を省略する。
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る浴中ロール１０Ｂの一例を示す側面図である。図１２に示すように、かかる横溝３００は、浴中ロール１０Ｂの胴長方向Ｌに対して３０°以内の傾斜をつけて形成される。傾斜を付与することにより、浴中ロール１０の回転による慣性力が横溝３００の内側に作用し、ドロスを含む溶融金属が横溝３００から排出されやすくなる。すなわち、ドロスの排出効果が向上する。
なお、浴中ロール１０Ｂの胴長方向Ｌに対する横溝３００の傾斜の向きは特に限定されない。すなわち、当該傾斜角度の許容範囲は、±３０°以内である。当該傾斜角度が３０°を超えると、一度排出されたドロスが再び鋼帯２と浴中ロール１０Ｂとの間に巻き込まれやすくなるので、ドロスの排出効果が十分に得られなくなる。
以上、本発明の第３および第４の実施形態に係る浴中ロール１０Ａおよび１０Ｂについて説明した。なお、上述した第１〜第４の実施形態に係る各溝の断面形状および各溝の形成方向については、適宜組み合わせることが可能である。これらを組み合わせることにより、より優れたドロスの排出効果を得ることができる。
以下に本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明の効果を実証するために行った例示にすぎず、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
上述した浴中ロールの製造方法に従って複数種類の浴中ロールを製造し、各々の浴中ロールを溶融金属めっき装置で実際に使用して、浴中ロールの評価に係る試験を行った。ロール製造時には、種々の製造条件を変更し、縦溝および横溝の断面形状および形成態様が異なる複数種類のロールを製造した。なお、鋼帯の通板速度は１３０ｍｐｍおよび１５０ｍｐｍ、浴中ロールのロール径は７００ｍｍとした。
本発明の実施例において適用された各種条件および評価結果を下記表１および表２に示す。なお、縦溝および横溝の各記号については、理解を促進させるために便宜上、前述した実施形態に記載される記号を付した。さらに、表中、「式（１）〜（３）」の欄においては、上述した式（１）〜（３）を満たすものを「Ｓ」、満たなさないものを「Ｎ」として、「比率」の欄においては、ｄ２／ｄ１が上述した範囲を満たすものを「Ｓ」、満たなさないものを「Ｎ」として記載した。
Figure 0006599591
Figure 0006599591
なお、縦溝の断面形状Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４は、それぞれ以下の通りである。
Ｎｏ．１：図４に示した断面形状に相当（第１の実施形態）
Ｎｏ．２：図７に示した断面形状に相当（第１の変形例）
Ｎｏ．３：図８に示した断面形状に相当（第２の変形例）
Ｎｏ．４：図９に示した断面形状に相当（第３の変形例）
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４に係る縦溝の断面形状を構成する第１曲面部および第２曲面部は円弧形状であり、それぞれ表１に示した第１曲率半径および第２曲率半径を有する。
また、縦溝がらせん状に形成される場合、当該縦溝は、浴中ロールの１周当たり１〜数ピッチ胴長方向にずれるように形成される。
また、横溝の断面形状について、「Ｖ字」は図５に示した断面形状を示し、「曲面」は図１０に示した第２の実施形態に係る断面形状を示す。また、横溝の断面形状が「曲面」である場合、横溝の断面形状を構成する第３曲面部および第４曲面部は円弧形状であり、それぞれ第３曲率半径および第４曲率半径を有する。
次に、各実施例および各比較例の評価結果について、表１、表２を参照しながら説明する。なお、表１の「評価」の列に付された記号は以下の評価結果を示す。
Ａ：１５０ｍｐｍ以上でスリップ発生なし、ドロス疵観察されず
Ｂ：１５０ｍｐｍ以上でスリップ発生なし、ドロス疵がわずかに観察される
Ｃ：１３０ｍｐｍ以上１５０ｍｐｍ未満でスリップ発生なし、ドロス疵観察されず
Ｄ：１３０ｍｐｍ以上１５０ｍｐｍ未満でスリップ発生なし、ドロス疵がわずかに観察される
Ｅ：１３０ｍｐｍよりも低速でスリップ発生
表１、表２に示すように、実施例１〜２０に係る浴中ロールにおいて、縦溝のピッチＰ１および深さｄ１は上述した式（１）〜（３）を満たし、かつ、縦溝の深さｄ１に対する横溝の深さｄ２の比率は６０％〜１５０％の範囲内であり、横溝の幅ｗ２が上述した所定の範囲内にある。その結果、通板速度が１３０ｍｐｍ以上の場合において、スリップの発生が見られなかった。
また、実施例２〜７、９〜１１、１３〜１５、１７〜１９に係る浴中ロールにおいては、さらに、かつ、縦溝の深さｄ１に対する横溝の深さｄ２の比率が８０％〜１２０％の範囲内である。その結果、通板速度が１５０ｍｐｍ以上の場合においても、スリップの発生が見られなかった。
一方、比較例１〜７に係る浴中ロールにおいては、縦溝のピッチＰ１および深さｄ１が上述した式（１）〜（３）を満たさず、または、縦溝の深さｄ１に対する横溝の深さｄ２の比率が６０％〜１５０％の範囲から外れている。その結果、通板速度が１３０ｍｐｍを下回る速度であっても、スリップの発生が見られた。
以上より、縦溝のピッチＰ１および深さｄ１が上述した式（１）〜（３）を満たし、かつ、縦溝の深さｄ１に対する横溝の深さｄ２の比率が６０％〜１５０％の範囲内であり、かつ、所定の範囲の横溝の幅を有するように浴中ロールに縦溝および横溝を形成することにより、１３０ｍｐｍ以上の通板速度でスリップを生じさせることなく鋼帯を通板させることができることが示された。また、かかる深さの比率が８０％〜１２０％以内であれば、１５０ｍｐｍ以上の高速通板においても、浴中ロール表面の溝へのドロスの付着および堆積が抑制され、スリップを生じさせずに鋼帯を安定して通板できることが示された。
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。
１ 溶融金属めっき装置
２ 鋼帯（金属帯）
３ めっき浴
４ めっき槽
５ スナウト
６ サポートロール
７ ガスワイピング装置
１０、１０Ａ 浴中ロール
１０ａ ロール軸
２０ 縦溝
２１ 第１曲面部
２２ 第２曲面部
２３ 第１平坦部
２４ 第２平坦部
３０ 横溝
３１ 側部
３２ 底部
２０Ａ 縦溝
４１ 第１曲面部
４２ 第２曲面部
４３ 側部
２０Ｂ 縦溝
５１ 第１曲面部
５２ 第２曲面部
２０Ｃ 縦溝
６１ 第１曲面部
６２ 第２曲面部
６３ 第１平坦部
３０Ａ 横溝
７１ 第３曲面部
７２ 第４曲面部
７３ 第３平坦部
７４ 第４平坦部
１００ 円周表面
１１０ 溝領域
１２０ 接触領域
２００ 縦溝
３００ 横溝

Claims (10)

  1. 溶融金属めっき浴中ロールにおいて、
    ロールの外周表面において、前記ロールの円周方向に沿って形成され、
    前記ロールの外側に向けて凸である２つの第１曲面部と、前記２つの第１曲面部の間に配置され、前記ロールの内側に向けて凸であり、前記２つの第１曲面部のそれぞれと連なることで凹部を構成する１つ又は２つの第２曲面部とを含む、縦溝と、
    前記ロールの外周表面において、前記ロールの胴長方向に沿って形成される横溝と、を有し、
    前記縦溝のピッチＰ１（ｍｍ）および深さｄ１（ｍｍ）が下記式（１０１）〜（１０３）
    １．０≦Ｐ１≦１０ ・・・（１０１）
    ０．２≦ｄ１≦５ ・・・（１０２）
    ｄ１≦Ｐ１／２ ・・・（１０３）
    を満たし、
    前記横溝の深さｄ２（ｍｍ）が前記縦溝の深さｄ１の６０％以上１５０％以下であり、
    前記横溝の幅ｗ２（ｍｍ）は、深さｄ２の２倍以上または当該横溝の底部を構成する曲面の曲率半径（ｍｍ）の２倍以上であり、かつ前記横溝のピッチＰ２（ｍｍ）の０．７倍以下であり、前記横溝のピッチＰ２（ｍｍ）が１．０≦Ｐ２≦１０である、溶融金属めっき浴中ロール。
  2. 溶融金属めっき浴中において鋼帯と接触して用いられるものであり、
    前記ロールの外周表面における前記鋼帯と接触可能な領域の面積は、前記ロールの円周表面の溝を設けた面積に対し、１．０％以上２０％以下である、請求項１に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
  3. 前記横溝の深さｄ２が前記縦溝の深さｄ１の８０％以上１２０％以下である、請求項１または２に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
  4. 前記横溝の断面形状は、Ｖ字形状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
  5. 前記横溝は、前記ロールの外側に向けて凸である２つの第３曲面部と、前記２つの第３曲面部の間に配置され、前記ロールの内側に向けて凸であり、前記２つの第３曲面部のそれぞれと連なることで凹部を構成する１つ又は２つの第４曲面部とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
  6. 前記ロールの外周表面において前記横溝同士の間に形成される頂部の平面と、前記横溝の側部の平面との成す角が、６５°以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
  7. 前記ロールの外周表面において前記横溝同士の間に形成される頂部の平面と、前記横溝の側部との成す角αが、前記第３曲面部の曲率半径をｒ ３ 、前記第４曲面部の曲率半径をｒ ４ 、前記横溝の深さをｄ ２ とした場合にｄ ２ ／（ｒ ３ ＋ｒ ４ ）の逆正接で定義され、前記角αが、６５°以下である、請求項５に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
  8. 前記縦溝が、前記ロールの円周方向に沿ってらせん状に形成されたらせん溝である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
  9. 前記縦溝が、前記ロールの円周方向に沿って直線状に形成された環状溝である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の溶融金属めっき浴中ロール。
  10. 溶融金属めっき浴中ロールの製造方法において、
    ロールの外周表面において、前記ロールの外側に向けて凸である２つの第１曲面部と、前記２つの第１曲面部の間に配置され、前記ロールの内側に向けて凸であり、前記２つの第１曲面部のそれぞれと連なることで凹部を構成する１つ又は２つの第２曲面部とを含む、縦溝を、旋盤加工により前記ロールの円周方向に沿って形成する縦溝形成ステップと、
    前記ロールの外周表面において、横溝を前記ロールの胴長方向に沿って形成する横溝形成ステップと、
    を含み、
    前記縦溝のピッチＰ １ （ｍｍ）および深さｄ １ （ｍｍ）が下記式（１０１）〜（１０３）
    １．０≦Ｐ １ ≦１０ ・・・（１０１）
    ０．２≦ｄ １ ≦５ ・・・（１０２）
    ｄ １ ≦Ｐ １ ／２ ・・・（１０３）
    を満たし、
    前記横溝の深さｄ ２ （ｍｍ）が前記縦溝の深さｄ １ の６０％以上１５０％以下であり、
    前記横溝の幅ｗ ２ （ｍｍ）は、深さｄ ２ の２倍以上または当該横溝の底部を構成する曲面の曲率半径Ｒ ２ （ｍｍ）の２倍以上であり、かつ前記横溝のピッチＰ ２ （ｍｍ）の０．７倍以下であり、前記横溝のピッチＰ ２ （ｍｍ）が１．０≦Ｐ ２ ≦１０である、溶融金属めっき浴中ロールの製造方法。
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