溶融金属めっき浴用ロール
【課題】セラミックスで構成された軸部が使用中破損しない溶融金属めっき浴用ロールを提供する。
【解決手段】外観が略円柱形状の胴部１ｂと、前記胴部と同軸に配置されているとともに前記胴部の端から軸心Ｉ方向に延びる外観が略円柱形状のセラミックスで形成された軸部１ｄとを有する溶融金属めっき浴用ロール１であって、前記胴部１ｂと軸部１ｄの間に介在して両者を接続し固定する接続部１ｊを有し、前記接続部１ｊは、前記胴部１ｂの軸芯と同軸に配置された略円柱形状の挿着凹部を有し、前記軸部１ｄは、その端面が、前記挿着凹部の側面に密着するように前記着凹部に挿着され、固定されていることを特徴とする溶融金属めっき浴用ロールである。
【解決手段】外観が略円柱形状の胴部１ｂと、前記胴部と同軸に配置されているとともに前記胴部の端から軸心Ｉ方向に延びる外観が略円柱形状のセラミックスで形成された軸部１ｄとを有する溶融金属めっき浴用ロール１であって、前記胴部１ｂと軸部１ｄの間に介在して両者を接続し固定する接続部１ｊを有し、前記接続部１ｊは、前記胴部１ｂの軸芯と同軸に配置された略円柱形状の挿着凹部を有し、前記軸部１ｄは、その端面が、前記挿着凹部の側面に密着するように前記着凹部に挿着され、固定されていることを特徴とする溶融金属めっき浴用ロールである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛、アルミニウムまたはそれらの合金などの溶融金属めっき浴に浸漬して使用される溶融金属めっき浴用ロールに関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野に係わる発明の一例が、下記特許文献１に開示されている。特許文献１の溶融金属めっき用ロールは、「セラミックス製の筒状の胴部の端部に、従動側と駆動側とにそれぞれ接続される嵌合部と支持部とからなるセラミックス製の軸部を有する溶融金属めっき用ロールにおいて、少なくとも一方の前記軸部は、前記支持部から前記嵌合部にかけて貫通する複数の貫通孔および前記支持部の周囲の前記嵌合部を貫通する複数の貫通孔の少なくとも一方を有することを特徴とする溶融金属めっき用ロール」、である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５５０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の溶融金属めっき浴用ロールは、軸部がセラミックスで構成されているため、以下の問題があった。
【０００５】
すなわち、略円筒形状の胴部９ｂおよび軸部９ｄおよび両者を接続する略円環形状の接続部分９ｊの部分拡大断面図である図７に示すように、軸部９ｄは、は、胴部９ｂの端の接続部分９ｊの中空部に挿着されている。ここで、４００〜５００℃程度に加熱され溶融した亜鉛やアルミニウムなどの高温の溶融金属めっき浴に浸漬された溶融金属めっき浴用ロールは、胴部９ｂの表面に接触しつつ走行する鋼板から力を受けて一定方向に押付られるため、不図示の軸受により支承されている軸部９ｄには矢印Ｂで示す方向に曲げモーメントが作用する。ここで、軸部９ｄは、図示するように、その外周面のみ接続部分９ｊの内周面に接し固定されている。そのため、矢印Ｂ方向に曲げモーメントが作用した時、その方向に軸部９ｄも撓み、符号Ｃで示す部分の軸部９ｄの外周面が、接続部分９ｊの内周の右縁の角部に押し付けられ、軸部９ｄの表面にクラック９ｍが生じ、金属に対し破壊靭性が低くクラックに対する感受性の高いセラミックスで構成された軸部９ｄは、クラック９ｍを起点として軸部９ｄが破損する可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術を鑑みてなされたものであり、セラミックスで構成された軸部が使用中破損しない溶融金属めっき浴用ロールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する、本発明の一態様は、外観が略円柱形状の胴部と、前記胴部と同軸に配置されているとともに前記胴部の端から軸心方向に延びる外観が略円柱形状のセラミックスで形成された軸部とを有する溶融金属めっき浴用ロールであって、前記胴部と軸部の間に介在して両者を接続し固定する接続部を有し、前記接続部は、前記胴部の軸芯と同軸に配置された略円柱形状の挿着凹部を有し、前記軸部は、その端面が、前記挿着凹部の側面に密着するように前記着凹部に挿着され、固定されていることを特徴とする溶融金属めっき浴用ロールである。
【０００８】
前記接続部は、軸芯方向において前記胴部の端部に当該胴部と一体として配置されていてもよい。
【０００９】
また、前記胴部は、軸芯方向においてその端部に、その軸芯と同軸に配置された胴端凹部を有し、前記接続部は、前記胴端凹部に挿着され、固定されていてもよい。
【００１０】
なお、前記装着凹部の側面には穴が形成されていることが望ましい。
【００１１】
加えて、前記接続部は、前記軸部と熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、その目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係わる第１態様の溶融金属めっき浴用ロールが組み込まれた溶融金属めっき装置の概略構成図である。
【図２】一部が断面図である図１の溶融金属めっき浴用ロールの正面図である。
【図３】図３（ａ）は図２の溶融金属めっき浴用ロールの右側面図、図３（ｂ）は図２のＡ部拡大図である、
【図４】本発明に係わる第２態様の溶融金属めっき浴用ロールの部分拡大断面図である。
【図５】本発明に係わる第３態様の溶融金属めっき浴用ロールの部分拡大断面図である。
【図６】本発明に係わる第４および第５態様の溶融金属めっき浴用ロールの部分拡大断面図である。
【図７】従来技術の溶融金属めっき浴用ロールの部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について、その第１実施態様および第２実施態様に基づき、図面を参照しつつ説明する。なお、以下説明する各実施態様の各要素は、単独にまたは適宜組み合わせて利用することができ、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変形して利用することができる。
【００１５】
［溶融金属めっき装置］
まず、本発明に係わる溶融金属めっき浴用ロールが溶融金属めっき浴に浸漬されて使用される溶融金属めっき装置について、その概略構成図である図１を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１に示すように、溶融金属めっき装置８０は、溶融金属めっき浴（以下単に「めっき浴」と言う場合がある。）８１を入れた浴槽８２と、めっき浴８１の表層部分に浸漬されて、めっき浴８１の内に導入される鋼板の酸化を防止するためのスナウト８３と、めっき浴８１の中に配置された溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロール１と、めっき浴８１の内でシンクロール１の上方に位置する一対の溶融金属めっき浴用ロールであるサポートロール３・３と、めっき浴８１の表面より僅か上方に位置するガスワイピングノズル８６とを有する。シンクロール１自体には外部駆動力が付与されず、走行する鋼板との接触により駆動される。またサポートロール３・３は、通例、一方のサポートロール６が外部のモーター（
図示せず） に連結された駆動ロールであり、他方のサポートロール７が非駆動ロールである。なお、サポートロール３には外部駆動力が付与されない無駆動タイプもある。溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロール１及び一対のサポートロール３・３は、フレーム８４・８５に取り付けられた軸受８７・８８により回転自在に各々支持されており、常に一体としてめっき浴８１の内に浸漬される。
【００１７】
走行する鋼板Ｐは、スナウト８３を経てめっき浴８１の内に斜方から進入し、シンクロール１を経由して上方に進行方向を変えられる。めっき浴８１の中を上昇する鋼板Ｐは一対のサポートロール３・３に挟まれ、パスラインが保たれるとともに、反りや振動が防止される。ガスワイピングノズル８６は、めっき浴８１から出てきた鋼板Ｐ１に高速ガスを吹き付ける。高速ガスのガス圧及び吹き付け角度により、鋼板Ｐ１に付着した溶融金属めっきの厚さを均一に調整する。このようにして、溶融金属めっきが施された鋼板Ｐ１が得られる。
【００１８】
［第１実施形態：シンクロール］
図１の溶融金属めっき装置８０に組み込まれる第１態様のシンクロール１の構成について、一部を断面で示したその平面図である図２、図２の右側面図である図３（ａ）、図２のＡ部の拡大図である図３（ｂ）を参照して説明する。なお、図３（ｂ）において、軸部１ｄは、理解のため破線で示している。また、以下の第２〜第５態様のシンクロールまたはサポートロールの構成についても同様であるが、基本的に、シンクロールを例として説明する構成はサポートロールにも適用することができ、サポートロールを例として説明する構成はシンクロールにも適用することができる。
【００１９】
図２に示すように、シンクロール１は、中空部１ｎを有する外観が略円柱形状の円筒体であるセラミックス製の胴部１ｂと、胴部１ｂと同軸に配置されるとともに胴部１ｂの軸心Ｉに沿う方向（以下、この方向を軸心方向と言う。）に胴部１ｂの両端から延びる軸部１ｄを有しており、軸部１ｄは、その端に配置された軸受（すべり軸受）８７により回転自在に支承されている。そして、胴部１ｂの端部には、胴部１ｂと軸部１ｄとの間に介在し両者を接続する接続部１ｊが配置されている。以下、胴部１ｂ、軸部１ｄおよび接続部１ｊの構成について説明するが、胴部１ｂの両端に配置される二の軸部１ｄおよび接続部１ｊの構成ならびにそれらと胴部１ｂとの関係は同一であるので、右側の軸部１ｄおよび接続部１ｊのみ説明し、左側の軸部１ｄおよび接続部１ｊの説明は省略する。
【００２０】
［胴部］
図２および３に示すように、胴部１ｂは、めっき処理される鋼板Ｐが直接接触するその外周面が、所定の外径となるよう形成されている。本態様の胴部１ｂは、軸芯Ｉに直交する方向（以下、この方向を半径方向と言う。）に沿った断面形状が略円形状である略円柱形状の中空部１ｎを有する略円筒形状をなしており、中空部１ｎがそのまま伸びた端が略円柱形状の胴端凹部１ｗとなっている。なお、図示する胴部１ｂは、軸芯方向における肉厚が同一であるが、接続部１ｊが配置される端の部分以外の肉厚は変化するように構成してもよく、厚肉部および薄肉部を適宜配置してもよい。しかしながら、シンクロール１は、めっき浴への浸漬時および引上時に急熱・急冷されるために、肉厚急変部が存在すると過大な熱応力が生じ、割損する可能性がある。このため、胴部１ｂの厚みは、軸心方向において一定の厚みであることが望ましい。また、胴部１ｂの中空部１ｎの形状も略円柱形状である必要はなく、特に、接続部１ｊが配置されるその端部の形状は、接続部１ｊの外周形状に対応した形状であればよいが、上記と同様な理由から略円柱形状であることが望ましい。
【００２１】
［軸部］
図２および３（ａ）に示すように、セラミックスで形成された軸部１ｄは中空状であり、大径部１ｅと、すべり軸受８７で支承される小径部１ｇと、大径部１ｅと小径部１ｇとを連結する連結部１ｆとを有している。なお、軸部１ｄは中実であってもよい。ここで、セラミックスで構成された軸部１ｄはめっき浴による腐蝕磨耗が抑制され望ましいが、セラミックスは靭性に乏しく、鋭角な部分が存在すると破壊の起点となるため、連結部１ｆと大径部１ｅおよび小径部１ｇの結合部分は、軸心方向に沿う断面視において各々滑らかな曲線で形成することが望ましい。なお、図２において、符号１ｈは、軸心方向にシンクロール１を支持するスラスト受け部である。セラミックスで構成されたスラスト受け部１ｈは、小径部１ｇの端部開口に挿着されており、シンクロール１の回転性を考慮し、軸受に接触する面積が小さくなるように構成されており、その右端面の半径方向に沿う断面視は、右方向に凸である全体として弧状をなしている。
【００２２】
［接続部］
略円環形状をなす本態様の接続部１ｊは、図３（ｂ）に示すように、その外径が、胴部１ｂの胴端凹部１ｗの内径とほぼ同一径であり、胴部１ｂの軸芯Ｉと同軸になるよう、軸部１ｂの胴端凹部１ｗに挿着され、固定されている。なお、半径方向に沿った断面における接続部１ｊの外周縁の形状は略円形状である必要はなく、三角形状・四角形状その他多角形状または楕円形状であってもよいが、シンクロール１が回転する際に生じる振動の発生を抑制する点から、回転バランスを確保できる略円形状であることが望ましい。また、高温のめっき浴に浸漬された際の、熱膨張による変形量の差異を少なくし、接続部１ｊからの軸部１ｄの離脱を防止するためには、接続部１ｊは、軸部１ｄと熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで形成されていることが好ましい。また、接続部１ｊを軸部１ｄと熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで形成する場合には、同様な理由から、胴部１ｂも当該セラミックスで形成することがより好ましい。
【００２３】
ここで、胴部１ｂの胴端凹部１ｗに挿着される接続部１ｊの固定方法は、固定部材などで機械的に固定してもよいが、シンクロール１の操業の安定性およびコストの面から、焼嵌めにより固定することが好ましい。胴部１ｂの胴端凹部１ｗの内径で焼嵌め代を除した値である焼嵌め率は０．０１／１０００〜０．５／１０００の範囲内であるのが好ましい。焼嵌め率が０．０１／１０００未満であると、胴部１ｂによる接続部１ｊの締付け力が不十分であり、接続部１ｊが脱落するおそれがある。また焼嵌め率が０．５／１０００を超えると、焼嵌めによる締付け力が大きくなりすぎ、胴部１ｂまたは接続部１ｊが破損するおそれがある。より好ましい焼嵌め率は０．２／１０００〜０．３／１０００である。
【００２４】
接続部１ｊは、図３（ｂ）に示すように、円盤状部材の一面に、その中心軸周りに形成された略円盤（円柱）形状の凹部である挿着凹部１ｕを有している。すなわち、接続部１ｊは、軸芯方向において外側に配置された厚みがｔ１と薄肉である略円環状の固定部１Ｌと、固定部１Ｌの内側に隣接して配置された、厚みがｔ２と厚肉である略円環状の本体部１ｖとを備えている。そして、固定部１Ｌと同軸に配置された本体部１ｖの内周部は、固定部１Ｌの内周面から突起した突起部１ｋとなっており、突起部ｋ１の右側面（軸芯方向において外側の側面）１ｏと固定部１Ｌの内周面１ｐとで画成された空間が略円盤（円柱）形状の挿着凹部１ｕを構成している。これにより、胴部１ｂの胴端凹部１ｗに挿着された接続部１ｊの挿着凹部１ｕは、胴部１ｂの軸芯Ｉと同軸に配置されることとなる。
【００２５】
上記態様で構成された接続部１ｊの挿着凹部１ｕには、軸芯方向において軸部１ｄの大径部１ｅの端面１ｒが挿着凹部１ｕの側面１ｑに密着するとともに、半径方向において当該大径部１ｅの外周面１ｓが挿着凹部１ｕの内周面１ｐに密着するように、軸部１ｄが挿着され、固定されている。
【００２６】
かかる構成の接続部１ｊを介して接続された胴部１ｂおよび軸部１ｄを有するシンクロール１によれば、図３（ｂ）に示すように、矢印Ｂ方向の曲げモーメントが軸部１ｄに負荷された場合、挿着凹部１ｕの側面１ｑに密着する軸部の端面１ｒが、当該曲げモーメントを受け、支持するため軸部１ｄの外周面１ｓの曲げによる変形が抑制される。その結果、固定部１Ｌの内面の右縁（軸芯方向において外側の縁）の角部の押付により当該外周面１ｓにクラックが生じることが抑制され、軸部１ｄの破損を回避することができる。なお、軸部１ｄの端面１ｒは、その全面で、挿着凹部１ｕの側面１ｑに密着している必要はなく、少なくとも３点で接触していればよい。
【００２７】
さらに、接続部１ｊを上記のように構成することにより、挿着凹部１ｕの側面１ｑが軸芯方向における位置決め面となり、接続部１ｊに挿着する際の軸芯方向における軸部１ｄの位置決めを容易にすることができる。加えて、軸芯方向に作用するスラスト力が軸部１ｄに作用した場合であっても、挿着凹部１ｕの側面１ｑで規制されるため、軸部１ｄが軸芯方向に滑って移動することもない。
【００２８】
なお、軸部１ｄの外周面１ｓにクラックが生じることをより抑制するためには、固定部１Ｌの内周面の右縁角部にはＲ面１ｍを設けておくことが好ましく、Ｒ面１ｍはＣ面であってもよい。また、軸部１ｄの端面１ｒと挿着凹部１ｕの側面１ｑとの密着性を高めるためには、軸部１ｄの端面１ｒの外周縁にＲ面１ｏを設けておくことが好ましく、このＲ面１ｏもＣ面であってよい。加えて、本態様の接続部１ｊにおいて、挿着凹部１ｕは、側面１ｑに形成された穴１ｔを有する。本体部１ｖに形成されたこの穴１ｔは必須の構成ではないが、接続部１ｊを軽量化する点で好ましく、シンクロール１の回転バランスの観点から、本体部１ｖを貫通する本体部１ｖと同心円状の穴であることが更に好ましい。
【００２９】
また、本態様の接続部１ｊには、好ましい要素として、半径方向において固定部１Ｌの内周面と外周面との間に形成された、軸心方向に貫通する小径の貫通孔１ｃを有している。めっき浴が流通する流路としての機能を果たす貫通孔１ｃは、図３（ａ）に示すように、軸心周りに３０°のピッチで等角度に形成されており、シンクロール１をめっき浴に浸漬する場合には、その中空部１ｎにめっき浴を円滑に導入してシンクロール１の熱衝撃による割損を防止し、さらにシンクロール１をめっき浴から取り出す場合には、中空部１ｎに侵入しためっき浴を円滑に外部に排出して溶融金属が内部で凝固することを防止する機能を果たしている。また、シンクロール１の中空部１ｎに貫通孔１ｃを通じて溶融金属を導入することにより、シンクロール１の内部の空気を排出することで、浮力で上昇し過大な力で軸受と接触して磨耗が進行することを抑制することができる。
【００３０】
なお、貫通孔１ｃの構成は、好ましい態様である図示に限定されることなく、異なる孔径の貫通孔１ｃを複数設けてもよく、貫通孔１ｃを配置する角度ピッチも同一である必要もなく、同一円周上に設ける必要もない。さらに、溶融金属の導入・排出をさらに円滑にするためには、軸心方向から見たときに、図２に示す右側の接続部１ｊに形成した貫通孔１ｃに対し、左側の接続部１ｊに形成した貫通孔１ｃがずれた位置となるように両者を配置してもよい。また、接続部１ｊの外周面に軸心方向に伸びる複数の溝を形成し、胴部１ｂの中空部１ｎに接続部１ｊが装着され固定されたときに胴部１ｂの内周面と溝とで貫通孔を構成してもよい。
【００３１】
接続部１ｊへの軸部１ｄの固定方法は、上記胴部１ｂと接続部１ｊとの固定方法と同様に、焼嵌めにより固定することが好ましい。すなわち、その焼嵌め率は０．０１／１０００〜０．５／１０００の範囲内であるのが好ましく、より好ましい焼嵌め率は０．２／１０００〜０．３／１０００である。
【００３２】
［材料構成］
以下、上記軸部１ｄ並びに好ましくは接続部１ｊおよび胴部１ｂを構成するセラミックスについて、その好適な例を説明する。セラミックスとしては、回転体が使用される雰囲気その他の操業条件の要請による耐熱衝撃性・耐蝕性などに応じ、アルミナ・ジルコニア・シリカその他の酸化物系セラミックス、硼化ジルコニウム・硼化チタン・硼化ボロンその他の硼化物系セラミックス、炭化シリコン・炭化ボロンその他の炭化物系セラミックス、またはカーボンなどの無機材料を利用してよい。そして、本態様のシンクロールは、めっき浴への浸漬および取出しの際に急熱・急冷されるため、耐熱衝撃性に優れている必要がある。そのため、軸部１ｄおよび接続部１ｊを構成するセラミックスとしては、熱伝導率が高い窒化珪素・窒化アルミその他の窒化物系セラミックスが好ましく、めっき浴である溶融金属に対し高い耐溶損性および耐磨耗性を有し、高温強度に優れた窒化珪素系セラミックスが特に好ましい。以下、部１ｂおよび接続部１ｊを構成するに好適な窒化珪素セラミックスについて詳述するが、窒化珪素セラミックス自体は特開２００１−３３５３６８号に記載のものと同じでよい。
【００３３】
窒化珪素セラミックス中に存在するアルミニウム及び酸素はフォノン散乱源となり、熱伝導率を低減させる。窒化珪素セラミックスは、窒化珪素粒子とその周囲の粒界相とから構成され、アルミニウム及び酸素はこれらの相に含有される。アルミニウムは珪素に近いイオン半径を有するため、窒化珪素粒子内に容易に固溶する。アルミニウムの固溶により窒化珪素粒子自身の熱伝導率が低下し、窒化珪素セラミックスの熱伝導率は著しく低下する。従って、窒化珪素セラミックス中におけるアルミニウムの含有量はできるだけ少なくすることが望ましい。
【００３４】
焼結助剤として添加する酸化物中の酸素の多くは粒界相に存在する。窒化珪素セラミックスの高熱伝導率化を達成するには、窒化珪素粒子に比べて熱伝導率が低い粒界相の量を低減することが必要である。焼結助剤の添加量の下限は、８．５％以上の相対密度を有する焼結体が得られる量である。焼結助剤の添加量をこの範囲内でできるだけ少なくすることにより、粒界相中の酸素量を低減させることが望ましい。
【００３５】
酸素量の少ない窒化珪素粉末を原料とすると、粒界相中の酸素量が低減できるために粒界相の量自体を低減でき、焼結体の高熱伝導率化が達成されるが、焼結過程で生成するＳｉＯ２の量の減少により難焼結性となる。ところが、他の酸化物より焼結性に優れたＭｇＯを焼結助剤として用いると、焼結助剤の添加量を少なくして、緻密な焼結体を得ることができる。その結果、焼結体の熱伝導率は飛躍的に高くなる。
【００３６】
また、マグネシウムとともに添加し得る焼結助剤としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ，Ｌｕ等の周期律表第３族（後述）が挙げられる。なかでも、焼結温度及び圧力が高くなり過ぎないという点で、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂが好ましい。
【００３７】
本発明に使用する窒化珪素セラミックスの常温における熱伝導率は５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、より好ましくは６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。従って、窒化珪素系セラミックス中の酸素含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには５重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには３重量％以下である。また窒化珪素粒子中の酸素含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには２．５重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには１．５重量％以下である。さらに窒化珪素系セラミックス中のアルミニウムの含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには０．２重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには０．１重量％以下である。
【００３８】
窒化珪素セラミックス中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と周期律表第３族元素酸化物の合計量は０．６〜７重量％であるのが好ましい。その合計量が０．６重量％未満では、焼結体の相対密度が９５％未満と不十分である。一方７重量％を超えると、熱伝導率の低い粒界相の量が過剰となり、焼結体の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満となる。ＭｇＯ＋第３族元素酸化物は０．６〜４重量％であるのがより好ましい。
【００３９】
ＭｇＯ／第３族元素酸化物の重量比は１〜７０が好ましく、１〜１０がより好ましく、１〜５が最も好ましい。ＭｇＯ／第３族元素酸化物が１未満では、粒界相中の希土類酸化物の割合が多すぎるため、難焼結性となり緻密な焼結体が得られない。また、ＭｇＯ／
第３族元素酸化物が７０を超えると焼結時におけるＭｇの拡散を抑制できず、焼結体表面に色むらが生じる。Ｍｇ／第３族元素酸化物が１〜７０の範囲にあると、１６５０〜１８５０℃での焼結により高熱伝導率化が著しい。焼結体を１８００〜２０００℃で熱処理すると、さらに高熱伝導率化される。熱処理による高熱伝導率化は、窒化珪素粒子の成長と蒸気圧の高いＭｇＯの揮発による。
【００４０】
窒化珪素粒子中のアルミニウム、マグネシウム及び周期律表第３族元素の合計量は１．０重量％以下であるのが好ましい。
【００４１】
窒化珪素焼結体中のβ型窒化珪素粒子のうち、短軸径が５μｍ以上のβ型窒化珪素粒子の割合が１０体積％超では、焼結体の熱伝導率は向上するが、組織中に導入された粗大粒子が破壊の起点として作用するため破壊強度が著しく低下し、７００Ｍｐａ以上の曲げ強度が得られない。従って、窒化珪素焼結体中のβ型窒化珪素粒子のうち、短軸径が５μｍ以上のβ型窒化珪素粒子の割合は１０体積％以下であるのが好ましい。同様に、組織中に導入された粗大粒子が破壊の起点として作用することを抑えるために、β型窒化珪素粒子のアスペクト比は１５以下であるのが好ましい。
【００４２】
シンクロール１において胴部１ａを形成する窒化珪素セラミックスは、急激な温度変化に対して十分な抵抗力を有する必要がある。急激な温度変化に対する抵抗力は下記式（１）：
Ｒ＝αｃ（１−ν）／Ｅα・・・（１）
（ 但し、αｃ：常温における4点曲げ強度（ＭＰａ）、ν：常温におけるポアソン比、Ｅ：常温におけるヤング率（ＭＰａ）、α：常温から８００℃までの平均熱膨張係数）
により表される係数で表される係数Ｒは６００以上であるのが好ましく、７００以上であるのがより好ましい。係数Ｒが６００未満であると軸部１ｄおよび接続部１ｊが破壊するおそれがある。係数Ｒは、軸部１ｄおよび接続部１ｊから切り出した試験片に対して測定した常温における４点曲げ強度αｃ（ＭＰａ）
、常温におけるポアソン比ν、常温におけるヤング率Ｅ（ＭＰａ）及び常温から８００℃までの平均熱膨張係数αから求める。
【００４３】
［第２実施態様：サポートロール］
本発明に係わる第２態様の溶融金属めっき浴用ロールであるサポートロール３について、図４を参照しつつ説明する。なお、図４に示すサポートロール３おいて、上記シンクロール１と同様な要素については同一符号を付し、詳細な説明を省略する（以下、図５および６を参照しつつ説明する第３〜第５態様の溶融金属めっき浴用ロールについても同様である。）。
【００４４】
第２態様のサポートロール３は、その胴部３ｂの端部に、当該胴部３ｂと一体として接続部１ｊが配置されている点で、上記第１態様のシンクロール１と相違しているが、接続部１ｊの構成は、シンクロール１と全く同一である。すなわち、接続部１ｊは、軸芯方向において外側に配置された固定部１Ｌと、固定部１Ｌの内周面１ｐから内方に突起した突起部１ｋを有する本体部１ｖとを備えている。なお、本態様の本体部１ｖは、中空の胴部１ｂが延設された部分であり、胴部１ｂの一部を構成している。この固定部１Ｌの内周面１ｐと突起部１ｋの右側面１ｏとで形成された略円柱形状の挿着凹部１は、胴部１ｂの軸芯Ｉと同軸に配置されている。そして、挿着凹部１ｕには、軸芯方向において軸部１ｄの端面１ｒが挿着凹部１ｕの側面１ｑに密着するとともに、半径方向において当該大径部１ｅの外周面１ｓが挿着凹部１ｕの内周面１ｐに密着するように、軸部１ｄが挿着され、固定されている。かかる第２態様の構成は、特にサポートロール３のようにシンクロール１に対し小径な溶融金属めっき浴用ロールの場合で、別体の接続部１ｊを胴部１ｂに組み込む余裕が無い場合に、有効である。
【００４５】
［第３実施態様：シンクロール］
本発明に係わる第３態様の溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロール４について、図５を参照しつつ説明する。第３態様のシンクロール４は、接続部４ｊが挿着され固定される胴部４ｂの端に設けられた胴端凹部４ｗに、接続部４ｊの左側面が密着する側面４ａが形成されている点、めっき浴が流通する貫通孔４ｃが、厚肉の本体部１ｖに形成された、胴部１ｂの中空部１ｎに向かい拡大する拡大部４ｔを有する点で、上記第１態様のシンクロール１と相違している。かかる構成のシンクロール４によれば、胴端凹部４ｗの側面４ａが軸芯方向における位置決め面となり、胴端凹部４ｗに挿着する際の軸芯方向における接続部４ｊの位置決めを容易にすることができる。さらに、軸芯方向に作用するスラスト力が接続部４ｊに作用した場合であっても、胴端凹部４ｗの側面４ａで規制されるため、接続部４ｊが軸芯方向に滑って移動することもない。また、上記構成の拡大部４ｔが形成された貫通孔４ｃを有するので、より円滑に中空部１ｎに対するめっき浴の導入および排出を図ることができ、高温のシンクロール４の破損の抑制の面から有利である。
【００４６】
［第４実施態様：シンクロール］
本発明に係わる第４態様の溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロール５について、図６（ａ）を参照しつつ説明する。第４態様のシンクロール５は、挿着凹部５ｕの側面に穴が形成されていない、すなわち接続部５ｊの本体部５ｖが略円環状ではなく、中実の略円盤状である点で、上記第１態様のシンクロール１と相違している。かかる第４態様のシンクロール５によれば、接続部５ｊの強度をより高めることができる。
【００４７】
［第５実施態様：シンクロール］
本発明に係わる第５態様の溶融金属めっき浴用ロールであるサポートロール６について、図６（ｂ）を参照しつつ説明する。第５態様のサポートロール６は、挿着凹部６ｕの側面に穴が形成されていない、すなわち接続部６ｊの本体部６ｖが中実である点で、上記第２態様のサポートロール３と相違している。なお、接続部６ｊの本体部６ｖは、中実の胴部６ｂが延設された部分であり、胴部６ｂの一部を構成している。かかる第５態様のシンクロール６によれば、接続部６ｊの強度をより高めることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１（４、５） シンクロール
３ （６） サポートロール
１ｂ（３ｂ、６ｂ） 胴部
１ｃ 貫通孔
１ｄ（２ｂ） 軸部
１ｊ（４ｊ、５ｊ、６ｊ） 接続部
１ｋ 突起部
１Ｌ 固定部
１ｖ 本体部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛、アルミニウムまたはそれらの合金などの溶融金属めっき浴に浸漬して使用される溶融金属めっき浴用ロールに関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野に係わる発明の一例が、下記特許文献１に開示されている。特許文献１の溶融金属めっき用ロールは、「セラミックス製の筒状の胴部の端部に、従動側と駆動側とにそれぞれ接続される嵌合部と支持部とからなるセラミックス製の軸部を有する溶融金属めっき用ロールにおいて、少なくとも一方の前記軸部は、前記支持部から前記嵌合部にかけて貫通する複数の貫通孔および前記支持部の周囲の前記嵌合部を貫通する複数の貫通孔の少なくとも一方を有することを特徴とする溶融金属めっき用ロール」、である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５５０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の溶融金属めっき浴用ロールは、軸部がセラミックスで構成されているため、以下の問題があった。
【０００５】
すなわち、略円筒形状の胴部９ｂおよび軸部９ｄおよび両者を接続する略円環形状の接続部分９ｊの部分拡大断面図である図７に示すように、軸部９ｄは、は、胴部９ｂの端の接続部分９ｊの中空部に挿着されている。ここで、４００〜５００℃程度に加熱され溶融した亜鉛やアルミニウムなどの高温の溶融金属めっき浴に浸漬された溶融金属めっき浴用ロールは、胴部９ｂの表面に接触しつつ走行する鋼板から力を受けて一定方向に押付られるため、不図示の軸受により支承されている軸部９ｄには矢印Ｂで示す方向に曲げモーメントが作用する。ここで、軸部９ｄは、図示するように、その外周面のみ接続部分９ｊの内周面に接し固定されている。そのため、矢印Ｂ方向に曲げモーメントが作用した時、その方向に軸部９ｄも撓み、符号Ｃで示す部分の軸部９ｄの外周面が、接続部分９ｊの内周の右縁の角部に押し付けられ、軸部９ｄの表面にクラック９ｍが生じ、金属に対し破壊靭性が低くクラックに対する感受性の高いセラミックスで構成された軸部９ｄは、クラック９ｍを起点として軸部９ｄが破損する可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術を鑑みてなされたものであり、セラミックスで構成された軸部が使用中破損しない溶融金属めっき浴用ロールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する、本発明の一態様は、外観が略円柱形状の胴部と、前記胴部と同軸に配置されているとともに前記胴部の端から軸心方向に延びる外観が略円柱形状のセラミックスで形成された軸部とを有する溶融金属めっき浴用ロールであって、前記胴部と軸部の間に介在して両者を接続し固定する接続部を有し、前記接続部は、前記胴部の軸芯と同軸に配置された略円柱形状の挿着凹部を有し、前記軸部は、その端面が、前記挿着凹部の側面に密着するように前記着凹部に挿着され、固定されていることを特徴とする溶融金属めっき浴用ロールである。
【０００８】
前記接続部は、軸芯方向において前記胴部の端部に当該胴部と一体として配置されていてもよい。
【０００９】
また、前記胴部は、軸芯方向においてその端部に、その軸芯と同軸に配置された胴端凹部を有し、前記接続部は、前記胴端凹部に挿着され、固定されていてもよい。
【００１０】
なお、前記装着凹部の側面には穴が形成されていることが望ましい。
【００１１】
加えて、前記接続部は、前記軸部と熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、その目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係わる第１態様の溶融金属めっき浴用ロールが組み込まれた溶融金属めっき装置の概略構成図である。
【図２】一部が断面図である図１の溶融金属めっき浴用ロールの正面図である。
【図３】図３（ａ）は図２の溶融金属めっき浴用ロールの右側面図、図３（ｂ）は図２のＡ部拡大図である、
【図４】本発明に係わる第２態様の溶融金属めっき浴用ロールの部分拡大断面図である。
【図５】本発明に係わる第３態様の溶融金属めっき浴用ロールの部分拡大断面図である。
【図６】本発明に係わる第４および第５態様の溶融金属めっき浴用ロールの部分拡大断面図である。
【図７】従来技術の溶融金属めっき浴用ロールの部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について、その第１実施態様および第２実施態様に基づき、図面を参照しつつ説明する。なお、以下説明する各実施態様の各要素は、単独にまたは適宜組み合わせて利用することができ、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変形して利用することができる。
【００１５】
［溶融金属めっき装置］
まず、本発明に係わる溶融金属めっき浴用ロールが溶融金属めっき浴に浸漬されて使用される溶融金属めっき装置について、その概略構成図である図１を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１に示すように、溶融金属めっき装置８０は、溶融金属めっき浴（以下単に「めっき浴」と言う場合がある。）８１を入れた浴槽８２と、めっき浴８１の表層部分に浸漬されて、めっき浴８１の内に導入される鋼板の酸化を防止するためのスナウト８３と、めっき浴８１の中に配置された溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロール１と、めっき浴８１の内でシンクロール１の上方に位置する一対の溶融金属めっき浴用ロールであるサポートロール３・３と、めっき浴８１の表面より僅か上方に位置するガスワイピングノズル８６とを有する。シンクロール１自体には外部駆動力が付与されず、走行する鋼板との接触により駆動される。またサポートロール３・３は、通例、一方のサポートロール６が外部のモーター（
図示せず） に連結された駆動ロールであり、他方のサポートロール７が非駆動ロールである。なお、サポートロール３には外部駆動力が付与されない無駆動タイプもある。溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロール１及び一対のサポートロール３・３は、フレーム８４・８５に取り付けられた軸受８７・８８により回転自在に各々支持されており、常に一体としてめっき浴８１の内に浸漬される。
【００１７】
走行する鋼板Ｐは、スナウト８３を経てめっき浴８１の内に斜方から進入し、シンクロール１を経由して上方に進行方向を変えられる。めっき浴８１の中を上昇する鋼板Ｐは一対のサポートロール３・３に挟まれ、パスラインが保たれるとともに、反りや振動が防止される。ガスワイピングノズル８６は、めっき浴８１から出てきた鋼板Ｐ１に高速ガスを吹き付ける。高速ガスのガス圧及び吹き付け角度により、鋼板Ｐ１に付着した溶融金属めっきの厚さを均一に調整する。このようにして、溶融金属めっきが施された鋼板Ｐ１が得られる。
【００１８】
［第１実施形態：シンクロール］
図１の溶融金属めっき装置８０に組み込まれる第１態様のシンクロール１の構成について、一部を断面で示したその平面図である図２、図２の右側面図である図３（ａ）、図２のＡ部の拡大図である図３（ｂ）を参照して説明する。なお、図３（ｂ）において、軸部１ｄは、理解のため破線で示している。また、以下の第２〜第５態様のシンクロールまたはサポートロールの構成についても同様であるが、基本的に、シンクロールを例として説明する構成はサポートロールにも適用することができ、サポートロールを例として説明する構成はシンクロールにも適用することができる。
【００１９】
図２に示すように、シンクロール１は、中空部１ｎを有する外観が略円柱形状の円筒体であるセラミックス製の胴部１ｂと、胴部１ｂと同軸に配置されるとともに胴部１ｂの軸心Ｉに沿う方向（以下、この方向を軸心方向と言う。）に胴部１ｂの両端から延びる軸部１ｄを有しており、軸部１ｄは、その端に配置された軸受（すべり軸受）８７により回転自在に支承されている。そして、胴部１ｂの端部には、胴部１ｂと軸部１ｄとの間に介在し両者を接続する接続部１ｊが配置されている。以下、胴部１ｂ、軸部１ｄおよび接続部１ｊの構成について説明するが、胴部１ｂの両端に配置される二の軸部１ｄおよび接続部１ｊの構成ならびにそれらと胴部１ｂとの関係は同一であるので、右側の軸部１ｄおよび接続部１ｊのみ説明し、左側の軸部１ｄおよび接続部１ｊの説明は省略する。
【００２０】
［胴部］
図２および３に示すように、胴部１ｂは、めっき処理される鋼板Ｐが直接接触するその外周面が、所定の外径となるよう形成されている。本態様の胴部１ｂは、軸芯Ｉに直交する方向（以下、この方向を半径方向と言う。）に沿った断面形状が略円形状である略円柱形状の中空部１ｎを有する略円筒形状をなしており、中空部１ｎがそのまま伸びた端が略円柱形状の胴端凹部１ｗとなっている。なお、図示する胴部１ｂは、軸芯方向における肉厚が同一であるが、接続部１ｊが配置される端の部分以外の肉厚は変化するように構成してもよく、厚肉部および薄肉部を適宜配置してもよい。しかしながら、シンクロール１は、めっき浴への浸漬時および引上時に急熱・急冷されるために、肉厚急変部が存在すると過大な熱応力が生じ、割損する可能性がある。このため、胴部１ｂの厚みは、軸心方向において一定の厚みであることが望ましい。また、胴部１ｂの中空部１ｎの形状も略円柱形状である必要はなく、特に、接続部１ｊが配置されるその端部の形状は、接続部１ｊの外周形状に対応した形状であればよいが、上記と同様な理由から略円柱形状であることが望ましい。
【００２１】
［軸部］
図２および３（ａ）に示すように、セラミックスで形成された軸部１ｄは中空状であり、大径部１ｅと、すべり軸受８７で支承される小径部１ｇと、大径部１ｅと小径部１ｇとを連結する連結部１ｆとを有している。なお、軸部１ｄは中実であってもよい。ここで、セラミックスで構成された軸部１ｄはめっき浴による腐蝕磨耗が抑制され望ましいが、セラミックスは靭性に乏しく、鋭角な部分が存在すると破壊の起点となるため、連結部１ｆと大径部１ｅおよび小径部１ｇの結合部分は、軸心方向に沿う断面視において各々滑らかな曲線で形成することが望ましい。なお、図２において、符号１ｈは、軸心方向にシンクロール１を支持するスラスト受け部である。セラミックスで構成されたスラスト受け部１ｈは、小径部１ｇの端部開口に挿着されており、シンクロール１の回転性を考慮し、軸受に接触する面積が小さくなるように構成されており、その右端面の半径方向に沿う断面視は、右方向に凸である全体として弧状をなしている。
【００２２】
［接続部］
略円環形状をなす本態様の接続部１ｊは、図３（ｂ）に示すように、その外径が、胴部１ｂの胴端凹部１ｗの内径とほぼ同一径であり、胴部１ｂの軸芯Ｉと同軸になるよう、軸部１ｂの胴端凹部１ｗに挿着され、固定されている。なお、半径方向に沿った断面における接続部１ｊの外周縁の形状は略円形状である必要はなく、三角形状・四角形状その他多角形状または楕円形状であってもよいが、シンクロール１が回転する際に生じる振動の発生を抑制する点から、回転バランスを確保できる略円形状であることが望ましい。また、高温のめっき浴に浸漬された際の、熱膨張による変形量の差異を少なくし、接続部１ｊからの軸部１ｄの離脱を防止するためには、接続部１ｊは、軸部１ｄと熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで形成されていることが好ましい。また、接続部１ｊを軸部１ｄと熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで形成する場合には、同様な理由から、胴部１ｂも当該セラミックスで形成することがより好ましい。
【００２３】
ここで、胴部１ｂの胴端凹部１ｗに挿着される接続部１ｊの固定方法は、固定部材などで機械的に固定してもよいが、シンクロール１の操業の安定性およびコストの面から、焼嵌めにより固定することが好ましい。胴部１ｂの胴端凹部１ｗの内径で焼嵌め代を除した値である焼嵌め率は０．０１／１０００〜０．５／１０００の範囲内であるのが好ましい。焼嵌め率が０．０１／１０００未満であると、胴部１ｂによる接続部１ｊの締付け力が不十分であり、接続部１ｊが脱落するおそれがある。また焼嵌め率が０．５／１０００を超えると、焼嵌めによる締付け力が大きくなりすぎ、胴部１ｂまたは接続部１ｊが破損するおそれがある。より好ましい焼嵌め率は０．２／１０００〜０．３／１０００である。
【００２４】
接続部１ｊは、図３（ｂ）に示すように、円盤状部材の一面に、その中心軸周りに形成された略円盤（円柱）形状の凹部である挿着凹部１ｕを有している。すなわち、接続部１ｊは、軸芯方向において外側に配置された厚みがｔ１と薄肉である略円環状の固定部１Ｌと、固定部１Ｌの内側に隣接して配置された、厚みがｔ２と厚肉である略円環状の本体部１ｖとを備えている。そして、固定部１Ｌと同軸に配置された本体部１ｖの内周部は、固定部１Ｌの内周面から突起した突起部１ｋとなっており、突起部ｋ１の右側面（軸芯方向において外側の側面）１ｏと固定部１Ｌの内周面１ｐとで画成された空間が略円盤（円柱）形状の挿着凹部１ｕを構成している。これにより、胴部１ｂの胴端凹部１ｗに挿着された接続部１ｊの挿着凹部１ｕは、胴部１ｂの軸芯Ｉと同軸に配置されることとなる。
【００２５】
上記態様で構成された接続部１ｊの挿着凹部１ｕには、軸芯方向において軸部１ｄの大径部１ｅの端面１ｒが挿着凹部１ｕの側面１ｑに密着するとともに、半径方向において当該大径部１ｅの外周面１ｓが挿着凹部１ｕの内周面１ｐに密着するように、軸部１ｄが挿着され、固定されている。
【００２６】
かかる構成の接続部１ｊを介して接続された胴部１ｂおよび軸部１ｄを有するシンクロール１によれば、図３（ｂ）に示すように、矢印Ｂ方向の曲げモーメントが軸部１ｄに負荷された場合、挿着凹部１ｕの側面１ｑに密着する軸部の端面１ｒが、当該曲げモーメントを受け、支持するため軸部１ｄの外周面１ｓの曲げによる変形が抑制される。その結果、固定部１Ｌの内面の右縁（軸芯方向において外側の縁）の角部の押付により当該外周面１ｓにクラックが生じることが抑制され、軸部１ｄの破損を回避することができる。なお、軸部１ｄの端面１ｒは、その全面で、挿着凹部１ｕの側面１ｑに密着している必要はなく、少なくとも３点で接触していればよい。
【００２７】
さらに、接続部１ｊを上記のように構成することにより、挿着凹部１ｕの側面１ｑが軸芯方向における位置決め面となり、接続部１ｊに挿着する際の軸芯方向における軸部１ｄの位置決めを容易にすることができる。加えて、軸芯方向に作用するスラスト力が軸部１ｄに作用した場合であっても、挿着凹部１ｕの側面１ｑで規制されるため、軸部１ｄが軸芯方向に滑って移動することもない。
【００２８】
なお、軸部１ｄの外周面１ｓにクラックが生じることをより抑制するためには、固定部１Ｌの内周面の右縁角部にはＲ面１ｍを設けておくことが好ましく、Ｒ面１ｍはＣ面であってもよい。また、軸部１ｄの端面１ｒと挿着凹部１ｕの側面１ｑとの密着性を高めるためには、軸部１ｄの端面１ｒの外周縁にＲ面１ｏを設けておくことが好ましく、このＲ面１ｏもＣ面であってよい。加えて、本態様の接続部１ｊにおいて、挿着凹部１ｕは、側面１ｑに形成された穴１ｔを有する。本体部１ｖに形成されたこの穴１ｔは必須の構成ではないが、接続部１ｊを軽量化する点で好ましく、シンクロール１の回転バランスの観点から、本体部１ｖを貫通する本体部１ｖと同心円状の穴であることが更に好ましい。
【００２９】
また、本態様の接続部１ｊには、好ましい要素として、半径方向において固定部１Ｌの内周面と外周面との間に形成された、軸心方向に貫通する小径の貫通孔１ｃを有している。めっき浴が流通する流路としての機能を果たす貫通孔１ｃは、図３（ａ）に示すように、軸心周りに３０°のピッチで等角度に形成されており、シンクロール１をめっき浴に浸漬する場合には、その中空部１ｎにめっき浴を円滑に導入してシンクロール１の熱衝撃による割損を防止し、さらにシンクロール１をめっき浴から取り出す場合には、中空部１ｎに侵入しためっき浴を円滑に外部に排出して溶融金属が内部で凝固することを防止する機能を果たしている。また、シンクロール１の中空部１ｎに貫通孔１ｃを通じて溶融金属を導入することにより、シンクロール１の内部の空気を排出することで、浮力で上昇し過大な力で軸受と接触して磨耗が進行することを抑制することができる。
【００３０】
なお、貫通孔１ｃの構成は、好ましい態様である図示に限定されることなく、異なる孔径の貫通孔１ｃを複数設けてもよく、貫通孔１ｃを配置する角度ピッチも同一である必要もなく、同一円周上に設ける必要もない。さらに、溶融金属の導入・排出をさらに円滑にするためには、軸心方向から見たときに、図２に示す右側の接続部１ｊに形成した貫通孔１ｃに対し、左側の接続部１ｊに形成した貫通孔１ｃがずれた位置となるように両者を配置してもよい。また、接続部１ｊの外周面に軸心方向に伸びる複数の溝を形成し、胴部１ｂの中空部１ｎに接続部１ｊが装着され固定されたときに胴部１ｂの内周面と溝とで貫通孔を構成してもよい。
【００３１】
接続部１ｊへの軸部１ｄの固定方法は、上記胴部１ｂと接続部１ｊとの固定方法と同様に、焼嵌めにより固定することが好ましい。すなわち、その焼嵌め率は０．０１／１０００〜０．５／１０００の範囲内であるのが好ましく、より好ましい焼嵌め率は０．２／１０００〜０．３／１０００である。
【００３２】
［材料構成］
以下、上記軸部１ｄ並びに好ましくは接続部１ｊおよび胴部１ｂを構成するセラミックスについて、その好適な例を説明する。セラミックスとしては、回転体が使用される雰囲気その他の操業条件の要請による耐熱衝撃性・耐蝕性などに応じ、アルミナ・ジルコニア・シリカその他の酸化物系セラミックス、硼化ジルコニウム・硼化チタン・硼化ボロンその他の硼化物系セラミックス、炭化シリコン・炭化ボロンその他の炭化物系セラミックス、またはカーボンなどの無機材料を利用してよい。そして、本態様のシンクロールは、めっき浴への浸漬および取出しの際に急熱・急冷されるため、耐熱衝撃性に優れている必要がある。そのため、軸部１ｄおよび接続部１ｊを構成するセラミックスとしては、熱伝導率が高い窒化珪素・窒化アルミその他の窒化物系セラミックスが好ましく、めっき浴である溶融金属に対し高い耐溶損性および耐磨耗性を有し、高温強度に優れた窒化珪素系セラミックスが特に好ましい。以下、部１ｂおよび接続部１ｊを構成するに好適な窒化珪素セラミックスについて詳述するが、窒化珪素セラミックス自体は特開２００１−３３５３６８号に記載のものと同じでよい。
【００３３】
窒化珪素セラミックス中に存在するアルミニウム及び酸素はフォノン散乱源となり、熱伝導率を低減させる。窒化珪素セラミックスは、窒化珪素粒子とその周囲の粒界相とから構成され、アルミニウム及び酸素はこれらの相に含有される。アルミニウムは珪素に近いイオン半径を有するため、窒化珪素粒子内に容易に固溶する。アルミニウムの固溶により窒化珪素粒子自身の熱伝導率が低下し、窒化珪素セラミックスの熱伝導率は著しく低下する。従って、窒化珪素セラミックス中におけるアルミニウムの含有量はできるだけ少なくすることが望ましい。
【００３４】
焼結助剤として添加する酸化物中の酸素の多くは粒界相に存在する。窒化珪素セラミックスの高熱伝導率化を達成するには、窒化珪素粒子に比べて熱伝導率が低い粒界相の量を低減することが必要である。焼結助剤の添加量の下限は、８．５％以上の相対密度を有する焼結体が得られる量である。焼結助剤の添加量をこの範囲内でできるだけ少なくすることにより、粒界相中の酸素量を低減させることが望ましい。
【００３５】
酸素量の少ない窒化珪素粉末を原料とすると、粒界相中の酸素量が低減できるために粒界相の量自体を低減でき、焼結体の高熱伝導率化が達成されるが、焼結過程で生成するＳｉＯ２の量の減少により難焼結性となる。ところが、他の酸化物より焼結性に優れたＭｇＯを焼結助剤として用いると、焼結助剤の添加量を少なくして、緻密な焼結体を得ることができる。その結果、焼結体の熱伝導率は飛躍的に高くなる。
【００３６】
また、マグネシウムとともに添加し得る焼結助剤としては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ，Ｌｕ等の周期律表第３族（後述）が挙げられる。なかでも、焼結温度及び圧力が高くなり過ぎないという点で、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂが好ましい。
【００３７】
本発明に使用する窒化珪素セラミックスの常温における熱伝導率は５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、より好ましくは６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。従って、窒化珪素系セラミックス中の酸素含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには５重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには３重量％以下である。また窒化珪素粒子中の酸素含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには２．５重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには１．５重量％以下である。さらに窒化珪素系セラミックス中のアルミニウムの含有量は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには０．２重量％以下であり、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を得るには０．１重量％以下である。
【００３８】
窒化珪素セラミックス中の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と周期律表第３族元素酸化物の合計量は０．６〜７重量％であるのが好ましい。その合計量が０．６重量％未満では、焼結体の相対密度が９５％未満と不十分である。一方７重量％を超えると、熱伝導率の低い粒界相の量が過剰となり、焼結体の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満となる。ＭｇＯ＋第３族元素酸化物は０．６〜４重量％であるのがより好ましい。
【００３９】
ＭｇＯ／第３族元素酸化物の重量比は１〜７０が好ましく、１〜１０がより好ましく、１〜５が最も好ましい。ＭｇＯ／第３族元素酸化物が１未満では、粒界相中の希土類酸化物の割合が多すぎるため、難焼結性となり緻密な焼結体が得られない。また、ＭｇＯ／
第３族元素酸化物が７０を超えると焼結時におけるＭｇの拡散を抑制できず、焼結体表面に色むらが生じる。Ｍｇ／第３族元素酸化物が１〜７０の範囲にあると、１６５０〜１８５０℃での焼結により高熱伝導率化が著しい。焼結体を１８００〜２０００℃で熱処理すると、さらに高熱伝導率化される。熱処理による高熱伝導率化は、窒化珪素粒子の成長と蒸気圧の高いＭｇＯの揮発による。
【００４０】
窒化珪素粒子中のアルミニウム、マグネシウム及び周期律表第３族元素の合計量は１．０重量％以下であるのが好ましい。
【００４１】
窒化珪素焼結体中のβ型窒化珪素粒子のうち、短軸径が５μｍ以上のβ型窒化珪素粒子の割合が１０体積％超では、焼結体の熱伝導率は向上するが、組織中に導入された粗大粒子が破壊の起点として作用するため破壊強度が著しく低下し、７００Ｍｐａ以上の曲げ強度が得られない。従って、窒化珪素焼結体中のβ型窒化珪素粒子のうち、短軸径が５μｍ以上のβ型窒化珪素粒子の割合は１０体積％以下であるのが好ましい。同様に、組織中に導入された粗大粒子が破壊の起点として作用することを抑えるために、β型窒化珪素粒子のアスペクト比は１５以下であるのが好ましい。
【００４２】
シンクロール１において胴部１ａを形成する窒化珪素セラミックスは、急激な温度変化に対して十分な抵抗力を有する必要がある。急激な温度変化に対する抵抗力は下記式（１）：
Ｒ＝αｃ（１−ν）／Ｅα・・・（１）
（ 但し、αｃ：常温における4点曲げ強度（ＭＰａ）、ν：常温におけるポアソン比、Ｅ：常温におけるヤング率（ＭＰａ）、α：常温から８００℃までの平均熱膨張係数）
により表される係数で表される係数Ｒは６００以上であるのが好ましく、７００以上であるのがより好ましい。係数Ｒが６００未満であると軸部１ｄおよび接続部１ｊが破壊するおそれがある。係数Ｒは、軸部１ｄおよび接続部１ｊから切り出した試験片に対して測定した常温における４点曲げ強度αｃ（ＭＰａ）
、常温におけるポアソン比ν、常温におけるヤング率Ｅ（ＭＰａ）及び常温から８００℃までの平均熱膨張係数αから求める。
【００４３】
［第２実施態様：サポートロール］
本発明に係わる第２態様の溶融金属めっき浴用ロールであるサポートロール３について、図４を参照しつつ説明する。なお、図４に示すサポートロール３おいて、上記シンクロール１と同様な要素については同一符号を付し、詳細な説明を省略する（以下、図５および６を参照しつつ説明する第３〜第５態様の溶融金属めっき浴用ロールについても同様である。）。
【００４４】
第２態様のサポートロール３は、その胴部３ｂの端部に、当該胴部３ｂと一体として接続部１ｊが配置されている点で、上記第１態様のシンクロール１と相違しているが、接続部１ｊの構成は、シンクロール１と全く同一である。すなわち、接続部１ｊは、軸芯方向において外側に配置された固定部１Ｌと、固定部１Ｌの内周面１ｐから内方に突起した突起部１ｋを有する本体部１ｖとを備えている。なお、本態様の本体部１ｖは、中空の胴部１ｂが延設された部分であり、胴部１ｂの一部を構成している。この固定部１Ｌの内周面１ｐと突起部１ｋの右側面１ｏとで形成された略円柱形状の挿着凹部１は、胴部１ｂの軸芯Ｉと同軸に配置されている。そして、挿着凹部１ｕには、軸芯方向において軸部１ｄの端面１ｒが挿着凹部１ｕの側面１ｑに密着するとともに、半径方向において当該大径部１ｅの外周面１ｓが挿着凹部１ｕの内周面１ｐに密着するように、軸部１ｄが挿着され、固定されている。かかる第２態様の構成は、特にサポートロール３のようにシンクロール１に対し小径な溶融金属めっき浴用ロールの場合で、別体の接続部１ｊを胴部１ｂに組み込む余裕が無い場合に、有効である。
【００４５】
［第３実施態様：シンクロール］
本発明に係わる第３態様の溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロール４について、図５を参照しつつ説明する。第３態様のシンクロール４は、接続部４ｊが挿着され固定される胴部４ｂの端に設けられた胴端凹部４ｗに、接続部４ｊの左側面が密着する側面４ａが形成されている点、めっき浴が流通する貫通孔４ｃが、厚肉の本体部１ｖに形成された、胴部１ｂの中空部１ｎに向かい拡大する拡大部４ｔを有する点で、上記第１態様のシンクロール１と相違している。かかる構成のシンクロール４によれば、胴端凹部４ｗの側面４ａが軸芯方向における位置決め面となり、胴端凹部４ｗに挿着する際の軸芯方向における接続部４ｊの位置決めを容易にすることができる。さらに、軸芯方向に作用するスラスト力が接続部４ｊに作用した場合であっても、胴端凹部４ｗの側面４ａで規制されるため、接続部４ｊが軸芯方向に滑って移動することもない。また、上記構成の拡大部４ｔが形成された貫通孔４ｃを有するので、より円滑に中空部１ｎに対するめっき浴の導入および排出を図ることができ、高温のシンクロール４の破損の抑制の面から有利である。
【００４６】
［第４実施態様：シンクロール］
本発明に係わる第４態様の溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロール５について、図６（ａ）を参照しつつ説明する。第４態様のシンクロール５は、挿着凹部５ｕの側面に穴が形成されていない、すなわち接続部５ｊの本体部５ｖが略円環状ではなく、中実の略円盤状である点で、上記第１態様のシンクロール１と相違している。かかる第４態様のシンクロール５によれば、接続部５ｊの強度をより高めることができる。
【００４７】
［第５実施態様：シンクロール］
本発明に係わる第５態様の溶融金属めっき浴用ロールであるサポートロール６について、図６（ｂ）を参照しつつ説明する。第５態様のサポートロール６は、挿着凹部６ｕの側面に穴が形成されていない、すなわち接続部６ｊの本体部６ｖが中実である点で、上記第２態様のサポートロール３と相違している。なお、接続部６ｊの本体部６ｖは、中実の胴部６ｂが延設された部分であり、胴部６ｂの一部を構成している。かかる第５態様のシンクロール６によれば、接続部６ｊの強度をより高めることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１（４、５） シンクロール
３ （６） サポートロール
１ｂ（３ｂ、６ｂ） 胴部
１ｃ 貫通孔
１ｄ（２ｂ） 軸部
１ｊ（４ｊ、５ｊ、６ｊ） 接続部
１ｋ 突起部
１Ｌ 固定部
１ｖ 本体部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外観が略円柱形状の胴部と、前記胴部と同軸に配置されているとともに前記胴部の端から軸心方向に延びる外観が略円柱形状のセラミックスで形成された軸部とを有する溶融金属めっき浴用ロールであって、前記胴部と軸部の間に介在して両者を接続し固定する接続部を有し、前記接続部は、前記胴部の軸芯と同軸に配置された略円柱形状の挿着凹部を有し、前記軸部は、その端面が、前記挿着凹部の側面に密着するように前記挿着凹部に挿着され、固定されていることを特徴とする溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項２】
前記接続部は、軸芯方向において前記胴部の端部に当該胴部と一体として配置されている請求項１に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項３】
前記胴部は、軸芯方向においてその端部に、その軸芯と同軸に配置された胴端凹部を有し、前記接続部は、前記胴端凹部に挿着され、固定されている請求項１に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項４】
前記装着凹部の側面には穴が形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項５】
前記接続部は、前記軸部と熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項１】
外観が略円柱形状の胴部と、前記胴部と同軸に配置されているとともに前記胴部の端から軸心方向に延びる外観が略円柱形状のセラミックスで形成された軸部とを有する溶融金属めっき浴用ロールであって、前記胴部と軸部の間に介在して両者を接続し固定する接続部を有し、前記接続部は、前記胴部の軸芯と同軸に配置された略円柱形状の挿着凹部を有し、前記軸部は、その端面が、前記挿着凹部の側面に密着するように前記挿着凹部に挿着され、固定されていることを特徴とする溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項２】
前記接続部は、軸芯方向において前記胴部の端部に当該胴部と一体として配置されている請求項１に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項３】
前記胴部は、軸芯方向においてその端部に、その軸芯と同軸に配置された胴端凹部を有し、前記接続部は、前記胴端凹部に挿着され、固定されている請求項１に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項４】
前記装着凹部の側面には穴が形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項５】
前記接続部は、前記軸部と熱膨張係数がほぼ同一のセラミックスで形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７６１３１（Ｐ２０１３−７６１３１Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６８０１（Ｐ２０１１−２１６８０１）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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