溶融金属めっき浴用ロール
【課題】リサイクル性に優れた溶融金属めっき浴用ロールおよび溶融金属めっき浴への浸漬時に軸部が離脱しがた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セラミックスからなる胴部１ａと、前記胴部の端から軸方向Ｉに延びる外観が略円柱形状の軸部１ｄとを有する溶融金属めっき浴に浸漬される溶融金属めっき浴用ロール１であって、前記軸部は、前記胴部の端に接合される接続部４を介し前記胴部に接合されており、前記接続部は、前記胴部の端が嵌着される環状部を有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セラミックスからなる胴部１ａと、前記胴部の端から軸方向Ｉに延びる外観が略円柱形状の軸部１ｄとを有する溶融金属めっき浴に浸漬される溶融金属めっき浴用ロール１であって、前記軸部は、前記胴部の端に接合される接続部４を介し前記胴部に接合されており、前記接続部は、前記胴部の端が嵌着される環状部を有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、鋼板の表面に金属めっきを施すめっき装置において、溶融金属めっき浴に浸漬される溶融金属めっき浴用ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野に係わる従来の技術の一例が、下記特許文献１および２に開示されている。特許文献１に開示された溶融金属めっき浴用ロールは、「ロール胴部と軸部をそれぞれ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軸部を接合したことを特徴とする溶融金属浴中に浸漬して用いられる連続溶融金属めっき用ロール」であり、具体的には、軸部端部の外周に形成された雄ねじとロール胴部の端部の内周に形成された雌ねじとを螺合することにより、ロール胴部に軸部は固定される。
【０００３】
特許文献２に開示された溶融金属めっき用ロールは、「ロール胴部とロール軸部が滑って空転することを防止するための回り止めフランジ部材の中空部に中空状のロール軸部を貫通させるとともに、該フランジ部材の外周部に、セラミックスにより中空状に形成したロール胴部を嵌合したことを特徴とする連続溶融金属めっき用ロール」である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４１４７５０９号公報
【特許文献２】特許４４７４６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる特許文献１および２に開示された溶融金属めっき浴用ロール（以下、単に「ロール」という場合がある。）によれば、その胴部および軸部が、溶融金属めっき浴に対する耐蝕性、軸受との摩擦磨耗に対する耐磨耗性に優れたセラミックスで構成されているので、ロールの長寿命化が図れ、金属製のロールと比較して、寿命によるロール取替えに伴う操業損を減ずることができるという利点がある。
【０００６】
ここで、上記ロールの寿命原因は、軸受との磨耗により進行する軸部の損耗が主因であり、胴部の損耗は比較的少ない。そして、セラミックスで構成された胴部は大径であることからとりわけ高価であり、胴部が継続して使用可能な状態であれば磨耗した軸部や当該軸部が固定されるフランジ部材（以下、この項において総じて軸部という。）を分離し、新たな軸部を取り付けてロールを再使用（リサイクル）可能な技術が要請されていた。軸部を中空状の胴部の内面に固定した構造である上記２例のロールにおいて、胴部から軸部を取り外す方法としては、胴部の内面との密着面近傍の軸部を研削加工等により除去する加工除去法等がある。しかしながら、上記２例のロールは、いずれもその軸部を中空状の胴部の内面に固定した構造であるため、この方法を適用し難く、高価な胴部のリサイクルが進まないという問題があった。
【０００７】
加えて、溶融金属めっき浴にロールを浸漬した際、特に浸漬の初期段階において、浸漬条件によっては胴部から軸部が離脱する可能性があるという問題が僅かながらあった。すなわち、上記２例のロールは軸部を中空状の胴部の内面に固定した構造であり、溶融金属からの熱は、胴部を伝熱して加熱し、次いで胴部と軸部との接触界面を伝達して軸部に達し、軸部を加熱する。このように、溶融金属めっき浴の熱の伝播には胴部および軸部で時差があり、内面に軸部を固定している胴部は肉厚である、しかして、特にロールを溶融金属めっき浴に浸漬した初期段階においては、軸部が充分に加熱されず胴部のみが加熱膨張し、浸漬条件によっては、半径方向において軸部が胴部から離間して離脱する可能性が僅かながらあった。
【０００８】
本発明は、上記従来の技術の問題点を鑑み本発明者らが鋭意検討してなされたものであり、リサイクル性に優れた溶融金属めっき浴用ロールを提供することを第１の目的とし、その第１の目的を果たすとともに溶融金属めっき浴への浸漬時に軸部が離脱しがたい溶融金属めっき浴用ロールを提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記第１の目的を達成する本発明の一態様は、外観が略円柱形状のセラミックスからなる胴部と、前記胴部の端から軸方向に延びる外観が略円柱形状の軸部とを有する溶融金属めっき浴に浸漬される溶融金属めっき浴用ロールであって、前記軸部は、前記胴部の端に接合される接続部を介し前記胴部に接合されており、前記接続部は、前記胴部の端が嵌着される環状部を有することを特徴とする溶融金属めっき浴用ロールである。なお、前記接続部は、前記軸部と別体であり、その一端に前記環状部を備え、その他端に前記軸部が嵌着される孔部を備えることが好ましい。
【００１０】
さらに、前記胴部は中空部を有する円筒体であり、前記胴部の半径方向において前記環状部の厚みは、前記胴部の厚み未満であることが好ましく、これにより上記第２の目的を達成することができる。なお、この好ましい態様において、前記胴部の中空部に溶融金属めっき浴を導入する流路が形成されていることが望ましい。
【００１１】
さらに、前記胴部は、その端部に小径部を備え、前記小径部が前記環状部に嵌着されていることが望ましく、前記環状部の最大外径は、前記胴部の最大外径以下であることがより好ましい。
【００１２】
加えて、前記接続部は、セラミックスで構成されていることが望ましく、さらに前記軸部も、セラミックスで構成されていれば好適である。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明によれば、その課題を解決することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】溶融金属めっき浴装置の構成を示す図である。
【図２】図１の溶融金属めっき浴装置に組み込まれた第１態様のシンクロールの一部が断面図である正面図である。
【図３】図３（ａ）は図２の右側面図、図３（ｂ）は図２の拡大断面図、図３（ｃ）は図２のシンクロールの変形例である。
【図４】図１の溶融金属めっき浴装置に組み込まれた第２態様のシンクロールの一部が断面図である正面図である。
【図５】図２のシンクロールから加工除去法により接続部を取り外す方法を説明するする図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について、その第１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、以下説明する本発明の各要素は、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。
【００１６】
［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組み込まれる溶融金属めっき装置について、図１を参照しつつ説明する。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サポートロール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、移動する鋼板Ｐとの接触により駆動される。またサポートロール３は、通例、サポートロール３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】
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を得ることができる。
【００１８】
［第１態様のシンクロール］
図１のめっき装置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、その正面から見た一部が断面図である図２、図２の右側面図である図３（ａ）、図２の拡大断面図である図３（ｂ）を参照して説明する。なお、以下の第２態様のシンク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１を例として説明する構成はサポートロール３にも適用することができる。
【００１９】
図２・図３（ａ）に示すように、シンクロール１は、回転中心となる軸心Ｉを有する外観が円柱形状のセラミックス製の胴部１ａと、胴部１ａと同軸に配置されるとともに胴部１ａの両端から軸心Ｉに沿う方向（以下軸心方向と言う。）に軸部１ｄを基本的な構成として有するとともに、胴部１ａの端に接合された接続部４を有し、この接続部４を介して軸部１ｄは胴部１ａに固定されている。なお、胴部１ａの端に配置される各々二の接続部４および軸部１ｄの構成およびそれらと胴部１ａとの関係は同一であるので、図示右側の接続部４および軸部１ｄのみ説明し、左側の接続部４および軸部１ｄの説明は省略する。
【００２０】
［胴部］
外径ｄ１である外周面と中空部１ｂを有する略円筒形状のセラミックス製の胴部１ａは、胴部１ａの軸心Ｉと同軸に外周面が形成された略円筒形状の小径部１ｃを両端に有している。なお、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、その表面と内部との温度分布が異なると過大な応力が生じ、割損する可能性があるので、胴部１ａに中空部１ｂを設け、胴部１ａの軸心Ｉに直交する方向（以下半径方向と言う。）において一定の厚みｔ１を有することが好ましいが、中空部１ｂを設けず胴部１ａを中実としてもよい。また、胴部１ａは、鋼板に接触する部分の外観が略円柱形状であればよく、他の部分は、めっき浴中のスラグの付着防止や回転バランスの調整などを考慮し適宜な形状に設定すればよい。
【００２１】
［軸部］
中実状である略円柱形状の軸部１ｄは、胴部１ａの側に形成された大径部１ｅと、胴部１ａの反対側に形成され回転自在に軸受で支持される小径部１ｇと、大径部１ｅと小径部１ｇとを連結する中間部１ｆとを有しており、大径部１ｅが接続部４に固定される。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。この大径部１ｅと中間部１ｆの結合部および中間部１ｆと小径部１ｇの結合部の各々の表面は、鋭角な部分が存在すると破壊の起点となるため、軸心方向に沿う断面視において滑らかな曲線となっている。なお、軸部１ｄを構成する材料は特段に限定されることはなく金属でもよいが、めっき浴に対する耐蝕性の点からセラミックスで構成することが望ましく、めっき浴からの伝熱による膨張を同一にする点から胴部１ａと同一のセラミックスで構成することが更に望ましい。
【００２２】
［接続部］
胴部１ａの端に固定される接続部４は、図２に示すように、軸心Ｉに沿う断面視がコの字形状をなしており、図３（ｂ）に示すように、略円板形状の基部４ｂと、基部４ｂの外周部に形成された環状部４ａを有している。まず、基部４ｂについて説明する。基部４ｂは、その中央部に、胴部１ａの軸心Ｉと同軸に形成された孔部４ｃが配置され、この孔部４ｃに軸部１ｄの大径部１ｅが挿入され固定される。なお、接続部４への軸部１ｄの固定方法は、例えば接続部４の孔部４ｃおよび軸部１ｄの大径部１ｅに各々形成した螺子により、あるいは別途設けた固定部材により固定してもよいが、シンクロール１の操業の安定性およびコストの面から、焼嵌めや冷嵌めにより固定することが好ましい。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い。焼嵌め率が０．０１／１０００未満であると、接続部４による軸部１ｄの締付け力が不十分であり、軸部１ｄが接続部４から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、軸部１ｄまたは接続部４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。なお、以下で述べる、接続部４の胴部１ａに対する固定も上記と同様に焼嵌めや冷嵌めで行うことが望ましい。
【００２３】
さらに、基部４ｂは、半径方向においてその外周面と孔部４ｃの内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４ｉを好ましい構成要素として有し、図３（ａ）に示すように、貫通孔４ｉは、軸心周りに３０°のピッチで等角度に形成されている。この貫通孔４ｉは、シンクロール１をめっき浴に浸漬した際に、溶融金属が流通する流路となる。すなわち、シンクロール１をめっき浴に浸漬する場合には、溶融金属は、流路４ｉを通じ胴部１ａの中空部１ｂに導入され胴部１ａをその内面から加熱し、シンクロール１の熱衝撃による割損を防止するとともに胴部１ａと接続部４との離間を防止する。一方で、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１ｂに導入された溶融金属は、流路４ｉを通じ外部に排出され溶融金属が中空部で凝固することを防止する。また、シンクロール１の中空部１ｂに流路４ｉを通じて溶融金属を導入することにより、中空部１ｂに存在する空気を排出でき、もって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。なお、流路４ｉ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、異なる孔径の流路４ｉを複数設けてもよく、流路４ｉ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一方の接続部４の流路４ｉに対し、他方の接続部４の流路４ｉ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４の孔部４ｃの内周面に軸心方向に伸びる溝を形成し、軸部１ｄの大径部１ｅが接続部４に固定されたときに大径部１ｅの外周面と溝との組合せにより流路が構成されるようにしてもよい。
【００２４】
次に、接続部４を構成する環状部４ａについて説明する。図３（ｂ）に示すように、基部４ｂと継ぎ目なくその外周部に一体的に設けられた本態様の環状部４ａは、胴部１ａの小径部１ｃの外径ｄ３とほぼ同一内径である孔部４ｅを有し、この孔部４ｅに小径部１ｃが嵌着され固定されている。この胴部１ａと接続部４の固定方法は、既に述べたように、焼嵌めまたは冷嵌めで行うことが望ましいが、本態様の接続部４は、寸法の大きな胴部１ａの外周面を環状部４ａの孔部４ｅに挿入し焼嵌めまたは冷嵌めするので、胴部の中空部に接続部を焼嵌めまたは冷嵌めする場合に比べ、同様な焼嵌率であっても締め代が大きくなり、作業の容易化を図ることができるという副次的な効果が生じる。
【００２５】
ここで、本発明に係わるシンクロールは、接続部４の環状部４ａに設けた孔部４ｅに胴部１ａの端を挿入し固定するという基本構成を採用している。そのため、中空状胴部の中空部に接続部を挿入し固定するという従来のシンクロールにおいて拘束条件であった胴部の内径や軸部の外径を考慮する必要が少なく、接続部４の寸法や形状を設定する際の自由度が高い。そして、本態様の接続部４においては、環状部４ａの肉厚ｔ２は、胴部１ａの大径部分の肉厚ｔ１よりも薄く形成した。このように環状部４ａを構成することは、胴部１ａから接続部４を容易に分離可能にするという本願の第１目的からすれば必須ではない。しかしながら、めっき浴にシンクロール１を浸漬した際の接続部（第２態様のシンクロール２においては軸部）の離脱を防止するという本願の第２目的に対しては有効である。すなわち、シンクロール１をめっき浴に浸漬すると、溶融金属の熱は環状部４ａを伝熱し、その後胴部１ａの小径部１ｃへ互いの界面を通じて伝熱される。ここで、環状部４ａは、胴部１ａに対し薄肉であるため、溶融金属の熱は速やかに環状部４ａを伝熱し、またその熱は小径部１ｃへも時差少なく伝熱され、両者は一様に加熱される。しかして、環状部４ａおよび小径部１ｃの熱膨張はほぼ同一となり、両者の熱膨張の態様の差による胴部１ａからの接続部４の離脱の可能性が低下する。この効果は、シンクロール１をめっき浴に浸漬した初期段階において顕著である。
【００２６】
なお、図３（ｂ）に示すように、接続部４（環状部４ａ）の外径ｄ２は、胴部１ａの外径ｄ１以下とし、半径方向において、接続部４が、胴部１ａの外周面から突出しないように配置することが望ましい。胴部１ａの外周面に接触しつつ走行する鋼板は、条件によっては軸心方向に移動する場合があり、鋼板との接触による接続部４の破損を防止するためである。
【００２７】
さらに、本態様の接続部４においては、好ましい形態として、環状部４ａの孔部４ｅに挿入された胴部１ａの小径部１ｃは、その端面が基部４ｂの左側面４ｈに密着することにより軸心方向の位置決めがなされ、環状部４ａの左側面４ｇと胴部１ａの大径部分の右端面１ｊとの間には軸心方向に隙間１ｋが形成されている。軸心方向における接続部４の位置決め固定するに際し、このように小径部１ｃの端面と基部４ｂの左側面４ｈとを密着させ両面の間への溶融金属の侵入を防止するとともに、外部に開放された間隙１ｋを設けることにより、シンクロール１をめっき浴に浸漬した際に当該間隙１ｋに浸入した溶融金属は、シンクロール１の引き上げ時に容易に排出されるので、引き上げ後の溶融金属の固化によるシンクロール１の割れを抑制することができる。
【００２８】
加えて、本態様の接続部４には、環状部４ａの孔部４ｅの内周面と基部４ｂの左側面４ｈの交点に、符号４ｆで示す、その断面視が円の一部である逃がし部が好ましい構成要素として円環状に形成されている。小径部１ｃの外周面の角部が挿入可能な逃がし部４ｆにより、胴部１ａを接続部４に組合せる際の組立性が向上するとともに、応力拡大係数が減少し鋭角な角部からの熱応力による接続部４の破損を抑制することが可能となる。加えて、図５を参照して下記で詳述するように、逃がし部４ｆを設けておくことにより接続部４の分離作業が極めて容易となる。なお、逃がし部４ｆの形状は上記に限定されず、その断面視は矩形状・三角形状その他角部を掘り下げた凹形状であればよいが、接続部４の破損防止という点からその形状は円または楕円の一部であることが望ましい。
【００２９】
上記構成のシンクロール１において、接続部４を胴部１ａから分離する方法の一例について、加工除去法による分離方法を説明する図である図５を参照しつつ説明する。
【００３０】
図５に示すように、本態様の加工除去法では、軸心方向において環状部４ａの孔部４ｅの長さ（深さ）よりも大きい幅を有する円板状の砥石ＧＷを用い、以下の手順で接続部４を胴部１ａから分離する。まず、軸心方向において、砥石ＧＷの左側面が、隙間１ｋの中に位置するよう、環状部４ａの孔部４ｅのうえに砥石ＧＷを位置あわせする。次いで、軸心回りにシンクロールを回転させつつ砥石ＧＷを軸心方向に向け送り込むと、環状部４ａは、砥石ＧＷにより除去される。ここで、砥石ＧＷの外周面が、接続部４の逃がし部４ｆに到達した時点で砥石ＧＷの送り込みを停止すると、逃がし部４ｆで接続部４は分離され、環状部４ａの一部のみが小径部１ｃに残存した状態となっている。この残存した環状部４ａは非常に薄くなっているので、打砕など適宜な方法で除去すればよい。以上により、小径部１ｃを損傷させることなく、接続部４を胴部１ａから分離することができる。
【００３１】
上記加工除去法による接続部４の分離方法で例示したように、本態様のシンクロール１において、胴部１ａは接続部４の孔部４ｅに嵌め入れされており、胴部１ａとの接合を担っている環状部４ａは外部に露出しているので、分離作業を外部から容易に行うことができ、高価な胴部１ａのリサイクル性を高めることができる。
【００３２】
なお、上記シンクロール１のように、胴部に小径部を設ける点、接続部に流路を設ける点、および半径方向において接続部を胴部の外周面から突出させない点は、本発明において必ずしも必要ではない。以下その点について、上記シンクロール１の変形例である接続部５を有するシンクロールの部分拡大断面図である図３（ｃ）を参照しながら説明する。ここで、図３（ｃ）において、上記で述べたシンクロール１と同一の構成要素については同一符号を付している（以下説明する第２態様のシンクロール２についても同様である。）。
【００３３】
本変形例に係わるシンクロールは、基本的にはシンクロール１と同様であり、胴部１ａの端が接続部５の環状部４ａの孔部４ｅに固定され、胴部１ａの両端に固定された接続部５の間で露出している胴部１ａの外周面に接触しながらめっき浴中を鋼板が走行する構成である。一方で、本変形例に係わるシンクロールは、シンクロール１に対し、胴部１ａの端部に小径部が設けられておらず、溶融金属を排出するための流路が無く、さらに半径方向において環状部４ａが胴部１ａの外周面より突出した状態で配置されている点で相違している。しかしながら、図５を参照して説明したように、本シンクロールにおいても、接続部５を胴部１ａから容易に取り外すことが可能であるという点では、シンクロール１と同一の作用を奏することができる。なお、上記シンクロール１と同様に、めっき浴への浸漬時における接続部５の離脱を防止するために、図３（ｃ）に示すように、半径方向における環状部４ａの厚みｔ２を、胴部１ａの厚みｔ１未満とすることが好ましい。
【００３４】
［第２態様のシンクロール］
本発明に係わる第２態様のシンクロール２について、図４を参照しつつ説明する。第２態様のシンクロール２は、基本的に第１態様のシンクロール１と同様に構成されているが、接続部４が、軸部２ｄの左端に継ぎ目なく一体的に含まれている点、および軸心方向に軸部２ｄを貫通する中空部２ｉを有し、この中空部２ｉが溶融金属の流通する流路の役目を果たしている点で相違している。なお、溶融金属による加熱に伴う熱応力の発生を抑制するとともに製造の容易化の点から、軸部２ｄを構成する大径部１ｅ、中間部１ｆおよび小径部１ｇの肉厚がほぼ同一となるよう、中空部２ｉを形成することが望ましい。
【００３５】
［材料構成］
以下、上記胴部１ａ、接続部４・５および軸部１ｄ・２ｄを構成する材料がセラミックスである場合に、その好適な例について説明する。なお、本発明において、必然的にセラミックスである必要があるのは胴部１ａのみであり、接続部４・５および軸部１ｄ・２ｄは例えば金属で構成してもよいが、溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロールでは、全ての部材をセラミックスで構成することが、使用中における破損や損耗を防止するために好ましい。
【００３６】
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、シンクロール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、シンクロール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。
【００３７】
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しなければならない。
【００３８】
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必要がある。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
窒化珪素セラミックス中のマグネシウム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。
【００４３】
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。ＭｇＯ／ＩＩＩＡ２Ｏ３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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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未満であるとロールが破壊するおそれがある。係数Ｒは、ロール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。
【符号の説明】
【００４７】
１（２） シンクロール
１ａ 胴部
１ｂ 中空部
１ｃ 小径部
１ｄ（２ｄ） 軸部
３ サポートロール
４（５） 接続部
４ａ 環状部
４ｂ 基部
４ｉ 流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の表面に金属めっきを施すめっき装置において、溶融金属めっき浴に浸漬される溶融金属めっき浴用ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野に係わる従来の技術の一例が、下記特許文献１および２に開示されている。特許文献１に開示された溶融金属めっき浴用ロールは、「ロール胴部と軸部をそれぞれ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軸部を接合したことを特徴とする溶融金属浴中に浸漬して用いられる連続溶融金属めっき用ロール」であり、具体的には、軸部端部の外周に形成された雄ねじとロール胴部の端部の内周に形成された雌ねじとを螺合することにより、ロール胴部に軸部は固定される。
【０００３】
特許文献２に開示された溶融金属めっき用ロールは、「ロール胴部とロール軸部が滑って空転することを防止するための回り止めフランジ部材の中空部に中空状のロール軸部を貫通させるとともに、該フランジ部材の外周部に、セラミックスにより中空状に形成したロール胴部を嵌合したことを特徴とする連続溶融金属めっき用ロール」である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４１４７５０９号公報
【特許文献２】特許４４７４６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる特許文献１および２に開示された溶融金属めっき浴用ロール（以下、単に「ロール」という場合がある。）によれば、その胴部および軸部が、溶融金属めっき浴に対する耐蝕性、軸受との摩擦磨耗に対する耐磨耗性に優れたセラミックスで構成されているので、ロールの長寿命化が図れ、金属製のロールと比較して、寿命によるロール取替えに伴う操業損を減ずることができるという利点がある。
【０００６】
ここで、上記ロールの寿命原因は、軸受との磨耗により進行する軸部の損耗が主因であり、胴部の損耗は比較的少ない。そして、セラミックスで構成された胴部は大径であることからとりわけ高価であり、胴部が継続して使用可能な状態であれば磨耗した軸部や当該軸部が固定されるフランジ部材（以下、この項において総じて軸部という。）を分離し、新たな軸部を取り付けてロールを再使用（リサイクル）可能な技術が要請されていた。軸部を中空状の胴部の内面に固定した構造である上記２例のロールにおいて、胴部から軸部を取り外す方法としては、胴部の内面との密着面近傍の軸部を研削加工等により除去する加工除去法等がある。しかしながら、上記２例のロールは、いずれもその軸部を中空状の胴部の内面に固定した構造であるため、この方法を適用し難く、高価な胴部のリサイクルが進まないという問題があった。
【０００７】
加えて、溶融金属めっき浴にロールを浸漬した際、特に浸漬の初期段階において、浸漬条件によっては胴部から軸部が離脱する可能性があるという問題が僅かながらあった。すなわち、上記２例のロールは軸部を中空状の胴部の内面に固定した構造であり、溶融金属からの熱は、胴部を伝熱して加熱し、次いで胴部と軸部との接触界面を伝達して軸部に達し、軸部を加熱する。このように、溶融金属めっき浴の熱の伝播には胴部および軸部で時差があり、内面に軸部を固定している胴部は肉厚である、しかして、特にロールを溶融金属めっき浴に浸漬した初期段階においては、軸部が充分に加熱されず胴部のみが加熱膨張し、浸漬条件によっては、半径方向において軸部が胴部から離間して離脱する可能性が僅かながらあった。
【０００８】
本発明は、上記従来の技術の問題点を鑑み本発明者らが鋭意検討してなされたものであり、リサイクル性に優れた溶融金属めっき浴用ロールを提供することを第１の目的とし、その第１の目的を果たすとともに溶融金属めっき浴への浸漬時に軸部が離脱しがたい溶融金属めっき浴用ロールを提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記第１の目的を達成する本発明の一態様は、外観が略円柱形状のセラミックスからなる胴部と、前記胴部の端から軸方向に延びる外観が略円柱形状の軸部とを有する溶融金属めっき浴に浸漬される溶融金属めっき浴用ロールであって、前記軸部は、前記胴部の端に接合される接続部を介し前記胴部に接合されており、前記接続部は、前記胴部の端が嵌着される環状部を有することを特徴とする溶融金属めっき浴用ロールである。なお、前記接続部は、前記軸部と別体であり、その一端に前記環状部を備え、その他端に前記軸部が嵌着される孔部を備えることが好ましい。
【００１０】
さらに、前記胴部は中空部を有する円筒体であり、前記胴部の半径方向において前記環状部の厚みは、前記胴部の厚み未満であることが好ましく、これにより上記第２の目的を達成することができる。なお、この好ましい態様において、前記胴部の中空部に溶融金属めっき浴を導入する流路が形成されていることが望ましい。
【００１１】
さらに、前記胴部は、その端部に小径部を備え、前記小径部が前記環状部に嵌着されていることが望ましく、前記環状部の最大外径は、前記胴部の最大外径以下であることがより好ましい。
【００１２】
加えて、前記接続部は、セラミックスで構成されていることが望ましく、さらに前記軸部も、セラミックスで構成されていれば好適である。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明によれば、その課題を解決することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】溶融金属めっき浴装置の構成を示す図である。
【図２】図１の溶融金属めっき浴装置に組み込まれた第１態様のシンクロールの一部が断面図である正面図である。
【図３】図３（ａ）は図２の右側面図、図３（ｂ）は図２の拡大断面図、図３（ｃ）は図２のシンクロールの変形例である。
【図４】図１の溶融金属めっき浴装置に組み込まれた第２態様のシンクロールの一部が断面図である正面図である。
【図５】図２のシンクロールから加工除去法により接続部を取り外す方法を説明するする図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について、その第１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、以下説明する本発明の各要素は、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。
【００１６】
［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組み込まれる溶融金属めっき装置について、図１を参照しつつ説明する。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サポートロール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、移動する鋼板Ｐとの接触により駆動される。またサポートロール３は、通例、サポートロール３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】
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を得ることができる。
【００１８】
［第１態様のシンクロール］
図１のめっき装置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、その正面から見た一部が断面図である図２、図２の右側面図である図３（ａ）、図２の拡大断面図である図３（ｂ）を参照して説明する。なお、以下の第２態様のシンク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１を例として説明する構成はサポートロール３にも適用することができる。
【００１９】
図２・図３（ａ）に示すように、シンクロール１は、回転中心となる軸心Ｉを有する外観が円柱形状のセラミックス製の胴部１ａと、胴部１ａと同軸に配置されるとともに胴部１ａの両端から軸心Ｉに沿う方向（以下軸心方向と言う。）に軸部１ｄを基本的な構成として有するとともに、胴部１ａの端に接合された接続部４を有し、この接続部４を介して軸部１ｄは胴部１ａに固定されている。なお、胴部１ａの端に配置される各々二の接続部４および軸部１ｄの構成およびそれらと胴部１ａとの関係は同一であるので、図示右側の接続部４および軸部１ｄのみ説明し、左側の接続部４および軸部１ｄの説明は省略する。
【００２０】
［胴部］
外径ｄ１である外周面と中空部１ｂを有する略円筒形状のセラミックス製の胴部１ａは、胴部１ａの軸心Ｉと同軸に外周面が形成された略円筒形状の小径部１ｃを両端に有している。なお、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、その表面と内部との温度分布が異なると過大な応力が生じ、割損する可能性があるので、胴部１ａに中空部１ｂを設け、胴部１ａの軸心Ｉに直交する方向（以下半径方向と言う。）において一定の厚みｔ１を有することが好ましいが、中空部１ｂを設けず胴部１ａを中実としてもよい。また、胴部１ａは、鋼板に接触する部分の外観が略円柱形状であればよく、他の部分は、めっき浴中のスラグの付着防止や回転バランスの調整などを考慮し適宜な形状に設定すればよい。
【００２１】
［軸部］
中実状である略円柱形状の軸部１ｄは、胴部１ａの側に形成された大径部１ｅと、胴部１ａの反対側に形成され回転自在に軸受で支持される小径部１ｇと、大径部１ｅと小径部１ｇとを連結する中間部１ｆとを有しており、大径部１ｅが接続部４に固定される。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。この大径部１ｅと中間部１ｆの結合部および中間部１ｆと小径部１ｇの結合部の各々の表面は、鋭角な部分が存在すると破壊の起点となるため、軸心方向に沿う断面視において滑らかな曲線となっている。なお、軸部１ｄを構成する材料は特段に限定されることはなく金属でもよいが、めっき浴に対する耐蝕性の点からセラミックスで構成することが望ましく、めっき浴からの伝熱による膨張を同一にする点から胴部１ａと同一のセラミックスで構成することが更に望ましい。
【００２２】
［接続部］
胴部１ａの端に固定される接続部４は、図２に示すように、軸心Ｉに沿う断面視がコの字形状をなしており、図３（ｂ）に示すように、略円板形状の基部４ｂと、基部４ｂの外周部に形成された環状部４ａを有している。まず、基部４ｂについて説明する。基部４ｂは、その中央部に、胴部１ａの軸心Ｉと同軸に形成された孔部４ｃが配置され、この孔部４ｃに軸部１ｄの大径部１ｅが挿入され固定される。なお、接続部４への軸部１ｄの固定方法は、例えば接続部４の孔部４ｃおよび軸部１ｄの大径部１ｅに各々形成した螺子により、あるいは別途設けた固定部材により固定してもよいが、シンクロール１の操業の安定性およびコストの面から、焼嵌めや冷嵌めにより固定することが好ましい。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い。焼嵌め率が０．０１／１０００未満であると、接続部４による軸部１ｄの締付け力が不十分であり、軸部１ｄが接続部４から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、軸部１ｄまたは接続部４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。なお、以下で述べる、接続部４の胴部１ａに対する固定も上記と同様に焼嵌めや冷嵌めで行うことが望ましい。
【００２３】
さらに、基部４ｂは、半径方向においてその外周面と孔部４ｃの内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４ｉを好ましい構成要素として有し、図３（ａ）に示すように、貫通孔４ｉは、軸心周りに３０°のピッチで等角度に形成されている。この貫通孔４ｉは、シンクロール１をめっき浴に浸漬した際に、溶融金属が流通する流路となる。すなわち、シンクロール１をめっき浴に浸漬する場合には、溶融金属は、流路４ｉを通じ胴部１ａの中空部１ｂに導入され胴部１ａをその内面から加熱し、シンクロール１の熱衝撃による割損を防止するとともに胴部１ａと接続部４との離間を防止する。一方で、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１ｂに導入された溶融金属は、流路４ｉを通じ外部に排出され溶融金属が中空部で凝固することを防止する。また、シンクロール１の中空部１ｂに流路４ｉを通じて溶融金属を導入することにより、中空部１ｂに存在する空気を排出でき、もって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。なお、流路４ｉ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、異なる孔径の流路４ｉを複数設けてもよく、流路４ｉ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一方の接続部４の流路４ｉに対し、他方の接続部４の流路４ｉ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４の孔部４ｃの内周面に軸心方向に伸びる溝を形成し、軸部１ｄの大径部１ｅが接続部４に固定されたときに大径部１ｅの外周面と溝との組合せにより流路が構成されるようにしてもよい。
【００２４】
次に、接続部４を構成する環状部４ａについて説明する。図３（ｂ）に示すように、基部４ｂと継ぎ目なくその外周部に一体的に設けられた本態様の環状部４ａは、胴部１ａの小径部１ｃの外径ｄ３とほぼ同一内径である孔部４ｅを有し、この孔部４ｅに小径部１ｃが嵌着され固定されている。この胴部１ａと接続部４の固定方法は、既に述べたように、焼嵌めまたは冷嵌めで行うことが望ましいが、本態様の接続部４は、寸法の大きな胴部１ａの外周面を環状部４ａの孔部４ｅに挿入し焼嵌めまたは冷嵌めするので、胴部の中空部に接続部を焼嵌めまたは冷嵌めする場合に比べ、同様な焼嵌率であっても締め代が大きくなり、作業の容易化を図ることができるという副次的な効果が生じる。
【００２５】
ここで、本発明に係わるシンクロールは、接続部４の環状部４ａに設けた孔部４ｅに胴部１ａの端を挿入し固定するという基本構成を採用している。そのため、中空状胴部の中空部に接続部を挿入し固定するという従来のシンクロールにおいて拘束条件であった胴部の内径や軸部の外径を考慮する必要が少なく、接続部４の寸法や形状を設定する際の自由度が高い。そして、本態様の接続部４においては、環状部４ａの肉厚ｔ２は、胴部１ａの大径部分の肉厚ｔ１よりも薄く形成した。このように環状部４ａを構成することは、胴部１ａから接続部４を容易に分離可能にするという本願の第１目的からすれば必須ではない。しかしながら、めっき浴にシンクロール１を浸漬した際の接続部（第２態様のシンクロール２においては軸部）の離脱を防止するという本願の第２目的に対しては有効である。すなわち、シンクロール１をめっき浴に浸漬すると、溶融金属の熱は環状部４ａを伝熱し、その後胴部１ａの小径部１ｃへ互いの界面を通じて伝熱される。ここで、環状部４ａは、胴部１ａに対し薄肉であるため、溶融金属の熱は速やかに環状部４ａを伝熱し、またその熱は小径部１ｃへも時差少なく伝熱され、両者は一様に加熱される。しかして、環状部４ａおよび小径部１ｃの熱膨張はほぼ同一となり、両者の熱膨張の態様の差による胴部１ａからの接続部４の離脱の可能性が低下する。この効果は、シンクロール１をめっき浴に浸漬した初期段階において顕著である。
【００２６】
なお、図３（ｂ）に示すように、接続部４（環状部４ａ）の外径ｄ２は、胴部１ａの外径ｄ１以下とし、半径方向において、接続部４が、胴部１ａの外周面から突出しないように配置することが望ましい。胴部１ａの外周面に接触しつつ走行する鋼板は、条件によっては軸心方向に移動する場合があり、鋼板との接触による接続部４の破損を防止するためである。
【００２７】
さらに、本態様の接続部４においては、好ましい形態として、環状部４ａの孔部４ｅに挿入された胴部１ａの小径部１ｃは、その端面が基部４ｂの左側面４ｈに密着することにより軸心方向の位置決めがなされ、環状部４ａの左側面４ｇと胴部１ａの大径部分の右端面１ｊとの間には軸心方向に隙間１ｋが形成されている。軸心方向における接続部４の位置決め固定するに際し、このように小径部１ｃの端面と基部４ｂの左側面４ｈとを密着させ両面の間への溶融金属の侵入を防止するとともに、外部に開放された間隙１ｋを設けることにより、シンクロール１をめっき浴に浸漬した際に当該間隙１ｋに浸入した溶融金属は、シンクロール１の引き上げ時に容易に排出されるので、引き上げ後の溶融金属の固化によるシンクロール１の割れを抑制することができる。
【００２８】
加えて、本態様の接続部４には、環状部４ａの孔部４ｅの内周面と基部４ｂの左側面４ｈの交点に、符号４ｆで示す、その断面視が円の一部である逃がし部が好ましい構成要素として円環状に形成されている。小径部１ｃの外周面の角部が挿入可能な逃がし部４ｆにより、胴部１ａを接続部４に組合せる際の組立性が向上するとともに、応力拡大係数が減少し鋭角な角部からの熱応力による接続部４の破損を抑制することが可能となる。加えて、図５を参照して下記で詳述するように、逃がし部４ｆを設けておくことにより接続部４の分離作業が極めて容易となる。なお、逃がし部４ｆの形状は上記に限定されず、その断面視は矩形状・三角形状その他角部を掘り下げた凹形状であればよいが、接続部４の破損防止という点からその形状は円または楕円の一部であることが望ましい。
【００２９】
上記構成のシンクロール１において、接続部４を胴部１ａから分離する方法の一例について、加工除去法による分離方法を説明する図である図５を参照しつつ説明する。
【００３０】
図５に示すように、本態様の加工除去法では、軸心方向において環状部４ａの孔部４ｅの長さ（深さ）よりも大きい幅を有する円板状の砥石ＧＷを用い、以下の手順で接続部４を胴部１ａから分離する。まず、軸心方向において、砥石ＧＷの左側面が、隙間１ｋの中に位置するよう、環状部４ａの孔部４ｅのうえに砥石ＧＷを位置あわせする。次いで、軸心回りにシンクロールを回転させつつ砥石ＧＷを軸心方向に向け送り込むと、環状部４ａは、砥石ＧＷにより除去される。ここで、砥石ＧＷの外周面が、接続部４の逃がし部４ｆに到達した時点で砥石ＧＷの送り込みを停止すると、逃がし部４ｆで接続部４は分離され、環状部４ａの一部のみが小径部１ｃに残存した状態となっている。この残存した環状部４ａは非常に薄くなっているので、打砕など適宜な方法で除去すればよい。以上により、小径部１ｃを損傷させることなく、接続部４を胴部１ａから分離することができる。
【００３１】
上記加工除去法による接続部４の分離方法で例示したように、本態様のシンクロール１において、胴部１ａは接続部４の孔部４ｅに嵌め入れされており、胴部１ａとの接合を担っている環状部４ａは外部に露出しているので、分離作業を外部から容易に行うことができ、高価な胴部１ａのリサイクル性を高めることができる。
【００３２】
なお、上記シンクロール１のように、胴部に小径部を設ける点、接続部に流路を設ける点、および半径方向において接続部を胴部の外周面から突出させない点は、本発明において必ずしも必要ではない。以下その点について、上記シンクロール１の変形例である接続部５を有するシンクロールの部分拡大断面図である図３（ｃ）を参照しながら説明する。ここで、図３（ｃ）において、上記で述べたシンクロール１と同一の構成要素については同一符号を付している（以下説明する第２態様のシンクロール２についても同様である。）。
【００３３】
本変形例に係わるシンクロールは、基本的にはシンクロール１と同様であり、胴部１ａの端が接続部５の環状部４ａの孔部４ｅに固定され、胴部１ａの両端に固定された接続部５の間で露出している胴部１ａの外周面に接触しながらめっき浴中を鋼板が走行する構成である。一方で、本変形例に係わるシンクロールは、シンクロール１に対し、胴部１ａの端部に小径部が設けられておらず、溶融金属を排出するための流路が無く、さらに半径方向において環状部４ａが胴部１ａの外周面より突出した状態で配置されている点で相違している。しかしながら、図５を参照して説明したように、本シンクロールにおいても、接続部５を胴部１ａから容易に取り外すことが可能であるという点では、シンクロール１と同一の作用を奏することができる。なお、上記シンクロール１と同様に、めっき浴への浸漬時における接続部５の離脱を防止するために、図３（ｃ）に示すように、半径方向における環状部４ａの厚みｔ２を、胴部１ａの厚みｔ１未満とすることが好ましい。
【００３４】
［第２態様のシンクロール］
本発明に係わる第２態様のシンクロール２について、図４を参照しつつ説明する。第２態様のシンクロール２は、基本的に第１態様のシンクロール１と同様に構成されているが、接続部４が、軸部２ｄの左端に継ぎ目なく一体的に含まれている点、および軸心方向に軸部２ｄを貫通する中空部２ｉを有し、この中空部２ｉが溶融金属の流通する流路の役目を果たしている点で相違している。なお、溶融金属による加熱に伴う熱応力の発生を抑制するとともに製造の容易化の点から、軸部２ｄを構成する大径部１ｅ、中間部１ｆおよび小径部１ｇの肉厚がほぼ同一となるよう、中空部２ｉを形成することが望ましい。
【００３５】
［材料構成］
以下、上記胴部１ａ、接続部４・５および軸部１ｄ・２ｄを構成する材料がセラミックスである場合に、その好適な例について説明する。なお、本発明において、必然的にセラミックスである必要があるのは胴部１ａのみであり、接続部４・５および軸部１ｄ・２ｄは例えば金属で構成してもよいが、溶融金属めっき浴用ロールであるシンクロールでは、全ての部材をセラミックスで構成することが、使用中における破損や損耗を防止するために好ましい。
【００３６】
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、シンクロール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、シンクロール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。
【００３７】
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しなければならない。
【００３８】
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必要がある。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
窒化珪素セラミックス中のマグネシウム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。
【００４３】
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。ＭｇＯ／ＩＩＩＡ２Ｏ３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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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未満であるとロールが破壊するおそれがある。係数Ｒは、ロール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。
【符号の説明】
【００４７】
１（２） シンクロール
１ａ 胴部
１ｂ 中空部
１ｃ 小径部
１ｄ（２ｄ） 軸部
３ サポートロール
４（５） 接続部
４ａ 環状部
４ｂ 基部
４ｉ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外観が略円柱形状のセラミックスからなる胴部と、前記胴部の端から軸方向に延びる外観が略円柱形状の軸部とを有する溶融金属めっき浴に浸漬される溶融金属めっき浴用ロールであって、前記軸部は、前記胴部の端に接合される接続部を介し前記胴部に接合されており、前記接続部は、前記胴部の端が嵌着される環状部を有す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、前記軸部と別体であり、その一端に前記環状部を備え、その他端に前記軸部が嵌着される孔部を備える請求項１に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項３】
前記胴部は中空部を有する円筒体であり、前記胴部の半径方向において前記環状部の厚みは、前記胴部の厚み未満である請求項１または２のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項４】
前記胴部の中空部に溶融金属めっき浴を導入する流路が形成されている請求項３に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項５】
前記胴部は、その端部に小径部を備え、前記小径部が前記環状部に嵌着されている請求項４に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項６】
前記環状部の最大外径は、前記胴部の最大外径以下である請求項５に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項７】
前記接続部は、セラミックスで構成されている請求項１乃至６のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項８】
前記軸部は、セラミックスで構成されている請求項１乃至７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セラミックスからなる胴部と、前記胴部の端から軸方向に延びる外観が略円柱形状の軸部とを有する溶融金属めっき浴に浸漬される溶融金属めっき浴用ロールであって、前記軸部は、前記胴部の端に接合される接続部を介し前記胴部に接合されており、前記接続部は、前記胴部の端が嵌着される環状部を有す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、前記軸部と別体であり、その一端に前記環状部を備え、その他端に前記軸部が嵌着される孔部を備える請求項１に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項３】
前記胴部は中空部を有する円筒体であり、前記胴部の半径方向において前記環状部の厚みは、前記胴部の厚み未満である請求項１または２のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項４】
前記胴部の中空部に溶融金属めっき浴を導入する流路が形成されている請求項３に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項５】
前記胴部は、その端部に小径部を備え、前記小径部が前記環状部に嵌着されている請求項４に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項６】
前記環状部の最大外径は、前記胴部の最大外径以下である請求項５に記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項７】
前記接続部は、セラミックスで構成されている請求項１乃至６のいずれかに記載の溶融金属めっき浴用ロール。
【請求項８】
前記軸部は、セラミックスで構成されている請求項１乃至７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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２４１２０９（Ｐ２０１２−２４１２０９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１０２７０（Ｐ２０１１−１１０２７０）
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【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２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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