(57)【要約】【課題】溶融金属めっき処理用ロールにおいて、使用寿命をより長くすることを可能にする。【解決手段】溶融金属中で金属材料を通板する溶融金属めっき処理用ロールであって、軸受によって軸支される前記溶融金属めっき処理用ロールの軸部は、ロール胴部から回転軸方向に向かって突設される軸部本体に、一方の端部にフランジを有する円筒形状のスリーブが、前記フランジが設けられる側の端部が前記軸部本体の基端側に位置するように嵌合されるとともに、前記フランジと、前記スリーブが前記軸部本体に嵌合された際に前記フランジが当接する面であるアクスルと、の当接部位の外周が溶接されることによって構成され、前記フランジの外径Ｄｆ、前記スリーブの外径Ｄｓ、及び前記アクスルの外径Ｄａが、Ｄｓ＋１０ｍｍ≦Ｄｆ≦Ｄａ＋２００ｍｍの関係を満たす、溶融金属めっき処理用ロールを提供する。【選択図】図５
2018178160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属中で金属材料を通板する溶融金属めっき処理用ロールであって、
軸受によって軸支される前記溶融金属めっき処理用ロールの軸部は、ロール胴部から回転軸方向に向かって突設される軸部本体に、一方の端部にフランジを有する円筒形状のスリーブが、前記フランジが設けられる側の端部が前記軸部本体の基端側に位置するように嵌合されるとともに、前記フランジと、前記スリーブが前記軸部本体に嵌合された際に前記フランジが当接する面であるアクスルと、の当接部位の外周が溶接されることによって構成され、
前記フランジの外径Ｄｆ、前記スリーブの外径Ｄｓ、及び前記アクスルの外径Ｄａが、下記数式（１０１）に示す関係を満たす、
溶融金属めっき処理用ロール。
【数１】
2018178160.tif 000014
【請求項２】
前記フランジの外径Ｄｆ、及び前記アクスルの外径Ｄａが、下記数式（１０３）に示す関係を満たす、
請求項１に記載の溶融金属めっき処理用ロール。
【数２】
2018178160.tif 000015
【請求項３】
前記フランジの、前記アクスルと当接する側とは逆側の表面に、前記フランジを溶融金属から保護する保護膜が形成される、
請求項１又は２に記載の溶融金属めっき処理用ロール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料に対してめっき処理を施す溶融金属めっき処理装置において、溶融金属中に設けられ、当該金属材料を通板する溶融金属めっき処理用ロールに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板等の金属材料に対してめっき処理を施す工程において、溶融金属めっき処理装置が用いられている。溶融金属めっき処理装置では、溶融金属（例えば溶融亜鉛等）が満たされためっき槽内に溶融金属めっき処理用ロール（以下、単にロールともいう）が設けられている。当該ロールが回転することによって、当該ロールに係回された金属材料が溶融金属中を長手方向に連続的に通板され、当該金属材料に対してめっき処理が施される。
【０００３】
上記ロール及びその軸受は、溶融金属中に浸漬されて設けられる。従って、摩耗や腐食を考慮して、軸受によって軸支される上記ロールの軸部は、ロール胴部から突出して設けられる軸部本体と、当該軸部本体に嵌合される円筒形のスリーブと、から構成されることが一般的である。軸部本体の外周面がスリーブによって覆われることにより、ロールの回転に伴う軸受との摺動による摩耗や溶融金属による腐食から、軸部本体を保護することができる。
【０００４】
ここで、ロールの軸部本体とスリーブとの接合は、通常、溶接で行われる。しかしながら、ロールの使用に伴い、高温の溶融金属に晒され溶損されることにより、その溶接部ののど厚は減少していく。また、ロールの使用中には、当該ロールの回転により発生するスリーブ表面と軸受との間の摩擦力によって、当該溶接部にモーメントが負荷される。従って、何ら対策をしなければ、ロール交換の正規のタイミングが訪れる前に、当該溶接部が破断してしまう恐れがある。
【０００５】
溶接部が破断してしまうと、スリーブが空回りしたり、スリーブが脱落したりしてしまい、正常な操業が困難となるため、ロールの補修や交換を行う必要が生じる。このように、ロールをより長寿命化し、保守費用を抑えるために、ロールの軸部本体とスリーブとの溶接部には、破断の発生を抑制するための技術が求められていた。
【０００６】
ここで、例えば、特許文献１には、ロールの軸部本体とスリーブとの溶接に関するものではないが、中空のロールシェル部の両端にロールシャフト部を溶接して構成されるロールにおいて、その溶接部を覆うようにカバーが設けられた構成が開示されている。当該構成によれば、カバーによって、溶接部が溶融金属に直接晒されなくなるため、当該溶接部の溶損を抑制することが可能となる。かかる技術は、ロールにおける溶接部の溶損を抑制する技術として、ロールの軸部本体とスリーブとの溶接部に対しても有効である可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭５５−６７１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述したように、特許文献１に記載の技術は、ロールの軸部本体とスリーブとの溶接に関するものではない。従って、特許文献１に記載の技術をロールの軸部本体とスリーブとの間の溶接部に適用しようとする場合には、カバーと溶接部との適切な位置関係や、カバーの適切な大きさ等は不明であり、当該技術をそのまま適用することは困難である。更には、カバーによって溶接部を保護する構成では、当該カバーを設ける分、ロールを構成する部材、及びロールを作製するための工程が増加することとなるため、ロール作製時のコストも増加してしまう。
【０００９】
上記事情に鑑みれば、溶融金属めっき処理用ロールにおいては、その軸部本体とスリーブとの溶接部をより適切に保護することにより、使用寿命をより長くすることが求められていた。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、使用寿命をより長くすることが可能な、新規かつ改良された溶融金属めっき処理用ロールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、溶融金属中で金属材料を通板する溶融金属めっき処理用ロールであって、軸受によって軸支される前記溶融金属めっき処理用ロールの軸部は、ロール胴部から回転軸方向に向かって突設される軸部本体に、一方の端部にフランジを有する円筒形状のスリーブが、前記フランジが設けられる側の端部が前記軸部本体の基端側に位置するように嵌合されるとともに、前記フランジと、前記スリーブが前記軸部本体に嵌合された際に前記フランジが当接する面であるアクスルと、の当接部位の外周が溶接されることによって構成され、前記フランジの外径Ｄｆ、前記スリーブの外径Ｄｓ、及び前記アクスルの外径Ｄａが、下記数式（１０１）に示す関係を満たす、溶融金属めっき処理用ロールが提供される。
【００１１】
【数１】
2018178160.tif 000003
【００１２】
また、当該溶融金属めっき処理用ロールにおいては、前記フランジの外径Ｄｆ、及び前記アクスルの外径Ｄａが、下記数式（１０３）に示す関係を満たしてもよい。
【００１３】
【数２】
2018178160.tif 000004
【００１４】
また、当該溶融金属めっき処理用ロールにおいては、前記フランジの、前記アクスルと当接する側とは逆側の表面に、前記フランジを溶融金属から保護する保護膜が形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、溶融金属めっき処理用ロールにおいて、使用寿命をより長くすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のロールの軸部近傍の断面を概略的に示す図である。
【図２】図１に示すロールの溶接部の拡大図であり、当該溶接部ののど厚の減少について説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る溶融金属めっき処理装置の概略構成を示す図である。
【図４】本実施形態に係るシンクロールの概略構成を示す側面図である。
【図５】図４に示すシンクロールの、軸部の拡大図である。
【図６】本実施形態に係るシンクロールの軸部の他の構成を示す図である。
【図７】本実施形態に係るシンクロールの軸部の他の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
なお、以下の説明において、単に溶接部と記載した場合には、特に断りがない限り、ロールの軸部本体とスリーブとの溶接部のことを指すこととする。
【００１９】
（１．本発明に想到した背景）
本発明の一実施形態に係るロールの構成について詳細に説明するに先立ち、本発明をより明確なものとするために、本発明者らが従来のロールについて検討した結果について説明する。また、併せて、本発明者らが本発明に想到した背景について説明する。
【００２０】
（１−１．従来のロールについての検討）
上述したように、溶融金属めっき処理用ロールでは、そのロールの軸部本体とスリーブとの溶接部の破断の発生を抑制するための技術が求められている。当該溶接部の破断には、（１）ロールの回転に伴い溶接部に負荷されるモーメント、及び（２）高温の溶融金属に晒されることによる溶接部の溶損の２つの因子が、大きく影響していると考えられている。以下、従来のロールの構成について説明しつつ、これら２つの因子について詳細に説明する。
【００２１】
図１を参照して、溶接部の破断を招く２つの因子について本発明者らが検討した結果について説明する。図１は、従来のロールの軸部近傍の断面を概略的に示す図である。図１では、従来のロールの軸部近傍の、回転軸を含む断面の様子を示している。
【００２２】
図１に示すように、従来のロール５０の軸部５１０は、ロール５０の胴部から当該ロールの回転軸（図中、一点鎖線で示す）方向に突設される円柱形状の軸部本体５１１に、円筒形状のスリーブ５１２が嵌合されて構成される。スリーブ５１２は、片側が有底の円筒形状を有し、軸部本体５１１に嵌合された際に、その開口された側の端部が、ロール５０の軸部本体５１１が突設される面（以下、アクスルという）と当接するように、その形状が形成されている。換言すれば、アクスルは、スリーブ５１２が軸部本体５１１に嵌合された際に、当該スリーブ５１２の開口された側の端部が当接する面のことである。このスリーブ５１２の開口された側の端面とアクスルとの当接部位の外周が溶接されることにより、スリーブ５１２が軸部本体５１１に接合される。図１では、この溶接される部位を、溶接部５２０として、ハッチングを付して示している。
【００２３】
操業中には、ロール５０は、溶融金属が満たされためっき槽内に配設される。ロール５０は、その軸部５１０が、同じくめっき槽内に配設される軸受５３０に挿入された状態で（すなわち、ロール５０が軸受け５３０に軸支された状態で）、金属材料を通板するために、溶融金属中で回転する。なお、図１では、図面が煩雑になることを避けるために、軸受５３０について図中上側の一部断面しか記載していないが、実際には、図中下側にも、スリーブ５１２の外周面と接するように軸受５３０の一部の断面が存在し得る。ロール５０及び軸受５３０は、ともに、溶融金属の中に浸漬されているため、当該溶融金属は、軸部５１０の表面（すなわち、スリーブ５１２の外周面）と軸受５３０との間の潤滑剤としても作用する。なお、スリーブ５１２の外周面には、軸受５３０との摺動に対する耐摩耗性、及び溶融金属に対する耐食性を向上させるために、被膜（図示せず）が形成され得る。
【００２４】
操業中にロール５０が回転すると、スリーブ５１２の外周面には、その円周方向に、軸受５３０との摺動に起因する摩擦力Ｆｒが負荷されることとなる。従って、ロール５０の回転軸から摩擦力Ｆｒが作用するスリーブ５１２の外周面までの距離（すなわち、スリーブ５１２の外半径）をｒ０とすると、スリーブ５１２には、操業中におけるロール５０の回転に伴い、下記数式（１）に示すモーメントＭｒが負荷されることとなる。
【００２５】
【数３】
2018178160.tif 000005
【００２６】
モーメントＭｒはスリーブ５１２全体に負荷されるものであるから、ロール５０の回転中には、溶接部５２０にも当該モーメントＭｒが負荷され得る。このような、ロール５０の回転に伴い溶接部５２０に負荷されるモーメントＭｒが、溶接部５２０の破断を誘起する１つ目の因子（上記（１））である。
【００２７】
また、上述したように、操業中には、ロール５０は、溶融金属が満たされためっき槽内に配設される。従って、溶接部５２０も、高温の溶融金属に晒されている。ロール５０の回転に伴い、溶接部５２０も溶融金属中で動くこととなるから、図２に示すように、溶接部５２０は溶損し、そののど厚は徐々に減少し得る。図２は、図１に示すロール５０の溶接部５２０の拡大図であり、当該溶接部５２０ののど厚の減少について説明するための図である。図２では、図１では図示を省略していた、スリーブ５１２の外周面に形成される被膜５１３を図示している。図２に示すように、被膜５１３が形成されている部位については溶損が抑制され得るが、溶接部５２０を含む被膜５１３が形成されない部位については、ロール５０の使用に伴い、その溶損が進行し得ることとなる。このような、高温の溶融金属に晒されることによる溶接部５２０の溶損が、溶接部５２０の破断を誘起する２つ目の因子（上記（２））である。
【００２８】
（１−２．溶接部の破断を誘起する因子に対する対策）
本発明者らは、以上説明した溶接部５２０の破断を誘起する２つの因子に対する対策について検討した。これら２つの因子に対する対策が施されたロールを作製することができれば、溶接部の破断の発生がより抑制された、より長寿命なロールを実現することが可能となる。
【００２９】
まず、本発明者らは、１つ目の因子（（１）ロールの回転に伴い溶接部に負荷されるモーメント）に対する対策について検討した。
【００３０】
溶接部５２０に負荷され得る、溶接部５２０が破断しない限界の応力（すなわち、許容応力）をＦａとする。当該許容応力Ｆａが溶接部５２０に負荷されている状況を仮定すると、当該状況では、溶接部５２０には、下記数式（２）に示すモーメントＭａが負荷されていることとなる。
【００３１】
【数４】
2018178160.tif 000006
【００３２】
ここで、ｒ１は、ロール５０の回転軸から溶接部５２０までの距離（すなわち、ロール５０の回転軸を中心とした、円環状の溶接部５２０の半径）、ｔａは溶接部５２０ののど厚、Ｌａは溶接部５２０の溶接長さである。なお、溶接長さＬａは、下記数式（３）で表される。
【００３３】
【数５】
2018178160.tif 000007
【００３４】
なお、図１に示すように、溶接部５２０は、そののど厚ｔａの分、径方向に幅を有するため、溶接部５２０の半径ｒ１を、その幅の範囲内のどこで定義するかが問題となる。本明細書では、一例として、ロール５０の回転軸から、溶接部５２０の当該回転軸に最も近い点までの径方向の距離を、溶接部５２０の半径ｒ１としている。後述する本実施形態に係るシンクロール１０の溶接部１４０についても同様である。また、図１、及び後述する図５、図６、図７においても、この考え方に倣ってｒ１を図示している。ただし、これはあくまで一例であって、溶接部５２０、１４０の半径ｒ１は、ロール５０、シンクロール１０の回転軸から、径方向における溶接部５２０、１４０のいずれかの点までの距離として適宜設定されてよい。
【００３５】
上述したロール５０の回転に伴い溶接部５２０に負荷されるモーメントＭｒが、この許容応力に対応するモーメントＭａよりも小さければ、モーメントＭｒが負荷されたとしても、溶接部５２０の破断は生じないこととなる。つまり、モーメントＭｒによって溶接部５２０が破断しないための条件は、下記数式（４）で表される。
【００３６】
【数６】
2018178160.tif 000008
【００３７】
数式（４）に上記数式（１）〜（３）を代入すると、下記数式（５）を得る。
【００３８】
【数７】
2018178160.tif 000009
【００３９】
上記数式（５）は、スリーブ５１２の外半径ｒ０に比べて溶接部５２０の半径ｒ１を大きくするほど、モーメントＭｒが負荷された場合に、溶接部５２０は破断し難いことを意味している。つまり、本発明者らは、上記１つ目の因子（（１）ロールの回転に伴い溶接部に負荷されるモーメント）に対する対策として、スリーブ５１２の外半径ｒ０に比べて、溶接部５２０の半径ｒ１をできるだけ大きくすることが有効であるとの考えに至った。
【００４０】
図１に示すように、ロール５０の構成では、溶接部５２０は、スリーブ５１２の径方向における外縁部に存在するため、ｒ０≒ｒ１となってしまう。従って、当該構成では、モーメントＭｒが負荷された場合に、溶接部５２０の破断を抑制することは困難であると考えられる。
【００４１】
次に、本発明者らは、２つ目の因子（（２）高温の溶融金属に晒されることによる溶接部の溶損）に対する対策について検討した。
【００４２】
溶接部５２０の溶損に対しては、溶接部５２０近傍での溶融金属の流れが大きく影響していると考えられる。そこで、本発明者らは、図１に示す軸部５１０近傍の計算モデルを作成し、当該計算モデルを用いて、ロール５０が回転した際の軸部５１０近傍における溶融金属の流動について、数値解析シミュレーションを実行した。その結果、ロール５０の回転に伴い、スリーブ５１２と軸受５３０との接触面の周囲（主に図１に矢印Ｙで模擬的に示す領域）に、比較的高温の溶融金属の流れが生じることが確認できた。
【００４３】
この比較的高温の溶融金属の流れは、スリーブ５１２と軸受５３０との接触面から、ロール５０の回転軸方向に向かって進み得る。図１に示すように、ロール５０の構成では、溶接部５２０は、スリーブ５１２の径方向における外縁部に存在するため、この比較的高温の溶融金属の流れの向かう先に、当該溶接部５２０が存在することとなる。つまり、ロール５０の構成では、溶接部５２０は、当該比較的高温の溶融金属の流れに直接的に晒されることとなり、当該溶接部５２０の溶損が促進されてしまうと考えられる。
【００４４】
以上の解析結果から、本発明者らは、上記２つ目の因子（（２）高温の溶融金属に晒されることによる溶接部の溶損）に対する対策として、スリーブ５１２と軸受５３０との接触面の周囲に生じる比較的高温の溶融金属の流れに直接的に晒されない位置に、溶接部５２０を位置させることが有効であるとの考えに至った。
【００４５】
以上、本発明者らが検討した、溶接部５２０の破断を誘起する２つの因子に対する対策について説明した。本発明者らは、以上説明した２つの対策が施されたロールの構成について鋭意検討した結果、本発明に想到した。つまり、本発明は、以上説明した２つの対策が施されたロールに関するものであり、それ故、溶接部の破断の発生をより抑制し得る効果を奏するものである。
【００４６】
以下、本発明の好適な一実施形態について、詳細に説明する。なお、以下では、めっき処理の対象となる金属材料が鋼板であり、めっきする溶融金属が亜鉛である場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明はかかる例に限定されず、本発明に係る技術は、他の金属材料に対するめっき処理、及び他の金属をめっきする場合においても適用可能である。
【００４７】
（２．溶融金属めっき処理装置の構成）
図３は、本発明の一実施形態に係る溶融金属めっき処理装置の概略構成を示す図である。図３を参照すると、本実施形態に係る溶融金属めっき処理装置１は、めっき槽３１０内に、軸受３５０によって軸部１３０が軸支されるシンクロール１０と、軸受３６０によって軸部２３０が軸支されるサポートロール２０と、が設けられて構成される。図３は、本実施形態に係る溶融金属めっき処理装置１を、シンクロール１０及びサポートロール２０の回転軸方向から見た様子（ただし、めっき槽３１０の外壁は透過させている）を、概略的に図示している。
【００４８】
めっき処理の対象である鋼板２は、スナウト３３０を経てめっき槽３１０内に送り入れられる。めっき槽３１０内には、溶融亜鉛３２０が満たされており、鋼板２が溶融亜鉛３２０に浸漬されることにより、鋼板２の表面にめっき処理が施される。
【００４９】
めっき層内に送り入れられた鋼板２は、溶融亜鉛３２０内に設けられたシンクロール１０のロール胴部に係回されることによってその搬送方向が変更され、サポートロール２０のロール胴部によって支持されながら、めっき槽３１０から引き上げられる。その後、ワイピングノズル３４０によって、鋼板２表面のめっきの厚みが調整される。
【００５０】
シンクロール１０の軸部１３０と軸受３５０との間、及びサポートロール２０の軸部２３０と軸受３６０との間、は、溶融亜鉛３２０によって潤滑される。そのため、軸受３５０、３６０としては、好適に滑り軸受が用いられる。
【００５１】
ここで、本発明は、溶融亜鉛３２０中に設けられるロールに対して適用可能なものである。従って、図３に示す例であれば、シンクロール１０及びサポートロール２０の双方に対して、本発明が適用され得る。以下の説明では、シンクロール１０を例に挙げて、その詳細な構成について説明を行うこととする。
【００５２】
（３．シンクロールの構成）
図４は、本実施形態に係るシンクロール１０の概略構成を示す側面図である。図４を参照すると、本実施形態に係るシンクロール１０は、ロール胴部１１０の回転軸方向の両端に、当該回転軸方向に突出するボス部１２０及び軸部１３０が設けられた構成を有する。より具体的には、ロール胴部１１０の回転軸方向の両端に、当該回転軸方向に向かってボス部１２０が突設されており、当該ボス部１２０の回転軸方向の端部に、当該回転軸方向に向かって軸部１３０が更に突設される。ロール胴部１１０は、シンクロール１０の回転に伴い鋼板２を通板する際に、鋼板２が係回される部位である。軸部１３０は、シンクロール１０の回転軸方向の両端部に設けられ、図２に示す軸受３５０によって軸支される部位である。
【００５３】
軸部１３０は、ボス部１２０の回転軸方向の端部から当該回転軸方向に向かって突設される軸部本体１３１に、スリーブ１３２が嵌合されることによって構成される。スリーブ１３２が設けられることにより、シンクロール１０の回転に伴う軸受３５０との摺動による摩耗や溶融亜鉛３２０による腐食から、軸部本体１３１が保護され得る。なお、図４及び後述する図５〜図７では図示を省略しているが、スリーブ１３２の外周面には、軸受３５０との摺動に対する耐摩耗性、及び溶融亜鉛３２０に対する耐食性を向上させるために、被膜が形成され得る。当該被膜は、後述するフランジ１３４の保護膜と同様の材料によって形成され得る。
【００５４】
図５は、図４に示すシンクロール１０の、軸部１３０の拡大図である。図５では、説明のため、軸受３５０も併せて図示している。なお、図１と同様に、図面が煩雑になることを避けるために、軸受３５０は、図中の上方において軸部１３０と接する一部のみを模擬的に図示している。
【００５５】
図５に示すように、本実施形態では、スリーブ１３２は、片側有底の円筒形状である円筒部１３３と、円筒部１３３の開口側の端部に設けられるフランジ１３４と、を有する。このように、スリーブ１３２は、フランジ付きのスリーブである。
【００５６】
スリーブ１３２は、その円筒部１３３が軸部本体１３１に嵌合された状態で、フランジ１３４が軸部本体１３１が突設されるボス部１２０の端部の面（すなわち、アクスル）に当接するように形成されている。円筒部１３３が軸部本体１３１に嵌合された状態で、フランジ１３４とアクスルとの当接部位の外周が溶接されることにより（図中、溶接部１４０を参照）、軸部本体１３１とスリーブ１３２とが接合され、軸部１３０が形成される。
【００５７】
本実施形態では、このようにスリーブ１３２にフランジ１３４を設けるとともに、そのフランジの外径Ｄｆ（フランジ径Ｄｆ）を適切に決定することにより、上述した溶接部の破断を誘起する２つの因子に対する対策が施されたシンクロール１０を実現する。
【００５８】
具体的には、１つ目の因子（（１）ロールの回転に伴い溶接部に負荷されるモーメント）に対する対策としては、上述したように、スリーブ１３２の外半径ｒ０に比べて、溶接部１４０の半径ｒ１をできるだけ大きくすることが有効である。なお、外半径ｒ０は、軸受３５０との間で摩擦力が作用する外周面までの半径であるから、本実施形態においては、円筒部１３３の外半径ｒ０に対応する。
【００５９】
この点について、図１に示す従来のロール５０のように、スリーブ５１２にフランジが設けられない場合には、溶接部５２０は、当該スリーブ５１２の径方向における外縁部となるため、ｒ０≒ｒ１となってしまう。これに対して、本実施形態では、図５に示すように、スリーブ１３２にフランジ１３４が設けられることにより、溶接部１４０は、当該フランジ１３４の径方向における外縁部に存在することとなるため、ｒ０＜ｒ１とすることができる。このように、１つ目の因子に対する対策は、スリーブ１３２にフランジ１３４を設けることにより実現され得る。
【００６０】
また、２つ目の因子（（２）高温の溶融金属に晒されることによる溶接部の溶損）に対する対策としては、上述したように、スリーブ１３２と軸受３５０との接触面の周囲に生じる比較的高温の溶融亜鉛の流れ（以下、単に、比較的高温の溶融亜鉛の流れともいう）に直接的に晒されない位置に、溶接部１４０を位置させることが有効である。この点について、図１に示す従来のロール５０のように、スリーブ５１２にフランジが設けられない場合には、溶接部５２０が、ロール５０の回転軸方向に進んできたこの比較的高温の溶融亜鉛の流れに直接的に晒されることとなってしまう。これに対して、本実施形態では、図５に示すように、スリーブ１３２にフランジ１３４が設けられることにより、シンクロール１０の回転軸方向に進んできた比較的高温の溶融亜鉛の流れは、フランジ１３４の円筒部１３３が設けられる側の面に衝突することとなるため、溶接部１４０が、当該比較的高温の溶融亜鉛の流れに直接的に晒されることはない。このように、２つ目の因子に対する対策も、スリーブ１３２にフランジ１３４を設けることにより実現され得る。
【００６１】
なお、スリーブ１３２にフランジ１３４が設けられる場合であっても、比較的高温の溶融亜鉛の流れは、フランジ１３４に衝突した後、当該フランジ１３４の径方向に向かって進み、溶接部１４０上を流れる可能性がある。しかしながら、フランジ径Ｄｆが、スリーブの外径Ｄｓ（スリーブ径Ｄｓ）よりも所定の値以上大きければ、比較的高温の溶融亜鉛の流れが、フランジ１３４に衝突した後、溶接部１４０上を流れたとしても、その勢いは十分に弱められており、溶接部１４０の溶損は抑制され得ると考えられる。本発明者らによる検討の結果、具体的には、フランジ径Ｄｆ及びスリーブ径Ｄｓが、下記数式（６）に示す関係を満たせば、フランジ１３４に衝突後、比較的高温の溶融亜鉛の流れの勢いが十分に弱められ、溶接部１４０の溶損が好適に抑制され得ることが判明した（詳細は、後述する実施例を参照）。
【００６２】
【数８】
2018178160.tif 000010
【００６３】
従って、本実施形態では、上記数式（６）に示す関係を満たすように、スリーブ１３２のフランジ１３４を形成する。これにより、上記２つ目の因子に対する対策が反映されたシンクロール１０を実現することができる。
【００６４】
更に、本実施形態では、フランジ１３４の円筒部１３３が設けられる側の表面に、フランジ１３４を溶融亜鉛から保護するための保護膜が形成されてもよい。フランジ１３４の当該表面には、比較的高温の溶融亜鉛の流れが衝突することとなるため、シンクロール１０の使用に伴い、当該表面の溶損が進行することが懸念される。当該表面に保護膜を設けることにより、このような比較的高温の溶融亜鉛が衝突することによるフランジ１３４の溶損を抑制することが可能となるため、更に長寿命なシンクロール１０を実現することができる。
【００６５】
当該保護膜は、例えば、Ｃｏ基自溶性合金、セラミックス（ＳｉＯ２−Ｃｒ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３の複合材、Ａｌ２Ｏ３傾斜構造等）、サーメット（炭化物、窒化物、硼化物等のセラミックスとＣｒ、Ｎｉ、Ｃｏからなる、ＷＣ−Ｃｏ、ＷＢ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｎｉ等）、又は耐溶融金属（Ｗ、Ｃｒ）等が、単層又は複層に積層されることによって形成される。その他、一般的にシンクロールの保護膜として用いられている材料であれば、各種の公知のものが、当該保護膜として用いられてよい。
【００６６】
以上、本実施形態に係るシンクロール１０の構成について説明した。以上説明したように、本実施形態では、シンクロール１０の軸部１３０を、軸部本体１３１に対してスリーブ１３２を嵌合することによって構成する。そして、当該スリーブ１３２にフランジ１３４を設けるとともに、当該フランジ１３４を、上記数式（６）に示す関係を満たすように形成する。フランジ１３４を設けることにより、スリーブ１３２の外半径ｒ０及び溶接部１４０の半径ｒ１について、ｒ０＜ｒ１とすることができ、上記１つ目の因子に対する対策が実現される。また、フランジ１３４を設けるとともに、当該フランジ１３４が上記数式（６）に示す関係を満たすことにより、溶接部１４０が、比較的高温の溶融亜鉛の流れに直接的に晒されなくなり、当該流れの影響を受け難くなるため、上記２つ目の因子に対する対策が実現される。従って、シンクロール１０によれば、溶接部１４０の破断をより効果的に抑制することができ、長寿命化を図ることが可能になる。
【００６７】
ここで、上記１つ目の因子に対する対策及び上記２つ目の因子に対する対策について検討すると、フランジ径Ｄｆが大きいほど、その対策を講じた際の効果は大きいと考えられる。フランジ径Ｄｆが大きいほど、スリーブ１３２の外半径ｒ０に対する溶接部１４０の半径ｒ１の値は大きくなり、また、比較的高温の溶融亜鉛の流れが、フランジ１３４に衝突した後、向きを変えて溶接部１４０に向かう勢いも弱くなるからである。従って、シンクロール１０の軸部１３０の構成は、図４及び図５に示すものに限定されず、フランジ径Ｄｆがより大きい構成であってもよい。
【００６８】
図６及び図７は、このような、本実施形態に係るシンクロール１０の軸部１３０の他の構成を示す図である。図６及び図７では、いずれも、図４に示すシンクロール１０の軸部１３０に対応する部分の拡大図を示している。なお、図６及び図７においても、説明のため、軸受３５０も併せて図示している。また、図６及び図７においても、図１と同様に、図面が煩雑になることを避けるために、軸受３５０は、図中の上方において軸部１３０と接する一部のみを模擬的に図示している。
【００６９】
図６及び図７を参照すると、他の構成例に係る軸部１３０ａ、１３０ｂは、図５に示す軸部１３０について、そのスリーブ１３２のフランジ１３４の外径Ｄｆが大きくされたものに対応する。具体的には、図６に示す軸部１３０ａは、そのスリーブ１３２ａのフランジ１３４ａの外径Ｄｆが、アクスルの外径Ｄａ（アクスル径Ｄａ）と略等しくなるように構成されている。また、図７に示す軸部１３０ｂは、そのスリーブ１３２ｂのフランジ１３４ｂの外径Ｄｆが、アクスル径Ｄａよりも大きくなるように構成されている。
【００７０】
図６及び図７に示すスリーブ１３２ａ、１３２ｂのように、フランジ径Ｄｆがより大きい場合には、上記１つ目の因子に対する対策及び上記２つ目の因子に対する対策についての効果が、より顕著に発揮されるため、溶接部１４０の溶損をより効果的に抑制することが可能になる。
【００７１】
ここで、スリーブ１３２ａ、１３２ｂのように、フランジ径Ｄｆがアクスル径Ｄａ以上である場合には、溶接部１４０は、フランジ１３４ａ、１３４ｂの、円筒部１３３が設けられない側（すなわち、スリーブ１３２ａ、１３２ｂが開口している側）に位置することとなる。従って、比較的高温の溶融亜鉛の流れが、フランジ１３４ａ、１３４ｂによって遮られ、溶接部１４０まで達し難くなる効果が更に奏される。つまり、フランジ径Ｄｆをアクスル径Ｄａ以上とすることにより、上記２つ目の因子に対する対策についての効果が、更に顕著に発揮されることとなり、溶接部１４０の溶損を更に抑制することが可能になる。
【００７２】
なお、上記のように、フランジ径Ｄｆが大きいほど、上記１つ目の因子に対する対策を講じることによる効果及び上記２つ目の因子に対する対策を講じることによる効果は大きくなると考えられるが、様々な観点から、フランジ径Ｄｆの大きさには限界が存在し得る。例えば、フランジ径Ｄｆが大きくなるほど、シンクロール１０の製造コストは増大するし、シンクロール１０をめっき槽３１０内に設置する際の作業性も悪化する。従って、フランジ径Ｄｆの上限値は、このような製造コストや作業性等の観点から適宜決定され得る。
【００７３】
あるいは、フランジ径Ｄｆの上限値は、上記１つ目の因子に対する対策を講じることによる効果及び上記２つ目の因子に対する対策を講じることによる効果が飽和する値として決定されてもよい。例えば、図６及び図７に示すように、フランジ径Ｄｆがアクスル径Ｄａ以上である場合には、フランジ径Ｄｆにかかわらず、溶接部１４０はアクスルの径方向における外縁部に位置することとなる。つまり、溶接部１４０の半径ｒ１の最大値は、フランジ径Ｄｆにかかわらず、約Ｄａ／２であるから、上記１つ目の因子に対する対策を講じることによる効果は、フランジ径Ｄｆがアクスル径Ｄａ以上になると飽和することとなる。
【００７４】
また、上記２つ目の因子に対する対策を講じることによる効果についても、フランジ径Ｄｆを大きくすることによるその効果の増大には限界があると考えられる。比較的高温の溶融亜鉛の流れが、フランジ１３４ａ、１３４ｂによってほぼ遮られ、溶接部１４０まで達しなくなれば、その効果は飽和すると考えられるからである。具体的には、本発明者らによる検討の結果、フランジ径Ｄｆがアクスル径Ｄａ＋２００ｍｍ以上になると、溶接部１４０の溶損抑制の効果は飽和することが判明した。
【００７５】
以上説明したように、上記１つ目の因子に対する対策を講じることによる効果及び上記２つ目の因子に対する対策を講じることによる効果について検討すると、両方の効果がともに飽和するようなフランジ径Ｄｆの上限値は、後者の効果が飽和する値である、アクスル径Ｄａ＋２００ｍｍであると考えられる。従って、上記１つ目の因子に対する対策を講じることによる効果及び上記２つ目の因子に対する対策を講じることによる効果がともに飽和する観点からは、フランジ径Ｄｆの上限値は、アクスル径Ｄａを基準として、下記数式（７）に示すように規定されてもよい。
【００７６】
【数９】
2018178160.tif 000011
【００７７】
この場合、上記数式（６）、（７）をまとめると、フランジ径Ｄｆの取り得る範囲として、下記数式（８）を得ることができる。つまり、本実施形態では、フランジ付きのスリーブであって、下記数式（８）に示す関係を満たすスリーブ１３２、１３２ａ、１３２ｂによって、軸部１３０、１３０ａ、１３０ｂを構成してもよい。
【００７８】
【数１０】
2018178160.tif 000012
【００７９】
ここで、従来、シンクロールの軸部を構成するスリーブについて、フランジ付きのスリーブ自体は存在する（例えば、特開２００１−１９２７９４号公報、特表２０１２−５０１３８２号公報、及び特開２００９−５２０８８３号公報等を参照）。しかしながら、これらの文献に記載のフランジ付きのスリーブでは、そのスリーブ径、フランジ径、及びアクスル径についての詳細な規定はなく、本実施形態のような、溶接部の溶損抑制の効果が得られるとは限らない。
【００８０】
また、これらの文献に記載のフランジ付きのスリーブの中には、スリーブを軸部本体に直接溶接しているのではなく、押さえ金等の部材を用いてスリーブを軸部本体に固定し、当該押さえ金を溶接している構成が存在する。このような構成では、溶接部の位置が本実施形態とは異なることとなるため、上述した溶接部の破断を誘起する１つ目の因子に対する対策及び２つ目の因子に対する対策をそのまま適用することはできない。つまり、本実施形態は、以上説明したシンクロール１０のように、スリーブ１３２が軸部本体１３１に直接溶接されて両者が接合されるシンクロールについて、少なくとも上記数式（６）を満たすように当該スリーブ１３２を構成することによって溶接部１４０の破断発生の抑制の効果を得るものであり、上記のような両者の接合方法が異なるシンクロールについては、本実施形態の対象とはならない。
【００８１】
なお、上記のように押さえ金等の部材を用いてスリーブを軸部本体に固定することによって両者を接合しているシンクロールでは、両者の間が完全には密封されないため、その間に溶融亜鉛が浸入し、軸部本体が溶損する恐れが生じ得る。これに対して、本実施形態のように、スリーブ１３２が軸部本体１３１に直接溶接されて両者が接合されるシンクロール１０では、両者の間が完全に密封されることとなるため、その間に溶融亜鉛が浸入する恐れがなく、軸部本体１３１が溶損することもない。このように、本実施形態に係るシンクロール１０の軸部１３０の構成によれば、軸部本体１３１の溶損を効果的に防止する効果も得ることができ、シンクロール１０の更なる長寿命化が実現され得る。
【実施例】
【００８２】
本発明に係るシンクロールを溶融金属めっき処理装置に適用した実施例について説明する。本発明による溶接部１４０の破断発生の抑制効果について確認するため、図４に示す本実施形態に係るシンクロール１０と同様の構成を有するシンクロールを、図３に示す溶融金属めっき処理装置１と同様の構成を有する溶融金属めっき処理装置に適用し、以下の条件の下でめっき処理を行った。
【００８３】
（条件）
通板速度（シンクロール回転速度）：５０〜１００（ｍ／ｍｉｎ）
溶融金属材料：亜鉛
溶融金属温度：４５０（℃）
【００８４】
本実施例では、スリーブ径、フランジ径及びアクスル径が互いに異なるシンクロールを多数作製し、そのそれぞれについて、７２０時間使用した後の、溶接部の溶損の度合いを比較した。結果を、下記表１に示す。なお、下記表１において、実施例１〜３８は、上記数式（８）の範囲に含まれるものを示しており、比較例１〜１０は、上記数式（８）の範囲に含まれないものを示している。また、下記表１では、溶接部の溶損の度合いについては、７２０時間使用した後の当該溶接部ののど厚の減少量を調査し、その減少量を２段階で評価した結果（「大」、「小」）を示している。ここで、溶接部の溶損が「大」とは、のど厚の減少量が２５％以上であった場合を示しており、溶接部の溶損が「小」とは、のど厚の減少量が２５％未満であった場合を示している。
【００８５】
【表１】
2018178160.tif 000013
【００８６】
表１を参照すると、実施例１〜３８に示されるように、フランジ径Ｄｆ及びスリーブ径Ｄｓが、Ｄｆ≧Ｄｓ＋１０ｍｍの関係を満たす場合には、溶接部の溶損を小さく抑えられることが分かった。一方、比較例１〜１０に示されるように、フランジ径Ｄｆ及びスリーブ径Ｄｓが、Ｄｆ＜Ｄｓ＋１０ｍｍの関係を満たす場合には、溶接部の溶損は大きくなってしまうことが分かった。このような結果が生じた理由は、Ｄｆ＜Ｄｓ＋１０ｍｍの場合には、比較的高温の溶融亜鉛の流れが、フランジの表面に衝突した後、進行方向を変えて溶接部上を通過する際に、その勢いが十分に弱められないのに対して、Ｄｆ≧Ｄｓ＋１０ｍｍの場合には、その勢いが十分に弱められるからであると考えられる。当該結果から、上記数式（６）に示す関係（すなわち、Ｄｆ≧Ｄｓ＋１０ｍｍ）を満たすようにフランジを形成することにより、溶接部の溶損を効果的に抑制可能であることが示された。
【００８７】
また、本実施例では、フランジ径Ｄｆの値を、Ｄｆ≦Ｄａ＋２００ｍｍまで変化させている。実施例４、８、１２、１６、２０、２４、２８、３２、３６に示されるように、上限値であるＤｆ＝Ｄａ＋２００ｍｍの場合にも、溶接部の溶損を小さく抑えられることが確認された。つまり、本実施例の結果から、上記数式（８）に示す関係（すなわち、Ｄｓ＋１０ｍｍ≦Ｄｆ≦Ｄａ＋２００ｍｍ）を満たすようにフランジを形成することにより、本発明の効果が確かに得られ、溶接部の溶損を抑制可能であることが確認できた。
【００８８】
（４．補足）
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。
【００８９】
例えば、上述した実施形態では、ボス部１２０を有するシンクロール１０を例に挙げて軸部１３０の構成について説明したが、本発明が適用され得るロールはかかる例に限定されない。本発明が適用され得るロールは、ロールの両端部においてその回転軸方向に向かって軸部が突設される構成を有していればよく、その他の構成は任意であってよい。例えば、ボス部１２０が設けられず、ロール胴部から直接軸部が突設されるロールや、ボス部１２０に対応する構成が多段設けられたロールに対しても、本発明は好適に適用可能である。
【００９０】
また、例えば、上述した実施形態では、スリーブ１３２、１３２ａ、１３２ｂは、片側有底の円筒形状である円筒部１３３と、円筒部１３３の開口側の端部に設けられるフランジ１３４、１３４ａ、１３４ｂと、を有していたが、本発明はかかる例に限定されない。本発明が適用され得るスリーブは、両端が開口している円筒形状の円筒部と、当該円筒部の一方の端部に設けられるフランジと、を有してもよい。かかるスリーブが軸部本体に嵌合される場合には、フランジが設けられる側の端部が当該軸部本体の基端側（すなわち、ロール胴部側）に位置するように、当該スリーブが軸部本体に嵌合される。そして、フランジとアクスルとの当接部位の外周が溶接されるとともに、スリーブのフランジが設けられない側の端部の開口部が蓋状の部材によって塞がれる。かかる両端が開口している円筒形状を有するスリーブにおいても、そのフランジ径Ｄｆを上述した実施形態と同様に適宜設定することにより、溶接部の溶損の抑制の効果を好適に得ることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１    溶融金属めっき処理装置
２    鋼板
１０    シンクロール
２０    サポートロール
５０    ロール
１１０    ロール胴部
１２０    ボス部
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、５１０    軸部
１３１、５１１    軸部本体
１３２、１３２ａ、１３２ｂ、５１２    スリーブ
１３３    円筒部
１３４、１３４ａ、１３４ｂ    フランジ
１４０、５２０    溶接部
２３０    軸部
３１０    めっき槽
３２０    溶融亜鉛
３３０    スナウト
３４０    ワイピングノズル
３５０、３６０、５３０    軸受
【図１】
2018178160.tif 000016
【図２】
2018178160.tif 000017
【図３】
2018178160.tif 000018
【図４】
2018178160.tif 000019
【図５】
2018178160.tif 000020
【図６】
2018178160.tif 000021
【図７】
2018178160.tif 000022