(57)【要約】【課題】慣性モーントの低減と軸部摩擦抵抗の低減とを両立できる溶融金属内で使用される案内ロールおよび溶融金属鍍金装置を提供することを目的とする。【解決手段】案内ロール１０は、搬送される帯状材を液状体中で案内するものであって、円筒体１と、円筒体１の中心部に配置された円柱体４とを具備し、且つ、案内ロール１の比重が、これが設置される前記液状体の比重と略同一である。また、前記液状体が溶融している金属、あるいは溶融している亜鉛または亜鉛合金等である。さらに、本発明の溶融金属鍍金装置は、溶融金属槽と、シンクロールと、サポートロールと、ワイピングロールと、を有し、前記サポートロールが案内ロール１０である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送される帯状材を液状体中で案内する案内ロールであって、
該案内ロールが円筒体と、該円筒体の中心部に配置された円柱体とを具備し、
且つ、該案内ロールの比重が、前記液状体の比重と略同一であることを特徴とする案内ロール。
【請求項２】
前記液状体が溶融している金属であることを特徴とする請求項１記載の案内ロール。
【請求項３】
前記溶融している金属が、亜鉛または亜鉛合金であることを特徴とする請求項２記載の案内ロール。
【請求項４】
溶融している金属を貯蔵する溶融金属槽と、
前記溶融している金属内に配置され、侵入した前記帯状材を前記溶融している金属外に引き上げる方向に方向変換するシンクロールと、
前記溶融している金属内に配置され、前記シンクロールによって方向変換された前記帯状体を案内するサポートロールと、
前記溶融している金属の上方に配置され、引き上げられた前記帯状体に付着した前記溶融している金属の一部を除去するワイピング装置と、
を有する帯状材に金属を鍍金する溶融金属鍍金装置であって、
前記サポートロールが請求項１乃至３の何れかに記載の案内ロールであることを特徴とする溶融金属鍍金装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、案内ロールおよび溶融金属鍍金装置、特に、亜鉛または亜鉛合金等の溶融している金属を鋼帯等に鍍金する溶融金属鍍金装置に設置される案内ロール、および該案内ロールが設置された溶融金属鍍金装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶融している金属（以下「溶融金属」と称す）を鋼帯（ストリップに同じ）に鍍金する溶融金属鍍金装置において、溶融金属中で鋼帯を案内する浴中ロール（以下「案内ロール」と称す）の周速と搬送されている鋼帯の速度とが一致しないことが原因で、鋼帯にスリ疵が発生するという問題があった。
このため、案内ロールの回転抵抗を小さくするため、案内ロール内を空洞にしたり、密度の小さい材質で製造したりしていた。すなわち、ロールの慣性モーメントを小さくすることによって、ライン速度の加減速時におけるロールの回転抵抗の低減を目的にしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２３２５６６号公報（第５−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ロールの回転抵抗の要素としては、加減速時に作用する慣性モーメントの他に、軸部に作用する摩擦抵抗（以下「軸部摩擦抵抗」と称す）が大きな影響を示す。ロールの回転抵抗を低減するためには、慣性モーメントと軸部摩擦抵抗とを低減する必要がある。
このため、前記特許文献１に開示された中空ロールは、中空径が大きい程あるいは材質の密度が小さい程、慣性モーントは低減できるものの、溶融金属中では大きな浮力が働くため、中空径が大きい程あるいは材質の密度が小さい程、軸部摩擦抵抗が大きくなるという課題があった。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、慣性モーントの低減と軸部摩擦抵抗の低減とを両立できる案内ロールおよび溶融金属鍍金装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）本発明の案内ロールは、搬送される帯状材を液状体中で案内するものであって、
該案内ロールが円筒体と、該円筒体の中心部に配置された円柱体とを具備し、
且つ、該案内ロールの比重が、前記液状体の比重と略同一であることを特徴とする案内ロール。
（２）また、前記液状体が溶融している金属であることを特徴とする。
（３）また、前記溶融している金属が、亜鉛または亜鉛合金であることを特徴とする。
【０００６】
（４）本発明の溶融金属鍍金装置は、溶融している金属を貯蔵する溶融金属槽と、
前記溶融している金属内に配置され、侵入した前記帯状材を前記溶融している金属外に引き上げる方向に方向変換するシンクロールと、
前記溶融している金属内に配置され、前記シンクロールによって方向変換された前記帯状体を案内するサポートロールと、
前記溶融している金属の上方に配置され、引き上げられた前記帯状体に付着した前記溶融している金属の一部を除去するワイピング装置と、
を有する帯状材に金属を鍍金する溶融金属鍍金装置であって、
前記サポートロールが前記（１）〜（３）の何れかに記載の案内ロールであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
（ｉ）したがって、本発明の案内ロールは、円筒体と該円筒体の中心部に配置された円柱体とを具備するから、慣性モーメントおよび比重のそれぞれを別個に所望の値に設定することができる。
（ｉｉ）また、案内ロールの比重が液状体の比重と略同一であるから、かかる液状体に浸漬した際、軸受に作用する自重を限りなく０（ゼロ）にすることができる。なお、本発明における「略同一」とは、前記のように軸受に作用する自重が実質的に無視可能な程度であることを指す。
（ｉｉｉ）また、前記液状体が溶融している金属であるから、溶融金属装置における鍍金槽に設置されるサポートロール（コレクトロールに同じ）に好適である。
（ｉｖ）また、前記溶融している金属が亜鉛または亜鉛合金であるから、溶融亜鉛鍍金装置に設置されるサポートロール（コレクトロールに同じ）に好適である。
【０００８】
（ｖ）さらに、本発明の溶融金属鍍金装置は、溶融金属槽に配置されるサポートロールが前記（ｉ）〜（ｉｖ）の何れかに記載の案内ロールであるから、慣性モーントの低減と軸部摩擦抵抗の低減とが両立され、帯状材にスリ疵が発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［実施の形態１］
（案内ロール）
図１は本発明の実施の形態１に係る案内ロールを模式的に説明する構成図である。図１において、案内ロール（以下「ロール」と称す）１０は、円筒部１と、円筒部１の両端に設置された円盤部２と、円筒部１とは反対の方向に向けて円盤部２に設置された軸部３と、円筒部１の内部に収納されて円盤部２に設置された円柱部４とを有している。
したがって、円筒部１の外径および内径に加え、円柱部４の外径を選択することによって、慣性モーメント（定性的に「ＧＤ２（ジーデースクエア）に同じ）および密度のそれぞれを所望の値に設定することができる。また、円筒部１を低密度の材質で形成し、一方、円柱部４を高密度の材質で形成すれば、密度を一定の値に維持したままで、極めて低い慣性モーメントのロールを得ることができる。
【００１０】
（案内ロールに作用するトルク）
図２は本発明の実施の形態１に係る案内ロールの使用状態を模式的に説明する側面図である。図２において、図示しない溶融した亜鉛中に無駆動のロール１０が配置され、ロール１０は、張力Ｔでもって引っ張られている鋼帯２０を、点線で示される鋼帯２０のパスラインよりも水平方向に一定量押し込むことにより案内している。
そうすると、ロール１０（外径＝Ｄ１、内径＝Ｄ２、長さ＝Ｌ）には、水平方向に下記押付力Ｆｘが作用するから、これによって、押付力による駆動トルクＴａが作用する。
押付力：    Ｆｘ＝２・Ｔ・ｓｉｎ（θ）                ・・・・式（１）
駆動トルク：Ｔａ＝（Ｄ１／２）・ μ１・Ｆｘ           ・・・・式（２）
＝２・（Ｄ１／２）・ μ１・Ｔ・ｓｉｎ（θ）  ・・・式（３）
ただし、μ１はロール１０と鋼帯２０との摩擦係数、θは鋼帯２０のロール１０への巻き付き角度の１／２であって、鋼帯２０の押し込み量（インターメッシュ、「ＩＭ」と表示する）に対応している。
【００１１】
また、案内ロール１０には、その回転数（角速度に相当する）が変動する際、下記ロール慣性トルクＴｉが作用する。
慣性トルク：  Ｔｉ＝（ＧＤ２／３７４）・（ｄＮ／ｄｔ）     ・・・・式（４）
ＧＤ２＝（π／８）・ρ・（Ｄ１4−Ｄ２4）・Ｌ   ・・・・式（５）
ただし、ρはロール１０の材質の密度である。
【００１２】
さらに、案内ロール１０には、亜鉛の粘性による下記粘性抵抗トルクＴｎ、および軸受部の摩擦による下記軸受摩擦抵抗トルクＴｆが作用する。
粘性抵抗トルク：    Ｔｎ＝４・π・η・ω・（Ｄ１／２）・２・Ｌ ・・式（６）
軸受摩擦抵抗トルク：Ｔｆ＝μ３・（Ｆｃ／２）・（Ｄ３／２）     ・・式（７）
ただし、ηは溶融亜鉛の粘性係数、ωはロール１０の回転角速度、μ３は軸部３とこれを支える軸受との摩擦係数、Ｄ３は軸部３の外径、Ｆｃは押付力Ｆｘと、ロール１０の溶融亜鉛中における重量（＝大気中における自重−溶融金属中で作用する浮力、以下「浴中重量」と称する）Ｆｙとの合力である。
【００１３】
（案内ロールの回転可能条件）
スリ疵は前述のように、ロール１０の周速と鋼帯２０の搬送速度とが相違する場合に発生する。すなわち、搬送されている鋼帯２０に当接して、ロール１０が回転する以下の条件の場合にスリ疵は発生しない。
加減速時  ：Ｔａ＞Ｔｉ＋Ｔｎ＋Ｔｆ   ・・・・・式（８）
定常速度時：Ｔａ＞Ｔｎ＋Ｔｆ         ・・・・・式（９）
【００１４】
図３は、本発明の実施の形態１に係る案内ロールの回転可能領域を張力ＴとインターメッシュＩＭとの関係で示す回転性比較図である。すなわち、図中、右下がりの曲線の上方の領域においては、駆動トルクＴａが回転抵抗トルクよりも大きいから前述の回転可能条件が満足される。
たとえば張力が同じとき、インターメッシュＩＭが大きい程（巻き付き角度が大きいに同じ）、押付力Ｆｘが増して、駆動トルクＴａも大きくなって、ロール１０は回転し易く、スリ疵は発生し難くなる。一方、インターメッシュＩＭが同じときは、張力が大きくなる程、駆動トルクＴａも大きくなって、ロール１０は回転し易く、スリ疵は発生し難くなる。
【００１５】
（実施例）
表１は、本発明の実施の形態１に係る案内ロールの実施例の諸元を示している。すなわち、本発明の案内ロールＣ、Ｄは、中空ロールであって、内径および円柱体（「鉄芯」と称している）が、案内ロールＣは１２０ｍｍおよび８０．１３ｍｍ、案内ロールＤは、１５０ｍｍおよび１２０．５ｍｍである。また、比較ロールＡは中実ロール、比較ロールＢは、鉄芯を具備しない中空ロールである。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
（実施例）
図４は、表１に示す実施例について、（ａ）はＧＤ２、（ｂ）は浴中重量を示す比較図である。
図４の（ａ）において、ロールＡ〜ＤのＧＤ２は、いずれも、２３ｋｇｆ・ｍ2 程度であるのに対し、図４の（ｂ）において、浴中重量が大幅に相違している。すなわち、中空ロールＢは浴中重量がマイナスになっているから、ロール１０には浮き上がろうとする力が作用している。
また、鉄芯ロールＣとＤとは、ＧＤ２が２２．７３ｋｇｆ・ｍ2と２２．０４ｋｇｆ・ｍ2で、浴中重量が−０．０７ｋｇｆと−０．０７ｋｇｆである。すなわち、両者は、同じ浴中重量であるが、鉄芯外径が大きい鉄芯ロールＤの方がＧＤ２が小さくなっている。
【００１８】
（実施例の回転可能領域）
図５および図６は、表１に示す実施例についての回転可能領域を示す回転性比較図であって、図５は加減速時、図６は鋼帯が一定速度で搬送されている時である。
図５において、比較ロールである中実ロールＡ、中空ロールＢ、本発明の鉄芯ロールＣ、および鉄芯ロールＤの順番に、回転可能領域が拡大している。すなわち、本発明の鉄芯ロールＣ、Ｄは、浴中重量がほとんどゼロ（Ｆｙ＝０に準じる）であるから、式（７）中の合力Ｆｃの値が小さくなり、軸受摩擦抵抗トルクＴｆの値が小さくなっている。
このため、比較的小さな張力あるいは比較的小さなインターメッシュＩＭでもって、ロール１０は回転可能になっている。また、回転不良領域では鋼帯速度とロール速度との間に速度差が生じ、鋼帯にスリ疵が発生することとなるが、本発明の鉄芯ロールＣ、Ｄはこの回転不良領域が比較ロールＡ、Ｂよりも狭く、スリ疵対策として有効であることがわかる。
【００１９】
図６において、鋼帯２０が一定速度で搬送されている時、本発明の鉄芯ロールＣおよび鉄芯ロールＤは、僅かのインターメッシュＩＭでもって、回転可能になっている。
なお、鉄芯ロールＣに比較して鉄芯ロールＤの方が回転加工領域が広いのは、後者の方が前者よりも、ＧＤ２が小さいためである。
したがって、鉄芯ロールとしては、浴中重量をゼロ（０）としつつ、鉄芯外径を大きく、円筒部内径を大きく（円筒部肉厚を薄く）することが好ましいことが分かる。
【００２０】
［実施の形態２］
（溶融金属鍍金装置）
図７は本発明の実施の形態２に係る溶融金属鍍金装置を模式的に説明する構成図である。図１において、溶融金属鍍金装置１００は、溶融している亜鉛または亜鉛合金（以下「溶融亜鉛」と称す）Ｍを貯蔵する溶融金属槽９０と、溶融亜鉛Ｍに下端部が浸漬し、溶融金属Ｍに侵入する前の鋼帯２０を包囲して鋼帯２０の酸化を防止するスナウト３０と、溶融亜鉛Ｍ内に配置され、侵入した鋼帯２０を溶融金属Ｍの外に引き上げる方向に方向変換するシンクロール４０と、溶融亜鉛Ｍ内に配置され、シンクロール４０によって方向変換された鋼帯２０を案内する一対のサポートロール（コレクトロールに同じ）５０と、溶融金属Ｍの上方に配置され、引き上げられた鋼帯２０に付着している余剰の溶融金属Ｍを除去するワイピングノズル６０（ワイピング装置に同じ）と、を有している。
そして、一対のサポートロールの一方または両方が、実施の形態１に示す案内ロール１０によって形成されている。
【００２１】
したがって、前述のように、案内ロール１０は、僅かのインターメッシュＩＭでもって、ロール１０は回転可能になっているから、鋼帯２０のサイズや鋼種が変動しても、回転可能であって、スリ疵の発生を防止することができる。
たとえば、鋼帯の張力が３０００ｋｇｆの場合、加減速時に、従来の案内ロールでは１５．５ｍｍ程度の押し込み量（インターメッシュＩＭに相当する）を必要としていたのが、本発明の案内ロールでは１３．５ｍｍ程度に減少している。さらに、一定の搬送速度の時には、従来の案内ロールでは１４ｍｍ程度の押し込み量（インターメッシュＩＭに相当する）を必要としていたのが、本発明の案内ロールでは０．４ｍｍ程度に大幅に減少している。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は以上であるから、慣性モーメントおよび比重のそれぞれを別個に所望の値に設定することができるから、各種案内ロールとして、また、溶融金属に浸漬された際、軸受に作用する自重が実質的に無視可能になるから、各種溶融金属を鍍金する溶融亜鉛鍍金装置として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る案内ロールを模式的に説明する構成図。
【図２】図１に示す案内ロールの使用状態を模式的に説明する側面図。
【図３】図１に示す案内ロールの回転可能領域を張力ＴとインターメッシュＩＭとの関係で示す回転性比較図。
【図４】実施例について、ＧＤ２と浴中重量とを示す比較図。
【図５】実施例について、回転可能領域を示す回転性比較図（加減速時）。
【図６】実施例について、回転可能領域を示す回転性比較図（一定速度）。
【図７】本発明の実施の形態２に係る溶融金属鍍金装置を模式的に説明する構成図。
【符号の説明】
【００２４】
１  円筒部
２  円盤部
３  軸部
４  円柱部
１０  案内ロール
２０  鋼帯
３０  スナウト
４０  シンクロール
５０  サポートロール（コレクトロール）
６０  ワイピングノズル
９０  溶融金属槽
１００  溶融金属鍍金装置
Ｆｘ  押付力
Ｆｙ  浴中重力
Ｆｃ  合力
ＩＭ  インターメッシュ
Ｔ  張力
Ｔａ  駆動トルク
Ｔｉ  ロール慣性トルク
Ｔｎ  粘性抵抗トルク
Ｔｆ  軸受摩擦抵抗トルク
Ａ  中実ロール（比較ロール）
Ｂ  中空ロール（比較ロール）
Ｃ  鉄芯ロール（本発明ロール）
Ｄ  鉄芯ロール（本発明ロール）
Ｍ    溶融亜鉛
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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