(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端面に開口部を有する円筒体で、溶融金属めっき浴中に浸漬して回転自在に設置され、該めっき浴中を下方に走行する被めっき材である金属帯を巻き付けて、該金属帯の進行方向を上方に向ける溶融金属めっき浴中のシンクロールにおいて、
前記両端部の開口部を閉塞すると共に、前記金属帯と接触する前記円筒体の軸方向中央部のみの表面に、互いに離隔した複数の貫通孔を設けたことを特徴とする溶融金属めっき浴中のシンクロール。
【請求項２】
前記貫通孔の開口面積を、円筒体全表面積の０．１〜２５％とすることを特徴とする請求項１記載の溶融金属めっき浴中のシンクロール。
【請求項３】
前記円筒体の軸を含む水平面への投影でみて、前記円筒体中央の軸直交線と前記貫通孔の開口軸線とのなす角度（β）が、前記軸直交線と前記開口軸線との交点をスナウトの幅方向端部に結んで形成した線とのなす角度（α）より大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の溶融金属めっき浴中のシンクロール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属めっき浴のシンクロールに係わり、詳しくは、走行する金属帯を、前記金属帯へめっきする溶融金属が満たされた浴槽内に連続的に浸漬して、該金属帯にめっきを施す際に、該溶融金属めっき浴中に回転自在に設けられ、金属帯の進行方向を変更したり、あるいはパスラインを安定させるために使用されるロールの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属板（例えば、鋼板等）の表面に別種の金属（例えば、亜鉛、アルミニウム、亜鉛−アルミニウム合金）をめっきした所謂「めっき金属板」を製造するには、めっき作業を連続的に行なうのが一般的である。溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合の例では、図７に示すように、まず、鋼帯１をスナウト２と称する酸化防止用の覆いを経て、溶融亜鉛めっき浴３（以下、めっき浴３という）を満たした浴槽４内へ連続的に浸漬し、その表面に該溶融亜鉛を付着させる。そして、該鋼帯１をめっき浴３から引き上げ出した後に、表面に付着した溶融亜鉛をノズル５（ワイピングノズル５という）から噴射させたガスで吹き飛ばして、付着量を調整するようにしている。めっき浴３中を走行する鋼帯１は、該めっき浴３中に回転自在に浸漬して設けられたシンクロール６と称するロールで、その進行方向を上方に方向転換すると同時に、パスラインの安定を保持している。このシンクロール６（以下、単にロールという）は、両端面でそのロール軸（図示せず）をハンガーで支持してめっき浴３中に浸漬され、該ロール６の表面と走行する鋼帯１の表面との摩擦力で回転するようになっている。つまり、ロール自体に駆動手段が取り付けられていない場合（所謂、非駆動）が多い。また、該ロール６は、図６に示すように、中空の円筒体７で形成され、通常、該円筒体７の両端面側に開口部８を設け、溶融亜鉛３が円筒体７の内部に侵入する構造になっている。この端面の開口部８を塞ぐと、円筒体７に作用する浮力が大きくなり過ぎ、種々の問題が生じる。
【０００３】
ところで、このような連続溶融亜鉛めっき装置を用いてめっき作業を行なうと、めっき浴３中には、亜鉛と浸漬された鋼帯１から溶出する鉄とが反応し、図７に示したようなボトムドロス９と称する粒状物質（主成分はＦｅＺｎ7）が生成する。このボトムドロス９は、比重が亜鉛よりも重く、めっき浴３の底面に堆積する。通常、操業中のめっき浴３には、鋼帯１の走行やロール６の回転に伴って上向きの流れが生じているので、このボトムドロス９は、めっき浴３の底面より巻き上がって浴中に浮遊し、鋼帯１の表面に付着する現象が起きる。その結果、鋼帯１の表面に形成されためっき層に、「ドロス欠陥」と呼ばれている凸状の欠陥が発生する。その後に、製品となった溶融亜鉛めっき鋼板がプレス加工されると、ドロスの付着している面の反対側の面が凸状にふくれる欠陥が生じる。このため、特に外観に対する要求が厳しい自動車外面側用等の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合には、かかるドロス欠陥を防止するため、鋼帯１の走行速度に上限を設け、生産性を落としてもボトムドロス９の巻き上げを抑制する措置を取らざる得ない。そこで、このボトムドロス９の巻き上げを防止するための技術開発が従来より行なわれており、開示されているものも多い。
【０００４】
例えば、特開平４−２４７８６１号公報は、前記シンクロールの下部に整流板を設置し、めっき浴のドロスを含む上昇流が鋼帯表面に向かわないようにする技術を開示している。また、特開平２−３４７６０号公報は、ロール表面の全体にわたりフィルターを貼った多数の開孔を設け、それらの孔を介して清浄な溶融亜鉛を吹き出させて、ロール表面と鋼帯表面との間にドロスが入り込むのを防止する技術を開示している。さらに、特開昭５６−５１５６２号公報は、ロール表面の全体に、回転方向に沿って多数本の溝を設け、各溝にロール内部と貫通する孔を離隔して多数開口させたシンクロールを提案している。これは、ロール表面と鋼帯表面と間に介在する溶融金属を、それらの溝を通ってめっき浴へ逃げ易くすることに着眼したものである。加えて、特開平９−２７２９６１号公報は、両端面側寄り部分のロール外径を、中央部分より大きくすると共に、ロール表面の全体にわたり多数の開孔を設け、ロール表面と鋼帯表面との間に介在する溶融亜鉛を中央部分の開孔からロール内部に引き込み、両端面寄りの開孔からめっき浴へ流出させる技術を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平４−２４７８６１号公報記載の技術では、ロール直下に整流板を設置しているが、操業を一時停止した後、再度ロールに鋼帯を巻き付けるための作業が非常に煩雑になり、また整流板自体にドロスが付着して鋼帯表面と接触する恐れがあるばかりでなく、付着したドロスを除去するのにコストもかかる。
【０００６】
また、特開平２−３４７６０号公報、特開昭５６−５１５６２号公報及び特開平９−２７２９６１号公報記載のロールは、開孔数が非常に多いのに加えて、ロール自体の構造が複雑になり、製作コストが高く実用的でない。また、いずれもボトムドロスの巻き上げを防止するものではなく、巻き上げられたボトムドロスがロール表面と鋼帯表面との間に介在するのを防ぐ効果しかないので、ドロス付着を完全に防止できていない。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、ボトムドロスの巻き上がり自体をロール構造の簡単な改良で防止して、被めっき材である金属帯表面への該ドロスの付着を従来より一層抑制可能な溶融金属めっき浴中のシンクロールを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【０００９】
すなわち、本発明は、両端面に開口部を有する円筒体で、溶融金属めっき浴中に浸漬して回転自在に設置され、該めっき浴中を下方に走行する被めっき材である金属帯を巻き付けて、該金属帯の進行方向を上方に向ける溶融金属めっき浴中のシンクロールにおいて、前記両端部の開口部を閉塞すると共に、前記金属帯と接触する前記円筒体の軸方向中央部のみの表面に、互いに離隔した複数の貫通孔を設けたことを特徴とする溶融金属めっき浴中のシンクロール。
【００１０】
また、本発明は、前記貫通孔の開口面積を、円筒体全表面積の０．１〜２５％とすることを特徴とする溶融金属めっき浴中のシンクロールである。
【００１１】
さらに、本発明は、前記円筒体の軸を含む水平面への投影でみて、前記円筒体中央の軸直交線と前記貫通孔の開口軸線とのなす角度（β）が、前記軸直交線と前記開口軸線との交点をスナウトの幅方向端部に結んで形成した線とのなす角度（α）より大きいことを特徴とする溶融金属めっき浴中のシンクロールである。
【００１２】
本発明によれば、円筒体の両端面を閉塞して中央部のみに開口を設けるようにしたので、めっき浴底に向いている開口は、必ず鋼帯と接触して塞がれ、円筒体内部の溶融亜鉛を吹き出すことがない。その結果、めっき浴槽の底に堆積しているボトムドロスを乱し、巻き上げることがなくなり、鋼帯表面へのドロスの付着が従来より抑制される。また、鋼帯で塞がれていない開口から吹き出す溶融亜鉛を、前記したスナウトの領域に流出しないようにも配慮したので、吐出した溶融亜鉛の流れによりめっき浴の表面近くに滞留するトップドロスがスナウトに入り込み、鋼帯表面にそれに起因した欠陥の生じるのを防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯を交え、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
まず、発明者は、ボトムドロスの巻き上げ現象の原因を追求するため、操業停止時に浴槽内のボトムドロスをすべて除去した後、円筒体の両端面に開口部のある従来のシンクロール（以下、単にロールという）及びその両端面の開口を塞いだロールとを用い、それぞれで７日間のめっき操業を行なった。その結果を鋼帯面へのドロス付着量を図５に比較して示すが、円筒体の端面開口部を閉じた場合（点線で示す）には、ドロスの巻き上げは起きないのに対して、従来のロールでは（実線で示す）、盛んにドロスが巻き上げられることが観察され、明らかにドロス付着量に差が生じている。これは、円筒体の両端面開口部が、円筒体の回転に伴い、あたかも風車の様な役割を果たして、めっき浴の底面に浸漬しているボトムドロスを巻き上げるためと結論した。
【００１５】
しかしながら、通常使用しているロールの円筒体端面を完全に閉塞して操業を続けると、円筒体内部に亜鉛が侵入できないので、円筒体の浮力が大きくなり、それを支持している取付架台（ハンガーという）が損傷する。また、めっき浴へ長時間にわたって浸漬していると、該円筒体内部の圧力が上昇してその脆弱部を破って爆発する危険もある。
【００１６】
そこで、発明者は、従来の円筒体両端面に開口するのに代え、別の位置に円筒体内部との貫通孔を開口することにして、その開口位置を鋼帯が接触する円筒体軸方向の中央部に限ることにした。具体的には、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、円筒体軸方向の中央部１１に複数の貫通孔１２を互いに離隔して設けるのである。このようにすると、該貫通孔１２と鋼帯１とが接触していない時には、めっき浴３を形成している溶融亜鉛の一部が円筒体７の内部に侵入し、浮力を低減できる。また、遠心力により溶融亜鉛が内部から吹き出すこともでき、前記したような爆発の恐れも解消される。さらに、本発明の貫通孔は、図１（ａ）に示す通り、円筒体の外周に沿い１列に複数としても良いし、図１（ｂ）に示す通り、複数列の貫通孔を設けても良い。貫通孔の並びは、その間隙を規則的としても良いし、不規則としても良い。加えて、めっき浴３の底面へ開口が向いている貫通孔１２は、必ず鋼帯１と接触して塞がれているので、前記実験の結果からボトムドロス９を巻き上げることがないと考え、前記貫通孔１２を円筒体軸方向の中央部１１にのみ設けることを要件にして本発明を完成させた。
【００１７】
その際、前記した浮力低減等のため、めっき浴３と円筒体７内部との溶融亜鉛の引き入れ量、あるいは吐き出し量が重要になる。そこで、発明者は、この開口面積についても検討し、総ての貫通孔１２の合計開口面積を、円筒体７の全表面積の０．１〜２５％とするのが好ましいことを知った。０．１％未満では、小さすぎて溶融亜鉛の引き入れ（侵入）量が不足するからであり、２５％を超えると、大きすぎて鋼帯１より外れてしまう機会が多く、ボトムドロス９の巻き上げ防止効果が低下するからである。貫通孔の開口部の形状は、図１（ｃ）に示す通り、円形、四角形、三角形、多角形等のいずれでも良い。
【００１８】
さらに、本発明では、各貫通孔１２の開口の向きを、図２に示すように、前記円筒体７の軸を含む水平面への投影でみて、前記円筒体中央の軸直交線１３と前記貫通孔１２の開口軸線１４とのなす角度（β）が、前記軸直交線１３と前記開口軸線との交点１５（Ｐ）をスナウト２の幅方向端部１６に結んで形成した線１７とのなす角度（α）より大きくなるようにした。このようにすると、貫通孔１２が回転する円筒体のどの位置にあっても、各貫通孔から吐出した溶融亜鉛がスナウト２の領域に流れて行くのが防止できるからである。つまり、吐出した溶融亜鉛の流れによって、めっき浴３に浮遊するドロスがスナウト２の領域に入り込み、鋼帯１の表面に付着しないようにするのである。図３には、貫通孔が複数列ある時の開口の向きを示している。
【００１９】
なお、本発明でいう円筒体軸方向の中央部１１とは、該円筒体７を軸方向でほぼ３分割し、その中央部分に相当する領域である。それ以上広いと、幅が狭い鋼帯１のめっき時に、貫通孔１２が鋼帯１で完全に覆われないものが生じ、ボトムドロス９の巻き上げ防止効果が低減するからである。また、本発明では、１個あたりの貫通孔１２の大きさや貫通孔１２の総数は特に制限するものでない。前記した開口面積の制限で十分だからである。
【００２０】
【実施例】
本発明に係るシンクロールをめっき浴中に浸漬、設置し、通常行なわれている方法で溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。シンクロール６は、外径７００ｍｍ，肉厚６０ｍｍ，幅（軸方向長さ）２２００ｍｍの円筒体７である。また、円筒体７に設けた貫通孔１２は、３０ｍｍφの円形断面で、図１（ａ）に示したように、該円筒体外周に沿い一列に１８個とした（開口面積率：０．２３％）。なお、前記円筒体７の軸を含む水平面への投影でみて、前記円筒体中央の軸直交線１３と前記貫通孔１２の開口軸線１４とのなす角度（図２のβ）は、４２°とした。さらに、被めっき材の鋼帯１は、極低炭素鋼からなる幅１０００ｍｍの冷延鋼板とし、めっき浴は、Ａｌを０．１５質量％含む溶融亜鉛である。鋼帯１に付着しためっき付着量は、ワイピングノズル５からのガス吹き付けで調整した。その他の製造条件は、通常の操業に従った。
【００２１】
操業成績を、鋼帯１の走行速度と製品でのドロス欠陥発生量との関係で図４に示す。図４の本発明に係るロールは、図５に示す従来のロールに比べて優れていることが明らかである。
【００２２】
なお、上記実施例は、溶融亜鉛めっき鋼板の製造する場合であるが、本発明はそれに限らず、金属帯、溶融金属として鋼帯や溶融亜鉛以外の金属を用いる場合にも有効であることは、言うに及ばない。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、めっき浴中でのボトムドロスの巻き上がりが防止され、被めっき材である金属帯表面への該ドロスの付着を従来より一層抑制できるようになった。また、鋼帯の走行速度を従来より大きくできるようになり、生産性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシンクロールを示す斜視図であり、（ａ）は、ロール中央部に一列、（ｂ）は３列、（ｃ）は、４列に開口形状の異なる例である。
【図２】本発明に係るシンクロールに設けた貫通孔の開口部角度を説明する図である。
【図３】本発明に係るシンクロールに複数列設けた貫通孔の開口部角度を説明する図であり、（ａ）は図２と同様の説明図、（ｂ）は、ロールの外観である。
【図４】本発明の実施による鋼帯表面へのドロス付着量を示す図である。
【図５】異なった２つのシンクロールを用いた実験で得た鋼帯表面へのドロス付着量を示す図である。
【図６】従来のシンクロールを示す図であり、（ａ）は縦断面、（ｂ）は端面の開口部を示す。
【図７】一般的な溶融亜鉛めっき装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１    鋼帯
２    スナウト
３    めっき浴
４    浴槽
５    ワイピングノズル（ノズル）
６    シンクロール（ロール）
７    円筒体
８    開口部
９    ボトムドロス
１０  流れ
１１  円筒体軸方向の中央部
１２  貫通孔
１３  軸直交線
１４  開口軸線
１５  軸直交線と開口軸線との交点Ｐ
１６  幅方向端部
１７  形成した線
【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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