JP4862454B2 - 案内ロールおよび溶融金属鍍金装置 - Google Patents
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Description
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)。
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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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
Claims (4)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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