(57)【要約】【課題】高温においてもガラス板に傷を付与し難く、被膜のクラックや剥離が生じず、長期間使用可能なガラス製造設備用被覆部品を提供する。【解決手段】ガラス製部材との当接部を有する母材と、前記当接部の表面に形成されたコージェライトを主成分とする被覆層とを備える。母材は、シリカ製のロールであることが好ましい。被覆層におけるコージェライト相の比率は、６０体積％以上であることが好ましい。被覆層の厚さは、０．０５ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製部材との当接部を有する母材と、少なくとも前記当接部の表面に形成されたコージェライトを主成分とする被覆層とを備えたことを特徴とするガラス製造設備用被覆部品。
【請求項２】
前記母材は、シリカ製のロールである請求項１に記載のガラス製造設備用被覆部品。
【請求項３】
前記被覆層におけるコージェライト相の比率は、６０体積％以上である請求項１または２に記載のガラス製造設備用被覆部品。
【請求項４】
前記被覆層の厚さは、０．０５ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下である請求項１〜３の何れか一項に記載のガラス製造設備用被覆部品。
【請求項５】
母材の表面のうち少なくともガラス製部材との当接部に、粉末を原料とする溶射により、コージェライトを主成分とする被覆層を形成することを特徴とするガラス製造設備用被覆部品の製造方法。
【請求項６】
粉末を原料とする溶射法により前記被膜層を形成した後、前記被覆層の形成された母材を４００℃以上かつ１２００℃以下の温度に加熱する請求項５に記載のガラス製造設備用被覆部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス製造設備用被覆部品およびその製造方法に関し、特にガラス板を高温の雰囲気下で搬送するために用いられるロール等のガラス製造設備用被覆部品および、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フロート法等により製造された平板状のガラス板を、自動車の窓ガラスのような複雑な三次元形状に加工するには、高温下ではガラス板が軟化する現象を利用した方法が適用されている。すなわち、所定の寸法、形状に裁断したガラス板を炉の中に設置し、このガラス板を十分な温度に加熱した後、成形型を用いるなどして重力および／または外力により、緩やかな変形速度で変形させる成形方法が採用されている。
【０００３】
このような成形法を実現するためには、ガラス板を緩やかな温度曲線で加熱・冷却することと、成形時の変位速度を小さくすることが必要である。これらの要求を満たしながら十分な作業効率が得るためには、いわゆるバッチ式の設備ではなく多数のガラス板を連続的に成形できるトンネル炉方式の設備が有効である。このため、自動車用ガラスの成形では、緩やかな温度傾斜を持ったトンネル炉の中にガラス板を設置し、炉内に連続的に多数配した回転するロールにより搬送する機能が必須となっている。
【０００４】
このような搬送ロールとしては、鉄基合金を主体とするものが適用されることもあるが、高温耐酸化性や炉内の温度分布の観点から、溶融シリカ粉末の結合体を主体にしたものが使用されることが多い。
【０００５】
一方、上記自動車用ガラスの成形よりも高温下でガラス板を搬送する工程、すなわちフロート法等において固化したガラスリボンを搬送する工程で使用されるロールとしては、鉄基合金の母材の表面に被覆層を形成したものも多く用いられており、Ｃｏ基の耐熱合金を被覆したもの（特開平４−２６０６２２号、特開平８−１７５８２８号）、アスベスト系材料を被覆したもの、および酸化物セラミックスやセラミックスと金属の混合物を被覆したもの（特開平４−２６０６２２号、特開平４−２６０６２３号）など、多様な被覆金属ロールが提案され、実用に供されている。さらには被覆材料の特性の維持や剥離を防止するために、被覆層を多層にする試みもなされており、特開２０００−２７３６１４号公報にはＺｒＯ２系セラミックスの表面層と炭化クロム系サーメット下地層の組み合わせ等が提案されている。このようなより高温下で使用される搬送用ロールを、自動車ガラスなどの成形工程の搬送ロールに適用する試みもなされている。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２６０６２２号公報
【特許文献２】特開平８−１７５８２８号公報
【特許文献３】特開平４−２６０６２３号公報
【特許文献４】特開２０００−２７３６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これら従来の搬送ロールは、いずれも自動車用ガラス等の成形工程で使用される搬送ロールとしては十分に満足できるものではない。特に近年の自動車用ガラスには、複雑な三次元形状であると同時に、視野面に傷等の微細な欠点が生じていないことが強く求められるようになっているため、製品品質に悪い影響を与えず、かつ長期間使用できる搬送ロールが求められている。
【０００８】
搬送ロールに関連するガラス板の品質不良には、ガラス自体のロール表面への固着に起因するものや、ロール表面への凝着物に起因するもの等があり、さらにはロールがガラスに対して相対的にスリップする場合に生じる微細な傷がある。自動車用ガラスの成形工程においては、搬送速度は全ての部位で一定であるわけではなく、増速したり減速したりする必要がある。したがって、増速または減速する領域では、隣接するロール同士が異なった回転速度で稼動しており、必然的にガラス板とロールとの間に相対的なスリップが生じざるを得ない。
【０００９】
鉄鋼材料をはじめとする金属系材料を素材とするロールを使用すると、使用温度域に長時間晒されることによるロール表面の変質に起因するガラス欠点が生じる。一般にロールの素材として利用できる金属材料は、Ｆｅ、ＮｉまたはＣｏを主体とし、高温での耐酸化性を向上させるためにＣｒやＡｌを添加した合金である。しかし、当該ロールが使用される５００〜７００℃の温度域では、その表面に十分な緻密さと高い密着性を有するＣｒやＡｌの酸化被膜は形成されず、Ｆｅ、ＮｉまたはＣｏの酸化物が混在した不連続な脱離しやすい酸化層が生成する。これらの酸化層は搬送されるガラスが接触すると、容易に分離し多くの粉状や燐片状のダストとなり、ガラス板に傷を付与したり、埋め込まれた異物欠点となることが多い。
【００１０】
金属系素材のロールの表面に特定の中間層を形成するなどして、溶射法などによりＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３などの酸化物セラミックス質の被膜を付与すると、金属系素材の耐酸化性の不足を補うことが可能である。しかし、自動車用窓ガラスの成形ラインのように温度の昇降を比較的頻繁に繰り返す用途においては、金属母材と熱膨張係数が大きく異なるこれらの被膜の密着性を保つことは非常に難しい。さらにガラス成形温度域において、ＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３などとガラスがスリップした際に生じる摩擦力は大きく、ガラスの表面には擦過傷が生じることが多い。
【００１１】
自動車用ガラス成形ラインの搬送ロールとして多用されている溶融シリカ粉末を結合させたロールは、一般的に多孔質であり、さらにその内部に強固には固着されていない微粉が存在する。この結果、当該ロールとガラスがスリップすると、両者の間にロール自体から供給される微細粒子の転がり作用によって摩擦が低減され、ガラスの傷が生じ難くなる。しかし、このようにして生じた脱離シリカ粒子がガラス面に付着したまま、成形設備中のより高温域に到達すると、この粒子とガラスの親和性が高いために両者が強固に固着して新たな欠点を生じる結果となる。
【００１２】
これらの微粉の脱離を防止するためには、表面層を緻密化させることが有効であることは言うまでもない。このため、表面層の気孔にゾルゲル法によりＳｉＯ２等の無機物を含浸させる方法や、溶射法などによって表面にＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３等のセラミックス層を形成する方法が提案されている。しかし、前者では含浸に要する溶媒を抜く際に生じるクラックに起因して、含浸した無機物質が新たな脱離粒子となる現象を防ぐことが困難である。一方、後者においては、母材と被膜の熱膨張量が顕著に異なっており、さらには被膜の熱膨張の方が大きい組み合わせであるため、被膜を剥離させずにこのロールを高温下で実用に供することは極めて困難である。さらにシリカロールの外周にセラミックスのスリーブを嵌める提案（特開平７−１０９１３９号）もされているが、粒子が脱落せず熱膨張係数がシリカよりも小さいセラミックス・スリーブを工業的に作製することが困難であるため、このような提案を現状の技術で実現するには至っていない。
【００１３】
前述したように自動車用ガラス成形ラインの搬送ロールとして、様々な素材のロールが実用に供されたり、提案されたりしているが、ガラスとロールが相対的にスリップした際に、ガラスに傷を与えず、かつ他の欠点の発生も防止できるロールは見出されていないのが実情である。
【００１４】
本発明はこのような課題を解決するものであり、従来よりも粒子の脱落が生じ難いガラス製造設備用被覆部品およびその製造方法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】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明は、ガラス製部材との当接部を有する母材と、少なくとも前記当接部の表面に形成されたコージェライトを主成分とする被覆層とを備えたことを特徴とするガラス製造設備用被覆部品を提供する。また、本発明の一態様として、前記母材は、シリカ製のロールであることが好ましい。また、前記被覆層におけるコージェライト相の比率は、６０体積％以上であることが好ましい。また、前記被覆層の厚さは、０．０５ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、母材の表面のうち少なくともガラス製部材との当接部に、粉末を原料とする溶射により、コージェライトを主成分とする被覆層を形成することを特徴とするガラス製造設備用被覆部品の製造方法を提供する。さらに、本発明の一態様として、粉末を原料とする溶射法により前記被膜層を形成した後、前記被覆層の形成された母材を４００℃以上かつ１２００℃以下の温度に加熱することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る被覆部品は、少なくともガラス製部材との当接部に形成された被覆層がコージェライトを主成分とする材料で構成されているため、高温下においてもガラスに対する動摩擦係数が低く、相互にスリップが生じてもガラス表面に傷が生じ難い。また、コージェライトは極めて熱膨張係数が小さく、高温でも化学的安定性が高いため、自動車ガラスの成形ラインにおいて多用されるシリカを素材としたロールに被覆しても剥離したり、クラックを生じたりすることが少なく長期間安定して使用することができる。さらに、本発明に係る被覆部品（例えばロール）を自動車用ガラスの成形ラインにおけるガラス搬送に適用した場合においては、最終のガラス製品の欠点発生を低く押さえることができ、ロール自体も被膜の剥離やクラックの発生がなく長期間にわたり安定して使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る高温でのガラス搬送用ロール等に最適な被覆部品の好ましい実施形態について詳説する。シリカ等からなる母材を被覆するセラミックスは、Ａｌ、ＳｉおよびＭｇの複合酸化物であるコージェライトを主とするものである。コージェライトの熱膨張率は極めて小さくシリカロール母材などとの整合性が良い。また、コージェライトはセラミックスとしてはヤング率が比較的小さく、耐熱衝撃性にも富んでいるため、ガラス搬送用シリカロール等の被覆材料として最適である。
【００１９】
また、本願発明者らは、コージェライトがガラス搬送用ロールなどの被覆材料として、これまで予想されなかった有意な特徴を有することを見出した。すなわち、自動車ガラスの成形装置においてガラスが搬送される温度域である３００〜８００℃の範囲において、コージェライトはガラス板との動摩擦係数が他の材料に比して小さいため、両者の間でスリップが生じる際にガラス板に擦過傷を付与する可能性が小さい特徴を有することを見出した。そこで、本発明者らは、図１に示すように、シリカ等からなるロールの表面（ガラス板等と当接する部位）にコージェライトを主成分とする被覆層を設けた新規のロールを提案するに至った。
【００２０】
表１は、シリカ製小円板の表面に、コージェライト、ジルコン、または酸化イットリウムで部分安定化させた酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の何れかを溶射法により成膜し、これらの被膜材料とガラスを対面させ、小円板を平板状のガラス素材の上で一定荷重を付加しながら摺動させた場合の動摩擦係数を測定した結果である。なお、比較試料としてシリカおよびオーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４）製の非被覆円板の摩擦係数も測定した。この試験においては、測定温度は４００および６００℃とし、押付荷重および摺動速度は２５ｇ／ｃｍ２および３０ｃｍ／ｍｉｎとした。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
本発明による被覆部品の被覆材料の成分はコージェライトが６０％体積以上であることが好ましく、より好ましいのは７５体積％以上である。コージェライトがこれらの量を下回ると、被覆層の特性に、極めて小さい熱膨張係数やガラスとの低い摩擦係数などのコージェライトの有意な特徴が反映され難くなり、被覆層を有するシリカを母材とするロールの有効性が損なわれるようになる。特に６００℃以上の高温下で被覆ロールとガラスとの頻繁なスリップが想定される場合には、コージェライトの含有率を９０％以上とするのがよい。
【００２３】
被覆材成分のコージェライトを除く残部として、粒子の結合強度を向上させるためにβ−スポジメンやシリカなど、硬さを増すたにＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３等を選ぶことができる。また、この残部には不可避不純物が含まれることは言うまでもない。
【００２４】
コージェライトを主体とする被覆層の厚さは０．０５ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましいのは０．１ｍｍ以上かつ０．４ｍｍ以下である。厚さが０．０５ｍｍ以下であるとその優位な特性が磨耗等の原因で早期に発揮できなくなるばかりでなく、母材表面の凹凸などに起因して被膜の連続性が保ち難くなり剥離する可能性が大きくなる。一方、被膜の厚さが０．５ｍｍを超えると被覆体が温度の上昇・降下に晒された際に被膜中に生じる内部応力が大きくなり、割れが生じ被膜の部分的な脱落が生じ易くなる。
【００２５】
本発明に係る被覆部品の被膜層は、溶射法によって形成されるのが一般的である。溶射皮膜は、サンドブラストなどによって表面を粗化したシリカ母材に、プラズマ溶射法または高速フレーム溶射法によって形成することができるが、これらの方法に限定されるものではない。コージェライト被膜の形成には、その融点がセラミックスとしては比較的低いため高速フレーム法なども適用できるが、プラズマ溶射法によるのが好ましい。
【００２６】
溶射皮膜は原料が溶融した飛沫の基板への衝突、凝着、積層によって形成されるため、皮膜の表面はかなりの凹凸を有しており、この大きな凹凸を残したままでは、被膜とガラスが摺動した場合に被膜の一部が脱落する可能性が低くない。したがって、被覆層の表面の粗さはＲａ（中心線平均粗さ）が１．６以下とするのが好ましい。表面粗さを調整する方法は、溶射後のダイヤモンド工具などによる機械的な研磨や溶射原料の微粉末化を選択することができるが、これに限定されるものではない。
【００２７】
さらに、被膜を形成した後、溶射や仕上げ加工で被膜内に蓄積された内部応力を開放するために、熱処理を行うことが有効である。熱処理は一般的には大気中で行うが、窒素中やアルゴン中などの非還元雰囲気でこれを実施することもできる。熱処理温度は４００℃以上かつ１２００℃以下であることが好ましく、より好ましいのは５００℃以上かつ１０００℃以下である。熱処理温度が４００℃以下であると内部応力が十分には開放されず、１２００℃以上ではガラス搬送に用いられるロールなどの焼結シリカ母材では焼結による収縮などが生じ、これらの母材に形成した被膜は剥離することが多い。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。例１では、二種の基礎的な検討により本発明の提供するシリカ母材への被覆部品と非被覆部品および他の被覆部品の特性を比較した結果を示す。
【００２９】
例１）
−ガラスへの傷付与性評価−
直径６０ｍｍ、長さ６００ｍｍのロール状多孔質シリカ焼結体（９５％以上が非晶質）を準備し、その外周に溶射法を用いて、コージェライト、ジルコニア、ジルコンおよびアルミナの厚さ：０．１５ｍｍ程度の皮膜を形成した後、Ｒａ＝０．８以下になるまで機械研磨したのものを各５本作製した。これらの５本のロールに、比較として未被覆で同様な表面仕上げを施した１組のシリカロールを加えた。図２のように夫々の５本１組のロール１１を平行に並べて回転させ、この回転により、ロール１１上に載せたガラス板１２（１２ａ）を繰り返し前後（矢印１３）に移動させるロール搬送試験に供した。試験は５００℃の空気中で行い、ロールの周速は毎秒３ｃｍとし、１０回往復運動させた後ガラス表面を観察した。なお、本試験においてガラスの動きが反転する際に、ガラスとロールが相対的にスリップしていることが確認できた。本試験の結果を表２に示した。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
−被膜の耐剥離性試験−
次いで、このロール搬送試験に用いた１組５本のロールの内、真ん中の１本を残し４本のロールを取り去り、残したロールの直上に冷却ガスを噴出すためのノズルを配した。この状態で雰囲気温度を７００℃に設定し、３０分毎に３分間、ノズルから約１５℃の冷風をロール表面に吹きつける熱サイクル試験を行い、被膜の状態を確認した。本試験の結果は表３に示す。
【００３２】
前述の２種の評価試験によって、評価対象とした４種の被膜の中ではコージェライト被膜が、焼結シリカを母材とした場合最も剥離が生じず、ガラスに傷を付与し難くいことが明らかになった。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
例２）
焼結シリカのロール素材に本発明が提供するコージェライト溶射被膜を次のように形成した。始めにシリカロールの表面を円筒研削用＃１２０のダイヤモンド砥石で研削し、洗浄した後、９９．５％コージェライトからなる溶射被膜を、大気プラズマ溶射法（スルーザー・メテコ社の１ＭＢ型装置を使用）により１２０μｍの厚さに成膜した。この後、溶射被膜の表面をダイヤモンド砥石を用いて湿式研削し、平均膜厚：８０μｍ、十点平均粗さ：Ｒｚ＝０．８まで仕上げた。このようにして同様なコージェライト被覆ロールを２４本作製した。
【００３５】
この２４本のロールを、図３に示すように全数で９６本のロールを有するガラス成形ライン（雰囲気温度：３５０〜７５０℃程度）の搬送速度が変わる領域（領域ごとにローラコンベアの搬送速度が可変される）：４箇所に６本ずつ配した。この成形ラインを被覆ロールを導入する以前と同様の操作条件で運転し、種々のガラスを成形した。後段の成形ゾーンは、ＷＯ９９／６５８３３に開示されている装置が使用されている。この運転により成形した累積約５０，０００枚のガラスの微小な擦過傷に起因する不良率は約０．１５％であり、被覆ロールを導入する直前の同じ不良率：約０．６％の四分の一であった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上説明したとおり、本発明は、加熱炉内でガラス板を搬送するためのローラコンベアで使用されるロールに適用できる。また、ロール以外にも加熱雰囲気下で各種ガラス製品を取り扱うための装置または冶具（ガラス製部材を挟持、支持、保持または載置するための治具等）に適用できることは明らかである。また、ガラスの製造以外の用途にも適用でできる。さらに、ロールや装置または冶具の母材としてシリカの代わりに、超硬合金等のサーメット、アルミナ、ジルコニア等の酸化物系セラミックス、窒化珪素、ＳｉＣ等の非酸化物系セラミックス、またはカーボン等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るロールの一つの実施の形態を示す断面図である。
【図２】被覆部品上のガラス板を摺動させて、ガラス板表面に傷が生じる難易を調査するための試験の概略を示す側面図である。
【図３】ガラス板の加工成形炉に使用されるローラコンベアを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１： ロール
１２、１２ａ：ガラス板 
１３：ガラス板の摺動される方向 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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