(57)【要約】      （修正有）【課題】ガラス原料のブリケット造粒に用いるブリケットロールの耐摩耗性を向上させるブリケットロールの製造方法の提供。【解決手段】外周面にポケット２０を有し、ガラス原料のブリケット造粒に用いるブリケットロール１０であって、ブリケットロール１０が、構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドの超硬合金製の基材ロール１１と、基材ロール１１の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜１２と、で構成され、ＤＬＣ膜１２と、ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１の表面と、のビッカース硬度差（ＤＬＣ膜１２のビッカース硬度−接する基材ロール１１表面のビッカース硬度）が、−９００Ｈｖ〜９００Ｈｖであるブリケットロール１０。ＤＬＣ膜１２のビッカース硬度及び、ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１表面のビッカース硬度の内、数値が大きい方のビッカース硬度が１５００Ｈｖ以上である、ブリケットロール。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にポケットを有し、ガラス原料のブリケット造粒に用いるブリケットロールであって、該ブリケットロールは、構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドである超硬合金製の基材ロールと、該基材ロール表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜と、で構成されており、前記ＤＬＣ膜と、該ＤＬＣ膜と接する前記基材ロール表面と、のビッカース硬度差（ＤＬＣ膜のビッカース硬度−ＤＬＣ膜と接する基材ロール表面のビッカース硬度）が、−９００Ｈｖ〜９００Ｈｖであることを特徴とするブリケットロール。
【請求項２】
前記ＤＬＣ膜のビッカース硬度、および、前記ＤＬＣ膜と接する基材ロール表面のビッカース硬度のうち、数値が大きい方のビッカース硬度が１５００Ｈｖ以上である、請求項１に記載のブリケットロール。
【請求項３】
前記基材ロールの構成材料が、構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドの超硬合金製である、請求項１または２に記載のブリケットロール。
【請求項４】
前記基材ロールの構成材料が合金工具鋼であり、該合金工具鋼製の基材ロール表面に構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドの超硬合金の溶射膜が形成されており、該超硬合金の溶射膜表面に前記ＤＬＣ膜が形成されていている、請求項１または２に記載のブリケットロール。
【請求項５】
外周面にポケットを有し、ガラス原料のブリケット造粒に用いるブリケットロールの製造方法において、
外周面にポケットが設けられた、構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドの超硬合金製の基材ロールの該外周面上に、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法を用いて、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のブリケットロールの製造方法。
【請求項６】
１対のブリケットロールによりガラス原料をブリケット造粒するブリケットマシンにおいて、
該ブリケットロールが請求項１〜４のいずれかに記載のブリケットロールであることを特徴とするブリケットマシン。
【請求項７】
請求項６に記載のブリケットマシンを用いてガラス原料をブリケット造粒する、ガラス原料の造粒方法。
【請求項８】
また、請求項７に記載のガラス原料の造粒方法により造粒体を得て、該造粒体を加熱してガラス溶融物を得て、該ガラス溶融物を成形し徐冷してガラス物品を得るガラス物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉粒状のガラス原料をブリケット造粒するためのブリケットロールおよびその製造方法、並びにこのブリケットロールを有するブリケットマシンに関する。
また、本発明は、このブリケットマシンを用いてガラス原料をブリケット造粒する方法、および、ブリケット造粒したガラス原料を用いてガラス物品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ガラスは珪砂を含む所定の原料を秤量、混合し、熔融窯に投入して製造される。熔融窯に投入された原料は室温から昇温され、熔融窯の中で最高１５００〜１７００℃程度にまで加熱されて溶解し、ガラス化される。
ガラス組成の均一性が高いガラスを得るためには、ガラス原料を微粒化して未溶融原料を残さないようにすることが有効である。しかし、微粒化したガラス原料を使用する場合は、原料をガラス溶融炉に投入するときにガラス原料が飛散しやすいので、ガラス組成が不安定になること、ガラス原料の一部が無駄になること等の問題が生じる（特許文献１参照）。
微粒化したガラス原料が飛散する問題を解決する方法として、ガラス原料を造粒体にして用いる方法が知られている。
ガラス原料を造粒体にする方法としては、例えば、圧縮造粒、転動造粒、流動層造粒、攪拌造粒、圧縮造粒、押出造粒、溶融造粒、噴霧造粒が挙げられる。圧縮造粒としては、例えば、ブリケット造粒およびタブレッティング（打錠）が挙げられる。これらの中でも、生産効率の観点から、圧縮造粒が好ましく、ブリケット造粒が特に好ましい。
【０００３】
ブリケット造粒では、１対のブリケットロールを有するブリケットマシンを用いて、微粒化したガラス原料を圧縮成形してブリケットとする。ブリケットとは、外表面にポケットが形成された回転する一対のロール間に粉体を導入し、圧縮成型して得られる造粒体の総称である。
図１はブリケットマシンの一構成例を示した模式図である。図１に示すブリケットマシンは、同期して回転駆動される１対のブリケットロール１００ａ，１００ｂを備えている。図２は、図１に示すブリケットロールの外表面の断面図である。ブリケットロール１００の外周面には多数のポケット２００が設けられている。
【０００４】
ガラス原料をブリケット造粒する場合の問題点は、珪砂やアルミナといった高硬度の粉体から構成されるガラス原料によるブリケットロールの摩耗である。
一般的なブリケットロールには工具鋼が用いられるが、ガラス原料に含まれる珪砂やアルミナは、ブリケットロールに使用される高硬度の工具鋼、例えば、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金と比較しても硬度が高い。
そのため、ガラス原料のブリケット造粒に工具鋼を構成材料とするブリケットロールを使用した場合、数週間から数カ月程度でブリケットロールを交換する必要があり、ランニングコストの上昇が問題となる。
また、摩耗したロール材がガラス材料に混入することにより、製造されるガラスに着色が生じる、泡などの欠点が生じて生産性が損なわれる等の問題が生じるおそれがある。
【０００５】
一方、船用スラスト軸受や、冷媒ガス等の気体を圧縮するベーン型圧縮機のベーン、光学ガラスを加熱プレスして光学素子を成型する成形型などで、耐摩耗性向上の目的で、表面を高硬度にすることが求められる部位にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成することが提案されている（特許文献２〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−５１８８９号公報
【特許文献２】特開２００４−２５０７４６号公報
【特許文献３】特開２００１−２２５４１２号公報
【特許文献４】特開平６−１９１８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者らは、耐摩耗性向上の観点から、ブリケットロールの表面硬度を高める目的で、ブリケットロールの表面にＤＬＣ膜を形成することを試みた。
しかしながら、耐摩耗性向上の観点から、表面硬度を高める目的でＤＬＣ膜を形成したブリケットロールをガラス原料のブリケット造粒に使用したところ、ＤＬＣ膜に割れが発生し、ＤＬＣ膜が剥離するため、意図した効果が発揮できないことが明らかになった。
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため、ガラス原料のブリケット造粒に用いるブリケットロールの耐摩耗性の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するため、本願発明者らは鋭意検討した結果、船用スラスト軸受、ベーン型圧縮機のベーン、光学素子の成形型といった用途とは違い、ガラス原料のブリケット造粒に用いるブリケットロールの場合、珪砂やアルミナといった高硬度の微粒子により局所的に強い力が加わることがＤＬＣ膜における割れの発生の原因であることを見出した。
本願発明者らは、さらに鋭意検討した結果、珪砂やアルミナといった高硬度の微粒子により局所的に強い力が加わることによって、ＤＬＣ膜の基材をなすブリケットロール表面が変形し、この変形にＤＬＣ膜が追従できず割れが発生し、それに伴いＤＬＣ膜が剥離することを見出した。
【０００９】
本願発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、外周面にポケットを有し、ガラス原料のブリケット造粒に用いるブリケットロールであって、該ブリケットロールは、構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドの超硬合金製の基材ロールと、該基材ロール表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜と、で構成されており、前記ＤＬＣ膜と、該ＤＬＣ膜と接する前記基材ロール表面と、のビッカース硬度差（ＤＬＣ膜のビッカース硬度−ＤＬＣ膜と接する基材ロール表面のビッカース硬度）が、−９００Ｈｖ〜９００Ｈｖであることを特徴とするブリケットロールを提供する。
【００１０】
本発明のブリケットロールにおいて、前記ＤＬＣ膜のビッカース硬度、および、前記ＤＬＣ膜と接する基材ロール表面のビッカース硬度のうち、数値が大きい方のビッカース硬度が１５００Ｈｖ以上であることが好ましい。
【００１１】
本発明のブリケットロールにおいて、前記基材ロールの構成材料が、構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドの超硬合金製であることが好ましい。
【００１２】
本発明のブリケットロールにおいて、前記基材ロールの構成材料が合金工具鋼であり、該合金工具鋼製の基材ロール表面に構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドの超硬合金の溶射膜が形成されており、該超硬合金の溶射膜表面に前記ＤＬＣ膜が形成されていてもよい。
【００１３】
また、本発明は、外周面にポケットを有し、ガラス原料のブリケット造粒に用いるブリケットロールの製造方法において、
外周面にポケットが設けられた、構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドの超硬合金製の基材ロールの該外周面上に、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法を用いて、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成することを特徴とする、本発明のブリケットロールの製造方法を提供する。
【００１４】
また、本発明は、１対のブリケットロールによりガラス原料をブリケット造粒するブリケットマシンにおいて、
該ブリケットロールが本発明のブリケットロールであることを特徴とするブリケットマシンを提供する。
【００１５】
また、本発明は、本発明のブリケットマシンを用いてガラス原料をブリケット造粒する、ガラス原料の造粒方法を提供する。
【００１６】
また、本発明は、本発明のガラス原料の造粒方法により造粒体を得て、該造粒体を加熱してガラス溶融物を得て、該ガラス溶融物を成形し徐冷してガラス物品を得るガラス物品の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のブリケットロールは、ガラス原料をブリケット造粒する際の耐摩耗性が向上しており、より長期にわたってブリケットロールを交換せずに使用することができる。これにより、ランニングコストが低減される。
また、摩耗したロール材がガラス材料に混入することにより、製造されるガラスに着色が生じる、泡などの欠点が生じて生産性が損なわれる等の問題が生じるおそれがなく、高品質のガラス製品を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、ブリケットマシンの一構成例を示した模式図である。
【図２】図２は、図１に示すブリケットロールの外表面の断面図である。
【図３】図３は、本発明のブリケットロールの外表面の断面図である。
【図４】図４は、実施例におけるビッカース硬度評価の結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
図３は、本発明のブリケットロールの外表面の断面図である。
図３に示す本発明のブリケットロール１０は、ガラス原料のブリケット造粒に用いるブリケットロールであり、外周面にポケット２０を有する。
【００２０】
本発明のブリケットロール１０は、基材ロール１１と、基材ロール１１の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜１２と、で構成されている。
【００２１】
基材ロール１１は、少なくともその表面が、構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドの超硬合金製である。以下、本明細書において、超硬合金と記載した場合、構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイドの超硬合金を指す。
本発明のブリケットロール１０において、基材ロール１１の少なくともその表面を超硬合金製とする理由は以下に記載する通り。
ガラス原料を構成する珪砂やアルミナといった高硬度の原料が局所的に強い力が加わると、ＤＬＣ膜の基材をなすブリケットロール表面が変形し、この変形にＤＬＣ膜が追従できず割れが発生してしまうが、ＤＬＣ膜に硬度が近い金属材料である超硬合金上にＤＬＣ膜を形成することで、金属とＤＬＣ間の変位差が縮小し、割れおよび剥離を抑制することができる。
したがって、基材ロール１１の表面が超硬合金製であればよく、ダイス鋼、ハイス鋼、粉末ハイス鋼といった合金工具鋼製の基材ロール１１の表面に超硬合金の溶射膜を形成したものであってもよいし、超硬合金製のバルク材を機械加工して作製した基材ロール１１であってもよい。以下、本明細書において、前者を溶射材の基材ロール１１、後者をバルク材の基材ロール１１と記載する場合がある。
なお、上記の超硬合金は、タングステンカーバイド以外にバインダ成分などを３０重量％以下含有する。
【００２２】
基材ロール１１表面には、表面硬度を高めて、耐摩耗性を向上する目的でＤＬＣ膜１２が形成されている。バルク材の基材ロール１１の場合、該基材ロール１１表面にＤＬＣ膜が形成されている。溶射材の基材ロール１１の場合、溶射膜の表面にＤＬＣ膜が形成されている。
基材ロール１１の表面、より具体的には、外周面にポケット２０が設けられた基材ロール１１の外周面（バルク材の基材ロール１１の場合は該基材ロール１１の外周面、溶射材の基材ロール１１の場合は溶射膜表面）へＤＬＣ膜を形成する方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。具体的には、たとえば、炭化水素ガス（ＣＨ4、Ｃ6Ｈ6、Ｃ2Ｈ2等）を原料とする化学気相成長法（ＣＶＤ法）や、固体炭素（グラファイト）を原料とする物理気相成長法（ＰＶＤ法）により形成できる。ＣＶＤ法については、高周波プラズマ（ＲＦ）ＣＶＤ法、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）−ＣＶＤ法、ＵＨＦ，ＶＨＦプラズマＣＶＤ法、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）−ＣＶＤ法を用いることができる。ＰＶＤ法については、スパッタ法、レーザーアブレーション法、アークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）、フィルタード・アーク成膜法（ＦＡＤ法。ＦＣＶＡ、カソーディックアーク法とも呼ばれる）を用いることができる。
【００２３】
本発明のブリケットロール１０は、ＤＬＣ膜１２と、該ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１表面と、のビッカース硬度差（ＤＬＣ膜１２のビッカース硬度−ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１表面のビッカース硬度）が、−９００Ｈｖ〜９００Ｈｖである。ここで、ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１表面のビッカース硬度は、バルク材の基材ロール１１の場合、該基材ロール１１表面のビッカース硬度である。溶射材の基材ロール１１の場合、溶射膜表面のビッカース硬度である。一方、ＤＬＣ膜１２のビッカース硬度は膜硬度である。
ＤＬＣ膜１２と、該ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１表面と、のビッカース硬度差
が上記範囲を満たしていれば、ガラス原料をブリケット造粒する際、珪砂やアルミナといった高硬度の微粒子により局所的に強い力が加わった場合でも、ＤＬＣ膜１２と、該ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１表面と、のビッカース硬度差が少ないため、基材ロール１１表面の変形にＤＬＣ膜１２に追従することができるため、ＤＬＣ膜１２での割れの発生、および、それによるＤＬＣ膜１２の剥離が抑制される。そのため、ＤＬＣ膜１２形成による耐摩耗性の向上が長期にわたって持続する。
なお、ＤＬＣ膜１２と、該ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１表面と、のビッカース硬度差（ＤＬＣ膜１２のビッカース硬度−ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１表面のビッカース硬度）が負の値の場合、ＤＬＣ膜１２よりも該ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１表面のほうが、ビッカース硬度が高くなるが、ＤＬＣ膜１２の表面が摩耗した場合、基材ロール１１の表面にＤＬＣ膜１２を再度形成すればよく、ブリケットロールの保守コストが低減される点において有利である。
【００２４】
本発明のブリケットロールは、珪砂やアルミナといった高硬度の粉体から構成されるガラス原料のブリケット造粒に用いられるため、摩耗防止の観点から、表面硬度が高いことが求められる。そのため、ＤＬＣ膜１２のビッカース硬度、および、ＤＬＣ膜１２と接する基材ロール１１表面のビッカース硬度のうち、数値が大きい方のビッカース硬度が１５００Ｈｖ以上であることが好ましく、１８００Ｈｖ以上であることがより好ましく、２０００Ｈｖ以上であることがさらに好ましい。
【００２５】
本発明のブリケットマシンは、ガラス原料のブリケット造粒に用いるブリケットマシンのブリケットロールとして、本発明のブリケットロールを用いたものである。例えば、図１に示すブリケットマシンのブリケットロール１００ａ，１００ｂとして、本発明のブリケットロールを用いたものである。但し、図１は、ブリケットマシンの一構成例を示したものであり、本発明のブリケットマシンの構成はこれに限定されない。ガラス原料のブリケット造粒に使用可能な公知のブリケットマシンのブリケットロールとして、本発明のブリケットロールを用いたものを幅広く含む。
【００２６】
本発明のガラス原料の造粒方法は、ガラス原料のブリケット造粒に本発明のブリケットマシンを用いる点以外は特に限定されない。使用するブリケットロールの種類、具体的には、ブリケットロール寸法、すなわち、ブリケットロールの直径や幅、ブリケットロールの外周面に形成されたポケットの形状、寸法、個数は、ブリケット造粒により得られる造粒体の形状や寸法に応じて適宜選択する。また、ブリケットロールの回転速度や、ガラス原料の導入速度、ブリケットロール間に印可する圧力等の実施条件は、ガラス原料の組成や、目標とするスループット等に応じて適宜選択する。
【００２７】
本発明のガラス物品の製造方法は、本発明の造粒方法を用いて、ガラス原料をブリケット造粒する点以外は特に限定されない。具体的には、例えば、種々の原料を適量調合し、これを本発明の造粒方法を用いてブリケット造粒体として、該造粒物を大型窯に連続投入し、ガラス組成に応じた所定の温度に加熱し溶融した後、脱泡または攪拌などにより均質化し、製造するガラス物品の形状に応じた所定の成形法で成形する。例えば、ガラス物品の形状が板状の場合、フロート法やフュージョン法を用いて成形する。容器ガラスの場合、ブロー成形法やプレス成形法を用いて成形する。繊維ガラスの場合、ＤＭ法やＭＭ法を用いて成形する。徐冷後所望のサイズに切断し、必要に応じて研磨加工を施して、ガラス物品を得る。
ガラス原料は、ケイ砂を含み、アルミナ、カレットを含む場合もある。
【実施例】
【００２８】
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（比較例１、２、実施例１）
ビッカース硬度が異なる試験片（下記）を下地として、ＰＶＤ法によりＤＬＣ膜（膜厚２．３μｍ、膜硬度１９４７Ｈｖ（メーカー測定値））を形成した。
試験片１（下地１、比較例１）：ビッカース硬度６８０Ｈｖ
試験片２（下地２、比較例２）：ビッカース硬度８７２Ｈｖ
試験片３（下地３、実施例１）：ビッカース硬度１１０２Ｈｖ
上記試験片のうち、試験片１，２は従来の工具鋼製である。試験片３は超硬合金製（構成成分の７０重量％以上がタングステンカーバイド）である。
ＤＬＣ膜の形成後、ナノインデンター（圧子の荷重：０．１〜０．５ｋｇ）を使用して、ＤＬＣ膜のビッカース硬度を測定した。測定結果を図４に示す。図４には、ＤＬＣ膜形成前の試験片１〜３でのビッカース硬度の測定結果も合わせて示した。
図４に示すように、ＤＬＣ膜形成前の試験片（金属材料）では、押し付け荷重によらず、下記式により算出されるビッカース硬度は一定の数値を示した。
ビッカース硬度Ｈｖ＝Ｐ／Ｌ2
式中、Ｌ2は圧痕表面積（ｍｍ2）、Ｐは荷重（ｋｇｆ）である。
一方、試験片上に形成したＤＬＣ膜のビッカース硬度は、押し付け荷重の増加に応じて低下した。これは、下地の局所的な変形が原因であると考えられる。
なお、ＤＬＣ膜と下地のビッカース硬度差（ＤＬＣ膜のビッカース硬度−下地のビッカース硬度）が９００Ｈｖ超の比較例１，２（下地１，２）では、押し付け荷重の増加により、ＤＬＣ膜のビッカース硬度が著しく低下した。この結果から、下地の局所的な変形により、ＤＬＣ膜に割れが発生する可能性が高いと考えられる。
一方、ＤＬＣ膜と下地のビッカース硬度差（ＤＬＣ膜のビッカース硬度−下地のビッカース硬度）が９００Ｈｖ以下の実施例１（下地３）では、押し付け荷重の増加によるＤＬＣ膜のビッカース硬度の低下はわずかであった。この結果から、下地の局所的な変形により、ＤＬＣ膜に割れが発生する可能性が低いと考えられる。
同じ試験片を下地として、ＣＶＤ法によりＤＬＣ膜（膜厚１３μｍ、膜硬度１７３３Ｈｖ）を形成した。この場合も押し付け荷重と、ＤＬＣ膜のビッカース硬度と、の関係は上記と同様の結果になると推測される。
【符号の説明】
【００２９】
１０：ブリケットロール
１１：基材ロール
１２：ＤＬＣ膜
２０：ポケット
１００，１００ａ，１００ｂ：ブリケットロール
２００：ポケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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