(57)【要約】【課題】  焼鈍炉で高温に加熱されたステンレス板の搬送にも使用できる十分な耐熱性を有するディスクロールを、コスト増を招くことなく、効率良く提供する。【解決手段】  回転軸にリング状のディスク材を複数枚嵌挿させ、前記ディスク材の外周面により搬送面を形成してなるディスクロールにおいて、前記ディスク材が無機繊維と非晶質コーディライトとを含有し、好ましくは更に、少なくとももロール表面に結晶質コーディライトが存在するディスクロール。【選択図】      図１
2004263860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸にリング状のディスク材を複数枚嵌挿させ、前記ディスク材の外周面により搬送面を形成してなるディスクロールにおいて、
前記ディスク材が無機繊維と非晶質コーディライトとを含有することを特徴とするディスクロール。
【請求項２】
無機繊維の含有量がディスク材全量の５〜５０質量％であり、非晶質コーディライトの含有量がディスク材全量の２０〜８０質量％であることを特徴とする請求項１記載のディスクロール。
【請求項３】
非晶質コーディライトの一部を合成コーディライトで代替したことを特徴とする請求項１または２記載のディスクロール。
【請求項４】
非晶質コーディライトと合成コーディライトとを、非晶質コーディライト：合成コーディライト＝１２：１〜３：１０の混合比で含むことを特徴とする請求項３記載のディスクロール。
【請求項５】
少なくとも搬送面の表層部に、非晶質コーディライトの結晶化物が存在することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のディスクロール。
【請求項６】
回転軸にリング状のディスク材を複数枚嵌挿させ、前記ディスク材の外周面により搬送面を形成してなるディスクロールの製造方法において、
無機繊維と非晶質コーディライトとを含むスラリー原料を板状に成形してディスクロール用基材を得る工程と、前記ディスクロール用基材からディスク材を打ち抜く工程と、前記ディスク材を複数枚回転軸に嵌挿させ該ディスク材を固定する工程とを備えることを特徴とするディスクロールの製造方法。
【請求項７】
スラリー原料が更に合成コーディライトを含有することを特徴とする請求項６記載のディスクロールの製造方法。
【請求項８】
ディスクロール基材を得る工程を、スラリー原料に有機繊維及び有機バインダーを配合し、抄造法により行うことを特徴とする請求項６または７記載のディスクロールの製造方法。
【請求項９】
ディスク材を回転軸に固定する工程の後に、高温状態にある被搬送物を搬送させることにより、少なくともディスク材の外周面表層部の非晶質コーディライトを結晶化させる工程を付加することを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載のディスクロールの製造方法。
【請求項１０】
ディスク材を得るための板状成形体であって、無機繊維と非晶質コーディライトとを含有することを特徴とするディスクロール用基材。
【請求項１１】
無機繊維の含有量が基材全量の５〜５０質量％であり、非晶質コーディライトの含有量が基材全量の２０〜８０質量％であることを特徴とする請求項１０記載のディスクロール用基材。
【請求項１２】
非晶質コーディライトの一部を合成コーディライトで代替したことを特徴とする請求項１０または１１記載のディスクロール用基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸にリング状のディスク材を複数枚嵌挿させ、前記ディスク材の外周面により搬送面を形成してなるディスクロール及びその製造方法、並びに前記ディスクロールを得るためのディスクロール用基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、溶融炉から流下する板ガラスを搬送したり、焼鈍炉で加熱されたステンレス板等の金属板を搬送するために、ディスクロールが使用されている。図１はディスクロール１０の一例を示す概略図であるが、セラミックファイバー等の無機繊維と、タルク、クレー、雲母等の無機充填材と、バインダーとを配合した水性スラリーを厚さ３〜６ｍｍ程度の板状に成形したディスクロール用基材をリング状のディスクに打ち抜き、このディスク材１２を複数枚、回転軸となる金属製のシャフト１１に嵌挿してロール状の積層物とし、両端に配したフランジ１３を介して全体を加圧してディスク材１２に若干の圧縮を加えた状態でナット１５等で固定したものであり、ディスク材１２の外周面が搬送面として機能する。
【０００３】
上記のディスクロール１０は、例えば図２に示す板ガラス製造装置１００に組み込まれ、板ガラスの搬送に用いられる。この板ガラス製造装置１００は、溶融炉１０１の線状に開口したスリット１０２からガラス溶融物１１０を連続的に排出し、この排出された帯状のガラス溶融物１１０を流下させ、流下中に冷却して硬化させることにより板ガラスを製造する装置であるが、ディスクロール１０は一対の引張ロールとして機能し、帯状ガラス溶融物１１０を挟持して強制的に下方に送出している。
【０００４】
このように、ディスクロール１０は、ガラスの溶融温度に近い高温（８００℃前後）に晒されるため、個々のディスク材１２は変形したり、寸法変化を起こしやすくなっている。また、このような高温によりディスク材１２の構成材料が劣化して粉体となって離脱する「粉落ち」を起こすこともあり、離脱した粉体がディスクロール１０の下流に位置する板ガラスに付着して歩留まりを低下させている。
【０００５】
このような不具合を避けるためには、ディスクロール１０には耐熱性に優れ、熱変形率が小さいことが強く要求されており、本出願人も先に、ワラストナイトとセラミックファイバーとを主成分とするディスクロール用基材から作製したディスクロールを提案している（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３０１７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記本出願人によるディスクロールは、１２００℃の高温でも熱変形や劣化が少なく、板ガラス製造に好適に使用できるものである。しかし、焼鈍炉で処理されるステンレス板はその表面温度が１３００℃近くにもなり、本出願人によるディスクロールを用いても比較的早期の交換が余儀なくされており、更なる耐熱性の改善が望まれている。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、例えば焼鈍炉で処理されるステンレス板等の金属板の搬送にも十分に対応し得る優れた耐熱性を有するディスクロール、並びに前記ディスクロールを得るためのディスクロール用基材を提供することを目的とする。また、本発明は、前記のディスクロール用基材を用いて、前記のディスクロールをコスト増を招くことなく、効率良く製造する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】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、結晶質コーディライトを含有するディスクロールが、１３００℃という高温においても寸法変化や組織劣化が従来品と比べて格段に少なく、焼鈍炉でステンレス板等の金属板を搬送する場合にも十分に使用できることを見出した。更に、非晶質コーディライトを配合したディスクロール用基材から打ち抜いたディスク材を用いて通常のディスクロールを作製し、通常の使用形態に従い高温の板ガラスやステンレス板を搬送することにより、搬送に伴って非晶質コーディライトが結晶化されて結晶質コーディライトとなることを見出した。本発明は、これらの知見に基づくものである。
【００１０】
即ち、本発明は、上記目的を達成するために、下記に示すディスクロール及びその製造方法、並びにディスクロール用基材を提供する。
（１）回転軸にリング状のディスク材を複数枚嵌挿させ、前記ディスク材の外周面により搬送面を形成してなるディスクロールにおいて、
前記ディスク材が無機繊維と非晶質コーディライトとを含有することを特徴とするディスクロール。
（２）無機繊維の含有量がディスク材全量の５〜５０質量％であり、非晶質コーディライトの含有量がディスク材全量の２０〜８０質量％であることを特徴とする上記（１）記載のディスクロール。
（３）非晶質コーディライトの一部を合成コーディライトで代替したことを特徴とする上記（１）または（２）記載のディスクロール。
（４）非晶質コーディライトと合成コーディライトとを、非晶質コーディライト：合成コーディライト＝１２：１〜３：１０の混合比で含むことを特徴とする上記（３）記載のディスクロール。
（５）少なくとも搬送面の表層部に、非晶質コーディライトの結晶化物が存在することを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のディスクロール。
（６）回転軸にリング状のディスク材を複数枚嵌挿させ、前記ディスク材の外周面により搬送面を形成してなるディスクロールの製造方法において、
無機繊維と非晶質コーディライトとを含むスラリー原料を板状に成形してディスクロール用基材を得る工程と、前記ディスクロール用基材からディスク材を打ち抜く工程と、前記ディスク材を複数枚回転軸に嵌挿させ該ディスク材を固定する工程とを備えることを特徴とするディスクロールの製造方法。
（７）スラリー原料が更に合成コーディライトを含有することを特徴とする上記（６）記載のディスクロールの製造方法。
（８）ディスクロール基材を得る工程を、スラリー原料に有機繊維及び有機バインダーを配合し、抄造法により行うことを特徴とする上記（６）または（７）記載のディスクロールの製造方法。
（９）ディスク材を回転軸に固定する工程の後に、高温状態にある被搬送物を搬送させることにより、少なくともディスク材の外周面表層部の非晶質コーディライトを結晶化させる工程を付加することを特徴とする上記（６）〜（８）の何れか１項に記載のディスクロールの製造方法。
（１０）ディスク材を得るための板状成形体であって、無機繊維と非晶質コーディライトとを含有することを特徴とするディスクロール用基材。
（１１）無機繊維の含有量が基材全量の５〜５０質量％であり、非晶質コーディライトの含有量が基材全量の２０〜８０質量％であることを特徴とする上記（１０）記載のディスクロール用基材。
（１２）非晶質コーディライトの一部を合成コーディライトで代替したことを特徴とする上記（１０）または（１１）記載のディスクロール用基材。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来よりも格段に耐熱性に優れるディスクロールが得られ、例えば焼鈍炉で１３００℃程度に加熱されたステンレス板の搬送にも十分に使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
先ず、本発明のディスクロール用基材に関して説明すると、その主要成分は非晶質コーディライト及び無機繊維である。非晶質コーディライトは、その組成が結晶質コーディライトの組成と同じ２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯを有し、結晶化することにより結晶質コーディライトになる、言わば結晶質コーディライトの前駆体である。また、この非晶質コーディライトは、金属酸化物やセラミックス、鉱物等の原料を前記のコーディライト組成比になるように調合し、混合した後、所定の温度で焼成（溶融）し、急冷した後例えばアルミナボールミル等の粉砕機で粉砕することにより得られる粉末であり、例えば日本フェロー社製「１４−３６３５Ｐ」等として市場からも入手可能である。
【００１４】
無機繊維としては、従来からディスクロールに用いられている各種無機繊維を適宜用いることができ、その例としてセラミック繊維、ムライト繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維等が挙げられる。中でも、耐熱性に優れたアルミナ繊維、ムライト繊維、シリカ・アルミナ繊維、シリカ繊維が好適である。また、無機繊維は、必要に応じて２種以上を併用することができる。
【００１５】
本発明のディスクロール用基材は、非晶質コーディライト及び無機繊維を必須成分とするが、合成コーディライトを含有してもよい。図３に示すように、非晶質コーディライトを含むディスク用基材は、加熱より初期熱膨張を起こし、軟化開始温度に達すると収縮して結晶化し、結晶化が完了すると再び熱膨張を起こすようになる。そして、軟化・結晶化時における収縮（軟化最大収縮率）がディスク材としての寸法変化や熱的応力に大きく影響する。この軟化最大収縮率を小さく抑えるために、既に結晶化している合成コーディライトを含有することが効果的となる。合成コーディライトは、非晶質コーディライトが結晶化する助剤として働き、結晶化速度を高めることで不安定な結晶化工程を速やかに終結させ、結晶化時に起こる軟化などの不具合を最小限に留める効果を持つ。また、非晶質コーディライトは完全なコーディライト組成ではないため、単独で用いると、その結晶化物は不純物を内包して結晶構造が歪むことがあるが、合成コーディライトが種結晶として機能し、結晶構造の歪を低減してコーディライト本来の特性である耐熱性や低熱膨張性をより効果的に発現させ、更に安定して性能を向上させることができる。この合成コーディライトは、非晶質コーディライトが結晶化したものと同等物であり、本発明の効果を何ら損なうものではない。
【００１６】
合成コーディライトは、コーディライト組成（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ）に合わせて酸化マグネシウム源：酸化アルミニウム源：酸化ケイ素源＝２：２：５の割合で配合した混合物を、結晶化温度の１３５０℃以上に加熱して得られる結晶質のコーディライトである。前記混合物として、例えばタルクを２８質量部、カオリンクレーを４７質量部及び酸化アルミニウムを３５質量部の割合で配合し、ボールミルを用いて平均粒径が０．５μｍ程度に粉砕したものを挙げることができる。また、この混合物において、タルクは富士タルク工業（株）製「ＳＤ５５」として、カオリンクレーは土屋カオリン工業（株）製「グロマックスＬＬ」として、酸化アルミニウムは昭和アルミニウム（株）製「アルミナ粉末Ａ−４２−２」として、それぞれ市場からも入手可能である。更には、合成コーディライトも、例えば丸ス釉薬合資会社製「合成コージェライトＳＳ種」として市場から入手可能である。
【００１７】
本発明のディスクロール用基材にはその他にも、必要に応じて従来からディスクロールに使用されている各種材料を配合することができる。例えば、本発明のディスクロール用基材は、非晶質コーディライト及び無機繊維、更に必要に応じて合成質コーディライトを含む水性スラリーを、成形型を用いた吸引脱水成形等のモールド成形や抄造法により得られるが、コスト面では抄造法が有利であり、抄造法における抄造性や保形性等を向上させるために、凝集補助剤や有機繊維、有機バインダー等を配合することが好ましい。これらは何れも従来から抄造法によりディスクロール用基材を作製する際に使用されるもので構わず、凝集補助剤としてモンモリロナイト粉末等を使用でき、有機繊維としてパルプ等を使用でき、有機バインダーとしてデンプン水溶液等を使用できる。尚、モールド成形では凝集補助剤や有機繊維は不要である。
【００１８】
ディスクロール用基材の組成において、非晶質コーディライトの含有量を基材全量の２０〜８０質量％とすることが好ましい。非晶質コーディライトの含有量が２０質量％未満では所期の耐熱性の向上が得られ難くなり、８０質量％を超えると相対的に無機繊維の配合割合が低くなり、強度が低下し過ぎる恐れが生じる。また、無機繊維の含有量は基材全量の５〜５０質量％が好ましい。無機繊維の含有量が５質量％未満では強度不足となり、５０質量％を超える場合は相対的に非晶質コーディライトの含有量が減少して耐熱性の改善効果が発現しなくなる。
【００１９】
合成コーディライトは、非晶質コーディライトの一部を代替するものであるが、その際の非晶質コーディライトと合成コーディライトとの混合比は、非晶質コーディライト：合成コーディライト＝１２：１〜３：１０が好ましく、１１：２〜３：１０がより好ましく、９：４〜５：８が特に好ましい。合成コーディライトの比率が前記値より少ないと、上記したような結晶化の際の助剤としての機能が十分に働かず、基材全体が結晶化されないことも起こり得る。一方、合成コーディライトの比率が前記値よりも多くなると、非晶質コーディライトが少な過ぎてバインダー効果が得られなくなり、所期の強度が得られないことが懸念される。また、合成コーディライトの割合が大きいほど上記の軟化最大収縮率を抑えることができる。
【００２０】
また、上記したその他の材料の配合割合は、本発明の所期の効果を損なわない範囲で必要に応じて適宜設定することができるが、凝集補助剤は３質量％以下、有機繊維は１０質量％以下、有機バインダーは５質量％以下がそれぞれ適当である。
【００２１】
ディスクロール用基材を得る方法としては、抄造法を用いることが効率的で好ましい。  即ち、非晶質コーディライト及び無機繊維、更に必要に応じて合成コーディライト、凝集補助剤、有機繊維、有機バインダー等を所定量含む水性スラリーを調製し、この水性スラリーを抄造機にて板状に成形し、乾燥することによりディスクロール用基材を得ることができる。尚、ディスクロール用基材の厚さは適宜設定することができ、従来と同程度で構わず、２〜１０ｍｍが一般的である。
【００２２】
次に、本発明のディスクロールの製造方法に関して説明する。製造方法は、基本的には従来法に従うものであり、再び図１を参照して説明する。先ず、上記した本発明のディスクロール用基材からリング状のディスク材１２を打ち抜き、このディスク材１２を複数枚、金属製（例えば鉄製）の回転軸１１に嵌挿してロール状の積層物とし、両端に配したフランジ１３を介して両端から全体を加圧してディスク材１２に若干の圧縮を加えた状態でナット１５等で固定する。そして、所定のロール径となるようにディスク材１２の外周面を研削する。また、この研削により搬送面が平滑化される。
【００２３】
本発明のディスクロールは上記の如く構成されるが、更に上記のディスクロールのロール表面を加熱して、少なくともディスク材１２の外周面の表層部にある非晶質コーディライトを結晶化させることが好ましい。この結晶化物である結晶質コーディライトは、熱膨張係数が０．７〜１．５×１０−６／℃と従来のディスクロール材料と比べて小さく、耐熱衝撃性が大きい、即ち耐スポーリング性に優れるという利点を有する。また、化学的な安定性も高く、高温のガラスやステンレス板との反応性も低い。上述したように、ディスクロールは高温での変形や寸法変化が小さく、また粉落ちを誘引する熱的劣化が少ないことが要求されるが、結晶質コーディライトは従来のディスクロールに比べて耐スポーリング性に優れることから、ステンレス板の搬送のように１３００℃という高温でも十分に使用可能である。しかも、高温のステンレス板では表面に酸化鉄が生じやすいが、結晶質コーディライトは反応性が低いことからこの酸化鉄によるロール表面の損傷も少なく、長寿命となる。
【００２４】
ここで、非晶質コーディライトは、約８００℃〜１３００℃に加熱されると結晶化して結晶質コーディライトとなる。これに対し、帯状ガラス溶融物１１０は９００℃前後、ステンレス板も１３００℃前後の高温雰囲気下で処理されることから、上記の結晶化は、上記の如く作製したディスクロールを用い、通常の使用形態に従って帯状溶融ガラス１１０やステンレス板等の搬送を行うことにより実施できる。従って、結晶化のための新たな製造工程や製造装置が不要であり、製造に係るコストの上昇を招くことが無い。また、使用とともに非晶質コーディライトの結晶化がディスク材１２の内部（内径側）へと徐々に進行し、より強固なディスクロールとなるという利点もある。
【実施例】
【００２５】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００２６】
（実施例１〜１７、比較例１）
表１に示した原料を配合した水性スラリーを調製し、通常の抄造法により乾燥後の寸法が１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのディスクロール用基材を抄造した。尚、比較例１の配合は、本出願人による特許文献１に従うものである。そして、各ディスクロール用基材を以下の測定及び試験に供した。
【００２７】
(熱変化率の測定)
各ディスクロール用基材を９００℃または１３００℃に維持した加熱炉に１８０分間保持し、加熱前後の寸法変化率（熱変化率）を測定した。結果を表１に示す。
【００２８】
（耐摩耗性試験）
各ディスクロール用基材を上記の熱変化率の測定条件と同条件で加熱し、室温まで放冷した後に手で擦り、そのときの触感にて表面耐磨耗性を評価した。評価基準は、×＝摩擦により激しく粉落ちする、○＝摩擦により粉末が手に転写する、◎＝転写または粉落ちが見られないであり、結果を表１に示す。
【００２９】
（熱間摩耗試験）
各ディスクロール用基材から外径８０ｍｍ、内径３０ｍｍのリング状ディスクを打ち抜き、直径３０ｍｍ、長さ１００ｍｍの鉄製回転軸に嵌挿し、図１に示すような円柱状のディスクロールを作製した。また、比較例１の配合のディスクロール用基材から同様にしてリング状ディスクを打ち抜き、円柱状のディスクロールを作製した。そして、このディスクロールを実験炉に配置して炉内温度１０５０〜１３００℃に維持し、直径３０ｍｍのステンレス丸棒を押し当てた状態で５時間連続して回転させ、試験前後の外径変化から摩耗量を求めた。結果を表１に示す。
【００３０】
（軟化最大収縮率及び軟化開始温度の測定）
図４に示す構成の熱機械的特性測定装置（島津製作所製「ＴＭＡ−５０」）を用いて軟化最大収縮率を測定した。この測定装置は、ハウジングの底部に試料を置き、加熱炉で加熱しながら、プローブを介して荷重発生部から一定の亜圧縮荷重を試料に付加し、そのときの試料の寸法変化を位置検出部にて検出して熱膨張率や熱変形率を求めるものである。  また、軟化開始温度も同時に測定した。結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2004263860.tif 000003
【００３２】
【表２】
2004263860.tif 000004
【００３３】
表１に示すように、非晶質コーディライトを３０〜８０質量％含む実施例１〜１１のディスクロール用基材は、何れも１３００℃という高温でも寸法変化が少なく、また摩耗性にも優れている。更に、非晶質コーディライトの一部を合成コーディライトで代替した実施例１２〜１７のディスクロール用基材は、軟化最大収縮率も改善されている。また、合成コーディライトの割合が多いほど、軟化最大収縮率も小さくなっている。これに対し、比較例１のディスクロール用基材は９００℃での寸法変化は実施例のディスクロール用基材と遜色ないものの、１３００℃になると熱変化率が大幅に大きくなっている。このことから、本発明のディスクロール用基材は耐熱性に優れることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のディスクロールの一例を示す概略図である。
【図２】図１に示すディスクロールの一使用例（板ガラス製造装置）を示す概略図である。
【図３】非晶質コーディライト含有ディスク材の加熱時における膨張・収縮を説明するための図である。
【図４】実施例において軟化最大収縮率を測定するために用いた装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ディスクロール
１１  金属製回転軸
１２  ディスク材
１３  フランジ
１５  ナット
１００  板ガラス製造装置
１０１  溶融炉
１０２  スリット
１１０  帯状ガラス溶融物
【図１】
2004263860.tif 000005
【図２】
2004263860.tif 000006
【図３】
2004263860.tif 000007
【図４】
2004263860.tif 000008