(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機質繊維、無機質充填材および無機結合材を主材として構成された複数の環状ディスク材からなるディスクロールにおいて、前記無機結合材がシリカゾルまたはアルミナゾルからなり、かつ前記ディスクロール表面から含浸されたシリカゾルまたはアルミナゾルが、ディスクロールの表面から内部に向かって漸次減少していることを特徴とするディスクロール。
【請求項２】
無機質繊維、無機質充填材および無機結合材としてのシリカゾルまたはアルミナゾルを主材として成形した複数の環状ディスク材を金属シャフトに嵌挿圧縮してディスクロールを構成する工程と、シリカゾルまたはアルミナゾルを前記ディスクロールの表面から含浸させる工程と、前記シリカゾルまたはアルミナゾルの含浸後乾燥し、含浸されたシリカゾルまたはアルミナゾルをディスクロールの表面から内部に向かって漸次減少させる工程とから成ることを特徴とするディスクロールの作製方法。
【請求項３】
請求項２に記載のディスクロールの作製方法において、前記ディスクロールは、６０℃〜９０℃の雰囲気中で乾燥し、含浸されたシリカゾルまたはアルミナゾルをディスクロールの表面から内部に向かって漸次減少させることを特徴とするディスクロールの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温熱処理炉等における被熱処理材を搬送するために用いられるディスクロールに係るもので、特に高品位ガラス製造工程に用いて好適な搬送用ディスクロールおよびその作製方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、平板形状ガラスの製造方法として、溶融したガラス原料を溶融金属槽上面に流し、溶融金属の表面張力によって得られる平滑性と溶融ガラス自身が持つ表面張力とによって、製品ガラスの平滑性を得る方法が知られている。その場合、耐熱衝撃性の低いガラスは、溶融状態から固体へ移行させる際に徐冷工程を必要とするため、この徐冷工程ではガラスを運搬するためのロールが使用される。ディスクロールは、この搬送用に用いられるロールの一種である。
【０００３】
従来より使用されている平板状ガラス搬送用ロールは、下記の４種類に大別される。
（イ）アスベストに代表される天然鉱物繊維を主材とする比較的軟質な材料を用いたロール。
（ロ）耐熱金属を使用した金属ロール。
（ハ）金属ロール表面にセラミック薄膜をＣＶＤや溶射法などによってコーティングしたロール。
（ニ）アスベスト以外の人造無機繊維や天然鉱物繊維、天然鉱物、人造フィラーを主材とする比較的軟質な材料を用いたロール。近年このタイプのものが最も一般的に使用されている。
【０００４】
しかしながら、従来技術による上記の各種搬送用ロールは下記の問題がある。
（イ）アスベストロールは、比較的安価で、表面性状を整えやすく、低熱伝導率という特徴を持つが、その主成分であるアスベストが人体に与える影響から使用そのものが制限される傾向にある。
（ロ）金属ロールは、高温の酸化雰囲気における耐性が不足し、硬質であるがために異物が混入した場合製品ガラスに傷をつけてしまう。また、熱伝導率が高いため温度制御を必要とする徐冷炉においては、エネルギーロスが大きいという問題も抱えている。
（ハ）セラミックコートの金属ロールは、高価で熱衝撃に弱く寿命が短いという問題点がある。
（ニ）人造無機繊維を主材とするロールは、アスベストロールと同様に低い熱伝導率を有し、表面の硬さ等を比較的コントロールし易いなどの特徴を備えており、近年最も一般的に使用されるものとなっている。しかしながら、そのようなロールにおいても急速な技術革新を果たしてきている高品位ガラスが要求するレベルの表面平滑性を確保することは非常に困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記問題を解決する手段として、例えば、アスベストを使用しない無機繊維を主材として構成したディスクロールの外表面より無機コロイド溶液を添加して表面性状の改善を図ったもの（特許第２５６８８４５号公報参照）がある。この構成によるロールは、ロール成型時の表面硬度、表面精度共にアスベスト品を凌ぐ製品が得られるようになっている。
【０００６】
しかしながら、前記構成のロールにおいては、ロール表面の無機コロイド溶液含浸部分とそれ以外の未含浸部分が成分的に明白に区分されてしまうことから、熱膨張率、加熱による収縮率が無機コロイド溶液含浸のロール表面部分とそれ以外の未含浸部分とで大きく異なるため、実使用時の被熱により、ロール表面にクラックと呼ばれる割れが生じ、やはり、近年の高品位ガラス製造に要求される表面平滑性が確保できない。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、先進的な高品位ガラス製造に要求されるレベルの表面性状を有し、かつ低熱伝導率で柔らかく、耐熱衝撃性に優れたディスクロールを提供することを主たる目的としている。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明によるディスクロールは、無機質繊維、無機質充填材および無機結合材を主材として構成された複数の環状ディスク材からなるディスクロールにおいて、前記無機結合材がシリカゾルまたはアルミナゾルからなり、かつ前記ディスクロール表面から含浸されたシリカゾルまたはアルミナゾルが、ディスクロールの表面から内部に向かって漸次減少していることを要旨としている。
【０００９】
また、本発明によるディスクロールの作製方法は、無機質繊維、無機質充填材および無機結合材としてのシリカゾルまたはアルミナゾルを主材として成形した複数の環状ディスク材を金属シャフトに嵌挿圧縮してディスクロールを構成する工程と、シリカゾルまたはアルミナゾルを前記ディスクロールの表面から含浸させる工程と、前記シリカゾルまたはアルミナゾルの含浸後乾燥し、含浸されたシリカゾルまたはアルミナゾルをディスクロールの表面から内部に向かって漸次減少させる工程とから成ることを要旨としている。
【００１０】
前記ディスク材を成形する無機質繊維としては、代表的にはアルミノシリケート繊維が用いられるが、他にシリカ繊維、アルミナ繊維、ムライト繊維等が一種または複数種混合して用いられる。
【００１１】
前記無機質充填材としては、シリカ粉末、ジルコニア粉末、アルミナ粉末、シリカアルミナ粉末、ムライト粉末等から選ばれた一種または複数種類が用いられる。これらの粉末のうち、一般にはシリカ粉末が用いられ、また、無機質充填材としては、通常粒径が１μｍ〜５０μｍ程度の粉末が用いられる。
【００１２】
前記無機結合材は、無機コロイド溶液として導入されるもので、無機コロイド溶液としては、シリカゾル、アルミナゾル等から選ばれた一種または複数種類のものが用いられる。
【００１３】
【作用】
公知技術として引用した特許第２５６８８４５号公報記載のように、成形されたディスクロールの表面から無機コロイド溶液を添加含浸させることは、ロール表面性状の改善に非常に大きな効果がある一方で、ロール表面部と内部との成分組成および存在密度の不均一を招き、これが実使用に被熱された際に、熱膨張率の違い、収縮率の違いとなって現れる。
【００１４】
具体的には、後工程でコロイド溶液を添加されるディスクロール外周部の方が、加熱膨張率、加熱収縮率共に大きくなる傾向を示す。ガラス運搬用のディスクロールは、一般に既に温度の上げられた炉中に装填して使用されるため、装填時に大きな熱衝撃が加わる上、ディスク材は断熱性が高いため、ディスクロール表面と内部とでは大きな温度差が長い時間続くことになる。
【００１５】
それがため、被熱開始の初期の段階では、熱膨張差による影響が大きく発現し、ディスクロール表面と内部との間に応力を生み、その界面部分に円周方向の破壊が起こる。さらに被熱時間が長くなってくると加熱収縮の差異による影響が発現し、ロール表面は大きな収縮に転じるのに対して、ロール内部は、その断熱性故に温度が表面ほど高くないことも手伝って加熱による収縮はほとんど起こらない。このため、コロイド溶液添加層と未添加層との界面からロール表面に向かってロール表面を引っ張る方向へ応力が発生する。その結果、ロール表面には、クラックと呼ばれる亀裂が生じるに至り、これが高品位ガラス製造にとって許容されないロール表面性状の不具合に繋がる。
【００１６】
本発明においては、無機質繊維と無機質充填材を主材とするディスク材にあらかじめ、表面処理に使用するものと同質の無機結合材を添加しておき、さらには、後工程の表面処理においても同種の無機結合材のコロイド溶液を添加含浸させ、一般的に行なわれるよりも低い温度（６０℃〜９０℃）で乾燥し、マイグレーション（添加成分が水分と共にディスクロール表面へ移動する現象）を抑制することにより、ディスクロール内部に存在するコロイド溶液の乾燥物濃度、即ち無機結合材の残存密度が、ディスクロール表面から内部へ向かって漸次減少していく構造のディスクロールが得られる。
【００１７】
この状態を図１に模式的に示す。図１［Ａ］中、１はディスクロール、１ａはディスクロールを形成する環状のディスク材、２はシャフトであり、図１［Ｂ］中のグラフは、ディスクロールの半径方向の距離ｒと無機結合材の存在密度ρとの関係を示している。
図１［Ｂ］に示すように、無機結合材の存在密度はディスク材の表面から中心方向へ向かうにつれて漸次減少する状態で存在している。ここで中心のシャフト近傍においても無機結合材が存在しているのは、予め後添加する無機結合材を添加してあるからである。
【００１８】
このようにディスクロールを構成している無機結合材を含む成分組成およびその存在密度がディスクロールの深さ方向へ緩やかな濃度勾配をもって分布する構造のディスクロールは、加熱時にディスク材内部において熱膨張や収縮差により発生する局部的な応力を生じることがなく、長期にわたってディスクロールの表面精度を高品位ガラス製造が要求するレベルに維持する。
【００１９】
なお、上記のように構成される無機結合材のコロイド溶液含浸ディスクロール製造工程において、環状ディスク材の任意の層間に必要に応じて環状に打ち抜いた金属製または非金属製の補強板や放冷板を挟み込んで差し支えない。
【００２０】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を比較例と共に示す。
実施例１
アルミノシリケート繊維（商品名；ニチアス（株）製ファインフレックス１３００）５０重量部と高純度のアルミナ微粒子４５重量部にシリカゾル（商品名；日産化学工業（株）製ＳＴ−３０）を固形分換算で３重量部、アクリル系のエマルジョンラテックスを固形分換算で５重量部を水中にて攪拌し、定量の凝集剤を加えても脱水成型することでドーナツ状のディスク材を得た。このドーナツ状のディスク材を金属シャフトへ嵌挿圧縮し、ディスクロールを作製した。
このように作製したディスクロールにシリカゾルをローラー刷毛にて、乾燥後にディスク材重量の１０mass％となるように塗布した。塗布後のディスクロールを回転させながら８０℃で１６時間乾燥を行った。
【００２１】
実施例２
実施例１と同様の手法で作製したディスクロールをコロイダルシリカ溶液槽の中に全体が没するまで浸漬し、溶液槽にシール機構を有した蓋を施し、溶液槽上部の空気を抜くことで溶液槽内部を減圧した。減圧状態を２０分間保持した後、圧力を大気圧まで戻し、蓋を取り去ってディスクロールを溶液槽から引き上げた。
引き上げたディスクロールは、回転させながら８０℃で１６時間乾燥を行った。乾燥後のディスクロール重量から算出したコロイダルシリカの含浸量は、２４mass％であった。
【００２２】
比較例１
アルミノシリケート繊維（商品名；ニチアス（株）製ファインフレックス１３００）５０重量部と高純度のアルミナ微粒子４５重量部にアクリル系のエマルジョンラテックスを固形分換算で５重量部を水中にて攪拌し、定量の凝集剤を加えて、脱水成型することでドーナツ状のディスク材を得た。このドーナツ状のディスク材を金属シャフトへ嵌挿圧縮し、ディスクロールを作製した。
このように作製したディスクロールにシリカゾルをローラー刷毛にて、乾燥後にディスク材重量の１０mass％となるように塗布した。塗布後のディスクロールを回転させながら１０５℃で１６時間乾燥を行った。
【００２３】
比較例２
実施例１と同様の手法で作製したディスクロールをシリカのコロイド溶液（製品名；日産化学工業（株）製ＳＴ−３０）を満たした槽の中へ完全に沈み込ませて含浸を行った。含浸後のロールを回転させながら１０５℃で１６時間の乾燥を行った。
【００２４】
実施例１、２および比較例１、２によって得られたディスクロールの特性評価試験結果を下記表１に示す。
【００２５】
【表１】
0003909188.tif 000002
【００２６】
上記ディスクロールの特性評価試験結果から判るように、本発明によるディスクロールは、ロール表面の平滑性に優れ、かつ高温雰囲気中での耐熱衝撃性に優れた性能を有することが認められた。
【００２７】
これに対して、比較例１では、８００℃の加熱試験後において、ロール表面にクラックが発生してしまう。
これは、シリカゾルの含浸前の段階でディスク基材中にシリカゾル成分である無機結合材を加えていないので、目的とする傾斜構造が得られなかったためである。
また、乾燥温度が１０５℃と高いので、マイグレーション効果が強く働き、表面層に無機結合材が集中してしまい、そのために加熱時に表面層とより内層との間に応力が働いたからである。
【００２８】
また、比較例２では、８００℃の加熱試験後において、ロール表面が脱落してしまう。
これは、シリカゾルの含浸後に行った乾燥条件の温度が１０５℃と高いので、マイグレーション効果が強く働いてシリカ成分が表面付近に集中し、そのために無機結合材の存在密度が表面近傍で急激に高くなる構造となり、その結果、表面付近の層とより内側の層との間で局部的な応力が発生したからである。
また、表面が脱落するほどのこととなってしまったのは、コロイダルシリカ溶液の含浸量が多く、それに対応して表面層におけるコロイダルシリカ成分の存在密度が高くなってしまったからである。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、アスベストを使用しない無機質繊維、無機質充填材および無機結合材を主材として構成するディスクロールとして、先進的な高品位ガラス製造に要求されるレベルの表面性状を有し、かつ耐熱衝撃性に優れ、長期間の安定使用を可能としたディスクロールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】［Ａ］はディスクロール概略構成図、［Ｂ］はディスクロール内部における無機結合材の存在密度の勾配を表したグラフである。
【符号の説明】
１  ディスクロール
１ａ  ディスクロールを形成する環状ディスク材
２  金属シャフト
【図１】
0003909188.tif 000003