JP3092820B2 - フロートガラス製造用ロール - Google Patents

フロートガラス製造用ロール

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晃 吉竹
幸一 水穂
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    • C03B35/16Transporting hot glass sheets or ribbons, e.g. by heat-resistant conveyor belts or bands by roller conveyors
    • C03B35/18Construction of the conveyor rollers ; Materials, coatings or coverings thereof
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フロートガラス製造ラ
インにおけるリフトアウトロールやレアーロール等に関
する。
【0002】
【従来の技術】フロートガラス製造ラインにおいて、ガ
ラス溶融炉から溶融スズ浴槽に連続的に供給される溶融
ガラスは、スズ浴表面を浮遊前進しつつ所定の厚さと幅
寸法を有する平坦で滑らかなガラスリボンとなってスズ
浴槽から導出され、リフトアウトロール、レアーロール
等により下面から支承されて徐冷ゾーンに移送される。
【0003】スズ浴槽から導出された直後のガラスリボ
ンは約600〜700℃の高温状態にあり、これを担持
するリフトアウトロールは600〜650℃の高温度と
なり、これにつづくレアーロールも300℃以上の温度
に加熱される。また、これらのロールの表面はロール回
転(周速度は例えば5m/分前後)に伴うガラスリボン
の接触と非接触が繰返されるほか、ガラスリボンの幅寸
法の変更に伴ってガラスリボンと接触する表面領域が広
狭変化することに起因して、ロール表面に周方向および
軸方向の温度ムラによる熱応力(ロールの変形の原因と
なる)が生じる。このため、従来より上記ロールとし
て、胴部をHK40材(25Cr−20Ni−Fe)や
HH材(13Cr−26Ni−Fe)等に代表される耐
熱合金鋼で形成したものが専ら使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記ガラス製造用ロー
ルの実使用において問題となるのは、溶融スズ浴槽から
導出される高温のガラスリボンの下面に溶融スズが付着
して浴槽から持出され、その溶融スズがロールの胴部表
面に接触して胴部表面を腐食することである。溶融スズ
は金属に対して極めて強い腐食性を有する物質であり、
ほとんどの金属を腐食する。ロールの胴部表面に、溶融
スズの付着と腐食反応による肌あれ・凹凸を生じると、
その表面状態がガラスリボンの下面に転写され、またロ
ール表面の腐食反応生成物がガラスリボンを汚染する等
の不都合を生じ、ガラス品質の低下、歩留りの低下等の
原因となる。従って上記ロールは使用途中における胴部
表面の管理に細心の注意が必要であり、そのロールメン
テナンスに要する負担は大きい。ガラス品質を高位安定
に保つべくロールの取替えを頻繁に行えば、それだけラ
インの生産性の低下、コスト増大等の不利を余儀なくさ
れる。本発明は、上記に鑑み、溶融スズに対する反応性
が少なく、改良された腐食抵抗性を有し、長期に亘って
平滑美麗な表面状態を維持し得る新規ロールを提供する
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のフロートガラス
製造用ロールは、ロール胴部の金属基材の表面に、セラ
ミックの溶射皮膜が、基材金属とセラミックの中間の熱
膨張係数を有する金属の溶射皮膜をアンダーコートとし
て積層形成されていることを特徴としている。
【0006】以下本発明について詳しく説明する。本発
明のロールの胴部基材の表面にアンダーコートとして金
属皮膜を設けているのは、胴部基材(金属)とその表面
のセラミック皮膜との熱膨張係数の差が大きく、そのま
ヽセラミック皮膜を形成したのでは、ロールの実使用過
程で熱的衝撃が加わった場合にセラミック皮膜の亀裂・
剥離を生じ易いからであり、その熱膨張差の緩和層とし
て、両者の中間の熱膨張係数を有する金属の皮膜をアン
ダーコートとして溶射形成している。
【0007】アンダーコートは例えばNi合金(約20
〜70%のCrを含有するCr−Ni合金等)を用いて
形成される。アンダーコートは、特に耐食性を必要とし
ないが、溶融スズに対する腐食抵抗性を有する金属皮膜
をアンダーコートとして形成しておけば、ロールの実使
用過程において仮にセラミック皮膜に熱的もしくは機械
的衝撃による微小亀裂が生じ、その亀裂を透過して溶融
スズが侵入するような場合にも、溶融スズと基材の接触
を遮断し、基材の腐食(その腐食はセラミック皮膜の界
面の膨れを誘起し、剥離の原因となる)を防止するのに
有効である。このような耐溶融スズ腐食抵抗性を備えた
アンダーコートはCo基合金を用いて形成することがで
きる。その好適な例として、15〜30%のCr,5〜
16%のAl,0.1〜1%のYを含有するCo合金が
挙げられる。また公知のコバルト基合金であるステライ
ト合金やトリバロイ合金等を使用することもできる。
【0008】アンダーコートの膜厚は約0.2〜0.5
mm程度であってよい。その皮膜の形成は、後記セラミ
ック皮膜の場合と同様に各種の溶射方式により行ってよ
いが、不活性ガスを作動ガスとするガスプラズマ溶射
は、溶射材料の酸化・変質が少なく、また緻密性の高い
皮膜の形成が容易である等の点で好適である。
【0009】上記金属皮膜の上にセラミック皮膜を積層
形成する。セラミックは、酸化物系、炭化物系、窒化物
系等の各種セラミックが適用される。その皮膜材質の具
体例として、アルミナ(Al)系やジルコニア
(ZrO)系等が挙げられる。アルミナ系セラミック
は、高純度のAlのほかG−Al(2〜3
%程度のTiO等を付随するグレイ・アルミナ)等も
有効である。ジルコニア系セラミックは、溶融スズに対
する腐食抵抗性にすぐれているのみならず、特に溶融ス
ズとの濡れ性が小さくスズの付着を殆ど生じないという
特長を有している。ジルコニア系としては、温度変化に
伴う相変態(熱膨張率の不連続的変化により皮膜の亀裂
・剥離を生じる原因となる)を抑制防止するための添加
剤としてCaO,MgO,Y,CeO,その他の
酸化物の1種ないし2種以上を一定量(例えば、3〜1
5モル、好ましくは約8モル)含有する所謂安定化もし
くは部分安定化ジルコニアが好適である。このほか、2
種以上のセラミックからなる混合成分系、例えばアルミ
ナ系とジルコニア系とを任意の割合(例えばアルミナ/
ジルコニア=5/95〜50/50、重量比)で混合し
たアルミナ・ジルコニア系、あるいはジルコニア・シリ
カ系(ジルコン等)も、溶融スズとの濡れ性が小さく、
スズの付着を生じにくい点で好ましく用いられる。
【0010】上記セラミック皮膜の形成は、ガスプラズ
マ溶射、水プラズマ溶射、ジェットコート溶射、アーク
溶射等の公知の各種溶射法を任意に使用することができ
る。その皮膜原料としてのセラミック粉末は、溶射に使
用される一般的粒径(例えば30μm程度)に調整され
たものであればよい。また、皮膜厚さは約0.2〜0.
5mm程度であってよい。溶射により形成されるセラミ
ック皮膜の気孔率は一般的に約5〜15%である。その
気孔率は、溶射方式により、例えばガスプラズマ溶射に
よる皮膜は比較的緻密性が高いのに対し、水プラズマ溶
射により形成される皮膜は気孔率が大きい(約10〜1
5%)という相違があるが、どの溶射方式による皮膜
も、溶融スズの浸透の問題は全くない(このことは、後
記実施例に示すように耐食合金、例えばCr,Al,Y
等を含むNi合金の溶射皮膜は溶融スズの浸透を遮断で
きず、基材内部まで腐食が進むことと著しく様相が異な
る)。従って上記セラミック皮膜は必ずしも高緻密質で
あることを必要としない。むしろ、比較的大きい気孔率
(約10〜15%)を有する皮膜である方が、ロールの
実使用時に熱衝撃をうけた場合の体積変化による応力吸
収能が高く、その皮膜にミクロクラック(溶融スズの透
過侵入と基材の腐食の原因となる)を生じにくいという
点で有利である。この点からは、セラミック皮膜の形成
は水プラズマ溶射法が好適である。
【0011】なお、胴部基材は、従来のロールの胴部材
料として使用されてきた耐熱合金鋼(HK40,HH
等)であってむろん構わないが、本発明ではその基材表
面がセラミック皮膜で被覆されており、ガラスリボンや
雰囲気ガスと直接々触することがなく、またセラミック
皮膜(金属に比し熱伝導度が低い)により基材への熱伝
導が抑制されるので、従来のロール材料に要求される程
の耐熱性は必要とせずそれよりグレードの低い合金鋼を
適用することも可能である。
【0012】図1は本発明のロールの断面構造を模式的
に示している。(11)は胴部基材、(12)はアンダ
ーコート、(13)は胴部表面層として形成されたセラ
ミック皮膜である。 (15,15)は胴部に取付られ
た軸である。本発明のロールは、胴部基材(11)とし
て適宜合金鋼からなる円筒体(例えば遠心力鋳造管に機
械加工を加えたもの)にロール軸(15,15)を取付
けたうえ、胴部基材(11)の表面に、例えば溶射皮膜
の密着性を高めるためのサンドブラスト等を必要に応じ
て施したうえ、アンダーコート(12)およびセラミッ
ク皮膜(13)を溶射形成し、ついでそのセラミック皮
膜表面に研削・研摩加工を加えることにより製造され
る。セラミック皮膜の表面あらさは、例えばRa約0.
8〜3(μm)程度としてよい。
【0013】
【実施例】耐熱合金鋼(0.43C−1.81Si−
0.87Mn−20.75Ni−24.52Cr−F
e,HK40相当)からなる中空円筒体(外径:85m
m、肉厚:5mm、長さ:100mm) の表面に金属
皮膜(アンダーコート)とセラミック皮膜(表面層)と
を溶射形成し、セラミック皮膜に研摩加工(表面あらさ
Ra:0.8〜1.3μm)を加えて供試材(No.1
〜14)を製作した。比較例として、上記と同じ耐熱合
金鋼製中空円筒体の表面の溶射皮膜形成を省略したもの
(No.101),および金属皮膜のみ溶射形成したも
の(No.102,No.103)を用意した。
【0014】表1中、溶射法の欄の「G」はガスプラズ
マ溶射、「W」は水プラズマ溶射、「A」はアーク溶射
を意味している。セラミックの材質の欄の「ZrO
(8CaO)」および「ZrO(8Y」はそ
れぞれ8モルのCaOまたはYを含有する安定化
ジルコニアであり、混合成分系(No.9〜12)にお
ける〔 〕内の数値は混合割合(重量比)を示してい
る。また金属皮膜の欄のCr−Al−Y−Niは、Cr
22%、Al10%、Y 1%を含有するNi合金、
「Cr−Al−Y−Co」は、Cr 29%、Al 6
%、Y 1%を含有するCo合金である。
【0015】上記各供試材を炭素製箱型容器内の溶融ス
ズ(深さ約20mm)に縦向きに浸してフロートライン
の溶融スズ浴炉の炉壁内面側に設置して80日間放置し
たのち、供試材の腐食、スズの付着状況、および亀裂・
剥離の有無を観察し、表2に示す結果を得た。表中、腐
食反応の欄の「◎」は溶射皮膜の腐食が皆無であるこ
と、「×」は腐食が発生したことを意味し、同欄の(
)内の数値は基材表面の腐食反応層の深さ(mm)を
表している。また、スズ付着性の欄における各マークは
「×→△→○→◎」の順にスズの付着量が少ない(◎は
付着皆無ないしは極微量)ことを表している。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】同表に示したように、従来材に相当するN
o.101(HK40円筒体、溶射皮膜なし)は溶融ス
ズによる腐食が著しく、腐食反応層厚(浸食深さ)も大
である。EPMAによれば、腐食反応層はことごとくN
i分が溶出し、NiとSnとが置換された組織に変化し
ていることが観察される。またその表面はスズの付着も
顕著である。Cr−Al−Y−Ni合金の溶射皮膜で表
面を被覆したNo.102も、溶融スズとの反応による
皮膜のNi溶出が著しく、溶融スズの皮膜透過により基
材にもかなりの腐食が生じている。これに対し、発明例
No.1〜14は、いずれもその表面を被覆するセラミ
ック溶射皮膜および基材に腐食反応は全く認められず、
その表面に対するスズの付着も殆どないか、もしくは極
く微量にとどまっている。また、いずれもセラミック皮
膜の亀裂や剥離等の損傷のないことも確認された。な
お、Cr−Al−Y−Co合金の溶射皮膜を形成したN
o.103は、発明例No.1〜14には及ばないもの
ヽ、No.101(溶射皮膜なし)やNo.102(C
r−Al−Y−Ni合金溶射)に比べて、溶融スズの腐
食に対する抵抗性が高い。従って、このCo基合金は、
本発明のロールにおけるアンダーコートとして、腐食抑
制効果を兼ねる金属皮膜を形成する材料として有用であ
る。
【0019】
【発明の効果】本発明のフロートガラス製造用ロール
は、溶融スズに対し極めて安定した腐食抵抗性を有し、
かつ表面のスズの付着も殆どなく、長期に亘って平滑美
麗な表面状態を保持する。その耐用寿命の向上によりロ
ールメンテナンスの大幅な軽減、ライン生産性の向上、
およびガラス品質の高位安定化等の諸効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明ロールの断面構造を模式的に示す軸方向
断面図である。
【符号の説明】 11 胴部基材,12 アンダーコート,13 セラミ
ック皮膜,15 ロール軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯野 勝彦 大阪市中央区道修町三丁目5番11号 日 本板硝子株式会社内 (72)発明者 鈴木 桂介 兵庫県尼崎市常光寺一丁目9番1号 大 阪富士工業株式会社内 (72)発明者 桜井 哲男 兵庫県尼崎市常光寺一丁目9番1号 大 阪富士工業株式会社内 (72)発明者 吉竹 晃 大阪府枚方市中宮大池一丁目1番1号 株式会社 クボタ 枚方製造所内 (72)発明者 水穂 幸一 大阪府枚方市中宮大池一丁目1番1号 株式会社 クボタ 枚方製造所内 (72)発明者 阪下 元貴 大阪府枚方市中宮大池一丁目1番1号 株式会社 クボタ 枚方製造所内 (56)参考文献 特開 昭54−112316(JP,A) 特開 昭54−80312(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 18/02 C03B 35/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロール胴部の金属基材の表面に、セラミ
    ックの溶射皮膜が、基材金属とセラミックの中間の熱膨
    張係数を有する金属の溶射皮膜をアンダーコートとして
    積層形成されていることを特徴とするフロートガラス製
    造用ロール。
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