JP5016646B2 - 耐熱ロール、その製造方法及びこれを使用した板ガラスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、耐熱ロール、その製造方法及びこれを使用した板ガラスの製造方法に関し、特に、低発塵性等の耐熱ロール特性の向上に関する。
板ガラスの製造においては、溶融状態のガラスリボンを搬送するために、粘土を含有するロール部を備えた耐熱ロールが用いられる。液晶ディスプレイやプラズマディスプレイに適した高品質の板ガラスを製造するためには、この耐熱ロールがガラスリボンに与える好ましくない影響を可能な限り低減する必要がある。そこで、従来、耐熱ロールとしては、仕上げにロール部の表面を研削したものが使用されていた（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
しかしながら、研削により仕上げられた上記従来の耐熱ロールは、ロール部の表面の平滑度や、当該表面からの発塵性等の特性が必ずしも十分なものとはいえなかった。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであって、ロール部の表面が高度に平滑化され、且つ発塵性が効果的に低減された耐熱ロール、その製造方法及びこれを使用した板ガラスの製造方法を提供することをその目的の一つとする。
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る耐熱ロールの製造方法は、粘土を５重量％以上含有するロール部を備えた耐熱ロールの製造方法であって、前記ロール部のロール表面を研削する研削工程と、研削された前記ロール表面を湿らせた状態でならす表面処理を行う表面処理工程と、を含むことを特徴とする。本発明によれば、ロール部の表面が高度に平滑化され、且つ発塵性が効果的に低減された耐熱ロールの製造方法を提供することができる。
また、上記の製造方法では、前記表面処理工程において、研削された前記ロール表面を湿らせる第一工程と、次いで、湿った前記ロール表面をならす第二工程と、を実施することにより、前記表面処理を行うこととしてもよい。また、この場合、前記第二工程において、湿った前記ロール表面に基材を押し付けつつ前記ロール部を回転させることにより、前記ロール表面をならすこととしてもよい。こうすれば、ロール部の表面が高度に平滑化され、且つ発塵性が効果的に低減された耐熱ロールを効率よく製造することができる。
また、上記の製造方法では、前記表面処理工程において、回転する前記ロール部の前記ロール表面に、湿らせた基材を押し付けることにより、前記表面処理を行うこととしてもよい。こうすれば、ロール部の表面が高度に平滑化され、且つ発塵性が効果的に低減された耐熱ロールを効率よく製造することができる。
また、上記いずれかの製造方法では、前記表面処理工程において、周方向の一方に回転する前記ロール部の前記ロール表面に前記表面処理を施し、さらに、前記ロール部の回転方向を反対方向に切り換えて前記表面処理を行う繰り返し処理を１回以上実施することとしてもよい。こうすれば、ロール部の表面が高度に平滑化され、且つ発塵性が効果的に低減された耐熱ロールを効率よく製造することができる。
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る耐熱ロールは、粘土を５重量％以上含有するロール部を備えた耐熱ロールであって、前記ロール部の表面部分が、前記ロール部の内部に比べて緻密化されていることを特徴とする。本発明によれば、ロール部の表面が高度に平滑化され、且つ発塵性が効果的に低減された耐熱ロールを提供することができる。
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る板ガラスの製造方法は、上記いずれかの耐熱ロールを搬送用ロールとして使用することを特徴とする。本発明によれば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイに適した板ガラス等、高品質の板ガラスを確実に製造できる板ガラスの製造方法を提供することができる。
本発明によれば、ロール部の表面が高度に平滑化され、且つ発塵性が効果的に低減された耐熱ロール、その製造方法及びこれを使用した板ガラスの製造方法を提供することができる。
以下に、本発明の一実施形態に係る耐熱ロール、その製造方法及びこれを使用した板ガラスの製造方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態においては、本発明に係る耐熱ロールが、積層された複数のディスク材を有するディスクロールとして実現される例について主に説明するが、本発明は、本実施形態に限られるものではない。
まず、本実施形態に係るディスクロールの概要と、当該ディスクロールを使用した板ガラスの製造方法について説明する。図１には、ディスクロール１の一例を示す。図１に示すように、ディスクロール１は、その長手方向に延びる円柱状のロール部１０を備えている。
ロール部１０は、粘土を５重量％以上含有する複数のディスク材１１が、当該ロール部１０の長手方向に積層されることにより構成されている。すなわち、ロール部１０を構成する複数のディスク材１１は、ディスクロール１の回転軸となる軸部２０に嵌挿されている。
そして、積層された複数のディスク材１１は、軸部２０の両端部分にそれぞれ設けられたフランジ２１及びナット２２によって、当該軸部２０の長手方向に圧縮された状態で固定されている。したがって、ロール部１０の表面（以下、「ロール表面１２」という。）は、圧縮状態で積層された複数のディスク材１１の外周面が連なることにより構成されている。
ここで、一般に金属製である軸部２０は、ディスク材１１に比べて熱膨張率が大きい。このため、例えば、ディスクロール１が加熱された場合には、軸部２０の熱膨張は、当該軸部２０に嵌挿されているディスク材１１の熱膨張より大きくなる。
この点、上述のように複数のディスク材１１を軸部２０の長手方向に圧縮した状態で固定することにより、ロール部１０において、加熱された場合の膨張しろを確保しておくことができる。したがって、ディスクロール１が加熱された場合であっても、ロール部１０は、軸部２０の熱膨張に追従することができる。
この結果、ディスクロール１の製造時や使用時において、温度変化が原因となって複数のディスク材１１が互いに分離することや、ロール部１０にクラックが形成されるといった問題を効果的に防止することができる。ただし、複数のディスク材１１の固定方法はこれに限られず、当該複数のディスク材１１は圧縮されることなく固定されていてもよい。
このディスクロール１は、板ガラスの製造において、搬送用ロールとして使用できる。図２には、板ガラスの製造において搬送用ロールとして使用されるディスクロール１の一例を示す。図２に示すように、板ガラスの製造装置（不図示）においては、並列に配置された一対のディスクロール１が、その軸部２０を中心に回転可能に設置される。なお、ディスクロール１は動力発生装置（不図示）に接続されていてもよい。この場合、ディスクロール１は、動力発生装置が発生させた動力に基づき回転することができる。
そして、搬送路の上流側から溶融された状態で送られてきたガラスリボン３０は、回転する一対のロール部１０によって挟持されながら下流側に搬送される。すなわち、図２に示す例において、ガラスリボン３０は鉛直方向下方（図２に示す矢印Ｄの指す方向）に搬送される。
ディスクロール１によって搬送されることにより、ガラスリボン３０は徐冷される。なお、図２には、一対のディスクロール１のみを示しているが、搬送路に沿って、二対以上のディスクロール１を設置することもできる。
また、ロール表面１２は、板ガラスの製造において、搬送されるガラスリボン３０と接触しない表面部分（非接触部分）を有していてもよい。すなわち、例えば、図２に示す例においては、ロール表面１２のうち、ガラスリボン３０の幅方向において、当該ガラスリボン３０よりさらに外側に配置される両端部分が非接触部分である。
また、ディスクロール１は、製造される板ガラスの公称板厚を調整するためにガラスリボン３０に張力を加える牽引ロールとしても使用できる。すなわち、例えば、一対のディスクロール１からなる牽引ロールは、オーバーフロー・ダウンドロー・フュージョン法において、溶融ガラスがパイプからオーバーフローすることにより形成されたガラスリボン３０を牽引するために使用される。このとき、牽引ロールによるガラスリボン３０の牽引速度によって、製造される板ガラスの公称板厚を調整することができる。
このように、板ガラスの製造において、ガラスリボン３０と接触するロール表面１２は、ガラスの溶融温度以上の高温に耐える耐熱性、接触するガラスリボン３０を傷つけない平滑性、ガラスリボン３０を汚染しない低発塵性といった特性を兼ね備えている必要がある。
特に、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイに使用される高品質で薄い板ガラスを製造する場合には、ロール表面１２には高度なクリーン性が要求される。したがって、ロール表面１２が非接触部分を有する場合には、当該ロール表面１２のうち、ガラスリボン３０と接触する部分はもちろん、ガラスリボン３０と接触しない当該非接触部分もまた、耐熱性や低発塵性といった優れた特性を備える必要がある。
これに対し、本発明の発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ロール表面１２の組成を実質的に変化させることなく、緻密化することにより、発塵性を効果的に低減し、且つ耐熱性を維持できることを独自に見出した。
次に、このような優れた特性を備えたディスクロール１及びその製造方法（以下、「本製造方法」という。）について説明する。図３は、本製造方法の一例に含まれる主な工程を示す。図３に示すように、本製造方法は、組立工程Ｓ１００と、研削工程Ｓ１０１と、表面処理工程Ｓ１０２と、を含んでいる。
組立工程Ｓ１００においては、複数のディスク材１１を製造するとともに、当該複数のディスク材１１を用いてディスクロール１を組み立てる。ディスク材１１の製造においては、まず、水性スラリーを調製し、当該水性スラリーから所定厚さの板状体（いわゆるミルボード）を製造する。
水性スラリーは、最終的に製造されるディスク材１１が備えるべき組成に応じた組成で調製する。すなわち、例えば、この水性スラリーは、ディスクロール１に装着されたディスク材１１において５重量％以上という含有量を達成するために必要な量の粘土を含有する。
粘土としては、後述する表面処理工程Ｓ１０２において、湿らせることによって粘性及び可塑性を示すものであれば特に限られず任意の種類のものを適宜選択して用いることができ、１種類を単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。
また、粘土としては、加熱により焼結する特性を有するものを好ましく使用できる。具体的に、例えば、木節粘土や蛙目粘土等の耐火性粘土や、ベントナイト、カオリンを使用でき、当該耐火性粘土を好ましく使用できる。中でも、木節粘土は、焼結によるバインダー効果が高く、不純物も少ないため好ましい。
また、水性スラリーは、さらに無機繊維や充填材を含有することもできる。無機繊維としては、ディスク材１１の強度を高める補強材となるものであれば特に限られず任意の種類のものを適宜選択して用いることができ、１種類を単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。
すなわち、例えば、セラミック繊維、ガラス繊維、ロックウール繊維等の人造無機繊維を好ましく用いることができる。より具体的に、例えば、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、シリカ繊維を特に好ましく使用できる。
充填材としては、ディスク材１１の耐熱性や強度等の特性の向上に寄与するものであれば特に限られず任意の種類のものを適宜選択して用いることができ、１種類を単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。すなわち、例えば、マイカ、ワラストナイト、セピオライト、シリカ、アルミナ等の無機充填材を使用でき、中でも高弾性、滑り性、耐摩耗性、耐熱性等の優れた特性を示すマイカを好ましく使用できる。
なお、マイカを使用することにより、ディスクロール１において、軸部２０の熱膨張に対するディスク材１１の追従性を向上させることもできる。すなわち、軸部２０は鉄や鋼等の金属製であるため、高温に晒されると熱膨張し、その長手方向に沿って伸びる。このとき、ディスク材１１は金属に比べて熱膨張率が低いため、軸部２０の伸びに追従することができず、ロール部１０を構成する複数のディスク材１１同士が剥離してしまう可能性がある。
これに対し、マイカは極めて薄い層構造を有しており、加熱されると結晶水を放出して結晶変態を起こし、その際層方向に膨張する傾向がある。このため、ディスク材１１がマイカを含有する場合には、当該マイカの層方向への膨張により、当該ディスク材１１は軸部２０の熱膨張に追従することができる。
マイカとしては、例えば、白マイカ、黒マイカ、金マイカを使用でき、中でも上述の熱膨張における追従性を効果的に高めることのできる白マイカを好ましく使用できる。
また、水性スラリーは、成形性等の特性を向上させるための助剤をさらに含有することができる。この助剤としては、例えば、ディスク材１１を焼成することにより、当該ディスク材１１から消失させることのできる有機材料や無機材料を使用できる。有機材料としては、パルプ、合成樹脂の繊維や粒子等の有機バインダーを使用できる。
このような原料の混合物として調製された水性スラリーを板状に成形し、乾燥させることによりミルボードを製造することができる。ミルボードの成形は、抄造機を用いた抄造法により好ましく行うことができる。ミルボードの厚さは、ディスク材１１の厚さに相当する所望の値に設定でき、例えば、２〜３０ｍｍの範囲とすることができる。
そして、ミルボードの一部を円盤状に打ち抜き、打ち抜かれた円盤体をディスク材１１として得る。なお、ディスク材１１の中央には、組み立ての際に軸部２０を挿通するための貫通穴が形成される。
また、ディスク材１１は、ミルボードから打ち抜かれた円盤を焼成したものとすることができ、また、焼成することなくミルボードを打ち抜いて得られる円盤そのものとすることもできる。なお、焼成条件は特に制限されず、焼成炉の仕様、ディスク材１１のかさ密度や大きさ等の条件に応じて適宜変更することができる。すなわち、焼成温度は特に制限されないが、例えば３００〜１０００℃の範囲とすることができ、好ましくは４００〜９００℃の範囲とすることができ、より好ましくは５００〜８００℃の範囲とすることができる。焼成時間は特に制限されないが、例えば１〜２４時間の範囲とすることができる。
焼成したディスク材１１を製造する場合、当該焼成により、ミルボードに含有されていた有機材料等の助剤を消失させることができる。この結果、焼結した無機材料からなるディスク材１１が得られる。また、焼成後のディスク材１１には、当該焼成に伴う一部の材料の焼失に由来する空隙が形成される。
また、ディスク材１１は、モールド成形により製造することもできる。すなわち、ディスク材１１は、例えば、上述のような原料の混合物として調製されたスラリーを、当該ディスク材１１の形状に対応する所定形状のモールド型に流し込み、吸引脱水成形することにより製造することができる。また、モールド成形された円盤の表面に粘土スラリーを含浸させ、乾燥させることにより、当該粘土を含有するディスク材１１を製造することもできる。
モールド成形されたディスク材１１もまた、焼成することができる。また、複数のディスク材１１を有するディスクロール１を組み立てた後、当該複数のディスク材１１を含むロール部１０を焼成することもできる。これらの場合も、焼成条件は特に制限されず、焼成炉の仕様、ディスク材１１のかさ密度や大きさ等の条件に応じて適宜変更することができる。すなわち、焼成温度は、特に制限されないが、例えば３００〜１０００℃の範囲とすることができ、好ましくは４００〜９００℃の範囲とすることができ、より好ましくは５００〜８００℃の範囲とすることができる。焼成時間は、特に制限されないが、例えば１〜２４時間の範囲とすることができる。
こうして得られたディスク材１１（焼成が行われる場合には焼成後のディスク材１１）は、５重量％以上の粘土を含有する。この粘土の含有量は、さらに１０重量％以上とすることが好ましく、１５重量％以上とすることがより好ましい。
粘土の含有量が５重量％未満の場合には、後述する表面処理工程Ｓ１０２における表面処理による効果が十分に得られない。これに対し、粘土の含有量を５重量％以上とすることにより、表面処理による効果を十分に得ることができ、当該含有量をさらに増加させることにより、当該効果をより確実に得ることができる。
一方、粘土の含有量の上限は、ディスクロール１に要求される特性に応じて適宜設定することができる。すなわち、粘土の含有量は、例えば、７５重量％以下とすることが好ましく、４５重量％以下とすることがより好ましく、４０重量％以下とすることが特に好ましい。粘土の含有量が７５重量％を超える場合には、ロール部１０において、割れの発生、クラックの形成、複数のディスク材１１の分離といった問題が発生しやすくなり、ディスクロール１がその性能を十分に発揮できないことがある。
したがって、ディスク材１１における粘土の含有量は、例えば、５〜７５重量％の範囲とすることができ、１０〜７５重量％の範囲とすることが好ましく、１５〜７５重量％の範囲とすることがより好ましい。さらに、この粘土の含有量は、例えば、１５〜４５重量％の範囲とすることが好ましく、１５〜４０重量％の範囲とすることが特に好ましい。
また、ディスク材１１に含有される無機繊維や充填材の量は、これらの材料の種類やディスクロール１に要求される特性に応じて適宜設定することができる。すなわち、無機繊維の含有量は、例えば、０〜５０重量％の範囲とすることが好ましく、５〜４０重量％の範囲とすることがより好ましい。また、充填材の含有量は、たとえば、０〜８０重量％の範囲とすることが好ましく、３０〜６０重量％の範囲とすることがより好ましい。
組立工程Ｓ１００においては、こうして製造された複数のディスク材１１を順次、軸部２０に嵌め入れる。さらに、軸部２０に沿って積層された複数のディスク材１１を、油圧プレス等により、当該軸部２０の長手方向に締め付ける。そして、圧縮された状態の複数のディスク材１１を、軸部２０の両端部分に設けられた一対のフランジ２１により挟み込み、さらに一対のナット２２により固定する。なお、複数のディスク材１１を軸部２０に嵌め入れた後、圧縮することなく、これらをフランジ２１及びナット２２で固定することもできる。
こうして、積層された複数のディスク材１１からなるロール部１０を備えたディスクロール１を組み立てることができる。ロール部１０を構成する複数のディスク材１１を圧縮して固定することにより、当該ロール部１０を、組み立て前の各ディスク材１１に比べて硬化させ、また緻密化することができる。
なお、ロール部１０は、上述の積層された複数のディスク材１１を有するものに限られない。すなわち、ロール部１０は、例えば、５重量％以上の粘土を含有する１つの円筒状成形体とすることもできる。また、ロール部１０は、５重量％以上の粘土を含有する複数の円筒状成形体が軸部２０に沿って積層されてなるものとすることができる。
このような円筒状成形体は、例えば、上述のような無機材料を主成分とする原料を使用したモールド成形により製造することができる。この場合、ロール部１０は、上述のような原料の混合物として調製されたスラリーを、当該ロール部１０の形状に対応する所定形状のモールド型に流し込み、吸引脱水成形することにより、円筒状成形体として製造される。この場合、モールド成形前のスラリーに予め粘土を含有させておくこととしてもよい。また、モールド成形された円筒状成形体の表面に粘土スラリーを含浸させ、乾燥させることにより、当該粘土を含有するロール部１０を製造することもできる。
また、ロール部１０は、繊維間に粘土を含有する無機繊維成形体とすることもできる。すなわち、ロール部１０は、例えば、繊維間に粘土を含有するシート状の無機繊維成形体が軸部２０に１回又は複数回巻き付けられてなるものとすることができる。
この場合、ロール部１０は、例えば、無機繊維成形体に粘土スラリーを含浸させることにより製造することができる。具体的に、例えば、無機繊維ペーパーに粘土スラリーを含浸させ、次いで、当該無機繊維ペーパーを軸部２０に巻き付けることによりロール部１０を製造することができる。また、例えば、粘土を含有するスラリーを抄造することにより当該粘土を含有する無機繊維ペーパーを製造し、次いで、当該無機繊維ペーパーを使用してロール部１０を製造することもできる。また、例えば、無機繊維ブランケットを軸部２０に巻き付け、次いで、当該無機繊維ブランケットに粘土スラリーを含浸させ、乾燥させることによりロール部１０を製造することもできる。
これら円筒状成形体や無機繊維成形体もまた、焼成することができる。また、上述のような複数のディスク材１１、円筒状成形体又は無機繊維成形体を有するロール部１０を備えた耐熱ロールを組み立てた後に、当該ロール部１０を焼成することもできる。また、ロール部１０に対して後述する表面処理工程Ｓ１０２における表面処理を施した後に、当該ロール部１０を焼成することもできる。これらの場合も、焼成条件は特に制限されず、焼成炉の仕様、円筒状成形体や無機繊維成形体のかさ密度や大きさ等の条件に応じて適宜変更することができる。すなわち、焼成温度は、特に制限されないが、例えば３００〜１０００℃の範囲とすることができ、好ましくは４００〜９００℃の範囲とすることができ、より好ましくは５００〜８００℃の範囲とすることができる。焼成時間は、特に制限されないが、例えば１〜２４時間の範囲とすることができる。
研削工程Ｓ１０１においては、組立工程Ｓ１００で組み立てられたディスクロール１のロール表面１２を研削する。すなわち、乾燥状態のロール表面１２の一部を削り取ることにより、当該ロール表面１２を平滑化するとともに、ロール部１０の径を調節する。
例えば、図１に示すように、ロール部１０の長手方向における径を一定に調節することができる。研削の方法は特に限られず、例えば、旋盤等の研削装置や、サンドペーパー等の研削具を使用することができる。
なお、この研削工程Ｓ１０１で行う研削は、従来、ロール表面１２の仕上げに行われていた処理である。したがって、研削後のロール表面１２は、研削前に比べて良好に平滑化される。
しかしながら、本発明の発明者らは、単に研削したロール表面１２では、板ガラス製品に要求される品質の高まりに十分に対応できない可能性があると考えて独自に鋭意検討を行った。そして、さらなる仕上げ工程として、次に説明する表面処理工程Ｓ１０２を設けることとした。
表面処理工程Ｓ１０２においては、研削工程Ｓ１０１で研削されたロール表面１２を湿らせた状態でならす表面処理を行う。すなわち、この表面処理においては、まず、研削後の乾燥したロール表面１２を湿らせる。
より具体的には、乾燥状態のロール表面１２に新たに液体を含浸させる。この液体としては、ロール表面１２に含浸させることができれば特に限られず任意の種類のものを適宜選択して用いることができ、１種類を単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。すなわち、例えば、水、エタノール、アセトンといった極性溶媒を好ましく使用でき、中でも取り扱いが容易で、粘土を効果的に可塑化できることから、水を特に好ましく使用できる。
粘土を５重量％以上含有するロール表面１２は、湿らせることによって、可塑化できる。すなわち、ロール表面１２を構成する微粒子は、乾燥状態では硬化し強く拘束されているが、湿潤状態においては軟化し、変形や移動が比較的容易となる。
そこで、この表面処理工程Ｓ１０２においては、さらに湿ったロール表面１２に外力を加えて、当該ロール表面１２をならす。すなわち、例えば、湿らせたロール表面１２を擦って、当該ロール表面１２に沿った方向にせん断力をかける。
これによって、ロール表面１２を構成する微粒子の一部を、当該ロール表面１２に沿って移動させることができる。この結果、ロール表面１２の凹凸を低減することができる。
すなわち、例えば、ロール表面１２の凸部を構成する微粒子を、当該ロール表面１２に沿って移動させて、当該ロール表面１２の凹部に埋め込むことにより、当該ロール表面１２を効果的に平滑化することができる。
また、ロール表面１２を押さえる力を加えることによって、当該ロール表面１２を構成する微粒子をより密に充填することもできる。すなわち、湿ったロール表面１２において、微粒子は互いにずれながら移動できるため、適度な押圧力の負荷によって、微粒子をより均一な分散状態となるように再配置し充填し直すことができる。この結果、ロール表面１２を効果的に緻密化することができる。
このように、本製造方法においては、ロール表面１２の仕上げとして、研削後さらに上述のような表面処理を行うことにより、当該ロール表面１２を効果的に平滑化し且つ緻密化することができる。
図４には、上述の表面処理を実現する上で好ましい態様の一例を示す。図４には、図１に示すディスクロール１のうち、ＩＶ−ＩＶ線で切断したロール部１０の断面と、当該ロール部１０に対する表面処理に使用される基材４０の断面と、を示している。
図４に示すように、この例では、回転するロール表面１２に、湿らせた基材４０を押し付けることにより、上述の表面処理を行う。すなわち、まず、軸部２０を中心にして、ロール部１０を、図４に示す矢印Ｒの指す方向に回転させる。
そして、回転するロール表面１２に対して、予め水等の液体を含浸させた基材４０を押し付け、その状態を維持する。このとき、図４に示すように、基材４０をロール表面１２に沿って配置することが好ましい。なお、図４には、ロール表面１２の周方向に沿って基材４０が配置されている様子のみを示されているが、当該基材４０は、当該ロール表面１２の長手方向にも沿うよう配置することができる。こうして、ロール表面１２を、基材４０の湿った表面４１に接触させながら回転させることになる。
ここで、基材４０としては、ロール表面１２を湿らせるために必要な量の液体を含浸させることができるとともに、ロール表面１２をならすために必要な摩擦力を当該ロール表面１２に負荷できるものであれば特に限られず任意のものを適宜選択して使用できる。
すなわち、基材４０としては、例えば、水等の液体を保持できる繊維基材や多孔質基材を使用できる。具体的に、例えば、水を用いて表面処理を行う場合には、親水性の材料から構成された、含水性の繊維基材や多孔質基材を好ましく使用できる。
また、基材としては、例えば、ロール表面１２と接触する表面に研磨用の凹凸が形成された基材４０を使用できる。すなわち、例えば、表面に研磨材が固着された基材４０を使用できる。具体的には、例えば、サンドペーパー等、表面に研磨用の凹凸が形成されたシート状の基材を好ましく使用できる。
また、図４に示すように、ロール表面１２に沿って配置できる柔軟性を有する基材４０を好ましく使用できる。具体的に、例えば、織布や不織布等のシート状繊維基材や、可とう性を有する合成高分子製のシート状多孔質基材（例えば、発泡成形体）を好ましく使用できる。また、上述のように表面に研磨用の凹凸が形成されたシート状の基材４０（例えば、サンドペーパー）も好ましく使用できる。
図４に示すように、湿らせた基材４０をロール表面１２に沿って配置した状態で、当該ロール表面１２を回転させることにより、極めて効率よく表面処理を行うことができる。すなわち、まず、湿った基材４０がロール表面１２の一部を覆っているため、当該基材４０からの液体（水分）の徐放により当該ロール表面１２を効率よく湿らせることができるとともに、いったん湿ったロール表面１２が再び乾燥することを効果的に防止できている。
また、湿ったロール表面１２と、湿った基材表面４１と、が適度に圧接された状態で擦れ合うことにより、当該ロール表面１２を構成する微粒子を効果的に移動させることができる。この結果、表面処理前にロール表面１２に存在していた凹凸が崩され、埋め立てられて、上述したような平滑化と緻密化とを達成することができる。
また、表面処理工程Ｓ１０２においては、２段階の表面処理を行うこともできる。すなわち、この場合、研削工程Ｓ１０１で研削されたロール表面１２を湿らせる第一工程と、次いで、湿った当該ロール表面をならす第二工程と、を実施することにより、表面処理を行う。
第一工程においては、乾燥状態のロール表面１２に新たに液体を含浸させる。ロール表面１２に液体を含浸させる方法は特に限られず、例えば、霧吹き等の噴霧器具によりロール表面１２に液体を噴霧する方法や、予め液体を保持した基材４０をロール表面１２に接触させる方法を使用できる。
第一工程における処理は、ロール部１０を回転させながら行うこともできる。すなわち、例えば、回転するロール表面１２に液体を噴霧し、又はロール表面１２に予め液体を保持した基材４０を押し付けつつロール部１０を回転させることにより、当該ロール表面１２を湿らせることができる。もちろん、ロール部１０を回転させることなく、ロール表面１２を湿らせることもできる。
続く第二工程においては、ロール表面１２をならす処理を行う。すなわち、予め第一工程で湿らされたロール表面１２に外力を加えて、当該ロール表面１２をならす。具体的に、例えば、上述のように、湿ったロール表面１２に基材４０を押し付けつつロール部１０を回転させることにより、当該ロール表面１２をならす。
ここで、第二工程において使用する基材４０としては、回転するロール表面１２に押し付けられることにより、上述のような当該ロール表面１２の平滑化及び緻密化を達成できるものであれば特に限られない。すなわち、例えば、シート状の基材４０を好ましく使用できる。この場合、第二工程においては、湿ったロール表面１２にシート状の基材４０を押し付けることにより当該基材４０を当該ロール表面１２の周方向に沿って配置しつつロール部１０を回転させることにより、当該ロール表面１２をならす。
また、基材４０としては、例えば、サンドペーパー等、ロール表面１２と接触する表面に研磨用の凹凸が形成されたシート状の基材４０を好ましく使用できる。このような研磨能を有する基材４０を使用することにより、上述のように、ロール表面１２を構成する微粒子の移動及び再充填を効果的に実現することができる。この結果、ロール表面１２の平滑化及び緻密化を効果的に達成することができる。
また、表面処理工程Ｓ１０２においては、周方向の一方に回転するロール部１０のロール表面１２に上述の表面処理を施し、さらに、当該ロール部１０の回転方向を反対方向に切り換えて上述の表面処理を行う繰り返し処理を１回以上実施することもできる。
すなわち、この場合、まず、ロール部１０を周方向の一方（例えば、図４に示す矢印Ｒの指す方向）に回転させながら、ロール表面１２を湿らせた状態でならす表面処理を行う。この表面処理は、上述のように２段階で実施してもよい。
次いで、表面処理後のロール表面１２を乾燥させることなく、ロール部１０の回転方向を反対方向に切り換えて、繰り返し処理を行う。すなわち、繰り返し処理においては、ロール部１０を周方向の他方（例えば、図４に示す矢印Ｒの指す方向と反対の方向）に回転させながら、ロール表面１２を湿らせた状態でならす表面処理を行う。
さらに、２回目の繰り返し処理を行う場合には、上述の第一の繰り返し処理後のロール表面１２を乾燥させることなく、ロール部１０の回転方向を再び反対方向に切り換えて、第二の繰り返し処理を行う。すなわち、この第二の繰り返し処理においては、ロール部１０を再び周方向の一方に回転させながら、ロール表面１２を湿らせた状態でならす表面処理を行う。
そして、３回以上の繰り返し処理を実施する場合には、同様に、ロール部１０の回転方向を切り換えて、切り換えられた後の方向に回転するロール部１０のロール表面１２に表面処理を施す。なお、繰り返し処理における表面処理もまた、上述のように２段階で実施してもよい。
表面処理工程Ｓ１０２において、ロール表面１２をならすために当該ロール表面１２に負荷する押圧力は特に限られず、上述のような当該ロール表面１２の平滑化及び緻密化を達成できる範囲で任意に設定することができる。
すなわち、上述のようにロール表面１２に基材４０（例えば、サンドペーパー等の研磨能を有するシート状の基材４０）を押し付けて当該ロール表面１２をならす場合には、当該ロール表面１２に対して、例えば、当該基材４０の幅方向（軸部２０の長手方向）の単位長さ（１ｍｍ）あたり１００〜２０００Ｎの範囲の押圧力（すなわち、１００〜２０００Ｎ／ｍｍの範囲の押圧力）を負荷することができる。この場合、押圧力は、好ましくは２００〜１２００Ｎ／ｍｍの範囲とすることができ、より好ましくは４００〜８００Ｎ／ｍｍの範囲とすることができる。
また、表面処理工程Ｓ１０２において、ロール表面１２をならす際に当該ロール表面１２を回転させる速度は特に限られず、上述のような当該ロール表面１２の平滑化及び緻密化を達成できる範囲で任意に設定することができる。
すなわち、ロール部１０の回転速度は、例えば、１０〜１５００ｒｐｍの範囲とすることができ、好ましくは２０〜４００ｒｐｍの範囲とすることができ、より好ましくは４０〜１００ｒｐｍの範囲とすることができる。また、ロール表面１２の周速度は、例えば、１〜１０００ｍ／分の範囲とすることができ、好ましくは５〜２００ｍ／分の範囲とすることができ、より好ましく１０〜１００ｍ／分の範囲とすることができる。
表面処理工程Ｓ１０２においては、最後に、このような表面処理が施されたロール表面１２を乾燥させる。すなわち、湿潤化のためにロール表面１２に含浸させた水等の液体を蒸発させて、当該ロール表面１２を再び乾燥させる。ロール表面１２を乾燥させる方法は特に限られず、例えば、当該ロール表面１２を加熱することにより効率よく且つ確実に乾燥させることもできる。
この乾燥によって、平滑化され緻密化されたロール表面１２が硬化される。すなわち、表面処理が施された乾燥したロール表面１２においては、均一に分散され、且つ密に充填された微粒子同士が強固に拘束されることとなる。したがって、表面処理後のロール表面１２からの微粒子の脱落は効果的に抑制される。
このように、表面処理工程Ｓ１０２を備えた本製造方法によれば、ロール表面１２が高度に平滑化され、且つ発塵性が効果的に低減されたディスクロール１を簡便に効率よく製造することができる。
こうして得られるディスクロール１においては、ロール表面１２が、ロール部１０の内部１３に比べて緻密化されている。すなわち、ロール部１０においては、当該ロール部１０の外表面及びその近傍部分を含む所定厚みの表面部分が局所的に緻密化されている。
具体的に、ロール表面１２を構成する微粒子は、ロール部１０の内部１３を構成する微粒子に比べて、より均一に分散され、より密に充填されている。このため、ロール表面１２は、ロール部１０の外表面を覆う一種の被膜を構成し、これによって上述したような優れた特性を示すこととなっている。
なお、ディスク材１１は、ミルボードを打ち抜いて得られたものであるため、もともと外周面と内部とで緻密度に違いはない。また、上述の研削処理（すなわち、従来の仕上げ処理）は、乾燥したディスク材１１の外周面の凹凸を削り取る処理であるため、これによって当該外周面が緻密化されるわけではない。
また、ロール表面１２は高度に平滑化されている。すなわち、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４で規定された方法で測定されるロール表面１２の算術平均粗さＲａは、５．０μｍ以下とすることができ、３．０μｍ以下であることがより好ましく、１．０μｍ以下であることが特に好ましい。
また、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４で規定された方法で測定されるロール表面１２の最大高さＲｙは、２５．０μｍ以下とすることができ、１５．０μｍ以下であることがより好ましく、１０．０μｍ以下であることが特に好ましい。
また、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４で規定された方法で測定されるロール表面１２の十点平均粗さＲｚは、２５．０μｍ以下とすることができ、１５．０μｍ以下であることがより好ましく、１０．０μｍ以下であることが特に好ましい。
ロール表面１２は、その算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ及び十点平均粗さＲｚのうち少なくとも一つが上記の範囲であることが好ましく、これら３つの全てについて上記の範囲であることが特に好ましい。
このように、ロール表面１２は高度に平滑化されているため、例えば、図２及び図４に示すように、当該ロール表面１２の全部又は一部がガラスリボン３０と接触した場合においても、当該ガラスリボン３０の損傷ひいては板ガラス製品の欠陥を効果的に回避できる。
また、ロール部１０は、表面処理の前後で同等の耐熱性を維持することができる。すなわち、例えば、ロール表面１２にコーティング剤を含浸させて新たな被膜を形成することにより、当該ロール表面１２を平滑化するといった技術も考えられるが、この場合には、当該被膜が形成されることによってディスクロール１の耐熱性が著しく低下することがある。
これに対し、本製造方法における上述の表面処理は、水等の液体でロール表面１２を湿らせ、ならした後、当該液体を当該ロール表面１２から除去して再び乾燥させる処理であるため、当該ロール表面１２の組成の変化及びこれに伴う耐熱性の低下を効果的に回避することができる。
特に、実質的に溶質を含まない液体（例えば、水）をロール表面１２に含浸させて表面処理を行う場合には、最終的な再乾燥の段階で、いったん含浸させた当該液体は当該ロール表面１２からほぼ完全に除去される。
したがって、この場合、表面処理の前後でロール表面１２の組成に実質的な変化はなく、耐熱性の低下も起こらない。すなわち、ロール部１０は、そのロール表面１２が表面処理によって平滑化及び緻密化された後も、当該表面処理前の材料組成に基づく耐熱性を維持することができる。なお、溶質を含有する溶液を使用してロール表面１２を湿らせる場合には、再乾燥後に当該溶質がロール表面１２に残存することによる耐熱性の低下を回避し又は最低限とするよう、耐熱性に優れた溶質等、適切な溶質を選択して使用することが好ましい。
次に、本製造方法及びディスクロール１の具体的な実施例について説明する。
上述の本製造方法を実施して図１に示すような構造のディスクロール１を製造した。すなわち、まず、ミルボードから打ち抜いた円盤として複数のディスク材１１を製造した。
このディスク材１１は、粘土として３５重量％の木節粘土、無機繊維として１５重量％のアルミナ・シリカ繊維、充填材として４０重量％のワラストナイトを含有していた。なお、ミルボードは助剤として５重量％のパルプと５重量％の有機バインダーを含有していた。
そして、複数のディスク材１１を鋼製の軸部２０に嵌挿し、圧縮状態でフランジ２１及びナット２２にて固定した。こうして、複数のディスク材１１が積層されてなるロール部１０を備えたディスクロール１を組み立てた。さらに、この組み立てられたディスクロール１を焼成した。ディスク材１１に含有されていたパルプおよび有機バインダーは、この焼成により焼失させた。
次いで、このディスクロール１のロール表面１２を研削した。研削は、ディスクロール１を所定の駆動装置に設置して軸部２０を中心に回転させ、回転するロール表面１２にサンドペーパーを接触させることにより行った。
そして、仕上げ処理として、研削時と同様に回転するロール表面１２に、予め水を含浸させて湿らせた無塵ペーパー（キムワイプ、日本製紙クレシア株式会社）を押し当てて所定時間保持することにより、当該ロール表面１２を湿らせた状態でならす表面処理を行った。
最後に、表面処理後のロール表面１２を加熱して乾燥させた。こうして、表面処理が施されたロール表面１２を有するディスクロール１（以下、「実施品」という。）を製造した。
次に、ロール表面１２の表面粗さと発塵性（粉落ち性）を評価した。表面粗さは、触針式表面粗さ測定機（ＪＩＳ Ｂ ０６５１）を使用して、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４で規定された方法により測定し、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ及び十点平均粗さＲｚを評価した。発塵性は、ロール表面１２を黒色の画用紙に擦り付け、これにより当該画用紙に付着した粉の重量を測定するとともに、当該画用紙の明度を色差計で測定することにより評価した。
また、フランジ２１及びナット２２を取り外してロール部１０を解体し、分離されたディスク材１１の外周面（すなわち、ロール表面１２の一部を構成していた表面）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
また、比較のために、研削しただけのロール表面１２を有するディスクロール（以下、「比較品Ｉ」という。）と、研削後に霧吹き器で水滴を噴霧して湿らせた後、ならす処理を施すことなく再び乾燥させたロール表面１２を有するディスクロール（以下、「比較品ＩＩ」という。）と、を準備し、これらについても同様に、表面粗さ及び発塵性の評価とＳＥＭ観察とを行った。
図５及び図６には、ＳＥＭ観察の結果の一例を示す。図５には、実施品（Ａ）、比較品Ｉ（Ｂ）及び比較品ＩＩ（Ｃ）のＳＥＭ写真（倍率：１０００倍）の一例を示す。図５に示すスケールバーの長さは１０μｍを示している。
図６には、実施品（Ａ）、比較品Ｉ（Ｂ）及び比較品ＩＩ（Ｃ）のＳＥＭ写真（倍率：５０００倍）の一例を示す。図６に示すスケールバーの長さは５μｍを示している。
図５及び図６に示すように、比較品Ｉ（Ｂ）及び比較品ＩＩ（Ｃ）のロール表面１２においては、いずれも当該ロール表面１２を構成する微粒子や繊維片を識別できる程度の凹凸が観察された。
これに対し、実施品（Ａ）のロール表面１２においては、比較品Ｉ（Ｂ）及び比較品ＩＩ（Ｃ）に比べて凹凸が顕著に低減され、当該ロール表面１２を構成する微粒子や繊維片を識別することができなかった。すなわち、実施品（Ａ）のロール表面１２は、極めて高度に平滑化され緻密化されていることが確認された。
図７には、表面粗さを評価した結果の一例を示す。図７においては、実施品、比較品Ｉ及び比較品ＩＩのそれぞれについて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４で規定された算術平均粗さＲａ（μｍ）、最大高さＲｙ（μｍ）及び十点平均粗さＲｚ（μｍ）を評価した結果を示す。なお、図７に示している各値は、各ロール表面１２について互いに異なる３点で測定した結果の算術平均値である。
図７に示すように、算術平均粗さＲａ（μｍ）については、比較品Ｉが８．０３であったのに対して、比較品ＩＩが６．１８と低く、実施品は０．９５と顕著に低かった。また、最大高さＲｙ（μｍ）については、比較品Ｉが４０．５０であったのに対して、比較品ＩＩが３６．３７と低く、実施品は７．０４と顕著に低かった。また、十点平均粗さＲｚ（μｍ）については、比較品Ｉが４４．６１であったのに対して、比較品ＩＩが３７．７２と低く、実施品は８．５５と顕著に低かった。
このように、ロール表面１２をいったん湿らせ再び乾燥させただけの比較例ＩＩにおいても、研削しただけの比較例Ｉに比べて表面粗さの低減が見られたが、これらに比べて、実施品における表面粗さは著しく低減されていた。この結果は、実施品における高度な平滑化を裏付けるものであり、図５及び図６に示したＳＥＭ観察の結果と一致するものであった。
図８及び図９には、発塵性を評価した結果の一例を示す。図８には、実施品、比較品Ｉ及び比較品ＩＩのそれぞれについて、ロール表面１２を画用紙に擦り付けた後に、当該画用紙の１ｃｍ２あたりに付着した粉の量（ｍｇ／ｃｍ２）を測定した結果を示す。
図８に示すように、粉量（ｍｇ／ｃｍ２）は比較品Ｉが０．２７であったのに対して、比較品ＩＩが０．２４と低く、実施品は０．０２と顕著に低かった。
また、図９には、実施品、比較品Ｉ及び比較品ＩＩのそれぞれについて、ロール表面１２を黒い画用紙に擦り付けた後に、当該画用紙の明度指数Ｌを測定した結果を示す。なお、明度指数Ｌが高いほど、画用紙に付着していた粉の量が多いことを示している。
図９に示すように、明度指数Ｌは比較品Ｉが５５．４７であったのに対して、比較品ＩＩが４９．１１と低く、実施品は２８．７２と顕著に低かった。
ロール表面１２を擦り付けていない黒い画用紙の明度指数Ｌが２８．６７であったことから、実施品のロール表面１２からは粉落ちがほとんどなかったことが確認された。このように、実施品のロール表面１２は、比較品Ｉ及び比較品ＩＩに比べて、発塵性が顕著に低減されていた。
上述の本製造方法を実施して図１に示すような構造のディスクロール１を８種類製造し、各ディスクロール１について、上述の実施例１と同様に特性の評価を行った。
図１０には、この実施例２で製造された８種類のディスクロール１（以下、それぞれ「実施品ＩＩ」〜「実施品ＩＸ」という。）と、上述の実施例１で得られた実施品（以下、「実施品Ｉ」という。）、比較品Ｉ及び比較品ＩＩと、のそれぞれについて、ディスク材１１の原料の配合（重量％）及び成形法、ロール表面１２の表面処理方法、製造されたディスクロール１の特性を評価した結果を示す。
図１０において、「配合（重量％）」欄は、ディスク材１１の製造に使用された原料の配合を示している。また、「ディスク材の成形法」欄に記載の「抄造法」は、「配合（重量％）」欄に示された配合の水性スラリーから抄造法によりミルボードを作製し、当該ミルボードを打ち抜くことによりディスク材１１を製造したことを示す。一方、「ディスク材の成形法」欄に記載の「モールド成形」は、「配合（重量％）」欄に示された配合の水性スラリーのモールド成形によりディスク材１１を製造したことを示す。
図１０の「表面処理」欄において、「ｉ）湿らせる工程」欄及び「ｉｉ）ならす工程」欄にまたがる「湿潤ペーパー」との記載（実施品Ｉ，ＩＩ）は、回転するロール表面１２に、予め水を含浸させて湿らせた無塵ペーパー（キムワイプ、日本製紙クレシア株式会社）を押し当てて所定時間保持することにより、当該ロール表面１２を湿らせるとともにならす表面処理を行ったことを示す。
一方、「ｉ）湿らせる工程」欄における「湿潤ペーパー」及び「ｉｉ）ならす工程」欄における「サンドペーパー」との記載（実施品ＩＩＩ〜ＩＸ）は、上述の２段階の表面処理を行ったことを示す。すなわち、この場合、回転するロール表面１２に、予め水を含浸させて湿らせた無塵ペーパーを押し当てることにより、当該ロール表面１２を湿らせ、次いで、湿った当該ロール表面１２にサンドペーパーを押し当てて所定時間保持することにより、当該ロール表面１２をならす表面処理を行った。
図１０の「表面処理」欄のうち「ｉ〜ｉｉの繰り返し回数」に記載の数値は、ロール表面１２の回転方向を切り替えて表面処理を行った回数を示す。すなわち、実施品ＩＩ，ＩＶについては、周方向の一方に回転するロール表面１２に表面処理を施し、当該ロール表面１２を乾燥させることなく回転方向を切り替えて、他方に回転する当該ロール表面１２に表面処理を施し、さらに当該ロール表面１２を乾燥させることなく回転方向を再び切り替えて、当該一方に回転する当該ロール表面１２に表面処理を施した。
図１０の「評価」欄における「表面粗さ（μｍ）」、「粉量（ｍｇ／ｃｍ２）」及び「明度指数Ｌ」は、上述の実施例１と同様に評価した結果を示す。また、「評価」欄の「総合的な特性」は、ディスクロール１を板ガラスの製造において耐熱性の搬送ロールとして使用する上で要求される特性について総合的に評価した結果を示す。ここで「◎」は特性が実用上好ましい程度に優れていることを示す。特に、「◎＋」は特性が非常に優れていることを示し、「◎＋＋」は特性が極めて優れていることを示す。また、「○」は特性が実用上問題ない程度に良好であることを示し、「×」は特性が実用上好ましくないことを示す。
図１０に示すように、ディスク材１１の配合、成形方法、ロール表面１２の表面処理方法が互いに異なる９種類の実施品Ｉ〜ＩＸは全て、本発明に係る表面処理が施されていない比較品Ｉ，ＩＩに比べて、優れた特性を備えていた。
また、ロール表面１２の回転方向を２回切り替えて３回の表面処理が施されたディスク材１１を備えた実施品ＩＩは、当該表面処理が１回のみ施されたディスク材１１を備えた実施品Ｉに比べて、優れた特性を備えていた。
また、湿潤ペーパー及びサンドペーパーを使用した２段階の表面処理が施されたディスク材１１を備えた実施品ＩＩＩは、湿潤ペーパーのみを使用した１段階の表面処理が施されたディスク材１１を備えた実施品Ｉに比べて、優れた特性を備えていた。
さらに、ロール表面１２の回転方向を２回切り替えて３回の２段階表面処理が施されたディスク材１１を備えた実施品ＩＶは、当該表面処理が１回のみ施されたディスク材１１を備えた実施品ＩＩＩに比べて、優れた特性を備えていた。
１ ディスクロール、１０ ロール部、１１ ディスク材、１２ ロール表面、１３ ロール部の内部、２０ 軸部、２１ フランジ、２２ ナット、３０ ガラスリボン、４０ 基材、４１ 基材表面。
Claims (7)
- 粘土を５重量％以上含有するロール部を備えた耐熱ロールの製造方法であって、
前記ロール部のロール表面を研削する研削工程と、
研削された前記ロール表面を湿らせた状態でならす表面処理を行う表面処理工程と、
を含む
ことを特徴とする耐熱ロールの製造方法。 - 前記表面処理工程において、研削された前記ロール表面を湿らせる第一工程と、次いで、湿った前記ロール表面をならす第二工程と、を実施することにより、前記表面処理を行う
ことを特徴とする請求項１に記載された耐熱ロールの製造方法。 - 前記第二工程において、湿った前記ロール表面に基材を押し付けつつ前記ロール部を回転させることにより、前記ロール表面をならす
ことを特徴とする請求項２に記載された耐熱ロールの製造方法。 - 前記表面処理工程において、回転する前記ロール部の前記ロール表面に、湿らせた基材を押し付けることにより、前記表面処理を行う
ことを特徴とする請求項１に記載された耐熱ロールの製造方法。 - 前記表面処理工程において、周方向の一方に回転する前記ロール部の前記ロール表面に前記表面処理を施し、さらに、前記ロール部の回転方向を反対方向に切り換えて前記表面処理を行う繰り返し処理を１回以上実施する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載された耐熱ロールの製造方法。 - 粘土を５重量％以上含有するロール部を備えた耐熱ロールであって、
前記ロール部の前記粘土を５重量％以上含有する材料からなる表面部分が、前記ロール部の内部に比べて緻密化されている
ことを特徴とする耐熱ロール。 - 請求項６に記載された耐熱ロールを搬送用ロールとして使用する
ことを特徴とする板ガラスの製造方法。
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