JPH04260623A - フロートガラス製造用ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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Ｈ
Ｈ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（Ａｌ２Ｏ３）系やジルコニア（
ＺｒＯ２）系等が挙げられる。アルミナ系セラミックは
、高純度のＡｌ２Ｏ３のほかＧ−Ａｌ２Ｏ３（２〜３％
程度のＴｉＯ２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，Ｙ２Ｏ３，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、３〜１５
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−Ｆｅ，
ＨＫ４０相当）からなる中空円筒体（外径：８５ｍｍ、
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Ｒ
ａ：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「ＺｒＯ２（
８ＣａＯ）」および「ＺｒＯ２（８Ｙ２Ｏ３」はそれぞ
れ８モルのＣａＯまたはＹ２Ｏ３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Ｎｏ
．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（Ｃｒ
−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。

Claims (1)

【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。