KR100741334B1 - 디스크 롤, 디스크 롤 제조 방법 및 디스크 부재의 기재 - Google Patents
디스크 롤, 디스크 롤 제조 방법 및 디스크 부재의 기재 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 각각이 주면을 갖추고 구멍이 형성되어 있는 복수 개의 환형 디스크 부재와, 상기 환형 디스크 부재의 구멍에 삽입 장착되는 회전 샤프트를 포함함으로써, 상기 디스크 부재의 주면이 상기 디스크 롤의 이송면으로서의 역할을 하는 디스크 롤로서, 상기 디스크 부재의 압축 변형율은 10kgf/cm 하중 조건에서 0.05 내지 0.3mm이거나 또는 상기 디스크 부재는 무기질 섬유, 운모 및 점토를 포함하는데, 이 점토는 입경 5㎛ 이상인 입자가 점토의 총중량을 기준으로 30 중량 % 이하인 입자 성분의 함량을 지닌다. 또한, 본 발명은 디스크 롤 제조 방법 및 디스크 부재를 얻기 위한 디스크 부재의 기재도 개시한다.
Description
도 1은 본 발명의 디스크 롤의 일례를 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디스크 롤을 사용하는 방법의 일례(판형 유리 제조 장치)를 보여주는 개략도이다.
도 3은 예로서 압축 변형율 측정에 사용되는 장치를 보여주는 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 디스크 롤
11 : 금속 샤프트
12 : 디스크 부재
13 : 플랜지
15 : 너트
50 : 스탠드
60 : 압축 부재
100 : 판형 유리 제조 장치
101 : 용융로
102 : 슬릿
110 : 스트립형 용융 유리
본 발명은 환형 디스크 부재의 주면에 의해 이송면이 형성되도록 회전 샤프트에 삽입 장착되는 복수 개의 환형 디스크 부재를 포함하는 디스크 롤에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면 고급 판유리 제조에 적합한 디스크 롤에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전술한 디스크 롤의 제조 방법 및 상기 디스크 롤용 디스크 부재의 기재에 관한 것이다.
판유리 제조에 있어서, 용융 상태에서 판유리를 성형하거나 또는 성형된 판유리를 서서히 냉각시키기 위한 이송 기구가 필요하다. 일반적으로, 이송 기구는 이송 롤에 의해 구성되고, 디스크 롤은 이송 롤의 일례로서 사용되어 왔다.
도 1은 디스크 롤(10)의 일례를 보여주는 개략도로서, 이 디스크 롤은 무기질 섬유, 무기질 충전재, 결합재 등이 혼합되어 있는 수성 슬러리를 수 밀리미터 두께의 판형으로 성형하여 얻은 디스크 부재의 기재로부터 환형 디스크를 스탬핑해내고, 이러한 복수 개의 디스크 부재(12)를 회전 샤프트 역할을 하는 금속 샤프트(11)에 함께 삽입 장착하여 롤형 적층체를 형성하고, 상기 적층체 전체를 가압함으로써 상기 디스크 부재(12)를 어느 정도 압축하면서 상기 적층체를 양 단부에 배치된 플랜지(13)를 매개로 하여 너트(15) 등으로 상기 샤프트에 고정함으로써 제작된다. 상기 디스크 부재(12)의 주면이 이송면으로 작용한다.
그 다음, 전술한 디스크 롤(10)은, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같은 판유리 제조 장치(100)에 합체되어 판유리 성형 및 이송에 사용된다. 이러한 판유리 제조 장치(100)는 용융로(101)의 직선형으로 개방된 슬릿(102)으로부터 용융 유리(100)을 연속적으로 방출하여 이렇게 방출된 스트립형의 용융 유리(110)가 하방으로 흘러서 낙하하는 동안 냉각되어 경화될 수 있게 하는 판유리 제조 장치이다. 디스크 롤(10)은 스트립형 용융 유리를 디스크 롤 사이에 유지하여 강제적으로 하방으로 송출하는 한 쌍의 연신 롤과 같은 작용을 한다. 따라서, 디스크 롤(10)은 내열성 뿐만 아니라 유리 표면을 손상시키지 않도록 어느 정도의 가요성을 지니는 것이 바람직하다. 운모 입자를 함유하는 디스크 롤이 공지되어 있다(특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : JP 59-028771 B
도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 디스크 롤(10)이 그 사이에 스트립형 용융 유리(110)을 유지하여 하방으로 밀어낸다. 그러나, 스트립형 용융 유리(110)는 반고체 상태로, 이송면의 양 단부가 표면 장력에 의해 구상화되는 경향이 있다. 따라서, 최종 판유리는 그 중심부가 얇은 상태로 경화되고, 그 결과 양 단부의 평탄성이 악화된다. 또한, 이송시에 디스크 롤(10)의 양 단부만이 판유리와 접촉하여, 어떤 경우에는 판유리의 두꺼운 양 단부에 응력이 집중하여 판유리가 파손된다.
또한, 디스크 롤(10)은 고온의 스트립형 용융 유리(110)와 지속적으로 접촉 한다. 유리판에 표면압을 유지하기 위하여 고온 상태에서 디스크 롤의 양 단부를 가압함으로써, 샤프트(11)에 열적 변형이 발생한다. 따라서, 이송면은 또한 샤프트의 형상에 따라서 불균일한 표면을 지니게 되고, 이에 따라 국부적으로만 스트립형 용융 유리(110)와 접촉함으로써 판유리의 일부에 응력이 집중되어 유리판이 깨지거나 그 표면이 긁힌다.
제조되는 판유리의 면적이 증대되는 경향이 있다. 이러한 경향과 관련하여, 디스크 롤(10)의 이송면의 폭 및 샤프트의 길이가 증가한다. 따라서, 전술한 표면 장력과 샤프트의 변형율에 의한 영향이 커져서, 판유리에 균일한 힘을 인가하는 것이 점점 어려워진다.
이러한 문제점은 특허 문헌 1에 설명된 가요성이 부여된 디스크 롤을 포함하는 종래의 디스크 롤에 의해 해결되지 않는다.
또한, 디스크 롤에 가요성이 부여됨에 따라 마모가 일어날 소지가 있으며, 그 결과 디스크 롤의 수명이 단축된다. 더욱이, 액정 디스플레이 및 플라즈마 디스플레이에 있어서, 판유리에 대한 품질 요건이 특히 엄격하고, 디스크 롤로부터의 침식 분말(분말 탈루)로 인한 판유리 표면의 오염을 방지하는 것이 중대한 문제가 된다. 가요성에 중요성이 더해지고 있는 디스크 롤은 침식될 수 있으며, 따라서 수율을 저하시키는 경향이 있는 분말 탈루가 일어날 수 있다.
디스크 롤에 가요성을 부여하기 위해서, 디스크 부재(12)가 샤프트(11)에 적재되고 그 양 단부에서 압축될 때 인가되는 압력을 줄임으로써, 압축 밀도를 낮추는 방법을 취하는 것 또한 가능하다. 그러나, 이것은 디스크 롤의 내구성에 악영 향을 미치고, 따라서 디스크 롤의 수명을 단축시킨다.
본 발명은 종래 기술에 있어서, 전술한 문제점들을 감안하여 안출된 것이다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 판유리에 균일한 힘을 인가할 수 있는 디스크 롤을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 낮은 압축 밀도에도 불구하고, 내열성 및 내구성이 우수하고 적절한 가요성과 긴 수명을 갖는 디스크 롤을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 디스크 롤을 얻기 위한 디스크 부재의 기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 디스크 부재의 기재를 사용하여 디스크 롤을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적과 효과는 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
다음의 디스크 롤, 디스크 롤 제조 방법 및 디스크 부재의 기재를 제공함으로써 전술한 본 발명의 제1 목적이 달성된다(본 발명의 이러한 양태는 이하에서 "제1 발명"으로 언급된다).
(1A) 각각이 주면을 갖추고 구멍이 형성되어 있는 복수 개의 환형 디스크 부재와,
상기 디스크 부재의 주면이 디스크 롤의 이송면 역할을 하도록 상기 환형 디스크 부재의 구멍에 삽입 장착되는 회전 샤프트를 포함하며, 상기 디스크 부재는 10kgf/cm의 하중 조건에서 압축 변형율이 0.05 내지 0.3mm인 것인 디스크 롤.
(2A) 상기 항목 (1A)에 따른 디스크 롤에 있어서, 상기 디스크 부재는 상기 디스크 부재의 총중량을 기준으로 20 내지 40 중량 %의 무기질 섬유를 함유하고 30 내지 70 체적 %의 공극을 지니고 있는 것인 디스크 롤.
(3A) 상기 항목 (1A) 또는 (2A)에 따른 디스크 롤에 있어서, 상기 디스크 부재는 상기 디스크 부재의 총중량을 기준으로 20 내지 50 중량 %의 운모를 함유하는 것인 디스크 롤.
(4A) 20 내지 40 중량 %의 무기질 섬유를 함유하는 슬러리 원료를 판으로 성형하여 디스크 부재의 기재를 얻는 단계와;
상기 디스크 부재의 기재로부터 각각이 구멍을 형성하고 주면을 갖춘 복수 개의 환형 디스크 부재를 스탬핑하는 단계와;
상기 복수 개의 환형 디스크 부재를 상기 구멍을 통해 회전 샤프트에 삽입 장착하여 회전 샤프트에 고정함으로써 디스크 롤을 얻는 단계를 포함하는 것인 디스크 롤 제조 방법.
(5A) 상기 디스크 부재의 기재의 성형은 제지 공정에 의해 수행되는 것인 상기 항목 (4A)에 따른 디스크 롤 제조 방법.
(6A) 상기 슬러리 원료는 소성 또는 사용시에 가해지는 열에 의해 연소되는 물질을 3 내지 15 중량 % 함유하는 것인 상기 항목 (4A) 또는 (5B)에 따른 디스크 롤 제조 방법.
(7A) 10 kgf/cm의 하중 조건에서 압축 변형율이 0.05 내지 0.3 mm인 것인 판형 디스크 부재의 기재.
(8A) 상기 디스크 부재의 기재의 총중량을 기준으로 20 내지 40 중량 %의 무기질 섬유를 함유하고 30 내지 70 체적 %의 공극을 지니고 있는 것인 상기 항목 (7A)에 따른 디스크 부재의 기재.
(9A) 상기 디스크 부재의 기재의 총중량을 기준으로 20 내지 50 중량 %의 운모를 함유하는 것인 상기 항목 (7A) 또는 (8A)에 따른 디스크 부재의 기재.
제1 발명의 디스크 롤에 있어서, 디스크 부재는 전술한 특정 압축 변형율을 가지므로, 용융 유리 또는 판유리와의 접촉에 의해, 이송면이 전체 표면에 걸쳐 용융 유리 또는 판유리와 접촉하게 하는 적절한 정도까지 변형되어, 판유리의 평탄도가 우수해지고 이송 중에 파손이 없다.
다음의 디스크 롤, 디스크 롤 제조 방법 및 디스크 부재의 기재를 제공함으로써 전술한 본 발명의 제2 목적이 달성된다(본 발명의 이러한 양태는 이하에서 "제2 발명"으로 언급된다).
(1B) 각각이 구멍을 형성하고 주면을 갖춘 복수 개의 환형 디스크 부재와,
상기 디스크 부재의 주면이 디스크 롤의 이송면 역할을 하도록 상기 환형 디스크 부재의 구멍에 삽입 장착된 회전 샤프트를 포함하며, 상기 디스크 부재는 무기질 섬유, 운모 및 점토를 함유하고, 이 점토는 입경 5㎛ 이상의 입자 성분 함량이 점토의 총중량을 기준으로 30 중량 % 이하인 것인 디스크 롤.
(2B) 상기 운모는 백운모(muscovite)인 것인 상기 항목 (1B)에 따른 디스크 롤.
(3B) 상기 무기질 섬유는 상기 디스크 부재의 총중량을 기준으로 5 내지 40 중량 %로 존재하고, 상기 점토는 상기 디스크 부재의 총중량을 기준으로 5 내지 55 중량 %로 존재하는 것인 상기 항목 (1B) 또는 (2B)에 따른 디스크 롤.
(4B) 상기 운모는 디스크 부재의 총중량의 5 내지 60 중량%로 존재하는 것인 상기 항목 (1B) 내지 (3B) 중 어느 하나에 따른 디스크 롤.
(5B) 슬러리 원료를 판으로 성형하여 디스크 부재의 기재를 얻는 단계로서, 상기 슬러리 원료는 무기질 섬유, 운모 및 점토를 함유하고, 이 점토는 입경 5㎛ 이상의 입자 성분 함량이 점토의 총중량을 기준으로 30 중량 % 이하인 것인 단계와;
상기 디스크 부재의 기재로부터 각각이 구멍을 형성하고 주면을 갖춘 복수 개의 환형 디스크 부재를 스탬핑하는 단계와;
상기 복수 개의 환형 디스크 부재를 상기 구멍을 통해 회전 샤프트에 삽입 장착하여 회전 샤프트에 고정함으로써 디스크 롤을 얻는 단계를 포함하는 것인 디스크 롤 제조 방법.
(6B) 상기 디스크 부재의 기재의 성형은 제지 공정에 의해 수행되는 것인 상기 항목 (5B)에 따른 디스크 롤 제조 방법.
(7B) 무기질 섬유, 운모 및 점토를 함유하는 판형 디스크 부재의 기재로서, 상기 점토는 입경 5㎛ 이상의 입자 성분 함량이 점토의 총중량을 기준으로 30 중량 % 이하인 것인 디스크 부재의 기재.
(8B) 상기 운모는 백운모인 것인 상기 항목 (7B)에 따른 디스크 부재의 기재.
(9B) 상기 무기질 섬유는 상기 디스크 부재의 기재의 총중량을 기준으로 5 내지 40 중량 %로 존재하고, 상기 점토는 상기 디스크 부재의 기재의 총중량을 기준으로 5 내지 55 중량 %로 존재하는 것인 상기 항목 (7B) 또는 (8B)에 따른 디스크 부재의 기재.
(10B) 상기 운모는 디스크 부재의 기재의 총중량을 기준으로 5 내지 60 중량 %로 존재하는 것인 상기 항목 (7B) 또는 (9B) 중 하나에 따른 디스크 부재의 기재.
제2 발명의 디스크 롤은 낮은 압축 밀도에도 불구하고 가요성과 내마모성이 우수하며, 특히 면적이 큰 고급 판유리를 제조하는 데 적합한데, 이는 디스크 재료에 포함된 미세하고 균일한 크기의 점토 입자가 디스크 재료 내의 다른 충전재를 더욱 확고하게 구속하는 보다 강력한 결합 기능을 나타내기 때문이다.
본 발명을 이하에서 설명하겠다.
<제1 발명>
제1 발명의 디스크 롤은 종래의 디스크 롤과 동일한 구조일 수 있으며, 예컨대 도 1에 도시된 디스크 롤(10)을 예로 들 수 있다. 제1 발명에 있어서, 디스크 롤의 구성 재료는 10 kgf/cm의 하중 조건에서 디스크 부재(12)의 압축 변형율이 0.05 내지 0.3 mm, 바람직하게는 0.08 내지 0.2 mm, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.15 mm가 되도록 한다. 압축 변형율이 0.05 mm 미만일 경우, 디스크 부재(12)가 너무 경질이어서 용융 유리 또는 유리판과의 접촉에 의한 변형이 일어나지 않는다. 다른 한편으로, 압축 변형율이 0.3 mm를 초과하는 경우, 디스크 부재가 너무 연질이어서, 내마모성이 불량하여 소위 분말 탈루가 발생한다.
디스크 부재(12)의 구성 재료는 무기질 섬유를 포함하는 것이 바람직하다. 무기질 섬유는 자체적인 굴곡으로 인해 디스크 부재의 압축 변형에 기여한다. 입자 재료에 비해 가요성이 압도적으로 우수한 무기질 섬유의 종류에 대한 제한은 없으며, 지금까지 디스크 롤에 사용된 다양한 무기질 섬유가 적절하게 이용될 수 있다. 이러한 예로는 세라믹 섬유, 멀라이트 섬유(mullite fiber), 알루미나 섬유, 실리카 섬유, 실리카·알루미나 섬유, 유리 섬유 및 암면 섬유(rock wool fiber)가 있다. 알루미나 섬유, 멀라이트 섬유, 실리카·알루미나 섬유 및 실리카 섬유는 특히 우수한 내열성 때문에 적합하다. 가요성의 관점에서, 이들 무기질 섬유는 평균 섬유 직경은 0.5 내지 10 ㎛이고, 평균 섬유 길이는 1 mm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 무기질 섬유는 필요한 경우, 두 종류 또는 그 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.
무기질 섬유의 함량은 20 내지 40 중량 %, 특히 25 내지 35 중량 %인 것이 바람직하다. 무기질 섬유의 함량이 20 중량 % 미만인 경우, 무기질 섬유 자체의 굴곡 작용이 불충분하게 되어, 전술한 보다 낮은 압축 변형율의 한계를 구현하는 데 있어서 실패를 초래한다. 다른 한편으로, 무기질 섬유의 함량이 40 중량 %를 초과하는 경우, 무기질 섬유 자체의 굴곡 작용이 과도하게 증가하여, 압축 변형율이 전술한 상한(upper limit)을 초과할 수 있다.
또한, 무기질 섬유를 결합하기 위하여, 무기질 결합재를 첨가하는 것이 바람직하다. 점토, 유리 원료, 무정형 근청석, 콜로이달 실리카, 알루미나 졸(alumina sol), 규산 나트륨, 티타니아 졸(titania sol), 리튬 실리케이트(lithium silicate) 또는 액화 유리가 무기질 결합재로 사용될 수 있다. 이들 중에서, 점토가 바람직한데, 이는 점토가 건조시에 응축에 의한 형상 유지 특성을 발휘하고, 디스크 롤 사용시에 인가되는 열에 의해 소결되어 경화 기능을 부여하기 때문이다. 따라서, 디스크 부재(12)의 내마모성 향상과 경도 향상 간의 균형이 이루어질 수 있다. 또한, 점토는 목절점토(木節粘土), 도토(陶土) 및 내화점토(fire clay)를 포함하며, 높은 결합 효과와 소량의 불순물 함량으로 인하여 이들중 목절점토가 선호된다. 점토에 포함된 많은 불순물이 경질 물질이기 때문에, 이송중에 판유리에 긁힘이 생길 우려가 있다.
또한, 운모가 첨가되는 것이 바람직하다. 디스크 롤에 있어서, 디스크 부재(12)가 함께 삽입 장착되는 샤프트(11)는 도 1에 도시된 바와 같이 금속으로 형성된다. 따라서, 샤프트(11)는 고온에 노출된 경우, 열적으로 팽창하여 축방향으로 연신된다. 이 때, 디스크 부재(12)는 샤프트(11)의 연신률을 따라가지 못하는데, 이는 디스크 부재(12)의 열팽창 계수가 금속에 비해 낮기 때문이다. 그 결과, 디스크 부재(12)가 서로로부터 분리된다. 한편, 운모는 매우 얇은 층상 구조이고, 가열시에 결정수(crystal water)를 방출하여 결정 변태를 유발한다. 이러한 경우, 운모는 그 층 방향으로 팽창하는 경향이 있다. 운모의 이러한 층 방향으로의 팽창은 샤프트(11)의 열팽창 계수에 대한 디스크 부재(12)의 추종성(followability)을 증대시킨다. 이러한 효과를 얻기 위하여, 운모의 함량은 디스크 부재의 총중량을 기준으로 20 내지 50 중량 %인 것이 바람직하고, 25 내지 45 중량 %인 것이 보다 바람직하다.
운모로는 백운모{moscovite: K2Al4(Si3Al)2O20(OH)
4}, 흑운모, 소다운모, 홍운 모, 금운모{phlogopite: K2Mg6(Si3Al)2O20(OH)4
} 또는 불소 합성 운모를 사용할 수 있다. 전술한 추종성을 고려했을 때, 백운모가 선호되는데, 이는 백운모가 용융 유리의 표면 온도보다 낮은 약 600℃에서 결정수를 방출하기 때문이다.
운모의 평균 입자 크기는 5 내지 500 ㎛이고, 100 내지 300 ㎛인 것이 바람직하며, 200 내지 300 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 평균 입자 크기가 전술한 범위 이내인 경우, 운모는 압축 하중시에 운모와 다른 구성 재료, 특히 무기질 섬유 사이에 인가되는 응력 지탱용 판 스프링으로서의 기능을 효율적으로 수행하여, 샤프트(11)의 열팽창 계수에 대한 추종성을 더욱 증대시키고 압축 변형후에 회복 특성을 개선할 수 있다.
후술하겠지만, 디스크 부재의 기재는 무기질 등을 함유하고 있는 슬러리 원료를 성형하고, 그것을 소성함으로써 얻을 수 있다. 350 내지 500℃의 온도에서 연소되는 유기질 재료 또는 450 내지 600℃의 온도에서 연소되는 무기질 재료와 같은 소성시에 연소되는 재료가 슬러리 원료에 함유되는 경우, 이러한 재료로부터 형성되는 공극이 디스크 부재(12)내에 형성되어, 압축 변형이 보다 효율적으로 일어날 수 있다. 350 내지 500℃에서 연소되는 유기질 재료는 침엽수 펄프와 같은 천연 섬유와, 석유 화학 합성 섬유(예컨대, PET 섬유와 아크릴 섬유)와 같은 유기질 섬유와, 전분과 NBR 유제, SBR 유제, 아크릴 유제 및 비닐 아세테이트계 유제와 같은 합성 수지 결합재와 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 유기질 입자를 포함한다. 450 내지 600℃에서 연소되는 무기질 재료는 결정형 탄소와 무정형 탄소를 포함하며, 양자는 입자 형태나 섬유 형태 중 하나로 사용될 수 있다. 디스크 부재(12)내의 공극율은 체적의 30 내지 70%인 것이 바람직하며, 50 내지 65%인 것이 보다 바람직하다. 전술한 범위 내의 공극율은 슬러리 원료에 포함된 유기질 섬유, 유기질 결합재 또는 그와 같은 것의 양을 조절함으로써 달성될 수 있다.
다음, 제1 발명의 디스크 롤 제조 방법을 설명하겠다. 디스크 롤 제조 방법은 기본적으로 종래의 방법에 따라 실시되는데, 도 1을 다시 참조하여 설명한다.
우선, 디스크 부재의 기재를 얻기 위하여, 전술한 무기질 섬유, 점토와 같은 무기질 결합재, 운모, 유기질 섬유, 유기질 결합재 등을 함유하고 있는 수성 슬러리를 판 형태로 성형하고 건조시켜 소성한다. 이 때, 제지 공정을 사용하는 것이 효율적이고 바람직하다. 즉, 제지기로 수성 슬러리를 판 형태로 제조하고 건조시켜 소성한다. 디스크 부재의 기재의 두께는 적절하게 설정될 수 있다. 디스크 부재의 기재의 두께는 종래의 것과 유사할 수 있으며, 통상적으로 2 내지 10 mm이다.
그 다음, 디스크 부재의 기재로부터 환형 디스크 부재(12)를 스탬핑하고, 금속으로 제조(예를 들어, 철로 제조)된 회전 샤프트(11)상에 이들 복수 개의 디스크 부재(12)를 함께 삽입 장착하여, 롤형의 적층체를 형성한다. 그 후, 상기 적층체 전체를 가압하여 상기 디스크 부재(12)에 압축력을 인가하면서 적층체를 양 단부에 플랜지(13)를 매개로 하여 너트(15) 등으로 샤프트에 고정시킨다 . 그 다음, 예정된 롤 직경을 부여하기 위하여 디스크 부재(12)의 주면을 연삭하여 디스크 롤(10)을 얻는다.
<제2 발명>
제2 발명의 디스크 롤은 종래의 디스크 롤과 동일한 구조일 수 있으며, 예컨대 도 1에 도시된 디스크 롤을 예로 들 수 있다. 제2 발명에 있어서, 디스크 부재(12)는 무기질 섬유, 운모 및 입경 5 ㎛인 입자 성분의 함량이 점토의 총중량을 기준으로 30 중량 % 이하인 점토를 함유한다.
점토의 종류에 관하여, 점토는 목절점토, 도토 및 내화점토를 포함한다. 이들 중에서, 높은 결합 효과와 소량의 불순물 함량으로 인하여 목절점토가 선호된다. 점토는 단독으로 사용되거나 필요한 경우에는 두 가지 이상의 점토의 조합으로 사용될 수 있다. 제2 발명에 있어서, 점토를 혼합함으로써 건조와 가열에 의한 경화 작용으로 인하여 디스크 부재(12)의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
점토는 분리에 의해 정제되어, 입경 5 ㎛ 이상인 입자 성분 함량이 점토의 총중량을 기준으로 30 중량 % 이하, 바람직하게는 15 중량 % 이하, 보다 바람직하게는 10 중량 % 이하가 되도록 조절된다. 하한(lower limit)에 관하여, 입경이 5 ㎛ 이상인 입자 성분을 전혀 함유하지 않는 것이 가장 적합하다. 이러한 미세하고 균일한 입경의 점토 입자는 보다 강력한 결합능을 나타내서 다른 구성 재료를 확고하게 구속한다.
이러한 분리 정제에 의하여, 불순물이 동시에 제거된다. 일반적으로, 천연 미네랄인 점토 입자의 크기는 분쇄 사이징(pulverization sizing)에 의해 어느 정도 조절 가능하다. 그러나, 점토는 불순물을 대량 함유하고 있으며, 많은 경우에 이 불순물은 실리카와 같이 소결능이 없는 것들을 포함한다. 사용시의 디스크 롤(10)에 있어서, 용융 유리와 같은 고온의 이송물과 접촉함으로써 소결이 일어나고, 따라서 경화가 진행될 수 있도록 한다. 그러나, 이때 소결능이 없는 불순물은 디스크 부재(12)의 경화 작용을 억제하는 요인이 된다. 더욱이, 많은 불순물이 경질 물질이기 때문에, 특히 이송중의 판유리가 긁힐 우려가 있다. 불순물의 함량은 제한 없이 0에 가까운 것이 바람직하다. 그러나, 노동, 비용 등의 실제적인 상황을 고려하면, 불순물의 함량은 점토 중량을 기준으로 10 중량 % 이하인 것이 바람직하고, 5 중량 % 이하인 것이 보다 바람직하며, 1 중량 % 이하인 것이 보다 더 바람직하다.
굵은 입자의 함량을 전술한 바와 같은 특정값 이하로 줄이고, 불순물을 더 제거하기 위한 분리 정제 공정으로는 습식 사이징(wet sizing)이 효과적이다. 습식 사이징을 행함으로써, 비중과 크기가 다른 불순물이 제거된다. 더욱이, 침전 속도가 입자 크기에 따라 변하기 때문에, 입경이 보다 미세하고 입경의 분포가 보다 세밀한 생점토는 통상 건식 사이징 보다는 습식 사이징에 의해 획득될 수 있다.
무기질 섬유로는, 지금까지 디스크 롤용으로 사용된 다양한 무기질 섬유를 적절하게 사용할 수 있다. 이러한 무기질 섬유의 예로는 세라믹 섬유, 멀라이트 섬유, 알루미나 섬유, 실리카 섬유, 실리카·알루미나 섬유, 유리 섬유 및 암면 섬유가 있다. 이들 중에서, 알루미나 섬유, 멀라이트 섬유, 실리카 섬유 및 실리카·알루미나 섬유를 포함하는 우수한 내열성을 지닌 것들이 적합하다. 또한, 무기질 섬유는 필요한 경우에 두 종류 이상의 조합으로 사용할 수 있다.
운모는 높은 탄성, 활주능, 내마모성 및 내열성에 있어서 우수하다는 것이 공지되어 있고 오래 동안 다양한 분야에서 산업적으로 활용되었다. 그러나, 제2 발명에서는, 디스크 부재(12)가 샤프트(11)의 열팽창을 따르도록 하기 위하여 운모가 첨가된다. 디스크 롤에 있어서, 디스크 부재(12)가 함께 삽입 장착되는 샤프트(11)는 도 1에 도시된 바와 같이 금속으로 제조된다. 따라서, 샤프트(11)가 고온에 노출된 경우, 열적으로 팽창하여 축방향으로 연신된다. 이 때, 디스크 부재(12)는 샤프트(11)의 연신을 따를 수 없는데, 이는 디스크 부재(12)가 금속에 비해 열팽창 계수가 낮기 때문이다. 그 결과, 디스크 부재(12)가 서로로부터 분리된다. 한편으로, 운모는 매우 얇은 층상 구조이고, 가열시에 결정수를 방출하여 결정 변환을 유발한다. 이러한 경우, 운모는 층 방향으로 팽창하는 경향이 있다. 운모의 이러한 층 방향으로의 팽창은 샤프트(11)의 열팽창에 대한 디스크 부재(12)의 추종성을 증대시킨다.
운모로는 백운모{moscovite: K2Al4(Si3Al)2O20(OH)
4}, 흑운모, 소다운모, 홍운모, 금운모{phlogopite: K2Mg6(Si3Al)2O20(OH)4
} 또는 불소 합성 운모를 사용할 수 있다. 전술한 추종성을 고려했을 때, 백운모가 선호되는데, 이는 백운모가 용융 유리의 표면 온도보다 낮은 약 600℃에서 결정수를 방출하기 때문이다.
운모의 평균 입자 크기는 5 내지 500 ㎛이고, 100 내지 300 ㎛인 것이 바람직하며, 200 내지 300 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 평균 입자 크기가 전술한 범위 이내인 경우, 운모는 압축 하중시에 운모와 다른 구성 재료, 특히 무기질 섬유 사이에 인가되는 응력 지탱용 판 스프링으로서의 기능을 효율적으로 수행하여, 샤프트(11)의 열팽창 계수에 대한 추종성을 더욱 증대시키고 압축 변형후에 회복 특성 을 개선할 수 있다.
전술한 무기질, 점토 및 운모의 혼합에 관하여, 무기질 섬유는 디스크 부재의 총중량을 기준으로 5 내지 40 중량 %로 첨가되는 것이 바람직하고, 5 내지 30 중량 %로 첨가되는 것이 보다 바람직하며, 점토는 디스크 부재의 총중량을 기준으로 5 내지 55 중량 %로 첨가되는 것이 바람직하고, 20 내지 40 중량 %로 첨가되는 것이 보다 바람직하며, 운모는 디스크 부재의 총중량을 기준으로 5 내지 60 중량 %로 첨가되는 것이 바람직하고, 20 내지 55 중량 %로 첨가되는 것이 보다 바람직하다. 가요성과 내마모성이 양호한 균형을 이루고 있는 디스크 롤은 이러한 범위 내에서 얻을 수 있다.
다음에, 제2 발명의 디스크 롤 제조 방법을 설명하겠다. 디스크 롤의 제조 방법은 기본적으로 종래의 방법에 따라 실시되는데, 도 1을 다시 참조하여 설명한다. 우선, 전술한 무기질 섬유, 점토 및 운모를 함유하는 수성 슬러리를 판 형태로 제조하고 건조시킨다. 이때, 제지 공정을 사용하는 것이 효율적이고 바람직하다. 즉, 무기질 섬유, 점토 및 운모와, 필요하다면 선택적으로 응집 보조제, 유기질 섬유, 유기질 결합재 등을 예정된 양으로 함유하는 수성 슬러리는 제지기에 의해 판형태로 성형되어 건조된다. 이에 따라, 디스크 부재의 기재를 얻을 수 있다. 디스크 부재의 기재의 두께는 적절하게 설정될 수 있다. 상기 두께는 종래의 디스크 부재의 기재의 두께와 유사할 수 있으며, 통상적으로 2 내지 10 mm이다.
그 다음, 디스크 부재의 기재로부터 환형 디스크 부재(12)를 스탬핑하고, 금속(예를 들면, 철로 제조)으로 제조된 회전 샤프트(11)에 이들 복수 개의 디스크 부재(12)를 함께 삽입 장착하여 롤형 적층체를 형성한다. 그 후, 상기 적층체 전체를 가압하여 상기 디스크 부재(12)에 압축력을 인가하면서 적층체를 양 단부에 배치된 플랜지(13)를 매개로 하여 너트(15) 등으로 고정시킨다. 그 다음, 예정된 롤 직경을 부여하기 위하여 디스크 부재(12)의 주면을 연삭하여 디스크 롤(10)을 얻는다.
<실시예>
이하, 본 발명을 실시예와 비교예를 참조하여 더 설명하겠다. 그러나 이들 실시예에 의하여 본 발명을 제한적으로 해석해서는 안된다.
<실시예 1A 내지 9A 및 비교예 1A 내지 2A>
표 1A에 제시된 원료가 혼합된 수성 슬러리를 준비한 다음, 원통형 제지기를 사용하여 제지 공정을 행하여, 건조후에 100 mm ×100 mm ×6 mm 치수의 크기를 지닌 판형 제품을 얻었다. 그 다음, 판형 제품을 90 내지 120℃의 온도에서 6시간 동안 건조시켜 디스크 부재의 기재를 얻었다. 여기에서 사용된 원료를 이하에서 구체적으로 설명하였다.
알루미노실리케이트(aluminosilicate) 섬유:
Nichias Corporation가 제조한 화인플렉스 벌크 화이버(Fineflex bulk fiber)
백운모:
Kuraray Co., Ltd가 제조한 크라라이트(kralite)
목절점토:
Shinmei Industry Co., Ltd가 제조한 목절점토
유기질 섬유(펄프):
Hinton사가 제조한 힌톤 펄프
유기질 결합재(전분):
Nippon Starch Chemical Co., Ltd가 제조한 엑셀
유기질 입자(폴리에틸렌):
Sumitomo Seika Chemicals Co., Ltd가 제조한 플로텐(Flo-thene)
탄소 섬유:
Toho Tenax Co., Ltd가 제조한 베스파이트 촙 화이버(Besfight chopped fiber)
이렇게 얻은 디스크 부재의 기재로부터 외경이 80 mm이고 내경이 30 mm인 각 디스크 부재를 스탬핑하여 직경이 30 mm이고 길이가 100 mm인 철제 샤프트에 함께 삽입 장착하여, 도 1에 도시된 바와 같은 원주형 디스크 롤을 제작하였다. 첨언하면, 1.2 g/㎤ 의 압축 밀도를 부여하기 위하여 플랜지(13)를 통해 디스크 부재의 양 단부를 압축한 후 고정하였다. 그 다음, 이렇게 얻은 디스크 롤을 측정하고 평가하였다.
<공극율 측정>
다음 방정식에 따라 디스크 롤의 압축 밀도와 원료의 진밀도로부터 공극율을 결정하였다.
디스크 롤의 공극률 =
1 - [(디스크 롤의 압축 밀도)/(원료의 가중 평균 진밀도)]
<압축 변형율 측정>
<압축 변형율 측정>
도 3에 도시된 바와 같이, 최종적인 디스크 롤은 샤프트(11)의 양 단부에서 스탠드(50)에 의해 지지되고, 디스크 부재(12)로 구성된 이송면에 압축 부재(60)를 통해 1 mm/min로 10 kgf/cm 의 하중을 가하였다. 이러한 상태에서의 압축 변형율을 측정하였다. 이 결과가 표 1A에 제시되어 있다.
<유리 표면의 긁힘 확인>
개별적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 판유리를 제작하기 위하여 각 디스크 부재의 기재를 사용하여 동일한 타입의 디스크 롤을 준비하고 판유리 제조 장치에 합체시켰다. 그 다음, 최종적인 판유리의 표면을 육안으로 관찰하여 긁힘의 유무를 확인하였다. 이 결과를 표 1A에 제시하였다.
[표 1A]
표 1A에 제시된 결과는 제1 발명에 따른 압축 변형율이 0.05 내지 0.3 mm인 디스크 롤을 사용하면 표면에 긁힘이 없는 고급 판유리를 제공한다는 것을 보여줬다.
삭제
전술한 바와 같이, 제1 발명에 따르면 압축 밀도가 낮음에도 불구하고 내열성과 내구성이 우수하고 적절한 가요성과 오랜 수명을 지니며 면적이 큰 고급 판유리를 제조하는 데 적합한 디스크 롤이 제공되었다.
<실시예 1B 내지 6B 및 비교예 1B 내지 3B>
표 1B에 제시된 원료가 혼합되어 있는 수성 슬러리를 준비한 다음, 원통형 제지기를 사용하여 제지 공정을 행하여, 건조후에 100 mm ×100 mm ×6 mm 치수의 크기를 지닌 판형 제품을 얻었다. 그 다음, 판형 제품을 90 내지 120℃의 온도에서 6시간 동안 건조시켜 디스크 부재의 기재를 얻었다. 여기에서 사용된 원료를 이하에 구체적으로 명확하게 설명한다.
알루미노실리케이트 섬유:
Nichias Corporation가 제조한 화인플렉스 벌크 화이버
백운모:
Kuraray Co., Ltd가 제조한 크라라이트(Kralite)
금운모:
Kuraray Co., Ltd가 제조한 수조라이트(Suzolite)
목절점토:
Shinmei Industry Co., Ltd가 제조한 목절점토
유기질 섬유(펄프):
Hinton사가 제조한 힌톤 펄프
유기질 결합재(전분):
Nippon Starch Chemical Co., Ltd가 제조한 엑셀
이렇게 얻은 디스크 부재의 기재로부터 외경이 80 mm이고 내경이 30 mm인 각 디스크 부재를 스탬핑하여 직경이 30 mm이고 길이가 100 mm인 철제 샤프트에 함께 삽입 장착하여, 도 1에 도시된 바와 같은 원주형 디스크 롤을 제작하였다. 첨언하면, 1.2 g/㎤ 의 압축 밀도를 부여하기 위하여 플랜지(13)를 통해 디스크 부재의 양 단부를 압축한 후 고정하였다. 그 다음, 이렇게 얻은 디스크 롤을 측정하고 평가하였다.
<표면 경도 측정>
High Polymer Chemistry Co., Ltd가 제조한 아날로그 경도 시험기 D-모델을 사용하여 디스크 롤의 표면 경도(쇼어 D)를 ASTM D 2240에 따라 측정하였다. 이 결과가 표 1B에 제시되어 있다.
<내마모성 평가>
디스크 롤을 900℃로 유지된 가열로에서 180분 동안 보관한 다음, 실온으로 냉각하고 손으로 문질렀다. 그 때의 촉감으로 내마모성을 평가하였다. 평가 기준은 다음과 같다.
양호: 문질러서 분말이 손에 묻는다.
우수: 분말이 전달되지도 않고 분말 탈루도 없다.
이러한 결과는 표 1B에 제시되어 있다.
<샤프트에 대한 추종성 평가>
또한, 전술한 내마모성 평가를 실시한 후, 추종성을 평가하기 위하여 디스크 롤 표면에서 디스크 부재 사이의 유극의 총너비를 측정하였다. 평가 기준은 다음과 같다.
우수: 총너비가 0 mm이다.
양호: 총너비가 1 mm 이하이다.
보통: 총너비가 1 mm 초과 2 mm 이하이다.
불량: 총너비가 2 mm를 초과한다.
이러한 결과는 표 1B에 제시되어 있다.
<유리 표면의 긁힘 확인>
개별적으로, 판유리를 제작하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 각 디스크 부재의 기재를 사용하여 동일한 타입의 디스크 롤을 준비하고 판유리 제조 장치에 합체시켰다. 그 다음, 최종적인 판유리의 표면을 육안으로 관찰하여 긁힘의 유무를 확인하였다. 이러한 결과는 표 1B에 제시되어 있다.
[표 1B]
표 1B에 제시되어 있는 결과는 운모와 입경 5 ㎛ 이하인 입자 성분의 함량이 30 중량 % 이하인 점토를 함유하는 각 실시예의 디스크 롤은 사실상 내열성과 내마모성의 문제에서 벗어나고, 유리 표면에 긁힘이 없으며 적절한 가요성을 지닌다는 것을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 제2 발명에 따르면 압축 밀도가 낮음에도 불구하고 내열성과 내구성이 우수하고 적절한 가요성과 오랜 수명을 지니며 면적이 큰 고급 판유리를 제조하는 데 적합한 디스크 롤이 제공된다.
특정 실시예를 본 발명을 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 사상과 범주 내에서 다양한 변형과 수정이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
본 명세서는 2003년 3월 31일에 출원된 일본 특허 출원 제2003-095983호 및 제2003-096204호를 기초로 하고 있으며, 이들 특허의 내용은 참고에 의해 본원에 병합된다.
본 발명에 따르면 종래 기술의 문제점을 해결하여, 판유리에 균일한 힘을 인가할 수 있고, 낮은 압축 밀도에도 불구하고, 내열성 및 내구성이 우수하고 적절한 가요성과 긴 수명을 지닌 디스크 롤이 제공된다. 또한, 이러한 디스크 롤을 형성하기 위한 디스크 부재의 기재 및 이 디스크 부재의 기재를 사용하여 디스크 롤을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 따라서, 긁힘이 없는 면적이 넓은 고급 판유리를 제조할 수 있다.
Claims (19)
- 각각이 주면을 갖추고 구멍이 형성되어 있는 복수 개의 환형 디스크 부재와,상기 디스크 부재의 주면이 디스크 롤의 이송면 역할을 하도록 상기 환형 디스크 부재의 구멍에 삽입 장착되는 회전 샤프트를 포함하며, 상기 디스크 부재는 10kgf/cm의 하중 조건에서 압축 변형율이 0.05 내지 0.3mm인 것인 디스크 롤.
- 제1항에 있어서, 상기 디스크 부재는 상기 디스크 부재의 총중량을 기준으로 20 내지 40 중량 %의 무기질 섬유를 함유하고 30 내지 70 체적 %의 공극을 지니고 있는 것인 디스크 롤.
- 제2항에 있어서, 상기 디스크 부재는 상기 디스크 부재의 총중량을 기준으로 20 내지 50 중량 %의 운모를 함유하는 것인 디스크 롤.
- 20 내지 40 중량 %의 무기질 섬유를 함유하는 슬러리 원료를 판으로 성형하여 디스크 부재의 기재를 얻는 단계와;상기 디스크 부재의 기재로부터 각각이 구멍을 형성하고 주면을 갖춘 복수 개의 환형 디스크 부재를 스탬핑하는 단계와;상기 복수 개의 환형 디스크 부재를 상기 구멍을 통해 회전 샤프트에 삽입 장착하여 회전 샤프트에 고정함으로써 디스크 롤을 얻는 단계를 포함하는 것인 디스크 롤 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 디스크 부재의 기재의 성형은 제지 공정에 의해 수행되는 것인 디스크 롤 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 슬러리 원료는 소성 또는 사용시에 가해지는 열에 의해 연소되는 물질을 3 내지 15 중량 % 함유하는 것인 디스크 롤 제조 방법.
- 10 kgf/cm의 하중 조건에서 압축 변형율이 0.05 내지 0.3 mm인 것인 판형 디스크 부재의 기재.
- 제7항에 있어서, 상기 디스크 부재의 기재의 총중량을 기준으로 20 내지 40 중량 %의 무기질 섬유를 함유하고 30 내지 70 체적 %의 공극을 지니고 있는 것인 디스크 부재의 기재.
- 제7항에 있어서, 상기 디스크 부재의 기재의 총중량을 기준으로 20 내지 50 중량 %의 운모를 함유하는 것인 따른 디스크 부재의 기재.
- 각각이 주면을 갖추고 구멍이 형성되어 있는 복수 개의 환형 디스크 부재와,상기 디스크 부재의 주면이 디스크 롤의 이송면 역할을 하도록 상기 환형 디스크 부재의 구멍에 삽입 장착된 회전 샤프트를 포함하며, 상기 디스크 부재는 무기질 섬유, 운모 및 점토를 함유하고, 이 점토는 입경 5㎛ 이상의 입자 성분 함량이 점토의 총중량을 기준으로 30 중량 % 이하인 것인 디스크 롤.
- 제10항에 있어서, 상기 운모는 백운모인 것인 디스크 롤.
- 제10항에 있어서, 상기 무기질 섬유는 상기 디스크 부재의 총중량을 기준으로 5 내지 40 중량 %로 존재하고, 상기 점토는 상기 디스크 부재의 총중량을 기준으로 5 내지 55 중량 %로 존재하는 것인 디스크 롤.
- 제10항에 있어서, 상기 운모는 디스크 부재의 총중량을 기준으로 5 내지 60 중량 %로 존재하는 것인 디스크 롤.
- 슬러리 원료를 판으로 성형하여 디스크 부재의 기재를 얻는 단계로서, 상기 슬러리 원료는 무기질 섬유, 운모 및 점토를 함유하고, 이 점토는 입경 5㎛ 이상의 입자 성분 함량이 점토의 총중량을 기준으로 30 중량 % 이하인 것인 단계와;상기 디스크 부재의 기재로부터 각각이 구멍을 형성하고 주면을 갖춘 복수 개의 환형 디스크 부재를 스탬핑하는 단계와;상기 복수 개의 환형 디스크 부재를 상기 구멍을 통해 회전 샤프트에 삽입 장착하여 회전 샤프트에 고정함으로써 디스크 롤을 얻는 단계를 포함하는 것인 디스크 롤 제조 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 디스크 부재의 기재의 성형은 제지 공정에 의해 수행되는 것인 디스크 롤 제조 방법.
- 무기질 섬유, 운모 및 점토를 함유하는 판형 디스크 부재의 기재로서, 상기 점토는 입경 5㎛ 이상의 입자 성분 함량이 점토의 총중량을 기준으로 30 중량 % 이하인 것인 디스크 부재의 기재.
- 제16항에 있어서, 상기 운모는 백운모인 것인 디스크 부재의 기재.
- 제16항에 있어서, 상기 무기질 섬유는 상기 디스크 부재의 기재의 총중량을 기준으로 5 내지 40 중량 %로 존재하고, 상기 점토는 상기 디스크 부재의 기재의 총중량을 기준으로 5 내지 55 중량 %로 존재하는 것인 디스크 부재의 기재.
- 제16항에 있어서, 상기 운모는 디스크 부재의 기재의 총중량을 기준으로 5 내지 60 중량 %로 존재하는 것인 디스크 부재의 기재.
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