盘辊、其制造方法以及圆盘部件基底材料 【技术领域】
本发明涉及一种包括多个环形圆盘部件的盘辊，这些圆盘部件通过插入在旋转轴上装配在一起从而由上述圆盘部件的圆周表面形成输送表面，还涉及一种生产该盘辊的方法以及用于获得上述盘辊的圆盘部件基底材料。
背景技术
例如，为了输送从熔窑中下落的平板玻璃或者在退火窑中进行加热的金属板例如不锈钢板，采用了盘辊。图1为盘辊10的一个实施例的示意图，该盘辊是通过以下步骤制成的：从通过将含水浆液成形为厚度大约为3至大约6mm的板状的圆盘部件基底材料中冲切出环形圆盘，在所述浆液中混合有无机纤维例如陶瓷纤维、无机填充剂(例如滑石、粘土和云母)和粘接剂；并且通过插入在作为旋转轴的金属轴11上将这些圆盘部件12装配在一起以形成辊状层压件，而且用螺母15等固定，中间插入布置在两个端部处的法兰盘13，并且通过对整体进行挤压向这些圆盘部件12施加一些压力。圆盘部件12的周边表面作为输送表面。
上述盘辊10例如为整体装入到在图2中所示的平板玻璃生产设备100中，用来输送平板玻璃。该平板玻璃生产设备100为用来通过从熔窑101的线性开口的狭缝102中连续排出玻璃液110、使该排出的带状玻璃液110下落并且在下落期间使之冷却硬化从而生产出平板玻璃的设备。该盘辊10用作一对拉伸辊，这些辊将带状玻璃液110保持在其间以强制地将它向下传送。
如上所述，该盘辊10暴露于接近玻璃熔点的高温大约800℃)下，从而各个圆盘部件12变得容易变形或容易出现尺寸变化。另外，这种高温有时引起“粉末遗漏”，即圆盘部件12的组成材料损伤变成粉末，因此掉出，并且掉出的粉末附着在位于盘辊10下游的平板玻璃上，从而降低产出率。
为了避免这些缺点，极力要求盘辊10具有优良的耐热性和低的热变形比，并且本申请人以前也提出过一种由主要成分包括硅灰石(wallastonite)和陶瓷纤维地盘辊基底材料制作的盘辊(参见专利文件1)。
专利文件1：JP9-301765A
根据本申请人的上述盘辊其热变形和损伤即使在高达1200℃的温度下也较小，并且可以适合用于生产平板玻璃。但是，在退火窑中进行处理的不锈钢的表面温度高达大约1300℃。因此，即使在采用了根据本申请人的盘辊时，它也被迫需要相对较早地进行更换。因此，最好进一步改进耐热性。
【发明内容】
本发明是鉴于这些情况作出的。
因此，本发明的一个目的在于提供一种具有优良耐热性的盘辊，该盘辊可以足以用于输送在退火窑中进行处理的金属板例如不锈钢板，以及提供用于获得上述盘辊的圆盘部件基底材料。
另外，本发明的另一个目的在于提供一种在不引起成本增加的情况下采用上述圆盘部件基底材料来高效生产上述盘辊的方法。
从以下说明书中可以了解本发明的其它目的和效果。
为了实现上述目的，本发明人经过广泛研究发现，与普通盘辊相比，含有结晶堇青石的盘辊即使在高达1300℃的温度下其尺寸变化和结构损伤也明显很小，并且甚至可以充分用于在退火窑中输送金属板例如不锈钢板(为了方便起见，这被称为“第一发现”)。另外，本发明人发现，通过采用从含非晶体堇青石的圆盘部件基底材料中冲切出的圆盘部件制作出盘辊并且按照一般使用方式来输送高温平板玻璃或不锈钢板，从而使非晶体堇青石随着输送结晶成结晶堇青石(为了方便起见，这被称为“第二发现”)。本发明以这些发现为基础。
具体地说，通过本发明的以下方面实现了本发明的上述目的。
本发明的第一方面(下面称为“第一发明”)主要以上述第一发现为基础并且涉及下面的盘辊、生产盘辊的方法以及圆盘部件基底材料。
(1A)一种盘辊，它包括：
多个环形圆盘部件，每个部件形成有一孔并且具有周边表面；以及
一旋转轴，它通过插入装配进所述环形圆盘部件的孔中，由此所述圆盘部件的周边表面用作盘辊的输送表面，
其中所述圆盘部件包含有含结晶堇青石的陶瓷粉末、无机纤维和粘合剂。
(2A)根据上面(1A)项所述的盘辊，其中所述圆盘部件所包含的含结晶堇青石的陶瓷粉末、无机纤维和粘合剂的含量基于这些圆盘部件的总重分别为20-80wt％、5-50wt％和5-40wt％。
(3A)一种生产盘辊的方法，它包括以下步骤：
将包含有含结晶堇青石的陶瓷粉末、无机纤维和粘合剂的浆液原料成形为板状形式以获得圆盘部件基底材料；
从所述圆盘部件基底材料中冲切出多个环形圆盘部件，每个部件形成有一孔并且具有一周边表面；并且
通过使所述多个圆盘部件插入穿过这些孔来将它们装配在旋转轴上并且使所述圆盘部件固定，从而获得盘辊。
(4A)根据上面(3A)项所述的生产盘辊的方法，其中所述圆盘部件基底材料的成形是通过造纸工艺来进行的。
(5A)一种板状圆盘部件基底材料，它包含有含结晶堇青石的陶瓷粉末、无机纤维和粘合剂。
(6A)根据上面(5A)项所述的圆盘部件基底材料，它所包含的含结晶堇青石的陶瓷粉末、无机纤维和粘合剂的含量基于圆盘部件基底材料的重量分别为20-80wt％、5-50wt％和5-40wt％。
本发明的第二方面(下面称为“第二发明”)主要以上述第二发现为基础，并且涉及以下的盘辊、生产盘辊的方法和圆盘部件基底材料。
(1B)一种盘辊，它包括：
多个环形圆盘部件，每个部件形成有一孔并且具有周边表面；以及
一旋转轴，它通过插入装配进所述环形圆盘部件的孔中，由此所述圆盘部件的周边表面用作盘辊的输送表面，
其中所述圆盘部件包含有无机纤维和非晶体堇青石。
(2B)根据上面(1B)项所述的盘辊，其中所述圆盘部件所包含的无机纤维和非晶体堇青石的含量基于这些圆盘部件的总重分别为5-50wt％和20-80wt％。
(3B)根据上面(1B)项或(2B)项所述的盘辊，其中非晶体堇青石部分由合成堇青石代替。
(4B)根据上面(3B)项所述的盘辊，其中所述圆盘部件包含非晶体堇青石和合成堇青石，前者与后者的混合比以重量计为12∶1至3∶10。
(5B)根据上面(1B)项至(4B)项中任一项所述的盘辊，其中所述圆盘部件包含至少存在于其表面层部分上的非晶体堇青石的结晶产物。
(6B)一种生产盘辊的方法，它包括以下步骤：
将包含有无机纤维和非晶体堇青石的浆液原料成形为板状形式以获得圆盘部件基底材料；
从所述圆盘部件基底材料中冲切出多个环形圆盘部件，每个部件形成有一孔并且具有一周边表面；并且
通过使所述多个圆盘部件插入穿过这些孔来将它们装配在旋转轴上并且使所述圆盘部件固定，从而获得盘辊。
(7B)根据上面(6B)项所述的生产盘辊的方法，其中所述浆液原料还包含有合成堇青石。
(8B)根据上面(6B)项或(7B)项所述的生产盘辊的方法，其中所述浆液原料还包括有机纤维和有机粘合剂，并且所述圆盘部件基底材料的成形是通过造纸工艺来进行的。
(9B)根据上面(6B)项至(8B)项中任一项所述的生产盘辊的方法，它还包括通过用该盘辊输送高温制品来使至少存在于所述圆盘部件周边表面的表面层部分上的非晶体堇青石结晶的步骤。
(10B)一种板状圆盘部件基底材料，它包含有无机纤维和非晶体堇青石。
(11B)根据上面(10B)项所述的圆盘部件基底材料，它所包含的无机纤维和非晶体堇青石的含量基于圆盘部件基底材料的重量分别为5-50wt％和20-80wt％。
(12B)根据上面(10B)项或(11B)项所述的圆盘部件基底材料，其中非晶体堇青石部分由合成堇青石代替。
本发明的第三方面(下面称为“第三发明”)主要以上述第一发现为基础，并且涉及以下盘辊、生产盘辊的方法和圆盘部件基底材料。
(1C)一种盘辊，它包括：
多个环形圆盘部件，每个部件形成有一孔并且具有周边表面；以及
一旋转轴，它通过插入装配进所述环形圆盘部件的孔中，由此所述圆盘部件的周边表面用作盘辊的输送表面，
其中所述圆盘部件包含：
由氧化镁源、氧化铝源和氧化硅源以2∶2∶5的重量比构成的混合物；以及
无机纤维。
(2C)根据上面(1C)项所述的盘辊，其中所述圆盘部件所包含的混合物和无机纤维的含量基于这些圆盘部件的总重分别为20-80wt％和5-50wt％。
(3C)一种生产盘辊的方法，它包括以下步骤：
将包含有由氧化镁源、氧化铝源和氧化硅源以2∶2∶5的重量比构成的混合物和无机纤维的浆液原料成形为板状形式以获得圆盘部件基底材料；
将所述圆盘部件基底材料加热以使混合物结晶；
从所述结晶的圆盘部件基底材料中冲切出多个环形圆盘部件，每个部件形成有一孔并且具有一周边表面；并且
通过使所述多个环形圆盘部件插入穿过这些孔来将它们装配在旋转轴上并且使所述圆盘部件固定，从而获得盘辊。
(4C)根据上面(3C)项所述的生产盘辊的方法，其中所述浆液原料还包括有机纤维和有机粘合剂，并且所述圆盘部件基底材料的成形是通过造纸工艺来进行的。
(5C)一种板状圆盘部件基底材料，它包含有：
由氧化镁源、氧化铝源和氧化硅源以2∶2∶5的重量比构成的混合物；以及
无机纤维。
(6C)根据前面(5C)项所述的圆盘部件基底材料，它所包含的混合物和无机纤维的含量基于圆盘部件基底材料的重量分别为20-80wt％和5-50wt％。
【附图说明】
图1为本发明盘辊的一个实施例示意图；
图2为使用图1所示盘辊的方式的一个实施例示意图(平板玻璃生产设备)；
图3为曲线图，用于说明在加热含有非晶体堇青石的圆盘部件中的膨胀和收缩；
图4为在这些实施例中用于测量在软化中最大收缩百分率的设备示意图。
在这些附图中的参考编号分别表示以下部件：
10：盘辊
11：金属轴
12：圆盘部件
13：法兰盘
15：螺母
100：平板玻璃生产设备
101：熔窑
102：狭缝
110：带状玻璃液
【具体实施方式】
下面将对本发明进行更详细地说明。
第一发明
首先在下面对第一发明的圆盘部件基底材料进行说明。其主要成分为含有结晶堇青石的陶瓷粉末、无机纤维和粘合剂。通过在等于或高于1350℃即形成结晶堇青石的结晶温度下对其中氧化镁源、氧化铝源和氧化硅源以对应于结晶堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)的组分的氧化镁源-氧化铝源-氧化硅源比为2∶2∶5组合的混合物进行加热来获得含有陶瓷粉末的结晶堇青石。另外，这种含有结晶堇青石的陶瓷粉末也被称为“合成堇青石”，并且在下面的说明书中称为合成堇青石。
上述混合物的实施例例如包括通过以重量计将28份滑石、47份高岭土和35份氧化铝混合并且用球磨机将所得到的混合物磨碎成其平均颗粒大小约为0.5μm而获得的混合物。这些组分也可以分别从市场上买到，例如滑石可以购买由Fuji Talc Ind.Co.，Ltd生产的“SD55”、高岭土可以购买由Tsuchiya Kaolin Industry Co.，Ltd.生产的“GlomaxLL”，而氧化铝可以购买由Showa Aluminum Corp.生产的“氧化铝粉末A-42-2”。另外，合成堇青石也可以从市场上买到，例如购买由Marusu Yuuyaku Goshi Kaisha生产的“合成堇青石SS类”。
至于无机纤维，可以适当采用到目前为止已经用于盘辊的各种无机纤维，其实施例包括陶瓷纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、氧化硅纤维、氧化硅·氧化铝纤维等。耐热性优异的氧化铝纤维、莫来石纤维、氧化硅·氧化铝纤维和氧化硅纤维尤其适用。另外，必要时可以采用上面材料的两种或多种的组合来作为无机纤维。
粘合剂优选为氧化硅溶胶、氧化铝溶胶等，因为这些材料的耐热性优异。
除了上述合成堇青石、无机纤维和粘合剂之外，必要时可以向第一发明的圆盘部件基底材料加入迄今为止已经用在盘辊中的各种材料。例如，通过模制成形例如采用成形模具进行真空脱水成形或者通过采用造纸机例如圆网抄纸机的已知造纸工艺，用包含有上述合成堇青石、无机纤维和粘合剂的含水浆液获得第一发明的圆盘部件基底材料。在成本方面，造纸工艺是优选的。为了改进造纸性能、形状保持性能等，优选的是加入助凝剂、有机纤维、有机粘合剂等。所有这些材料可以是任意迄今为止已经用在制作盘辊的基底材料的材料。可以采用蒙脱石粉末等作为助凝剂，可以采用浆料等作为有机纤维，并且可以采用含水淀粉溶液等作为有机粘合剂。模制成形不需要任何助凝剂和有机纤维。
合成堇青石在圆盘部件基底材料中的含量优选为基于基底材料总量的20-80wt％。当合成堇青石的含量小于20wt％时，难以实现所要求的耐热性改进。超过80wt％会导致无机纤维的混合比相对下降，从而可能引起强度下降过大。为了稳定地表示成品辊的表面硬度等，合成堇青石的含量更优选为基于基底材料总量的40-60wt％。另外，无机纤维的含量优选为基于基底材料总量的5-50wt％。当无机纤维的含量小于5wt％时，强度有时可能不够。当超过50％时，合成堇青石的含量相对下降，这有时会导致不能达到改善耐热性的效果。考虑到成品辊的表面硬度，还更优选的是，无机纤维的含量为基于基底材料总量的20-30wt％。粘合剂的含量为可以将合成堇青石和无机纤维保持为成形制品的量。考虑到上述合成堇青石和无机纤维的相应含量，粘合剂的含量优选为5-40wt％。考虑到成品辊的表面硬度，粘合剂的含量更优选为5-20wt％。
另外，上述其它组分的混合比可以在不损害本发明的所要求效果的范围内根据需要进行适当设定。助凝剂的量最好为3wt％或更少，有机纤维的量最好为10wt％或更少，有机粘合剂的量最好为5wt％或更少。
对于获得圆盘部件基底材料的方法而言，采用造纸工艺是有效且优选的。也就是说，必要时，按照规定的量制备出包含有合成堇青石和无机纤维并且另外还包含助凝剂、有机纤维和有机粘合剂等的含水浆液，并且用造纸机将该含水浆液成形为板状形式并且干燥，由此能够获得所述圆盘部件基底材料。圆盘部件基底材料的厚度可以适当地进行设定，可以类似于普通圆盘部件基底材料的厚度，并且通常为2-10mm。
下面将对第一发明的生产盘辊的方法进行说明。该生产方法基本上按照普通方法进行，并且将再次参照图1进行说明。首先，从上述第一发明的圆盘部件基底材料中冲切出环形圆盘部件12，并且通过插入在由金属制成的(例如由铁制成的)旋转轴11上将这些圆盘部件12装配在一起形成一辊形层压件。然后，通过插入布置在两个端部处的法兰盘13用螺母15等将它们紧固，并且通过挤压整体从两个端部向这些圆盘部件12施加一些压力。然后，对这些圆盘部件12的周边表面进行研磨以获得规定的辊径。另外，通过这种研磨使输送表面光滑。
这样获得的第一发明的盘辊包含有结晶堇青石，因此与普通盘辊相比具有优良的耐热性和长的使用寿命的优点。也就是说，结晶堇青石与普通盘辊材料相比其优点在于，其热膨胀系数较低为0.7×10-6至1.5×10-6/℃，从而导致高抗热冲击性即优异的耐热震性。另外，其化学稳定性较高，并且与高温玻璃或不锈钢板的反应性较低。如上所述，需要该盘辊在高温下的变形和尺寸变化较小并且引起粉末遗漏的热损耗很小。该结晶堇青石与普通盘辊相比在耐热震性方面优异，从而即使在高达1300℃的温度下例如在输送不锈钢板的情况下也足可以使用。而且，高温不锈钢板容易在其表面上产生氧化铁。但是，结晶堇青石的反应性较低，从而由该氧化铁引起的对辊表面的损害较小，从而导致长的使用寿命。
第二发明
在下面首先对第二发明的圆盘部件基底材料进行说明。其主要组分是非晶体堇青石和无机纤维。非晶体堇青石是结晶堇青石的前体，其成分与结晶堇青石的成分相同为2MgO·2Al2O3·5SiO2，并且通过结晶作用转变成结晶堇青石。该非晶体堇青石是通过将例如金属氧化物、陶瓷和矿物质这些原料混合以便使具有上述堇青石组分比然后在规定温度下将使所得到的混合物燃烧(熔融)并且在迅速冷却之后用粉磨机例如氧化铝球磨机对它进行磨碎而获得的粉末。非晶体堇青石也可以从市场中买到，例如由Ferro Enamels(日本)Limited等生产的“14-3635P”。
至于无机纤维，可以适当采用到目前为止已经用于盘辊的各种无机纤维，其示例包括陶瓷纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、氧化硅纤维、氧化硅·氧化铝纤维等。耐热性优异的氧化铝纤维、莫来石纤维、氧化硅·氧化铝纤维和氧化硅纤维尤其适用。另外，必要时可以采用上面材料的两种或多种组合来作为无机纤维。
第二发明的圆盘部件基底材料包含作为必不可少的组分的非晶体堇青石和无机纤维，但是还可以包含下面所述的合成堇青石。如图3所示，包含有非晶体堇青石的圆盘部件基底材料在加热作用下开始初始热膨胀。当它到达软化初始温度时，便收缩结晶，并且当完成结晶时，它再次开始热膨胀。软化收缩和结晶(在软化中的最大收缩百分率)对圆盘部件尺寸变化或热应力产生明显的影响。为了降低在软化中的最大收缩百分率，最好包含已经结晶的合成堇青石。该合成堇青石用作非晶体堇青石结晶的助剂，用来提高结晶速率，由此迅速终止不稳定的结晶过程。该合成堇青石因此能够将结晶过程中出现的缺陷例如软化减至最低程度。另外，非晶体堇青石不具有完全的堇青石组分。因此，当单独使用它时，其结晶产物包含有杂质，这在某些情况中会引起晶体结构的应变。但是，合成堇青石用作种晶种以降低晶体结构的应变，由此有效地表现出堇青石的原始性能即耐热性和低热膨胀性，并且还能够稳定底改善性能。合成堇青石是通过使非晶体堇青石结晶而获得的等效堇青石，因而根本不会损害本发明的效果。
合成堇青石是通过在等于或高于其结晶温度1350℃下对其中氧化镁源、氧化铝源和氧化硅源以对应于堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)组分的氧化镁源-氧化铝源-氧化硅源比为2∶2∶5组合的混合物进行加热所获得的结晶堇青石。上述混合物的示例包括例如通过以重量计将28份滑石、47份高岭土和35份氧化铝混合并且用球磨机将所得到的混合物磨碎成平均颗粒大小约为0.5μm而获得的混合物。另外，在该混合物中，滑石也可以从市场中买到例如由Fuji Talc Ind.Co，Ltd.生产的“SD55”，高岭土可以为由Tsuchiya kaolin Industry Co.，Ltd.生产的“Glomax LL”，而氧化铝可以为由Showa Aluminum Corp.生产的“氧化铝粉末A-42-2”。另外，合成堇青石可以从市场中买到，例如由Marusu Yuuyaku Goshi kaisha生产的“合成堇青石SS类”。
此外，可以根据需要将迄今为止已经用在盘辊中的各种材料加入到第二发明的圆盘部件基底材料中。例如，通过采用成形模具进行模制成形例如真空脱水成形或者通过采用造纸机例如圆网抄纸机的已知造纸工艺用包含有非晶体堇青石和无机纤维并且必要时还包含合成堇青石的含水浆液获得第二发明的圆盘部件基底材料。在成本方面，造纸工艺是优选的。为了改进在造纸过程中的造纸性能、形状保持性能等，优选的是加入助凝剂、有机纤维、有机粘合剂等。所有这些材料可以是任意迄今为止已经用在造纸工艺中制作盘辊的基底材料的材料。可以采用蒙脱石粉末等作为助凝剂，可以采用浆料等作为有机纤维，并且可以采用含水淀粉溶液等作为有机粘合剂。模制成形不需要任何助凝剂和有机纤维。
在该圆盘部件基底材料的组分中，非晶体堇青石的含量优选为基于基底材料总量的20-80wt％。当非晶体堇青石的含量小于20wt％时，有时变得难以获得所要求的耐热性改善。超过80wt％会导致无机纤维的混合比相对下降，从而可能引起强度下降过大。另外，无机纤维的含量优选为基于基底材料总量的5-50wt％。当无机纤维的含量小于5wt％时，强度有时会变得不够。当超过50wt％时，合成堇青石的含量相对下降，这有时会导致不能达到改善耐热性的效果。
合成堇青石是部分代替非晶体堇青石的材料。在这种情况下，非晶体堇青石-合成堇青石混合比优选为12∶1至3∶10，更加优选为11∶2至3∶10，尤其优选为9∶4至5∶8。当合成堇青石的比例小于上述数值时，合成堇青石不能完全用作上述的结晶助剂，因为这会导致不能使整个基底材料结晶。另一方面，当合成堇青石的比例大于上述数值时，非晶体堇青石的量太小以致于不能获得粘合剂效果，从而导致可能难以获得所要求的强度。上述软化的最大收缩百分率会随着合成堇青石的比例增加而下降。
另外上述其它组分的混合比可以根据需要在不损害本发明所要求效果的范围内进行适当设定。助凝剂的量优选为3wt％或更少，有机纤维的量优选为10wt％或更少，而有机粘合剂的量优选为5wt％或更少。
至于获得该圆盘部件基底材料的方法，采用造纸工艺是有效的且是优选的。也就是说，必要时，按照规定的量制备出包含有非晶体堇青石和无机纤维并且另外还包含助凝剂、有机纤维和有机粘合剂等的含水浆液，并且用造纸机将该含水浆液成形为板状形式并且干燥，由此能够获得所述圆盘部件基底材料。圆盘部件基底材料的厚度可以适当地进行设定，可以类似于普通圆盘部件基底材料的厚度，并且通常为2-10mm。
下面将对第二发明的生产盘辊的方法进行说明。该生产方法基本上按照普通方法进行，并且将再次参照图1进行说明。首先，从上述第二发明的圆盘部件基底材料中冲切出环形圆盘部件12，并且通过插入在由金属制成的(例如由铁制成的)旋转轴11上将这些圆盘部件12装配在一起形成一辊形层压件。然后，通过插入布置在两个端部处的法兰盘13用螺母15等将它们紧固，并且通过挤压整体从两个端部向这些圆盘部件12施加一些压力。然后，对这些圆盘部件12的周边表面进行研磨以获得规定的辊径。另外，通过这种研磨使输送表面光滑。
虽然第二发明的盘辊为如上所述构成，但是优选的是，通过另外加热上述盘辊的辊表面来使至少位于圆盘部件12的周边表面的表面层部分中的非晶体堇青石结晶。这种结晶产物即结晶堇青石与普通盘辊材料相比其优点在于，其热膨胀系数较低为0.7×10-6至1.5×10-6/℃，从而导致高抗热冲击性即优异的耐热震性。另外，其化学稳定性较高，并且与高温玻璃或不锈钢板的反应性较低。如上所述，需要该盘辊在高温下的变形和尺寸变化较小并且引起粉末遗漏的热损耗很小。该结晶堇青石与普通盘辊相比在耐热震性方面优异，从而即使在高达1300℃的温度下例如在输送不锈钢板的情况下也足可以使用。而且，高温不锈钢板容易在其表面上产生氧化铁。但是，结晶堇青石的反应性较低，从而由该氧化铁引起的对辊表面的损害较小，从而导致长的使用寿命。
这里，当在大约为800℃至大约1300℃的温度下进行加热时，非晶体堇青石结晶，形成结晶堇青石。在这方面，带状玻璃液110在大约900℃的高温氛围下受到处理，并且不锈钢板也在大约1300℃的高温氛围中受到处理，从而可以通过采用如上所述制备出的盘辊并且按照普通使用形式输送带状玻璃液110、不锈钢板等进行上述结晶过程。因此，不需要任何新的用于进行结晶的生产工艺和生产设备，从而不会造成任何生产成本增加。另外，其优点在于，非晶体堇青石的结晶过程逐渐进行至圆盘材料12的内部(内径侧)，从而形成更坚固的盘辊。
第三发明
下面首先对第三发明的圆盘部件基底材料进行说明。其主要成分为其中氧化镁源、氧化铝源和氧化硅源以氧化镁源-氧化铝源-氧化硅源比为2∶2∶5组合的混合物和无机纤维。混合物的混合比与结晶堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)的组分相对应，并且通过使该混合物结晶来获得结晶堇青石。该混合物在下面的说明书中被称为“混合堇青石”。
混合堇青石的具体示例包括通过以重量计将28份滑石、47份高岭土和35份氧化铝混合并且用球磨机将所得到的混合物磨碎成其平均颗粒大小约为0.5μm而获得的混合物。另外，该混合堇青石也可以从市场中买到。例如，可以使用由Marusu Yuuyaku Goshi kaisha生产的“混合堇青石AF-2”。
至于无机纤维，可以适当采用到目前为止已经用于盘辊的各种无机纤维，其示例包括陶瓷纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维、氧化硅纤维、氧化硅·氧化铝纤维等。耐热性优异的氧化铝纤维、莫来石纤维、氧化硅·氧化铝纤维和氧化硅纤维尤其适用。另外，必要时可以采用上面材料的两种或多种组合来作为无机纤维。
第三发明的圆盘部件基底材料包含作为必不可少的组分的混合堇青石和无机纤维。但是，可以根据需要加入迄今为止已经用在盘辊中的各种材料。例如，第三发明的圆盘部件基底材料通过采用成形模具进行模制成形例如真空脱水成形或者通过采用造纸机例如圆网抄纸机的已知造纸工艺用包含有混合堇青石和无机纤维的含水浆液来获得第三发明的圆盘部件基底材料。在成本方面，造纸工艺是优选的。为了改进造纸性能、形状保持性能等，优选的是加入助凝剂、有机纤维、有机粘合剂等。所有这些材料可以是任意迄今为止已经用在制作盘辊的基底材料的材料。可以采用蒙脱石粉末等作为助凝剂，可以采用浆料等作为有机纤维，并且可以采用含水淀粉溶液等作为有机粘合剂。模制成形不需要任何助凝剂和有机纤维。
混合堇青石在圆盘部件基底材料中的含量优选为基于基底材料总量的20-80wt％。为了稳定地表现出成品辊的表面硬度等，更加优选为基于基底材料总量的50-75wt％。当混合堇青石的含量小于20wt％时，有时变得难以获得所要求的耐热性改善。超过80wt％会导致无机纤维的混合比相对下降，从而可能引起强度下降过大。另外，无机纤维的含量优选为基于基底材料总量的5-50％。同样考虑到成品辊的表面硬度，还更优选的是，无机纤维的含量为基于基底材料总量的20-30wt％。当无机纤维的含量小于5wt％时，强度有时可能不够。当超过50wt％时，混合堇青石含量相对下降，这有时会导致不能达到改善耐热性的效果。
另外，上述其它组分的混合比可以在不损害本发明的所要求效果的范围内根据需要进行适当设定。助凝剂的量最好为3wt％或更少，有机纤维的量最好为10wt％或更少，有机粘合剂的量最好为5wt％或更少。
对于获得圆盘部件基底材料的方法而言，采用造纸工艺是有效且优选的。也就是说，必要时，按照规定的量制备出包含有混合堇青石和无机纤维并且另外还包含助凝剂、有机纤维和有机粘合剂等的含水浆液，并且用造纸机将该含水浆液成形为板状形式并且干燥，由此能够获得所述圆盘部件基底材料。圆盘部件基底材料的厚度可以适当地进行设定，可以类似于普通圆盘部件基底材料的厚度，并且通常为2-10mm。
下面将对第三发明的生产盘辊的方法进行说明。该生产方法基本上按照普通方法进行。但是首先要将上述第三发明的圆盘部件基底材料加热以使结晶堇青石结晶。至于加热条件，根据结晶堇青石在该圆盘部件基底材料中的含量和基底材料的厚度来改变加热温度。但是，加热温度需要等于或高于形成结晶堇青石的温度1350℃。随后的生产过程类似于普通工艺，并且将再次参照图1进行说明。从圆盘部件基底材料中冲切出环形圆盘部件12，并且通过插入在由金属制成的(例如由铁制成的)轴11上将这些圆盘部件12装配在一起形成一辊形层压件。然后，通过插入布置在两个端部处的法兰盘13用螺母15等将它们紧固，并且通过挤压整体向这些圆盘部件12施加一些压力。然后，对这些圆盘部件12的周边表面进行研磨以获得规定的辊径。另外，通过这种研磨使输送表面光滑。
这样获得的第三发明的盘辊包含有结晶堇青石，因此与普通盘辊相比具有优良的耐热性和长的使用寿命的优点。也就是说，结晶堇青石与普通盘辊材料相比其优点在于，其热膨胀系数较低为0.7×10-6至1.5×10-6/℃，从而导致高抗热冲击性即优异的耐热震性。另外，其化学稳定性较高，并且与高温玻璃或不锈钢板的反应性较低。如上所述，需要该盘辊在高温下的变形和尺寸变化较小并且引起粉末遗漏的热损耗很小。该结晶堇青石与普通盘辊相比在耐热震性方面优异，从而即使在高达1300℃的温度下例如在输送不锈钢板的情况下也足可以使用。而且，高温不锈钢板容易在其表面上产生氧化铁。但是，结晶堇青石的反应性较低，从而由该氧化铁引起的对辊表面的损害较小，从而导致长的使用寿命。
实施例
下面将参照以下实施例和比较实施例对本发明进行更详细地说明，但是不应该认为本发明局限于此。
实施例1A至6A和比较实施例1A至2A
制备出含水浆液，其中混合有在表1A中所示的原料，并且通过普通的造纸工艺制作出圆盘部件基底材料，该基底材料在干燥后的尺寸为100mm×100mm×6mm。比较实施例1A的配方按照本发明人的专利文件1。对这样获得的每个圆盘部件基底材料进行如下的测量和测试：
热变化速率的测量
将每个圆盘部件基底材料在900℃或1300℃的加热炉中保持180分钟，并且测量出在加热前后的尺寸变化速率(热变化速率)。表1A示出这些结果。
耐磨性测试
在与上述热变化速率测量条件相同的条件下加热每个圆盘部件基底材料，并且使它冷却至室温，之后用手进行摩擦。通过在那时的触觉来评估出表面耐磨性。评估标准如下：
A：没有观察到任何转移或粉末遗漏
B：粉末在摩擦作用下转移到手上
C：在摩擦作用下出现严重粉末遗漏
D：在摩擦作用下出现特别严重的粉末遗漏。
级别A和B对于实际应用可以接受。表1A示出这些结果。热磨测试
从每个圆盘部件基底材料中冲切出外径为80mm且内径为30mm的圆盘部件，并且通过插入在直径为30mm且长度为100mm的铁轴上装配在一起以制备出如图1所示的柱状盘辊。另外，同样从比较实施例1A的配方的圆盘部件基底材料中冲切出圆盘部件，并且制备出柱状盘辊。然后，将该盘辊放置在试验炉中，并且将炉温保持在1050至1300℃的温度下。该盘辊连续旋转5个小时，并且使直径为30mm的圆形不锈钢棒与之接触。从测试前后的外径变化确定磨耗。表1A示出这些结果。
表1A比较实施例1A比较实施例2A实施例1A实施例2A实施例3A实施例4A实施例5A实施例6A 有机纤维 浆料 3 3 3 3 3 3 3 3 无机纤维 陶瓷纤维 25 27莫来石纤维 30 30 20 30氧化铝纤维 30 20 填充剂硅灰石粉末 25氧化铝粉未 25 滑石 20 25 高岭土 48合成堇青石 47 47 57 57 47 57无机粘合剂 硅溶胶 15 15 5 15 15氧化铝溶胶 15 助凝剂蒙脱石粉末 3 3 3 3 3 3 3 3有机粘合剂2％淀粉溶液 2 2 2 2 2 2 2 2热变化速率 (％) 900℃ 0.0 -2.5 0.0 -0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 1300℃ -10.4 -14.3 0.0 -1.1 -0.7 -0.4 -0.2 0.0 耐磨性 C D B B B A B B 热磨测试(磨耗：mm) 11.0 13.5 4.9 5.1 62 2.1 3.3 4.2
注：1)混合量为重量份。
2)有机粘合剂的数值(2％淀粉溶液)以固体含量计。
如表1A所示，用于每个都包含合成堇青石实施例的盘辊所有基底材料即使在高达1300℃的温度下其尺寸变化也较小，并且在耐磨性方面也优异。相反，比较实施例1A的圆盘部件基底材料在900℃下其尺寸变化不差于这些实施例的盘辊基底材料，但是在1300℃下其热变化速率明显增加。另外，比较实施例2A的圆盘部件基底材料甚至在900℃下其热变化速率也增加，并且在1300℃下其热变化速率明显增加。这表明，第一发明的盘辊基底材料的耐热性优异。
实施例1B至17B和比较实施例1B
制备出含水浆液，其中混合有在表1B中所示的原料，并且通过普通的造纸工艺制作出圆盘部件基底材料，该基底材料在干燥后的尺寸为100mm×100mm×6mm。比较实施例1B的配方按照本发明人的专利文件1。然后，对每个圆盘部件基底材料进行以下测量和测试：热变化速率的测量
将每个圆盘部件基底材料在900℃或1300℃的加热炉中保持180分钟，并且测量出在加热前后的尺寸变化速率(热变化速率)。表1B示出这些结果。
耐磨性测试
在与上述热变化速率的测量条件相同的条件下加热每个圆盘部件基底材料，并且使它冷却至室温，之后用手进行摩擦。通过在那时的触觉来评估出表面耐磨性。评估标准如下：
A：没有观察到任何转移或粉末遗漏
B：粉末在摩擦作用下转移到手上
C：在摩擦作用下出现严重粉末遗漏
级别A和B对于实际应用可以接受。表1B示出这些结果。热磨测试
从每个圆盘部件基底材料中冲切出外径为80mm且内径为30mm的圆盘部件，并且通过插入在直径为30mm且长度为100mm的铁旋转轴上装配在一起以制备出如图1所示的柱状盘辊。另外，同样从比较实施例1的配方的圆盘部件基底材料中冲切出圆盘，并且制备出柱状盘辊。然后，将该盘辊放置在试验炉中，并且将炉温保持在1050至1300℃的温度下。该盘辊连续旋转5个小时，并且使直径为30mm的圆形不锈钢棒与之接触。从测试前后的外径变化确定磨耗。表1B示出这些结果。
在软化中的最大收缩百分率和软化初始温度的测量
采用温度-形变特性曲线测量仪(由Shimadzu公司生产的TMA-50)测量在软化中的最大收缩百分率。在该测量仪中，将试样放置在外壳的底部上，并且从载荷产生装置通过探针向试样施加恒定载荷同时在加热炉中对它进行加热。用位置检测装置检测试样在那时的尺寸变化，从而确定出热膨胀速率或热变化速率。而且同时测量软化初始温度。表1B示出这些结果。
表1B 比较实 施例1B 实施例 1B 实施例 2B 实施例 3B 实施例 4B 实施例 5B实施例 6B实旋例 7B 实施例 8B 实施例 9B实施例 10B 实施例 11B 有机纤维 浆料 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 无机纤维 陶瓷纤维 25 65 60 30 15莫来石纤维 50 30 25 20 15氧化铝纤维 30 20 填充剂非晶体堇青石 30 40 50 65 75 65 65 70 75 80 80合成堇青石硅灰石粉末 25氧化铝粉末 25 滑石粉 20 助凝剂 蒙脱石粉末 3 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 2.25 3 3 3 3 3有机粘合剂2％淀粉溶液 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2热变化速率 (％) 900℃ 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 -0.0 -0.6 0.0 -0.5 -0.5 -1.0 -0.2 1300℃ -10.4 -5.5 -5.8 0.0 -1.2 -1.6 0.0 1.0 1.2 1.3 -0.5 1.2 耐磨性 C B B B A A A A A A A A 热磨测试(磨耗：mm) 11.0 6.5 6.2 5.5 4.9 3.5 5.0 4.8 3.8 3.4 3.1 3.0 软化初始温度(℃) 818 850 852 832 848 837 855 851 840 835 830 833 在软化中的最大收缩率％ -0.3 -2.6 -3.3 -4.2 -5.6 -6.8 -5.3 -5.6 -5.2 -7.4 -7.8 -7.3
注：1)混合量为重量份。
2)有机粘合剂的数值(2％淀粉溶液)以固体含量计。
3)合成堇青石为由Marusu Yuuyaku Goshi Kaisha生产的“合成堇青石SS”。
表1B(接上页) 实施例12B 实施例13B 实施例14B 实施例15B 实施例16B 实施例17B 有机纤维 浆料 3 3 3 3 3 3 无机纤维 陶瓷纤维莫来石纤维 30 30 30 30 30 30氧化铝纤维 填充剂非晶体堇青石 60 55 45 35 25 15合成堇青石 5 10 20 30 40 50硅灰石粉末氧化铝粉未滑石粉 助凝剂蒙脱石粉末 3 3 3 3 3 3有机粘合剂2％淀粉溶液 2 2 2 2 2 2热变化速率 (％)900℃ -0.2 0.1 -0.1 0.0 0.1 -0.31300℃ 0.8 -0.4 0.0 0.0 0.0 0.5 耐磨性 B B B B B B 热磨测试(磨耗：mm) 5.5 5.6 5.3 5.4 5.7 6.0 软化初始温度(℃) 760 772 770 770 784 775 在软化中的最大收缩率％ -1.8 -1.2 0.0 -0.2 0.0 -0.4
注：1)混合量为重量份。
2)有机粘合剂的数值(2％淀粉溶液)以固体含量计。
3)合成堇青石为由Marusu Yuuyaku Goshi Kaisha生产的“合成堇青石SS”。
如表1B所示，用于每个都包含30-80wt％量的非晶体堇青石实施例1B至11B的盘辊所有基底材料即使在高达1300℃的温度下其尺寸变化也较小，并且在耐磨性方面也优异。另外其中非晶体堇青石部分由合成堇青石代替的实施例12B至17B的盘辊基底材料在软化中的最大收缩百分率方面也得到改善。在软化中的最大收缩百分率随着合成堇青石的比例增加而减少。相反，比较实施例1B的圆盘部件基底材料在900℃下其尺寸变化不差于这些实施例的盘辊基底材料，但是在1300℃下其热变化速率明显增加。这表明，第二发明的盘辊基底材料的耐热性优异。
实施例1C至6C和比较实施例1C和2C
制备出含水浆液，其中混合有在表1C中所示的原料，并且通过普通的造纸工艺制作出圆盘部件基底材料，该基底材料在干燥后的尺寸为100mm×100mm×6mm。在实施例2C至6C中，采用由MarusuYuuyaku Goshi Kaisha生产的“混合堇青石AF-2”。然后在温度1350℃的加热炉中使这些实施例中的盘辊基底材料燃烧以使混合堇青石结晶。比较实施例1C的配方按照本发明人的专利文件1。对这样获得的每个圆盘部件基底材料进行如下的测量和测试：
热变化速率的测量
将每个圆盘部件基底材料在900℃或1300℃的加热炉中保持180分钟，并且测量出在加热前后的尺寸变化速率(热变化速率)。表1C示出这些结果。
耐磨性测试
在与上述热变化速率的测量条件相同的条件下加热每个圆盘部件基底材料，并且使它冷却至室温，之后用手进行摩擦。通过在那时的触觉来评估出表面耐磨性。评估标准如下：
A：没有观察到任何转移或粉末遗漏
B：粉末在摩擦作用下转移到手上
C：在摩擦作用下出现粉末遗漏
D：在摩擦作用下出现严重粉末遗漏。
级别A和B对于实际应用可以接受。表1C示出这些结果。
热磨测试
从每个圆盘部件基底材料中冲切出外径为80mm且内径为30mm的圆盘部件，并且通过插入在直径为30mm且长度为100mm的铁轴上装配在一起以制备出如图1所示的柱状盘辊。另外，同样从比较实施例1C的配方的圆盘部件基底材料中冲切出圆盘部件，并且制备出柱状盘辊。然后，将该盘辊放置在试验炉中，并且将炉温保持在1050至1300℃的温度下。该盘辊连续旋转5个小时，并且使直径为30mm的圆形不锈钢棒与之接触。从测试前后的外径变化确定磨耗。表1C示出这些结果。
表1C比较实施例1C比较实施例2C实施例1C实施例2C实施例3C实施例4C实施例5C实施例6C 有机纤维 浆料 3 3 3 3 3 3 3 3 无机纤维陶瓷纤维 25 27 30莫来石纤维 30 40 20氧化铝纤维 30 20 填充剂硅灰石粉末 25氧化铝粉末 25 19.7 滑石 25 15.8 高岭土 48 26.5混合堇青石 62 62 52 72 72 助凝剂蒙脱石粉末 3 3 3 3 3 3 3 3有机粘合剂2％淀粉溶液 2 2 2 2 2 2 2 2热变化速率 (％)900℃ 0.0 -2.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.01300℃ -10.4 -14.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 耐磨性 C D B B B B A B 热磨测试(磨耗：mm) 11.0 13.5 6.5 5.1 5.3 6.1 3.0 4.9
注：1)混合量为重量份
2)有机粘合剂的数值(2％淀粉溶液)以固体含量计。
3)混合堇青石为由Marusu Yuuyaku Goshi Kaisha生产的“混合堇青石AF-2”。
如表1C所示，用于每个都包含有本发明范围内混合堇青石的实施例所有盘辊基底材料即使在高达1300℃的温度下其尺寸变化也较小，并且在耐磨性方面也优异。相反，比较实施例1C的圆盘部件基底材料在900℃下其尺寸变化不差于这些实施例的盘辊基底材料，但是在1300℃下其热变化速率明显增加。这表明，本发明的盘辊基底材料的耐热性优异。
如上所述，根据第一发明，获得的盘辊在耐热性方面明显优于普通的盘辊，并且该盘辊也可足以例如用于输送在大约1300℃的退火窑中进行加热的不锈钢板。
虽然已经参照具体实施例对本发明进行了详细说明，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以在其中作出各种改变和改进。
本发明申请基于日本专利申请Nos.2003-036737(2003年2月14日申请的)、2003-058845(2003年3月5日申请的)、2003-071971(2003年3月17日申请的)和2004-020915(2004年1月29日申请的)，这些申请的内容在这里被引用作为参考。