図面 (/)

技術 モールドプレス成形用ガラス及びその製造方法

出願人 日本電気硝子株式会社
発明者 佐藤史雄
出願日 2003年10月9日 (18年4ヶ月経過) 出願番号 2003-351024
公開日 2004年2月5日 (18年0ヶ月経過) 公開番号 2004-035406
状態 特許登録済
技術分野 ガラスの再成形、後処理、切断、輸送等 ガラス組成物(第三版)
主要キーワード 表面結晶粒 表面空孔 プレス製品 選定条件 異常膨張 示差熱膨張 組成差 電子プローブ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2004年2月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (0)

図面はありません

課題

どのような金型に対しても、また離型膜を形成しなくても、モールドプレス成形時に金型とガラスが接する部分が融着しないために、高い面精度製品を提供できるモールドプレス成形用ガラスとその製造方法を提供する。

解決手段

質量百分率で、SiO2 44.7〜60%、Al2O3 0〜4%含有するモールドプレス成形用ガラスを製造する方法であって、候補組成を用意する工程と、候補組成の塩基性度を求める工程と、金型との融着性を、求めた塩基性度に基づいて評価する工程と、求めた塩基性度が11以下であり、金型と融着しないと判定する工程と、金型との融着がないと判定された組成を採用する工程と、採用された候補組成となるように原料調合し、溶融成形する工程とを含むことを特徴とする。

概要

背景

 ガラスモールドプレス成形法切削研磨作業を必要とせず、高い表面精度製品が得られる方法であり、非球面レンズ磁気記録媒体用基板の作製に多く用いられている。モールドプレス成形法によるガラス製品の作製は、形状を精密に加工した金型内軟化変形する温度までガラスを加熱し、その後加圧成形して、金型形状をガラスに転写するものである。

 モールドプレス成形に用いられる金型選定条件には、高い面精度の加工が可能であること、成形温度で変化しないこと等が挙げられる。主に用いられる材料として超硬合金であるWCがある。WCはバインダーとしてCoやNi、Cr等がよく用いられる。また耐食性を考慮し、微量のTiCやTaCなどによって焼結させるものもある。高温条件での使用にはSiC等のセラミックを用いる場合がある。SiCには焼結後に表面を研磨するだけで使用する場合と、CVD法により表面空孔を埋め、表面精度をさらに向上させたものがある。プレス条件成型品に応じて各種SUSを選択する場合もある。

 モールドプレス成形における製品の品質と量産性の向上には、金型とガラスが融着しないことが必要で、繰り返しの使用に対しても金型の面精度が保たれていることが重要である。
特開平8−26765号公報
特開平8−26766号公報
特開平5−193979号公報
特開2001−89183号公報
特開2000−1329号公報
特開平3−37130号公報
特開昭62−123040号公報
特開平10−226532号公報

概要

どのような金型に対しても、また離型膜を形成しなくても、モールドプレス成形時に金型とガラスが接する部分が融着しないために、高い面精度の製品を提供できるモールドプレス成形用ガラスとその製造方法を提供する。質量百分率で、SiO2 44.7〜60%、Al2O3 0〜4%含有するモールドプレス成形用ガラスを製造する方法であって、候補組成を用意する工程と、候補組成の塩基性度を求める工程と、金型との融着性を、求めた塩基性度に基づいて評価する工程と、求めた塩基性度が11以下であり、金型と融着しないと判定する工程と、金型との融着がないと判定された組成を採用する工程と、採用された候補組成となるように原料調合し、溶融成形する工程とを含むことを特徴とする。なし

目的

 ガラスを融着させない方法として、金型表面に離型膜としてCr、Ni、W、Pt、Ir、Au等の純金属、又はこれらの合金若しくは炭化物、或いはカーボン、TiCN、TiAlN、TiN、BN等を被覆する方法も実用化されているが、金型に離型膜を形成することなく、モールドプレス成型することができることが望まれている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

 質量百分率で、SiO2 44.7〜60%、Al2O3 0〜4%含有するモールドプレス成形用ガラスを製造する方法であって、候補組成を用意する工程と、候補組成の塩基性度を求める工程と、金型との融着性を、求めた塩基性度に基づいて評価する工程と、求めた塩基性度が11以下であり、金型と融着しないと判定する工程と、金型との融着がないと判定された組成を採用する工程と、採用された候補組成となるように原料調合し、溶融成形する工程とを含むことを特徴とするモールドプレス成形用ガラスの製造方法。

請求項2

 請求項1の方法により製造されてなることを特徴とするモールドプレス成形用ガラス。

請求項3

 質量百分率で、SiO2 44.7〜60%、Al2O3 0〜4%含有し、塩基性度が11以下であることを特徴とするモールドプレス成形用ガラス。

技術分野

0001

 本発明はモールドプレス成形用ガラスと、その評価、設計及び製造方法に関するものである

背景技術

0002

 ガラスモールドプレス成形法切削研磨作業を必要とせず、高い表面精度製品が得られる方法であり、非球面レンズ磁気記録媒体用基板の作製に多く用いられている。モールドプレス成形法によるガラス製品の作製は、形状を精密に加工した金型内軟化変形する温度までガラスを加熱し、その後加圧成形して、金型形状をガラスに転写するものである。

0003

 モールドプレス成形に用いられる金型選定条件には、高い面精度の加工が可能であること、成形温度で変化しないこと等が挙げられる。主に用いられる材料として超硬合金であるWCがある。WCはバインダーとしてCoやNi、Cr等がよく用いられる。また耐食性を考慮し、微量のTiCやTaCなどによって焼結させるものもある。高温条件での使用にはSiC等のセラミックを用いる場合がある。SiCには焼結後に表面を研磨するだけで使用する場合と、CVD法により表面空孔を埋め、表面精度をさらに向上させたものがある。プレス条件成型品に応じて各種SUSを選択する場合もある。

0004

 モールドプレス成形における製品の品質と量産性の向上には、金型とガラスが融着しないことが必要で、繰り返しの使用に対しても金型の面精度が保たれていることが重要である。
特開平8−26765号公報
特開平8−26766号公報
特開平5−193979号公報
特開2001−89183号公報
特開2000−1329号公報
特開平3−37130号公報
特開昭62−123040号公報
特開平10−226532号公報

発明が解決しようとする課題

0005

 しかし、ガラスの種類によっては、繰り返し、或いは極端な場合は1回の成形でも金型とガラスが融着するという問題が発生する。融着すると金型表面にガラスが付着して生産不能となったり、金型の面精度を損ね、設計通りの製品を得られなくなる。金型と融着しないガラスを用いることが、製品の品質と量産性の向上に重要である。

0006

 ガラスを融着させない方法として、金型表面に離型膜としてCr、Ni、W、Pt、Ir、Au等の純金属、又はこれらの合金若しくは炭化物、或いはカーボン、TiCN、TiAlN、TiN、BN等を被覆する方法も実用化されているが、金型に離型膜を形成することなく、モールドプレス成型することができることが望まれている。

0007

 本発明では、どのような金型に対しても、また離型膜を形成しなくても、モールドプレス成形時に金型とガラスが接する部分が融着しないために、高い面精度の製品を提供できるモールドプレス成形用ガラスとその製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

 本発明のモールドプレス成形用ガラスの製造方法は、質量百分率で、SiO2 44.7〜60%、Al2O3 0〜4%含有するモールドプレス成形用ガラスを製造する方法であって、候補組成を用意する工程と、候補組成の塩基性度を求める工程と、金型との融着性を、求めた塩基性度に基づいて評価する工程と、求めた塩基性度が11以下であり、金型と融着しないと判定する工程と、金型との融着がないと判定された組成を採用する工程と、採用された候補組成となるように原料調合し、溶融、成形する工程とを含むことを特徴とする。

0009

 本発明のモールドプレス成形用ガラスは、上記方法により製造されてなることを特徴とする。

0010

 また本発明のモールドプレス成形用ガラスは、質量百分率で、SiO2 44.7〜60%、Al2O3 0〜4%含有し、塩基性度が11以下であることを特徴とする。

発明の効果

0011

 本発明によれば、金型との融着が起こらないガラスを提供することができる。このため金型に離型膜を形成する必要がなくなり、製造コストを削減することができる。またモールドプレス成形の量産性を向上させることができ、プレス製品を安価に提供することが可能となる。また金型の劣化が起こりにくくなることから、高い面精度が保たれたプレス製品を安定して生産することができる。

発明を実施するための最良の形態

0012

 本発明において、塩基性度とは、(酸素原子モル数の総和/陽イオンのField Strengthの総和)×100として定義される。式中のField Strength(以下F.S.と表記する)は次式により求められる。

0013

   F.S.=Z/r2
 Zはイオン価数、rはイオン半径を示している。なお本発明におけるZ、rの数値は『化学便覧基礎編 改訂2版(1975年 丸善株式会社発行)』を参照する。

0014

 ここでSiO2を例に挙げて、ガラスの塩基性度の求め方を示す。

0015

 まず、酸素原子のモル数を求める。1molのSiO2中には、2molの酸素原子が含まれる。よって、この酸素原子数2molに、ガラス組成中のSiO2のモル%を掛けることで、ガラス中のSiO2が持つ酸素原子のモル数が求められる。同様に各成分の酸素原子のモル数を求め、その合計を「酸素原子のモル数の総和」とする。

0016

 次にF.S.を求める。陽イオンSi4+はZ=4、r=0.4であるため、F.S.=25となる。Si4+はSiO2に1mol含まれているのでガラス中のF.S.は、25×1(mol)×(組成中のSiO2のモル%)として求められる。

0017

 これを各成分について求め、その合計を「陽イオンのF.S.の総和」とする。

0018

 そして「酸素原子のモル数の総和」を「陽イオンのF.S.の総和」で割った値に100をかけたものを「ガラスの塩基性度」とする。

0019

 ガラスの塩基性度が融着を支配する機構について説明する。

0020

 ガラスの塩基性度はガラス中の酸素の電子がガラス中の陽イオンにどのくらい引きつけられているかを示す指標になる。塩基性度の高いガラスではガラス中の陽イオンによる酸素の電子の引きつけが弱い。したがって、塩基性度の高いガラスは、電子を求める傾向の強い陽イオン(金型成分)と接した際、塩基性度の低いガラスに比べガラス中に金型からの陽イオンの侵入が起きやすい。金型成分である陽イオンがガラス中へ侵入(拡散)すると、界面付近ガラス相中の金型成分濃度が増加する。これによりガラス相と金型相の組成差が減少するため、両者の間の親和性が増し、ガラスが金型に濡れやすくなる。このような機構により、ガラスと金型が融着すると考えられる。従って塩基性度が低くなるにしたがって、ガラス中に金型成分が侵入しにくくなり、ガラスと金型は融着しなくなる。

0021

 金型にWCが使われる場合、ガラスの塩基性度が11以下、好ましくは9.5以下であれば融着が起こらなくなると考えられる。ガラスの塩基性度が9.5を超えると金型と融着する傾向が現れ、11を超えるとガラスと金型が融着して製品の面精度が損なわれ、量産性が顕著に悪化する。

0022

 以上の知見に基づき、モールドプレス成形用ガラスを評価、設計、製造する方法を説明する。

0023

 まず、屈折率、分散、ガラス転移点等の所望の要求特性満足するようなガラスの候補組成を準備する。特にモールドプレス成形を良好に行うために、ガラス転移点が800℃以下となるようにすることが望ましい。つまりモールドプレス成形時に金型が高温に曝されると、表面結晶粒子の成長による粒界の亀裂や、金型成分のガラスへの拡散促進による融着等の問題を引き起こし易くなる。このような問題を避けるためには、プレス温度金型温度)を800℃以下にすることが効果的であり、プレス成形可能な限界粘度である1013poise近辺でのガラスの温度、つまりガラス転移点が800℃以下となるようにガラスを設計することが望ましい。なお1013poiseに相当する温度が800℃より高いガラスの場合、ガラスを800℃以上の高温に加熱する必要があり、劣化を防止するために温度を800℃程度に維持した金型との間に温度差が生じる。その結果、ガラスが冷却固化する過程でガラスの表面と内部との間に温度差が発生し、ヒケと呼ばれる所定形状に対し大きく収縮した状態となり、面精度を損なう原因となる。

0024

 ガラス組成としては、特に限定されるものではないが、PbO等の有害成分を含まないガラス、具体的には質量%でSiO2 44.7〜60%、Al2O3 0〜4%、B2O3 0〜40%、P2O5 0〜40%、R1O 0〜30%(R1はアルカリ土類金属を示す)、ZnO 0〜50%、R22O 0〜20%(R2はアルカリ金属を示す)、TiO2 0〜20%、ZrO2 0〜10%、La2O3 0〜40%の組成範囲内にあるガラスを選択することが好ましい。

0025

 次に候補組成の塩基性度を上記した方法により求める。塩基性度を求めるに当たり、上記計算が可能なようにプログラムされた情報処理装置を用いて行ってもよい。例えば、候補組成を情報処理装置に入力すると、予め記憶された各陽イオンのF.S.から陽イオンのF.S.の総和が計算され、これを用いて塩基性度が算出、出力されるようにすればよい。なおこの種のプログラムは、CD−ROM等の情報記憶媒体に記憶させておくこともできる。

0026

 次いで金型との融着性を、求めた塩基性度に基づき評価する。評価に当たっては、塩基性度があらかじめ定めた一定値以下であるかどうかを確認し、一定値を超えていれば金型と融着すると判断し、一定値以下であれば金型と融着しないと判断する。金型がWC製である場合、この値を11、好ましくは9.5に設定すればよい。なおこの値は、プレスの条件、金型の材質等により、適宜変更することができる。また塩基性度の計算と同様に、評価についても情報処理装置を用いて処理することができる。例えば、コンピュータプログラム中に予め一定値を設定し、算出された塩基性度が一定値以下になるかどうかを区別できるようにしておき、その結果が出力されるようにしておけばよい。なおこの種のプログラムは、CD−ROM等の情報記憶媒体に記憶させておくこともできる。

0027

 続いて上記評価結果に基づき組成を決定する。

0028

 求めた塩基性度が一定値(例えば11)以下でなく、金型と融着すると判定された場合、塩基性度が一定値以下となるように組成を変更する。

0029

 求めた塩基性度が一定値以下であり、金型と融着しないと判定された場合、その候補組成をそのまま採用することができる。なお後者の場合、組成を微調整し、塩基性度をより低下させたものを採用してもよいことは言うまでもない。

0030

 なお候補組成が複数ある場合、塩基性度が一定値以下であり、金型と融着しないと判定されたものを選択し採用すればよい。この場合も、選択した候補組成を微調整し、塩基性度をさらに低下させてもよい。また塩基性度が11以下でない候補組成について、11以下となるように組成を変更した上で採用してもよいことは言うまでもない。

0031

 ここで、ガラスの組成を変更して、塩基性度を低下させる方法を述べる。塩基性度の変化は主としてF.S.の影響が大きい。つまりF.S.が大きい成分を増加させると塩基性度が低下する傾向があり、逆にF.S.が小さい成分を増加させると塩基性度が上昇する傾向がある。このためガラスの塩基性度を下げようとする場合、例えば比較的F.S.の大きいSiO2、B2O3、P2O5、Al2O3等の組成比を増加させるか、または比較的F.S.の小さいLi2O、Na2O、SrO、BaO等を減少させればよい。

0032

 続いて、上記の方法により決定された組成となるように、原料を調合する。

0033

 その後、原料を溶融し、適当な形状に成形することにより、塩基性度が11以下となるように調整されたモールドプレス成形用ガラスを得ることができる。

0034

 このようにして評価、設計、製造されたガラスは、モールドプレス成形したときに、金型成分がガラス内部へ拡散し難い。前述のように、融着を引き起こす要因としてガラスへの金型成分の拡散が関与しており、例えばWCを主成分とする成形型内でモールドプレス成形した場合にWの拡散が10μm以上の深さまで進むとガラスと金型が容易に融着してしまう。ところが塩基性度が11以下になるように調整された本発明のガラスでは、ガラスへのWの拡散がガラス−金型界面から10μm以下となり易く、金型と融着し難いという特徴がある。

0035

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

0036

 表1〜3は、モールドプレス成形用ガラスの候補組成(No.1〜12)を示している。

0037

0038

0039

0040

 次に、各候補組成の塩基性度を求め、表4〜6に示した。その結果、No.1〜8は塩基性度が11以下であり、WCでモールドプレス成形を行った場合に融着が起こり難いと判断した。

0041

 続いてNo.1〜8の組成を有するガラスとなるように、ガラス原料を調合し、白金坩堝を用いて1300〜1500℃で3〜5時間溶融した。さらにガラス融液成形加工し、ガラス転移点、金型との融着性、及び金型接触後のWの拡散深さを評価した。なお比較のために、塩基性度が11を超えたNo.9〜12についても同様にして試料を作製し、評価した。結果を表4〜6に示す。

0042

0043

0044

0045

 その結果、塩基性度が11以下であるNo.1〜8の試料は金型との融着がないと判断でき、またWの拡散も6.25μm以下であった。特に塩基性度が9.31以下であるNo.2、3、5、7及び8の試料は融着のランクがAであり、ガラス内部方向への金型成分の拡散も全くないことが確認された。

0046

 これに対して塩基性度が11を超えるNo.9〜12は、金型との融着が認められ、またガラス内部方向へのWの拡散が10μm以上の深さに達していた。

0047

 なお本実施例では、塩基性度が11以下となるものを採用する方法を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、塩基性度が11を超えたものについて、11以下となるように組成を変更した後に採用する方法も実施可能であることは言うまでもない。

0048

 ガラス転移点の測定は、ガラス原料を調合し、白金坩堝を用いて1300〜1500℃で3〜5時間溶融した後、ガラス融液をカーボン台上に流し出してアニールし、φ5×20mmの大きさに加工した後、示差熱膨張計を用いて行った。示差熱膨張計により得られる熱膨張曲線低温域異常膨張領域の直線部分を延長し、それが交差する点に対応する温度をガラス転移点として求めた。

0049

 金型との融着性は次のようにして評価した。まずガラス原料を調合し、白金坩堝を用いて1300〜1500℃で3〜5時間溶融した後、ガラス融液をカーボン台上に流し出してアニールし、直径5mm、高さ5mmの円柱状の試料に加工した。次に、WC金型上に試料を静置し、N2雰囲気中で800℃まで加熱し、15分間保持した。加熱後に試料を除去し、試料が接触していた金型表面の直径5mmの円内を観察し、融着の程度を表7に示すようにA〜Dの4ランクに分けた。この評価においては、ランクA、Bは融着しない、ランクC、Dは融着すると判断することができる。

0050

0051

 金型接触後のWの拡散深さは、加熱後に金型から除去された試料を縦割りして、金型接触面からガラス内部方向への断面を出し、電子プローブマイクロアナリシス(EPMA)による分析を行った。その分析結果より、金型−ガラス界面からガラス内部方向へのWの拡散の深さを求めた。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ