JP2005170750A - ガラス用成形装置の金型洗浄方法及びガラス用成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラスのプレス成形に用いられる金型の効率の良い洗浄方法を提供する。
【解決手段】 本発明のガラス用成形装置の金型洗浄方法は、雰囲気調整が可能な成形室９内で金型１、２を用いてガラスをプレス成形するガラス用成形装置における金型の洗浄方法であって、金型１、２の表面に堆積した付着物を、成形室９内にエッチングガスを流すことによって除去することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラス用のプレス成形装置における金型の洗浄方法に係る。

ガラス用のプレス成形装置では、金型上に市販のガラス成形素材を置き、これらを加熱することでガラスの粘度を小さくして高温下で成形を行う。成形素材には、屈折率、アッベ数などの光学定数や、軟化点などの熱的特性を変化させるため、アルカリ金属など様々な元素が含有されている。一方、金型には、成形品の離型性を向上させるため、カーボン膜や貴金属系のコーティングが施されている。

ところが、成形のために成形素材を加熱すると、その中からアルカリ金属などの蒸気圧の低い元素が蒸発し、金型上に堆積されたコーティング膜を始め、成形室を構成する部材を汚染することになる。ここで、アルカリ金属は、ガラス中に溶け込まれているように、元来ガラスとの間の濡れ性が良い。このため、コーティング膜の表面にアルカリ金属酸化物が付着すると、図４に示すように、金型５１の表面のコーティング膜５１ａにアルカリ金属酸化物５２を介してガラス５３が溶着し、成形品を曇らせるなどの弊害を生ずる。

このような状況に至ったときには、速やかに金型を取り外し、溶着したガラスを除去しなければならないので、その間、装置が停止しなくてはならず、稼働率を低下させていた。また、取り外した金型を洗浄しなければならず、メンテナンスにも手間が掛かっていた。

なお、コーティングについては、様々なものが開発されているが、このような問題に関して十分に満足できるものはまだ見付かっていない。
特開平１１−０３５３３１号公報

本発明は、以上のような従来のガラス用のプレス成形装置における問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、ガラスのプレス成形に使用される金型の効率の良い洗浄方法を提供することにある。

本発明のガラス用成形装置の金型洗浄方法は、雰囲気調整が可能な成形室内で金型を用いてガラスをプレス成形するガラス用成形装置における金型の洗浄方法であって、金型の表面に堆積した付着物を、成形室内にエッチングガスを流すことによって除去することを特徴とする。

例えば、前記付着物がアルカリ金属酸化物である場合には、前記エッチングガスとしてフッ化水素（ＨＦ）ガスまたは塩化水素（ＨＣｌ）ガスを用いることができる。

なお、前記付着物を除去する際に、前記成形室内に高周波の電場を発生させれば、前記エッチングガスをプラズマ化することが可能である。このようにすることにより、エッチング速度を高めることができる。

なお、ガラス用成形装置において上記の金型洗浄方法を使用する場合には、成形室内にエッチングガスを供給するための供給配管系統と、成形室内からエッチングガスを排出するための排出配管系統とを設ける。

本発明の金型洗浄方法によれば、プレス成形装置から金型を取り外すことなく金型を洗浄することができる。これにより、金型の洗浄に要する時間を短縮し、プレス成形装置の実稼働率を上げることができる。

また、副次的効果として、石英管の洗浄も同時に実施可能となる為、本部品の交換頻度も低減でき、生産性の向上を図ることが可能となる。

図１に、本発明の方法が使用されるガラス用のプレス成形装置の概略構成を示す。図中、１は上型、２は下型、３は成形素材、５は上軸、６は下軸、８は透明石英管、９は成形室、１０は赤外線ランプユニットを表わす。

フレーム４の上部から上軸５が下方に向かって伸びている。上軸５の下端面には、ダイホルダ１１を介して上型１が取り付けられている。フレーム４の下部には、ジャッキ１４及びその駆動源となるサーボモータ１５が収容されている。ジャッキ１４の駆動軸の先端には、ロードセル１３を介して下軸６が取り付けられている。下軸６は、上軸５と対向する様に上方に向かって伸びている。下軸６の上端面には、ダイホルダ１２を介して下型２が取り付けられている。下軸６は、制御装置（図示せず）により、速度、位置及び軸荷重が制御され、上下方向に移動することができる。

互いに対をなす上型１及び下型２、ダイホルダ１１及び１２、上軸１の下端部分及び下軸２の上端部分の周囲は、透明石英管８によって取り囲まれている。上軸１の周囲には、フランジ状の上部プレート１７が取付けられ、下軸２の周囲には、同じくフランジ状の下部プレート１８が取付けられている。透明石英管８、上部プレート１７及び下部プレート１８によって取り囲まれた内部に、外部に対して気密性を備えた成形室９が構成されている。

透明石英管８の周囲を取り囲む様に、赤外線ランプユニット１０が配置されている。赤外線ランプユニット１０は、赤外線ランプ、その背後に配置された反射ミラー、及び反射ミラーを冷却するための水冷パイプなどから構成されている。透明石英管８の内側にある上型１及び下型２は、この赤外線ランプユニット１０からの放射熱によって加熱される。上型１及び下型２には、温度測定用の熱電対７が取り付けられている。

下部プレート１８には、不活性ガス及びエッチングガスを成形室９内に供給するためのガス供給口２１が設けられている。ガス供給口２１には、バルブ２３を介して不活性ガスが供給され、あるいは、バルブ２４を介して流量調整されたエッチングガスが供給される。本実施例では、不活性ガス供給口とエッチングガス供給口を同一としたが、エッチングガス供給口をのみを別途金型近傍に設けても良い。上部プレート１７には、成形室９内からガスを排出するためのガス排出口２２が設けられている。成形前の加熱は常圧の不活性ガス中で行なうが、このときは、不活性ガスは、ガス排出口２２からバルブ２５を介して排出される。また、成形室内のパージ時、あるいは、成形直前の排気は、ガス排出口２２からバルブ２６、真空排気装置２７、排ガス処理装置２８を介して行なわれる。

以上の機構により、成形室内に、エチングガス雰囲気と、通常の成形を行なう雰囲気の２種の雰囲気を実現することが可能となる。

次に、上記の装置において、上下の金型１、２の洗浄をする際の手順について説明する。

成形作業が終了して成形品を回収した後、真空排気装置２７を駆動し、バルブ２３、２４及び２５を閉じ、バルブ２６を開いて、成形室９内の排気を行う。所定の真空度に達した後、バルブ２４を開けて、ＨＦ（またはＨＣｌ）などのエッチングガスを予め設定された濃度に調整して成形室９内に供給する。エッチングガスのキャリアガスとしてＨ、Ａｒ等を用いても良い。なお、エッチングガスの流量は、マスフロコントローラ（図示せず）で調整する。このとき、上下の金型１、２は、エッチングガスに良く接するように、若干離しておく。

次いで、透明石英管８の外部より赤外線ランプユニット１０で上下の金型１、２を加熱する。使用するエッチングガスにより加熱温度は異なる。また、圧力も同様に反応して生成される物質あるいは所望のエッチングレートが得られるように、ガスの供給量、あるいは、バルブ２６の前後に設けられた図示されない開度可変なバルブにより調整される。

エッチングの所要時間は、付着物の量にもよるが、大略１５分程度である。煩雑
所定時間のエッチング時間が終了した後、赤外線ランプユニット１０を停止する。充分温度が下がった後、バルブ２４を閉じ、成形室９内を排気する。所定の真空度まで排気した後、バルブ２３を開き、Ｎ_２ガスを供給する。このとき、上下の金型１、２間の距離を十分大きくするなど、成形室９内のエッチングガスの置換を促進するよう注意する。従って、Ｎ_２ガスの供給と真空排気を数回繰り返しても良い。最後に、バルブ２６を閉じ、バルブ２５を開けて、常圧下でＮ_２ガスを用いて十分パージする。

なお、上下の金型１、２及びその周囲の部材は、使用されるエッチングガスに対して耐性を有する材料で作られている。例えば、この例では、上型１及び下型２は、超硬合金で製作され、その表面にＰｔが離型膜としてコーティングされている。また、ダイホルダ１１及び１２はＳｉＣで作られている。アルカリ金属酸化物に対するエッチングガスとしてＨＦ（弗化水素）やＨＣｌ（塩酸）が考えられるが、上記材料は両ガスに対して十分な耐性を有している。

エッチングガスとしてＨＦを使用した場合の反応式の一例を以下に示す：
ＨＦ＋ＳｉＯ_２ → ＳｉＦ_４↑＋Ｈ_２Ｏ↑
ＨＦ＋Ｎａ → ＮａＦ↑＋Ｈ_２↑
ＨＦ＋Ｂ → ＢＦ_３↑＋Ｈ_２↑
図２に、本発明の方法が使用されるガラス用のプレス成形装置の他の例を示す。この装置と先に図１に示した装置の相違点は、この装置では、加熱手段として、先の赤外線ランプユニット１０に代わって誘導加熱コイル３０が使用されていることである。その他の構成は、先に図１に示した装置と共通である。

誘導加熱コイル３０は、マッチングボックス３２を介して高周波電源３１に接続される。誘導加熱コイル３０で、金型（金属製）を昇温することができる。このように、加熱手段として誘導加熱コイル３０を用いた場合には、成形室９内を減圧し、エッチングガスを流すことによって、成形室９内にプラズマを生成することが可能になる。このように、プラズマを生成することによって、ＨＦガスをより活性な状態へ導き、洗浄効果をより高めることができる。

さらに、もう一例として、上下の金型そのものに高周波電圧を印加する方法もある。すなわち、上下の金型を各々電極として使用するものである。金型と、上下軸の間には電気的に絶縁体であるＳｉＮあるいはＳｉＣが使用されている為、上記手法の適用も可能である。本手法によれば、上下金型の間にプラズマが生成され、かつ前記領域でのプラズマ濃度が最も高く活性となる為、効率良くエッチングを行なうことが可能となる。

その例を、図３に示すが、高周波の電源を直接金型に接続する以外、その他の部分については、図１及び図２に示したものとあまり大差はない。唯一、金型の測温方法を、熱電対から赤外線放射温度計に変更した程度であるが、電気的絶縁さえ確保できれば、これにこだわるものではない。

本発明の金型洗浄方法が使用されるガラス用プレス成形装置の一例を示す図。 本発明の金型洗浄方法が使用されるガラス用プレス成形装置の他の例を示す図。 本発明の金型洗浄方法が使用されるガラス用プレス成形装置の他の例を示す図。 金型の表面にガラスが溶着する際の状況を示す図。

符号の説明

１・・・上型、２・・・下型、３・・・成形素材、４・・・フレーム、５・・・上軸、６・・・下軸、７・・・熱電対、８・・・透明石英管、９・・・成形室、１０・・・赤外線ランプユニット、１１、１２・・・ダイホルダ、１３・・・ロードセル、１４・・・ジャッキ、１５・・・サーボモータ、１７・・・上部プレート、１８・・・下部プレート、２１・・・ガス供給口、２２・・・ガス排出口、２３、２４、２５、２６・・・バルブ、２７・・・真空排気装置、２８・・・排ガス処理装置、３０・・・誘導加熱コイル、３１・・・高周波電源、３２・・・マッチングボックス、５１・・・金型、５１ａ・・・離型膜、５２・・・アルカリ金属酸化物、５３・・・ガラス。

Claims (4)

1. 雰囲気調整が可能な成形室内で金型を用いてガラスをプレス成形するガラス用成形装置における金型の洗浄方法であって、金型の表面に堆積した付着物を、成形室内にエッチングガスを流すことによって除去することを特徴とするガラス用成形装置の金型洗浄方法。
2. 前記付着物はアルカリ金属酸化物であって、前記エッチングガスはフッ化水素ガスまたは塩化水素ガスであることを特徴とする請求項１に記載のガラス用成形装置の金型洗浄方法。
3. 前記付着物を除去する際に、前記成形室内に高周波の電場を発生させて前記エッチングガスをプラズマ化することを特徴とする請求項２に記載のガラス用成形装置の金型洗浄方法。
4. 雰囲気調整が可能な成形室内で金型を用いてガラスをプレス成形するガラス用成形装置において、金型の表面に堆積した付着物を除去するためのエッチングガスを成形室内に供給するための供給配管系統と、成形室内からエッチングガスを排出するための排出配管系統とを備えたことを特徴とするガラス用成形装置。

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