JP2543650B2 - ガラス成型用金型 - Google Patents
ガラス成型用金型Info
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- JP2543650B2 JP2543650B2 JP4171020A JP17102092A JP2543650B2 JP 2543650 B2 JP2543650 B2 JP 2543650B2 JP 4171020 A JP4171020 A JP 4171020A JP 17102092 A JP17102092 A JP 17102092A JP 2543650 B2 JP2543650 B2 JP 2543650B2
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- JP
- Japan
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- mold
- glass
- coating
- present
- molding
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- Expired - Lifetime
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- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガラス成型用金型に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】ガラス成型用金型は一般に鋳鉄、耐熱鋼
等により製造されているが、これらの材質の金型は１０
００℃を超す高温のガラスと接触した際に酸化し、ガラ
ス表面に酸化物を付着させたり、ガラスとの粘着性が高
く、離型性を悪化させたり、肌荒れと呼ばれる微細な凹
凸をガラス表面に形成する。
等により製造されているが、これらの材質の金型は１０
００℃を超す高温のガラスと接触した際に酸化し、ガラ
ス表面に酸化物を付着させたり、ガラスとの粘着性が高
く、離型性を悪化させたり、肌荒れと呼ばれる微細な凹
凸をガラス表面に形成する。
【０００３】このため現状ではガラス成型用金型の表面
に黒鉛を主体とした潤滑離型剤を塗布するのが通例とな
っている。しかし、この油性の潤滑離型剤にあっては１
時間に数回の頻度で人手により定期的に塗布することが
必要であり、またこれが燃焼して作業環境を悪化させて
いた。さらにガラス製品表面に黒鉛粉末が付着すること
が避けられず品質を悪化させる原因となっていた。
に黒鉛を主体とした潤滑離型剤を塗布するのが通例とな
っている。しかし、この油性の潤滑離型剤にあっては１
時間に数回の頻度で人手により定期的に塗布することが
必要であり、またこれが燃焼して作業環境を悪化させて
いた。さらにガラス製品表面に黒鉛粉末が付着すること
が避けられず品質を悪化させる原因となっていた。
【０００４】上記課題を解決するための先行技術とし
て、特開昭５７−５６３３９号公報や特開昭６３−１５
６０２０号公報に開示されているように、鋳鉄等ベース
材料の表面にタングステンの溶射被膜やＴｉＮ等の蒸着
被膜を形成するものもあるが、これらはいずれも金型の
製造後に別途離型性促進金属層を被覆するものであり、
生産設備、生産工程の追加、表面損傷における再形成等
により金型コストの上昇を招くのみならず、未だ型離れ
性は完全でなく、潤滑離型剤のメンテナンスフリーを達
成するに至っていない。
て、特開昭５７−５６３３９号公報や特開昭６３−１５
６０２０号公報に開示されているように、鋳鉄等ベース
材料の表面にタングステンの溶射被膜やＴｉＮ等の蒸着
被膜を形成するものもあるが、これらはいずれも金型の
製造後に別途離型性促進金属層を被覆するものであり、
生産設備、生産工程の追加、表面損傷における再形成等
により金型コストの上昇を招くのみならず、未だ型離れ
性は完全でなく、潤滑離型剤のメンテナンスフリーを達
成するに至っていない。
【０００５】また、本発明者らは先に特開昭６４−７３
０３４号公報により耐高温酸化性が優れた高温用材料を
開示している。しかしこの合金は高温の酸化性雰囲気で
は優れた耐酸化性を示すものの、１０００℃を超す高温
のガラスと接触すると共に、成型時に熱衝撃がかかるガ
ラス成型金型として使用した場合、酸化被膜であるアル
ミナ被膜が部分的に剥離するため、離型剤のメンテナン
スフリーを達成することはできない。
０３４号公報により耐高温酸化性が優れた高温用材料を
開示している。しかしこの合金は高温の酸化性雰囲気で
は優れた耐酸化性を示すものの、１０００℃を超す高温
のガラスと接触すると共に、成型時に熱衝撃がかかるガ
ラス成型金型として使用した場合、酸化被膜であるアル
ミナ被膜が部分的に剥離するため、離型剤のメンテナン
スフリーを達成することはできない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の技術
的背景に鑑みて、ガラス成型金型材料に必要な条件すな
わち、１．熱伝導率がよく熱膨張係数が小さいこと、
２．高温強度が高いこと、３．耐触性がよいこと、等に
よく適合すると共に、潤滑離型剤や離型性促進金属層の
被覆を不要にしたガラス成型用金型を提供しようとする
ものである。
的背景に鑑みて、ガラス成型金型材料に必要な条件すな
わち、１．熱伝導率がよく熱膨張係数が小さいこと、
２．高温強度が高いこと、３．耐触性がよいこと、等に
よく適合すると共に、潤滑離型剤や離型性促進金属層の
被覆を不要にしたガラス成型用金型を提供しようとする
ものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らはガラス成型
金型用材料として適する材料の検討、実験および工場で
の使用試験を進めた結果、以下の組成および条件を具備
するものが、ガラス成型金型用材料として極めて優れて
いることを見出した。
金型用材料として適する材料の検討、実験および工場で
の使用試験を進めた結果、以下の組成および条件を具備
するものが、ガラス成型金型用材料として極めて優れて
いることを見出した。
【０００８】すなわち本発明は重量％で、Ｃｕ含有量が
１０〜８０％、Ａｌ含有量が４〜１１％、Ｃｒ含有量が
３〜１６％、希土類元素の１種または２種以上０．０２
〜２．０％を含み、残部が鉄および不可避的な不純物元
素からなるガラス成型用金型表面に０．１〜２００μｍ
の膜厚を有するアルミナ被膜を有することを特徴とす
る。
１０〜８０％、Ａｌ含有量が４〜１１％、Ｃｒ含有量が
３〜１６％、希土類元素の１種または２種以上０．０２
〜２．０％を含み、残部が鉄および不可避的な不純物元
素からなるガラス成型用金型表面に０．１〜２００μｍ
の膜厚を有するアルミナ被膜を有することを特徴とす
る。
【０００９】以下に本発明合金の組成を限定する理由に
ついて述べる。Ｃｕの含有量を１０〜８０％としたの
は、１０％未満では図１に示すとおり熱伝導率が現状鋳
鉄材料を下まわるため、現状鋳鉄材並の生産性を確保す
るためには、冷却エアーを最大限供給したとしても金型
の焼け過ぎ対策として冷却フィンの配設等が必要であり
コストが上昇する。
ついて述べる。Ｃｕの含有量を１０〜８０％としたの
は、１０％未満では図１に示すとおり熱伝導率が現状鋳
鉄材料を下まわるため、現状鋳鉄材並の生産性を確保す
るためには、冷却エアーを最大限供給したとしても金型
の焼け過ぎ対策として冷却フィンの配設等が必要であり
コストが上昇する。
【００１０】一方、８０％超になると成型時の金型定常
温度（４００℃前後）における高温硬さが低下し金型の
寿命を損なう。
温度（４００℃前後）における高温硬さが低下し金型の
寿命を損なう。
【００１１】Ａｌはガラス製品の型離れをよくする耐酸
化性被膜を形成するための重要な元素である。Ａｌの含
有量を４〜１１％としたのは、４％未満では耐酸化性被
膜であるアルミナ被膜を形成する効果が少なく、１１％
超では脆いβ相の出現により金型全体の耐熱疲労強度が
劣化する。
化性被膜を形成するための重要な元素である。Ａｌの含
有量を４〜１１％としたのは、４％未満では耐酸化性被
膜であるアルミナ被膜を形成する効果が少なく、１１％
超では脆いβ相の出現により金型全体の耐熱疲労強度が
劣化する。
【００１２】Ｃｒはアルミナ被膜の形成と安定化に不可
欠であり、アルミナ被膜にクラックが生じた場合には、
その間生成したクロム酸化物によって一時的に耐酸化性
を維持することができる。その必要量は鉄−クロム合金
において２０％であり、鉄の成分範囲に合わせて３〜１
６％である。
欠であり、アルミナ被膜にクラックが生じた場合には、
その間生成したクロム酸化物によって一時的に耐酸化性
を維持することができる。その必要量は鉄−クロム合金
において２０％であり、鉄の成分範囲に合わせて３〜１
６％である。
【００１３】Ｙ，Ｃｅ，Ｌａ等の希土類元素はアルミナ
被膜の形成と安定化をはかり、とくに後述する実施例の
表２に示すように、アルミナ被膜の耐剥離性を高め、該
被膜によるガラスとの結合反応を抑止し、離型剤のメン
テナンスフリーを達成する。このためには０．０２％以
上必要である。しかし２％を超えると、高温での金型全
体の耐熱疲労強度が低下するので好ましくない。
被膜の形成と安定化をはかり、とくに後述する実施例の
表２に示すように、アルミナ被膜の耐剥離性を高め、該
被膜によるガラスとの結合反応を抑止し、離型剤のメン
テナンスフリーを達成する。このためには０．０２％以
上必要である。しかし２％を超えると、高温での金型全
体の耐熱疲労強度が低下するので好ましくない。
【００１４】次に、アルミナ被膜の厚みと成型性との関
係をつかむため、本発明の金型においてアルミナの被膜
厚みを種々変えて、実際の製ビンラインにて２時間使用
した。その結果を図２に示す。
係をつかむため、本発明の金型においてアルミナの被膜
厚みを種々変えて、実際の製ビンラインにて２時間使用
した。その結果を図２に示す。
【００１５】アルミナの被膜が増大すると金型の熱伝導
率が低下し、とくに２００μｍを超えると従来の成型速
度ではビン製品が充分冷却せず、製品出し後にビン製品
の変形が発生した。一方アルミナ被膜の下限は被膜の破
壊と金型へのガラス成分の侵入防止のため望ましくは
０．１μｍ以上必要である。
率が低下し、とくに２００μｍを超えると従来の成型速
度ではビン製品が充分冷却せず、製品出し後にビン製品
の変形が発生した。一方アルミナ被膜の下限は被膜の破
壊と金型へのガラス成分の侵入防止のため望ましくは
０．１μｍ以上必要である。
【００１６】この範囲の被膜を生成させるためには、大
気中での高温加熱実験の結果、４００℃から９００℃の
温度範囲が適切であった。４００℃以下ではアルミナ被
膜の表面に酸化第一銅が生成するためアルミナ被膜の効
果が損なわれ、また１０００℃以上では金型の寸法変化
を伴なう。この温度範囲はまさに実際のガラスビンの成
型温度に一致しており、本発明のガラス成型金型に最適
であることが判明した。
気中での高温加熱実験の結果、４００℃から９００℃の
温度範囲が適切であった。４００℃以下ではアルミナ被
膜の表面に酸化第一銅が生成するためアルミナ被膜の効
果が損なわれ、また１０００℃以上では金型の寸法変化
を伴なう。この温度範囲はまさに実際のガラスビンの成
型温度に一致しており、本発明のガラス成型金型に最適
であることが判明した。
【００１７】詳しく述べると、本金型は成型ラインに適
用の前に事前に加熱し、前記被膜を生成させているた
め、成型当初から離型剤が不要であり、且つ長時間の使
用または成型時の衝撃等により、仮にアルミナ被膜が剥
離しても、本被膜は自己生成機能を有するため、離型剤
なしの連続・安定した操業が可能である。
用の前に事前に加熱し、前記被膜を生成させているた
め、成型当初から離型剤が不要であり、且つ長時間の使
用または成型時の衝撃等により、仮にアルミナ被膜が剥
離しても、本被膜は自己生成機能を有するため、離型剤
なしの連続・安定した操業が可能である。
【００１８】
【実施例】表１に示す本発明および比較材として特開昭
６４−７３０３４号公報にて開示した材料の組成の合金
を半円柱状の金型に鋳造した後、機械加工によりガラス
ビン成型用金型を製作した。その後、共に大気中で５０
０℃×８時間のアルミナの被膜生成処理を実施した。
６４−７３０３４号公報にて開示した材料の組成の合金
を半円柱状の金型に鋳造した後、機械加工によりガラス
ビン成型用金型を製作した。その後、共に大気中で５０
０℃×８時間のアルミナの被膜生成処理を実施した。
【００１９】
【表１】
【００２０】これらの金型と現状の鋳鉄金型を同一ライ
ンに設置し、現状の成型速度である１分間に１２本の成
型速度で２０時間の連続成型を行った。その結果、現状
鋳鉄金型は１０〜１５分に１回、比較材金型は約８時間
後よりアルミナ被膜の部分的な剥離が増大発生し、その
ため粗型へのガラス素材の挿入時にすべりが悪くなり製
品の形状を悪化させるため、潤滑離型剤を必要とした
が、本発明金型は２０時間の連続成型の間において潤滑
離型剤を全く必要とせず、ガラスビンの表面品質、寸法
規格とも充分満足するものであった。
ンに設置し、現状の成型速度である１分間に１２本の成
型速度で２０時間の連続成型を行った。その結果、現状
鋳鉄金型は１０〜１５分に１回、比較材金型は約８時間
後よりアルミナ被膜の部分的な剥離が増大発生し、その
ため粗型へのガラス素材の挿入時にすべりが悪くなり製
品の形状を悪化させるため、潤滑離型剤を必要とした
が、本発明金型は２０時間の連続成型の間において潤滑
離型剤を全く必要とせず、ガラスビンの表面品質、寸法
規格とも充分満足するものであった。
【００２１】使用後、前記金型の表層２μｍまでの表面
層のＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）による元素分析
結果を表２に示す。鋳鉄金型の表面層にはＮａ，Ｃａ，
Ｓｉ等のガラス成分および離型剤の成分であるＣが多量
に存在している。比較材金型は表層１μｍ程度までは上
記元素の侵入が認められた。
層のＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）による元素分析
結果を表２に示す。鋳鉄金型の表面層にはＮａ，Ｃａ，
Ｓｉ等のガラス成分および離型剤の成分であるＣが多量
に存在している。比較材金型は表層１μｍ程度までは上
記元素の侵入が認められた。
【００２２】
【表２】
【００２３】一方、本発明の金型においては、金型表面
に０．３μｍ程度の安定したアルミナの被膜が形成され
ており、該被膜の効果により、ガラス成分の侵入は全く
認められなかった。
に０．３μｍ程度の安定したアルミナの被膜が形成され
ており、該被膜の効果により、ガラス成分の侵入は全く
認められなかった。
【００２４】尚、比較例の被膜表面を走査電子顕微鏡で
調査したところ表面に多孔質の酸化物による微細な孔が
確認された。これは、アルミナ被膜の部分的な剥離によ
り発生していることがわかった。一方本金型も同様な調
査をしたが、微細な孔はなく健全であった。
調査したところ表面に多孔質の酸化物による微細な孔が
確認された。これは、アルミナ被膜の部分的な剥離によ
り発生していることがわかった。一方本金型も同様な調
査をしたが、微細な孔はなく健全であった。
【００２５】本実施例では、ガラス成型用金型としてガ
ラスビン成型用金型を示したが、本発明は、これに限ら
れるものではなく、ガラス成型用金型として本実施例と
同様な使用環境である例えば建材用、コップ等の食器類
用等幅広く適用可能である。
ラスビン成型用金型を示したが、本発明は、これに限ら
れるものではなく、ガラス成型用金型として本実施例と
同様な使用環境である例えば建材用、コップ等の食器類
用等幅広く適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】本発明のガラス成型用金型は、金型表面
に極めて安定した強固なアルミナ被膜を形成する特徴を
有しており、さらに現状鋳鉄材料より優れた熱伝導率を
具備していることから、成型性を損なうことなく、ガラ
スとの離型性に優れ、煩雑な潤滑離型剤の塗布が不要と
なる。このため、ガラス器具成型の生産性増大、離型剤
の混入皆無による製品品質の向上および作業環境の著し
い改善等極めて大きな効果が得られる。
に極めて安定した強固なアルミナ被膜を形成する特徴を
有しており、さらに現状鋳鉄材料より優れた熱伝導率を
具備していることから、成型性を損なうことなく、ガラ
スとの離型性に優れ、煩雑な潤滑離型剤の塗布が不要と
なる。このため、ガラス器具成型の生産性増大、離型剤
の混入皆無による製品品質の向上および作業環境の著し
い改善等極めて大きな効果が得られる。
【図１】本発明の熱伝導率と高温硬さ（４００℃）の相
関を示す図表である。
関を示す図表である。
【図２】本発明の金型におけるアルミナ被膜と実ライン
でのガラス成型性テスト結果の図表である。
でのガラス成型性テスト結果の図表である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 道雄 川崎市中原区井田1618番地 新日本製鐵 株式会社 先端技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−73034（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−39159（ＪＰ，Ａ) 特公 昭43−14587（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭48−29449（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】 重量比で Ｃｕ含有量１０〜８０％、 Ａｌ含有量 ４〜１１％、 Ｃｒ含有量 ３〜１６％、 希土類元素の１種または２種以上０．０２〜２．０％ を含み、残部が鉄および不可避的な不純物元素からなる
ガラス成型用金型表面に０．１〜２００μｍの膜厚を有
するアルミナ被膜を有することを特徴とするガラス成型
用金型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4171020A JP2543650B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | ガラス成型用金型 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4171020A JP2543650B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | ガラス成型用金型 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0610079A JPH0610079A (ja) | 1994-01-18 |
| JP2543650B2 true JP2543650B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=15915605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4171020A Expired - Lifetime JP2543650B2 (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | ガラス成型用金型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543650B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2915244B2 (ja) | 1993-03-25 | 1999-07-05 | 新日本製鐵株式会社 | ガラス成型金型用合金 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5656104A (en) * | 1994-10-14 | 1997-08-12 | Nippon Steel Corporation | Metal mold for glass forming |
| JP5429246B2 (ja) | 2011-08-10 | 2014-02-26 | トヨタ自動車株式会社 | 車体後部構造 |
| CN104911437A (zh) * | 2014-03-15 | 2015-09-16 | 紫旭盛业（昆山）金属科技有限公司 | 一种镍铬模具合金 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5940219B2 (ja) * | 1980-08-19 | 1984-09-28 | 新日本製鐵株式会社 | 表面にＡｌ↓２Ｏ↓３皮膜を生成するオ−ステナイト系耐酸化耐熱鋳造合金 |
| JPH076017B2 (ja) * | 1987-09-16 | 1995-01-25 | 新日本製鐵株式会社 | 耐高温酸化性が優れた良加工性高温用合金 |
-
1992
- 1992-06-29 JP JP4171020A patent/JP2543650B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2915244B2 (ja) | 1993-03-25 | 1999-07-05 | 新日本製鐵株式会社 | ガラス成型金型用合金 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0610079A (ja) | 1994-01-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960528 |