JP2593108B2 - ガラス成形用カーボン治具 - Google Patents

ガラス成形用カーボン治具

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JP2593108B2 JP2410671A JP41067190A JP2593108B2 JP 2593108 B2 JP2593108 B2 JP 2593108B2 JP 2410671 A JP2410671 A JP 2410671A JP 41067190 A JP41067190 A JP 41067190A JP 2593108 B2 JP2593108 B2 JP 2593108B2
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B40/00Preventing adhesion between glass and glass or between glass and the means used to shape it, hold it or support it

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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融ガラスを成形して
透明性ガラス体を製造する工程で、容器または下敷プレ
ート等の治具として使用するための多孔性ガラス状カー
ボン材からなるガラス成形用カーボン治具に関する。
【0002】
【従来の技術】炭素、黒鉛などのカーボン材料は、高温
下でも軟化変形を生じない耐熱安定特性を生かして冶金
用のルツボ、型枠、治具等を構成する基材として広く用
いられているが、比較的新しい用途分野として透明ガラ
スを成形するための治具部材として実用されている。
【0003】このガラス成形用の治具に用いるカーボン
材には、機械的強度が高く、かつ成形したガラス面が良
好な仕上がり状態を現出するに十分な組織の緻密性が要
求されるため、従来、高密度の黒鉛材料が適用されてい
る。ところが、通常の黒鉛材料は粉体原料をバインダー
とともに成形したのち焼成および黒鉛化処理を施して生
産される関係で、使用中に治具から微細な黒鉛粉末が離
脱して成形ガラスを汚損する欠点がある。このような事
態が起きると、成形ガラスに煩雑な洗浄処理を施して付
着した黒鉛粉末を除去する余分な処理工程が必要とな
る。
【0004】かかる粉末発生を伴わないカーボン材料に
ガラス状カーボンがある。ガラス状カーボンは熱硬化性
樹脂の成形体をそのまま焼成炭化処理して得られる材料
であるため、組織中に離脱する粉末成分が存在しない。
したがって、例えば電子部品を気密容器内にガラスで溶
封したり、ガラスによって融着被覆する際に溶融ガラス
へのカーボン粉末汚損を避ける目的で、ガラス融着用治
具を実質的に無孔構造の気体不透過性をもつガラス状カ
ーボンで構成する試みが既に提案されている(特開昭63
−14453 号公報) 。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した実質
的に無孔構造の気体不透過性を有するようなガラス状カ
ーボン材をガラス成形用の治具基材として適用すると、
ガラス成形時のガス抜きが円滑におこなわれず、成形ガ
ラスの透明度を低下させる問題を惹起する。
【0006】本発明の目的は、このような問題を解消
し、長期間に亘たり良好な透明度と表面平滑性を付与し
ながら成形できる組織特性のガラス状カーボン材で構成
したガラス成形用カーボン治具を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるガラス成形用カーボン治具は、平均気
孔径30μm以下、気体透過量0.01〜20ml/h
r.cm.mmAqの気孔性状を備えるガラス状カーボ
ンからなり、優れた耐酸化消耗性を有することを構成上
の特徴とする。
【0008】なお、前記の気体透過量は直径50mm、厚さ
3mmのガラス状カーボン試片に室温で窒素ガスを200mmA
q の加圧下で透過させた際の透過ガス量を指すものとす
る。
【0009】本発明の基材となるガラス状カーボン材は
材質組織に適度の気孔が均質に形成された多孔性を備え
ることに特徴づけられるが、上記構成における組織の気
孔径および気体透過量の限定はいずれも成形ガラスの透
明度を損ねずに良好な表面平滑性と高い耐酸化消耗性を
付与するための重要な特性となる。すなわち、ガラス状
カーボンの組織には微細は気孔が均質に分布しているこ
とが成形時のガス抜きを円滑にして透明ガラスを形成す
るために重要な要件となるが、介在する平均気孔径の大
きさが30μm を越える場合には表面に微細な凹凸が現わ
れて成形ガラスの表面平滑性を減退させる結果を与え
る。他方、気体透過量が0.01ml/hr.cm.mmAq 未満では成
形時のガス抜けが不十分となって成形ガラスの透明度を
損ね、また20ml/hr.cm.mmAq を上廻る気体透過量になる
と使用時の残留酸素に基づく酸化消耗が進行して、治具
の使用ライフが大幅に短縮化する。
【0010】上記の組織特性を備えるガラス状カーボン
材は、従来から典型的な製造手段とされている熱硬化性
樹脂の成形体を炭化処理する方法によって得ることは困
難である。しかし、セルロース繊維に熱硬化性樹脂液を
含浸させた成形体を1000〜2700℃の温度範囲で炭化処理
する方法を適用すると、本発明の組織特性を満足する多
孔性ガラス状カーボン材を容易に製造することが可能と
なる。したがって、本発明を構成するガラス状カーボン
材は、前記したセルロース繊維と熱硬化性樹脂を原料系
として製造したものを適用することが好ましい態様とな
る。
【0011】前記の好ましいガラス状カーボンの製造プ
ロセスを具体的に説明すると、次のようになる。まず、
パルプまたはレーヨンパルプなどα−セルロース90%以
上を含む短繊維状のセルロース繊維 (太さ3〜10デニー
ル、長さ5〜10mm) をポリビニルアルコールのようなバ
インダー成分とともに水に分散させ、抄紙法によりシー
トに形成する。抄紙シートは、乾燥したのち残炭率40%
以上の熱硬化性樹脂溶液中に浸漬して含浸処理を施し半
硬化する。熱硬化性樹脂の残炭率とは、樹脂を非酸化性
雰囲気下で800 ℃の温度に焼成したときに残留する炭素
分の重量を指し、例えばフェノール系樹脂、フラン系樹
脂、ポリイミド樹脂などが該当する。熱硬化性樹脂の溶
液化に用いられる有機溶媒は樹脂の種類によって選定さ
れるが、通常、メタノール、エタノール、アセトン、メ
チルエチルケトンのような低粘度で浸透性が高く、容易
に熱揮散する性質の有機溶媒が選定される。次に、半硬
化シートを所要枚数に積層して全面を均一に加熱しなが
ら圧縮し、積層成形する。引き続き、この成形体を非酸
化性雰囲気中で1000〜2700℃の温度範囲で焼成し、熱揮
散性の成分を揮散させるとともに熱硬化性樹脂成分を炭
化してガラス状カーボン材に転化させる。この炭化処理
時における温度範囲の設定は重要で、1000℃未満である
と材質的に酸化されやすくなり、また2700℃を越えると
黒鉛化が進行して微細片の離脱が発生するようになる。
【0012】上記の製造工程を用い、抄紙の条件、含浸
樹脂量、積層成形の条件等を適宜調整することにより平
均気孔径30μm 以下、気体透過量0.01〜20ml/hr.cm.mmA
q の組織特性を付与することができる。
【0013】
【作用】本発明によるガラス成形用カーボン治具は、平
均気孔径30μm以下、気体透過量0.01〜20ml/hr.cm.mmAq
の組織特性を備える多孔性のガラス状カーボン材によ
って構成されているから、その均質で微細な多孔組織が
ガラス成形時におけるガス抜きを円滑に進行させて常に
良好な透明度のガラス体を成形する作用を営み、またそ
の多孔組織は材質表面に凹凸が生じるほどのものではな
いから、表面平滑性に優れる成形ガラスの形成が可能と
なるうえに、長期間の使用にあたっても実用上支障を及
ぼすほどの酸化消耗を生じることはない。その他、ガラ
ス状カーボン本来の粉末離脱がない骨格構造と優れた表
面滑性および機械的強度を有しているから、ガラス成形
工程を能率よく操作することができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例と比較例について説明
する。
【0015】実施例1〜8、比較例1〜3、参考例1〜
2 α−セルロース分90%以上、太さ5デニール、長さ25mm
のレーヨンパルプ〔大和紡績(株)製〕をポリビニルア
ルコール(PVA) バインダーとともに水中で撹拌混合し、
均質に分散させたのち抄紙装置を用いて縦横1000mm、厚
さ0.1mm のシートに成形したのち乾燥した。
【0016】乾燥シートを、残炭率45%のフェノール樹
脂〔住友デュレズ(株)製、スミライトレジンPR940 〕
のアセトン溶液に浸漬させて含浸処理し、余剰の樹脂成
分を除去して 100℃の温度によって半硬化させた。つい
で、半硬化させたシートを14枚積層して150 ℃に調整さ
れた均熱平面盤の上に置いた状態で上部から平面盤で圧
縮し、積層成形して樹脂を完全に硬化させた。
【0017】得られた成形体を、平滑表面をもつ黒鉛板
に挟み付けて電気焼成炉に移し、周囲をコークスパッキ
ング材で被包してから15℃/hr.の速度で昇温して1000〜
2700℃の温度で焼成炭化処理をした。
【0018】上記工程を用い、含浸樹脂溶液の濃度、積
層成形時の圧力等を調整して平均気孔径および気体透過
量の異なる組織特性のガラス状カーボン材を製造した。
ついで、各材料を加工して縦350mm 、横200mm 、厚さ3
mmのプレートを形成した。
【0019】上記により製造した各ガラス状カーボン材
を下敷プレートとし、その上面に内径20mm、外径30mm、
高さ10mmのステンレス製リングを50個載置して前記リン
グ内にホウケイ酸ガラス原料粉末を充填した。ついで、
プレートを窒素ガス雰囲気に保持された温度 900℃の電
気炉に移し、粉末が溶融して均一にガラス化するまで熱
処理を施した。プレートを電気炉から取り出し、室温ま
で徐々に放冷して円柱型の透明ガラス体を成形した。
【0020】このようにして成形されたガラス体の外観
と歩留り、プレート治具の酸化消耗度等を製造工程の炭
化温度、用いたガラス状カーボン材プレートの平均気孔
径、気体透過量などと対比して表1に示した。なお、参
考として従来の高密度黒鉛材〔東海カーボン(株)製、
G347〕および気体不透過性のガラス状カーボン材〔東海
カーボン(株)製、GC20〕から作成したプレート治具を
用いて同様にガラス成形をおこなった例を、それぞれ参
考例1および参考例2として表1に併載した。
【0021】
【表1】
【0022】表1の結果から、本発明の組織特性を満た
す実施例はいずれも良好な透明度を示し、製品歩留りも
高く、治具の酸化消耗も少ない。これに対しプレート治
具の平均気孔径が30μm を越える比較例1では成形ガラ
スの表面に微小凹凸が発生し、気体透過量が0.01ml/hr.
cm.mmAq 未満の比較例2では成形時のガス抜きが円滑に
進まずにガラス組織内にガス気泡が発生し、気体透過量
が20ml/hr.cm.mmAq を越える比較例3では治具の酸化消
耗度が高くなって使用ライフが短くなる結果が認められ
る。また、高密度黒鉛材料を用いた参考例1の治具では
離脱粉末による成形ガラスの汚損が発生し、気体不透過
性のガラス状カーボン材による参考例2の治具では透明
度が不良となる結果を示した。
【0023】実施例9〜10 ガラス状カーボン材の製造プロセスのうち、炭化温度を
800℃と2900℃の変えたほかは実施例1〜8と同様の条
件で平均気孔径20μm、気体透過量3ml/hr.cm.mmAq の
組織特性を備えるプレート治具を製造した。
【0024】得られたプレート治具を用いて実施例1〜
8と同様にしてホウケイ酸ガラスの成形体を成形したと
ころ、炭化温度 800℃の場合には良好な透明度のガラス
成形体が得られたが酸化消耗度が0.10mmと高めとなり、
2900℃の場合には酸化消耗度は0.06mmと少なかったもの
の、材質の黒鉛化が進行した関係で表面から微細片が離
脱して成形ガラスに若干付着する現象が認められた。
【0025】
【発明の効果】以上のとおり、本発明により提供される
ガラス成形用カーボン治具は特定の組織特性を備えるガ
ラス状カーボン材によって構成されているから、常に良
好な透明度と表面平滑性を有するガラス体を成形するこ
とが保証される。そのうえ、治具の酸化消耗が少なく、
長期間にわたって安定使用することができるため製造コ
ストの低減化が図れる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平均気孔径30μm以下、気体透過量0.
    01〜20ml/hr.cm.mmAqの気孔性状を備
    えるガラス状カーボンからなり、優れた耐酸化消耗性を
    有することを特徴とするガラス成形用カーボン治具。
  2. 【請求項2】 ガラス状カーボン材が、セルロース繊維
    に熱硬化性樹脂液を含浸させた成形体を1000〜2700℃の
    温度範囲で炭化処理して得られたものである請求項1記
    載のガラス成形用カーボン治具。
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