JP3004352U - 溶融ガラス切断用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温の使用環境下においても、切れ味が良
く、耐摩耗性および耐酸化性に優れる溶融ガラス切断用
部材を提供すること。 【構成】 成形された鋼鉄製基材を歪除去熱処理するこ
とによって得られる切断用部材のその表面に、ボロンを
拡散浸透させたボロン浸透層９を設けたことを特徴とす
る溶融ガラス切断用部材である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、高温の使用環境下においても、切れ味が良く、耐摩耗性および耐 酸化性に優れる溶融ガラス切断用部材に関するものであり、例えば、ガラス壜の 製造に用いて好適な溶融ガラス切断用部材を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、ガラス壜は、図１に示すような設備工程を経て調製されたガラス塊を 、製壜機へ供給して形造られる。この図１において、符号１は溶融ガラス、２は ガラス溶融炉、３は作業室、４はフィーダー、５はガラス塊を造るための切断用 部材、６は切断されたガラス塊を示す。

【０００３】 特に、切断用部材５を具えた図１に示すような設備では、以下に述べるような 工程を経てガラス塊６が調製される。すなわち、まず最初に、ソーダ灰や石灰石 、ガラス屑などを主原料とし、これに副原料として、芒硝（Na₂SO₄）や各種着色 剤、消色剤などを適宜添加した混合原料を、ガラス溶融炉２にて1500〜1600℃の 高温で完全溶解し、溶融ガラス１とする。次に、この溶融ガラス１は、作業室３ を通して気泡などが除去され、フィーダー４に供給される。その後、このフィー ダー４では、前記溶融ガラス１は、切断用部材５によって、壜の重量, 形状に応 じた温度（通常、1100℃〜1200℃）のガラス塊６に切断される。

【０００４】 このような製造条件，製造環境下で使用されるガラス切断用部材（以下、単に 切断用部材という）は、高温の溶融ガラスと直接接触しつつ、これを切断する必 要があるため、次のような性質が要求されている。 (1) 耐熱性, 耐酸化性を有すること。 (2) 溶融ガラスとの摩擦係数が小さく、良好な切断性を示すこと。 (3) 汚れが付着しにくく、また溶融ガラスに対しても汚染しないこと。 (4) 保守点検が容易なこと。 (5) 長期間の使用に耐え、経済的であること。 以上のような要求に対し、従来、浸炭や窒化処理した鋼製の切断用部材が使用 されている。

【０００５】 しかしながら、浸炭や窒化処理した鋼製の切断用部材はいずれも、耐熱性，耐 酸化性が悪く、寿命が短いうえ、切れ味も十分でないなどの欠点があった。すな わち、浸炭や窒化処理した鋼では、耐酸化性に乏しいために、使用中にその表面 が酸化して厚い酸化膜を形成し、その結果、切れ味が低下したり、鋼の酸化皮膜 が局部的に剥離してガラス側へと移行して、これを汚染するという欠点があった 。しかも、切れ味が低下すると、溶融ガラスの切り口が粗雑となるため、この部 分に空気が滞留し、最終的には製品ガラスに気泡が入る結果となり、不良品発生 の原因となった。

【０００６】 一方、溶融ガラスと接触する金属部材に対し、各種の表面処理皮膜を施す技術 が提案されている。例えば、 (1) 溶融ガラス成型用工具に対し、硼化物や炭化物、窒化物、珪化物、酸化物 などの皮膜を施したり（特開昭63−297223号公報参照）、 (2) 溶融ガラス供給治具に、窒化物セラミック溶射皮膜を形成させたり（特開 平２−102145号公報参照）、 (3) ガラス成型用プランジャー表面に、Ni系もしくはCo系自溶合金皮膜（JIS H8303 ）を形成したり（特開昭54−146818号, 特開平４−139032号公報参照）、 (4) CVD （化学蒸着法），PVD （物理蒸着法）によって、TiN やTiC 、TiCN、 TiB₂、SiC などの皮膜を形成する（特開平１−239029号公報参照）、 方法などの技術が提案されている。

【０００７】 しかしながら、これらの提案は、溶融ガラスによる浸食防止、寸法精度上の摩 耗損耗の防止などを主目的とするものであり、溶融ガラスの切断性に関する技術 ではない。 たとえ溶射法による硼化物や窒化物、炭化物、珪化物、酸化物などの皮膜形成 をガラス切断用部材に応用しても、刃物としての機能を示さず、また、皮膜の密 着性に乏しいために剥離するという問題を生じた。このような問題は、CVD 法、 PVD 法によるTiN, TiC, TiCN, TiB₂, SiC などの皮膜形成技術においても同様の 結果を招いた。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

そこで、この考案の目的は、従来技術が抱える上記問題を解消することにあり 、特に、高温の使用環境下においても、切れ味が良く、耐摩耗性および耐酸化性 に優れる溶融ガラス切断用部材を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

考案者らは、上記目的の実現に向け鋭意研究を行った結果、以下に示す内容を 要旨構成とする考案を完成するに到った。 すなわち、この考案は、 ．成形された鋼鉄製基材を歪除去熱処理することによって得られる切断用部 材のその表面に、ボロンを拡散浸透させたボロン浸透層を設けたことを特徴とす る溶融ガラス切断用部材であり、 ．成形された鋼鉄製基材を歪除去熱処理することによって得られる切断用部 材のその表面に、表層がFeB 層−Fe₂B層の複合層からなり、かつその厚さが10〜 150 μｍ、好ましくは20〜80μｍであるボロンを拡散浸透させたボロン浸透層を 設けたことを特徴とする溶融ガラス切断用部材であり、 ．成形された鋼鉄製基材を歪除去熱処理することによって得られる切断用部 材のその表面に、Fe₂B単層からなり、かつその厚さが10〜150 μｍ、好ましくは 20〜80μｍであるボロンを拡散浸透させたボロン浸透層を設けたことを特徴とす る溶融ガラス切断用部材であり、。 ．前記〜に記載のボロン浸透層中には、CrB およびCr₂Bの少なくともい ずれか一方を含有させてもよい。

【００１０】

【作用】 この考案の切断用部材は、拡散浸透したボロン層が、基材成分と冶金反応によ り強固に密着するため、使用中に剥離することがない。しかも、この切断用部材 は、ビッカース硬さ1500以上と硬く、刃物としての機能を保ち、そのうえ、耐酸 化性にも優れているので、長期間にわたって溶融ガラス切断用部材としての機能 を発揮し、生産性の向上に寄与できる。

【００１１】 この考案の切断用部材は、工具鋼（炭素工具鋼，高速度工具鋼，合金工具鋼） 、機械構造用炭素鋼およびステンレス鋼などを基材とし、この基材の表面に、粉 末法もしくは溶融塩法によってボロンを拡散浸透処理させることによって得られ る。

【００１２】 以下に、この考案にかかる切断用部材の処理方法を具体的に説明する。 (1) まず、JIS G 4403 SKH 4材などの基材を切断用部材の形状に加工する。図 ２は、その外観状態を示したもので、１は本体、２はガラス切断部である。

【００１３】 (2) 前記(1) で形状加工を終えた基材は、その成形加工によって歪みを生じて いるため、次のような歪除去熱処理を行って、歪みを開放し、必要に応じ切断部 を鋭利に仕上げる。 ．550 ℃〜650 ℃の範囲になるまで、１時間当たり50℃以下の昇温速度 で加熱し、次いで、その温度で0.5 〜３時間保持する。 ．その後、300 ℃になるまで、１時間当たり30℃以内の冷却速度で炉冷 し、以下炉外にて空冷する。

【００１４】 (3) 前記(2) の歪除去熱処理により、機械加工による歪みを除去した鋼鉄製基 材，即ち切断用部材に対し、ボロン拡散浸透処理を施し、本考案の溶融ガラス切 断用部材とする。そのボロン拡散処理法には、溶融塩法，粉末法と呼ばれる一般 的なボロン拡散法を適用することができる。例えば ．溶融塩法では、ホウ砂（Na₂B₂O₇ ）80〜90％−炭化ホウ素（B₄C ）10 〜20％混合物を 850℃〜1000℃に加熱して溶融し、この中に切断用部材 を 0.5〜５時間浸漬する。 ．粉末法では、炭化珪素90〜98％，残部が B₄C, KBF₄（ホウ弗化カリウ ム）からなる混合粉体中に切断用部材を埋没させ、これを850 ℃〜1000 ℃にて0.5 〜５時間、アルゴンガスを流しながら加熱する。

【００１５】 このように処理して得られた溶融ガラス切断用部材は、図３に示すように、そ の表面全体にわたってボロンが拡散浸透し、ボロン浸透層が形成されている。こ のボロン浸透層は、溶融ガラスの切断環境下で高温状態に曝された際、耐酸化性 を発揮して基材を保護するため、基材の酸化膜生成によるガラス製品の不良発生 を未然に防止する効果がある。

【００１６】 一方、基材の内部にまで拡散浸透したボロンは、部材の基材成分と反応し、部 材表面層から順次、 FeB層，Fe₂B層の２層を形成する。これら FeB層および Fe₂B層は、両層ともビッカース硬さで1500以上を示し、極めて硬質であるが、 F eB層は、Fe₂B層に比較して脆く、微細な縦割れを発生しやすいという欠点がある 。このため、必要に応じてさらに、切断用部材に対して、真空中あるいはアルゴ ンガス雰囲気中、800 ℃〜1000℃にて 0.5〜５時間の熱処理を施すことにより、 ボロン浸透層中のボロンを、さらに内部の基材中へと拡散浸透させ、浸透層全体 をFe₂B層から構成されるようにすることが望ましい。これにより、溶融ガラス切 断用部材としてより良好な機能を保有することとなる。 なお、この考案の溶融ガラス切断用部材は、このような後熱処理を施しても、 ガラスの切断性能は劣化せず、耐酸化性も良好であり、長期間にわたって優れた 生産性を発揮する。

【００１７】 この考案の溶融ガラス切断用部材において、ボロン浸透層の厚さは、10μｍ〜 150μｍがよく、特に20μｍ〜80μｍが好適である。その理由は、10μｍより薄 いと溶融ガラス切断用部材としての寿命が短く、一方、 150μｍより厚い場合に は、ボロン拡散浸透処理に長時間を要するばかりか、ガラス切断部の刃立てが困 難となるなどの問題点があるからである。

【００１８】 さらに、切断用部材の基材鋼としてSUS410などのクロム含有鋼を使用すると、 ボロン浸透層中には、CrB ，Cr₂Bなどのホウ化物層を生成することとなるが、こ れらの層もまたFe₂B層と同様の働きを示すため、この考案の部材用基材として使 用することができる。

【００１９】

【実施例】

（実施例１） 本実施例では、溶融ガラスの切断環境を擬した 900℃の大気雰囲気中に、この 考案の溶融ガラス切断用部材を 100時間放置し、その表面に生成される酸化皮膜 の量を、試験前後の供試材料の重量変化から測定し、この考案にかかるボロン浸 透層の耐酸化性を評価した。

【００２０】 供試材料：JIS G 4403 SKH２を用いて直径20mm，長さ50mmの棒状試験片をつく り、これを次のように処理して供試材料とした。 (1) この考案にかかるボロン拡散浸透処理材として、 . 粉末法によるボロン拡散処理材（処理厚；80μｍ）→試料No.1 ．の処理後、 960℃×５時間の熱処理材（真空中）→試料No.2 ．溶融塩法によるボロン拡散処理材（処理厚；80μｍ）→試料No.3 ．の処理後、 960℃×５時間の熱処理材（真空中）→試料No.4 (2) 比較例として、 ．無処理材→試料No.5 ．溶射法によるAl₂O₃ 皮膜材（膜厚； 200μｍ）→試料No.6 ．CVD 法によるTiC 皮膜材（膜厚；20μｍ）→試料No.7 ．PVD 法によるTiN 皮膜材（膜厚；10μｍ）→試料No.8

【００２１】 表１は、900 ℃×100 時間の酸化試験結果を取りまとめたものである。 この表に示す結果から明らかなように、比較例の無処理材（No.5）では，全面 にわたってFeを主成分とする酸化皮膜が著しく成長し、軽く衝撃を与えるだけで その一部が剥離した。Al₂O₃ 溶射皮膜材（No.6）では、皮膜に存在する気孔を通 して空気が内部へ侵入し、基材を酸化させて皮膜の密着性を劣化させる結果、50 ％以上の皮膜が剥離した。また、CVD 法によるTiC 皮膜材（No.7）も一部が剥離 し、PVD 法によるTiN 皮膜材（No.8）では、試験前の黄金色が完全に黒変し、一 部が剥離した。 これに対し、この考案にかかるボロン拡散浸透処理材（No.1,2,3,4）はいずれ も、酸化皮膜の生成は軽微であり、外観的にも変化はほとんど認められなかった 。

【００２２】

【表１】

【００２３】 一方、試験片の重量変化を見ると、無処理材は、酸化皮膜の生成に伴う重量増 加が大きく（18.5mg／cm² ）、他の比較例（No.6,7,8）はいずれも、皮膜の剥離 脱落による重量減少が認められた。つまり、外観変化にほぼ比例した重量変化が 見られた。 これに対し、この考案にかかるボロン拡散浸透処理材は、高温の大気中でも重 量変化は極めて軽微であり、重量増加として 1.6〜2.0 mg／cm² の範囲にとどま り、優れた耐酸化性が確認された。

【００２４】 （実施例２） 本実施例では、ガラス壜製造の際に用いる図１に示すような設備を用い、以下 に示す本考案の切断用部材と比較材の性能を、連続使用することにより比較検討 した。 (1) ボロン拡散浸透処理を施した本考案の切断用部材 ．SKH4鋼の基材に、溶融塩法によってボロンを70μｍ拡散した切断用部材 ．の部材を、950 ℃×５時間、真空中で熱処理した切断用部材 ．SUS410鋼の基材に、粉末法によってボロンを80μｍ拡散した切断用部材 ．の部材を、1000℃×５時間、真空中で熱処理した切断用部材 (2) 比較例として用いた切断用部材 ．SKH4鋼の切断用部材（無処理材） ．SUS410鋼の切断用部材（無処理材）

【００２５】 なお、切断用部材の使用条件は、以下に示すとおりである。 溶融ガラスの種類；清涼飲料用ガラス 溶融ガラスの温度；1100℃〜1150℃ 溶融ガラス切断速度；１分間当たり100 回 切断用部材の冷却方法；注水による冷却

【００２６】 表２は、性能を比較検討した結果を取りまとめたものである。 この表に示す結果から明らかなように、従来から使用されている無処理のSKH4 およびSUS 410 製切断用部材は、２日間〜５日間の連続使用で、溶融ガラスの切 れ味が低下するとともに、ガラスの切り口の粗雑や高温被曝による酸化皮膜の生 成とその剥離などに起因する製品ガラス壜の不良発生率が高くなった。 これに対し、ボロン浸透層を形成した本考案の切断用部材は、１カ月間の連続 使用に耐え、さらに長期間にわたって使用できる状態にあり、優れたガラス切断 特性を発揮した。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【考案の効果】

以上説明したように、ボロン浸透層を有する本考案の溶融ガラス切断用部材は 、溶融ガラスの切断性能に優れるとともに、高温の使用環境下においても良好な 耐酸化性を示すため、１ヵ月以上の連続使用が可能となった。 これにより、ガラス壜の生産性向上および不良品低減に大きな効果が期待でき る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ガラス塊を調製するための設備概要を示す図
である。

【図２】 この考案にかかる溶融ガラス切断用部材の一
例を示した外観図である。

【図３】 この考案にかかる溶融ガラス切断用部材の金
属組織を示す断面写真である。

【符号の説明】

１ 溶融ガラス２ ガラス溶解炉３ 作業室４ フィー
ダー５ ガラス塊をつくるための切断用部材６ 切断さ
れたガラス塊７ 切断用部材の本体８ ガラス切断部９
ボロン浸透層10 基材部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 住谷 陽 千葉県船橋市旭町２−24−１ ライオンズ マンション船橋馬込沢 304 (72)考案者 山内 雅之 千葉県千葉市花見川区柏井町1656−５ 八 千代台パークハイツ Ａ３−203

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形された鋼鉄製基材を歪除去熱処理す
   ることによって得られる切断用部材のその表面に、ボロ
   ンを拡散浸透させたボロン浸透層を設けたことを特徴と
   する溶融ガラス切断用部材。
2. 【請求項２】 成形された鋼鉄製基材を歪除去熱処理す
   ることによって得られる切断用部材のその表面に、表層
   がFeB 層−Fe₂B層の複合層からなり、かつその厚さが10
   〜150 μｍであるボロンを拡散浸透させたボロン浸透層
   を設けたことを特徴とする溶融ガラス切断用部材。
3. 【請求項３】 成形された鋼鉄製基材を歪除去熱処理す
   ることによって得られる切断用部材のその表面に、表層
   がFeB 層−Fe₂B層の複合層からなり、かつその厚さが20
   〜80μｍであるボロンを拡散浸透させたボロン浸透層を
   設けたことを特徴とする溶融ガラス切断用部材。
4. 【請求項４】 成形された鋼鉄製基材を歪除去熱処理す
   ることによって得られる切断用部材のその表面に、Fe₂B
   単層からなり、かつその厚さが10〜150 μｍであるボロ
   ンを拡散浸透させたボロン浸透層を設けたことを特徴と
   する溶融ガラス切断用部材。
5. 【請求項５】 成形された鋼鉄製基材を歪除去熱処理す
   ることによって得られる切断用部材のその表面に、Fe₂B
   単層からなり、かつその厚さが20〜80μｍであるボロン
   を拡散浸透させたボロン浸透層を設けたことを特徴とす
   る溶融ガラス切断用部材。
6. 【請求項６】 前記ボロン浸透層中には、CrB およびCr
   ₂Bの少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請
   求項１または２に記載の溶融ガラス切断用部材。