JP3947060B2 - 溶融ボディのプレス成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融材料から成り得る物を有する装置に関するものである。そのような材料は主に、ガラス若しくはガラスセラミックスに係るものである。成形法としてプレスを用いてもよい。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ガラスのプレスは長い間、成形の一種として知られてきた。適当な温度にされ、変形に対して前記温度において十分低い粘度（粘性）を有する一片のガラスは通常、少なくとも２つの道具（部材）の間に持ち込まれ、その２つが相対的に移動して、２つの成形面（形成面）の間に残った空間に塊（溶融したガラス塊）を包み込むようになっている。変形に対して要する力がその道具に付与される。通常、力は、ガラスが十分冷却され、連続して変形することなくその道具から除去されるようになるまで、付与されたままである。
【０００３】
プレス中、成形面（形成面）は変形されるガラスと密接している。結果として、成形具上の非常に微細な構造が、ガラス部の新しく成形された面上に現れる。
【０００４】
しかしながら、光学目的のためのガラス部の製造中は、面はいかなる構造も有しないことが望まれる。そのようなコンポーネント上の面は通常、プレスの後、研磨することによってのみ実現することができる。これは通常高コストである。
【０００５】
成形具に接触することなく、冷却するガラス部は、いかなる損傷もなく、いわゆる火造り（ガラス）面（fire-polished surface）を示す。凝固の間、成形面はガラスを形成しないので、それは、事実上は決して所望の形状ではない、表面張力によって決定される形状を自動的にとる。
【０００６】
自由冷却の間に得られる火造り（ガラス）面に損傷を与えることなく、ガラスをプレス工程によって所望の形状にし得る道具がすでに公知である。このような道具の共通の側面は、成形面が浸透（透過）性材料から成ることと、成形される塊を導入する前に、塊と道具の間のいかなる接触及びそれによる塊の面への損傷をも防止する道具の面上に流体膜を形成するものである。前記流体膜、すなわち、接触なしの状態は通常、プレス中にも保持される。特開平４−６１１４号公報は、プレスラム（pressure ram）が、プレス工程の間に蒸発しガラス膜を形成する液体で満たされている方法を開示している。この方法は、蒸発をコントロールすることはできず、ガラス膜も製造するのが難しいという欠点を有する。
【０００７】
プロセスの安全性のために、直接的かつ制御可能な方法でガラス膜を導入することはよいことである。この目的のために、成形面を、ガラスからそれた側で気体若しくは気体混合物を通し、道具と塊との間にガラス膜を形成する。
【０００８】
気体膜で覆われた成形面の間のガラスのプレス成形が、特開２０００−３０２４７３号公報に記載されている。
【０００９】
プレス道具（具、部材）において、成形面とガラス部との間に導入される気体膜は、数μｍの非常に薄い膜厚まで押圧力を付与することによって押圧される。この非常に薄い膜によって、ガラス部に型（鋳型）からの損傷がないことを保証するためには、表面に５μｍ以上の高低がないように、成形面は非常に低い粗さを有しなければならない。さらに、ガラスに面する成形面上の材料は、ガラスを害することなく、また、ガラスによって腐食させられることもない。さらに、短時間の接触の場合には成形具にいかなる損傷も与えない。
【００１０】
多孔性材料は、孔のせいで、本来、ある所定の粗さ（ラフネス）を示す。この粗さはほぼ孔のサイズの大きさに依存するので、プレス具用に、２０μｍ以下、好適には５μｍ以下の孔のサイズを有する非常に微細な多孔性材料を使用する必要がある。このような材料は、この材料を流れる気体に対して大きな圧力の損失につながる。
【００１１】
多孔性型の流れ抵抗が高ければ、圧力の低下による比較的高い供給気体圧力で働く必要である。さらに、型に作用する圧力負荷は比較的高いので、型が壊れる危険もある。他方、ある最小の差圧が、気体透過性のための比較的低い値であるが表面上の最大の可能な孔分布を有する型用のベースによって最も経済的な方法で実現できる、最も安定な可能な気体膜の形成のための前提条件であることは公知である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス又はガラスセラミック又は他の粘性材料若しくは成形可能な材料から成る溶融物をプレス成形して、それらの材料を特定の形状のボディ、特に、光学レンズのような光学ボディに形作る装置であって、すなわち、プレス成形具であって、成形される材料に対面する面が開孔材料から成りかつ気体加圧接続（pressure-gas connection）で装備されるプレス成形具を用いることによる装置を提供することを目的とする。このような装置は、完全面を有するプレスされた部位が形成可能なように、かつ、開孔材料から成る面の流れ抵抗及び作動コストが低く、かつ、装置が簡単で構成がコスト的に有効であるように、構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この目的は、請求項１の特徴によって実現される。
【００１４】
基礎的な思想は、成形面に隣接して材料の孔を非常に小さく形成することによって、表面粗さを低くして表面品質の高いボディを作製することである。成形面に隣接する層の厚さは、所定の最小厚さに制限すべきである。この層は、所望のコンポーネント強度を実現するために、層を流れる気体に対してと同様に実質的な圧力損失は生じないように、十分に厚くなるように寸法を決められる下層につける。必要なら、２つ以上の異なる材料若しくは孔を組み合わせてもよい：最下層はチャンネル及び／又は構造を備えてもよい。
【００１５】
多孔度以外でも、異なる層は異なるようにできる。層は異なる材料から成り得、低コストの基礎ボディ上に、ガラスを害さず、かつ、ガラス若しくは蒸発物によって腐食（攻撃）されない貴金属のような材料から成る薄い微細な孔を有する層をつけることが可能となる。事実上、金属上の金属、セラミック上の金属、金属上のセラミックのようないかなる材料のペアも可能である。２層以上の層群でもよく、特に、それは、表面へ向かって微細になる孔と望ましいガラス接触特性を有する層との好適な組み合わせの場合に好ましい。
【００１６】
実際、本発明を実現する様々はやり方がある。各成形具は、異なる層厚で異なる孔サイズの層が組み合わされたものでもよい。なぜなら、成形面を備えた層は最も薄く、最も孔が小さいからである。
【００１７】
各プレス具は多孔性のベースから成り得、このベースは比較的大きな開孔とを示すものであり、ベースに付けられた層を有する。
【００１８】
これを実現するために、本発明による異なるアプローチがある。多孔性を示す層材料が用いられてもよい。多孔性層材料は、型ベースの支持面上に厚めにつけることができる。なぜなら、つけた状態でのその横流能力が常に保証されるからである。つけている間だけ孔が形成される材料であってもよい。
【００１９】
非常に薄く、かつ、貴金属若しくは貴金属合金から成る層をつけることも可能である。これによって、変形される材料の成形具への付着若しくは接着を含む問題を低減若しくは除去するのが促進される。貴金属コーティングは、成形具の孔構造（多孔度及び孔サイズの分布）が維持される適当なプロセスによって薄くつける。成形材料について有利な孔構造は、２μｍから１００μｍの間の孔直径についてｄ₅₀値での開孔容積の容積で５％からの２０％である。
【００２０】
本発明に従った方法の発展型では、型材料の非対称孔構造を作製する。これは、塊に面する型材料のサイドは、その下に位置する安定性維持及び粗い孔構造よりかなり微細な孔サイズ（例えば、ｄ₅₀値が1/2の小ささである）を有することを意味する。ガラス接触サイド上のコアサイズ範囲は、各応用に依存して０．５μｍからから５０μｍ（ｄ₅₀値）の範囲である。この構成によって３つの利点が得られる：
１．塊に面する側の比較的微細な孔は、偶然のガラス接触の場合にさえ、実質的に小さめの機械（力学）的面欠陥を生成するに過ぎない。
２．微細な孔の層は安定な効果を有さない；これは粗い多孔層によって推測される。微細孔の層の薄い層厚の結果として、型における流れ抵抗は、完全に微細孔材料から成る型と比較して大きく低減する。これは、流れる気体の低減された圧力下がり、（例えば、型の破損によって）プロセスの乱れを受けにくいこと、及び、作動コストの低下によって顕著である。
３．微細孔層による気体の分布は、粗い孔構造の場合より同等の多孔度でより均一である。
【００２１】
原理的に、本発明による非対称型材料は、粗い構造及び微細構造はいずれも同じ化学成分（セラミック−セラミック若しくは貴金属−貴金属）若しくは異なる化学成分（好適には、粗い孔セラミック上の微細孔貴金属層若しくは特殊鋼のような粗い孔ベース金属）を有するように、異なることができる。
【００２２】
粗い孔基板上に多孔性維持貴金属層をつけることは、この目的のために使用可能な通常の方法、すなわち、スパッタリング、スプレー法、浸漬法、又は、溶液若しくは懸濁液からの析出によって行うことができる。
【００２３】
非対称構造は、この目的のために通常用いられる方法（例えば、スプレー法、あるいは、各々調整されたジオメトリを有して異なる多孔度の２つの前もって作った型ボディの結合焼結）によって、形成することができる。関連する側面として、微細孔層の厚さは非対称構造の全厚の２０％以上でないことである。接着傾向を低減するために貴金属から成る多孔性維持コーティングを、このような微細孔層上につけることができる（それがセラミック材料若しくは母材金属ならば）。
【００２４】
いかなる種類のコーティング材料においても、例えば、ユニットの開始前、すなわち、塊を付与する前に気体を供給することによって、型ベースの支持面に層をつけた後、層の孔を形成することだけが可能である。
【００２５】
いかなる場合にも、型ベースの材料も層の材料もプロセスにおける他の全ての要件を満たさなければならない。これらの材料は特に耐熱性でなければならない。
【００２６】
本発明による方法及び本発明による装置によって、溶融塊について接触なしの成形をすることは可能である。連続したコスト的に有利なやり方で火造り面を有するガラス部を製造することができる。この方法及び装置は、特に光学レンズ及び平面ボディを作製するのに適している。型ベースと塊との直接接触が信頼性高く防止され、それによって、ガラス面は完全に欠陥が避けられる。例えば、型ベースを溶融ガラスで充填する間、型ベースと塊との偶然の接触さえ、製品の品質及び型ベースの使用寿命に重大な結果を及ぼさない。

Claims (7)

1. 溶融材料から成る塊、特に、ガラス又はガラスセラミックから成る塊を特定形状のボディにプレス成形する装置であって；
   塊を受けるための形状キャビティを形成し、成形面を有する押圧型を備え；
   押圧型は、少なくとも成形面のゾーンは開孔材料からなり；
   押圧型は、成形面から出る気体流れを生成するために、加圧気体源に接続され；
   成形面の開孔材料において、成形面に近接した孔は成形面から離隔した孔より小さく形成されており；
   成形面に近接した孔が２μｍから１００μｍの直径を有し；
   成形面に近接した材料が、容積にして５％から４０％の開孔容積を有する装置。
2. 押圧型の成形面が開孔材料から成る層でできており；
   成形面を形成する層の孔が他の層の孔より小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 成形面を形成する層が、スパッタリング、スプレー法、浸漬法、又は、溶液若しくは懸濁液からの析出によって、型ベース上につけられる請求項２に記載の装置。
4. 個々の層が異なる材料から成ることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれかに記載の装置。
5. 成形面を形成する層が、０．５ｍｍから１ｍｍの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の装置。
6. 成形面に近接した材料が、容積にして５％から２０％の開孔容積を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
7. 成形面を形成する層が、元素周期表の第１属から第８属のいずかの貴金属、又は、前記元素から無作為に選んだ元素群による合金から成ることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の装置。