JP5089407B2 - ガラスまたはガラスセラミック製リフレクタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は外部に開口し、閉塞底部を備えたリフレクタを型にて転移点よりも高い温度で成型した後、底部に開口部を打抜き形成するガラスまたはガラスセラミック製リフレクタの製造方法に関する。

この種の製造方法は、下記特許文献１により公知である。
この場合まず、ゴブを型成型してガラス製リフレクタを製造する。その後、底部領域を局所的にバーナを用いて加熱し、ガラスが軟化した状態でラムとダイとを用いて底部から打ち抜くことにより開口部を形成することができる。次いでリフレクタを火仕上げに供してその表面を十分に平滑化する。

あるいは、底部領域の開口部をドリル加工により形成することも可能である。その場合も、滑らかな表面を製造するため火仕上げ工程を引き続き行う。
公知の方法により製造されたリフレクタの底部領域には平滑表面が確保されるものの、形成した開口部に関る公差を二次処理なしで維持することは往々にして不可能であることがわかっている。
米国特許出願公開第２００４／０２６４２００号明細書

上記に鑑みて、本発明の目的は底部領域に十分な精度で、できるだけ後処理を行うことなく開口部を形成することが可能なガラスまたはガラスセラミック製リフレクタの製造方法を提供することにある。重要な公差はできるだけ精密に、例えば研削仕上などによる高コストな後処理を要することなく、リフレクタに付与する必要がある。

本発明の目的は、ガラスまたはガラスセラミック製リフレクタの製造方法であって、
外部に開口し、閉塞底部を備えたリフレクタを型にて転移点よりも高い温度で成型する工程と、
保持具の開口部内に前記リフレクタを配置する工程と、
前記リフレクタをその前記底部領域にて加熱する工程と、
前記リフレクタの前記底部をダイを用いて下方から持ち上げる工程と、
少なくとも１つのプランジャを前記ダイの少なくとも１つの対応する開口部内に移動させることにより、前記底部に少なくとも１つの開口部を打抜き形成する工程と
を備えた方法によって達成される。

これより、本発明の目的は完全に達成される。
開口部を打抜き形成する前に、ダイ（打抜き型）を用いて底部を下方から持ち上げることにより、リフレクタの底部とダイとの間に隙間が全く形成されなくなる。
したがって、次に行われる打抜き加工中に、リフレクタの底部とダイの表面との間に隙間がわずかでも残っていると生じるガラスフィラメントの引きが全く生じない。これにより、打抜き形成される開口部の精度が保証される。

本発明のさらなる優れた展開によると、前記リフレクタは前記ダイによって持ち上げられている間、その前記底部領域にて前記ダイ上に水平方向に支持される。
これにより、リフレクタから打抜かれて形成される開口部の位置をより精確に制御することができる。
本発明のさらなる好適な展開によると、前記リフレクタは前記ダイから上方に突出する保持部材上に水平方向に支持される。

保持部材をこのように型に接続することにより、リフレクタは抜きダイによって下方から持ち上げられるに従って、簡単な方法で自動的に水平方向に支持され中心に位置決めされる。
これにより、打抜き形成される開口部は、特に正確に位置決めされる。
リフレクタがポット状の底部領域を備えているとすると、前記リフレクタをダイにより持ち上げる工程中、前記リフレクタは、前記ダイに取り付けられた棒状の保持部材と接触することにより水平方向に保持されることが好ましい。

これにより、保持部材による容易かつ信頼性の高い支持が保証される。
この目的で用いられる棒状の保持部材は、金属炭化物製ピンであることが好ましい。
このようにして、軟化点を超過して加熱されたガラスの作用下での保持部材の早期磨耗（侵食）を概ね防止することができる。
リフレクタ底部をダイにより持ち上げる工程において、リフレクタはわずかな高さ、つまり０．１ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜２ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍ、最も好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの高さだけ持ち上げられることが好ましい。

ダイをわずかな高さだけ持ち上げるだけで、ダイのリフレクタ底部との精確な接触が保証されると同時に、持ち上げ動作によって起こるおそれのあるリフレクタのいかなる不安定化をも防止する。
発明のさらなる実施形態によると、前記リフレクタは前記ダイにより持ち上げられている間に前記保持具の前記開口部から外れて、その前記底部にて単に前記ダイ上に水平方向に支持されているだけの状態となる。

この場合、リフレクタ底部から打抜かれて形成される開口部の位置は、ダイとダイに接続された保持部材とによってのみ規定されるので、リフレクタの底部から打抜かれて形成される開口部の位置に関して特に高い精度が得られる。
発明のさらなる実施形態によると、持ち上げ工程中、ダイは、当接部材、好ましくはプレート状の当接部材に前記リフレクタを押しつける。

このようにして、例えば研削工程などの二次処理を全く要することなく、リフレクタの上端部と底部との間隔を正確に基準寸法とすることができる。考えられる公差は、この場合、材料の水平方向移動が最小限であることから、底部領域においては相殺される。しかし、このことは、リフレクタの縦軸に対して横方向に、より大きな公差が与えられることから、不利にはならない。このように、製造工程の簡略化にもかかわらず、リフレクタの長手方向に所定の公差が精確に付与される。

底部から開口部を打抜き形成する前に、前記リフレクタは好ましくはその底部領域にて、少なくとも１００Ｋ／ｓ、好ましくは少なくとも２００Ｋ／ｓ、より好ましくは少なくとも３００Ｋ／ｓの昇温速度で、材料が十分に軟化し開口部の打抜き形成が可能となる転移温度Ｔｇよりも明らかに高い温度までバーナを用いて加熱される。
前記リフレクタはその前記底部領域にて、７００℃〜１０００℃、好ましくは８００℃〜１０００℃、より好ましくは８５０℃〜９５０℃の範囲の温度にまでバーナを用いて局所的に加熱されることが好ましい。

このように、打抜き加工中にガラスまたはガラスセラミックの表面に損傷を与えたり、ガラスフィラメントが形成される心配がなく、使用されるガラスまたはガラスセラミックの組成に応じて最適な打抜き加工処理を行うことが可能になる。
前記リフレクタは成型加工によって製造された後、熱い状態のまま前記型から取り外され、例えば運搬装置によって前記保持具の前記開口部内に載置されることが好ましい。

その後、バーナを前記リフレクタの前記底部に対して向けて、その下方から向けて加熱するために使用することが好ましい。
加熱には、Ｈ_２Ｏ_２バーナを用いることが好ましい。この種のバーナを使用することにより、リフレクタ底部領域を対象とした集中加熱を最小時間で行うことが可能となる。これにより、加工処理時間を短縮する一方、光学的効果を有するリフレクタ内面領域が加熱されて変形するのを防ぐ。

本発明の前記特徴およびこれ以降に説明される特徴は、示された組合せのみならず他の組合せにおいても、または単独ででも本発明の範囲から逸脱することなく用いることができるものとする。

本発明のさらなる特徴および利点は、図面を参照して詳述される好適な実施形態から明らかとなるであろう。
本発明による方法は、特に高エネルギー光源を備えた照明用途、例えばビデオプロジェクタ等用に使用されるガラスまたはガラスセラミック製リフレクタの製造に適している。このようなリフレクタは高熱負荷に曝されると同時に正確な公差制御を必要とするため、最近では大抵の場合、約３０〜４５×１０^−７／Ｋの範囲の熱膨張係数と６００℃以上の十分な熱抵抗とを有するガラスまたはガラスセラミックから製造されてきた。製造後、このようなリフレクタはその内面をアルミニウム等の好適な材料で被覆した後、例えば高エネルギー光源用反射手段として使用することができる。

本発明は、このようなリフレクタの底部に形成すべき開口部を、超高精度の公差と高表面品質とを保証する特別な工程制御を用いた軟化材料の打抜き加工により形成することを開示する。
本発明の方法によれば、この種のリフレクタをまず、従来の成型加工法によりゴブから製造する。原則的に、このようなガラスまたはガラスセラミック製リフレクタの仕様に適うガラスの種類はすべて、リフレクタの出発原料として適している。一般に、転移温度Ｔｇは少なくとも５５０℃である。

図１は全体を参照符号１０で示されるリフレクタ製造用成型装置を示している。この装置は複数の空隙部１４が設けられ、矢印２２が示すように回転軸２０の周りを回転可能な円形ディスク１２を備えている。圧縮成型用型１６には嵌め合わせラム１８が設けられている。圧縮成型用型１６は円形ディスクに向かって矢印２４の方向に移動可能であり、空隙部１４に載置されたゴブからリフレクタの所望の形状のガラス製品を製造することができる。また円形ディスク１２を回転させることにより、対応する運搬装置を用いてゴブを各空隙部１４に載置した後、円形ディスク１２の異なる空隙部１４に一連のリフレクタを成型することができる。

この成型加工は、各ガラスマトリックスが十分に軟化する範囲にある転移点よりも明らかに高い温度で公知の方法により行われる。
リフレクタの内面に後から複雑な再加工を施す必要がないよう、成型加工中にリフレクタの内部形状を十分な精度で画成することはできるが、底部領域に必要な開口部を成型加工中に十分な精度で形成することはできない。

よって、リフレクタは製造直後でまだ高温状態のまま、適切な運搬装置を用いて取り外され、図２に示すように適切な保持具３８に載置される。保持具３８は、支持台３６に保持され、リフレクタ３０の外表面の輪郭に適合する開口部４０が設けられたプレート３８を含んでいる。第２工程において、まだ高温の状態のまま保持具３８に載置されたリフレクタ３０は、次にそのポット状底部領域３４の下方からＨ_２Ｏ_２バーナ４２で意図的に加熱される。使用されるバーナ４２は高性能バーナで、リフレクタを１秒以内、例えば０．８秒のごく短時間のうちに、約５００℃から赤熱温度領域、すなわち９００℃程度の温度に再加熱することができる。

その後、支持台３６を移動させ、図３を参照してより詳細に説明される次工程において、打抜き加工により少なくとも１つの開口部をリフレクタ３０の底部３４に形成する。この目的のため、ダイ（打抜き型）４４をポット状底部３４に下方から押しつけ、リフレクタを通常０．１ｍｍ〜１ｍｍのわずかな高さだけ持ち上げる。
この加工中、図３に示すように、プレート６０をリフレクタ３０の外側との接触面として用いてもよい。リフレクタ３０は、ダイ４４によって持ち上げられるにつれて、保持具３４の開口部４０内にて支持された状態から上方に外れるため、リフレクタ３０の正確な位置決めは、領域５６、好ましくは底部３４の約３分の１に亘ってリフレクタ３０のポット状底部３４を支持する保持部材４６により行われる必要がある。

これらの保持部材４６は、好ましくは金属炭化物製ピンとして設計され、支持アーム４８を介してダイ４４に直接取り付けられて、ダイ４４により徐々に持ち上げられるに従って、リフレクタ３０を水平方向に支持してその正確な位置決めを行う。
これにより、次の打抜き加工の際に形成される開口部の正確な位置決めが確実に行われる。

ダイ４４には、リフレクタ底部に打抜き形成される開口部に対応する１つ以上の開口部が設けられており、対応する１つ以上のラム５２の打抜き部５４をこれらの開口部のキャッチ内に打ちおろしてリフレクタ３０の底部３４に１つ以上の開口部を打抜き形成することができる。
打抜き加工は、鋭利な打抜き部５４を有するダイ５２を用いて行われる。打抜き部５４とダイ４４の対応する開口部５０との間には１０分の数ミリの遊隙を持たせる。リフレクタ３０の上端部とプレート６０とが接触しており、ダイ４４が下方から持ち上げられると予め軟化された材料が水平方向に撓んでいかなる偏差をも相殺し、よってリフレクタ３０の上端部とリフレクタ底部３４の下端部との間に正確な寸法が確保される。また同時にこの構成は、リフレクタ３０の正確な位置決めに寄与する。さらに、ダイ４４をリフレクタ底部３４に下方から押しつけることによって、打抜き加工中のガラス糸の形成が確実になくなる。

必要に応じて、ダイ４４および／またはラム５２を冷却してもよい。
図３に示される構成において、保持部材４６は対向配置され、その結果合計４つの保持部材が設けられている。
あるいは、図５に示されるように、例えば三角形状に配置された３つの保持部材４６ａを用いることも可能である。図５は、これと対応して設計されたダイ４４ａの上面図であり、保持部材４６ａとなる３個の金属炭化物製ピンが三角形状に配置されている。図３に示されるダイ４４とは異なり、ダイ４４ａは２つの開口部５０ａを備えており、１回の打抜き加工でリフレクタ３０の底部３４から並列する２つの開口部を形成することができる。

図４は、底部３４から１つの開口部５８を打抜き形成した後のリフレクタ３０の上面図である。
図示されたリフレクタ３０の形状は例示のみを目的として与えられたものであり、本発明による方法は各リフレクタ３０の形状にかかわらず適用可能である。
さらに、加工が適切な温度および/または粘度範囲で行われる限り、本発明による方法はガラスまたはガラスセラミックに用いられる材料の種類とは概ね無関係である。

成型加工によりゴブからリフレクタを製造する様子を示す概略図である。 リフレクタの拡大断面図であって、保持具の開口部に載置されたリフレクタを対応する底部領域局所加熱用バーナとともに示す。 図２に示すリフレクタの断面図であって、ダイを用いてリフレクタを下方から持ち上げる次工程を示す。 図３に示すリフレクタの上面図であって、底部から、中央開口部を打抜き形成した後のリフレクタを示す。 別の設計のダイの上面図であって、リフレクタの底部に２つの並列する開口部を打抜き形成するよう設計されたダイを対応する保持部材とともに示す。

Claims (13)

1. ガラスまたはガラスセラミック製リフレクタの製造方法であって、
   外部に開口し、閉塞底部（３４）を備えたリフレクタ（３０）を型（１４）において転移温度（Ｔｇ）よりも高い温度で成型する工程と、
   保持具（３８）の開口部（４０）内に前記リフレクタ（３０）を配置する工程と、
   前記リフレクタ（３０）を、その前記底部領域（３４）において加熱する工程と、
   前記リフレクタ（３０）の前記底部（３４）を、ダイ（４４；４４ａ）を用いて下方から持ち上げる工程と、
   少なくとも１つのプランジャ（５２）を、前記ダイ（４４；４４ａ）の少なくとも１つの対応する開口部（５０；５０ａ）内へと移動させることにより、前記底部（３４）から少なくとも１つの開口部（５８）を打抜き形成する工程とを備えている、ガラスまたはガラスセラミック製リフレクタの製造方法。
2. 前記リフレクタ（３０）は前記ダイ（４４；４４ａ）によって持ち上げられている間、その前記底部領域（３４）において前記ダイ（４４；４４ａ）上に水平方向に支持されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記リフレクタ（３０）は前記ダイ（４４；４４ａ）から上方に突出する保持部材上に水平方向に支持されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記リフレクタ（３０）は前記ダイ（４４；４４ａ）に取り付けられた棒状の保持部材（４６；４６ａ）と接触することにより、そのポット状の前記底部領域（３４）において保持されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 金属炭化物製ピンとして構成された棒状の保持部材（４６；４６ａ）が使用されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記リフレクタ（３０）が、前記ダイ（４４；４４ａ）により、０．１ｍｍないし３ｍｍの高さだけ持ち上げられることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記リフレクタ（３０）は前記ダイ（４４；４４ａ）により持ち上げられている間に、前記保持具（３８）の前記開口部（４０）から外れて、その前記底部領域（３４）において前記ダイ（４４；４４ａ）上に水平方向に支持されているだけの状態となることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記リフレクタ（３０）は前記ダイ（４４；４４ａ）により持ち上げられている間、当接部材に押しつけられることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記リフレクタ（３０）はその前記底部領域において、少なくとも１００Ｋ／ｓの昇温速度でバーナ（４２）を用いて加熱されることを特徴とする、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記リフレクタ（３０）はその前記底部領域（３４）において、７００℃ないし１０００℃の範囲の温度にまでバーナ（４２）を用いて加熱されることを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記リフレクタ（３０）は成型加工によって製造された後、熱い状態のまま前記型（１４）から取り外され、前記保持具（３８）の前記開口部（４０）内に配置されることを特徴とする、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
12. バーナ（４２）を前記リフレクタ（３０）の前記底部（３４）に対して向けて、その下方から加熱するために使用することを特徴とする、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記リフレクタ（３０）はその前記底部領域（３４）において、Ｈ₂Ｏ₂バーナ（４２）を用いて加熱されることを特徴とする、請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の方法。

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