JP5973943B2 - ガラスパッドの製造方法及びガラスパッドの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、チタン製の鍛造品を金型を用いて鍛造する際に、金型と鍛造品との間に配設されて潤滑性や離形性を付与する潤滑用のガラスパッドの製造方法、及びこのガラスパッドを製造する製造装置に関するものである。

一般に、純チタンやTi-6Al-4Vなどのチタン合金は、優れた機械特性や耐食性を有することから、航空機や車両などの輸送機器のエンジン部材、あるいはシャーシなどの構造部材に用いられている。
このような純チタンやチタン合金を用いて上述した鍛造品を鍛造する際には、一般に金型を用いた熱間の据え込み鍛造方法が用いられる。据え込み鍛造方法は、予め製品形状を模して形成された金型内に加熱された原料を装入し、原料を高温状態に保持したまま金型に沿った形状に引き伸ばすように変形させながら鍛造するものである。据え込み鍛造方法を用いれば、鍛造中の変形において製品形状に沿ったメタルフローが得られるため他の加工方法に比べてより粘り強く、耐衝撃破壊性に優れた鍛造品を得ることができる。

一方で、この据え込み鍛造方法では、成型後に鍛造品が金型に強固に固着して、引き剥がすことが困難となる場合がある。そのため、据え込み鍛造方法では、離形性や潤滑性を高めるために予め潤滑剤を用いて鍛造を行うことが一般的である。このような潤滑剤としては、例えば黒鉛や窒化ボロンなどの潤滑剤が従来から用いられている。
ところで、近年は、より製品サイズが大きな鍛造品を純チタンやチタン合金で成形するニーズが増している。このような大サイズの鍛造品を鍛造しようとすると、従来より大きな金型を用いる必要があり、鍛造品が金型にこびりついたときに金型と鍛造品との間に作用する固着力も大きくなる。そのため、従来の鍛造方法のように、黒鉛や窒化ボロンなどの潤滑剤を金型に吹き付けるだけでは潤滑能力が不足する場合が多い。

そこで、潤滑能力が大きな潤滑剤として、特許文献１〜特許文献３に示されるような潤滑剤を用いることが考えられる。この特許文献１〜特許文献３の潤滑剤は、鍛造加工ではなく、押出加工に用いられるものであり、ガラス粉末を水ガラスなどのバインダーで固めて硬化させたものである。このような潤滑剤は、その円盤状の外形から「ガラスパッド」と呼ばれている。

特開２００４−１７４５３６号公報 特開平１１−１０２２２号公報 特開平６−６３６３８号公報

ところで、特許文献１〜特許文献３のガラスパッドは、いずれもガラス粉末を水ガラスで結着しただけのものであり、あまり強固なものではない。それゆえ、外からガラスパッドに力や衝撃を少し加えただけでも簡単にひびが入ったり割れたりして壊れてしまう。
特許文献１〜特許文献３のように押出加工で用いる場合であれば、ガラスパッドの形状は一般に単純な円盤状とされることが多く、径が小さい割には厚みも厚いので、それほど破損を考慮する必要はない。しかし、純チタンやチタン合金の据え込み鍛造の場合、金型の形状を考えるとどうしてもガラスパッドの形状は複雑な三次元形状となり、またパッドの径が大きくされると共に、パッドの厚みも薄くされているため、パッドを製造する場合などにパッド成型用の金型から成形後のパッドを取り外す際にはどうしてもガラスパッドを破損する可能性が高くなる。それゆえ、従来のガラスパッドの製造方法では、純チタンやチタン合金の据え込み鍛造に対応したガラスパッドを収率良く製造することができないという問題があった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、複雑な三次元形状や大径で薄肉な形状に成形する場合であっても、破損を抑制しつつガラスパッドを簡単に成型することができるガラスパッドの製造方法及びガラスパッドの製造装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガラスパッドの製造方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のガラスパッドの製造方法は、ガラスを含む複数の原材料を混練した混練ガラス材を圧下することにより、据え込み鍛造での潤滑に用いられる固形で円形状のガラスパッドを成形するガラスパッドの製造方法において、前記混練ガラス材を、表面が離型促進剤で被覆された上型と下型とでプレスすることで、円形状で中央部が凹形とされ且つ中心部に孔が形成されたガラスパッドに成形するプレス加工工程と、前記プレス加工工程で成形されたガラスパッドから前記上型を離型させる上型離型工程と、前記上型離型工程で前記上型を離型されたガラスパッドから前記下型を離型させる下型離型工程と、を有し、前記下型を径方向に複数に分割可能に形成しておき、前記下型離型工程は、前記ガラスパッドの外周面を保持する保持具を用いて、当該ガラスパッドの形状を保持しつつ、前記下型を径外方向に２つ以上に分割するように移動させることで、前記ガラスパッドを下型から離型することを特徴とする。

好ましくは、前記プレス加工工程の前工程には、ガラス粉末と、ガラス粉末のバインダーとなる水ガラスと、ガラス粉末と水ガラスとの混合を促進する水分と、を加えて混練する材料混練工程を有しているとよい。
好ましくは、前記材料混練工程の後工程には、前記プレス加工工程を行うために前記混練ガラス材を前記プレス装置の下型の成形面に沿うように整えつつ、押圧しながら塗布する塗布工程を有しているとよい。

好ましくは、前記プレス加工工程の後工程には、ガラスパッドを高温にすることで当該ガラスパッドに含まれる水分を強制的に蒸発させる乾燥工程を有しているとよい。
好ましくは、前記上型離型工程の後工程には、前記ガラスパッドの表面を加熱することで当該ガラスパッドの表面を溶かしてガラス状に固める表面溶融固着工程を有しているとよい。

一方、本発明のガラスパッド製造装置は、ガラスを含む複数の原材料を混練した混練ガラス材を圧下することにより、据え込み鍛造での潤滑に用いられる固形で円形状のガラスパッドを成形するガラスパッドの製造装置であって、前記混練ガラス材をプレス成形する上型及び下型と、径外側から上型と下型とを保持する金型外筒保持体と、ガラスパッドの形状を保持する保持具とを備え、前記下型は、径外方向に２つ以上に分割された構造とされていることを特徴とする。

好ましくは、前記保持具は、前記ガラスパッドを全周に亘って囲むような円形状であり、当該保持具の内周径は、前記ガラスパッドの外周径と同径であるとよい。
好ましくは、前記上型と下型の中央部には、垂直方向に貫通した空洞部が設けられ、円筒状の中央金型が挿入可能となっているとよい。

本発明のガラスパッドの製造方法及びガラスパッドの製造装置によれば、複雑な三次元形状や大径で薄肉な形状に成形する場合であっても、破損を抑制しつつガラスパッドを簡単に成型することができる。

本発明のガラスパッドを用いた据え込み鍛造方法を示している。 （ａ）は本発明の製造方法で製造されるガラスパッドを側方上部から見下ろした場合の斜視図であり、（ｂ）はガラスパッドを側方から見た場合の一部断面側面図であり、（ｃ）はガラスパッドを側方下部から見上げた場合の斜視図である。 本発明の製造方法を工程のうち、前段の工程を示した図である。 本発明の製造方法を工程のうち、後段の工程を示した図である。 表面溶融工程を示した図である。

「第１実施形態」
以下、本発明のガラスパッド１の製造方法及びガラスパッド１の製造装置２の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
まず、ガラスパッド１の製造方法及び製造装置２の説明に先立ち、本製造方法や製造装置２を用いて製造されたガラスパッド１を用いた据え込み鍛造装置３及び据え込み鍛造方法について説明する。

図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、据え込み鍛造装置３は、加熱された鍛造元材（以降、荒地４と呼ぶ）を金型内に装入して、金型の形状に沿って荒地４を熱間状態で変形させることにより、所望の形状の鍛造品Ｗを成形するものである。具体的には、この据え込み鍛造装置３は、鍛造品Ｗを成形するための金型が上下２つに分割できるようになっていて、荒地４が載置される下部金型５と、この下部金型５に載置された荒地４を上方から圧下する上部金型６と、を有している。

荒地４は、純チタンやTi-6Al-4Vなどのチタン合金を用いて、上下方向に長尺とされた略円柱状であると共に、上端や下端の縁が斜めに面取りされたような形状に形成されている。
下部金型５は、荒地４を内部に収容可能な円筒状の型上部１０と、この型上部１０の下側に設けられて、荒地４を下方より支持する型下部１１とを有している。型上部１０の中央には、その内径が荒地４の外径より大きく形成された孔部１２が上下方向に向かって貫通状に形成されており、この孔部１２の内部に荒地４を上方から下方に向かって挿入可能となっている。また、この型上部１０の下部には、型下部１１が、この型上部１０と一体となるように形成されている。また、型下部１１の中央には上述した荒地４（孔部１２の内径）よりも小径な縦穴状の貫通孔１３が形成されており、この貫通孔１３の内径よりも大きな寸法の荒地４の下方移動を規制できるようになっており、型下部１１の上側に荒地４を載置できるようになっている。

具体的には、型下部１１には、貫通孔１３の開口縁の周囲を全周に亘って取り囲むと共に上方に向かって膨出するように湾曲した湾曲面１４が形成されていて、荒地４はこの湾曲面１４を介して型下部１１に接触するようになっている。また、型下部１１の下側には、図示を省略する金型支持機構が設けられており、下部金型５を床面などに対して支持できるようになっている。

さらに、下部金型５の下側には、鍛造が終了した鍛造品Ｗを排出するノックアウト棒２１と、このノックアウト棒２１を上下方向に移動させるシリンダ機構（図示略）とが設けられている。ノックアウト棒２１は、下部金型５のさらに下方における貫通孔１３に対応した位置に上下方向に移動可能に配備されており、上方に移動させた際にノックアウト棒２１を上方に移動させて鍛造後の荒地４（鍛造品Ｗ）を押し上げることで鍛造品Ｗをダイス１１から引き剥がせるようになっている。また、シリンダ機構は、油圧などの作用でノックアウト棒２１を上下方向に移動させることができるようになっている。
上部金型６は、下部金型５の上方に位置しており、下部金型５に載置された荒地４に対して上方から近接離反とされており、上部金型６を下降させることで荒地４を上方から押しつぶすように圧下可能となっている。

ポンチ７は、型上部１０の孔部１２の開口径に比べてやや小さな外径を備えており、上部金型６が下部金型５に衝合するまで下降した際に型上部１０の孔部１２に上方から嵌り込むようになっていて、荒地４を上方から圧下可能となっている。
次に、図１（ａ）〜図１（ｃ）を用いて、上述した据え込み鍛造装置３を用いた鍛造方法（据え込み鍛造方法）を説明する。

図１（ａ）に示すように、上述したような据え込み鍛造装置３を用いて鍛造を行うに際しては、予め加温された下部金型５の孔部１２の内部に、加熱された荒地４を挿入し、ポンチ７が荒地４の上面に接触するまで上部金型６を押し下げる。
その後、図１（ｂ）に示すように、荒地４の圧下を行う。すなわち、据え込み鍛造のポンチ７が荒地４に接触するまで上部金型６を押し下げた後、さらに下方に向かって上部金型６を移動させると、上部金型６のポンチ７が孔部１２内に収容されていた荒地４を下方に向かって押しつぶし、押しつぶされて変形した材料が広がって型上部１０の内部を充填する。そして、型上部１０（孔部１２）の内部を充填しても余りのある材料が貫通孔１３に流れ込む。その結果、荒地４を構成していた材料が、孔部１２と貫通孔１３との双方に広がって、径が大きな円柱体の下側に径が小さな円柱体を同軸状に重ね合わせたような形状（略ボルト形状）の鍛造品Ｗが成形される。

図１（ｃ）に示すように、上述した鍛造が終了したら、ノックアウト棒２１を上方に移動させ、ノックアウト棒２１で鍛造品Ｗを押し上げる。そうすると、湾曲面１４を介して型下部１１に固着していた鍛造品Ｗが型下部１１から剥がれて、鍛造品Ｗを金型内から取り出すことが可能となる。
ところで、上述した据え込み鍛造方法は、材料を高温状態に保持したまま金型形状に沿って引き伸ばすように変形させながら鍛造するものであり、鍛造時には金型形状に沿ったメタルフローが得られるため他の鍛造方法に比べて粘り強く、耐衝撃性・耐破壊性に優れた鍛造品Ｗを得ることができる。

しかし、その一方で、この据え込み鍛造方法では、成型後に鍛造品Ｗが金型（特に、湾曲面１４）に強固に固着して、鍛造品Ｗを型下部１１から引き剥がすことが困難となる場合がある。特に、近年は、より製品サイズが大きな鍛造品Ｗを純チタンやチタン合金で成形するニーズが増している。このような大サイズの鍛造品Ｗを鍛造しようとすると、従来より大きな金型を用いて高い圧下力で鍛造を行う必要があり、金型と鍛造品Ｗとの間に作用する固着力も大きくなる。そのため、従来の黒鉛や窒化ボロンなどといった潤滑剤では潤滑能力が不足することが多い。

そこで、本発明のガラスパッド１の製造方法では、上述した荒地４と型下部１１との間（図１（ａ）の太線の部分）に、混練ガラス材３１からなる円形状のガラスパッド１を用いて、潤滑性や離形性を高めつつ鍛造を行っている。このガラスパッド１は、鍛造前は固形物であるが、鍛造する際には下部金型５と荒地４との間に配設されて金型の熱により溶融し、金型下部１１と荒地４との間の潤滑性を高めたり、鍛造終了後に鍛造品Ｗを型下部１１から引き剥がす際の離形性を高めたりする。

本明細書で述べるガラスパッド１は、その製造方法において特徴的な構成を有している。
以下、図２を用いて、本発明の製造方法や製造装置２で製造されるガラスパッド１を詳しく説明する。
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、ガラスパッド１は、混練ガラス材３１をプレス加工で固形物に押し固めて成形したものであり、外周から中央に向かうにつれて下方に向かって凹状に凹むような略ラッパ状（略テーパコーン状）の外観を備えている。

ガラスパッド１は、上方から見た場合に、中央部に孔が形成されたドーナツ状であり、中央には上述した貫通孔１３よりやや大きな開口径を備えたパッド孔３０が形成されている。このようにパッド孔３０の開口径を貫通孔１３よりやや大きな径とすれば、荒地４を金型内に装入する際に型下部１１の上面の一部と荒地４の下面の一部とが直接接触するようになり、荒地４を安定した姿勢で金型内に収容できるようになる。

ガラスパッド１を構成する混練ガラス材３１は、ガラス粉末と、このガラス粉末に対してバインダーとなる水ガラスと、このガラス粉末と水ガラスとの混合を促進する水分と、を備えている。ガラス粉末はその粒径が０．１ｍｍ〜１０ｍｍのソーダ石灰ガラスの粒子であり、据え込み鍛造時の高温（通常は４００〜５００℃）で溶融可能となっている。また、水ガラス（珪酸ナトリウム）は、ガラス粉末に対して例えば１／１０以下の配合比となるように添加されており、ガラス粉末の粒子同士の間に配設されてこれらの粒子同士を結着可能とされている。さらに、上述した水分は、水ガラスをガラス粉末の粒子間に分散させるために加えられており、最大に加えた場合でも水ガラスの添加量を超えない程度の加水量（水ガラスの体積以下の加水量）とされている。このような水分を加えることで、水ガラスをガラス粒子中に均一に分散した混練ガラス材３１を得ることができる。

また、混練ガラス材３１は、上述したガラス粉末、水ガラス、及び水分を、例えば混練機などの公知の混練設備を用いて混練され製造される。
ところで、上述したように本発明のガラスパッド１は、いずれもガラス粉末を水ガラスで結着しただけのものであり、角砂糖のような表面性状を備えた薄板であって、あまり強固なものではない。それゆえ、ガラスパッド１に外から力や衝撃を少し加えただけでも簡単にひびが入ったり割れたりして壊れてしまう。

従来、このような潤滑用のガラスパッドは、押出加工で用いられることもあったが、押出加工で用いるガラスパッドは、単純な円盤状であり、径が小さい割には厚みも厚いので、それほど破損を起こしやすいものではない。しかし、純チタンやチタン合金の据え込み鍛造の場合、金型は上述したような複雑な三次元形状となり、パッドの径が大きくされると共に、パッドの厚みも薄くされている。そのため、従来の製造方法のようにガラスパッドをプレス加工で製造しようとしても、成形品を金型から取り外す際にどうしても破損する可能性が高くなってしまう。

そこで、本発明のガラスパッド１の製造方法では、複雑な三次元形状や大径で薄肉な形状に成形する場合であっても破損を抑制できるように、次に示すようなプレス加工工程、上型離型工程、及び下型離型工程の３つの製造工程を設けている。
すなわち、プレス加工工程は、混練ガラス材３１を上型３２と下型３３とでプレスすることで、円形状で中央部が凹形とされ且つ中心部に孔（パッド孔３０）が形成されたガラスパッド１に成形する工程である。また、上型離型工程は、このプレス加工工程で成形されたガラスパッド１から上型３２を離型させる工程である。さらに、下型離型工程は、この上型３２離型工程で上型３２を離型されたガラスパッド１と下型３３とを離型させる工程である。

そして、本発明のガラスパッド１の製造方法は、下型３３を径方向に複数に分割可能に形成した上で（図５参照）、上述した下型離型工程において、ガラスパッド１の外周面を保持する保持具３４を用いて、このガラスパッド１の形状を保持しつつ、下型３３を径外方向に２つ以上に分割するように移動させることで、ガラスパッド１を下型３３から離型することを特徴としている。

まず、ガラスパッド１を製造する際に用いられる製造装置２について説明する。
図３に示すように、ガラスパッド１の製造装置２は、４つの割り金型を組み合わせた組み合わせ金型の内部に混練ガラス材３１を装入し、組み合わせ金型内の材料に所定のプレス圧を加えることで装入された材料をガラスパッド１に成形するものである。この組み合わせ金型は、中央型３５、下型３３、上型３２、コンテナ型３６の４つの割り金型（子金型）から構成されており、円板状の設置台３７の上に配置される。

中央型３５は、上述したパッド孔３０に対応して金型の中央に設けられており、金型の中央を通る中心線回りに円柱状に形成された金型（割り金型）である。この中央型３５は、設置台３７の略中央部に凹状に形成された固定部４１に嵌り込むように配備される。
下型３３は、この中央型３５の外周側に隣接して配設された金型（上述した割り金型の1つ）である。この下型３３は上方から見た場合にドーナツ状になるような形状に形成されており、下型３３の中央には型下部１１と同径に開口径を有する円形の開口部３８（空洞部）が設けられている。そして、この下型３３の中央の開口部３８に、上述した中央型３５を挿し込むようにして組み合わせることができるようになっている。

また、下型３３の上面には、中央から外周に向かうにつれて上方に向かって膨出するように湾曲した面、言い換えれば、型下部１１の湾曲面１４に対応して外周から中央に向かうにつれて下方に向かって曲がるように湾曲した面が形成されていて、荒地４はこの湾曲面１４を介して型下部１１に接触するようになっている。
さらに、図５に示すように、下型３３は、周方向に４つに分割可能となっており、上方から見た場合に扇形となる孫型３９を４つ組み合わせたような構造となっている。なお、図５では４つの孫型３９に分割される４分割の下型３３を例示したが、本発明の下型３３は例えば２分割や３分割、あるいは５分割以上の孫型に分かれるものであっても良い。

上型３２は、下型３３の上方に配設された金型（割り金型）である。この上型３２は、下型３３との間にパッドの厚み分だけ隙間をあけるように配設されており、またその下面は型下部１１の上側の湾曲面１４に同一又は相似な形状であって、外周から中央に向かうにつれて下方に向かって曲がるように湾曲している。この上型３２と下型３３とのあいだに形成される隙間に材料を供給してプレス成形することで、ガラスパッド１の湾曲した外周部分が成形できるようになっている。

コンテナ型３６は、円筒形状に形成された金型（割り金型）であり、上型３２、下型３３及び中央型３５を外周側から保持可能とされており、中央型３５の外側に上型３２と下型３３とを互いに重なり合った状態に固定する機能を備えている。
上述した４つの割り金型は、設置台３７の上に配備されており、この設置台３７により下方から支持されている。また、この設置台３７の中央には、中央型３５の下端を挿し込んで固定する固定部４１が凹状に形成されていて、金型を所定の位置に位置決めできるようになっている。なお、上型３２の下面と、下型３３の上面との双方には、混練ガラス材３１の貼り付きを予防できるように、フッ素樹脂、シリコン樹脂、窒化ホウ素などの離型促進剤を吹き付けるなどして離型層を形成しておくのが好ましい。この離型層は、コータなどを用いた塗布、スプレー、ディッピングなどの手段で上型３２または下型３３の表面に形成することができる。

次に、図３及び図４を用いて、上述した製造装置２を用いてガラスパッド１を製造する製造方法、言い換えれば本発明のガラスパッド１の製造方法を詳細に説明する。
まず、本発明のガラスパッド１を製造する際には、上述したように混練機などを用いて予め混練ガラス材３１が材料混練工程で混練される。そして、この材料混練工程で、混練された混練ガラス材３１を、図３の［１］に示すような製造装置２の組み合わせ金型内に装入する。

この図３の［１］に示す製造装置２は、上方から混練ガラス材３１が供給可能となるように、上述した４つの割り金型のうち上型３２だけを取り除いたものであり、中央型３５、下型３３、コンテナ型３６の３つで構成されている。これら３つの金型は、リボンヒータなどの加熱手段を用いて予め１００℃程度まで予熱されている。
そして、上述した材料混練工程に引き続く後工程では、後述するプレス加工工程を行うために混練ガラス材３１をプレス装置の下型３３の成形面に沿うように整えつつ、押圧しながら塗布する塗布工程が行われる。

図３の［２］に示すように、塗布工程では、まず上方から混練ガラス材３１を供給する。具体的には、下型３３の上面に混練ガラス材３１を盛り、盛られた混練ガラス材３１を治具４３を用いて下型３３の上面の湾曲形状に沿うように均す。このとき、治具４３を用いて混練ガラス材３１を水平方向に均しながら上下方向には押圧（圧粉）するように塗布するのが好ましい。

また、このような治具４３としては、下型３３の上面の湾曲形状に沿って刃先が曲がったヘラなどを用いることができる。このような治具４３を用いて盛られた混練ガラス材３１を均せば、混練ガラス材３１の厚みが全面にわたって（特に、内周側と外周側とで）均一となって、一定の厚みや均質な組成を備えたガラスパッド１を成形することが可能となる。

上述した塗布工程が終了したら、図３の［３］に示すように均した混練ガラス材３１の上から上型３２を載せ、図３の［４］に示すように上型３２の上からさらに１０ｔｆ程度のプレス圧を付与して、プレス加工を行う。
上述したプレス加工工程に引き続く後工程では、ガラスパッド１に含まれる水分を強制的に蒸発させる乾燥工程が行われる。つまり、図３の［５］に示すように上型３２または下型３３の少なくとも何れか一方を５０〜３００℃に加熱することで、ガラスパッド１を高温にし、ガラスパッド１の成形品の上側に載せられた上型３２を他の割り金型を残したまま上方に引き抜く。このようにすれば、加熱されたガラスパッド１から蒸発した水分が、上型３２を取り除いた部分から放散され、ガラスパッド１に含まれる水分を強制的に蒸発させることができる。

なお、上述した乾燥工程は、上型３２や下型３３に代えて、ドライヤーやバーナなどを用いてガラスパッド１を直接加熱するものであっても良い。また、ガラスパッド１に対する加熱は、上型３２を上方に引き抜いた後に行っても良い。
すなわち、混練ガラス材３１に用いられる水ガラスは吸水性が高い物質であり、高温にするだけでは乾燥が十分に促進されない。そして、乾燥が不十分なガラスパッド１は結着力が弱く、破損されやすくなる。そこで、乾燥工程により上型３２を取り除いて、水分の蒸散を少しでも促進し、ガラスパッド１の強度を高くする。この乾燥工程による水分の蒸散がある程度行われたら、図４の［６］〜［１０］に示す手順に従って、コンテナ型３６、中央型３５、下型３３の順番でそれぞれの金型を離型させる。

具体的には、図４の［６］に示すように、乾燥工程が終了したらまず上型３２を再び金型内に戻し、ガラスパッド１の成形品の上側に上型３２を載せる。このようにすれば、上型３２が「重し」となってガラスパッド１の成形品が動きにくくなり、成形品に余計な力や衝撃を及ぼすことなく上型３２以外の割り金型を離型することが可能となる。
次に、図４の［７］に示すように、上型３２を成形品の上に載せたままで、コンテナ型３６を上方に引き抜き、コンテナ型３６を離型する。また、コンテナ型３６が離型されたら、図４の［８］に示すように、上型３２を成形品の上に載せたままで、中央型３５を上方に引き抜き、中央型３５を離型する。最後に、上型３２を再度上方に引き抜き、上型３２を離型する。このようにしてコンテナ型３６、中央型３５、上型３２が離型されたら、図４の［９］に示すような状態（設置台３７の上側に下型３３が載置され、さらに下型３３の上側にガラスパッド１の成形品が設けられた状態）が得られる。

図４の［１０］に示すように、下型離型工程は、上述した図４の［９］の状態から成形品だけを取り除くものである。具体的には、ガラスパッド１の外周面を保持する保持具４３を用いて、このガラスパッド１の形状を保持しつつ、下型３３を径外方向に２つ以上（本実施形態では４つ）に分割するように移動させることで、ガラスパッド１を下型３３から離型するものである。

この保持具４３は、ガラスパッド１の成形品の外径と同じ内径を備えたリング状であり、ガラスパッド１の縁を保持し、成形品が径外側に向かって動かないように成形品を外周側から押えるようになっている。
それゆえ、この保持具４３を用いて下型３３を押さえたまま、周方向に４つに分割された孫型３９をそれぞれ径外側に向かってそれぞれ異なる方向に向かって移動させれば、成形品に対して余計な力や衝撃を与えることなく、下型３３を離型することができる。

例えば、従来の製造方法のように、下型３３を下方に引き抜く場合、下方に向かって成形品全体に一度に大きな力や衝撃が加わり、成形品が破損されやすくなる。しかし、下型３３を径方向に複数の孫型３９に分割して、これらの分割された孫型３９を径外方向に引き抜けば、それぞれの孫型３９ごとに力や衝撃が分散され、それぞれ孫型３９に加わる力や衝撃同士が相殺し合って、成形品全体に大きな力が加わることがなくなり、成形品の破損を抑制することが可能となる。

その結果、複雑な三次元形状や大径で薄肉な形状に成形する場合であっても、下型３３の離型時に成形体が破損することがなくなり、破損を抑制しつつガラスパッド１を簡単に成型することができるようになる。
なお、上述した図３の［５］に示す乾燥工程だけでは水分の蒸散が不十分な場合は、成形品の上方から赤外線を照射したり熱風を吹き付けたりして下型３３を５０〜１００℃程度に加熱することにより、水分の蒸散を促進させても良い。また、図３の［５］の乾燥工程だけでなく、図４の［９］に示すように、上型３２の離型が終了した段階で、水分を蒸散させる工程を上述した乾燥工程とは別に設けることもできる。さらに、図４の［８］に示すように、上型３２が載せられた状態であっても、下型３３を加熱することで成形品を強制乾燥させることもできる。このようにすれば、混練ガラス材３１や成形品が雰囲気中から水分を吸湿することも抑制することが可能となり、吸湿によるガラスパッド１の強度低下も抑制できるようになる。

なお、上述した上型離型工程に引き続く後工程では、ガラスパッド１の表面を加熱することで、内部を残してガラスパッド１の表面だけを溶かしてガラス状に固める表面溶融固着工程を設けても良い。この表面溶融固着工程は、図４の［９］に示すように、設置台３７の上側に下型３３が載置され、さらに下型３３の上側にガラスパッド１の成形品が固着した状態において、ガラスパッド１の表面に例えば６００〜１２００℃とされた高温の熱風を吹き付けて、表層の一部を溶融して強度を高める工程である。このような表面溶融固着工程を設けて表層の一部を溶融させれば、溶融した表層だけが一体につながり、内側が溶解せずに多孔状態のまま残り、伝熱特性を損なうことなく成形品の強度を高めることが可能となり、ガラスパッド１を製造する際の破損・欠損・変形などをより確実に抑制することが可能となる。

また、上述した表面溶融固着工程に代えて、ガラスパッド１の成形品の表面に、可燃性の布などを貼り付けて、成形品の強度を高めることもできる。このような可燃性の布は、鍛造時の金型温度（４００〜５００℃）で簡単に燃焼し、炭化するため不純物にもならない。それゆえ、このような布を成形品の表面に貼着すれば、簡単に成形品の強度を高めることができ、また多少の亀裂が発生しても布による補強がされているので、亀裂があってもガラスパッド１の継続使用が可能となる。

なお、上述した製造工程を用いてガラスパッド１を破損しないように製造できたとしても、製造したガラスパッド１を据え込み鍛造装置３に装入する際のハンドリングを誤ると、ガラスパッド１は簡単に壊れてしまう。例えば、水平方向に敷設されることの多い押出機ではガラスパッド１の挿入は容易であるが、上下方向を向いて立設される鍛造機の金型内にガラスパッド１を挿入する際には、ガラスパッド１を誤って落とすといった誤操作が多くなる。

そこで、このようなガラスパッド１の落下を防ぐために、製造されたガラスパッド１を綿などでできた可燃性の紐やベルトなどの吊下具４４で吊下し、吊下状態でガラスパッド１を鍛造の金型内に装入する。このような可燃性の紐やベルトなどの吊下具４４は、鍛造時の金型温度（４００〜５００℃）で簡単に燃焼し、炭化するため不純物にもならない。それゆえ、簡単且つ安全に、ガラスパッド１を鍛造の金型内に装入することができる。

なお、上述した製造工程で得られたガラスパッド１は、酸化カルシウムやシリカゲルなどの乾燥剤（吸湿剤）により乾燥雰囲気とされた保管庫や保管容器内に収納した状態で、保管されるのが好ましい。このようにガラスパッド１を乾燥雰囲気に保管しておけば、吸湿により破損することなく成形形状を維持したまま保管することができる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ ガラスパッド
２ ガラスパッドの製造装置
３ 据え込み鍛造装置
４ 荒地
５ 下部金型
６ 上部金型
７ ポンチ
１０ 型上部
１１ 型下部
１２ 孔部
１３ 貫通孔
２１ ノックアウト棒
３０ パッド孔
３１ 混練ガラス材
３２ 上型
３３ 下型
３４ 保持具
３５ 中央型
３６ コンテナ型
３７ 設置台
３８ 開口部
３９ 孫型
４１ 固定具
４３ 治具
４４ 吊下具
Ｗ 鍛造品

Claims (8)

1. ガラスを含む複数の原材料を混練した混練ガラス材を圧下することにより、据え込み鍛造での潤滑に用いられる固形で円形状のガラスパッドを成形するガラスパッドの製造方法において、
   前記混練ガラス材を、表面が離型促進剤で被覆された上型と下型とでプレスすることで、円形状で中央部が凹形とされ且つ中心部に孔が形成されたガラスパッドに成形するプレス加工工程と、
   前記プレス加工工程で成形されたガラスパッドから前記上型を離型させる上型離型工程と、
   前記上型離型工程で前記上型を離型されたガラスパッドから前記下型を離型させる下型離型工程と、を有し、
   前記下型を径方向に複数に分割可能に形成しておき、前記下型離型工程は、前記ガラスパッドの外周面を保持する保持具を用いて、当該ガラスパッドの形状を保持しつつ、前記下型を径外方向に２つ以上に分割するように移動させることで、前記ガラスパッドを下型から離型することを特徴とするガラスパッドの製造方法。
2. 前記プレス加工工程の前工程には、ガラス粉末と、ガラス粉末のバインダーとなる水ガラスと、ガラス粉末と水ガラスとの混合を促進する水分と、を加えて混練する材料混練工程を有していることを特徴とする請求項１に記載のガラスパッドの製造方法。
3. 前記材料混練工程の後工程には、前記プレス加工工程を行うために前記混練ガラス材を前記プレス装置の下型の成形面に沿うように整えつつ、押圧しながら塗布する塗布工程を有していることを特徴とする請求項２に記載のガラスパッドの製造方法。
4. 前記プレス加工工程の後工程には、ガラスパッドを高温にすることで当該ガラスパッドに含まれる水分を強制的に蒸発させる乾燥工程を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラスパッドの製造方法。
5. 前記上型離型工程の後工程には、前記ガラスパッドの表面を加熱することで当該ガラスパッドの表面を溶かしてガラス状に固める表面溶融固着工程を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラスパッドの製造方法。
6. ガラスを含む複数の原材料を混練した混練ガラス材を圧下することにより、据え込み鍛造での潤滑に用いられる固形で円形状のガラスパッドを成形するガラスパッドの製造装置であって、
   前記混練ガラス材をプレス成形する上型及び下型と、径外側から上型と下型とを保持する金型外筒保持体と、ガラスパッドの形状を保持する保持具とを備え、
   前記下型は、径外方向に２つ以上に分割された構造とされていることを特徴とするガラスパッドの製造装置。
7. 前記保持具は、前記ガラスパッドを全周に亘って囲むような円形状であり、
   当該保持具の内周径は、前記ガラスパッドの外周径と同径であることを特徴とする請求項６に記載のガラスパッドの製造装置。
8. 前記上型と下型の中央部には、垂直方向に貫通した空洞部が設けられ、円筒状の中央金型が挿入可能となっていることを特徴とする請求項６または７に記載のガラスパッドの製造装置。