JP5984442B2

JP5984442B2 - ガラス成形用プレス型及びその製造方法

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Publication number: JP5984442B2
Application number: JP2012062228A
Authority: JP
Inventors: 福田　達也; 達也福田; 蓮見　俊吾; 俊吾蓮見; ▲ヨシ▼員坂井; ▲よし▼員坂井; 茂雄石野
Original assignee: TOKAI ENGINEERING SERVICE CO., LTD.
Current assignee: TOKAI ENGINEERING SERVICE CO., LTD.
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: JP2013193913A; WO2013141234A1

Description

本発明は、ガラスを成形するためのガラス成形用プレス型に関するものである。

ガラス成形用プレス型には、ガラスを押し潰して所望の形状に成形することが要求されている。すなわち、熱を伝達して型内のガラスの温度を制御する熱伝達機能、型内のガラスを押し潰す圧力を伝達する圧力伝達機能、型内のガラスを所望の形状に変形させる成形機能及びガラスが溶着しない離型機能が要求されている。これらの要求を満たすガラス成形用プレス型として、従来は、高い剛性及び良好な熱伝達性を有するタングステンカーバイトからなる基部に、ガラスと接する面に鏡面加工を施して成形機能を付与し、その加工面に貴金属やダイヤモンド状カーボン等のコートにより離型機能を付与したものが知られている。

しかしながら、近年、ガラス成形体への要求性能の高度化に伴い、プレス成形温度が高温化し、そうした高温に耐え得るガラス成形用プレス型が要求されている。このようなガラス成形用プレス型として、基部に、高い耐熱性を有する、常圧焼結法により焼結された炭化珪素（常圧焼結炭化珪素）を用い、成形機能及び離型機能を付与するために、基部のガラスと接する面に、ＣＶＤ法によって、ポア（気泡）の生じていない状態の（ポアレスな）炭化珪素膜を形成したもの（例えば、特許文献１）が知られている。また、成形機能及び離型機能を付与するために、ガラス状カーボンの一種であるアモルファスカーボンからなるガラス成形部を用い、ガラス成形部にＣＶＤ法により炭化珪素膜を接合し、金属結合材によってセラミックス（例えば、常圧焼結炭化珪素）からなる基部に接合したもの（例えば、特許文献２）も知られている。

特開２００２−２５５５７０号公報特開２００５−１１２６７２号公報

しかしながら、特許文献１のようなガラス成形用プレス型では、成形機能及び離型機能を付与するため、必ず基部のガラスと接する面に、ＣＶＤ法によってポアレスな炭化珪素膜を形成しなくてはならないため、加工工程が増加する上、加工工程に由来する材料ロスが多いという問題が生じていた。また、特許文献２のようなガラス成形用プレス型では、炭化珪素膜及び金属結合材を用いてガラス成形部と基部とを接合するため、加工工程が増加する上、ガラス成形部と基部との接合に金属結合材を用いるため、熱膨張係数が変わる接合部が熱衝撃に弱くなる、ガラス成形用プレス型の耐熱温度が金属結合材の融点に制限され高温でガラス成形ができないなどの問題が生じていた。さらに、いずれのガラス成形用プレス型においても、基部に常圧焼結炭化珪素を用いると熱伝導率が悪いため、ガラス成形のサイクルタイムが長くかかるなどの問題も生じていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、容易に無駄なく製造できるガラス成形用プレス型を提供する。

本発明に係るガラス成形用プレス型は、カーボンを含む材料からなるガラス成形部と、反応焼結炭化珪素からなる基部とを備え、前記基部は、溶融した金属シリコンを用いて反応焼結させることにより、前記ガラス成形部に一体形成される。

上記ガラス成形用プレス型は、ガラス成形部が、ガラス状カーボン、又は、表面がポアレスな炭化珪素からなってもよい。

また、本発明に係るガラス成形用プレス型の製造方法は、カーボンを含む材料からなるガラス成形部と、炭化珪素粉末及び炭素粉末をプレス成形した成形体とを密着させ、前記成形体上に金属シリコンを載置するステップと、前記ガラス成形部、成形体及び金属シリコンを減圧下又は不活性雰囲気下で加熱するステップと、前記加熱により溶融した金属シリコンを、前記成形体及び前記ガラス成形部と前記成形体との接合界面に含浸させて、反応焼結させることにより、前記成形体から、前記ガラス成形部に一体形成された反応焼結炭化珪素からなる基部を得るステップとを備える。

本発明に係るガラス成形用プレス型によれば、容易に製造でき、かつ、材料ロス等の無駄がなく製造することができる。

本発明に係るガラス成形用プレス型の一実施形態を示す縦断面図である。図１のガラス成形用プレス型の接合前の状態を示す縦断面図である。図１のガラス成形用プレス型を用いたガラス成形工程のガラスの成形前を示す模式図である。図１のガラス成形用プレス型を用いたガラス成形工程のガラスの成形後を示す模式図である。

以下、本発明に係るガラス成形用プレス型の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係るガラス成形用プレス型１は、ガラス成形部１１及び基部１２とから構成される。ガラス成形部１１は、カーボンを含む材料により形成されており、特に、ガラスが溶着しない離型機能を有する材料が好ましい。例えば、ガラス状カーボン、表面がポアレスな炭化珪素を用いることができる。ここでポアレスとは、ポアが全く生じていない状態のみならず、ポアがほとんど生じていない状態も含むものである。このような、ガラス状カーボンや表面がポアレスな炭化珪素は、ガラスとの離型性が優れている上、耐熱性にも優れるため、成形時にガラスと接触するガラス成形部１１の材料として用いることで、ガラスと溶着することがなくなる。そのため、成形されたガラス２０をガラス成形用プレス型１から容易に取り外すことができる。なお、ガラス状カーボンとしては、結晶とアモルファスが混在するものであっても、また、アモルファスカーボンであってもよい。また、表面がポアレスな炭化珪素としては、例えば、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法（物理気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）又は昇華法（改良レーリー法）等によって表面にポアレスな炭化珪素膜が施された常圧焼結炭化珪素等を用いることができる。表面がポアレスな炭化珪素を用いる場合には、離型機能を担保する上で、貴金属やダイヤモンド状カーボン等のコーティングを施すことが好ましい。

基部１２は、炭化珪素粉末及び炭素粉末をプレス成形した未焼結の成形体１３を、後述するガラス成形用プレス型１の製造工程中に反応焼結させることにより形成される。このように形成された基部１２は、反応焼結炭化珪素化されており、高温下で高い剛性及び高い熱伝導性を有する。そのため、後述するガラス成形工程において、加熱手段４０からの熱を迅速にガラス成形部１１に伝達することができる。

次に、図２を参照して、ガラス成形用プレス型１の製造方法について説明する。まず、炭化珪素粉末と炭素粉末とをプレス成形して、未焼結の成形体１３を成形する。そして、ガラス成形部１１と成形体１３とを互いに密着させ、成形体１３のガラス成形部１１と反対側に金属シリコン１４を載置する。この状態で、真空炉に入れて、減圧下若しくは窒素又はアルゴン等の不活性雰囲気下で、金属シリコン１４の融点以上の温度で加熱する。これにより、金属シリコン１４が溶融し、内部に多くの気泡を有する成形体１３内に浸透していく。この間に、成形体１３内に存在している炭素粉末と溶融した金属シリコン１４とが反応し、成形体１３内で炭化珪素が反応生成される。これにより、成形体１３は反応焼結炭化珪素化して基部１２が形成される。

同時に、成形体１３内に浸透した金属シリコン１４は、ガラス成形部１１と成形体１３との接合界面に染み出す。ガラス成形部１１は、上述したようにカーボンを含んでいるため、染み出した金属シリコン１４はガラス成形部１１のカーボンと反応し、ガラス成形部１１と成形体１３との間においても、炭化珪素が反応生成される。これにより、成形体１３から基部１２が形成されるとともに、基部１２がガラス成形部１１と一体的に接合される。このように、ガラス成形部１１に基部１２を一体成形するため、ガラス成形部１１と基部１２との接合面に、両者の接合を強固にするための処理が不要になり、加工工程が省け容易にガラス成形用プレス型１を製造することができる。

次に、図３及び図４を参照して、上記のようにして製造したガラス成形用プレス型１を用いたガラス２０の成形について説明する。図３及び図４に示すように、一対のガラス成形用プレス型１を、ガラス成形部１１が互いに対向するように上下に配置する。ガラス成形用プレス型１の周囲には、ガラス成形用プレス型１が摺動可能なスリーブ３０が外嵌されている。ガラス２０の成形においては、図３に示すように、一対のガラス成形用プレス型１の間に、ガラス２０を配置する。その後、ガラス成形用プレス型１の上下端を、例えば、ヒータ等の加熱手段４０で加熱し、プレスすると、図４に示すように、ガラス２０は、ガラス成形部１１の型に依存して成形される。そして、ガラスが成形されると、加熱及びプレスが終了し、室温に戻されて成形されたガラス２０が取り出される。

このとき、ガラス成形部１１と基部１２とは一体形成されているため、ガラス２０を押し潰す圧力負荷や高温−室温の熱サイクル負荷によっても、ガラス成形部１１と基部１２とが分離する恐れがなく、ガラス成形部１１と基部１２とは、ガラス成形において、十分な接合強度を得ることができる。また、このような接合強度が得られるため、ガラス成形部１１にはガラス２０との離型性に優れた材料を用い、基部１２には加熱手段４０からの熱が迅速に伝達される熱伝導率が高い材料を用いることができる。これにより、ガラス成形用型１から容易にガラス２０を取り外すことができる上、ガラス成形工程のサイクルタイムを短くすることができる。

以上のように、本実施形態のガラス成形用プレス型１では、ガラス成形部１１には離型機能を有するカーボンを含む材料を使用し、基部１２には未焼結の炭化珪素の成形体１３から反応焼結により焼結された炭化珪素を使用している。そのため、ガラス成形部１１は、ガラスが溶着しない離型機能を備えることができる。一方で、基部１２は、高い熱伝導率により、熱を伝達して型内のガラスの温度を制御する機能を備え、高い剛性により、型内のガラスを押し潰す圧力を伝達する機能及び型内のガラスを所望のレンズ形状に変形させる機能を備えることができる。これにより、本実施形態のガラス成形用プレス型１は、ガラス成形用プレス型に要求される全ての機能を備えることができる。

また、基部１２は、反応焼結によりガラス成形部１１に一体形成されるため、基部１２の製造工程を省略できる。加えて、一体形成によりガラス成形部１１と基部１２とは強固な接合が得られるため、別途ガラス成形部１１と基部１２とを強固に接合するための処理（例えば、ＣＶＤ法によるポアレスな炭化珪素膜を形成する、接合剤を用いて接合する等）を省略することができる。これにより、ガラス成形用プレス型１を製造する工程が簡略化され、容易にガラス成形用プレス型１を製造することができる。また、炭化珪素膜の形成や接合材が不要になり、材料ロス等を防止することもでき、無駄なくガラス成形用プレス型１を製造することもできる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、ガラス成形用プレス型１を用いてガラスレンズを成形しているが、他にも、スマートフォンガラス等を成形することができる。例えば、スマートフォンガラスの成形では、一方に凹面状のガラス成形部１１を有するガラス成形用プレス型１を配置し、他方に凸面状のガラス成形部１１を有するガラス成形用プレス型１を配置した一対のガラス成形用プレス型１を用いて、曲面形状のガラスを成形する。このように、成形するガラスの形状に応じて、凹面状、凸面状又は平面状のガラス成形部１１を有するガラス成形用プレス型１を任意に組み合わせた一対のガラス成形用プレス型１を用いてガラスの成形を行うこともできる。そして、ガラスの成形工程も、成形するガラスに応じて最適な方法により行うことができる。

１ガラス成形用プレス型
１１ガラス成形部
１２基部
１３成形体
１４金属シリコン

Claims

カーボンを含む材料からなるガラス成形部と、炭化珪素粉末及び炭素粉末をプレス成形した成形体とを密着させ、前記成形体上に金属シリコンを載置するステップと、
前記ガラス成形部、成形体及び金属シリコンを減圧下又は不活性雰囲気下で加熱するステップと、
前記加熱により溶融した金属シリコンを、前記成形体及び前記ガラス成形部と前記成形体との接合界面に含浸させて、反応焼結させることにより、前記成形体から、前記ガラス成形部に一体形成された反応焼結炭化珪素からなる基部を得るステップとを備えるガラス成形用プレス型の製造方法。