JPH0444621B2

JPH0444621B2 -

Info

Publication number: JPH0444621B2
Application number: JP61202698A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoshida; Katsuyoshi Saito
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1986-08-30
Filing date: 1986-08-30
Publication date: 1992-07-22
Also published as: JPS6360126A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明はガラス材料を射出成形法により成形す
るのに用いる射出成形用の組成物に関するもので
ある。［従来の技術］ガラスは一般に、高温でガラス融液を金型に流
し込み、そのまま固化するという成形方法が広く
用いられている。しかしながら、高精度の成形を
行なうには、成形時の粘性が充分に小さいことが
必要であり、成形時の粘性が大きいガラスや成形
時に結晶化が起こるようなガラスでは成形が困難
である。また、複雑形状品の成形はガラスの粘性
の問題や金型からの抜けの問題があり、プラスチ
ツクの成形に比べ著しく困難である。さらに、高
温での成形では金型の消耗が激しいという問題も
ある。一般にガラスの精密成形は研削加工により
行なわれているが、この場合、加工が可能な形状
は著しく限定される欠点がある。近年、新しい機能を持つたガラスが多数開発さ
れ、用途が拡大するとともに複雑形状品や寸法精
度の高いガラス部品が必要とされるようになつ
た。また新しい機能を持つガラスの中には結晶化
速度が大きいため、薄片状や粒状のガラスしか得
られないものもあり、これらについては適当な成
形方法がないのが現状である。一方、プラスチツクの成形においては、射出成
形が広く行なわれており、複雑な形状のものを寸
法精度よく製作する技術が確立されている。また、セラミツクの分野においても射出成形の
応用が検討されてきており、例えば、特開昭60−
71573号公報には、チタン酸バリウム系セラミツ
ク材料に特定の熱可塑性樹脂ならびに可塑剤、潤
滑剤を配合したセラミツク射出成形用組成物が提
案されている。しかしながら、セラミツクの焼結温度が1000℃
以上であるのに対し、ガラスでは400〜850℃と低
いため、添加した熱可塑性樹脂等を低温度で完全
に分解する必要があり、これら熱可塑性樹脂等の
選定がなされていないのが現状である。［発明が解決しようとする問題点］本発明は前記のような従来のガラス成形法の問
題点を除去するためになされたもので、ガラスを
複雑形状に成形すること及び精密な成形を行なう
ための射出成形用組成物を提供することを目的と
している。［問題点を解決するための手段］本発明のガラス射出成形用組成物は、ガラス粉
末もしくはガラス粉末にセラミツクを混合したも
の100重量部（以下単に部と略記する）に対し熱
可塑性樹脂５〜15部、可塑剤0.5〜５部、潤滑剤
２〜８部を配合してなり、前記熱可塑性樹脂がポ
リエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニ
ル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリブ
チルメタクリレートの１種もしくは２種以上から
選択されることを特徴とするガラス射出成形用組
成物である。本発明者等はガラスの射出成形を実用化するた
めには、基本的にどのような組成物とするかにつ
いて検討を行なつた結果、一般にプラスチツクの
射出成形に用いられる可塑剤、潤滑剤のほか、ガ
ラスの焼結性、成形性と脱脂性から熱可塑性樹脂
の選択が重要であることを予備実験により見出
し、ガラス粉末に熱可塑性樹脂、可塑剤、潤滑剤
を配合したガラス射出成形用組成物の発明を完成
するに至つた。このような組成物を用いたガラスの成形は次の
ようにして行なわれる。ガラスを粉砕し、平均粒
径が１〜20μｍ程度となるよう微粉砕を行なう。
このガラス粉末に上記の熱可塑性樹脂、可塑剤、
潤滑剤を加え、加熱混練を行ない冷却後、これを
粉砕しペレツト状もしくは粉末状の成形用材料と
する。次に上記組成物を一般の射出成形機によ
り、所定の形状に成形する。この場合、射出成形
はプラスチツクの射出成形技術とほぼ同様な方法
で良い。成形物は適当な温度スケジユールのもと
に加熱され、成形のために加えた樹脂成分の分解
除去を行なつた後、ガラス粉末の焼結温度域まで
加熱して焼結を完了させる。必要に応じてその
後、結晶化温度域で加熱し結晶化を行なう。ガラス粉末の射出成形においては、成形焼成す
るガラス材料に適した熱可塑性樹脂の種類と配合
量を決定することが重要である。一般にガラスの
場合、セラミツクに比較して焼結温度域がかなり
低温であるため、焼結温度以下の温度で加えた樹
脂類が完全に分解除去できることが必要条件とな
る。分解が不完全な場合、ガラス粉末の焼結性が
著しく悪化したり、次工程で予定される結晶化の
際、析出結晶の種類や量が変化する場合が多い。
また精密な成形を行なうには組成物の成形性を整
えることも必要である。本発明のガラス射出成形用組成物に使用する熱
可塑性樹脂の種類は、上記の必要条件を考慮し、
数多くの実験から決定されたものである。実験の
結果、熱可塑性樹脂としてはポリエチレン、ポリ
プロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ
メチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレー
トが成形精度、熱分解特性析出結晶相に与える影
響において、最も良い結果が得られた。次に実験結果の一部を説明する。以下％とある
のは、すべて重量％を意味する。MgO4.6％，
CaO44.9％，SiO₂34.2％，P₂O₅16.3％，CaF₂0.5
％組成のガラス粉末に第１表に示す各熱可塑性樹
脂20％を混合し、これを1050℃で２時間焼成し
た。樹脂の種類によつては、ガラス粉末の焼結性
が悪くなつたり、析出する結晶の種類や量が変化
することがあるので、この点を評価した。その結
果を次頁の第１表に示す。

【表】＊総合評価 ○：適 ×：不適
ガラス粉末の焼結性が悪化したり、析出結晶が
変化する原因は樹脂の燃焼分解によりガラス粉末
の表面状態が変化するためと思われる。上記の総合評価○印の樹脂について、ガラス粉
末とのぬれの良さ、成形性、脱脂性を調べた結
果、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢
酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート、
ポリブチルメタクリレートが最も良い結果が得ら
れた。これらの熱可塑性樹脂の配合量は、ガラス粉末
100部に対し５〜15部が好ましい。配合量を５〜
15部の範囲としたのは、５部未満では組成物の流
動性が悪くなり、良好な成形ができないためであ
り、一方、15部を超えると焼成時の変形や収縮が
大きくなり、寸法精度が悪化するためである。本発明に用いられる可塑剤としては、混練物の
可塑性を向上できるものであればよく、たとえば
フタル酸ジブチルを初めフタル酸ジエステル類な
どが用いられる。可塑剤の配合量は、ガラス粉末
100部に対し、0.5〜５部で可塑性を付与できる。本発明に用いられる潤滑剤としては、混練物の
離型性を向上できるものであればよく、たとえば
パラフインワツクスのほかステアリン酸又はこの
金属塩などの高級脂肪酸又はその塩類が用いられ
る。潤滑剤の配合量は、ガラス粉末100部に対し、
２〜８部で離型性を付与できる。以上述べた熱可塑性樹脂、可塑剤、潤滑剤の総
使用量は、ガラス粉末の粒度によつて左右され、
ガラス粉末100部に対して、７〜25部の範囲が、
ガラスの焼結性、成形性、流動性などの点から好
ましい。次に本発明に用いるガラスの組成としては、重
量％で、 CaO 12〜56％ TiO₂ ０〜10％ P₂O₅ １〜27％ ZrO₂ ０〜10％ SiO₂ 22〜50％ SrO ０〜10％ MgO ０〜34％ Nb₂O₅ ０〜10％ Al₂O₃ ０〜25％ Ta₂O₅ ０〜10％ K₂Ｏ０〜10％ B₂O₃ ０〜10％ Li₂Ｏ０〜10％ F₂ ０〜５％ Na₂Ｏ０〜10％ Y₂O₃ ０〜５％の範囲で上記成分を含有し、CaO，P₂O₅，SiO₂，
MgOおよびAl₂O₃の含有量の合計が90％以上であ
ることが望ましい。本発明に用いるガラスの組成が前記のような組
成であることが望ましいのは、これらの組成のガ
ラスは、脱脂工程後の焼成工程において、比較的
低温度（850℃程度）から結晶が析出しはじめ、
そのため焼成温度をさらに高めても焼成中の自重
による変形量を最小限に留めることができるとと
もに、最高焼成温度においてほぼ全体が結晶化し
得ることから、高い寸法精度と高強度が要求され
る医療用、電気用部品の用途に適するガラスであ
る。本発明のガラス粉末に混合するセラミツクとし
ては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素ウイスカ
ーから選ばれる１種もしくは２種以上が好まし
く、ガラス粉末100部に対して１〜200部用いられ
る。以下に実施例により具体的に説明する。［実施例］実施例１ MgO 4.6％，CaO 40.0％，Al₂O₃ 4.9％，
SiO₂ 34.2％，P₂O₅ 16.3％，CaF₂ 0.5％組成
のガラスを300メツシユ以下に微粉砕したもの100
重量部に対し、エチレン酢酸ビニル共重合体2.86
重量部、ポリブチルメタクリレート3.81重量部と
可塑剤としてフタル酸ジブチル1.14重量部、潤滑
剤としてパラフインワツクス（融点68℃）4.76重
量部を混合し、120〜150℃で加熱混練した後、粉
砕して成形用材料とする。これを用いて第１図に示すような特殊ネジ状の
成形体を射出成形機により、成形温度120〜170
℃、射出圧力400〜1100Kg／cm²の条件で成形する。
得られた成形物を常温から120℃までを２時間で
昇温し、120〜400℃までを10〜15℃／hrで昇温
し、400℃で２時間保持することにより、内在す
る樹脂分を完全に加熱分解させた。これを一旦室
温まで冷却した後、再び室温から900℃まで200
℃／hrで昇温してガラス粉末の焼結を行なつた
後、1050℃で焼成し、結晶化を行ない、結晶化ガ
ラス成形品を得た。得られた特殊ネジ状成形品の
正面図を第１図に示す。本実施例では樹脂分を加熱分解させてから、一
旦室温まで冷却したが、これは設備上の制約によ
るもので、冷却することなく焼成を行なつても同
様の結果が得られることは勿論であり、以下の実
施例２，３についても同様である。実施例２ MgO 15.1％，Al₂O₃ 3.5％，CaO 26.1％，
SiO₂ 29.8％，P₂O₅ 23.0％，F₂ 0.5％，Li₂Ｏ
2.0％の組成のガラスを300メツシユ以下に微粉
砕したもの100重量部に対して、安定化ジルコニ
ア粉末を37重量部を添加し、ボールミルで混合し
た混合粉末100重量部に対し、熱可塑性樹脂とし
てエチレン酢酸ビニル共重合体4.0重量部、ポリ
ブチルメタクリレート5.3重量部、可塑剤として
フタル酸ジブチル1.60重量部、潤滑剤としてパラ
フインワツクス6.7重量部を混合し、120〜150℃
で加熱混練した後、粉砕して成形用材料とする。
これを用いて第１図に示すような特殊ネジ状の成
形体を射出成形機により成形温度120〜170℃、射
出圧力400〜1100Kg／cm²の条件で成形する。以後
は実施例１と全く同様の焼結条件でガラス粉末の
焼結を行なつた後、1150℃で焼成し、結晶化を行
ない、結晶化ガラス成形品を得た。また、安定化
ジルコニアに代えてアルミナ、窒素珪素、アルミ
ナとジルコニアの混合物を加えることも可能であ
る。実施例３ MgO 15.1％，Al₂O₃ 3.5％，CaO 26.1％，
SiO₂ 29.8％，P₂O₅ 23.0％，F₂ 0.5％，Li₂Ｏ
2.0％の組成のガラスを300メツシユ以下に微粉
砕したもの100重量部に対し、ポリエチレン２重
量部、エチレン酢酸ビニル共重合体３重量部、ポ
リプロピレン２重量部と可塑剤としてフタル酸ブ
チル１重量部、潤滑剤としてパラフインワツクス
５重量部を混合し、120〜150℃で加熱混練した
後、粉砕して成形材料とする。これを用いて第１
図に示すような特殊ネジ状の成形体を射出成形機
により、成形温度120〜170℃、射出圧力400〜
1100Kg／cm²の条件で成形する。以後は実施例１と
全く同様の方法で内在する樹脂分を完全に加熱分
解させ、一旦室温まで冷却した後、再び850℃ま
でを200℃／hrで昇温し、850℃で２時間保持し、
第１図に示す透明な特殊ネジ状の成形体を得た。比較例実施例１で用いた組成のガラス粉末を1450℃以
上の坩堝窯で溶融した後、金型に入れ成形する。
この場合実施例１に使用した第１図に示すような
形状の成形を行うのは不可能であつたので、単純
な板状体の形状に成形した。この成形体にはすで
に結晶が一部析出しており、実施例１で行なつた
と同一の加熱スケジユールで結晶化を行なつた
が、すでに表面に結晶が析出しており、この部分
から結晶が析出し亀裂を生じて変形し、成形体の
形状のままでの結晶化はできないことを確認し
た。成形品の表面状態比較通常の方法により、表面の研磨加工を行なつた
結晶化ガラスの成形品と実施例１で得られた結晶
化ガラス成形品の表面状態を比較した顕微鏡表面
写真（倍率×1000）を第２図に示す。写真から明
らかなように従来の成形品には研磨加工の加工き
ずが見られるのに対し、本発明の射出成形により
得られた成形品は焼成時に表面の平滑化が起るた
め、表面が非常に平滑な成形品が得られる。この
ため表面への汚れの付着が少なく、電気部品、医
療部品用などに適している。成形品の強度比較前記表面状態比較の項で述べたように従来の成
形法による成形品は結晶化終了後、表面の研削加
工を行うため、表面にきずが入り、強度にも影響
を与える。この点、本発明の射出成形用組成物に
より得られる結晶化ガラス成形品は表面が非常に
平滑で研削加工の必要がないので、研削加工品の
1.4倍程度の強度のものを得ることも可能である。
また強度のバラツキも非常に小さくなる。この比
較データを第３図に示す。即ち、曲げ強度の平均
値は研削加工品が2140Kg／cm²に対し、実施例１の
射出成形品が2880Kg／cm²と高く、強度のバラツキ
は（それぞれの強度グラフの先端に横線で表わし
ている）研削加工品は250Kg／cm²に対し、射出成
形品は180Kg／cm²と小さい。また機械的強度のバラツキをワイブル係数でプ
ロツトすると第４図のようになる。射出成形品の
ワイブル係数は研削加工品のそれより大きく、機
械的強度のバラツキが小さいことを示している。成形品の寸法精度の比較本発明の射出成形法により得られた実施例１の
成形品のサンプル82個について直径を測定した結
果は次の通りである。なお、研削加工によつては
本形状を得ることは実質上できない。射出成形法実施例１の成形品単位：μｍ平均値 3948.24 標準偏差 3.3797 最大 3959 最小 3940 範囲 19 上記の結果から本発明の射出成形により得られ
た成形品は、従来の成形品に比較して寸法精度が
すぐれていることが明らかである。［発明の効果］本発明はガラス射出成形用組成物は従来の成形
法では成形できなかつたガラス又はガラスの結晶
化物の成形を本発明のガラス射出成形用組成物を
用いることにより射出成形を可能にしたもので、
これにより従来の成形品より複雑形状が可能で表
面平滑で汚れの付着が少なく、且つ機械的強度が
高く、そのバラツキも少ない、そのうえ寸法精度
も高いガラス又はガラスの結晶化物の成形品を得
ることができるすぐれたガラス射出成形用組成物
である。本発明のガラス射出成形用組成物は、新しい用
途の各種ガラス部品の製造に広く用いることがで
き、たとえば電気部品用、医療用部品など特殊形
状の部品の製造には極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガラス射出成形用組成物を用
いて得られた結晶化ガラス成形品の形状の一例を
示す正面図、第２図は本発明により得られた射出
成形による結晶化ガラス成形品と通常の成形法に
より、研削加工した結晶化ガラス成形品の顕微鏡
表面写真、第３図は第２図に示した本発明により
得られた射出成形品と通常の成形法による研削加
工品との曲げ強度の比較グラフ、第４図は本発明
により得られた射出成形品と通常の成形法による
研削加工品の機械的強度のバラツキを示すワイブ
ル係数図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ガラス粉末もしくはガラス粉末にセラミツク
を混合したもの100重量部に対し熱可塑性樹脂５
〜15重量部、可塑剤0.5〜５重量部、潤滑剤２〜
８重量部を配合してなり、前記熱可塑性樹脂がポ
リエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニ
ル共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリブ
チルメタクリレートの１種もしくは２種以上から
選択されることを特徴とするガラス射出成形用組
成物。２特許請求の範囲第１項記載のガラス射出成形
用組成物において、ガラス粉末の組成が重量％
で、 CaO 12〜56％ TiO₂ ０〜10％ P₂O₅ １〜27％ ZrO₂ ０〜10％ SiO₂ 22〜50％ SrO ０〜10％ MgO ０〜34％ Nb₂O₅ ０〜10％ Al₂O₃ ０〜25％ Ta₂O₅ ０〜10％ K₂Ｏ０〜10％ B₂O₃ ０〜10％ Li₂Ｏ０〜10％ F₂ ０〜５％ Na₂Ｏ０〜10％ Y₂O₃ ０〜５％の範囲で上記成分を含有し、CaO，P₂O₅，SiO₂，
MgOおよびAl₂O₃の含有量の合計が90％以上であ
ることを特徴とするガラス射出成形用組成物。３特許請求の範囲第１項記載のガラス射出成形
用組成物において、ガラス粉末に混合するセラミ
ツクが、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素ウイス
カーから選ばれる１種もしくは２種以上でガラス
粉末100重量部に対して１〜200重量部を配合する
ことを特徴とするガラス射出成形用組成物。