JPH08165532A - ガラス成形金型用材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス成型用金型のＣｕ−Ｓｎ系材料におい
て、無離型剤操業を可能とする。 【構成】 重量比で、Ｆｅ０．５〜５％、Ｓｎ２〜
１５％、Ｐ０．０１〜２％、Ａｌ４〜１２％、Ｎｉ５〜
２０％、残部Ｃｕからなるガラス成形金型用材料。
さらに、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒのうち１種を、０．０５〜１
％含む。 これにさらに、Ｐｂ、Ｓ、Ｃａのうち１種
を、０．１〜５％を含むガラス成形用金型材料。 【効果】 無離型剤操業が可能になり、表面品質のよい
ガラスビン製造を可能にし、またＣｕ−Ｆｅ系金型材料
よりも低い鋳造温度、組織安定化が達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス成形用金型に適
合した材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガラス成形用金型は、鋳鉄、耐
熱鋼により作られている。これらの材質で作成された金
型は、溶融ガラスが装入された際に、ガラスと反応して
離型性が悪化し、ガラス製品が金型から抜けなかった
り、ガラス表面性状を悪化させたりするため、現状では
黒鉛や硫黄を樹脂で分散させた離型剤を塗布している。
しかし、離型剤は塗布後燃焼して悪臭を放ち、また、潤
滑むらが製品不良を引き起こしたりするので無塗油化が
望まれていた。

【０００３】これらの課題を解決するため、本発明者ら
は、先に特開平６−１００７９号公報にて離型性が優れ
た金型用材料を提案している。本発明者らは、さらに、
合金製造工程の溶解時に１６００℃程度の高温にする必
要にあること、２相合金のため相間で割れが発生するこ
と等の諸問題を解決することに重点を置いて研究を進め
てきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、合金鋳造温
度を低減させると共に、２相分離を起さない合金を作る
ことを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の事項を
その特徴としている。 重量比で、Ｆｅ０．５〜５％、Ｓｎ２〜１５％、Ｐ
０．０１〜２％、Ａｌ４〜１２％、Ｎｉ５〜２０％、残
部Ｃｕからなるガラス成形金型用材料、 さらに、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒのうち１種を、重量比
で、０．０５〜１％含む前記のガラス成形用金型材
料、 さらに、Ｐｂ、Ｓ、Ｃａのうち１種を、重量比で、
０．１〜５％を含む前記およびのガラス成形用金型
材料。

【０００６】以下に、本発明を詳細に説明する。まず、
本発明合金の各元素の機能および組成範囲を限定する理
由について述べる。Ｆｅは、少量添加の場合、Ｃｕ中に
微細に析出し硬度を向上させ、金型寿命を伸ばす効果が
ある。この効果は、Ｆｅ１％以上含有するときに生ず
る。一方、５％を超えるとＦｅがＣｕに固溶しきれずに
Ｆｅ相ができ、その結果Ｃｕ相とＦｅ相の２相組織にな
る。これにより、操業中にＦｅ相とＣｕ相の界面から剥
離が起こることもある。

【０００７】Ａｌは、本発明合金の最重要元素であり、
高温で処理すると酸化物（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）となり、表面を
緻密に被覆する。これにより、溶融ガラスが直接金属と
触れる事を防止し、界面反応を抑制し、焼きつきを防止
する。これが、無塗油操業を可能にするものと考えられ
る。Ａｌ濃度が４％以下では離型性があまり改善され
ず、これ以上含むことが望ましい。しかし、１２％を超
えると、鋳造時の湯流れが悪くなり、添加元素であるＮ
ｉと金属間化合物を作って脆くなるので１２％以下が望
ましい。

【０００８】Ｓｎは、Ｃｕ系材料の基本元素であり、青
銅として知られている。Ｓｎが２％以下だと強度不足と
なり、一方、１５％以上含有するとβ相が析出して材料
が脆くなる。Ｐは、微細析出して強度向上に寄与する。
０．０２％以下ではその効果が乏しく、２％以上では材
料が非常に脆くなる。

【０００９】Ｎｉは、硬度を上昇させ、これにより金型
が長寿命化する。５％以下ではその効果がなく、一方、
２０％以上だとコスト的に不利であり、またＡｌと金属
間化合物を作り非常に脆くなる。

【００１０】上記の合金からなる金型を実際に使用し
てみると、金型は４００℃程度に温度が上昇するため、
上記合金ではやや強度が不足し、摺動部分では摩耗が激
しくなる。そこでさらに、実験を重ねた結果、上記の
成分からなる合金が有効である事が判明した。すなわ
ち、上記の合金にさらに、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒのうち１
種を重量比で０．０５％〜１％添加した合金を使用する
と高温での強度が一層改善されたのである。

【００１１】Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒは、Ｃｕに対して殆ど固
溶しないので、微量添加で析出強化作用がある。０．０
５％以下では効果がない一方、１％を超えると固溶しな
い量だけ粒界に析出し、材料を非常に脆くする。上記
の合金は、４００℃での引張強度が４０ｋｇ程度である
が、上記の合金では、７０ｋｇまで向上した。

【００１２】上記の合金に添加されるＰｂ、Ｓ、Ｃａ
は、いずれも粒界に微細析出して切削性を向上させる元
素である。いづれも０．１％以下だと少量なのでＣｕ相
内に固溶してしまいこの効果がなく、また５％以上だと
粒界に多量に析出して材料を非常に脆くする。

【００１３】本発明合金からなる金型は、ガラスの製造
において離型剤を不要にする事をねらいとしたが、この
効果は樹脂の成形にも応用できる。すなわち、樹脂には
通常、離型剤があらかじめ混入させており、これが樹脂
成分設計の足かせになっている。しかし、本発明合金の
金型を使用すれば、樹脂成分設計の余裕度が広がること
となる。

【００１４】以下に、本発明を実施例によりさらに詳細
に説明する。実施例１ 重量比で、Ｆｅ３％、Ｓｎ３％、Ｐ０．２％、Ａｌ７
％、Ｎｉ１２％、残部Ｃｕからなる本発明合金製金型を
作成した。金型の寸法は、内径５０ｍｍ、高さ１２０ｍ
ｍとし、溶融ガラスを充填してガラスビンを成形した。
比較材として鋳鉄ＦＣ２０で同型の金型を作成し、同様
の条件で操業を行った。通常は内面に離型剤を塗布する
が、比較のため両者とも無塗布にて行った。評価は、ビ
ン表面に生ずるしわ及びクラックの発生頻度で比較し
た。その結果を、表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１に示す結果から、本発明合金からなる
金型を用いた操業の場合、しわやクラックの発生が皆無
であり、離型剤が不要であることが分かる。

【００１８】実施例２ 本発明合金からなる金型を実操業に使用し、その寿命を
試験した。金型材料の化学組成は、表２で示す通りであ
る。比較のため、先に出願した特開平６−１００７９号
公報に記載の合金製金型を使用した。実施例１と同様の
寸法の金型でガラス成形を行い、１０万回使用後の組織
を比較した。

【００１９】組織状態の評価は、使用前と同じであれば
健全組織とし、Ｃｕ相とＦｅ相の界面に微小な剥離があ
った場合は界面剥離ありとした。その結果を、表２に示
す。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２に示す結果から分かるように、本発明
合金の金型を使用した場合、従来の無離型性合金より組
織が安定している。また、従来の無離型性材料の鋳造温
度よりかなり低い温度で製造が可能になった。

【００２２】実施例３ Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ添加の効果を調べるため、Ｆｅ−Ｓｎ
−Ｐ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｕ合金製金型と、これにＣｒ、Ｔ
ｉ、Ｚｒを添加した合金からなる金型を用いて、金型エ
ッジ部が損耗するまでのガラス成形回数を測定してそれ
ぞれの耐久性を比較した。表３に示す化学組成からなる
金型を用い、実施例１と同様の寸法のガラス成形を行っ
た。その結果を、表３に併せて示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】実施例４ 本発明合金製金型を用いてガラス成形を無塗油で行い、
ガラスびん表面の性状を調査した。これには、重量比
で、Ｆｅ３％、Ｓｎ６％、Ｐ０．３％、Ａｌ１０％、Ｎ
ｉ１２％、残部Ｃｕからなる本発明合金製金型を用い
た。金型寸法は、実施例１と同様とした。比較例として
ＦＣ３０製金型を使用した。表面性状評価は、表面粗度
と荒れ発生頻度で行った。その結果を、表４に示す。

【００２５】

【表４】

【００２６】表４に示す結果から、本発明合金による金
型を用いてガラス成形とした場合、製品であるガラスび
んの表面性状は著しく向上したことが分る。

【００２７】

【発明の効果】本発明合金の金型を用いることにより、
無離型剤操業が可能になり、また従来合金を用いた場合
に比較して、鋳造温度の低減、金型組織の安定化、ビン
表面性状の改善が可能になった。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量比で、Ｆｅ０．５〜５％、Ｓｎ２〜１
   ５％、Ｐ０．０１〜２％、Ａｌ４〜１２％、Ｎｉ５〜２
   ０％、残部Ｃｕおよび不可避的不純物からなることを特
   徴とする、ガラス成形金型用材料。
2. 【請求項２】さらに、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒのうち１種を、
   重量比で、０．０５〜１％含む請求項１に記載のガラス
   成形用金型材料。
3. 【請求項３】さらに、Ｐｂ、Ｓ、Ｃａのうち１種を、重
   量比で、０．１〜５％を含む請求項１及び請求項２に記
   載のガラス成形用金型材料。