JPS5913561B2 - ガラス成形用金型の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ガラス成形に使用するのに適した微細結晶
粒組成を有し、かつ溶融ガラスに対してすぐれた耐食性
を示す金型の製造法に関するものである。

従来、ガラス成形用金型は、鋳鉄、熱間工具鋼、ステン
レス鋼、あるいは耐熱鋼などの材料を溶解した後、所定
の形状に鋳造し（以下溶解法という）さらに必要に応じ
て鍛造を施す（以下溶解鍛造法という）ことによって製
造されている。

一般に、これらの溶解法あるいは溶解鍛造法によって製
造された金型によりガラス製品を成形した場合、そのガ
ラス製品の表面に、時々プリント模様が現われることが
あるが、このプリント模様の出現は、溶融ガラスによっ
て前記金型表面における結晶粒界が腐食され、結晶粒組
織がガラス製品の表面に転写されることに帰因するもの
であり、したがって金型のガラス成形表面における結晶
粒が粗大なほどプリント模様が目立ちやすくなる。

通常、ガラス製品の表面にプリント模様が出現した時点
を金型の寿命とし、この金型の表面には再研磨が施され
て再使用される。

そこで、上記溶解法においては、金型のガラス成形表面
の結晶粒を微細化するために、鋳型に冷し金を使用して
前記金型の成形表面にチル層を形成することが行なわれ
、一方同様の理由で鍛造が施されるものである。

しかしながら、このように金型の成形表面にチル層を形
成するに際しても、前記チル層の厚さには限定があるた
め、最終形状の金型に仕上げるに際して適用される切削
、研削、あるいは研磨加工や、所定期間使用後に適用さ
れる補修研削あるいは補修研磨加工などによって前記チ
ル層が消失してしまい、この結果金型内部の粗大な結晶
粒が金型表面に露出するようになって、ガラス製品表面
にプリント模様が現われるのを避けることができない。

また鍛造を施して結晶粒の微細化をはかる上記溶解鍛造
法においても、特に金型が大型の場合には、鍛造圧力が
金型内部まで均一に及ばないために結晶粒の大きさにム
ラが生じたり、材質によっては鍛造割れが生じ、さらに
型鍛造の場合には別途鍛造型を必要とするためコスト高
となるなどの問題点がある。

一方、例えばＮｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｂなどの合金元素を金
型構成材料に含有させて結晶粒を微細化する試みもなさ
れ、確かにこの試みによっていくぶん結晶粒が微細化す
るようになるものの、結晶粒には介在物が存在するよう
になり、この介在物はガラス成形時に剥離してガラス製
品の表面に付着し、これを汚染する原因になっている。

さらに、上記溶解法あるいは溶解鍛造法によって製造さ
れた金型素材には、相当量の加工代が付されているため
、最終形状金型に仕上げるには多くの加工時間を必要と
し、さらに金型素材の内部には、例えば巣や不純物など
の鋳造欠陥が存在し、この鋳造欠陥が切削加工や研磨加
工などに際して金型表面に現われる場合があり、この場
合には前記金型は不良品となって使用に供し得なくなる
ことから必ずしも高歩留りを期待することができない。

また一方、金型表面の繰り返し再研磨加工によってガラ
ス製品に所定の寸法精度が得られなくなった場合や、同
様に再研摩中に金型表面に巣や不純物などの鋳造欠陥が
現われた場合、さらには金型素材からの仕上加工に際し
て、その表面に前記の鋳造欠陥が現われた場合には廃棄
するこ吉になり、このような使用済み金型や不良金型の
廃棄は、今日のような資源の節約および省エネルギーの
時代においては望ましいものではない。

そこで、上記使用済み金型や不良金型の再生利用のため
に蒸着法や溶射法などの表面被覆法を適用することが考
えられるが、通常の物理蒸着法や化学蒸着法では金型表
面に薄い被覆層しか形成することができないので実用的
でなく、また溶射法では被覆層がポーラスとなるために
ガラス製品の成形には適さないものである。

この発明は、上述のような観点から、ガラス製品の表面
にプリント模様を発生させない微細結晶粒組織をもち、
再生利用が可能なガラス成形用金型を、歩留り良く、コ
スト安く、しかも生産性高く製造する方法を提供するも
ので、 （ａ） 後工程の粉末冶金法にもとづく熱間静水圧プ
レスによる成形焼結や、熱間圧縮などにおける寸法変化
（収縮）を考慮に入れて、最終金型の外面形状と近似の
内面形状をもった金属板製キャップを、深絞り加工、バ
ルジ加工、あるいは板金加工などの加工手段により成形
し、 （ｂ） 耐熱鋼、ステンレス鋼、あるいは合金鋼など
の材料で製造した支持金型を別に用意し、（ｃ） 上
記支持金型に、上記キャップを、キャップ内面との間に
所定空間が形成されるように、溶接などの接合手段によ
り装着し、 （ｄ） ついで、製造せんとする金型の少なくとも溶
融ガラスと接触する部分が、ガラス成形に適した成分組
成の材料で構成されるように、上記支持金型とキャップ
によって形成された空間に、アトマイズ法などによって
製造された急冷微細組織の原料粉末を充填し、排気して
真空対じを行ない、この場合前記原料粉末は８０メツシ
ユ以下の粒度をもち、しかも３２５メツシユ以下の粒度
のものが２０〜４０重量係を占める粒度分布をもつこと
が望ましく、 （ｅ） 引続いて、上記原料粉末に、粉末冶金法にも
とづく熱間静水圧プレスや、熱間圧縮を施すことによっ
て、前記原料粉末の成形焼結と上記支持金型への接合を
はかる、 以上（ａ）ｍｅ）からなる基本工程によって、少なくと
も溶融ガラスとの接触面部分が、微細な結晶粒組織およ
び最終金型形状にきわめて近似の形状をもったガラス成
形用金型を歩留りよく、低コストで生産性高く製造し、
しかも金型表面の再研磨などの繰り返しによってガラス
製品に所定の寸法精度を得ることができなくなった場合
には、前記金型における成形焼結された溶融ガラスとの
接触面部分を除去し、支持金型を回収して再使用し、再
度上記（ａ）ｍｅ）の基本工程によって金型を製造する
ことに特徴を有するものである。

ついで、この発明の方法を実施例により、第１図に縦断
面図で、第２図に斜視図で示されるテレビブラウン管パ
ネル成形用金型（プランジャー）１の製造を例にとり図
面を参照しながら説明する。

なお、前記プランジャー１における曲面部分１ａに溶融
ガラスが接触してブラウン管パネルが成形されるもので
あるから、少なくとも前記プランジャー１の曲面部分１
ａ（溶融ガラスとの接触面部分）は、結晶粒が微細で、
溶融ガラスに対する耐食性が良好な材料、望ましくはフ
ェライト系あるいはオーステナイト系のステンレス合金
材料、またはＮｉ系耐熱耐食性合金材料で構成し、さら
に金型表面には同様な目的で硬質クロムメッキを施して
やるのが望ましい。

実施例 １ まず、第３図に概略縦断面図で示される形状をもったフ
ェライト系ステンレス鋼製支持金型２ど同じく第４図に
概略縦断面図で示される形状をもち、板厚Ｑ、５ ｍｔ
ｔｔの軟鋼板より深絞り加工により成形されたキャップ
３とを用意した。

なお、キャップ３の内面部分３ａはプランジャー１の表
面形状（曲面部分１ａの形状）に近似の形状をもつ。

ついで、上記支持金型２に、第５図に概略縦断面図で示
されるように、上記キャップ３を、キャップ内面３ａと
の間に所定空間Ｓが形成されるように嵌着し、それぞれ
のフランジ部２ａ 、３ｂに全周に亘って溶接を施して
これら両部材を接合すると共に、前記キャップ３には原
料粉末充填用細管４を立設した。

引続いて、第６図に概略縦断面図で示されるように、上
記空間Ｓに上記細管４を通して、原料粉末として、８０
メツシユ以下の平均粒径をもち、Ｃ：０．０６％、Ｃｒ
：１３．６％ｙ Ｃｏ ： ３．２％２ＭＯ：３．４％
、Ｗ：３．５％、Ｔｉ：２．４係、Ａｌ：３．６％。

Ｎｉおよび不可避不純物：残り（以上重量％）からなる
成分組成をもった合金粉末５を、充填密度６５％以上を
もつように充填した後、前記充填用細管４を通して真空
排気しなから炉温５００°Ｃの炉内に挿入し、前記合金
粉末充填部の真空度が１０ ’ ｔｏｒｒのオーダー
になるまで排気を続行して前記合金粉末に付着している
ガスをも排気し、排気完了後前記細管４を真空対じした
。

ついで、このように合金粉末を充填して真空対じを行な
った支持金型２を熱間静水圧プレス（図示せず）内に挿
入して温度１２００℃に加熱し、１０００気圧のガス圧
を付与した状態で１時間保持することによって前記合金
粉末を成形焼結すると共に、支持金型２に接合せしめた
。

前記成形焼結後、減圧して冷却し、ついで外皮の軟鋼板
製キャップを除去することによって、第７図に概略縦断
面図で示される支持金型２と成形焼結部１ｂとからなる
プランジャー１を得た。

この結果得られたプランジャー１に、わずかな仕上げ加
工を施すだけで、第１図および第２図に示される最終形
状をもったプランジャーを得ることができた。

上記プランジャー１における成形焼結部１ｂは、平均結
晶粒径５ＱＩｔｍをもち、この結晶粒径は同成分組成の
ものを従来溶解法によって製造した場合の１／４０〜１
／１００に相当する微細なものであった。

ついで、上記のこの発明の方法によって製造されたプラ
ンジャー１に対して、テレビブラウン管パネル成形のシ
ュミレーションテストヲ行なったところ、従来溶解法に
より製造され、表面にクロムメッキが施されたクロム鋳
鋼製プランジャーに比して４〜６倍の寿命を示し、さら
に同じ〈従来溶解法によって製造された、上記合金粉末
と同じ成分組成をもつ合金製プランジャーに比しても３
〜５倍の寿命を示した。

また、上記プランジャー１における支持金型２と成形焼
結部１ｂとの接合面は９５Ｋｔ／ｒｎ４以上の引張り強
度を示し、ガラス成形には充分な強度であった。

実施例 ２ 支持金型２を１３％Ｃｒステンレス鋼で構成すると共に
、原料粉末を前記支持金型と同一成分組成の１３％Ｃｒ
ステンレス鋼粉末で構成する以外は、実施例１における
と同一の条件でプランジャーを製造した。

この結果得られたプランジャーにおける成形焼結部は８
０Ｐｍの平均結晶粒径をもち、同支持金型と成形焼結部
の接合強度は、引張り強度で９８Ｋｙ／−以上を示した
。

ついで、上記プランジャーにおける成形焼結部の表面に
硬質クロムメッキを施し、実施例１におけると同一の条
件でシュミレーションテストを行なったところ、クロム
メッキされた従来クロム鋳鋼製プランジャーに比して２
〜４倍の著しく長い使用寿命を示した。

なお、上記実施例で適用される支持金型は、使用寿命に
至った、従来溶解法によって製造されたプランジャーよ
り調達してもよいし、所定の寸法精度が得られなくなっ
た、この発明の方法によって製造されたプランジャーに
おける成形焼結部を除去することによって調達してもよ
く、当然新たに溶解法によって製造したものであっても
よいことは勿論である。

上述のように、この発明の方法によれば、ガラス製品表
面にプリント模様を出現させることのない微細な結晶粒
組織をもち、ガラス製品表面の汚染の原因となっている
介在物の存在がきわめて少なく、さらにブラウン管パネ
ルやレンズなどの複雑な曲面をもったガラス製品の成形
に適し、溶融ガラスより発生するガスなどにもすぐれた
耐食性を示す高寿命の金型を、高い寸法精度で歩留りよ
く、しかも低コストで生産性高く製造することができる
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はテレビブラウン管パネル成形用金型（プランジ
ャー）の概略縦断面図、第２図は同斜視図、第３図は支
持金型の概略縦断面図、第４図はキャップの概略縦断面
図、第５図は支持金型へのキャップの装着態様を示す概
略縦断面図、第６図は支持金型とキャップによって形成
された空間への原料粉末の充填態様を示す概略縦断面図
、第７図はこの発明の方法によって製造された金型（プ
ランジャー）の概略縦断面図である。 図面において、１・・・・・・テレビブラウン管パネル
成形用金型（プランジャー）、１ａ・・・・・・曲面部
分、１ｂ・・・・・・成形焼結部、２・・・・・・支持
金型、２ａ・・・・・・フランジ部、３・・・・・・キ
ャップ、３ａ・・・・・・内面部分、４・・・・・・細
管、５・・・・・・原料粉末、Ｓ・・・・・・空間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最終金型の外面形状と近似の内面形状を有する金属
   板製キャップを、前記キャップの内面との間に所定空間
   が形成されるように支持金型に装着し、 上記空間に所定組成の原料粉末を充填した後、排気して
   真空封じを行ない、 ついで上記原料粉末に成形焼結を施すと共に、これを上
   記支持金型に接合させることを特徴とするがガラス成形
   用金型の製造法。 ２ 上記原料粉末をフェライト系あるいはオーステナイ
   ト系のステンレス合金粉末、またはＮｉ系耐熱耐食性合
   金粉末で構成することを特徴とする特許 型の製造法。 ３ 上記ガラス成形用金型の表面に、硬質クロムメッキ
   を施すことを特徴とする上記特許請求の範囲第１項また
   は同第２項記載のガラス成形用金型の製造法。