JPS6360126A - ガラス射出成形用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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割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らのである。

［従来の技術］ ガラスは一般に、ａ′！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
スチッ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、新しい機能を持っ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った。

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、グラスチッ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、セラミッ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ック材料に特定の
熱可塑性樹脂ならびに可塑剤、潤滑剤を配合したセラミ
ック）１出成形用組成物が捉案されている。

しかしながら、セラミックの焼結温度が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１ 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ｂ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。

Ｅ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ックを混合したもの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
、エブレン酢酸ビニル共巾合体、ポリブチルメタクリレ
ートの１種もしくは２種以、Ｌ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
った結果、一般にプラスチッ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、成形性から熱
可塑性樹脂の使用が不可欠、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
至った。

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１〜２０μ
ｍ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、加熱混線を行ない冷却後、これを粉砕しベレッ
ト状もしくは粉末状の成形用材料とす９゜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ッ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コール
のもとに加熱され、成形のために加えた樹脂成分の分解
除去を行なった優、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、セラミックに比
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、析出結晶の種類や吊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８
！脂の種類は１．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ｉＪ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、ポリブチルメタクリルレートが成
形粘度、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。

次に実験結束の一部を説明する。以下％とあるのは、す
べて重量％を意味する。Ｍｇ０４．６％、Ｃａ　Ｑ　　
４４．９％、３ｉＱ２　３４．２％、Ｐ２Ｏ５１６，３
％、Ｃａｔ’−？　ｏ、ｓ％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。樹脂の種類によっては、ガラス粉
末の焼結性が悪くなったり、析出する結晶の種類や示が
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。

第　　１　　表 本総合評価　　　　　　Ｏ：適　　Ｘ：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０印の樹脂について、ガラスｒ〕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
リブチルメタクリルレートが最も良い結果が得られた。

これらの熱ｉｉＪ塑性樹脂の配合量は、ガラス粉末１０
０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
向上できるしのであればよく、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。’ｒ
ｊＪ塑剤の配合６１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、たとえばパラフィンワッ
クスのばかステアリン酸又はそ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Ｇは
、ガラス粉末の粒度によって左右され、ガラス粉末１０
０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、ｊｔ′ｊＭ
％で、 ＣａＯ１２〜５６％　　１１０２０〜１０％Ｒ２０５１
〜２７％　　Ｚｒ０２０〜１０％３１０２　　２２〜５
０％　　５ｒＯＯ〜１０％ＭａＯＯ−η％　　Ｎｔ）ｙ
ｏｓ　　Ｏへ・１０％Ａｌ２２０３０〜２５％　　Ｔａ
２０６　０〜１０％に２００〜１０％　　Ｒ２０ｔ　　
　Ｏ〜１０％Ｌｔ２０　　０〜１０％　　Ｆ２　　　０
〜５％Ｎ８２００〜１０％　　Ｙ２０３　　０〜５％の
範囲で上記成分を含有し、ｃａｏ、Ｒ２０５、Ｓ　ｉ　
０２　、　ＭＱＯオにヒＡ　Ｉ！？０１１　ノ含ｆｉ　
ｔｉｌｔ　ノ合計が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少限に留めるこ
とができるとともに、最高焼成温度においてほぼ全体が
結晶化しくｑることがら、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ックとしては、ア
ルミナ、安定化ジルコニア、炭化珪素ウィスカーから選
ばれる１種もしくは２種以上が好ましく、ガラス粉末１
００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１ 実施例１ Ｍｑｏ　　４．６％、Ｃａ　Ｏ４０，０％、Ａ１１２０
３４．９％、Ｓ！Ｏ？　３４．２％、Ｆ２０Ｓ　　１６
．３％、ＣａＦ２０．５％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、エチレ
ン酢酸ビニル共重合体２．８６　ｆｆｌｆｆｉ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ィ
ンワックス（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４００〜１１００ｋＯ／　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〜ｂ昇温し、４００℃
で２時間放置することにより、内在する樹脂分を完全に
加熱分解させた。これを−旦室温まで冷却した後、再び
室温から９００℃まで２００℃／ｈｒで昇温しでガラス
粉末の焼結を行なった後、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、−Ｕ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ｆ
Ｊｌすることなく焼成を行なっ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 Ｍ［ｌＪＯ１５，１％、ＡｆｚＯｘ　　３．５％、Ｃａ
Ｏ２６、１％、Ｓ　ｉ　０２　２９．８％、Ｆ２０５　
２３．０％、Ｆ２　０．５％、Ｌ！２０２．０％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ω部に対して、安定化ジルコニア粉末を３７重置部を
添加し、ボールミルで混合した混合粉末１００＠１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車υ部
、可塑剤としてフタル酸ジブチル１．６０ｆｆｌ（ｄ部
、潤滑剤としてパラフィンワックス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
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４００〜１ｉ００に！Ｊ／　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った後、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、窒化珪素、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 Ｍ　Ｑ　０　１５．１％、Ａ１１２０３３．５％、Ｃａ
Ｏ２６，１％、Ｓ　ｉ　Ｏ？２９．８％、Ｆ２０５　２
３．０％、Ｆ２　０．５％、Ｌｉ２Ｏ２，０％の組成の
ガラスを３００メツシコ以下に微粉砕したもの　１００
重８１部に対し、ポリ１チレン２重聞部、エチレン酢酸
ビニル共重合体３１帛部、ポリプロピレン２車υ部と可
塑剤としてフタル酸ブチル１重量部、潤滑剤どしてパラ
フィンワックス５弔Ｍ部を混合し、１２０〜１５０℃に
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１゛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
〜１１００ｋ（１／　ｃｍ　２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、−旦室温まで冷却した後、再び８５０℃
までを２００℃／ｈｒでＲｉｌ！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
坩堝窓で溶融した後、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ったので、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で行なったと同一の加熱スケジュール
で結晶化を行なったが、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った結晶化ガ
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Ｘ　１００
０）を第２図に示す。写真から明らかなように従来の成
形品には研削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Ｗ１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ら非常に小さくなる。この比較デー
タを第３図に示ず。即ち、曲げ強度の平均値は研削加工
品が２１４０ｋａ／　ｃ＠２に対し、実施例１の射出成
形品が２８８０ｋｇ／　ＣＨ２と高く、強度のバラツキ
はく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／　ａｘ　２に対し、射出成
形品は１８０ｋｏ　／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ットす
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
ザンブル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、研削加工によっ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　　単位二ＩＭ１ 平均＠　　３９４８．２４ 標ｉｔ偏差３．３７９７ 最　　人　　３９５９ 最　　小　　３９４０　　　　　　　　　　　　　　　
　４　。

範　　囲　　　　１９ 上記の結果から本発明の射出成形により得られる成形品
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］ 本発明のガラス射出成形用組成物は従来の成形法では成
形できなかっ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％Ｊ　Ｒ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１！Ｊ
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６７２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。 出　願　人　ホーヤ株式会社 代　　理　　人　　　Ｏ１′ｌ　　　愈　　正　　幸第
１図 ムム〔肯〕 手続補正書（自発） 昭和６１年１０月１４日

Claims (1)

1. 【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ックを混合
   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、ポリブチルメ
   タクリルレートの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、ＣａＯ１２
   〜５６％ＴｉＯ＿２０〜１０％ Ｐ＿２Ｏ＿５１〜２７％ＺｒＯ＿２０〜１０％ＳｉＯ＿
   ２２２〜５０％ＳｒＯ０〜１０％ ＭｇＯ０〜３４％Ｎｂ＿２Ｏ＿５０〜１０％Ａｌ＿２Ｏ
   ＿３０〜２５％Ｔａ＿２Ｏ＿５０〜１０％Ｋ＿２Ｏ０〜
   １０％Ｂ＿２Ｏ＿３０〜１０％Ｌｉ＿２Ｏ０〜１０％Ｆ
   ＿２０〜５％ Ｎａ＿２Ｏ０〜１０％Ｙ＿２Ｏ＿３０〜５％の範囲で上
   記成分を含有し、ＣａＯ、Ｐ＿２Ｏ＿５、ＳｉＯ＿２、
   ＭｇＯおよびＡｌ＿２Ｏ＿３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ックが、アルミ
   ナ、ジルコニア、炭化珪素ウィ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。