JPH05254858A

JPH05254858A - 成形方法

Info

Publication number: JPH05254858A
Application number: JP5048692A
Authority: JP
Inventors: Takuya Sasaki; 卓也佐々木
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-03-09
Filing date: 1992-03-09
Publication date: 1993-10-05

Abstract

(57)【要約】【目的】成形装置を損傷することがなく、しかも、成形
品の品質を向上させる。【構成】成形材料で形成された自己消耗型プランジャが
加熱シリンダ１２内に挿入され、該自己消耗型プランジ
ャを加圧し前進させることによって、自己消耗型プラン
ジャ自体を溶融させ、溶融状態の成形材料を射出ノズル
１３から射出して、成形型１７内に充填する。したがっ
て、成形型１７内に充填されるまでに成形材料が固化す
ることがない。また、前記加熱シリンダ１２内の設定箇
所に冷却ガスを供給し、前記加熱シリンダ１２の内壁の
溝２１を介して送って自己消耗型プランジャを冷却し、
他の設定箇所から排出させる。ガラスが変形する部分を
小さくすることができ、加熱シリンダ１２の内壁にかじ
りが発生するのを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融状態のガラスからガラス製光
学素子、例えばガラスレンズを成形する場合、加熱さ
れ、軟化した状態のガラス塊をプレスし、予備成形体
（ガラスプランク）を作り、これを研削し、研磨して所
望の最終形状とする成形方法が提供されている。

【０００３】ところが、前記成形方法においては、予備
成形体の外表面の品質がしばしば低下するため、あらか
じめ削り代を考慮して予備成形体を大きめに作る必要が
ある。また、研削や研磨の工程が複雑であり、手間がか
かるためコストが高くなってしまう。これに対して、最
終的な研削や研磨の工程を省略することができる成形方
法が提供されている。

【０００４】例えば、リヒートプレス法においては、あ
らかじめ溶融させ、固化させたガラスを必要量だけ切断
し、研削などを施して所定の形状のガラス予備成形品
（プリフォーム）を成形し、該ガラス予備成形品を高精
度の成形面形状を有する成形型内に入れて高温で加熱し
ながら加圧するようにしている。ところが、最終製品と
しての成形品に要求されるガラスレンズの面精度及び寸
法精度を達成するためには、ガラス予備成形品の重量を
十分に調整するとともに、研削などの工程において十分
な仕上げを行う必要があり、前記ガラス予備成形品を成
形する作業が煩わしく、コストが高くなってしまう。

【０００５】また、ダイレクトプレス法においては、流
出オリフィスから流出され、又は押し出された溶融状態
のガラスによってガラス流を形成し、該ガラス流を必要
量だけ切断刃によって切断し、成形型内に直接落下させ
るか、シュートを介して投入するようになっている。前
記成形型は左右に一対設けられ、溶融状態のガラスは両
側から直接挟み込まれ、加圧される（特開平１−２０３
２３４号公報参照）。

【０００６】前記ダイレクトプレス法においては、前記
ガラス流を切断する場合に通常一対の切断刃が用いられ
る。したがって、ガラスの粘度（１０³〜１０⁵ポア
ズ）が適正でないと成形品の品質が低下してしまう。す
なわち、粘度が高い場合には、切断されたガラス流の先
端や後端に不均一な切断跡（シャーマーク）が発生し、
成形品に欠陥として残留してしまい、逆に粘度が低い場
合には、容易に切断することができなくなってしまう。

【０００７】また、最近の光学用のガラスレンズに用い
られるガラスは、失透現象（不透明化）が容易に発生し
てしまう組成のものが多いため、供給するガラスの粘度
を低くする必要がある。ところが、低粘度のガラスを直
接成形型内に投入すると、折れ込みなどの欠陥が発生し
たり、不均質になったりする。そして、左右に設けられ
た一対の成形型で直接挟み込むようになっているため、
切断した欠陥部分を避けて加圧することができるが、品
質を安定させて成形するためにはガラスの粘度を厳密に
制御する必要があり、ガラスの供給が極めて困難になる
だけでなく、ガラスを加圧するための機構が必要とな
る。

【０００８】さらに、ガラスは成形型内に多めに投入さ
れるため、成形型から余分なガラスがはみ出される。し
たがって、はみ出したガラスを除去するための機構も必
要となり、成形型構造が非常に複雑なものとなる。そこ
で、成形型を移動させることによってガラスを加圧する
のではなく、成形型のキャビティ内に溶融したガラス
（以下、「溶融ガラス」という。）を加圧状態で充填す
るようにした方法が提供されている（特開昭４９−８１
４１９号公報、特開平１−２４９６３０号公報参照）。

【０００９】この場合、成形型に設けたキャビティ内に
溶融ガラスを加圧状態で充填し、ガラスが固化する際の
収縮に伴うひけを補うため、ガラスが固化するまで加圧
が続けられるようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の成形方法においては、プランジャなどによって溶融
ガラスを加圧するようにしているため、成形型内に溶融
ガラスを充填する際に、細径の湯道で早く固化してしま
う。したがって、プランジャによる加圧力が十分に伝達
されず、十分な面精度及び寸法精度を確保することがで
きず、品質が低下してしまう。

【００１１】また、プランジャを溶融ガラスと接触させ
た状態で加熱シリンダ内を摺動させる構造になっている
ため、プランジャやシリンダが浸食されたり、摩耗した
り、かじりが発生したりして溶融ガラスを長期間安定し
て供給するのが困難である。本発明は、前記従来の成形
方法の問題点を解決して、機構や工程を複雑にすること
なく、モールド成形法によって連続的に成形することが
でき、成形装置を損傷することがなく、しかも、成形品
の品質を向上させることができる成形方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の成
形方法においては、成形材料で形成された自己消耗型プ
ランジャを加熱シリンダ内に挿入し、前記自己消耗型プ
ランジャを、その先端側ほど温度が高くなるように温度
勾配を設けて加熱し、該自己消耗型プランジャの先端側
を溶融状態とし、前記加熱シリンダ入口側を固体状態と
する。

【００１３】そして、前記自己消耗型プランジャを加圧
し前進させることによって溶融状態の成形材料を加熱シ
リンダの先端に配設された射出ノズルから射出させ、成
形型内に充填する。自己消耗型プランジャに大きな温度
勾配を設けるために、前記加熱シリンダ内の設定箇所に
冷却ガスを供給し、前記加熱シリンダの内壁の溝を介し
て送ることによって自己消耗型プランジャを直接冷却
し、他の設定箇所から前記冷却ガスを排出させるように
する。

【００１４】

【作用】本発明によれば、前記のように成形材料で形成
された自己消耗型プランジャが加熱シリンダ内に挿入さ
れる。前記自己消耗型プランジャは、その先端側ほど温
度が高くなるように温度勾配を設けて加熱し、該自己消
耗型プランジャの先端側を溶融状態とし、前記加熱シリ
ンダ入口側を固体状態とする。

【００１５】そして、前記自己消耗型プランジャを加圧
し前進させることによって、自己消耗型プランジャ自体
が溶融し、溶融状態の成形材料は加熱シリンダの先端に
配設された射出ノズルから射出され、成形型内に充填さ
れる。この場合、前記加熱シリンダ内の設定箇所に冷却
ガスを供給し、前記加熱シリンダの内壁の溝を介して送
ることによって自己消耗型プランジャを直接冷却し、他
の設定箇所から前記冷却ガスを排出させるようになって
いるので、ガラスの変形する部分を小さくすることがで
きる。したがって、加熱シリンダが閉塞することなく、
また加熱シリンダとのかじりが発生することなく自己消
耗型プランジャを加圧し前進させることが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。本実施例においては、成形材料
としてガラスを使用するものについて説明する。図１は
本発明の成形方法の概念図である。図において、１１は
溶融・射出部であり、該溶融・射出部１１は加熱シリン
ダ１２及び加熱シリンダ１２の先端に設けられた射出ノ
ズル１３から成っていて、加熱シリンダ１２内にプラン
ジャ室１０が形成される。前記溶融・射出部１１は図示
しないプランジャ加圧装置部に接続されていて、該プラ
ンジャ加圧装置部は、プランジャ室１０内に自己消耗型
プランジャ、例えばガラスプランジャ１４を挿入する。

【００１７】該ガラスプランジャ１４は自己消耗型のガ
ラスで形成され、それ自体が溶融されて消費されるとと
もに、溶融ガラスを加圧するためのプランジャとして機
能する。前記プランジャ加圧装置部は、油圧や空気圧を
利用するもの、電気式、電磁気式、機械式のいずれの駆
動装置を利用してもよい。一般的に、ガラスは温度変化
に対応して数ポアズから１０¹⁸ポアズ程度の広範囲の粘
度変化を示す。そこで、前記射出ノズル１３の外周にヒ
ータ１５を、加熱シリンダ１２の内部の射出ノズル１３
の近傍にヒータ１６を配設して、加熱シリンダ入口１２
ａから射出ノズル１３の近傍に向けて温度が上昇するよ
うに温度勾配を形成している。

【００１８】したがって、前記ガラスプランジャ１４
は、射出ノズル１３の近傍の先端部の粘度が低く１０⁵
ポアズ以下（好ましくは１０²〜１０⁴ポアズ）となる
ように、加熱シリンダ入口１２ａの近傍の粘度が高く１
０¹³ポアズ以上となるように設定し、前記ガラスプラン
ジャ１４を加熱シリンダ１２内に挿入する。前記加熱シ
リンダ１２内において、前記プランジャ加圧装置部によ
って加圧され前進するガラスプランジャ１４は、ヒータ
１６によって加熱されて溶融し、溶融ガラスは、射出ノ
ズル１３内においてヒータ１５によって更に加熱され、
ガラスプランジャ１４を加圧する力によって射出ノズル
１３から射出され、成形型１７のキャビティ１８内に充
填される。前記射出ノズル１３の近傍は特に冷えやすい
ので、前記ヒータ１５で更に加熱することによって、射
出ノズル１３内の溶融ガラスが固まって射出ノズル１３
を閉塞するのを防止している。

【００１９】また、前記成形型１７は、キャビティ１
８、ランナ、ゲート、スラグ溜め等を備えた２分割可能
なものを使用しているが、３分割可能なものにしてもよ
い。また、前記ヒータ１５をオン・オフすることによっ
て、射出ノズル１３の開閉を行うこともできる。すなわ
ち、ヒータ１５をオンにした場合は、射出ノズル１３内
のガラスは溶融され、その状態で成形型１７のキャビテ
ィ１８内に溶融ガラスを充填し、成形品を保圧すること
が可能であり、保圧が終了した後、前記ヒータ１５をオ
フにすれば、次の工程の成形品の冷却や最終製品の取出
しに移行して射出ノズル１３と成形型１７が分離して
も、射出ノズル１３内の溶融ガラスは温度が低下して固
化し、射出ノズル１３の先端から溶融状態のガラスが自
然に流出するのを防止することができる。

【００２０】そして、充填される溶融ガラスの溶融状態
を良好にするために、前記成形型１７内には必要に応じ
て図示しないヒータを埋設し、また成形型温調媒体孔を
配設して媒体を流し、成形型１７の温度を調節すること
ができる。また、前記成形型１７のキャビティ１８内に
溶融ガラスを充填した後にガラスプランジャ１４を加圧
し続けることによって成形品に保圧をかけて、冷却時に
ひけが発生するのを防止することができる。

【００２１】なお、ガラスの粘度を射出ノズル１３の近
傍において１０⁵ポアズ以下とし、加熱シリンダ入口１
２ａの近傍において１０¹³ポアズ以上としているが、１
０⁴ポアズがガラスの作業点であること、１０¹³ポアズ
が徐冷点であることによって設定される。前述したよう
な機能が満たされれば、必ずしも前記値に限定されな
い。

【００２２】加熱シリンダ１２及び射出ノズル１３には
ヒータ１５，１６が配設され、該ヒータ１５，１６によ
ってガラスプランジャ１４を加熱し溶融しているが、ヒ
ータ１５，１６による電気的加熱に限定されるものでは
なく、高周波加熱、マイクロ波加熱、プラズマ加熱等の
加熱方法を利用することができる。次に、本発明の成形
方法における工程について説明する。

【００２３】まず、成形しようとする成形材料のガラス
で形成されたガラスプランジャ１４を加熱シリンダ１２
に組み込み、前記ヒータ１５，１６を駆動して温度勾配
を形成する。そして、射出ノズル１３の近傍のガラスの
粘度を１０⁵ポアズ以下の成形可能な値とし、加熱シリ
ンダ入口１２ａの近傍のガラスの粘度を１０¹³ポアズ以
上のひずみが発生しない値としておく。

【００２４】次に、成形品を得るための成形型１７に射
出ノズル１３の先端を当接した状態で、ガラスプランジ
ャ１４を適当な駆動力によって前進させて加圧する。前
記加熱シリンダ１２内の溶融状態のガラスは加圧され、
キャビティ１８内に充填される。冷却時にひけが発生す
るのを防止するため、ガラスプランジャ１４は適当な時
間だけ加圧状態が継続させられ、充填された溶融ガラス
が加圧されて保圧が行われる。

【００２５】該保圧が完了した後、成形品は成形型１７
内で冷却され、次に型開きが行われて最終製品が取り出
される。必要であれば、徐冷を行うことができる。ま
た、成形型１７に成形品が入った状態で長時間の徐冷を
行う必要がある場合は、複数個の成形型１７を用意して
おき、順次成形型１７を使用すればよい。

【００２６】前記冷却（又は徐冷）を行った後は、当接
されていた射出ノズル１３が成形型１７から分離される
が、その時射出ノズル１３の先端をシールしておく必要
がある。そこで、射出ノズル１３に配設されたヒータ１
５をオフにして射出ノズル１３内の溶融ガラスを固まら
せ、射出ノズル１３の先端からの流出を防止する。とこ
ろで、前記ガラスプランジャ１４は、前述したように先
端部が溶融されるとともに、加熱シリンダ入口１２ａ側
の根元部分は、溶融ガラスに圧力を加えるために固体状
態に維持しなければならない。したがって、軸方向に大
きな温度勾配を設けることが必要である。

【００２７】この状態で前記ガラスプランジャ１４を加
圧する場合、適正な条件でプランジャ加圧装置部を作動
させないと、溶融ガラスを適正な圧力でキャビティ１８
内に充填することができない。すなわち、ガラスプラン
ジャ１４の中間部分を構成する半流動体域又は粘弾性体
域のガラスが適正な温度より高くなると、ガラスプラン
ジャ１４が変形しやすい状態になり、射出するに当たり
ガラスプランジャ１４を加圧すると、前記中間部分が径
方向に変形して広がってしまい、加熱シリンダ１２を閉
塞したり、加熱シリンダ１２の内壁にかじりを発生させ
てしまう。そして、ガラスプランジャ１４を前進させる
ことができず、溶融ガラスを適正な圧力でキャビティ１
８内に充填することができない。

【００２８】そこで、前記加熱シリンダ１２の内壁に、
加熱シリンダ入口１２ａから中間部分までの領域に前記
プランジャ室１０に開口する溝２１を形成し、該溝２１
に冷却ガスを流すことによって前記領域の加熱シリンダ
１２とガラスプランジャ１４を強制的に冷却し、加熱シ
リンダ１２の軸方向に大きな温度勾配を形成するように
している。

【００２９】そのため、前記加熱シリンダ１２を貫通し
て前記溝２１に連通する冷却ガス入口２５及び冷却ガス
出口２６が設けられる。該冷却ガス入口２５は、加熱シ
リンダ入口１２ａの部分に対応する位置に開口するよう
に、冷却ガス出口２６は加熱シリンダ１２の中間部分に
対応する位置に開口するように形成される。そして、冷
却ガス入口２５に冷却ガスを供給し、該冷却ガス入口２
５から前記溝２１を介して冷却ガス出口２６に送り、該
冷却ガス出口２６から前記冷却ガスを外部に排出するよ
うにしている。その間、冷却ガスはガラスプランジャ１
４を冷却し、中間部分の変形を抑制する。

【００３０】なお、前記冷却ガス入口２５は、加熱シリ
ンダ入口１２ａの部分に対応する位置に設けられるが、
ガラスプランジャ１４の温度が低く、ガラスの粘度が１
０¹³ポアズ以上になる位置であれば、加熱シリンダ１２
の中間部分に近い位置に設け、必要な箇所を冷却するよ
うにしてもよい。前記射出ノズル１３の近傍にはヒータ
１６が配設されているので、該ヒータ１６と前記冷却ガ
ス出口２６間に断熱層２８を設け、ヒータ１６の熱が加
熱シリンダ１２の根元方向へ伝達されないようにする。
なお、冷却ガスは断熱層２８の極近傍から排出させるよ
うにするのが好ましいが、それに限定されるものではな
く、根元部分の近傍から変形部分の近傍まで流れるよう
になっていればよい。

【００３１】また、冷却ガスを逆の方向に流してもよ
い。さらに、冷却ガス入口２５及び冷却ガス出口２６は
必要に応じて複数個設けてもよい。前記冷却ガスは、安
全性や価格などの点から空気や、窒素、アルゴン、ヘリ
ウムなどの不活性ガスやこれらの混合ガスが好ましく、
また、流量などの諸条件は成形条件（特に溶融温度、ガ
ラスの粘性特性等）から決定される。また、加熱シリン
ダ１２内の断熱層２８の近傍に冷却孔２９を配設するよ
うにしてもよく、該冷却孔２９に冷却媒体を供給するこ
とによってガラスプランジャ１４を更に冷却することが
できる。

【００３２】このように、ガラスプランジャ１４の中間
部分のガラスを冷却ガスによって強制的に冷却すると、
加熱シリンダ１２の内壁にかじりが発生するのを抑制す
ることができる。すなわち、図１において、ａはガラス
を冷却しない場合のガラスプランジャ１４の粘度分布
を、ｂはガラスを冷却した場合のガラスプランジャ１４
の粘度分布を示している。また、ｃは容易に変形してし
まい、加熱シリンダ１２の内壁との抵抗が大きく、かじ
りが発生しやすい粘度領域（約１０⁵〜１０⁹ポアズ）
を示す。

【００３３】図に示すように、ガラスを冷却すると加熱
シリンダ１２内のガラスプランジャ１４に大きな温度勾
配が得られ、粘度分布がａからｂに変化するため、ガラ
スプランジャ１４の前記粘度領域ｃに対応する部分を狭
くすることができる。したがって、ガラスプランジャ１
４の中間部分におけるガラスの変形を抑えることができ
る。

【００３４】図２は本発明の成形方法に使用される加熱
シリンダの例を示す断面図、図３は本発明の成形方法に
使用される加熱シリンダの溝の断面図、図４は本発明の
成形方法に使用される加熱シリンダの第２の例を示す断
面図、図５は本発明の成形方法に使用される加熱シリン
ダの第３の例を示す断面図である。図３の（ａ）は溝２
１の第１の例を、（ｂ）は第２の例を、（ｃ）は第３の
例を示している。また、図４及び図５の（ａ）は加熱シ
リンダ１２の縦断面を、（ｂ）は加熱シリンダ１２の横
断面を示している。

【００３５】図２において、１０はプランジャ室、１２
は加熱シリンダ、２５は冷却ガス入口、２６は冷却ガス
出口である。前記加熱シリンダ１２の内壁にスパイラル
状の溝２１が形成され、前記冷却ガス入口２５及び冷却
ガス出口２６に連通するとともに、プランジャ室１０に
開口する。前記溝２１の数に限定はなく、複数の溝２１
を並列に配設してもよい。

【００３６】図３は溝２１の断面の形状を示す。図の
（ａ）〜（ｃ）のように角形状、半月形状、滑らかな湾
曲部を連続させた形状等の各種形状にすることができる
が、特にこれらに限定されることはなく、冷却ガスの流
量を確保することができるものであれば他の断面の形状
のものを使用することができる。図４においては、溝２
１はスプラインの歯のように形成されている。そのた
め、前記溝２１を冷却ガス入口２５及び冷却ガス出口２
６に連通するため、各溝２１の端部にマニホルド３２，
３３が形成される。

【００３７】図５においては、加熱シリンダ１２の内壁
に環状の溝２１が複数個形成されていて、各溝２１はそ
れぞれ冷却ガス入口２５及び冷却ガス出口２６に連通し
ている。この場合、必要に応じて溝２１の数を増減する
ことができ、特に冷却が必要な部分の溝２１の密度を高
くすることができる。なお、本発明は前記実施例に限定
されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形
することが可能であり、それらを本発明の範囲から排除
するものではない。

【００３８】例えば、前記実施例においては、ガラスを
成形する場合について説明しているが、金属やガラスセ
ラミックス、ガラスマトリクス等の複合材料や、ガラス
と金属の複合材料や、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の
高分子材料の成形にも適用することができる。さらに、
自己消耗型プランジャとそれと対を形成する加熱シリン
ダの断面形状は円形に限定されず、例えば四角形、六角
形等の形状としてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、成形材料で形成された自己消耗型プランジャが加
熱シリンダ内に挿入され、該自己消耗型プランジャを加
圧し前進させることによって、自己消耗型プランジャ自
体を溶融させ、溶融状態の成形材料を射出ノズルから射
出して、成形型内に充填する。したがって、成形型内に
充填されるまでに成形材料が固化することがないので、
成形品の品質を向上させることができる。

【００４０】また、前記加熱シリンダ内の設定箇所に冷
却ガスを供給し、前記加熱シリンダの内壁の溝を介して
送ることによって自己消耗型プランジャを冷却し、他の
設定箇所から前記冷却ガスを排出させるようにすると、
ガラスが変形する部分を小さくすることができ、加熱シ
リンダの内壁にかじりが発生するのを防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形方法の概念図である。

【図２】本発明の成形方法に使用される加熱シリンダの
例を示す断面図である。

【図３】本発明の成形方法に使用される加熱シリンダの
溝の断面図である。

【図４】本発明の成形方法に使用される加熱シリンダの
第２の例を示す断面図である。

【図５】本発明の成形方法に使用される加熱シリンダの
第３の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１２加熱シリンダ１２ａ加熱シリンダ入口１３射出ノズル１４ガラスプランジャ１５，１６ヒータ１７成形型２１溝２５冷却ガス入口２６冷却ガス出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）成形材料で形成された自己消耗型
プランジャを加熱シリンダ内に挿入し、（ｂ）前記自己
消耗型プランジャを、その先端側ほど温度が高くなるよ
うに温度勾配を設けて加熱して、該自己消耗型プランジ
ャの先端側を溶融状態とし、前記加熱シリンダ入口側を
固体状態とし、（ｃ）前記自己消耗型プランジャを加圧
し前進させることによって溶融状態の成形材料を加熱シ
リンダの先端に配設された射出ノズルから射出させ、成
形型内に充填するとともに、（ｄ）前記加熱シリンダ内
の設定箇所に冷却ガスを供給し、前記加熱シリンダの内
壁に形成した溝を介して送ることによって自己消耗型プ
ランジャを冷却し、他の設定箇所から前記冷却ガスを排
出させることを特徴とする成形方法。