(57)【要約】 【課題】  高温環境下における強度や耐食性に優れ、高度な形状の冷却水流路を設けることのできる成形機用軸を提供すること。【解決手段】  成形機１の金型２，３を保持するとともに、この金型２，３を冷却するための成形機用軸４，５において、少なくとも一つに冷却水流路４ａ，５ａとなる溝が設けられた複数の金属ブロックを備え、この金属ブロックが、放電プラズマ焼結法により接合されていることを特徴とする。これにより、充分な強度や耐食性が要求される高温環境下においても、これら成形機用軸４，５を経常的に使用することができる【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形機の金型を保持するとともに、この金型を冷却するための成形機用軸において、
少なくとも一つに冷却水流路となる溝が設けられた複数の金属ブロックを備え、
この金属ブロックが、放電プラズマ焼結法により接合されていることを特徴とする成形機用軸。
【請求項２】
前記金属ブロックが、ステンレス鋼、ニッケル基合金またはタングステン合金のいずれか一つの材質からなることを特徴とする請求項１に記載の成形機用軸。
【請求項３】
前記成形機が、ガラス成形機であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の成形機用軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水流路を有する成形機用軸に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガラス素材を成形する場合には、ガラス素材が軟化する温度まで加熱して、これを軸によって保持された金型によりプレスすることが行われている。そして、その後冷却水などを用いて軸を冷却することにより、金型およびプレスしたガラスの冷却が行われる。したがって、金型を保持する軸には、上記のような高温環境下の使用に耐え得る充分な強度や耐熱性、耐食性が要求される。
【０００３】
これら成形機用軸には、例えば、金型の下型を保持する下軸と、下型に対向して上型を昇降可能に保持する上軸とを備えたものがある。そしてこれら上下の軸は、図４に示す矩形部材１０１ａ，１０１ｂが複数繋ぎ合わされて構成されるものである。これら矩形部材１０１ａ，１０１ｂは、両者を互いに重ね合わせるための接合面１０６ａ，１０６ｂとを有し、接合面１０６ａ，１０６ｂにはそれぞれ溝１０２a，１０２ｂが設けられている。そして、これら接合面１０６ａ，１０６ｂを対向させ、部材１０１ａ，１０１ｂを互いに重ね合わせた状態で、その外側面１０５ａ，１０５ｂの重ね合わせ部一帯を溶接することにより、内部に冷却水流路１０３が形成されるようになっている。そして、これらのブロックを組み合わせることにより、全体を循環する冷却水流路を備えた軸が形成される。これにより、冷却水流路１０３に冷却水を流して環流させると、熱交換作用により軸が冷却され、この軸を介して、保持している上下の型がそれぞれ冷却されるようになっている。しかし、このように溶接する構成によると、溶接による歪みや組成の不均質などが生じ、溶接部１０４一帯の強度が低下してしまう。
【０００４】
従来、これらの問題を解決するために、溶接部１０４にレーザビームを照射することによってその照射部分の改質を行い、その耐食性を改善させる方法が提案されている（特許文献１参照。）。
さらに、溶接部１０４を覆うようにして耐食性の優れた薄板を取り付け、溶融処理を施すことによって溶接部１０４を改質する方法も提案されている（特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平５−１２５４３２号公報
【特許文献２】特開５−７７０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような方法によると、以下の理由から、これらの部材１０１ａ，１０１ｂを高温環境下で長時間使用することができないという問題がある。
すなわち、一つに、上記方法では、溶接部１０４の表面改質を行い、その溶接部１０４の組成は均一にできるものの、部材１０１ａ，１０１ｂを含めて完全に均一にすることはできないため、不均質部より高温腐食が始まり、これにより亀裂が発生し、水漏れが生じてしまうからである。二つに、溶接部位が外側面１０５ａ，１０５ｂのみであるため、溶接部１０４の耐食性をある程度改善できるものの、高温環境下での熱膨張に耐え得るだけの充分な強度を得ることができないからである。
また、別の問題として、溶接部位が外側面１０５ａ，１０５ｂのみであることから、接合面１０６ａ，１０６ｂの密着性が低く、接合面１０６ａ，１０６ｂに湾曲、分岐などの複雑な形状の冷却水流路を設けることが困難であるという点もある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、高温環境下における強度や耐食性に優れ、高度な形状の冷却水流路を設けることのできる成形機用軸を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、成形機の金型を保持するとともに、この金型を冷却するための成形機用軸において、少なくとも一つに冷却水流路となる溝が設けられた複数の金属ブロックを備え、この金属ブロックが、放電プラズマ焼結法により接合されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明に係る成形機用軸によれば、少なくとも一つに冷却水流路となる溝が設けられた複数の金属ブロックが、放電プラズマ焼結法により接合される。これにより、各金属ブロックはその接合部分の組成が他の部分と均一な状態のまま接合され、その接合部分の密着性が向上する。そして、このように作られた軸によって金型が保持されるとともに、前記軸を介して前記金型が冷却される。
以上より、組成の不均質な部分を作ることなく各金属ブロックが接合されるため、充分な強度や耐食性が要求される高温環境下においても経常的に使用することができる。また、接合部分の密着性が向上することから、冷却水流路の形状を高度に形成することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の成形機用軸において、前記金属ブロックが、ステンレス鋼、ニッケル基合金またはタングステン合金のいずれか一つの材質からなることを特徴とする。
この発明に係る成形機用軸によれば、前記金属ブロックが、ステンレス鋼、ニッケル基合金またはタングステン合金のいずれか一つの材質により作られる。
以上より、成形機用軸に、より優れた耐熱性、耐食性を付与することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の成形機用軸において、前記成形機が、ガラス成形機であることを特徴とする。
この発明に係る成形機用軸によれば、本成形機用軸が、ガラス成形機の金型を保持、冷却するために使用される。
ここで、プラスチックの溶融温度が２００℃前後であるのに対して、ガラスの軟化する温度は６００℃前後である。そのため、ガラス成形機は、プラスチックの成形機などと比べて、より温度の高い環境下におかれることになる。
そこで、本成形機用軸を使用することにより、より高温の環境においても、優れた強度や耐食性を発揮させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高温環境下においても充分な強度や耐食性を発揮させるとともに、冷却水路の形状を高度なものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施例）
以下、本発明の実施例に係る成形機用軸について、図面を参照して説明する。
本実施例では、成形機用軸として、ガラス成形機に適用した場合を例に挙げて説明する。
図１において、符号１はガラス成形機を示したものである。
ガラス成形機１は、ガラス光学素材からなる不図示の被成形物を成形するための下型（金型）２および上型（金型）３とを備えている。下型２は下軸（成形機用軸）４によって上方に向けられて保持されており、上型３は上軸（成形機用軸）５によって下型２に対向する位置に下方に向けられて保持されている。そして、上軸５に連結された不図示の駆動部を駆動すると、上型３は上軸５に保持されながら下型２に対して昇降するようになっている。
【００１３】
図２は、下軸４および上軸５の一区画Ｐを取り出して示した正面図である。下軸４および上軸５は、図２に示すように、ステンレス鋼などのような耐熱性に優れた矩形の金属部材（金属ブロック）２０ａ，２０ｂを備えている。これら金属部材２０ａ，２０ｂは、上述の従来例と同様に、両者を互いに重ね合わせるための接合面２１ａ，２１ｂを有し、接合面２１ａ，２１ｂにはそれぞれ溝２２ａ，２２ｂが設けられている。そして、これら接合面２１ａ，２１ｂを対向させ、金属部材２０ａ，２０ｂを互いに重ね合わせた状態で、後述する放電プラズマ焼結法により接合され、内部に冷却水流路４ａ，５ａがそれぞれ形成されるようになっている。そして、これらのブロックを組み合わせることにより、図１に示すように、開口端から入って全体を循環して他の開口端から出て行くような略コの字状の冷却水流路４ａ、５ａをそれぞれ備えた下軸４および上軸５が形成されるようになっている。
【００１４】
また、冷却水流路４ａ，５ａの開口端は、配水管６を介して冷却水冷却循環手段７に接続されている。冷却水冷却循環手段７から供給された冷却水は配水管６を通って、開口端から冷却水流路４ａ，５ａに流入し、熱交換作用により下軸４および上軸５を冷却した後、他の開口端から排出され、再び配水管６を通って冷却水冷却循環手段７に戻り、ここで冷却されて、これが循環されるようになっている。
【００１５】
次に、このように構成された本実施例におけるガラス成形機１の使用方法について説明する。
まず、ガラス成形機１を図示しない真空槽の中におく。そして、固体のガラスをその軟化する温度６００℃前後になるまで加熱してから、この軟化したガラスを下型２の所定の位置に設置する。このときのガラス成形機１はガラスの軟化する温度６００℃に応じて高温環境下におかれる。そして、この高温環境下において、駆動部を駆動し、上軸５によって上型３を下降させ、下型２および上型３により上下から精密プレス加工を施す。この状態で所定の時間をおいた後、冷却水冷却循環手段７を駆動し、冷却水流路４ａ，５ａに向けて冷却水を供給する。
【００１６】
この冷却水は、配水管６を通って、冷却水流路４ａ，５ａの開口端からその内部に流入し、全体を回って他の開口端から排出される。そして、再び冷却水冷却循環手段７に戻り、これが循環される。この間、冷却水の熱交換作用により下軸４および上軸５が冷却され、これら下軸４および上軸５を介して、下型２および上型３が冷却される。そのため、下型２および上型３の間においてプレスされたガラス材が冷却される。そして再び駆動部を駆動することにより、上型３を上昇させ、成形されたガラス材を取り出す。このようにして軟化したガラスが成形されて、最終使用形状の非球面レンズへと直接加工される。
【００１７】
上記一連の加工の間において、ガラス成形機１は非常に高い温度環境下におかれるが、本実施例におけるガラス成形機１においては、以下のようにして、充分な強度や耐熱性、耐食性が与えられ、高温環境下においても長時間耐え得るものとなる。
図３は、金属を接合する様子を示す説明図である。なお、図３は、金属の接合を説明するために単純化したものであって、ガラス成形機１の金属部材２０ａ，２０ｂに適用するためには種々の変更が必要である。
【００１８】
本実施例における金属の接合は、加工機３１によって行われるものである。
加工機３１は、金属部材２０ａ，２０ｂに相当する被加工物３５ａ，３５ｂ（金属ブロック）をプレスするための上型パンチ３３および下型パンチ３２を備えており、これら上型パンチ３３および下型パンチ３２は、パルス通電用電源３４に電気的に接続されている。
【００１９】
このような構成のもと、まず、被加工物３５ａ，３５ｂについて、ステンレス鋼を円柱形状に加工し、その直径を６０ｍｍ、長さを５０ｍｍ、さらに端面である接合面の面精度をＲｙ＝５μｍに仕上げる。そして、加工機３１を不図示の真空槽の中におき、被加工物３５ａ，３５ｂを、接合端面３６ａ，３６ｂ同士が接触するように重ね合わせて下型パンチ３２の所定の位置に設置する。その後、真空槽の中を３．０×１０-3Ｐａまで排気した後、不図示のパンチ駆動部を駆動し、上型パンチ３３と下型パンチ３２とにより、被加工物３５ａ，３５ｂを上下から２０ＭＰａの加圧力によりプレスする。
【００２０】
同時に、パルス通電用電源３４により、上型パンチ３３と下型パンチ３２との間に所定の周波数のパルス電圧を印加してパルス通電を行う。このとき、両接合端面３６ａ，３６ｂの間に形成される間隙に放電が発生して被加工物３５ａ，３５ｂが加熱される。このとき、両接合端面３６ａ，３６ｂそれぞれの表面に形成されていた酸化被膜や不純物、汚れなどが蒸発して飛散するとともに両接合端面３６ａ，３６ｂが微視的に溶解する。一方、圧縮力が加えられているので、歪エネルギーが蓄積された状態となる。そして、熱エネルギーと歪エネルギーとの効果により両接合端面３６ａ，３６ｂ上の凹凸部分が塑性変形して間隙がなくなっていき、両接合端面３６ａ，３６ｂとが接合される。そして、接合端面３６ａ，３６ｂの接合温度が１０００℃となった時点で加圧およびパルス通電を停止する。
【００２１】
これにより、接合端面３６ａ，３６ｂは接合されていない部分とほぼ同等の組成とすることができ、被加工物３５ａ，３５ｂが組成の不均質部を作ることなく一体に接合される。そのため、接合された被加工物３５ａ，３５ｂの耐食性や強度を向上させることができる。
なお、第１のテストとして、上記条件のもと、真空槽の中で６００℃まで加熱された被加工物３５ａ，３５ｂの不図示の水経路に常温の水を流すサイクルを行ったところ、従来のものは３０００回程度の耐久性であったが、本実施例における被加工物３５ａ，３５ｂは１００００回行ってもまったく問題なかった。
【００２２】
また、第２のテストとして、被加工物３５ａ，３５ｂの長さを２５ｍｍとし、これらを複数段重ねたときにも、他の条件を第１のテストと同じとして、従来のものは３０００回程度の耐久性であったが、本実施例における被加工物３５ａ，３５ｂは１００００回行ってもまったく問題なかった。
さらに、第３のテストとして、被加工物３５ａ，３５ｂをニッケル基合金として、接合温度が１１００℃に到達したときに電圧と加圧を停止し、真空槽の中を９００℃とすると、他の条件を第１のテストと同じとして、従来のものは２０００回程度の耐久性であったが、本実施例における被加工物３５ａ，３５ｂは５０００回行ってもまったく問題なかった。
また、第４のテストとして、被加工物３５ａ，３５ｂをタングステン合金として、接合温度が１３００℃に到達したときに電圧と加圧を停止し、真空槽の中を９００℃とすると、他の条件を第１のテストと同じとして、従来のものは２０００回程度の耐久性であったが、本実施例における被加工物３５ａ，３５ｂは５０００回行ってもまったく問題なかった。
【００２３】
以上より、組成の不均質な部分を作ることなく金属部材２０ａ，２０ｂを接合することができるため、充分な強度や耐食性が要求される高温環境下においても、ガラス成形機１の下軸４および上軸５として経常的に使用することができる。
また、接合面２１ａ，２１ｂの密着性が向上することから、冷却水流路４ａ，５ａの形状を金型に合わせて、湾曲、分岐などのように高度かつ複雑に形成しても冷却水が漏れることがなく、その冷却水を適切に流すことができるため、冷却効率を向上させることができる。
さらに、金属部材２０ａ，２０ｂがステンレス鋼により形成されているため、より高い耐熱性、耐食性を付与することができる。この金属部材２０ａ，２０ｂは、ニッケル基合金やタングステン合金などでもよく、これらも同様に耐熱性、耐食性を付与することができる
【００２４】
また、本実施例におけるガラス成形機１は、下型２および上型３を直接冷却することなく、下軸４および上軸５の壁部を介して冷却しているため、下型２および上型３を徐々に冷却することができ、温度変化に弱い金型を直接水冷するよりも、その耐久性を向上させるとともに、金型の温度制御を容易に行うことができる。
【００２５】
なお、上記実施例においては、ガラス成形機１としたが、これに限ることはなく、プラスチックなどの成形機であってもよい。ただし、上述したように、溶融温度の関係上、ガラス成形機はプラスチックの成形機などと比べて、より温度の高い環境下におかれることになるため、ガラス成形機１とすることによって、より優れた強度や耐食性を発揮させることができるのはいうまでもない。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る成形機用軸を、本実施例としてのガラス成形機に適用した様子を示す概略構成図である。
【図２】図１のＰで表された区画を取り出して示した正面図である。
【図３】被加工物を接合するための加工機によって加工する様子を示す概略構成図である。
【図４】従来例における矩形部材を示す正面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    ガラス成形機（成形機）
２    下型（金型）
３    上型（金型）
４    下軸（成形機用軸）
４ａ  冷却水流路
５    上軸（成形機用軸）
５ａ  冷却水流路
２２ａ，２２ｂ    溝
２０ａ，２０ｂ    金属部材（金属ブロック）
３５ａ，３５ｂ    被加工物（金属ブロック）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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