JPS60180926A - 高精度ガラス成形品のプレス成形用鋳型 - 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】 本発明は、加熱された予備成形ガラスをプレスして、極
めて高い表面精度と表面粗度を有するガラス製品、とく
に光学レンズの精密プレス成形用に適した鋳型に関する
。

ガラスからなる各種光学素子を得るに当り、従来の技術
では、軟化ガラス塊を鋳型内でプレス成形しただけで成
形品の所望の表面精度および表面粗度を得ることができ
ないので、プレス成形後に荒摺りおよび精密研磨等の煩
雑な後工程を必要としてきた。。

そこで、上記の後工程を省略し得るプレス成形技術が種
々提案されてきているが、その一般的最終成形品は、光
学面の表面精度がニュートン６本以内で不規則性がλ／
２以内、表面粗度が±Ｃ）、０２ｇｍ以内に収まってい
ることが望まれる。

上記要望を満すための種々の技術的要因の中で、鋳型の
占める比重は極めて大きい。すなわち、ガラスをプレス
成形する際に、鋳型面をガラスに密着させて押圧を加え
、鋳型の表面特性をガラス表面に転写して成形品の表面
を形成するので、成形品の表面特性は、鋳型成形面の表
面特性に大きく依存するものである。

従って、鋳型の成形面は、上記最終カラス成形品に要望
される表面特性を満足するに十分な転写効果を発揮し得
る高精度研磨面を有することが必要であり、一般に、基
準曲面に対する表面精度がλ／２以内になるように研磨
加工され、また表面粗度が±０．０２７Ｌｍ以内である
ことが要求される。

しかし、従来からガラスの精密プレス成形用鋳型として
は、ステンレス鋼ないし各種耐熱合金鋼から作られた金
型がよく知られているが、これらの金型は、熱間でくり
返し使用される間に。

その表面が経時的に組織変化をおこして表面精度が劣化
しやすくなるため、金型の寿命が短いという欠点がある
。

一方、上記金属材料に代り、炭化珪素や窒化珪素などの
セラミック焼結体もこの種用途の型材として使用し得る
ことが知られている。しかし、このようなセラミック材
料は、多結晶であるために結晶粒界や粒界気孔が存在し
、上記所望の表面粗度を得ることがむつかしい。そのう
え、超硬質材料であるので機械加工性に難がある。

本発明の目的は、上記従来から知られている鋳型の諸欠
点を解消した新規な高精度ガラス成形品のプレス成形用
鋳型を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意試験研
究を重ねた結果、均一な結晶組織を有し、かつ、すぐれ
た熱的、機械的性質を有するシリコン単結晶が、精密プ
レス成形用型材として極めて好適な材料であることをみ
いだすことができた。

すなわち、粒界や気孔のない均一組織からなるシリコン
単結晶は、これをガラスのプレス成形用型材として熱間
でくり返し使用した場合、その結晶構造に何らの組織変
化をも生ずることがなく、したがって、上記の金属鋳型
やセラミック鋳型にくらべて成形面の所定の形状精度と
表面粗度を長く維持し得ることをみいだすことができた
。

また、シリコン単結晶は、上記既存の金属材料とは異な
り、熱伝導率が大きく、かつ熱膨張率が小さいという鋳
型に望まれる熱的特性を兼ね備えているので、形状精度
のよいガラス成形品を効率よく成形し得ることをみいだ
すことができた。

さらに、シリコン単結晶の機械的性質は、硬くて脆いと
いうセラミックス特有の性質を有するが、上記炭化珪素
や窒化珪素はど超硬材料ではないので、鋳型の製作に際
し、通常の光学ガラスの精密加工技術を適用して、上記
所要の高精度研磨面を容易に得ることができることも知
り得た。

本発明は、上記知見にもとすいてなされたものである。

本発明にかかる高精度ガラス成形品のプレス成形用鋳型
の特徴は、所定の高精度形状に研磨仕上げされた成形面
を有し、かつ、少なくとも上記成形面が、主要構成材料
として、シリコン単結晶からなるところにある。この主
要構成材料としてのシリコン単結晶は、それ自身が鋳型
成形面をなす場合と、必要に応じ付与される表面被覆膜
の母材として構成される場合とがある。

本発明において、シリコン単結晶鋳型を高温で反復使用
する場合、上記鋳型の成形面に耐酸化性金属の薄い被膜
層を形成した鋳型を用いるこｔが好ましい。

上記の被膜材は、母材と強固に結合し、鋳型の使用温度
域で酸化されにくく、またガラスとの離型性にすぐれて
いることが必要であるが、本発明者らは、これらの点に
ついて種々試験した結果、貴金属、貴金属合金、クロム
、ニッケルなどが好ましい物質であることを知ることが
できた。

本発明において、上記被膜層を形成した鋳型は、母材面
を精密研磨仕上げした後に被膜形成させたものであって
も、または、予備研磨母材に被膜層を形成した後、その
表面を精密研磨したものであってもよい。しかし、前者
の場合の方が後者の場合にくらべて、１ｇｍ以下の薄い
被膜処理ができ、また母材の高精度研磨面持性を被膜面
に反映させることができるので好ましい、また、いずれ
の場合も、これらの被膜層の厚さは、耐酸化効果を維持
させるため、０．０１ｇｍ以上とすることが好ましい。

上記の金属薄膜の表面処理方法としては、プラズマスパ
ッタリング、ＥＢ蒸着、または抵抗加熱式真空蒸着また
は湿式メッキや化学蒸着などの公知の方法を適宜採用し
得る。

つぎに本発明の詳細な説明する。

実施例１ シリコン単結晶のインゴットから円柱状材料を切り出し
た後、カーブジェネレータを用いて研削加工し、砂かけ
および研磨仕上げ（ポリッシング）工程を経て、所定の
高精度曲面形状を有する鋳型を３組つくった。これらの
加工は、光学ガラスに対する既存の精密加工技術を適用
して行うことができた。このようにして得た鋳型の成形
面精度は入／１０以内であり、また表面粗さは±０．０
１１Ｌｍ以内であった。

この鋳型を用いて、加熱されたフリント系光学ガラス塊
を大気中４００　’０でプレスして、成形回数による鋳
型の寿命試験を行い、成形された光学レンズの成形面に
その品質の劣化を認めるまでのプレス回数をめた。その
結果、少なくとも１０００回までは品質の劣化を認めず
、プレス成形品はいずれも、表面精度がニュートンリン
グ３木以内で不規則性が入／４以内にあり、表面粗度が
±０．０２疹ｍ以内でめった。

実施例２ 実施例１と同様の方法で製作したシリコン単結晶鋳型の
高精度加工面に、各種金属薄膜層を蒸着技術により均等
な厚さで形成させて、５種類の鋳型をそれぞれ３組作っ
た。このようにして得た各鋳型の被膜表面は、いずれも
母材研磨面の精度を十分に受け継いでいることを確認す
ることができた。

上記鋳型を用いて、加熱されたランタン系光学ガラス塊
を大気中６７０℃でプレスして、実施例１と同様のＭ型
寿命試験を行った。表−１に被膜材質、膜厚、蒸着方法
および試験結果を記し、比較例として、ニッケル基合金
（インコネル×７５０）にＡｕを被覆した例を併記した
。

（以下余白） 表−１ 表１にみられるとおり、本実施例の金属コートしたシリ
コン単結晶鋳型は、母材の結晶構造が安定であって被膜
の所定の表面精度が長期間維持されるため、比較例にく
らべ、寿命の改善効果が顕著である０本発明の上記実施
例の鋳型は、いずれも、シリコン単結晶の高熱伝導性と
低熱膨張性の熱的特性を発揮するので、高精度光学レン
ズを効率よくプレス成形することができた。

なお、本発明の実施に当っては、上記実施例に限定され
るものではなく、たとえば、上記表面被膜処理に際し、
必要に応じアンダーコートしてもよいし、また、鋳型の
構成をその成形面部分のみをシリコン単結晶、またはこ
れを上記被膜処理したシリコン単結晶とし、その他の部
分を在来のステンレス鋼等の鋼材を用いて組合せた複合
鋳型とすることもできる。さらに、鋳型を非球面化する
等において、必要に応じ、母材の近似形状面に膜厚差を
有する被膜を形成させてもよい。

以上のべたとおり、本発明の高精度ガラス成形品のプレ
ス成形用鋳型は、シリコン単結晶を主要構成材料とする
ものであるから、ガラスを長期間反復プレス成形しても
、Ｍｆｆ成形面の高精度形状特性が材質変化により劣化
することがなく、加えて、熱伝導率と熱膨張率の熱的特
性が共に優れているため、高精度ガラス成形品を安定し
て効率的にプレス成形することができる。また、適痩の
硬度とガラスに類似した研磨特性を有するため、鋳型の
製作が容易で好都合である。

さらに、必要に応じ、耐酸化性金属薄膜を被覆して高精
度成形面を構成させた場合、鋳型寿命を改善しつつ、シ
リコン単結晶母材の諸物件を鋳型特性として十分発揮さ
せることができる。従って、本発明の鋳型は、高精度ガ
ラス成形品のプレス成形に極めて好適であり、産業上有
用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高精度成形面を有し、少なくとも上記成形面が、
   主要構成材料として１、シリコン単結晶からなることを
   特徴とする高精度ガラス成形品のプレス成形用鋳型。
2. （２）高精度成形面が、シリコン単結晶加工面に被覆形
   成させた耐酸化性金属薄膜からなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の高精度ガラス成形品のプレス
   成形用鋳型。