JPS63260831A - 光学素子成形型 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学素子成形塵の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、光学系の簡略化、小形軽量化及び原価低減等を目
的として非球面ガラスレンズの要求が強くなっている。

しかし、この非球面ガラスレンズは、研削、研磨加工す
ることが著しく難しく量産は困難である。そこで、熱間
プレス成形により加工する方法が試みられている。この
方法は、所定の形状に仕上げられた成形型内にガラス素
材を載置し、次いで、成形温度まで加熱した後、加圧し
てプレス成形するものである。従って、プレス成形型の
材料としては、型の形状精度５面粗°さにすぐれ、高温
でガラスと反応することなく、強度が高い等の特性が必
要である。

このような成形型として、特開昭５９−１２５６５１号
公報が提案され、この提案による成形型材料は、炭化タ
ングステンとコバルトからなる超硬合金である。しかし
ながら、Ｓ１０□、　Ｂ２ｏ５　、　ＢａＯ等を多量に
含む光学ガラスは、ガラスの軟化温度が６５０〜７５０
℃と高温で、プレス成形はさらに高い温度で行なう必要
がある。そのため、成形型とガラスの反応、あるいは成
形型の酸化などによ）、超硬合金のプレス成形型といえ
ども型の劣化を防ぐことは難しい。

超硬合金は一般に炭化タングステンの粉末と、この粒子
をつなぐバインダとしてコバルト粉末を混合し、所定の
形状に成形し焼結して製作される。

このような超硬合金を加熱すると、約４００℃以上で酸
化が始ま９１表面粗さが劣化する。光学ガラス部品は一
般に表面粗さがｃＬ０２μｍ以下の面粗度で加工される
必要があるが、このように酸化された型でプレス加工す
ると表面粗さが１１０２μｍ以上になる。このようなこ
とから、ガラス部品の高温プレス型は成形面の酸化が大
きな問題となる。また、ガラスは金属酸化物からなって
いるため、このように酸化した型に接触すると反応し易
く、型へのガラスの融着、あるいは型表面の剥離が生じ
ることにな夛型寿命の問題がある。このように、超硬合
金をそのまま用いてガラス部品を高温成形するには問題
が多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記したように従来の技術においては、超硬合金をその
まま用いてガラス部品を高温成形すると、超硬合金の高
温における酸化、あるいはガラスとの反応等圧より、表
面粗さ、形状精度の点で劣化し成形型の寿命を短かくす
ると云う問題が１）、成形型表面で酸化もしくはガラス
との反応を生じないように成形型表面を被膜で覆い長寿
命化を図ることＫついての配慮がなされていなかった。

本発明は上記の状況に鑑みなされたものであ）。

プレス成形面の長寿命化ができ良好な光学特性が得られ
る光学部品のプレス成形を量産化できる光学素子成形塵
を提供することを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、光学素子をプレス成形するものにおいて、
熱膨張係数がプレス成形型の成形製基材に被覆された被
膜より大きいかもしくは小さい場合にその差が２　Ｘ　
１０−’／’Ｃ以下の材料から形成されている上記成形
量基材と、該成形量基材のプレス成形型面に被覆された
非酸物化系のセラミックスからなる上記被膜とを設けた
光学素子成形塵により達成される。

〔作用〕

後述の実施例の説明中にも記載されているように、成形
型５の成形型素材１のプレス表面には、炭化物系セラミ
ックスの被膜２が被覆されている。

このため、高温加熱されたガラスのプレス成形時Ｋ、従
来のように成形型材１の表面が高温のため酸化し、また
、ガラスが接触することにより酸化することがないので
、表面粗さ精度、形状精度が劣化せず、従って、成形型
５の長寿命化を図ることができると共に光学部品のプレ
ス成形の量産化が可能となる。

〔実施例〕

以下本発明の光学素子成形塵を実施例を用いて説明する
。本実施例においては、従来技術の説明中に述べたよう
に超硬合金材料からなる光学ガラス成形機は種々の問題
点があるので炭化物系セラミックスを用いている。そし
て、一般に焼結して得られるセラミックスには、空孔、
結晶粒界が存在し、そのため、すぐれた表面粗さで表面
を形成することは困難である。例えば、プレス後、ガラ
ス部品の表面粗さをα０２μｍ以下にするには型の表面
粗さは１０１μｍ以下に加工する必要があるが、上記型
で得られる面粗さはせいぜいα０３μｍである。本発明
ではこの問題点の対策として、セラミック　打型表面に
セラミック材料の被膜をＣＶＤ等により被覆形成するよ
うにしている。この結果、型加工後の表面粗さ及び高温
での耐配化性にすぐれたガラス部品プレス成形型製を得
ることが可能となった。以下第１図ないし第３図により
各実施例を説明する。第１図は成形をの説明図、第２図
。

第３図はそれぞれ横軸に繰返えし成形回数をとシ縦軸に
表面粗さをとって示した第１図の成形型の面粗さ説明図
である。図において、１は成形製基材、２はコーティン
グされた被膜、５は従来の超硬−合金製部の面粗さ曲線
、４は第１図の成形型５の面粗さ曲線である。

実施例１゜ 成形型５は直径３０−１高さ４０■の円柱状にＴｉｅを
成形し焼結された成形量基材１のプレス使用面を、曲率
半径５０ｍで±１０μｍの形状精度で凹曲面に研削加工
されている。この後、ダイヤモンド砥粒で形状精度を維
持したまま研磨し、面粗さα１μｍＦｔｍａｘに仕上げ
加工する。この加工面にＣＶＤ法により約６μｍの厚さ
で’Ｉ’ｉｏコーティング材の被膜２を均一に被覆し、
さらに、ダイヤモンド砥粒を用いて表面粗さα０５μｍ
以下に研磨してプレス成形型を製作した。

次に、４０重量％ＢａＯ−５９重量ｌ５ｉＯ，−１５重
量％Ｂ２０．金主成分とする光学ガラス材のφ１６Ｘｔ
１５ｍの円柱形状素材を上記プレス成形型の凹面間に載
置し、窒素雰囲気中で約７３０℃に加熱した後、約２ト
ンの荷重を２分間負荷してプレス成形を行なった。この
ときの成形品の形状精度、面粗さは成形ｍ５のそれらと
ほぼ同一で、ガラスと成形製との反応は生じていない。

そして、繰返えしプレス成形した時の成形型５の表面粗
さは第２図の曲線４のように、超硬合金製の表面粗さの
曲線３に比較し繰返えし成形回数増大に伴う表面粗さの
粗くなることが少なく長寿命化が図られる。

実施例２ 実施例１と材料成分が異なる、６９重量％ＳｉＯ□−１
０重量＄８２０．−９重量％Ｎａ２０−８重量１に２０
を主成分とする光学ガラスのφ１６×ｔ１５１１１１の
円柱形状の素材を、実施例１と同様に成形型５の凹面間
罠載置し、窒素雰囲気中で約６５０℃に加熱後、約２ト
ンの荷重を２分間負荷してプレス成形した。

この場合も、実施例１と同様に、成形品の形状、精度及
び面粗さは成形型５とほぼ同一で、ガラスと成形型５と
の反応は見られない。本実施例の成形型５の、繰返し成
形回数と表面粗さの関係を第５図の曲線４に示し、実施
例１と同様に、超硬合金型の表面粗さの曲線３に比較し
成形回数増大に伴う表面粗さの粗くなることが少なく長
寿命化が図れる。

実施例五 成形型５が直径３０■、高さ４０■の円柱状に成形、焼
結された点は実施例１．２と同様であるが、実施例１，
２は成形量基材１の材料がＴｉｏ焼結体であるのに対し
本実施例はＴｌＯ２焼結体で、プレス使用面が曲率半径
５０■で±１０μｍの形状精度で凹曲面に形成されてい
る。そして、実施例１に示した方法で研磨し、さらに、
’Ｉ’ｉｏ被膜２を形成し再度研磨してプレス成形型が
形成されている。この成形型の凹面間に、実施例１と同
様の４０重量４ＢａＯ−５９重量％Ｓｉｎ□−１５重量
１　Ｂ２Ｏ５を主成分とする光学ガラスのφ１６Ｘｔ１
５■の円柱形状素材を載置し、窒素雰囲気中で約７５０
℃に加熱した後。

約２トンの荷重を２分間負荷してプレス成形を行なった
。このとき、成形品の形状、精度及び面粗さは成形型５
のそれらとほぼ同一で、ガラスと成形型５との間に反応
は生じてなく、また、繰返し成形した時の表面粗さの変
化は第２図の曲線４と同じであった。

上記各実施例において、実施例１．２では、成形製基材
１にＴｉｏセラミックを用い、被膜２のコーテイング材
にＴｉｏを用いた場合について述べたが、被膜２の材料
はＴｉｏ　Ｋ限定されることなく、例えばＳｉｏ　、　
Ｓｉ、　Ｎ４　ｅ　’Ｉ’ｉｏＮ　、　Ｂ４ｏ　＊　Ｂ
Ｎなどでもよい。また、成形量基材１と被膜２の材料を
同じとしたが、これらの組合せ以外に成形製基材１の材
料として金属の使用も可能である。但し、成形量基材１
が被膜２の材料と異なると熱膨張差のため、コーテイン
グ後あるいは繰返し使用により、コーティング被膜にク
ラックが生じたシ、接合界面で剥離することがあるので
組合せには注意を要する。

ＣＶＤによるコーティングが１００℃で施こされるなら
ば、目安として２Ｘ１０＝℃以下がよく、コーティング
方法はＣｖＤに限るものでなく、イオンミキシング、Ｐ
ＶＤでもよい。また、コーティング厚さは６μｍとした
が、これは成形型の面粗さが低下したとき再研磨により
再生可能くしたためであシ、仕上げ研磨式は［１５μ■
程度でよく、この膜厚は最低１μｍあればよい。

また、上記実施例の実施例３においては、成形量基材１
にＴｉＯ□を用い、コーテイング材にＴｉｅを用いたが
、被膜２のコーテイング材はＴｉｏに限ることなく、Ｓ
ｉｏ＋Ｓｉ、Ｎ４．ＴｉｏＮ、Ｂ４Ｃ，ＢＮ、Ｃなどで
もよい。また、成形量基材１は、実施例１．２の場合と
同様に、同一系の材料あるいはセラミックスに限ること
なく他の材料でもよく、熱膨張係数が被膜２よυ大きい
か、もしくは小さくてもその差が小さければよい。その
理由は、成形量基材１の熱膨張係数が被膜２の熱膨張係
数より小さいと、高温でＣＶＤ被膜を形成した後、冷却
時に被膜に大きい引張応力が発生し易く、被膜が破壊さ
れ易いこと、あるいは繰返し使用により被膜２が破壊さ
れ易いなどである。例えば、Ｔｉｏ被膜をＷ上に１００
０℃でＣＶＤコーティングしたとすると、熱膨張係数の
差によ、９　Ｔｉｃ被膜の引張強さ１１０Ｋｇ／−とほ
ぼ同程度の１００Ｋｆ／−以上の引張応力が発生するこ
とになる。さらに、引張残留応力の存在は、研磨時砥粒
の引っかき（よるクラック発生にもつながシ、成形量基
材１の熱膨張係数が被膜２のそれより小さいとき、その
差は２　Ｘ　１０−’／’Ｃ以下が望ましい。また、コ
ーティング方法及び被膜２の厚さは実施例１．２と同じ
である。

このように本実施例の光学素子成形塵は、セラミックス
の焼結体からなる成形量基材の表面に炭化物系セラミッ
クスの被膜を被覆したので高温ガラスのプレス成形時に
、成形型が酸化したり、ガラスとの間に反応を生じるこ
となく、成形型の表面粗さ、形状精度を劣化することな
くすぐれた状態に長く維持でき良好な光学特性が得られ
る光学部品のプレス成形を量産化できる。

〔発明の効果〕

以上記述した如く本発明の光学素子成形塵は、プレス成
形面の長寿命化ができ良好な光学特性が得られる光学部
品のプレス成形を量産化できる効果を有するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学素子成形塵の実施例の説明図、第
２図、第３図はそれぞれ第１図の成形型の面粗さ説明図
である。 １・・・成形量基材 ２・・・被膜 ５・・・成形型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学素子をプレス成形するものにおいて、熱膨張係
   数がプレス成形型の成形型基材に被覆された被膜より大
   きいかもしくは小さい場合にその差が２×１０＾−＾６
   ／℃以下の材料から形成されている上記成形型基材と、
   該成形量基材のプレス成形型面に被覆された非酸化物系
   のセラミックスからなる上記被膜とを設けたことを特徴
   とする光学素子成形型。 ２、上記成形型基材が、セラミックスの焼結体によって
   形成されている特許請求の範囲第１項記載の光学素子成
   形型。 ３、上記被膜が、炭化物系セラミックスにより形成され
   ている特許請求の範囲第１項記載の光学素子成形塵。 ４、上記被膜が、炭化物系セラミックスと窒化物系セラ
   ミックスとの混合材料によって形成されている特許請求
   の範囲第１項記載の光学素子成形量。