JPH0316923A

JPH0316923A - 光学部品成形用複合モールド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0316923A
Application number: JP14138789A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kobayashi; 正樹小林; Tomoyuki Oshita; 知之大下; Hiroshi Kijima; 木島　宏
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1989-06-13
Filing date: 1989-06-13
Publication date: 1991-01-24
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JP2754042B2

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」二の利川分野）本発明は、カメラ，顕微鏡，望遠鏡などの光学測定機、
ビデオカメラ，ビデオムービー，ビデオディスクなどの
映像機器、音響機器、ファクシミリ，レーザビームプリ
ンタ，複写機などの事務機器に代表される光学機器の部
品として用いられる、主としてレンズ，プリズム，コン
バク１・ディスク又は光磁気ディスクなどを成形するの
に適する光学部品成形用複合モルード及びその製造方法
に関するものである。

（従来の技術）従来、ガラスやプラスチックを加熱軟化させた後、加圧
して所望形状の光学部品を成形するためのモルード材と
しては，ダイス鋼，スデンレス鋼又は超硬合金などが用
いられている。しかし、これらのモルード材は、モルー
ド材と加熱軟化した被加工材、特に高温で軟化するガラ
スの場合における離型性又は成形後の光学部品の面積度
から短寿命であるという問題がある。この問題を解決す
るための光学部品成形用モルード材が多数提案されてお
り、その代表的なものに、特開昭６１２６５３２１号公
報及び特許出願公表昭６：３−　５０３０５８号公報が
ある。

（発明が解決しようとする問題点）特開昭６１−　２６６３２１号公報は、モルード自体を
導電性セラミックスにより構成し、その成形面に鏡面加
工を施し、千ルート自体を通電により発熱させるように
したガラス成形用モルード、又はこの成形面に３１の炭
化物，窒化物でなる被膜を被覆してなるガラス成形用モ
ルードが開示されている。同公報のガラス成形用モルー
ドは、導電性セラミックスで構成されていて、その千ル
ード自体を通電により発熱させるためにモルードの成形
面での加熱温度が均−化されるという長所を有しており
、又成形面に炭化物や窒化物でなる膜を被覆した場合に
は、従来の鋼や超硬合金でなるモルトに比較して、加熱
軟化した被加工材が離型しやすくなるというすぐれたも
のであるけれども、特に被加工材がガラスでなる場合に
は高温で成形する必要があり、この高温成形時にモルー
ドの成形面がガラスと反応して成ｊシ加工後のガラスの
面が荒れやすいこと、及び成形加工後のガラスがモルド
と離型し難いという問題がある。

？許出願公表昭６３−　５０３０５１１号公報には、ガ
ラス又はガラス含有のセラミックス材料からなる構成部
材を成形するためのプレス工具として、Ａ氾２０３セラ
ミックス材料、ＺｒＯ２及び／又はＩＩ『０■含有セラ
ミックス材料、母材成分が正方品のＺｒＯ■及びＡｆｌ
２０３，及び／又はＣｒ２０３よりなるセラミックス材
料を使用する方法が開示されている。同公報は、ガラス
を成形するためのプレ工具に酸化物セラミックスを使用
する方法が開示されているものであるけれども、従来の
工具用材料である１　．０．セラミックス．　ＺｒＯ■
及び／又はＨ　ｆ　Ｏ■セラミックスなどの酸化物セラ
ミックス材料をガラス成形用モルードとして使用すると
いうものであって、ガラスと成形用モルードとの離型性
や成形用モルードが成形されたガラスへ及ぼす影響、例
えば成形用モルードの組成成分とガラスとの反応度合や
ガラスの成形面精度についての検討がなされていなく、
全ての酸化物セラミックスがガラスの成形用工具に使用
できなく、例えば従来のＡＪ２２０３セラミックスやＺ
ｒＯ■セラミックスのモルードを用いて、ガラスを成形
するとモルードとガラスが付着しやすいこと，及び成形
後のガラス成形面の面精度が劣るという問題がある。

本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体
的には、セラミックス，サーメ・ント．超硬合金，高融
点金属を主成分とする合金．耐熱鋼，超合金などを基材
とするモルードの少なくとも被加工材と接触する成形面
をガラス又はプラスチック、特に高温時でのガラスとの
親和性の低い被覆層とした光学部品成形用複合モルード
及びその製造方法の提供を目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、光学部品として各種の用途で用いられる
ガラス、特に溶融状態のガラスに対する濡れ性，発泡性
．腐食性及び着色性の観点からガラス成形用モルード材
について検討し、クロムと酸素の含有したクロム化合物
の焼結材料がガラス成形用モルード材にすぐれていると
いう知見を得て、すでに特願昭６３−　１７６５３５号
で提供している。この特願昭６３−　１７６５３５号の
観点に、さらに強度を高める方向について検討していた
所、基材の少なくとも被加工材と接触する成形面をガラ
スとの親和性の低いクロム化合物の層とし、このクロム
化合物の層と基材の材質との組合わせ、特に強度を加味
した場合、クロム化合物の層厚さが０、１〜５ｍｍから
なる複合モルードにすると、さらにすぐれた光学部品成
形用モルードになるという知見を得て、本発明を完成す
るに至ったものである。

すなわち、本発明の光学部品成形用複合モルードは、基
材の表面に被覆層を形成してなる複合モルードであって
、該複合モルードの少なくとも被加工材の成形加工され
る成形面が０．１〜５ｍｍ厚さの被覆層からなり、該被
覆層が酸化クロム，酸炭化クロム，酸窒化クロム，酸炭
窒化クロムの中の少なくとも１種のクロム化合物を主成
分とすることを特徴とするものである。

本発明の光学部品成形用複合モルードにおける被覆層は
、酸化クロム．酸炭化クロム，酸窒化クロム，酸炭窒化
クロムの中の少なくともｌ種のクロム化合物と不可避不
純物とのみからなる場合、？はこのクロム化合物を少な
くとも５０ｖｏＡ％と、他に、例えば希土類金属，周期
律表４ａ，　５ａ，　６ａ族金属，ＡＪ２．Ｓｉの酸化
物，炭化物．窒化物及びこれらの相互固溶体の中の少な
くとも１種とからなる場合においても被加工材であるガ
ラスやプラスチックとの親和性の低さを保つことができ
て好ましいものである。特に、Ｔｉ，　Ｚｒ，　ｌｌｆ
．　　ＡＪ２，　Ｓｉ，　Ｙ，Ｌａ，　Ｃｅ，　Ｎｂ．
　Ｓｍ．　Ｄｙ．　Ｙｂの酸化物及びこれらの相互固溶
体の中の少なくとも１種の酸化物相を５０ｗｏｎ％以下
と、残りがクロム化合物と不可避不純物とからなる被覆
層の場合は、例えば焼結により被覆層を形成する時に易
焼結性になること、クロム化合物粒の微細化が生じるこ
と、及び被覆層自体の強度．耐熱性，耐熱衝撃性．面精
度などの諸特性が向上すること、さらにＡＱ．０３を主
成分とするＡ［　．０．系セラミックス，　ＺｒＯ■を
主成分とするＺｒＯｚ系セラミックス，ＣｒＪ３主成分
とするＣｒａＬ系セラミックスなどの酸化物系セラミッ
クスを基材とするときには、基材と被覆層とが相互に反
応して接合するために接合強度の高い複合モ？レー１・
｛こなるので、牛、Ｉに好ましいことである。また、こ
の被覆層中のクロム化合物が０．Ｉｖｏｎ％以下の金属
クロムで置換されると、被覆層の強度が向」二するので
なｆ−ましいことである３、この被覆Ｊウ１の厚さがＯ
．ｌｍｍ未病になると再研摩して使用することが困難に
なるために高価格になること、逆に５ｍｍを超えて厚く
なると緻密で微細均一１＋７．の被覆層の形成が困難に
なること、及び：Ｅルーｊ・の成形加工時に被覆層にチ
ッピングが生じゃず＜ｔＪることから、被覆層の１早さ
を０．１〜５ｍｍと定めたものである。

本発明の光学部品成形用複合モルードにおける基材は、
光学部品成形時の温度，圧力，加熱と冷却の繰り返しに
よる熱衝撃性，変形性などに嗣える材料、例えばＡｎ．
Ｏ．．系セラミックス，　ＺｒＯｘ系セラミックス．　
ＣＩ’Ｊ，ｌ系セラミックス．　ＳｉＣ系セラミックス
．ＳｉＪ４系セラミックス，サイアロン系セラミックス
．ＴｉＣ系ザ−メッｈ　．　’ｒｉＣ　−’Ｉ’ｉＮ系
サーメット．　　ＣｒＪＣｚ系サーメット，　　Ａｆｌ
■［］．，系ザーメッｌ■　，　ＷＣ　−　Ｃ［］系超
硬合金，　ＷＣ−１’ｉｃ　−Ｎｉ系■１超硬合金，　Ｃｒ，　Ｍｏ．　Ｗ．レ］．　Ｎｂ，白金
族金属及ヒコれらを主成分とする合金などのｉ’＃＋融
点金屈，耐熱鋼．インコネルヤワスバロイなどの超合金
を挙げることができる。この内、ｉ２０．，系セラミッ
クス又はＣ　ｒ　２　０　ｌ系セラミックスは、劇熱性
及び強度など諸特性の他に、被覆層との相ＩＩ二拡散に
よる接合がｉｉＪ能となること及び熱膨張係数が近似し
ていることから被覆層と４１（材との熱膨恨λによる剥
離が生じ難く、密石件にもずぐれるのて、特に好ましい
ことである。

↓（材との熱膨張差が大きいとき、又は密首性に問題が
ある組合わせのときは、ノ，Ｌ．　４，７の熱膨張係数
と被覆層の熱膨張係数との間にある熱膨張係数を右する
中間層をｌｌ（材と被覆層との間に介在さセてなる複合
モルードにすることも灯ましいことである。この中間層
としては、例λば１ｍ９２ＤＪ．ＴＩ０２，　ＳｉＬ．
周期律表４８．　５ａ．　６ａ族金属の炭化物．窒化物
．炭酸化物．窒酸化物及びこれらの相Ｌ１］固溶体，鉄
族金属．周期律表６８族金屈などを挙げることができる
。この中間層は、エＬとしてＪｌ（材の材１　２質により異なるもので、例えば基材が熱膨張係数の大き
い嗣熱鋼や超合金などの金属系材料の場合には、Ｃｒｓ
Ｃ２Ｎｉ系サーメット，　１’ｉＣ　−Ｃｒ系サーメッ
トなどの中間層が好ましく、熱膨張係数の小さいＳ１Ｊ
４系セラミックスやＳｉＣ系セラミックスの基材の場合
は、Ｃｒ２Ｃ３Ｓ！［１２系セラミックスの中間層が奸
ましいことである。また、この中間層は、１１１層でな
る場合てもよく、又はｌｌ（材に接する側の中間層を県
材に近い熱膨張係数の材料とし、被覆層に接する側の中
間層を被覆層に近い熱膨張係数の材料とするという複層
の構逍てなる場合てもよく、もしくは基村側から被覆層
側までの熱膨張係数が連続的に変化する傾斜した中間層
とするこども好ましいことである。この中間層のＰ／さ
は、」−，述の構造によっても異なるが０．０１〜Ｉ　
ｍｍ程度にすると、熱応力の緩和及び密着性の強化の両
ノｊを満たすことができるので好ましいことである。

本発明の光′゛７゛部品成形用複合モルードを作製１る
場合、山販σ）ノ．（村を用いて、そのノ−１−↑の少
なくとも成形面に溶躬により被覆層を形成した後、所定
の形状に仕−１．研摩するという力法も考えられるが、
基材と被覆層との密着性及び緻密で微細均抗の被覆層を
得るために、次の方決が好ましいことである。

すなわち、本発明の光学部品成形用複合モルトの製遣方
法は、ノ＾材の少なくとも被加上材の成形加上される成
形面に酸化クロム粉末，酸炭化クロム粉未．酸窒化クロ
ム粉宋．酸炭窒化クロム粉末、又は界虐後酸化クロム，
酸炭化クロム，酸窒化クロム．酸炭窄化クロムになる＋
ｉｉｊ駆休の中の少なくともＩ押を主成分とする被覆物
質を学イ【１、もしく｛ｊ該被覆物質でなる圧粉体を隣
接させた後、窒化ホウ素扮人中に理設し、ニｉＬ空，窒
素ガス又は不活性ガス中で、厘力５０ｋｇ／ｃｍ２以上
．温ｔＸ＋＋圓゜Ｃ以上の条件で複合体にする方法、あ
るいは該複合体をさらに斤力１　０００ｋ４／ｃｍ”以
１．，温度１１００’Ｃ以ｌの条件で熱間静水月二処理
する力法てもって、少なくとも該成形面がＯｌ〜５　ｍ
ｍｌ’％さの被覆層からなり、該被覆層が酸化′フロム
，酸炭化クロム，酸窒化クロム，酸炭窒化クロムの中の
少なくとも１種のクロム化合物を主成分とする複合モル
ードを得ることを特徴とする方法である。

本発明の光学部品成形用複合モルードの製造方法におい
て用いる基材は、市販の材料を加工成形して出発物の基
材とする場合、又は従来の粉末冶金法でもって圧粉休と
したものを出発物の基材として、加圧及び加熱により複
合体にすると同時に圧粉休でなる基材を焼結体とするこ
ともできる。

本発明の製造方法における被覆物質は、加圧及び加熱に
より複合体にしたときに被覆層を形成するもので、具体
的１こは、例えばＣｒ２０ｓ．　ＣｒＯ３Ｃｒ　（０，
　Ｃ）　．　Ｃｒ　（０，　Ｎ）　．　Ｃｒ　（０，　
Ｃ．　Ｎｌの各粉末、又は金属クロム，炭化クロム，窒
化クロム．カーボンの中の少なくとも１種と酸化クロム
との混合粉末、もしくは無水クロム酸，クロムアルコキ
シトなどの加圧及び加熱により被覆層となる前駆体を挙
げることができる。この被覆物質をスラリー状にして出
発物の基材に塗付する方法、又は出発物の基材が圧粉体
でなる場合には被覆物質も圧粉休１　５として、例えば加圧して隣接させることができる。しか
し、基材と被覆物質との加圧加熱時の収縮率の差及び最
適焼結条件の相違があることから、特に出発物の基材は
、圧粉体でなく焼結体や合金の塊体として用いるのが好
ましいことである。次に、被覆物質の付着してなる基材
を非品質窒化ホウ素粉末又は六方品窒化ホウ素粉末など
の窒化ホウ素粉末中に埋設して、真空．窒素ガス又は不
活性ガス中で、圧力５０ｋｇ／ｃｍ２以上．好ましくは
２００〜５０口ｋｇ／ｃｍ２，温度１１００℃以上好ま
しくは１２５０℃〜１４００℃の条件でホットプレスし
て被覆層と基材でなる複合体にする方法、もしくはこの
複合体をさらに圧力１００ｋｇ／ｃｍ２以上，温度１１
００℃一以上の条件で熱間静水圧処理（　ＩＩ　Ｉ　Ｐ
処理）を行うことにより本発明の複合モルードを作製す
ることができる。

また、本発明の製造方法において、中間層を形成する場
合、例えばＴｉＣ，　ＴｉＮのような化合物でなる中間
層の形成は従来の化学蒸着法（ＣＶＤ）又は物理蒸着法
（ＰＶＤＩで行うことができるけれども、特ｌ　６に周期律表４ａ，　５ａ，　６ａ族金属の炭化物，窒化
物，炭酸化物．窒酸化物及びこれらの相互固溶体の中の
少なくとも１種の化合物相とＦｅ，　Ｎｉ．　Ｃｏ，　
Ｃｒ及びこれらの相互合金の中の少なくとも１種の金属
相とからなるサーメットでなる中間層の形成は前述の被
覆層と同様にして行うことができるものである。

（作用）本発明の光学部品成形用複合モルードは、被覆層が被加
工材、特にガラスとの反応，濡れ．溶着を阻止する作用
をし、その結果被加工材の変色．表面荒れが防止され、
基材が被覆層を保持して、被覆層の強度をカバーする作
用をしているものである。

また、本発明の光学部品成形用複合モルードの製造方法
は、窒化ホウ素粉末で埋設してホットプレスすることが
従来の化学蒸着法や物理蒸着法では困難な厚さの被覆層
の形成を可能にし、しかも緻密な被覆層の形成を可能に
しているものである。

（実施例）市販のＡｆｌ．２ＩＬ系セラミックス焼結体，ＴｉＣサ
ーメット焼結体，　ＪＩＳ規格ＰＩ［＋相当の超硬合金
．耐熱鋼，インコネルｌ００超合金並びに５０ｗｔ％Ａ
ｊ２２０ａ　　５０ｗｔ％Ｃｒ２０ａ焼結体．　９０ｗ
ｔ％Ｃ’ｒｚＯ３−１　０ｗｔ％ＺｒｇＬ焼結体，　８
５ｗｔ％Ａｎ　２０３−　＋５ｗｔ％Ｃｒサーメット焼
結体を基材とし、このそれぞれの基材の表面に第１表に
示す平均粒径１．５μｍ以下の粉末を加圧圧着又はスラ
リー状にして塗付した後、ＢＮ粉末中に埋設して第１表
に併記した条件で加圧加熱して複合体を作製した。尚、
基材はｌＯφＸＩ３ｍｍの円柱形状で、１０φの１面を
１５８の凹面とし、この面に第１表に示す被覆物質の粉
末を圧着又は塗付した。

こうして得た第１表の本発明品１〜１３の被覆層厚さ及
び被覆層の平均結晶粒径を走査型電子顕微鏡で調べて、
その結果を第２表に示した。次に、第１表の本発明品１
〜１３に市販の八．２　，Ｏ．系セラミックス焼結体，
市販のＺ「０．系焼結体．市販のＳｉＣ焼結体をそれぞ
れ比校品１，２．３として加えて、それぞれを同−形状
にし、＋５”の面を鏡面研摩して複合モルー１・とじた
後、下記の条件でもってガラスの成形試験を行った。こ
のときのそれぞれの試料の鏡面研摩面の面粗さ及びガラ
ス成形試験結果を第２表に併記した。

以下余白？ラス成形試験条件モルード形状　ｌＯφＸｌ３ｍｍ加熱温度５００℃ 加　　圧　　力　　１００　　ｋｇ加圧時間２０秒使用雰囲気　Ｎ２（１〜３％）０■ 評　　　　価　ｌサイクル２５０回連続成形を行い、被
加工材の面粗さ及び離型性にて判断。

以下余白（発明の効果）以上の結果から、本発明の光学部品成形用複合モルード
は、市販のセラミックス焼結体でなるモルードに比較し
て、ガラスの成形加工において７０〜１００Ｄ倍もずぐ
れるという効果があるもので、例えば非球面レンズのよ
うにプレス成形後の研摩加工が困難な場合に応用すると
大量生産を可能にするというすぐれた効果のあるもので
ある。

また、本発明の光学部品成形用複合モルードは、人気中
又は酸素含有ガス雰囲気中で使用できること、及びその
ために，例えば成形加エされたガラスの表面にくもりが
生じ難く、プレス成形後の状態で実川できるというすぐ
れた効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基材の表面に被覆層を形成してなる複合モルード
において、該複合モルードの少なくとも被加工材の成形
加工される成形面が０．１〜５ｍｍ厚さの被覆層からな
り、該被覆層が酸化クロム、酸炭化クロム、酸窒化クロ
ム、酸炭窒化クロムの中の少なくとも１種のクロム化合
物を主成分とすることを特徴とする光学部品成形用複合
モルード。
（２）上記被覆層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｓｉ、
希土類金属の酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少な
くとも１種の酸化物相：５０ｖｏｌ％以下と、残りが上
記クロム化合物と不可避不純物からなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の光学部品成形用複合モル
ード。
（３）上記クロム化合物は、０．１ｖｏｌ％以下を金属
クロムで置換してなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項又は第２項記載の光学部品成形用複合モルード。
（４）上記基材は、酸化アルミニウム又は酸化クロムを
主成分とするセラミックス焼結体からなることを特徴と
する特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の光
学部品成形用複合モルード。
（５）基材と被覆層との間に中間層を介在させてなる複
合モルードにおいて、該複合モルードの少なくとも被加
工材の成形加工される成形面が０．１〜５ｍｍ厚さの被
覆層からなり、該被覆層が酸化クロム、酸炭化クロム、
酸窒化クロム、酸炭窒化クロムの中の少なくとも１種の
クロム化合物を主成分とし、かつ該中間層の熱膨張係数
が該基材の熱膨張係数と該被覆層の熱膨張係数の間にあ
ることを特徴とする光学部品成形用複合モルード。
（６）上記被覆層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｓｉ、
希土類金属の酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少な
くとも１種の酸化物相：５０ｖｏｌ％以下と、残りが上
記クロム化合物と不可避不純物とからなることを特徴と
する特許請求の範囲第５項記載の光学部品成形用複合モ
ルード。
（７）上記クロム化合物は、０．１ｖｏｌ％以下を金属
クロムで置換してなることを特徴とする特許請求の範囲
第５項又は第６項記載の光学部品成形用複合モルード。
（８）上記基材は、高融点金属、耐熱鋼、超合金又はダ
イス鋼からなることを特徴とする特許請求の範囲第５項
、第６項又は第７項記載の光学部品成形用複合モルード
。
（９）上記中間層は、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族金属
の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物及びこれらの相
互固溶体の中の少なくとも１種の化合物相とＦｅ、Ｎｉ
、　Ｃｏ、Ｃｒ及びこれらの相互合金の中の少なくとも
１種の金属相とからなる単層もしくは多層でなることを
特徴とする特許請求の範囲第５項、第６項、第７項又は
第８項記載の光学部品成形用複合モルード。
（１０）基材の表面に被覆層を形成してなる複合モルー
ドの製造方法において、該基材の少なくとも被加工材の
成形加工される成形面に酸化クロム粉末、酸炭化クロム
粉末、酸窒化クロム粉末、酸炭窒化クロム粉末、又は昇
温後酸化クロム、酸炭化クロム、酸窒化クロム、酸炭窒
化クロムになる前駆体の中の少なくとも１種を主成分と
する被覆物質を塗付、もしくは該被覆物質でなる圧粉体
を隣接させた後、窒化ホウ素粉末中に埋設し、真空、窒
素ガス又は不活性ガス中で、圧力５０ｋｇ／ｃｍ＾２以
上、温度１１００℃以上の条件で複合体にする方法、あ
るいは該複合体をさらに圧力１０００ｋｇ／ｃｍ＾２以
上、温度１１００℃以上の条件で熱間静水圧処理する方
法でもって、少なくとも該成形面が０．１〜５ｍｍ厚さ
の被覆層からなり、該被覆層が酸化クロム、酸炭化クロ
ム、酸窒化クロム、酸炭窒化クロムの中の少なくとも１
種のクロム化合物を主成分とする複合モルードを得るこ
とを特徴とする光学部品成形用複合モルードの製造方法
。