JPH04238823A - プレス成形型 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス成形型に関し、
特に光学ガラス素材のプレス成形で高精度のガラス光学
素子を得るのに好適に用いられるプレス成形型に関する
。

【０００２】

【従来の技術】上述のようなプレス成形型は、特に光学
ガラス素材と接触して光学ガラス素材をプレスする表層
が、高温においても耐酸化性に優れ、光学ガラスに対し
て不活性で、プレスを繰り返しても変形しないだけの機
械的強度を有し、しかも精密加工が容易にできるような
加工性に優れた材料から成ることを必要とする。この条
件をある程度満足するプレス成形型として、型材料にシ
リコンカーバイド（ＳｉＣ）またはシリコンナイトライ
ド（Ｓｉ３Ｎ４）を用いたものが特開昭５２−４５６１
３号公報により、また型材料にチタンカーバイド（Ｔｉ
Ｃ）および金属の混合材料を用いたものが特開昭５９−
１２１１２６号公報により知られている。さらに、ジル
コニウムオキサイド（ＺｒＯ２）から成る基体上に白金
−ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）合金又は白金−イソジウム（
Ｐｔ−Ｉｒ）合金から成る表層をコーティング膜として
形成したものが特開昭６０−１７６９３０号公報によっ
て知られている。

【０００３】しかし、型材料にＳｉＣやＳｉ３Ｎ４を用
いたものは、非常に硬くて、機械的強度が優れているが
、反面加工性が劣り、さらに光学ガラスの構成成分であ
る鉛（Ｐｂ）が型材料と反応して付着し易いと言う欠点
を有している。また型材料にＴｉＣおよび金属の混合材
料を用いたものも、光学ガラスと反応し易いと言う問題
がある。それに対して、Ｐｔ−ＲｈまたはＰｔ−Ｉｒの
コーティング膜を形成したものは、光学ガラスと化学反
応しないのが利点とされているが、実際にはプレス成形
品の離型性が最初から悪いと言う問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
のないプレス成形型すなわち、表層が光学ガラスの構成
成分であるＰｂと反応しにくくて、型表面への光学ガラ
スの付着が少なく、したがってプレス成形品の離型性に
優れて、光学性能の優れた高精度のガラス光学素子をプ
レス成形品として得ることができ、成形時高温窒素ガス
環境に保持されても表層表面の硬度、形状、平滑性が安
定に保たれて、それにより高精度のガラス光学素子を安
定してプレス成形できるプレス成形型の提供を目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、被成形材料と
接触して被成形材料をプレスする基体上の表層に白金と
他の金属の混合物からなる材料を用いたプレス成形型に
おいて、前記表層の材料が前記他の金属に原子半径が１
．５Å以下の金属を用いていることを特徴とするプレス
成形型にあり、この構成によって前記目的を達成する。

【０００６】

【作用】本発明のプレス成形型は、被成形材料と接触し
て被成形材料をプレスする基体上の表層に白金と原子半
径が１．５Å以下の金属とから成る材料を用いているこ
とで、被成形材料が鉛を含有する重フリント系光学ガラ
スである場合に表層表面に鉛の付着することを防止して
成形品の離型性が良く、また表層の緻密性、硬度、膜と
しての付着強度が高くて、しかも平滑表面を得られる加
工性を有し、さらに成形時高温窒素ガス環境に置かれる
と表層の表面等に窒化が生じて表面の変形や平滑性の低
下を防止するから、安定して高精度のガラス光学素子を
プレス成形できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して実施例により
説明する。

【０００８】第１図は本発明のプレス成形型の１例を示
す縦断面図であり、図において、１は基体、２は被成形
材料と接触して被成形材料をプレスする表層、３は表層
２が基体１から剥離しないように必要に応じて基体１と
表層２の間に設けられる中間層である。

【０００９】基体１はタングステンカーバイド（ＷＣ）
，ステンレス鋼，ジルコニウムオキサイド（ＺｒＯ２）
，シリコンカーバイド（ＳｉＣ），シリコンナイトライ
ド（Ｓｉ３Ｎ４）あるいはサーメットと言ったような耐
熱性、硬度に優れて、しかも適当に加工性のある材料か
ら形成される。

【００１０】表層２は、白金と、Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｔｉ
，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｎｂ等の原子半径が
１．５Å以下の金属、好ましくはＭｏ，Ｗ，Ｔａ，Ａｌ
のうちの少なくとも１種とから成っていて、原子半径が
１．５Å以下の金属の含有量が原子数比率で５〜４０ａ
ｔ％の材料から形成された層厚が０．１〜１０μｍの薄
膜である。この表層２の原子数比率はＸ線マイクロアナ
ライザー（ＸＭＡ）または電子分光法のうちのＥＳＣＡ
で求められる値であり、白金と混合している金属が原子
半径１．５Å以下であることによって白金との混合が均
密に行われ、その結果表層２による前述の作用効果が得
られるものと考えられる。

【００１１】表層２は、ターゲット材に白金と前述のよ
うな他の金属とを一定の比率で混合した材料を用いるか
、白金ターゲット上に他の金属板を所定の面積比となる
ように配置したものを用いるかして公知のスパッタリン
グ法で形成される。なお、白金の代りに、白金にイリジ
ウム（Ｉｒ），ロジウム（Ｒｈ），または金（Ａｕ）を
多少加えた白金合金を用いても同等の効果を示す表層２
が得られる。

【００１２】中間層３は、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃ
ｏ，チタンナイトライド（ＴｉＮ），チタンカーバイド
（ＴｉＣ），タングステンカーバイド（ＷＣ），シリコ
ンナイトライド（Ｓｉ２Ｎ３）等から形成された層厚が
０．０３〜５μｍの薄膜である。この中間層３は公知の
スパッタリング法や反応スパッタリング法あるいはイオ
ンプレーティング法で形成され、層厚を０．０３μｍよ
り薄くすることは均一な膜形成が難かしいし、また５μ
ｍより厚くするとその上に形成される表層２の表面の精
度、平滑性が劣ったものになり易い。

【００１３】本発明のプレス成形型の具体的実施例を表
１に纏めて示した。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１の各実施例は、タングステンカーバイ
ド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金の直径２０ｍｍ，厚
さ６ｍｍのピースの一端面に曲率半径が４６ｍｍと２０
０ｍｍの凹面状のプレス面を超微細のダイヤモンド砥粒
を用いて鏡面に研磨仕上げして形成したものを上型と下
型の基体として、それら基体のプレス面に表１に示した
組成の表層を直接または中間層を介して形成した上型と
下型とから成るプレス成形型を示している。この表層や
中間層はスパッタリング法あるいはイオンプレーテイン
グ法により表層は層厚が０．１〜１０μｍの範囲にある
ように、また中間層は層厚が０．０３〜５μｍの範囲に
あるように形成される。代表的実施例につき各層の形成
条件を具体的に示すと以下の通りである。

【００１６】実施例１の成形型は、前述のＷＣ基体のプ
レス面上にスパッタリング法によりＰｔ９５ａｔ％，Ｗ
５ａｔ％から成る層厚１．０μｍの表層を形成した上、
下型からなるものである。表層の形成は、Ｐｔと１５重
量％のＷとが分散混合して形成された板をターゲットと
し、ＷＣ基体の温度を４００℃に保ち、アルゴンガスを
８×１０−３Ｔｏｒｒの圧力で導入して、高周波放電電
力３００Ｗ，製膜速度２０Å／分の条件のスパッタリン
グ法によって行われる。

【００１７】実施例６の成形型は、ＷＣ基体のプレス面
上に層厚０．３μｍのＮｉから成る中間層を形成し、そ
の上にＰｔ９５ａｔ％，Ｔａ５ａｔ％から成る層厚０．
５μｍの表層を形成した上、下型からなるものである。 中間層の形成は、基体温度を３００℃に維持して基体に
−３００Ｖの負電圧を印加し、アルゴンガスを導入して
圧力を３×１０−４Ｔｏｒｒに保ち、アルゴンガスと蒸
着物質のＮｉを１３．５６ＭＨｚ，３００Ｗの高周波放
電でイオン化して製膜速度３０Å／分でＮｉ膜を形成す
る条件のイオンプレーティング法により行う。表層の形
成は、ターゲットとしてＰｔ板上にＴａ板をスパッタ面
積がＰｔ板の約２５％となるように配置したものを用い
た以外は、実施例１と同様の条件のスパッタリング法に
よる。

【００１８】他の実施例の成形型も上述の２実施例にお
けると略同様の方法で基体上に表層や中間層を形成して
作られる。得られた第１表の各実施例の成形型をそれぞ
れ第２図に示したプレス成形機にセットしてガラスレン
ズのプレス成形を行う。

【００１９】第２図において、４は上型、５は下型、６
は上型用ヒーター、７は下型用ヒーター、８は上型用ピ
ストンシリンダー、９は下型用ピストンシリンダー、１
０は塊状ガラス素材、１１はガラス素材供給治具、１２
はプレス成形したガラスレンズの取り出し口、１３はガ
ラス素材１０の予備加熱炉、１４は成形室囲いである。 ガラス素材１０は、酸化鉛（ＰｂＯ）７０重量％、シリ
カ（ＳｉＯ２）２７重量％および残りが微量成分の酸化
鉛系光学ガラスすなわち重フリント系ガラスから成る半
径１０ｍｍの球状物であり、予備加熱炉１３で加熱され
てから５２０℃に保持されている上、下型４，５のうち
の下型５上に置かれ、窒素雰囲気中で約４０ｋｇ／ｃｍ
２のプレス圧により上、下型４，５でプレスされる。上
、下型４，５は最終のプレス間隙を２分間保持した後、
３００℃まで冷却されてからプレス間隙を開放する。そ
れにより成形されたガラスレンズを取り出し口１２に取
り出して、１回のガラスレンズプレス成形工程が完了す
る。

【００２０】以上の工程を繰り返して１０００回のプレ
ス成形を行った。そして、上、下型４および５をプレス
成形機から取り外し、プレス面の状態を光学顕微鏡で観
察して、プレス面の表面粗さをÅ単位のＲＭＳ値で求め
それぞれの型の表面粗さの変化を評価した。

【００２１】その結果、いずれの実施例の成形型におい
てもプレス成形されたガラスレンズの離型性は安定して
良好であり、型のプレス面に化学反応の生じた兆候もガ
ラス材料の付着も認められず、上、下型の面精度および
表面粗さは当初の面精度１０００Å以下および表面粗さ
１０Å以下の状態から差が認められなかった。

【００２２】一方、比較のため、各実施例の成形型に用
いた上型と下型の基体をそのまま上、下型として各実施
例の成形型と同様に第２図のプレス成形機にセットし、
同様にガラスレンズのプレス成形を１０００回行い、ガ
ラスレンズの離型性やプレス面の表面粗さの変化を評価
した。その結果は、プレス成形を繰り返すに従って離型
性の低下が見られ、また型のプレス面に化学反応とガラ
ス材料の付着とが認められて、表面粗さが１０Å以下か
ら２０Å以上に劣化した。

【００２３】以上の結果から、本発明のプレス成形型に
おける表層は、白金と原子半径が１．５Å以下の他の金
属との混合が合金状態の混合に限らず、単に複数種の金
属元素が混在しているような混合であっても、十分目的
効果を達成する。これは他の金属の原子半径が１．５Å
以下であることより白金との合金化が促進されているた
めと考えられる。また、タングステンカーバイド（ＷＣ
）の基体の代りにチタンナイトライト（ＴｉＮ）、チタ
ンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ３Ｃ
２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の各々を主成分とす
るサーメットやミリコンカーバイド（ＳｉＣ）、酸化ク
ロム（ＣｒＯ２）、等から成る基体を用いて、前記と同
様の試験をした結果も、前記と同様に型寿命を向上させ
ることができた。

【００２４】

【発明の効果】本発明のプレス成形型は、プレス面が高
温でも安定で耐酸性、加工性に優れ、精密加工が容易で
ある。そして、そのプレス面は光学ガラス材料に対して
不活性であり、プレス成形時に形状精度が崩れず、かつ
充分な耐久性を有する。このため、１０００回プレス成
形しても安定して高精度のガラス光学素子を得ることが
できる。

【００２５】なお、本発明のプレス成形型をガラス以外
の無機材料や高分子樹脂材料等のプレス成形に用いても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプレス成形型の１例を示す縦断面図、
第２図は本発明のプレス成形型を用いるガラスのプレス
成形機の概要断面図である。

【符号の説明】

１…基体、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　２…表層、３…中間層、　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　４…上型、５…下型、　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　６…上型用ヒータ、７
…下型用ヒータ、　　　　　　　　　　　　　　８…上
型用ピストンシリンダー、 ９…下型用ピストンシリンダー、　　１０…ガラス素材
、１２…ガラスレンズの取り出し口、　　１３…ガラス
素材の予備加熱炉、 １４…成形室囲い。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被成形材料と接触して被成形材料をプ
   レスする基体上の表層に白金と他の金属の混合物からな
   る材料を用いたプレス成形型において、前記表層の材料
   が前記他の金属に原子半径が１．５Å以下の金属を用い
   ていることを特徴とするプレス成形型。
2. 【請求項２】　　請求項１の表層の材料が他の金属にＡ
   ｌ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａのうちの少なくとも１種類を用い、
   その表層材料における原子数比率が５〜４０ａｔ％であ
   る請求項１のプレス成形型。
3. 【請求項３】　　請求項１の表層が基体上のチタン，ニ
   ッケル，クロム，モリブデン，タングステン，タンタル
   ，コバルト，チタンナイトライド（ＴｉＮ），チタンカ
   ーバイド（ＴｉＣ），シリコンカーバイド（ＳｉＣ），
   シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４），タングステンカ
   ーバイド（ＷＣ）のうちの１種類または複数種の混合か
   ら成る層上に形成されたものである請求項１または２の
   プレス成形型。