JP2005153127A - 光学素子用成形金型及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 焼結後の組成の不均一を抑えて良好な切削性を有する成形面の原型を得て高い面精度の成形面を得ることができる光学素子用成形金型の製造方法及びその方法によって得られる光学素子用成形金型を提供すること。
【解決手段】 金型の製造方法は、母材を作製後、ニッケル、銅、及び、リンを含む焼結用粉末を焼結して成形面の原型を作製する工程（Ｓ０１）と、作製した成形面の原型を機械加工して成形面とする工程（Ｓ０２）とを備えている。
【選択図】 図３
【解決手段】 金型の製造方法は、母材を作製後、ニッケル、銅、及び、リンを含む焼結用粉末を焼結して成形面の原型を作製する工程（Ｓ０１）と、作製した成形面の原型を機械加工して成形面とする工程（Ｓ０２）とを備えている。
【選択図】 図３
Description
本発明は、光学素子用成形金型及びその製造方法に関する。
光学部品などの成形精度を高く要求される成形品、例えばプラスチック非球面レンズ等は、非常に高い表面形状精度、仕上げ精度が要求される。
このような超精密部品を成形するために金型（光学素子用成形金型）が使用されるが、成形品としての樹脂が注入される金型の空間（以下、キャビティという。）が成形品の品質を支配するので、金型寸法などに高い精度が求められる。このため、キャビティを形成する金型の製造方法においては、ダイヤモンドバイト切削により仕上げ加工が行われる。
この際、光学素子用成形金型の母材に対してダイヤモンドバイト切削加工を直接行なっても高い加工精度を得ることができないため、放電プラズマ焼結法等のパルス通電加圧焼結法を用いて、ニッケル−リンを含む焼結用粉末を焼結して成形面の原型を作製し、その成形面の原型をダイヤモンドバイトで切削加工して成形面を作製する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２７７２５２号公報
このような超精密部品を成形するために金型（光学素子用成形金型）が使用されるが、成形品としての樹脂が注入される金型の空間（以下、キャビティという。）が成形品の品質を支配するので、金型寸法などに高い精度が求められる。このため、キャビティを形成する金型の製造方法においては、ダイヤモンドバイト切削により仕上げ加工が行われる。
この際、光学素子用成形金型の母材に対してダイヤモンドバイト切削加工を直接行なっても高い加工精度を得ることができないため、放電プラズマ焼結法等のパルス通電加圧焼結法を用いて、ニッケル−リンを含む焼結用粉末を焼結して成形面の原型を作製し、その成形面の原型をダイヤモンドバイトで切削加工して成形面を作製する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、上記従来の光学素子用成形金型の製造方法では、焼結後の成形面の原型でＮｉ３Ｐ（１リン化３ニッケル）等の結晶が部分的に析出して、析出しない箇所との間で組成の不均一を生じるために硬さが異なってしまい、切削時に加工量が変化して均一な切削性が得られず面精度の高い仕上げ面を加工することが困難となる。
また、焼結後の成形面の原型がアモルファス状態であっても実際に金型を使用する際の温度上昇によって結晶化が進み、成形面に凹凸が生じる可能性もある。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、焼結後の組成の不均一を抑えて良好な切削性を有する成形面の原型を得て高い面精度の成形面を得ることができる光学素子用成形金型の製造方法及びその方法によって得られる光学素子用成形金型を提供することを目的とする。
また、焼結後の成形面の原型がアモルファス状態であっても実際に金型を使用する際の温度上昇によって結晶化が進み、成形面に凹凸が生じる可能性もある。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、焼結後の組成の不均一を抑えて良好な切削性を有する成形面の原型を得て高い面精度の成形面を得ることができる光学素子用成形金型の製造方法及びその方法によって得られる光学素子用成形金型を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る光学素子用成形金型の製造方法は、成形面を有する光学素子用成形金型の製造方法であって、ニッケル、銅、及び、リンを含む焼結用粉末を焼結して少なくとも前記成形面の原型を作製する工程と、作製した前記成形面の原型を機械加工して前記成形面とする工程とを備えていることを特徴とする。
本発明に係る光学素子用成形金型の製造方法は、成形面を有する光学素子用成形金型の製造方法であって、ニッケル、銅、及び、リンを含む焼結用粉末を焼結して少なくとも前記成形面の原型を作製する工程と、作製した前記成形面の原型を機械加工して前記成形面とする工程とを備えていることを特徴とする。
この光学素子用成形金型の製造方法は、ニッケル、銅、及び、リンを含む焼結用粉末を焼結して成形面の原型を作製するので、焼結後の成形面の原型に結晶化や粒成長が生じるのを抑え、硬軟の少ない均一な組成の成形面の原型を得ることができる。したがって、機械加工時に加工ムラが抑えられ均一な加工を行うことができる。
また、本発明に係る光学素子用成形金型の製造方法は、前記光学素子用成形金型の製造方法であって、前記焼結用粉末に対してパルス通電するパルス通電加圧焼結法を用いて前記焼結を行うことを特徴とする。
この光学素子用成形金型の製造方法は、パルス通電加圧焼結法を用いるので、焼結の際にニッケル、銅、及びリンで構成された成形面の原型に気泡が入り込むのを抑え、かつ、金型による成形時に熱が加えられても成形面に剥がれや歪みの発生を抑えて、歩留まりを向上することができる。
この光学素子用成形金型の製造方法は、パルス通電加圧焼結法を用いるので、焼結の際にニッケル、銅、及びリンで構成された成形面の原型に気泡が入り込むのを抑え、かつ、金型による成形時に熱が加えられても成形面に剥がれや歪みの発生を抑えて、歩留まりを向上することができる。
本発明に係る光学素子用成形金型は、本発明に係る光学素子用成形金型の製造方法によって作製されていることを特徴とする。
この光学素子用成形金型は、均一な組成で凹凸の少ない成形面を備えることができる。したがって、機械加工時に所望の切削性を得ることができる。
この光学素子用成形金型は、均一な組成で凹凸の少ない成形面を備えることができる。したがって、機械加工時に所望の切削性を得ることができる。
本発明によれば、面精度の高い成形面を低コストで得ることができ、かつ、歩留まりの向上を図ることができる。
本発明に係る一実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
本実施形態に係る金型（光学素子用成形金型）１は、成形品としての樹脂が注入されるキャビティを形成するためのもので、図１に示すように、例えば、ＳＵＳ４２０３２からなる母材２にキャビティとなる成形面３を有して構成されている。
本実施形態に係る金型（光学素子用成形金型）１は、成形品としての樹脂が注入されるキャビティを形成するためのもので、図１に示すように、例えば、ＳＵＳ４２０３２からなる母材２にキャビティとなる成形面３を有して構成されている。
次に、金型１の製造方法について説明する。
この金型１の製造方法は、母材２に、ニッケル、銅、及び、リンを含む焼結用粉末５を焼結して成形面３の原型６を作製する工程（Ｓ０１）と、作製した成形面３の原型６を機械加工して成形面３とする工程（Ｓ０２）とを備えている。
この金型１の製造方法は、母材２に、ニッケル、銅、及び、リンを含む焼結用粉末５を焼結して成形面３の原型６を作製する工程（Ｓ０１）と、作製した成形面３の原型６を機械加工して成形面３とする工程（Ｓ０２）とを備えている。
成形面３の原型６を作製する工程（Ｓ０１）では、まず、粒度２μｍのＮｉ粉末５０ｇと、粒度２μｍのＣｕ３Ｐ粉末５０ｇとを遊星ボールミルで粉砕・混合して焼結用粉末５を作製する。
次に、得られた焼結用粉末５を焼結する。この際、焼結用粉末５に対してパルス通電するパルス通電加圧焼結法として放電プラズマ焼結法にて焼結するため、図２に示す放電プラズマ焼結装置７によって焼結を行う。
次に、得られた焼結用粉末５を焼結する。この際、焼結用粉末５に対してパルス通電するパルス通電加圧焼結法として放電プラズマ焼結法にて焼結するため、図２に示す放電プラズマ焼結装置７によって焼結を行う。
ここで、放電プラズマ焼結法とは、数１０〜３００ｋＨｚ程度の周波数のＯＮ−ＯＦＦ直流パルス大電流を印加することにより粒子間隙に生じるアーク放電に移行する直前の過渡アーク放電現象による放電プラズマ、放電衝撃圧力などによる粒子表面の浄化活性化作用、および電場に生じる電界拡散効果やジュール熱による熱拡散効果などを利用して加圧下で行なう焼結方法である。
この放電プラズマ焼結を行うための放電プラズマ焼結装置７は、カーボングラファイトからなる焼結型８と、これを内部に配設している真空チャンバ１０と、この真空チャンバ１０の上下に設けられ焼結型８を間に挟んで配設された上部パンチ電極１１及び下部パンチ電極１２と、これら電極を介して焼結型８にパルス電力を印加する電源部１３とを備えている。
焼結型８は、母材２と焼結用粉末５とを収納する筒状の成形外枠１５と、加圧機構１６（例えば、油圧プレス機構）に接続されて上部方向から成形外枠１５内の焼結用粉末５を加圧する上パンチ１７と、加圧機構１６に接続されて下部方向から加圧する下パンチ１８とを備えている。
また、上パンチ１７は、上部パンチ電極１１と上部で接触して電気的に接続されているとともに、下パンチ１８は、下部パンチ電極１２と下部で接触して電気的に接続されている。
また、上パンチ１７は、上部パンチ電極１１と上部で接触して電気的に接続されているとともに、下パンチ１８は、下部パンチ電極１２と下部で接触して電気的に接続されている。
下パンチ１８上に型母材２を、またその上に焼結用粉末５を、さらにその上に上パンチ１７を載置して焼結型８としたものを上部パンチ電極１１及び下部パンチ電極１２の間に設置する。このとき、上パンチ１７は上部パンチ電極１１と接続され、下パンチ１８は下部パンチ電極１２と接続される。
続いて、図示しない真空ポンプによって真空チャンバ１０内を真空引きする。
続いて、図示しない真空ポンプによって真空チャンバ１０内を真空引きする。
同時に加圧機構１６を駆動して焼結用粉末５を上パンチ１７と下パンチ１８とによって上下方向から３００ＭＰａの圧力で加圧し、電源部１３からパルス電圧を印加して放電プラズマを発生させて焼結用粉末５が６００℃になるまで自己加熱させる。
このとき、焼結用粉末５が適正に焼結して焼結体となるとともに上パンチ１７と下パンチ１８とがジュール加熱されて保温され、２０分程度で２〜３ｍｍ程度の厚さの成形面３の原型６と母材２とが一体となった部材を得る。
このとき、焼結用粉末５が適正に焼結して焼結体となるとともに上パンチ１７と下パンチ１８とがジュール加熱されて保温され、２０分程度で２〜３ｍｍ程度の厚さの成形面３の原型６と母材２とが一体となった部材を得る。
次に、成形面３とする工程（Ｓ０２）を行なう。この工程では、まず、超硬バイトを用いた研削加工により原型６に対して外形加工を行い、原型６の形状を成形面３の形状に近いものとする。
そして、ダイヤモンドバイト切削によって仕上げ加工（機械加工）を行なって成形面３を仕上げる。
この際、焼結後の原型６が均一な組成に維持されているので、仕上げ加工時に加工ムラが抑えられ均一で良好な切削面として成形面３が得られる。
そして、ダイヤモンドバイト切削によって仕上げ加工（機械加工）を行なって成形面３を仕上げる。
この際、焼結後の原型６が均一な組成に維持されているので、仕上げ加工時に加工ムラが抑えられ均一で良好な切削面として成形面３が得られる。
この金型１の製造方法によれば、従来のようにＮｉ３Ｐ等の結晶化や粒成長が生じるのを抑え、硬軟の少ない均一な組成の成形面の原型を得ることができる。したがって、ダイヤモンドバイト切削時に加工ムラが抑えられて均一な加工を行うことができ、面精度の高い成形面３を有する金型１を低コストで得ることができる。
この際、放電プラズマ焼結法を用いるので、成形面３に剥がれや歪みの発生を抑えることができる。
また、得られた金型１によれば、均一な組成で凹凸の少ない成形面３を備えているので、高い表面形状精度、仕上げ精度を有する光学レンズ等を成形することができる。
この際、放電プラズマ焼結法を用いるので、成形面３に剥がれや歪みの発生を抑えることができる。
また、得られた金型１によれば、均一な組成で凹凸の少ない成形面３を備えているので、高い表面形状精度、仕上げ精度を有する光学レンズ等を成形することができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態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。
例えば、上記実施形態では、母材２の上に焼結用粉末５をのせた状態で焼結しているが、成形面３を作製した後で母材２と接着させても構わない。
また、焼結用粉末５としてＮｉとＣｕ３Ｐとを用いているが、Ｎｉ３Ｐ、Ｎｉ２Ｐ、Ｃｕ等を用いて焼結しても構わない。
さらに、焼結の際、放電プラズマ焼結法のみならず、放電焼結法、プラズマ活性化焼結法等のパルス通電加圧焼結法でも構わない。
例えば、上記実施形態では、母材２の上に焼結用粉末５をのせた状態で焼結しているが、成形面３を作製した後で母材２と接着させても構わない。
また、焼結用粉末５としてＮｉとＣｕ３Ｐとを用いているが、Ｎｉ３Ｐ、Ｎｉ２Ｐ、Ｃｕ等を用いて焼結しても構わない。
さらに、焼結の際、放電プラズマ焼結法のみならず、放電焼結法、プラズマ活性化焼結法等のパルス通電加圧焼結法でも構わない。
１ 金型（光学素子用成形金型）
３ 成形面
５ 焼結用粉末
６ 原型
３ 成形面
５ 焼結用粉末
６ 原型
Claims (3)
- 成形面を有する光学素子用成形金型の製造方法であって、
ニッケル、銅、及び、リンを含む焼結用粉末を焼結して少なくとも前記成形面の原型を作製する工程と、
作製した前記成形面の原型を機械加工して前記成形面とする工程とを備えていることを特徴とする光学素子用成形金型の製造方法。 - 前記焼結用粉末に対してパルス通電するパルス通電加圧焼結法を用いて前記焼結を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学素子用成形金型の製造方法。
- 請求項１又は２に記載の光学素子用成形金型の製造方法によって作製されていることを特徴とする光学素子用成形金型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003398833A JP2005153127A (ja) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | 光学素子用成形金型及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003398833A JP2005153127A (ja) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | 光学素子用成形金型及びその製造方法 |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2005153127A true JP2005153127A (ja) | 2005-06-16 |
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| JP2003398833A Withdrawn JP2005153127A (ja) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | 光学素子用成形金型及びその製造方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108642464A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-10-12 | 河南科技大学 | 一种高纯钌溅射靶材的制备方法 |
-
2003
- 2003-11-28 JP JP2003398833A patent/JP2005153127A/ja not_active Withdrawn
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| CN108642464A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-10-12 | 河南科技大学 | 一种高纯钌溅射靶材的制备方法 |
| CN108642464B (zh) * | 2018-06-25 | 2020-08-28 | 河南科技大学 | 一种高纯钌溅射靶材的制备方法 |
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