JP2005231913A

JP2005231913A - 光学素子成形用型及びその製造方法

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Publication number: JP2005231913A
Application number: JP2004039601A
Authority: JP
Inventors: 雅道 ▲ひじ▼野; Masamichi Hijino
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】酸化物の膜厚を任意の厚さで成形面として形成可能な光学素子成形用型の製造方法及びその方法によって得られる光学素子成形用型を提供すること。
【解決手段】光学素子成形用型１の製造方法は、型母材２に放電プラズマ焼結法を用いて酸化クロムを含む焼結用粉末を焼結して、成形面３の原型６を作製する工程（Ｓ０１）と、作製した原型６を精密加工して成形面３とする工程（Ｓ０２）とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子成形用型及びその製造方法に関する。

近年、ガラス等からなる非球面レンズ等の光学素子は、非常に高い表面形状精度、仕上げ精度が要求され、高い成形精度を要求されている。
このような光学素子を成形するため、成形時の雰囲気中、或いはガラスに含まれる酸素による劣化に強く、また、ガラスとの離型性が良く、ガラスとの融着を起こさないという特性を有する、例えば、酸化クロム等の酸化物の膜が成形面に作製された金型（光学素子成形用型）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１９４７５５号公報

しかしながら、上記従来の光学素子成形用型の製造方法は、膜を蒸着、スパッタ等の成膜手段によって成膜するために、膜厚を厚くしようとしても膜応力が発生して剥離が発生して厚膜化が図れないという問題がある。したがって、成形を繰り返すに従って、ガラス中の酸素或いは雰囲気から浸入する酸素によって型母材と膜との界面で酸化劣化が発生し、表面荒れ、膜剥離、クラック等を生じる可能性が高くなる。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、酸化物の膜厚を任意の厚さで成形面として形成可能な光学素子成形用型の製造方法及びその方法によって得られる光学素子成形用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成形用型は、成形面を有する光学素子成形用型の製造方法であって、放電プラズマ焼結法を用いてクロム系セラミックス酸化物からなる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、作製した前記原型を精密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。
また、本発明に係る光学素子成形用型の製造方法は、前記光学素子成形用型の製造方法であって、前記焼結用粉末が、酸化クロムであることが好ましい。

この光学素子成形用型の製造方法は、放電プラズマ焼結法を用いてクロム系セラミックス酸化物からなる焼結用粉末を焼結するので、成形面の厚さを所望の厚さに作製することができる。また、焼結用粉末が酸化クロムなので、酸化劣化に強く成形品との離型性に優れる光学素子成形用型を製造することができる。

さらに、本発明に係る光学素子成形用型の製造方法は、成形面を有する光学素子成形用型の製造方法であって、放電プラズマ焼結法を用いてクロム系セラミックス窒化物又はクロム系セラミックス炭化物の少なくとも一つからなる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、作製した前記原型を精密加工する工程と、前記精密加工後の前記原型を酸化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。
また、本発明に係る光学素子成形用型の製造方法は、前記光学素子成形用型の製造方法であって、前記焼結用粉末が、窒化クロム、或いは炭化クロム、又は、これらの混合物であることが好ましい。

この光学素子成形用型の製造方法は、放電プラズマ焼結法を用いてクロム系セラミックス窒化物又はクロム系セラミックス炭化物の少なくとも一つからなる焼結用粉末を焼結するので、成形面の厚さを所望の厚さに作製することができる。また、焼結後に成形面の表面を酸化するので、成形面外から成形面への酸素浸入があっても酸化された部分が原型から剥離するのを抑えることができ、酸化劣化に強く成形品との離型性に優れる光学素子成形用型を製造することができる。

また、本発明に係る光学素子成形用型の製造方法は、前記光学素子成形用型の製造方法であって、前記成形面が、光学素子成形用型の型母材上に形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る光学素子成形用型の製造方法は、前記光学素子成形用型の製造方法であって、前記型母材が、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金、ＴｉＣ或いはＴｉＮを主成分とするサーメット、シリコンカーバイド、又は、シリコンナイトライドであることが好ましい。
この光学素子成形用型の製造方法は、成形面の厚さを厚く形成することによって、ガラス等からなる光学素子のプレス成形を行う際の雰囲気中、或いはガラス等に含まれる酸素が成形面内から型母材まで浸入する速度を抑えることができ、型母材の酸化劣化を抑えて表面荒れ、剥離、クラック等を抑えることができる。

本発明に係る光学素子成形用型は、本発明に係る光学素子成形用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。
この光学素子成形用型は、プレス成形を繰り返しても、成形面の酸化劣化が抑えられて均一で良好な鏡面表面を維持することができ、長寿命を有することができる。

本発明によれば、均一で良好な鏡面表面を得ることができ、酸化に対して耐久性の高い光学素子成形用型を供給することができる。

本発明に係る第１の実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
本実施形態に係る光学素子成形用型１は、光学レンズ等の光学素子を図示しないプレス装置にてプレス成形する際に用いる金型であって、図１に示すように、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金の焼結体である型母材２に、酸化クロムからなる成形面３を有して構成されている。

次に、光学素子成形用型１の製造方法について説明する。
この光学素子成形用型１の製造方法は、図２に示すように、型母材２に放電プラズマ焼結法を用いて酸化クロムを含む焼結用粉末５を焼結して、成形面３の原型６を作製する工程（Ｓ０１）と、作製した原型６を精密加工して成形面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、焼結用粉末５に対して放電プラズマ焼結法にて焼結するため、図３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、焼結用粉末５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。

まず、この焼結型８内の下パンチ１８上に型母材２を載置する。
続いて、粒度２ミクロンの酸化クロム粉末５０ｇと、粒度２ミクロンのクロム粉末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。クロム粉末を加えるのは酸化クロムの酸素によるタングステンカーバイドの酸化を抑制するためである。
次に、得られた焼結用粉末５を型母材２上に載置し、さらに上パンチ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内を一旦真空引きした後、図示しない不活性ガス供給装置から不活性ガスを真空チャンバ１０内に供給して所定の圧力とする。

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１３００℃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、５〜１０ｍｍ程度の厚さの成形面３の原型６を得る。

次に、精密加工により成形面３とする工程（Ｓ０２）を行なう。この工程では、まず、砥石を用いた研削加工により原型６に対して外径加工を行い、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（精密加工）を行なって成形面３を仕上げて光学素子成形用型１を作製する。

この光学素子成形用型１の製造方法によれば、放電プラズマ焼結法を用いて酸化クロムからなる焼結用粉末５を焼結するので、原型６の厚さを所望の厚さに作製することができる。したがって、ガラスの光学素子を成形する場合等において、雰囲気中、或いはガラスに含まれる酸素が成形面３外から成形面へ浸入したとしても型母材２までの到達を抑えることができる厚さに原型６を作製でき、型母材の酸化劣化を抑えて表面荒れ、剥離、クラック等を抑えることができる。また、成形面３が酸化クロムで構成されているので、酸化劣化に強く成形品との離型性に優れる光学素子成形用型１を製造することができる。したがって、均一で良好な鏡面表面を得ることができ、耐久性の高い光学素子成形用型１を供給することができる。

次に、第２の実施形態について図４及び図５を用いて説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る光学素子成形用型２０の製造方法は、成形面３の原型６を作製する工程（Ｓ０１）で使用する焼結用粉末５が窒化クロムからなり、図４に示すように、作製した原型６を精密加工する工程（Ｓ０２）の後に、加工面を酸化して成形面３とする工程（Ｓ０３）を備えている点である。

次に、光学素子成形用型２０の製造方法について説明する。
まず、原型６を作製する工程（Ｓ０１）として、下パンチ１８上に型母材２を載置する。
続いて、粒状の窒化クロム（（株）高純度化学研究所製））５０ｇ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。
得られた焼結用粉末５を型母材２上に載置して焼結型８として、第１の実施形態と同様の条件で放電プラズマ焼結を行い、原型６を得る。

そして、第１の実施形態と同様の方法で精密加工により加工面とする工程（Ｓ０２）を行なう。
その後、加工面を酸化して成形面３とする工程（Ｓ０３）へ移行する。
この工程では、加工後の原型６を加熱炉内に載置して大気中にて６００℃まで昇温して１０分間加熱する。
これによって、加工面の表面に厚さ０．１μｍ程度の酸化膜２１を形成し、成形面３を得て図５に示す光学素子成形用型２０を作製する。

この光学素子成形用型２０の製造方法によれば、放電プラズマ焼結法を用いて窒化クロムからなる焼結用粉末５を焼結するので、原型６の厚さを所望の厚さに作製することができる。また、焼結後に加工面の表面を熱処理して酸化するので、蒸着やスパッタ等の成膜と異なり、成形面外から成形面への酸素浸入があっても膜剥離等を抑えることができる。したがって、酸化劣化に強く成形品との離型性に優れる光学素子成形用型を製造することができる。

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、型母材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を作製した後で型母材２と接着させても構わない。
また、上記第２の実施形態では窒化クロムからなる焼結用粉末５としているが、炭化クロム、又は窒化クロムと炭化クロムとの混合物からなる焼結用粉末を作製しても構わない。
さらに、型母材の構成材料としてタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金に限らず、ＴｉＣ或いはＴｉＮを主成分とするサーメット、シリコンカーバイド、又は、シリコンナイトライドとして同様の工程を行っても同様の作用・効果を得ることができる。

本発明に係る第１の実施形態における光学素子成形用型を示す断面図である。本発明に係る第１の実施形態における光学素子成形用型の製造方法を示すフロー図である。本発明に係る第１の実施形態における光学素子成形用型の製造に用いる放電プラズマ焼結装置を示す要部を断面とした構成図である。本発明に係る第２の実施形態における光学素子成形用型の製造方法を示すフロー図である。本発明に係る第２の実施形態における光学素子成形用型を示す断面図である。

符号の説明

１、２０光学素子成形用型
３成形面
５焼結用粉末
６原型

Claims

成形面を有する光学素子成形用型の製造方法であって、
放電プラズマ焼結法を用いてクロム系セラミックス酸化物からなる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、
作製した前記原型を精密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成形用型の製造方法。
成形面を有する光学素子成形用型の製造方法であって、
放電プラズマ焼結法を用いてクロム系セラミックス窒化物又はクロム系セラミックス炭化物の少なくとも一つからなる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、
作製した前記原型を精密加工する工程と、
前記精密加工後の前記原型を酸化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成形用型の製造方法。
前記焼結用粉末が、酸化クロムであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用型の製造方法。
前記焼結用粉末が、窒化クロム、或いは炭化クロム、又は、これらの混合物であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子成形用型の製造方法。
前記成形面が、光学素子成形用型の型母材上に形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の光学素子成形用型の製造方法。
前記型母材が、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金、ＴｉＣ或いはＴｉＮを主成分とするサーメット、シリコンカーバイド、又は、シリコンナイトライドであることを特徴とする請求項５に記載の光学素子成形用型の製造方法。
請求項１から６の何れか一つに記載の光学素子成形用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成形用型。