JP2005298325A

JP2005298325A - 超硬被膜を有する金型

Info

Publication number: JP2005298325A
Application number: JP2005099737A
Authority: JP
Inventors: Shitetsu Kan; 士哲簡
Original assignee: Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2005-10-27
Also published as: CN2695504Y

Abstract

【課題】本発明は、耐酸化性で、耐拡散性で、高機械強度を有し、且つ離型がし易い金型を提供する。
【解決手段】本発明はガラス成形品を製造するための金型を提供し、それは成形面を有するベースと、該成形面に被覆される超硬被膜を含む。該超硬被膜は非晶質窒化ホウ素基材、及び該非晶質窒化ホウ素基材中に分布される立方格子窒化ホウ素粒子を有する。金型は、非晶質窒化ホウ素の良好な潤滑性により離型し易くなり、立方格子窒化ホウ素粒子の極高の硬度により成形面の機械強度が増加し、また、該超硬被膜は金型ベースの金属元素の拡散を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型に関し、特に、離型がし易い高硬度の金型に関するものである。

金型は、例えば非球面レンズ、球面レンズ、プリズムなどの光学ガラス成形品の製造過程に広く使用されていて、押出成形法（Direct Press-molding）による光学ガラス成形品は、砂まき、研磨などの精製加工をする必要はなく、生産効率及び生産量を大幅に向上し、且つ生産品の品質が優良である。しかし、押出成形法は金型の化学安定性、耐熱衝撃性、機械強度、及び表面平滑度などにおいてかなり要求されているものである。従って、該押出成形技術の発展は主に金型の材料及びその製造技術の進歩により決まる。一般に、押出成形法に使用される金型においては、以下のようなことが要求される。
ａ．高温時、良好な剛性、耐機械衝撃強度、及び十分な硬度を有し、
ｂ．急激な加熱や冷却を行うような熱衝撃過程において、金型はうねりや変形を起こさず、
ｃ．高温成形時、金型の成形面は光学ガラスと化学反応をせず、光学ガラスを接着することなく、
ｄ．高温時、酸化反応をせず、
ｅ．高精度、高表面平滑度の成形面を得易く、
ｆ．コストが低い。

通常、従来技術ではステンレス或は耐熱合金を金型の材料としており、これらの金型は高温で酸化し易く、急激な加熱や冷却を行うような熱衝撃で結晶粒が大きくなる。従って、金型の表面は粗雑化し、光学ガラスを接着してしまう。

前記問題を解決するために、非金属及び超硬合金が金型の材料として使用されてきた。例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）などが金型の製造に用いられている。しかし、前記炭化セラミックの硬度はかなり高く、例えば高精度の非球面等の所要の形状に加工し難い。また、超硬合金は高温で一定の時間使用すると、酸化し易いものである。

従って、炭化物或は超硬合金からなる金型ベースと、該金型ベースの表面に形成される鍍膜或は被膜とを含む複合金型が開発されている。例えば、押出成形光学ガラス成形品の複合金型は特許文献１に開示されており、そこでは、高強度の超硬合金、炭化セラミック及び金属セラミックを金型ベースとして、且つ金型の成形面に（１）イリジウム（Ｉｒ）膜と、（２）白金（Ｐｔ）とレニウム（Ｒｅ）とオスミウム（Ｏｓ）とロジウム（Ｒｈ）とルテニウム（Ｒｕ）のうち少なくとも一つのものと、イリジウムとから成す合金膜と、（３）ルテニウム膜と、（４）白金（Ｐｔ）とレニウム（Ｒｅ）とオスミウム（Ｏｓ）とロジウム（Ｒｈ）のうち少なくとも一つのものと、ルテニウムとから成す合金膜と、のうちの一つの膜が形成される。

しかし、前記貴金属或はその合金の被覆膜を使用するので、金型のコストが増加し、且つ、炭化セラミック或は金属セラミック材料からなる金型ベースの焼結過程において、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属元素を添加する必要があり、これら金型は一定の時間使用されてから、該金属元素が前記貴金属膜から金型の外表面に拡散されて原料ガラスと反応し、金型の精度及び成形品の品質に影響することがある。

また、プラズマCVD法（Plasma CVD）或は熱CVD法（Thermal CVD）により炭化ケイ素或は窒化ケイ素膜を形成することもできるが、これらの膜は４００度の高温で光学ガラスの成形品が接着し易く、該成形品を離型するのは困難になる。
米国特許第４，６８５，９４８号明細書

本発明は、耐酸化性で、耐拡散性で、高機械強度を有し、且つ離型がし易い金型を提供することを目的とする。

本発明の目的を解決するため、本発明は超硬被膜を有する金型を提供し、それは所望の成形品に対応する成形面を有するベースと、該成形面に被覆される超硬被膜を含む。

前記ベースは例えばＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＮ、ＴｉＯ_２、ＴｉＣ、Ｂ_４Ｃ、ＷＣ、Ｗ、ＷＣ−Ｃｏなどのセラミック、金属セラミック或は超硬合金材料からなるものである。

前記超硬合金は窒化ホウ素（Boron Nitride）から堆積してなるものであり、非晶質窒化ホウ素基材、及び該非晶質窒化ホウ素基材中に分布される立方格子窒化ホウ素粒子を含む。該非晶質窒化ホウ素基材は連続して分布し、該立方格子窒化ホウ素粒子は該非晶質窒化ホウ素基材中に離散し、或は部分的に連続して分布し、且つ立方格子窒化ホウ素粒子の粒径はナノメートルオーダーである。

前記超硬合金膜はプラズマCVD法或はズパッタ法により製造し成すものである。

本発明は、従来技術と比べて、金型ベースの高硬度表面に窒化ホウ素超硬被膜を形成する。ことによって、金型は、成形する際にその表面の非晶質窒化ホウ素の良好な潤滑性により光学ガラス成形品と接着しなくて離型し易くなり、立方格子窒化ホウ素粒子の極高の硬度により成形面の機械強度を向上することができ、また、該超硬被膜は金型ベースの金属元素の拡散を防止し、ガラス成形品における不良影響を生かすことを防止することができる。

次に、図示と併せて本発明の第一実施例を詳しく説明する。

図１を参照すると、本発明の第一実施例において、非球面光学レンズを成形するための金型１０は金型ベース１２、及び金型ベース１２の成形面に形成される膜１４を含む。金型ベース１２は、例えばＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＮ、ＴｉＯ_２、ＴｉＣ、Ｂ_４Ｃ、ＷＣ、Ｗ、ＷＣ−Ｃｏなどのセラミック、金属セラミック或は超硬合金材料を焼結して成すものである。金型ベース１２の成形面は、所要の非球面光学成形品の形状に対応する非球面形状である。膜１４は、金型ベース１２の成形面に被覆され、非晶質窒化ホウ素１６（Amorphous Boron Nitride）及び立方格子窒化ホウ素粒子１７（Cubic Boron Nitride）を含む窒化ホウ素材料を堆積して成すものである。非晶質窒化ホウ素１６は立方格子窒化ホウ素粒子１７の分布用基材とする連続膜であり、立方格子窒化ホウ素粒子１７は膜１４全体の１０〜６０％（モル百分率）で非晶質窒化ホウ素基材１６全体に離散されるか、或は部分的に連続して分布されるものである。立方格子窒化ホウ素１７の粒径はナノメートルオーダーであり、５〜１００ｎｍが好ましい。膜１４の厚さは１〜１００μｍである。

勿論、本発明の内容は異なった形状及び用途の他の成形品を製造するための金型にも使用される。

図２を参照すると、本発明の第二実施例において、平面光学ガラスを成形するための金型２０は平滑な表面を有する金型ベース２２、及び金型ベース２２の成形面に形成される膜２４を含む。金型ベース２２は、例えばＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＮ、ＴｉＯ_２、ＴｉＣ、Ｂ_４Ｃ、ＷＣ、Ｗ、ＷＣ−Ｃｏなどのセラミック、金属セラミック或は超硬合金材料を焼結して成すものである。膜２４は非晶質窒化ホウ素２６及び立方格子窒化ホウ素粒子２７を含む窒化ホウ素材料を堆積して成すものである。非晶質窒化ホウ素２６は立方格子窒化ホウ素粒子２７の分布用基材とする連続膜であり、立方格子窒化ホウ素粒子２７は膜２４全体の１０〜６０％（モル百分率）で非晶質窒化ホウ素基材２６全体に離散されるか、或は部分的に連続して分布されるものである。立方格子窒化ホウ素粒子２７の粒径はナノメートルオーダーであり、５〜１００ｎｍが好ましい。膜１４の厚さは１〜１００μｍである。

前記両実施例において、金型ベース１２及び２２は焼結、或は他の方法により加工して成し、膜１４及び２４は例えばマイクロウエーブプラズマCVD法等のプラズマCVD法或はズタッパ法により堆積して成すものである。

本発明の金型１０（２０）は、高硬度、高機械強度の金型ベース１２（２２）により高温成形過程による圧力及び応力が支持される。金型ベース１２（２２）の成形面に被覆される膜１４（２４）は、より柔らかい非晶質窒化ホウ素１６（２６）、及び高硬度の立方格子窒化ホウ素粒子１７（２７）を含む酸化し難い窒化ホウ素材料から成すものであり、その非晶質窒化ホウ素１６（２６）の原子がｓｐ^２混合軌道の構造であるので、よい潤滑性を有し離型し易くなる。高硬度、小粒径の立方格子窒化ホウ素粒子１７（２７）は金型表面の機械強度及び精度を向上することができる。また、膜１４（２４）は金型ベース１２（２２）内の金属元素の拡散を防止し、ガラス成形品における不良な影響が生じることを防止することができる。これによって、本発明の金型は、耐酸化性で、耐拡散性で、高機械強度を有し、且つ離型がし易い長所を有することが分る。

本発明の第一実施例の非球面光学ガラス成形品を製造するための金型の模式図である。本発明の第二実施例の平面光学ガラス成形品を製造するための金型の模式図である。

符号の説明

１０、２０金型
１２、２２金型ベース
１４、２４膜
１６、２６非晶質窒化ホウ素
１７、２７立方格子窒化ホウ素粒子

Claims

成形面を有する金型ベースと、
該成形面に被覆される超硬被膜と、
を含み、該超硬被膜は非晶質窒化ホウ素基材、及び該非晶質窒化ホウ素基材中に分布される立方格子窒化ホウ素粒子を有することを特徴とする超硬被膜を有する金型。
前記金型ベースはＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＮ、ＴｉＯ_２、ＴｉＣ、Ｂ_４Ｃ、ＷＣ、Ｗ、ＷＣ−Ｃｏのうちの一つからなるものであることを特徴とする請求項１に記載の超硬被膜を有する金型。
前記金型ベースは焼結して成すものであることを特徴とする請求項１に記載の超硬被膜を有する金型。
前記超硬被膜はプラズマＣＶＤ法或はズパッタ法によるものであることを特徴とする請求項１に記載の超硬被膜を有する金型。
前記超硬被膜の厚さは１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超硬被膜を有する金型。
前記立方格子窒化ホウ素粒子のモル百分率は１０〜６０％であることを特徴とする請求項１に記載の超硬被膜を有する金型。
前記立方格子窒化ホウ素粒子の粒径はナノメートルオーダーであることを特徴とする請求項１に記載の超硬被膜を有する金型。
前記立方格子窒化ホウ素粒子の粒径は５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超硬被膜を有する金型。
前記金型ベースの成形面は非球面形状であることを特徴とする請求項１に記載の超硬被膜を有する金型。
前記金型ベースの成形面は平面形状であることを特徴とする請求項１に記載の超硬被膜を有する金型。