JP2007238430A - セラミックス光学部品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】黒色を呈する光学部材用セラミックス材料であって、セラミックス原料と黒色化を促す成分を含む混合物の成形体を反応焼結を利用して合成した反応焼結セラミックス焼結体からなり、多孔質体であり、可視光域での反射率が20%以下であり、上記セラミックスの表面が未加工の焼成面である、ことを特徴とするセラミックス材料、その製造方法、及びセラミックス光学部品。
【効果】本発明によれば、可視光域での反射が小さく、焼成のみで、精度よく光学部品として使用可能な光学部材用セラミックス材料、及び低環境負荷型のセラミックス光学部品を製造し、提供することができる。
【選択図】図1
Description
(1)黒色を呈する光学部材用セラミックス材料であって、セラミックス原料と黒色化を促す成分を含む混合物の成形体を、反応焼結を利用して合成した反応焼結セラミックス焼結体であり、多孔質体であることを特徴とする光学部材用セラミックス材料。
(2)上記光学部材用セラミックス材料の可視光域での反射率が20%以下である、前記(1)記載の光学部材用セラミックス材料。
(3)上記光学部材用セラミックス材料において、可視光域である380nm〜800nmの波長領域で測定したいずれの点の反射率も、最大反射率が2%もしくはそれ以下である、前記(1)記載の光学部材用セラミックス材料。
(4)上記セラミックス光学材料が、焼成後未加工で使用される、前記(1)記載の光学部材用セラミックス材料。
(5)上記セラミックス光学材料が、気孔率が10%以上の多孔体である、前記(1)記載の光学部材用セラミックス材料。
(6)上記光学部材用セラミックス材料が、Yb,Lu,Ce,Pr,Dy,Ho,Nb,W,Ta,Co,Cr,Mo,Hf,Ta,Zr,Ti,Fe,B,Cの元素から選ばれる少なくとも一種類以上を含む、前記(1)記載の光学部材用セラミックス材料。
(7)上記セラミックス材料が、窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素、炭化ホウ素及び窒化ホウ素のいずれか、あるいはその複合物の結晶相の少なくとも一つを含む、前記(1)記載の光学部材用セラミックス材料。
(8)上記セラミックス材料が、アルミナ、ジルコニア、及びアルミナ、ジルコニアのいずれかの複合酸化物の結晶相のうち、少なくとも一つを含む、前記(1)記載の光学部材用セラミックス材料。
(9)上記セラミックス材料に含まれる結晶相の体積率が、60%から98%の範囲である、前記(7)又は(8)に記載の光学部材用セラミックス材料。
(10)上記結晶相が、反応焼結による窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素、炭化ホウ素又はその複合体で構成される、前記(7)又は(9)記載の光学部材用セラミックス材料。
(11)黒色を呈する光学部材用セラミックス材料を製造する方法であって、セラミックス原料に黒色化を促す成分を添加、混合した混合物を成形して成形体とし、得られた成形体を加熱して反応焼結を行うことを特徴とする光学部材用セラミックス材料の製造方法。
(12)可視光域である380nmから800nmまでの領域における波長の反射率が20%以下である反応焼結体を作製する、前記(11)に記載の光学部材用セラミックス材料の製造方法。
(13)可視光域である380nmから800nmまでの領域における波長の最大反射率が2%以下である反応焼結体を作製する、前記(11)に記載の光学部材用セラミックス材料の製造方法。
(14)ケイ素及びYb,Lu,Ce,Pr,Dy,Ho,Nb,W,Ta,Co,Cr,Mo,Hf,Ta,Zr,Ti,Fe,B,Cの元素から選ばれる少なくとも一種類以上を含む混合物を成形する工程と、得られた成形体を窒素雰囲気中で加熱し、前記ケイ素を窒化物に転化せしめる工程を含む、前記(11)記載の光学部材用セラミックス材料の製造方法。
(15)前記(1)から(10)のいずれかに記載された光学部材用セラミックス材料を利用して部品の全部又は一部を構成したことを特徴とするセラミックス光学部品。
本発明は、黒色を呈する光学部材用セラミックス材料であって、セラミックス原料と黒色を促す成分を含む混合物の成形体を、反応焼結を利用して合成した反応焼結セラミックス焼結体であり多孔質体であることを特徴とするものである。本発明は、上記光学部材用セラミックス材料が可視光域での反射率が20%以下であること、また、可視光域である380nm〜800nmの波長領域で測定したいずれの点の反射率も、最大反射率が2%もしくはそれ以下であること、を好ましい実施の態様としている。
(1)本発明により、可視光域での反射が小さく、多孔質で黒色を呈する、焼成のみで高精度の光学部品として好適に使用可能な新規光学部材用セラミックス材料を提供することができる。
(2)上記光学部材用セラミックス材料を利用して部品の全部又は一部を構成したセラミックス光学部品を提供することができる。
(3)本発明により、上記特性を有する光学部材用セラミックス材料を、その場反応を利用して、低コストで、効率良く、しかも二次的加工の必要のない高精度で作製することを可能とする上記光学部材用セラミックス材料の製造方法を提供することができる。
(4)本発明は、高均一性、高精度及び高精密性が高度に要求される光学部品に好適に使用することができる新規光学部材用セラミックス材料及び該セラミックス材料から構成される高精度及び高品質のセラミックス光学部品を提供することを実現可能とする。
(5)本発明の光学部材用セラミックス材料は、寸法精度、低反射率、強度に関して、従来、実際に、カメラ部品材料として使用されている黒色ポリスチレン等のプラスチックやプラスチックマトリックスコンポジットと比べて同等以上の優れた特性を有しており、これらの代替材料及び代替製品として使用することが可能である。
(6)本発明のセラミックス光学部品を使用することにより、低環境負荷型の光学製品を提供することが可能となる。
実際にカメラ部品として使用されている黒色ポリスチレン鏡筒部品(艶消し面)の反射率を測定した。図3に、その測定結果を示す(比較例1)。図中、P1、P2、P3、P4、P5は、試料表面の任意の点5カ所を示し、これらの点における反射率を測定した。
窒化ケイ素粉末に5wt%のAl2O3と5wt%のY2O3を添加し、粉末総重量の1.5倍のアルコールとポリビニルブチラールのアルコール溶液を加え、ボールミルで約6時間、混合することによりスラリー化した後、スプレードライヤーを用いて造粒粉を作製した。次に、内寸法が20×80mmの金型内に造粒粉を入れ、8.3MPaで加圧し、予備成形した後、ナイロン製の袋に入れ、内部を減圧することによって密封した。これをCIP装置により200MPaの圧力で加圧し、成形体を得た。得られた成形体を、黒鉛坩堝内で窒化ケイ素粉末上に置き、1850℃において、焼結した。焼結後の試料表面の可視光域の反射率の測定を行った。図4に、その測定結果を示す(比較例2)。図中、P1、P2、P3、P4、P5は、試料表面の任意の点5カ所を示し、これらの点における反射率を測定した。
得られた焼結体の寸法を測定すると、実施例1、2は、成形体の寸法±1%以内と極めて小さい寸法変化であり、精密部品を製造するために、極めて制御しやすいものであった。また、実施例3で作製した焼結体も、−5%以内と通常の緻密体を得る場合と比較すると、明らかに小さい寸法変化であった。図1に、実施例1で作製した試料(Sample 1)、図2に、実施例2、図3に、比較例1、及び図4に、比較例2の試料の反射率測定の結果を示す。実施例1では、Sample1の結果を代表例として図示するが、比較例2で作製した窒化ケイ素セラミックスと比較して、実施例1で作製したいずれの試料(Sample1−8)も反射率が小さいことが確認された。また、Sample1の可視光領域での反射率は、いずれの点においても2%以下であった。また、実施例2、3で作製した試料についても、同様に、可視光領域での反射率は、いずれの点においても2%以下であった。
Claims (15)
- 黒色を呈する光学部材用セラミックス材料であって、セラミックス原料と黒色化を促す成分を含む混合物の成形体を、反応焼結を利用して合成した反応焼結セラミックス焼結体であり、多孔質体であることを特徴とする光学部材用セラミックス材料。
- 上記光学部材用セラミックス材料の可視光域での反射率が20%以下である、請求項1記載の光学部材用セラミックス材料。
- 上記光学部材用セラミックス材料において、可視光域である380nm〜800nmの波長領域で測定したいずれの点の反射率も、最大反射率が2%もしくはそれ以下である、請求項1記載の光学部材用セラミックス材料。
- 上記セラミックス光学材料が、焼成後未加工で使用される、請求項1記載の光学部材用セラミックス材料。
- 上記セラミックス光学材料が、気孔率が10%以上の多孔体である、請求項1記載の光学部材用セラミックス材料。
- 上記光学部材用セラミックス材料が、Yb,Lu,Ce,Pr,Dy,Ho,Nb,W,Ta,Co,Cr,Mo,Hf,Ta,Zr,Ti,Fe,B,Cの元素から選ばれる少なくとも一種類以上を含む、請求項1記載の光学部材用セラミックス材料。
- 上記セラミックス材料が、窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素、炭化ホウ素及び窒化ホウ素のいずれか、あるいはその複合物の結晶相の少なくとも一つを含む、請求項1記載の光学部材用セラミックス材料。
- 上記セラミックス材料が、アルミナ、ジルコニア、及びアルミナ、ジルコニアのいずれかの複合酸化物の結晶相のうち、少なくとも一つを含む、請求項1記載の光学部材用セラミックス材料。
- 上記セラミックス材料に含まれる結晶相の体積率が、60%から98%の範囲である、請求項7又は8に記載の光学部材用セラミックス材料。
- 上記結晶相が、反応焼結による窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素、炭化ホウ素又はその複合体で構成される、請求項7又は9記載の光学部材用セラミックス材料。
- 黒色を呈する光学部材用セラミックス材料を製造する方法であって、セラミックス原料に黒色化を促す成分を添加、混合した混合物を成形して成形体とし、得られた成形体を加熱して反応焼結を行うことを特徴とする光学部材用セラミックス材料の製造方法。
- 可視光域である380nmから800nmまでの領域における波長の反射率が20%以下である反応焼結体を作製する、請求項11に記載の光学部材用セラミックス材料の製造方法。
- 可視光域である380nmから800nmまでの領域における波長の最大反射率が2%以下である反応焼結体を作製する、請求項11に記載の光学部材用セラミックス材料の製造方法。
- ケイ素及びYb,Lu,Ce,Pr,Dy,Ho,Nb,W,Ta,Co,Cr,Mo,Hf,Ta,Zr,Ti,Fe,B,Cの元素から選ばれる少なくとも一種類以上を含む混合物を成形する工程と、得られた成形体を窒素雰囲気中で加熱し、前記ケイ素を窒化物に転化せしめる工程を含む、請求項11記載の光学部材用セラミックス材料の製造方法。
- 請求項1から10のいずれかに記載された光学部材用セラミックス材料を利用して部品の全部又は一部を構成したことを特徴とするセラミックス光学部品。
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