JP2574426B2 - 光学素子成形用型 - Google Patents

光学素子成形用型

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JP2574426B2 JP26960088A JP26960088A JP2574426B2 JP 2574426 B2 JP2574426 B2 JP 2574426B2 JP 26960088 A JP26960088 A JP 26960088A JP 26960088 A JP26960088 A JP 26960088A JP 2574426 B2 JP2574426 B2 JP 2574426B2
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B2215/02Press-mould materials
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、レンズ、プリズム等の硝子よりなる光学素
子を硝子素材のプレス成形により製造するのに使用され
る型に関するものである。
[従来の技術] 研磨工程を必要としないでガラス素材のプレス成形に
よってレンズを製造する技術は従来のレンズの製造にお
いて必要とされた複雑な工程をなくし、簡単且つ安価に
レンズを製造することを可能とし、近来、レンズのみな
らずプリズムその他のガラスよりなる光学素子の製造に
使用されるようになってきた。
このようなガラスの光学素子のプレス成形に使用され
る型材に要求される性質としては、硬さ、耐熱性、離型
性、鏡面加工性等に優れている事が挙げられる、従来、
この種の型材として、金属、セラミックス、及びそれら
をコーティングした材料等、数多くの提案がされてい
る。いくつかの例を挙げるならば、特開昭49−51112に
は13Crマルテンサイト鋼が、特開昭52−45613にはSiC及
びSi3N4が、特開昭60−246230には超硬合金に貴金属を
コーティングした材料が提案されている。
しかし、13Crマルテンサイト鋼は酸化しやすく、さら
に高温でFeが硝子中に拡散して硝子が着色する欠点をも
つ。又、SiC,Si3N4は一般的には酸化されにくいとされ
ているが、高温ではやはり酸化がおこり表面にSiO2の膜
が形成される為硝子と融着を起こし、さらに高硬度の為
型自体の加工性が極めて悪いという欠点を持つ。又、貴
金属をコーティングした材料は融着は起こしにくいが、
極めて軟かい為、傷がつきやすく又変形しやすい欠点を
もつ。
[発明が解決しようとしている課題] 上記の技術に対し、特公昭62−51211にはコバルトを
3〜10%含む超硬合金が開示されており、これにより鏡
面性に優れた光学素子が一応は得られることが解ってい
る。しかし、超硬合金の場合、バインダーであるコバル
トが硝子中の成分主としてPbO及びアルカリ成分の溶出
によって侵食され易いので、成形を重ねるうちにバイン
ダー部分が消滅し、最終的にはWC粒子の脱落を起こす結
果、鏡面性が劣化して型の寿命が短くなるという欠点を
持つ。
一般に、超硬合金はWCとCoより構成されるが、この他
にさらに耐食性が向上したものとしてWCとNiより構成さ
れる超硬合金がある。しかし、バインダーメタルである
Niは、 PbO+Ni→NiO+Pb で表わされるPbOの還元反応によって生じた金属PbがNi
を侵食して型の腐食が進行する為、硝子に対する耐食性
は十分なものではないことが判った。
従って、本発明の目的は、硝子の光学素子の成形に適
した光学素子成形用型を提供することで、特に、高温で
硝子と融着をおこさず、鏡面性と適当な硬さを有し、硝
子による化学的な侵食を受けにくい、耐久性のある光学
素子の成形用型を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は超硬合金のバンダーメタルであるコバルトあ
るいはニッケルを含有せず、硝子により侵食されにくい
複合炭化物相を第2相として有することによって成形用
型の表面劣化を防止し、長寿命化を達成したものであ
る。
即ち、本発明は、(1)ガラス光学素子のプレス成形
に用いる光学素子成形用型において、該型の少なくとも
ガラスに接する部分が、(a)タングステンが65.7〜9
2.9重量%、チタンが24.0〜0.8重量%、炭素が10.3〜6.
3重量%、残りが不可避不純物からなる組成を有し、か
つ(b)第1相が炭化タングステン相、第2相がNaCl型
結晶のチタンとタングステンの固溶体複炭化物相の2相
混合組織であることを特徴とする光学素子成形用型、さ
らに(2)(a)の組成で、チタンがその一部を周期律
表IV b,V b,およびVI b族に属する遷移金属の1種また
は2種以上で置換されており、かつ(b)の形態で、チ
タンとタングステンの固溶体複炭化物相がチタンとタン
グステンと該遷移金属の1種または2種以上の固溶体複
炭化物相である前記(1)の光学素子成形用型、(3)
(a)の組成で、炭素がその一部を窒素で置換されてお
り、かつ(b)の形態で、チタンとタングステンの固溶
体複炭化物相がチタンとタングステンの固溶体複炭窒化
物相である前記(1)の光学素子成形用型、(4)
(a)の組成で、チタンがその一部を周期律表IV b,V
b,およびVI b族に属する遷移金属の1種または2種以上
で置換されており、炭素がその一部を窒素で置換されて
おり、かつ(b)の形態で、チタンとタングステンの固
溶体複炭化物相がチタンとタングステンと該遷移金属の
1種または2種以上の固溶体複炭窒化物相である前記
(1)の光学素子成形用型である。
本発明の型を製造するには、例えばWC粉末を第1成分
として、TiC粉末あるいはTiCとWCの固溶体粉末(TiC/WC
=3/7)を第2成分として用い、所定の配合比にボール
ミルあるいはアトライターにて湿式混合し、乾燥後所望
の形状に約1t〜10t/cm2で加圧成形する。
次に、得られた混合粉末の成形体を高温で焼結した
後、最終的な光学素子の形状に相当する形状に加工し、
成形用型を得る。
焼結温度は通常のWC−Co系超硬合金より200℃以上高
く、1550℃以上2550℃以下であり、焼結は非酸化雰囲気
下で行なわれる。WC,TiCの望ましい配合比はWC70〜99重
量%、TiC1〜30重量%である。
ここで、TiCを添加する意味は組織をち密化すること
にある。即ち、TiC量が1重量%未満では焼結性が不良
になり、また30重量%を越えると焼結性が不良になり、
しかも得られる結晶粒が粗大化しやすく粒界にすき間が
できる。
原料粉末としてWC粉末とTiC粉末を用いた場合、焼結
時に、WCの第1相と、WCの一部がTiCと固溶体を形成し
て(Ti,W)C(NaCl型結晶)で示される複炭化物の第2
相を構成する。該焼結温度での複炭化物中のWCの固溶限
度は約70重量%である。従って、焼結後の組織構成は、
原料粉がWC99重量%、TiC1重量%の場合第1相のWCが9
6.7重量%、第2相の(Ti,W)Cが3.3重量%となり、原
料粉がWC70重量%、TiC30重量%の場合第1相のWCが0
重量%、第2相の(Ti,W)Cが100重量%となる。
又、第2成分としてTiC粉末の一部を周期律のIV b,V
b,VI b族に属する遷移金属の一種又は二種以上の炭化物
又は窒化物で置換えた固溶体複炭化物粉を用いることも
可能である。
例えば、耐熱性を上げる為にTaCを第2成分の一部に
用いた場合、焼結後の第2相は(Ti,Ta,W)Cの3元系
複炭化物となる。
[実施例] 以下、本発明を実施例により説明する。
実施例1 WC粉とTiC粉の混合比を変えて3種類の混合粉を調製
した。個々の混合比を表1に示す。
これらの混合粉を所定の形状にプレス成形後、真空で
1550℃で焼結を行なった後、光学素子の形状に相当する
形状に鏡面加工を行ない本発明の型を得た。
なお、NO.1のWCが99%(重量%、以下同様)、TiCが
1%の場合、 WCについては、 TiCについては、 これより、W=92.9%,Ti=0.8%,C=6.3%となる。
同様に、NO.2のWCが84%、TiCが16%の場合、W=78.
9%,Ti=12.8%,C=8.3%となる。
同様に、NO.3のWCが70%、TiCが30%の場合、W=65.
7%,Ti=24.0%,C=10.3%となる。
また、本実施例のNO.1〜3における各元素の含有範囲
は、W=65.7〜92.9%,Ti=24.0〜0.8%,C=10.3%〜6.
3%である。
次に、本発明による光学素子成形用型によって硝子レ
ンズのプレス成形を行なった例について詳述する。比較
としてWC(90%)+Co(10%)よりなり従来の超硬合金
の型を用いた。
使用したレンズの成形装置を第1図に示す。
第1図中、21は真空槽本体、22はそのフタ、23は光学
素子を成形する為の上型、24はその下型、25は上型をお
さえるための上型おさえ、26は胴型、27は型ホルダー、
28はヒータ、29は下型をつき上げるつき上げ棒、30は該
つき上げ棒を作動するエアシリンダ、31は油回転ポン
プ、32,33,34はバルブ、35は不活性ガス流入パイプ、36
はバルブ、37はリークパイプ、38はバルブ、39は温度セ
ンサ、40は水冷パイプ、41は真空槽を支持する台を示
す。
レンズを製作する工程を次に述べる。フリント系光学
硝子SF14(転移点Tg=485℃、軟化点Sp=586℃)を球状
にし所定の量に調整した硝子素材を型のキャビティー内
に入れる。
ガラス素材を投入した型を装置内に設置してから真空
槽21のフタ22を閉じ、水冷パイプ40に水を流し、ヒータ
28に電流を通す。この時窒素ガス用バルブ36及び38は閉
じ、排気系バルブ32,33,34も閉じている。尚油回転ポン
プ31は常に回転している。
バルブ32を開け排気をはじめ10-2Torr以下になったら
バルブ32を閉じ、バルブ36を開いて窒素ガスをボンベよ
り真空槽内に導入する。所定温度になったらエアシリン
ダ30を作動させて10kg/cm2の圧力で5分間加圧する。圧
力を除去した後、冷却速度を−5℃/minで転位点以下に
なるまで冷却し、その後は−20℃/min以上の速度で冷却
を行ない、200℃以下に下がったらバルブ36を閉じ、リ
ークバルブ33を開いて真空槽21内に空気を導入する。そ
れからフタ22を開け上型おさえをはずして成形物を取り
出す。
上記のようにして、フリント系光学硝子SF14を使用し
て、レンズを成形した。この時の成形条件すなわち時間
−温度関係図を第2図に示す。
以上のような成形を200回繰り返し行ない、型及び成
形品の表面粗さを測定した。結果に表2に示す。
実施例2 WC粉、TiC粉の他にTaC粉、HfN粉等を用いて各種混合
粉を調製した。個々の混合比を第3表に示す。
これらの混合粉を用いて実施例1と同様の方法で光学
素子成形用型を作成した。
次に、連続成形装置を使用して硝子レンズのプレス成
形を行なった例について述べる。
使用した成型装置を第3図に示す。
第3図において、104は取入れ用置換室であり、106は
成形室であり、108は蒸着室であり、110は取出し用置換
室である。112,114,116はゲートバルブであり、118はレ
ールであり、120は該レール上を矢印A方向に搬送せし
められるパレットである。124,138,140,150はシリンダ
であり、126,152はバルブである。128は成形室106内に
おいてレール118に沿って配列されているヒータであ
る。
成形室106内はパレット搬送方向に沿って順に加熱ゾ
ーン106−1、プレスゾーン106−2及び徐冷ゾーン106
−3とされている。プレスゾーン106−2において、上
記シリンダ138のロッド134の下端には成形用上型部材13
0が固定されており、上記シリンダ140のロッド136の上
端には成形用下型部材132が固定されている。これら上
型部材130及び下型部材132は、上記第3図の本発明によ
る型部材である。蒸着室108内においては、蒸着物質146
を収容した容器142及び該容器を加熱するためのヒータ1
44が配置されている。
フリント系光学ガラス(SF14、軟化点Sp=586℃、ガ
ラス転移点Tg=485℃)を所定の形状及び寸法に粗加工
して、成形のためのブランクを得た。
ガラスブランクをパレット120に載置し、取入れ置換
室104内の120−1の位置へ入れ、該位置のパレットをシ
リンダ124のロッド122によりA方向に押してゲートバル
ブ112を越えて成形室106内の120−2の位置へと搬送
し、以下同様に所定のタイミングで順次新たに取入れ置
換室104内にパレットを入れ、このたびにパレットを成
形室106内で120−2→……→120−8の位置へと順次搬
送した。この間に、加熱ゾーン106−1ではガラスブラ
ンクをヒータ128により徐々に加熱し120−4の位置で軟
化点以上とした上で、プレスゾーン106−2へと搬送
し、ここでシリンダ138,140を作動させて上型部材130及
び下型部材132により10kg/cm2の圧力で5分間プレス
し、その後加圧力を解除しガラス転移点以下まで冷却
し、その後シリンダ138,140を作動させて上型部材130及
び下型部材132をガラス成形品から離型した。該プレス
に際しては上記パレットが成形用胴型部材として利用さ
れた。しかる後に、徐冷ゾーン106−3ではガラス成形
品を徐々に冷却した。尚、成形室106内には不活性ガス
を充満させた。
成形室106内において120−8の位置に到達したパレッ
トを、次の搬送ではゲートバルブ114を越えて蒸着室108
内の120−9の位置へと搬送した。通常、ここで真空蒸
着を行なうのであるが、本実施例では該蒸着を行なわな
かった。そして、次の搬送ではゲートバルブ116を越え
て取出し置換室110内の120−10の位置へと搬送した。そ
して、次の搬送時にはシリンダ150を作動させてロッド1
48によりガラス成形品を成形装置102外へと取出した。
以上のようなプレス成形を10000回繰り返して行な
い、型及び成形品の表面粗さを測定した結果を表4に示
す。
[発明の効果] 本発明の型は耐久性に優れ、繰り返し使用しても従来
の型材に比較して表面の劣化が極めて少ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光学素子成形用型を使用するレンズの
成形装置を示す断面図であり、第2図はレンズ成形の際
の時間−温度関係図であり、第3図は本発明の光学素子
成形用型を使用するレンズの連続成形装置を示す断面図
である。 21……真空槽本体、22……フタ、 23……上型、24……下型、 25……上型おさえ、26……胴型、 27……型ホルダー、28……ヒーター、 29……つき上げ棒、30……エアシリンダ、 31……油回転ポンプ、32,33,34……バルブ、 35……流入パイプ、36……バルブ、 37……流出パイプ、38……バルブ、 39……温度センサ、40……水冷パイプ、 41……台、102……成形装置、 104……取入れ用置換室、 106……成形室、108……蒸着室、 110……取出し用置換室、 112……ゲートバルブ、114……ゲートバルブ、 116……ゲートバルブ、118……レール、 120……パレット、122……ロッド、 124……シリンダ、126……バルブ、 128……ヒータ、130……上型、 132……下型、134……ロッド、 136……ロード、138……シリンダ、 140……シリンダ、142……容器、 144……ヒータ、146……蒸着物質、 148……ロッド、150……シリング、 152……バルブ。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス光学素子のプレス成形に用いる光学
    素子成形用型において、該型の少なくともガラスに接す
    る部分が、 (a)タングステンが65.7〜92.9重量%、チタンが24.0
    〜0.8重量%、炭素が10.3〜6.3重量%、残りが不可避不
    純物からなる組成を有し、 かつ(b)第1相が炭化タングステン相、第2相がNaCl
    型結晶のチタンとタングステンの固溶体複炭化物相の2
    相混合組織であることを特徴とする光学素子成形用型。
  2. 【請求項2】(a)の組成で、チタンがその一部を周期
    律表IV b,V b,およびVI b族に属する遷移金属の1種ま
    たは2種以上で置換されており、 かつ(b)の形態で、チタンとタングステンの固溶体複
    炭化物相がチタンとタングステンと該遷移金属の1種ま
    たは2種以上の固溶体複炭化物相である請求項1記載の
    光学素子成形用型。
  3. 【請求項3】(a)の組成で、炭素がその一部を窒素で
    置換されており、 かつ(b)の形態で、チタンとタングステンの固溶体複
    炭化物相がチタンとタングステンの固溶体複炭窒化物相
    である請求項1記載の光学素子成形用型。
  4. 【請求項4】(a)の組成で、チタンがその一部を周期
    律表IV b,V b,およびVI b族に属する遷移金属の1種ま
    たは2種以上で置換されており、炭素がその一部を窒素
    で置換されており、 かつ(b)の形態で、チタンとタングステンの固溶体複
    炭化物相がチタンとタングステンと該遷移金属の1種ま
    たは2種以上の固溶体複炭窒化物相である請求項1記載
    の光学素子成形用型。
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