JPH0146454B2 - - Google Patents

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JPH0146454B2
JPH0146454B2 JP60090887A JP9088785A JPH0146454B2 JP H0146454 B2 JPH0146454 B2 JP H0146454B2 JP 60090887 A JP60090887 A JP 60090887A JP 9088785 A JP9088785 A JP 9088785A JP H0146454 B2 JPH0146454 B2 JP H0146454B2
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JP
Japan
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mold
sic
σsi
molding
glass lens
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JP60090887A
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Makoto Sasaki
Toshio Hirai
Motonobu Osakabe
Shoji Adachi
Tetsuo Izumitani
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Hoya Corp
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Hoya Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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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    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • C03B11/084Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor
    • C03B11/086Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor of coated dies
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00Press-moulding glass
    • C03B2215/02Press-mould materials
    • C03B2215/08Coated press-mould dies
    • C03B2215/14Die top coat materials, e.g. materials for the glass-contacting layers
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、ガラスレンズの成形用金型材に関す
るもので、特にプレス成形後における冷間研磨を
不要とした高い面精度と面粗度を有するガラスレ
ンズのプレス成形用金型及びその製造方法に関す
る。 [従来の技術] 冷間研磨を不要とするガラスレンズ成形用金型
材の具備条件は、高温でのプレス時に金型面がガ
ラスレンズ面にそのまま転写されるため、金型面
が光学的鏡面研磨可能なこと、ガラスレンズ成形
時の高温下で酸化による肌荒れを起さないこと、
および高温のガラスと接触して融着を起しにくい
こと、さらにはプレス時の衝撃に耐える機械強度
をもつことなどである。 従来ガラスレンズ成形用金型材としては、13ク
ロム鋼が一般的に使用されていた。この金型材は
高温で酸化され易く、成形時の高温で酸化され易
く、成形時の高温でガラスと融着しやすい。また
酸化防止のために不活性ガス雰囲気中で使用する
としても、ガラスの離型が困難であるので研磨不
要のガラスレンズプレス成形用金型材としては不
適当である。さらにモールド表面にガラス状カー
ボンを形成させて研磨不要のガラスレンズ成形用
金型とすること(特開昭47−11277号公報)、或は
表面材としてSiC、Si3N4、SiC+Cを用いること
(特開昭52−45613号公報)も知られている。 [発明が解決しようとする問題点] しかし、上記のごとく表面材として形成された
ガラス状カーボンは酸化し易く、構造的にも不安
定で、引かき傷が生じやすい欠点をもつ。一方
SiC、Si3N4、SiC+Cは酸化されにくく、引かき
傷を生じにくいという長所はあるが、特開昭52−
45613号公報に記載されているごとく、ホツトプ
レス、スパツター等の手法により、モールド面に
SiC、Si3N4、SiC+C等を形成する場合には、次
のような問題点がある。すなわちホツトプレス法
により、モールド面にこれらの材料を形成させる
場合は、材料自身にある「巣」のために光学的鏡
面は得られない。またスパツター法では厚い膜を
得ることは困難であり、スパツター後に所定の光
学的鏡面に仕上げてモールドとして用いるために
は、コーテイング用基体は「巣」のないものにし
なければならない。 さらに、SiC+Cについても、グラフアイト量
の範囲が明記されていないばかりか、本発明者が
行なつた実験によると、グラフアイト量が多くな
ると、モールドの酸化肌荒れが生じ、さらに、ガ
ラスの離型が悪くなるため、研磨不用のガラスレ
ンズ成形用金型材としては適さない。 また、ホツトプレス法によつて得られるSi3N4
には、焼結助剤として酸化物が含まれているた
め、ガラスとの融着が発生するので、化学気相析
出法により得られたSi3N4は、ガラスとの離型が
悪い。 [発明の目的] 上述の説明から明らかなように、本発明の目的
は、第1に高圧で能率的なプレス成形に使用し得
るとともに光学的鏡面研磨可能で、ガラスとの融
着のない、すなわち離型しやすい研磨不要のガラ
スレンズのプレス成形用金型材を提供することで
ある。第2には上記の金型材を合成するための条
件を提供することである。 [問題点を解決するための手段] 本発明は高圧で能率的なプレス成形に使用し得
るとともに、光学的鏡面研磨可能でガラスとの融
着のない、すなわち離型しやすい研磨不要のガラ
スレンズのプレス成形用金型材としてカーボンを
含まず、かつ(111)面配向性を有するβ型炭化
珪素からなる材料が最も有効であることを発見し
てなつたものである。 そして、これらのフリーカーボンを含まない材
料を得るためには、原料ガス中のCi、Siのモル分
率をそれぞれΣC、ΣSiとした場合、ΣC/(ΣC+
ΣSi)が0.41から0.47の範囲で化学気相析出法に
より合成することができる。ここで、β型炭化珪
素の析出温度をT℃、炉内全圧力をPTprrとした
場合、T<1500で、かつT<3P+1200なる条件
のもとで合成することにより、(111)面配向性を
有するβ型炭化珪素を得ることができる。 化学気相析出法により合成されるSiCは、普通
β型の結晶体で、大別すると表面にピラミツド状
の凹凸のあるフアセツト状のものと、滑らかなコ
ーン状のものとがある。フアセツト状のものに
は、一般にフリーカーボンが含まれないという利
点があるものの、研削時にダイヤモンドが大きな
結晶粒の間に入りこみ、この後に鏡面研磨したと
きに、研磨面にダイヤモンドが残存したり、ある
いはこれが脱落して穴になつたり、また脱落した
ダイヤモンドによる引かき傷などのトラブルが発
生する。とくに研磨不要のガラスレンズのプレス
成形用金型としては、これらの問題は、重要な要
素となる。つまり合成されたSiCは研磨不要のガ
ラスレンズのプレス成形用金型としては(111)
配向面を示すコーン状のものが望ましいのであ
る。化学気相析出法により、フリーカーボンを含
まないSiCを高速で合成するための原料ガス系と
してはSi源とC源を別々のガスから供給し、かつ
Si源としてはSiH4よりもSiCl4を、またC源とし
ては高温で分解しやすいC3H8を用い、SiCl4のキ
ヤリアーガスとしてはH2を用いる方が望ましい。 次に本発明の限定理由を述べる。原料ガス中の
Si、Cのモル分率をそれぞれΣSi、ΣCとすると、
第2図に示すように、1200℃、100Torrにおい
て、ΣC/(ΣC+ΣSi)が0.49以上の値になると、
析出物はSiC+Cになることがわかる。 本発明では、原料ガス中のΣC/(ΣC+ΣSi)
が0.47以上の範囲にある場合にフリーカーボンを
含まないSiCを合成することができることを見い
出した。 また表1は、SiCl4+H2900ml/min、H2450
ml/min、C3H860ml/min一定で、基体加熱温度
を1150〜1500℃、炉内全圧力を5〜300Torrの範
囲で変化させたときに得られたSiC中のC/Si比
を蛍光X線分析装置を用いて測定したものであつ
て、全温度、全圧力範囲において、測定誤差範囲
内でほぼSi:C=1:1であることがわかる。
【表】 従来の研究では、高温ほどフリーカーボンが共
析し、低温ほどシリコンが共析するといわれてい
たが、本発明では、生成したSiC中のC/Si比
は、析出温度や圧力にはほとんど依存せず、原料
ガス中のΣC/(ΣC+ΣSi)で決まることを見い
出した。例えば、ΣC/(ΣC+Si)が0.47以下の
ときにはC/Si比が1のSiCが、また0.49のとき
にはC/Si=1.2のSiC+Cが生成する。このこと
は、化学量論的なSiCを合成するための有益な知
見である。一方ΣC/(ΣC+ΣSi)が0.41以下で
はフリーカーボンのない(111)配向をもつβ型
多結晶SiCが得られるがβ型SiCを得ることが出
来なくなるばかりでなく、フリーシリコンが存在
して来る場合もでて来るので望ましい。 また、本発明に於いては実施例4に述べるよう
に、β型炭化珪素の析出温度をT<3p+1200な
る条件を満さない場合には、表面にピラミツド状
の凹凸のあるフアセツト状の多結晶体が生じ、本
発明の目的の金型材としては適さない。 次にフリーカーボンを含まないSiCを合成する
ための装置の説明図を第1図に示す。縦型の石英
反応管1の一方にガス供給系10を、他方に真空
排気系11をそれぞれ配置する。石英反応管1の
内部にセツトしたカーボンヒーターを15Kw、
400KHzの高周波誘導加熱により所定温度に加熱
し、そのカーボンヒーターからの間接加熱で基体
を加熱する。2はワークコイルである。ガス供給
系10内の原料ガスはそれぞれ流量計8を通つて
下部より反応管1に供給されるが、原料のSiCl4
用バブラー9は、20℃の恒温槽3の中にセツトさ
れ、H2ガスにより反応管1内へキヤリアされる。
原料ガスSiCl4+H2およびC3H8を混合器4で混合
した後、反応管1内に導入すると共に、全体の
H2量を一定に保つため、別系統のH2ラインを用
意して直接反応管1に供給する。排気は反応管上
部より行ない、油回転ポンプ(リキツドシールド
タイプポンプ)5により行なう。油回転ポンプ5
と反応管1の間に、トラツプ6を設け未反応の
SiCl4および反応副生成物のHClを除去する。ま
た、反応管内の圧力はマノメーター7を用いて制
御する。 実施例 1 1200℃、100TorrでSiCl4+H2900ml/min、
H2450ml/minの条件下でC3H8量を10、20、40、
60、80、100ml/minと変えたときのΣC/(ΣC+
ΣSi)はそれぞれ0.88、0.162、0.279、0.367、
0.436、0.492となりC3H8100mlのときのみがC/
Si=1.20となり、SiC+Cとなつている。 実施例 2 1200℃、100TorrでH2総量1040ml/min、
C3H860ml/minの条件下で、SiCl4+H2量を150、
300、600、900、1200、1500ml/minと変えたと
きのΣC/(ΣC+ΣSi)はそれぞれ0.777、0.635、
0.466、0.367、0.303となりSiCl4+H2が150、300
ml/minのときに、C/Siはそれぞれ2.13、1.23
となりSiC+Cとなつている。 実施例 3 C/Siが1.0、1.2、1.5、2.0の各種SiCについ
て、ダイヤモンドペーストを用いて約30ARmax
の鏡面に研磨した後、800℃大気中で45時間酸化
させた後の面粗度の変化を第3図に示した。 これからわかるように、C/Siつまりフリーカ
ーボン量が増加するにつれて、酸化による肌荒れ
が顕著になり、ガラスが離型しにくくなる。 実施例 4 SiCl4+H2900ml/min、H2450ml/min、
C3H860ml/minの条件下で基体加熱温度(Td)
1150〜1500℃、炉内全圧力(Ptot)5〜300Torr
で60分合成したときの析出面の配向性をX線回析
で調べた結果が表2に示す。
【表】 ○:コーン ×:フアセツト
上記表2から明らかなように、化学気相析出法
により合成されるβ―SiCには、大別すると、フ
アセツト状のものとコーン状のものとがある。フ
アセツト状とコーン状の試料を同一条件で研削、
研磨した結果、フアセツト状の試料では、研磨面
にダイヤモンドが残存したり、これが脱落して生
じたと思われる引かき傷が観察された。 従つて、欠陥のない光学的な鏡面をもつたSiC
を得るための化学気相析出条件は、コーン状すな
わち(111)配向のSiCを合成する条件、すなわ
ち析出温度T℃は1500℃以下、PTorrを炉内圧力
とした場合、T<3P+1200なる条件が適してい
るが、特に低温で高圧ほど適していることがわか
る。 [本発明の効果] 本発明によればフリーカーボンのないβ型炭化
珪素を使用するため、酸化による金型の寿命の低
下が防止でき、プレスレンズ成形用金型として好
適である。コーン状の(111)面配向を示すβ型
炭化珪素であるため、金型を加工する際、ダイア
モンドが結晶粒の間に入り込むことなく、平滑な
面が得られ、精度の高い研磨不要のガラスレンズ
を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するための装置の説明
図、第2図は原料ガス中のΣC/(ΣC+ΣSi)と
合成されたSiC中のC/Si、3比との関係を示す
グラフ、第3図は800℃大気中で45時間処理後の
SiCのC/Si比との関係を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 モールド表面にフリーカーボンを含まず、か
    つ(111)面配向性を有するβ―型炭化珪素を形
    成させてなるガラスレンズ成形のための金型。 2 化学気相析出法によりモールド表面に炭化珪
    素層を析出形成させる方法において、原料ガス中
    のC、Siのモル分率をそれぞれΣC、ΣSiとした場
    合、ΣC/(ΣC+ΣSi)が、0.47以下の範囲で合
    成することを特徴とするガラスレンズ成形のため
    の金型の製造方法。 3 ΣC/(ΣC+ΣSi)が0.47〜0.41である特許請
    求の範囲第2項記載のガラスレンズ成形のための
    金型の製造方法。 4 β―型炭化珪素の析出温度をT℃、炉内全圧
    力をPTprrとした場合、T<1500で、かつT<3P
    +1200なる条件のもとで気相析出法により、合成
    することを特徴とする特許請求の範囲第2項記載
    のガラスレンズ形成のための金型の製造方法。
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