JPH0226842A - ガラス成形金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガラスのプレス成形用金型に関し、特に金型
のプレス成形面にダイヤモンド状炭素薄膜を形成してい
るガラス成形金型に関する。

〔従来の技術〕

ガラス成形金型のプレス成形面は軟化点以上の高温のガ
ラスと接触するので、特に光学素子の成形には一般の金
属のような粒界構造の材料は成形面材料に適さない、そ
のため、従来、成形面材料として、Ｐｔ、　Ｉｎと言っ
た貴金属やガラス状カーボンのような比較的軟らかい材
料と、ＳｉＣ、５ｉｓＮ４のようなセラック、ＴｉＮの
ような金属窒化物、ＬＣ、ＮｂＣ、ＶＣ，Ｔｉｃのよう
な金属炭化物、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金と言ったいずれも
Ｈｖ硬度が２０００以上の非常に硬い材料が挙げられて
来た。

しかし、軟らかい材料のうちの貴金属は、熱伝導率が高
く、緻密で滑らかな成形面を与えるが、高価で傷付き易
いと言う欠点がある。またガラス状カーボンは、安価で
、しかも成形温度でもガラスとの化学反応性が低いから
成形面へのガラスの融着が起こりにくいが、熱伝導率が
低く、貴金属に比較して成形面が粗となり、傷付き易い
上に欠は易いと言う欠点がある。そして欠は易いから肉
厚を薄くできず、したがって熱伝導率の低いことが重大
な欠点となる。

一方、硬い材料は、傷付きにくく、ガラス状カーボンに
比較すると欠けにくい、したがって熱伝導率が低くても
肉厚を薄くすることでその欠点を軽減し得る。しかし、
硬い材料でも超硬合金等の焼結合金やＳｉＣ、５ｉｓＮ
ａ等の焼結セラミックは、製法上組織が多孔質となるた
め、機械的なガラスの貼り付きが生じ易く、材料面をそ
の侭成形面とすることはできない、これらを考慮すると
、硬い材料としては、ＲＦプラズマ、を子線プラズマ。

ＥＣＩ？プラズマと言ったプラズマによるＣＶＤ法やイ
オンビーム蒸着法、イオンブレーティング法、スパッタ
リング法と言ったＰＶＤ法によって成形面の基礎面に緻
密な構造の表層を形成し得るものであることが条件とさ
れる。しかし、この条件によってもなお、ＣＶＤ法によ
るＳｉＣ薄膜やイオンブレーティング法による５ｉｓＮ
ａ薄膜は、成形温度と雰囲気中の水蒸気や酸素により容
易に５ｉＯ１を生じさせるようになって、それが光学ガ
ラスの３０〜７０重量％を占める成分と同じであるから
、薄膜にガラスが容易に融着するようになり、そのため
に金型の寿命が短くなると言う欠点がある。また、金属
窒化物と金属炭化物は、ＰＶＤ法によった場合、処理温
度が４００〜６００°Ｃと低いため、基礎面との密着性
が悪く、膜が剥がれ易いと言う欠点がある。さらに光学
面の法線角に依存して付着膜厚が変化するため、基礎面
形状に対して光学面形状が変わると言う欠点もある。さ
りとてＣＶＤ法によった場合は、一般に処理温度が１０
００°Ｃ前後と高くなるため、母材に歪、変形が生じ易
（、それを防ぐように局部的に被覆処理することも難し
くて、精度のよい成形面を与える膜形成が難しいから後
加工に手間が掛かると言う欠点がある。

なお、金属炭化物薄膜を形成する方法としては、塩浴を
用い母材中の炭素と結合させて形成する方法もある。し
かし、この方法は、母材中の炭素を利用するため、ガラ
ス成形金型の一般的な耐熱材料には適さない。

以上に対して、特開昭６１−２８１０３０号公報は、ダ
イヤモンド状炭素薄膜をｗＣ系趙硬合金や窒化物系ある
いは炭化物系セラミックから成る基材上に設けてプレス
成形面とした金型を開示している。ダイヤモンド状炭素
薄膜は、ダイヤモンド薄膜と同様、前述のようなプラズ
マＣＶＤ法で形成できる°。

ダイヤモンド薄膜を形成する場合は、基材温度を７００
〜１０００’Ｃとするが、ダイヤモンド状炭素薄膜を形
成する場合は、基材温度を７００°Ｃ以下とする。

基材温度が１０００°Ｃを超えると、グラファイトが生
成する。また、ダイヤモンド状炭素薄膜は、前述のよう
なＰＶ［１法でも形成することができる。ダイヤモンド
状炭素薄膜は、ダイヤモンド薄膜とは異なって、ＣとＨ
の化合物であり、基本的にアモルファスである。しかし
、硬度が高く、電気絶縁体であると言うダイヤモンドに
似た性質を有する。

そして、ガラスとの反応性が掻めて低いからガラス成形
品の離型性を高め、硬度が高くて傷付きにくいから金型
の寿命を著しく延ばす。

〔発明が解決しようとする課題〕

成形面材料として上述のように優れたダイヤモンド状炭
素薄膜も、それが設けられる基礎面が緻密で滑らかでな
いと、膜厚が薄いために基礎面の影響が表われて、良好
な形状精度のガラス成形品が得られない０例えば、後加
工の負担の少ない光学面を形成するためには、ダイヤモ
ンド状炭素薄膜を設ける基礎面の形状精度が１μｍ以下
であることを必要とする。しかるに基材に超硬合金やセ
ラミックを用いた場合、超硬合金やセラミックは焼結創
成されるために、焼結創成に際して１０％以上の変形を
起こすのが普通であり、これを研削や研摩加工で所望の
金型形状に仕上げるのは材料が硬くて脆いから非常な手
間が掛かるし、さらに直接ダイヤモンド状炭素薄膜を設
けるように基礎面を仕上げる場合は、表面粗さを滑らか
にするために＃　２０００〜３０００以上の目の細かい
砥石を使って仕上げねばならず、それにもまた非常な時
間が掛かり、しかもなお十分満足し得る基礎面が得難い
と言う問題がある。したがって、特開昭６１−２８１０
３０号公報の金型では、基材に直接ダイヤモンド状炭素
薄膜を設けずに、先にＳｉＣ等の中間層を設けて表面粗
さを改善し、その上にダイヤモンド状炭素薄膜を形成す
るようにしている。しかし、それでは基材を金型形状に
仕上げる手間は変わらず、基礎面を仕上げる時間は短縮
されても中間層を設ける手間が加わると言う問題がある
。また、基材に金型材料として一般的に用いられている
鉄やあるいはニッケル、コバルトと言った鉄系（第・８
属）金属を用いた場合は、金型形状にしたり基礎面を仕
上げるのは容易であるが、ダイヤモンド状炭素薄膜形成
の際に炭素が拡散し易く、一般にダイヤモンド状炭素薄
膜を形成しにくいと言う問題がある。

本発明は、上述の問題を解消するためになされたもので
あり、緻密で容易に表面粗さを滑らかに仕上げられる基
礎面に直接ダイヤモンド状炭素薄膜を形成したガラス成
形金型の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、直接ダイヤモンド状炭素薄膜が設けられ
る基礎面を容易に形成できる金型材料について研究を重
ねた結果、モリブデン（Ｍｏ）　、タングステン（Ｗ）
、タンタル（Ｔａ）や、それら金属を主成分とする合金
例えばＴＺＭ　、旧モリブデン等、あるいは単結晶モリ
ブデンと言った材料は、金型形状への加工や基礎面の仕
上げが容易で、しかもガラス成形温度の５００〜７００
°Ｃに対して十分な耐熱性を有し、相変化が起きないば
かりでなく、ダイヤモンド状炭素薄膜を設けるのが容易
であることを見出した。

本発明は、上述の知見に基いてなされたものであり、ダ
イヤモンド状炭素薄膜を成形面に形成したガラス成形金
型において、前記薄膜がモリブデン、タングステンもし
くはタンタルまたはそれら金属を主体とする合金から成
る基礎面に形成されていることを特徴とするガラス成形
金−型にある。

〔作　用〕

すなわち、本発明のガラス成形金型は、基礎面がＭｏ、
　Ｗ、　Ｔａまたはそれらの金属を主体とした合金（以
下、Ｍｏ等と言う）から成るから、容易に必要以上の形
状精度で表面粗さを滑らかに仕上げられ、その基礎面に
容易にダイヤモンド状炭素薄膜を形成することができて
、ガラス製品の離型性に優れる。また、Ｍｏ等は前述の
ように耐熱性が優れるだけでな（、ＭｏやＷなどは線膨
張係数が４×１０−４前後と言ったように小さくてダイ
ヤモンドの線膨張係数）４．５×１Ｏ−ｈ（０〜７５０
°Ｃ）に近いがら、ガラス光学素子のプレス成形を操り
返す熱サイクルでダイヤモンド状炭素薄膜に亀裂や欠け
が生じるようなことは起こらず、したがって金型寿命が
著しく長くなる。　Ｔａの場合は線膨張係数が６゜６　
Ｘｌ０−’前後と稍大きいが、それでも十分金型寿命は
長い。

〔実施例〕

本発明のガラス成形金型は、基材の少なくとも基礎面を
有する部分がＭｏ等から成っていれば他の部分が加工容
易な鉄系金属等から成っていてもよい、すなわち、基材
は単一材料から成るものでも勿論よいし、機械的あるい
は溶接等による貼り合わせ構造のものでもよい、いずれ
にしても、基礎面を存する部分がＭｏ等から成るから、
超硬合金やセラミックとは違って、緻密で加工が容易で
あり、汎用工作機械に超硬切削工具等を用いて容易に金
型形状に加工することができ、基礎面もダイヤモンドコ
ンパウンドやアルミナ粉末等の研磨剤を用いて容易に十
分必要を満たす形状精度で滑らかな表面粗さに仕上げる
ことができる。また、Ｍｏ等は導電体であるから放電加
工も容易で、しかも札系超硬合金の放電加工の際に見ら
れるような、放電加工時の遊離炭素による２次放電で加
工面が荒れたり、電極形状が破損したりする現象は殆ど
起こすことがない、すなわち、本発明成形金型は、ＷＣ
系超硬合金やＳｉＣ、ＳｉユＮ４と言ったセラミックを
金型基材としたものに比較すると、極めて高い生産性で
形状精度５表面粗さに優れた基礎面を有する金型基材を
形成することができ、基礎面にその表面粗さを改善する
ための中間層を設けることを必要としない。

なお、Ｍｏ、　Ｗ、　Ｔａと言った金属は通常のガラス
成形温度の５００〜７００℃に対しては前述のような十
分の耐熱性を有するが、光学用のガラスの種類によって
は８００〜９００℃と言った成形温度を必要とされる場
合もあるので、そのような用途の金型にあっては結晶粒
の相変化温度がＭｏ、　Ｗ、　Ｔａよりも高いこれら金
属を主成分としたＴＺＭや旧モリブデンと言った合金を
基材もしくは基礎面を有する部分の材料に用いるのが好
ましい、また、Ｍｏ。

Ｗ、Ｔａの単結晶材料を基材もしくは基礎面を有する部
分に用いると、基礎面が表面粗さを一段と滑らかに仕上
げられ、それによってダイヤモンド状炭素薄膜の形成が
一層均一かつ緻密に行われて、形成されたダイヤモンド
状炭素薄膜の表面の研磨を一層容易に乃至は省略できる
と言う効果が得られる。

本発明成形金型は、前述のように形成された金型基材の
基礎面に、前述のようなＣＶＤ法等によりダイヤモンド
状炭素薄膜を１−’；ｏμ隋の層厚で形成し、必要に応
じてダイヤモンド状炭素薄膜の表面を研摩加工すること
によって得られる。

〔発明の効果〕

本発明のガラス成形金型は、プレス成形面がＭ。

等から成る基礎面にダイヤモンド状炭素薄膜を形成した
構成からなるので、容易に高い生産性で得られて、精度
の高いガラス製品を成形することができ、ガラス製品の
離型性がよく、金型寿命が長いと言う優れた効果を奏す
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ダイヤモンド状炭素薄膜を成形面に形成したガラス成形
   金型において、前記薄膜がモリブデン、タングステンも
   しくはタンタルまたはそれら金属を主体とする合金から
   成る基礎面に形成されていることを特徴とするガラス成
   形金型。