JPH03112822A

JPH03112822A - 光学部品成形用モールド

Info

Publication number: JPH03112822A
Application number: JP24863389A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kobayashi; 正樹小林; Tomoyuki Oshita; 知之大下
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1989-09-25
Filing date: 1989-09-25
Publication date: 1991-05-14

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、カメラ、顕微鏡、望遠鏡などの光学測定機、
ビデオカメラ、ビデオムービー　ビデオディスクなどの
映像機器、音響機器、ファクシミリ、レーザビームプリ
ンタ、複写機などの事務機器に代表される光学機器の部
品として用いられる、主としてレンズ、プリズム、コン
パクトディスク又は光磁気ディスクなどを成形するのに
適する光学部品成形用複合子−ルドに関するものである
。

（従来の技術）従来、ガラスやプラスチックを加熱軟化させた後、加圧
して所望形状の光学部品を成形するためのモールドとし
ては、ダイス鋼、ステンレス鋼又は超硬合金などの材料
が用いられている。しかし、これらのモールドは、モー
ルドと加熱軟化し−た被加圧材、特に高温で軟化するガ
ラスの場合における離Ｉ！：！性又は成形後の光学部品
の面積度から短寿命であるという問題がある。この問題
を解決するための光学部品成形用モールドが多数提案さ
れており、その代表的なものに、特開昭６０１１８６３
８号公報、特開昭６３−１２３８２２号公報及び特開昭
６３−２９７２２３号公報がある。

（発明が解決しようとする問題点）特開昭６０−１１８６３８号公報には、基材の表面が０
．５〜ＩＯμｍ厚さのＴｉＣ，ＴｉＮ又はＴｉ　（Ｃ，
Ｎ）からなる被覆層で形成されたガラス成形用の金型が
開示されている。また、特開昭６３−１２３８２２号公
報には、クロムと炭素を主成分とする被覆層により少な
くとも成形面を形成してなる光学ガラス素子成形用型が
開示されている。さらに、特開昭６３２’１７２２３号
公報には、基材の表面にホウ化物、炭化物、窒化物、ケ
イ化物、ａ化物を厚さ１〜１０μｍで、　１１ｉ層又は
複層に被ｔνしてなる溶融ガラス成形用工具、具体的に
は、　ＴｉＢａ、　ＴｉＣ，ＴａＣ，ＴｉＮ。

ＴａＮ、　　＾℃２０１、ＺｒＯ□の被覆層からなって
いる溶融ガラス成形用工具が開示されている。

これらのガラス成形用工具又は型は、従来のステンレス
鋼及びクロム鋼に比べて、各種の被覆層を形成すること
により、ガラスとの反応の防止、型の表面肌の荒れ制御
、及びガラスの離型性の向１を達成したすぐれたもので
あるけれども、繰り返し成形前トする場合に、成形加工
されたガラスが着色しやすいこと、特に鏡面研摩した成
形面の面積度を成形加工されたガラス面に転写するのが
困難になり、ガラスの面が荒れやすくなること、成形加
工後のガラスの離型性が低下することから寿命が短かく
実用化できないという問題がある。

本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体
的には、セラミックス焼結体、サーメット、超硬合金、
高融点金属を主成分とする合金。

耐熱鋼、超耐熱合金などの基材の表面にＴｉの含イ１し
てなる炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物を主成分とする
焼結体又は被膜で形成した光学部品成形用モールドの提
供を目的とするものである。

（問題点を解決するための１段）本発明者らは、光２戸部品として各種の用途で用いられ
るガラス、特に溶融状態のガラスに対する濡れ性１発泡
性、腐食性及び着色性の観点からガラス成形用モールド
について検討し、Ｔｉの含（Ｔしてなる炭酸化物、窒酸
化物、炭窒酸化物がガラス成形モールド用材料としてす
ぐれているという知見を得て１本発明を完成するに至っ
たものである。

すなわち１本発明の光″戸部品成形用モールドは、成形
用子−ルドの少なくとも被加工物の成形加圧される成形
面がＴｉの炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物及びＴｉと
Ｍとを含む炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の中の少な
くとも１種のチタン化合物（但し、ＭはＺｒ、　Ｈｆ、
　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｃｒ、　Ｍｏ。

Ｗ、　Ａｇ、　Ｂ、　Ｓｉ及び希−Ｌ類金属のｒｐの少
なくとも１種を表わす。）を主成分とする焼結体又は被
膜で形成されていることを特徴とするものである。

本発明の九′を部品成形用モールドにおけるチタン化合
物は、特に、次式（八）で表わされる組成範囲でなる場
合がガラスとの反応性が低く、ガラスの成形性にすぐれ
ることから好ましいことである。

（Ｔｉａ、　Ｍ＋−ａ　Ｎ　Ｃｗ、　Ｎｘ、　Ｏｙ　１
７．　　・−−（Ａｌ但し、ａはＴｉとＭとの合計に対
するＴｉの原子比を表わし、ｗ、ｘ、ｙは炭素（Ｃ）、
窒素（Ｎ）、酸ふ（Ｏ）のそれぞれの原−ｒ比を表わし
、ＺはＴｉとＭとの合計に対する非金属元素（Ｃ＋Ｎ＋
Ｏ）の原子比を表わし、ａ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚのそれぞれ
が０．５　≦ａ　≦、０．　　　　　ｗ＋ｘ＋ｙ＝、　
　　　Ｏ≦ｗ≦０．９５．　　　０≦ｘ　　≦（１，８
［１，０，０５≦ｙ≦０，８０゜０．８０；！；ｚ≦、
８０）関係にあり、Ｍは、Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｖ。

Ｎｂ、　’ｒａ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　’ｆ４．　　Ａｊ
２．　Ｂ、　Ｓ’ｉ及び希土類金属の中の少なくとも１
種を表わすものである。この（八）の式の内、ｗ＝＝０
．４〜０．８．ｘ＝Ｏ〜０．５゜ｙ＝０．２〜０．６　
、　ｚ＝、Ｉ〜、４の範囲にあるものがさらに好ましい
ことである。

このチタン化合物は、具体的には、例えばＴｉ（Ｃ，０
）、　Ｔｉ（Ｎ、０、　Ｔｉ（Ｃ，Ｎ、Ｏｌ、　　（Ｔ
ｉ、Ｍｌ　（Ｃ，０）（Ｔｉ、Ｍ）　（Ｎ、０、　（Ｔ
ｉ、Ｍｌ　（Ｃ，Ｎ、Ｏ）の中の少なくとも１秤からな
るもので、化学量論組成又は非化学頃論組成の化合物で
ある。

本発明の光学部品成形用モールドは、上述のチタン化合
物の焼結体でなる場合でよいが、他の物体からなる基材
のモルードの少なくとも被加工物（ガラス）と接触する
成形面に、例えば少なくとも１ｍｍ厚さのチタン化合物
の焼結体を接合してなるモル〜ド、もしくは成形面に化
学蒸着法（ＣＶＤ法）又は物理蒸着法（ＰＶＤ法）でも
って、例えば菖〜５０μｍ厚さのチタン化合物の被膜を
単層又は複層にして形成したモルードである。この場合
の基材としては、光７部品成形時の温度、圧力、加熱と
冷却の繰り返しによる熱衝撃性、変形性などに耐える材
料、例えばＡｆｌａＯａ系セラミックス。

Ｚ「０．系セラミックス、　ＣｒｚＬ系セラミックス。

ＳｉＣ系セラミックス、　５ｉｓＮａ系セラミツクス、
すでアロン系セラミックス、　ＴｉＣ系サーメット。

ｒｉＣ−ＴｉＮ系サーメット、　　Ｃｒ＋Ｃａ系サーメ
ット。

Ａｌ２．０３系サーメツト、１ｌＩＣ−Ｃｏ系超硬合金
、　ＷＣ−ｒｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系超硬合金、　Ｃｒ、
　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｔａ、　Ｎｂ。

白金族金属及びこれらを主成分とする合金などの高融点
金属、耐熱鋼、インコネルやワスバロイなどの超耐熱合
金を挙げることができる。これらの基材にチタン化合物
の焼結体を接合する方法は。

基材の材質により異なるが、例えばへβ２０．ｌ系セラ
ミックスなどのセラミックス焼結体を基材とする場合は
、拡散接合にすることができ、超硬合金、サーメット又
は他の合金を基材とする場合は１例えば、Ｎｉ、　Ｃｏ
、　Ｃｕ、　Ｔｉ、　Ｉｌｌなどの金属もしくはその合
金、あるいはＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物からなる
中間層を介在させて接合することができる。

また、本発明の光学部品成形用モルードは、上述のチタ
ン化合物が少なくとも５Ｏｚシ％と、残りＴｉ、　ｌｒ
、　Ｈｆ、　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　
Ｗ、の炭化物。

窒化物、酸化物、ホウ化物、　Ｂ、　Ｓｉの炭化物５窒
化物、酸化物、＾℃の窒化物、酸化物及びこれらの相ｒ
ｉ固溶体の中の少なくとも１種の他化合物（但し、上述
のチタン化合物を除いた化合物）と不可避不純物とから
なる焼結体で形成したモールド、またはこの焼結体を少
なくともｌｆｆ１ＩＩ＋厚さにして、前述の基材の成形
面に接合してなるモルード、もしくはこの焼結体と同じ
組成成分でなる被膜を基材の成形面に被覆してなるモル
ードからなるものである。ここで述べているチタン化合
物を除いた他化合物とは、具体的には、例えばチタンの
酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物。

（Ｔｉ、Ｚｒ１Ｏｚ、　　（Ｔｉ、ＶりＣ，（Ｔｉ、Ｉ
ＩＩＮ、　　（Ｔｉ、Ｔａ）（Ｃ，Ｎ）などを挙げるこ
とができる。この他化合物以外に、２ｗｔ％以下のカー
ボンが混在した、例えばチタン化合物と他化合物とカー
ボンとの焼結体又は被膜、並びにチタン化合物とカーボ
ンとの焼結体もしくは被膜の構成にすることもできる。

本発明の光学部品成形用モルードは、従来の粉末冶金の
製造方法、　ＣＶＤ法、　ＰＶＤ法などを応用すること
により得ることができる。まず、焼結体を作製するには
、Ｌ述のチタン化合物の粉末又はこのチタン化合物のｍ
１駆体、例えばＴｉＣ，Ｔｉ０ｚ。

ＴｉＨｉ、　ＴｉＮなどの粉末を所定ｉｌｌ混合した後
、酸化性もしくは非酸化性雰囲気中で１２００〜１６０
０℃の温度で焼結、あるいは焼結後、熱間静水圧処理（
ＩＩＩＰ処理）により行う方法である。このときの焼結
は、常圧焼結、減圧ガス雰囲気焼結、加圧ガス雰囲気焼
結、又はホットプレス焼結などを選定することができる
０次に、被膜にする場合には、従来のＣＶＤ法、　ＰＶ
Ｄ法で製作すればよく、特に５０μｍ以上の厚い被膜を
得る場合には、」二連の焼結体を作製するための粉末を
基材の表面に塗布した後、加熱する方法を挙げることが
できる。

（作用）本発明の九′戸部品成形用モールドは、焼結体又は被膜
の主成分であるチタン化合物がガラスとの反応、濡れ及
び溶着をｔｌＩｌ＋ヒする作用をし、チタン化合物以外
の他化合物が混在する場合、他化合物がガラスの離型性
を向トさせること、及び焼結体又は被膜の耐熱衝撃性や
耐酸化性などの耐熱性を向」ユさせる作用並びにチタン
化合物の粒成長抑制作用をし、焼結体又は被膜にカーボ
ンの含有している場合は、カーボンがガラスとの反応性
の防ＩＬ、及び離型性を向トさせる作用をしているもの
である。

（実施例）実施例１市販の各種粉末（平均粒径０．１〜、５μｍ）を用いて
第１表に示した割合に配合し、メタツル及びジルコニア
製ボールと共にポリウレタン内張りされたボールミルボ
ットに装入し、４８時間混合粉砕した。各混合粉末をＡ
「雰囲気中、圧力２００ｋｇ／ｃｍ”、保持時間３０分
、第１表に併記した温度条件でホットプレス焼結し、１
部の試料については１５００気圧のＡｒ雰囲気中、温度
１３５０℃、保持時間６０分の条件で旧Ｐ処理を施して
、約１０φＸｌ３ｎ＋ｍの形状の本発明品１〜Ｉ６及び
比較品１〜５得た。

こうして得た本発明品ｌ〜１６及び比較品ｌ〜５を走査
型電子顕微鏡、Ｘ線回折、電ｒプローブマイクロアナラ
イザ及びＣ，Ｎ、Ｏのそれぞれの分析装置でもって１台
し、その結果を第２表に示した。この本発明品１〜１６
及び比較品１〜５と、さらに市販の超硬合金（ＷＣ−Ｃ
ｏ合金）を比較品６゜ＳｉＣ基焼結体を比較品７として
加えて、それぞれの−面を鏡面研摩した後、それぞれの
鏡面の而に、下記Ａ試験、Ｂ試験でもってガラスを接触
させて、ガラスとの反応性を調べて、その結果を第３表
に示した。

Ａ試験条件ガラスの種類：鉛ガラス（約４　ｘ　４　ｘ　４ｍｍｆ
’ｌ）雰　　囲　　２二Ｎ２ガス雰囲気とＮｚ＋　０．　ｌ　ｖｏｆｉ％０．雰囲気温　　　度：
６５０℃ 保持時間：６０分［３試験条件ガラスの種類ニホウケイ酸ガラス（約４Ｘ４Ｘ４ｍｍｊ’ｌ）雰　　囲　　気：　Ｎｚ＋０．Ｉ　ｖｏＩ２％０□雰囲
気温　　　度　　　＝７５０　℃ 保持時間：６０分次に、本発明品］、　３．６．１、１３．１６及び比較
品１，４，６．７を用いてガラスレンズ成形加工に相当
する下記のＣ試験条件でもって実用成形試験を行い、そ
の結果を第３表に併記した。

Ｃ試験条件ガラスの種類：鉛ガラス（ＳＦＢ相当）加熱温度＝５０
０℃ 加　　圧　　　力　：　　４０　　ｋｇ加圧時間：２０
分秒雰　　囲　　気：　　Ｎ２＋０．Ｉ　　ｖｏｆ１％０□
評　　　　価：Ｉサイクル２５０回の連続成形を行い、
成形ガラスの面相さ、＃ｌ型性について判断。

第：（表本　第３表中のガラスとの反応性試験は、試料とガラス
との溶着性、雌型性、及びガラスの面精度、変色や曇り
の度合を判定し、総合評価として、０・非常にすぐれる
。○　すぐれる、Δ：やや劣る。Ｘ：劣るとして２屹実
施例２１１１Ｐ処理を施した超硬合金（■Ｃ−１０ｗｔ％Ｃｏ
）の基材の−・端面を凹球面状（゛１′−径１５ｍｍの
球面をイ１する１０φＸ１３ｍｍ形状）に研摩し、その
凹面を組さＲｍａｘ　Ｏ，０１μｍｍトドした後、ＣＶ
Ｄ装置に設置し、炉内圧力１５０Ｔｏｒｒ、加熱温度１
０００℃、保持時ＩＩ　３時間の条件で基材の表面にチ
タン化合物の被膜を形成して本発明品１７〜１９を得た
。尚、本発明品１７は、炉内雰囲気＋１２−ＪＶＯ℃％
Ｃ１１，−ｏ。

ｖｏＩ２．％ＣＯ混合ガスとこのガスでバブリングした
ＴｉＣβ４の状態、本発明品１８は、炉内雰囲気１１□
３０ｖｏ１％Ｎ、−６ｖｏｊ２％ＣＩ＋４−０．　ｌ　
ｖｏｕ％ＣＯ混合ガスとこのガスでバブリングしたＴｉ
Ｃｆ２４の状態、本発明品１９は、炉内雰囲気１１□−
１０１０４％Ｎ２ｖｏｊ２％Ｃ１１，−０，２ｖａＩ２
％ＣＯ混合ガスとこのガスでバブリングしたＴｉＣ１！
、ａの状態で行った。

こうして得た本発明品１７〜１９を実施例１と同様に走
査型電子顕微鏡、Ｘ線回折、電ｒプローブマイクロアナ
ライザ及びＣ，Ｎ、Ｏのそれぞれの分析装置でもって調
査し、その結果を第４表に示した。この本発明品１７〜
１９の他に、同じ超硬合金の基材に従来のＣＶＤ法でも
ってＴｉＣの被膜を形成した比較品６及びＴｉＮの被膜
を形成した比較品７を加えて、実施例１で行ったＡ試験
、Ｂ試験及びＣ試験を行って、その結果を第５表に示し
た。（但し、Ｃ試験は、本発明品１８と比較品６のみで
行った）以下余白第表第表（発明の効果）本発明の光、＋を部品成形用干ルートは、ＴｉＣ。

ＴｉＮ、　ＴｉＯよの焼結体、超硬合金、　ＳｉＣ基焼
結体、叉はｒｉＣ，’ｒｉＮの被膜を形成した超硬合金
に比較して、ガラスとの耐溶着性、＃を性にすぐれてい
ること、また成形加工′、後のガラスの面積度が低下し
難いこと、さらに成形加工後のガラスの変色やのりが起
り難いという効果があり、その結果レンズ成形加「に相
当する実用試験において、４〜１０倍もノｐＱが向」・
−するといつ効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）成形用モールドの少なくとも被加工物の成形加工
される成形面がＴｉの炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物
及びＴｉとＭとを含む炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物
の中の少なくとも１種のチタン化合物（但し、ＭはＺｒ
、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｂ、
Ｓｉ及び希土類金属の中の少なくとも１種を表わす。）
を主成分とする焼結体又は被膜で形成されていることを
特徴とする光学部品成形用モールド。
（２）上記チタン化合物が次式（Ａ）で表わされる組成
範囲でなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光学部品成形用モールド。（Ｔｉ＿ａ、Ｍ＿１＿−＿ａ）（Ｃ＿ｗ、Ｎ＿ｘ、Ｏ＿
ｙ）＿ｚ……（Ａ）但し、ａはＴｉとＭとの合計に対す
るＴｉの原子比を表わし、ｗ、ｘ、ｙは炭素（Ｃ）、窒
素（Ｎ）、酸素（Ｏ）のそれぞれの原子比を表わし、ｚ
はＴｉとＭとの合計に対する非金属元素（Ｃ＋Ｎ＋Ｏ）
の原子比を表わし、ａ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚのそれぞれが０
．５≦ａ≦１．０、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１、０≦ｗ≦０．９５
、０≦ｘ≦０．８０、０．０５≦ｙ≦０．８０、０．８
０≦ｚ≦１．３０の関係にあり、Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ
、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ及び希
土類金属の中の少なくとも１種を表わす。
（３）成形用モールドの少なくとも被加工物の成形加工
される成形面がＴｉの炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物
及びＴｉとＭとを含む炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物
の中の少なくとも１種のチタン化合物（但し、ＭはＺｒ
、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｂ、
Ｓｉ及び希土類金属の中の少なくとも１種を表わす。）
を少なくとも５０ｗｔ％と、残りＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ
、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、の炭化物、窒化物、酸
化物、ホウ化物、Ｂ、Ｓｉの炭化物、窒化物、酸化物、
Ａｌの窒化物、酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少
なくとも１種の他化合物（但し、該チタン化合物を除い
た化合物）と不可避不純物とからなる焼結体又は被膜で
形成されていることを特徴とする光学部品成形用モール
ド。
（４）上記チタン化合物が次式（Ａ）で表わされる組成
範囲でなることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
の光学部品成形用モールド。（Ｔｉ＿ａ、Ｍ＿１＿−＿ａ）（Ｃ＿ｗ、Ｎ＿ｘ、Ｏ＿
ｙ）＿ｚ……（Ａ）但し、ａはＴｉとＭとの合計に対す
るＴｉの原子比を表わし、ｗ、ｘ、ｙは炭素（Ｃ）、窒
素（Ｎ）、酸素（Ｏ）のそれぞれの原子比を表わし、ｚ
はＴｉとＭとの合計に対する非金属元素（Ｃ＋Ｎ＋Ｏ）
の原子比を表わし、ａ、ｗ、ｘ、ｙ、ｚのそれぞれが０
．５≦ａ≦１．０、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１、０≦ｗ≦０．９５
、０≦ｘ≦０．８０、０．０５≦ｙ≦０．８０、０．８
０≦ｚ≦１．３０の関係にあり、Ｍは、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ
、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ及び希
土類金属の中の少なくとも１種を表わす。