JP2820728B2

JP2820728B2 - 光学部品成形用複合モールド

Info

Publication number: JP2820728B2
Application number: JP1219922A
Authority: JP
Inventors: 正樹小林; 昭嗣今村; 学佐藤
Original assignee: 東芝タンガロイ株式会社
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1989-08-25
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JPH0383824A

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、フアクシミリ，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モー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工材、特に高温で軟化するガ
ラスの場合における離型性又は成形後の光学部品の面精
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60−118638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0.5〜10μ
ｍ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63−
297223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，酸化物を厚さ１〜10μｍで、単層又は
複層に被覆してなる溶融ガラス成形用工具、具体的に
は、TiB₂,TiC,TaC,TiN,TaN,Al₂O₃,ZrO₂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上を達成したすぐれたもの
であるけれども、繰り返し成形加工する場合に、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
成形面の面精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酸化クロムを主成分とする単層又
は複層からなる被覆層を形成した光学部品成形用複合モ
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手段）本発明者らの一人は、光学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，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、クロムと酸素の含有したクロ
ム化合物を主成分とする焼結体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、すでに特願
昭63−176535号（特許第1783120号、特公平４−74292
号）で提供している。この特願昭63−176535号の観点を
更に発展させて、実用上の強度，加工性，面精度及び工
業上の生産性などを検討した所、面精度の高い基材の少
なくとも成形面に酸化クロムを主成分とする被覆層を形
成させると実用化しやすく、寿命の向上が顕著であると
いう知見を得て、本発明を完成するに至ったものであ
る。

すなわち、本発明の光学部品成形用複合モールドは、
基材の表面に被覆層の形成された複合モールドであっ
て、該複合モールドの少なくとも被加工材の成形加工さ
れる成形面が0.1μｍ以上〜100μｍ未満の厚さの被覆層
からなり、該被覆層が酸化クロムを主成分とする単層又
は複層でなることを特徴とするものである。

本発明の光学部品成形用複合モールドにおける基材
は、光学部品成形時の温度，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Al
₂O₃系セラミックス,ZrO₂系セラミックス,Cr₂O₃系セラミ
ックス,SiC系セラミックス,Si₃N₄系セラミックス，サイ
アロン系セラミックス,TiC系サーメット,TiC−TiN系サ
ーメット,Cr₃C₂系サーメット,Al₂O₃系サーメット,WC−C
o系超硬合金,WC−TiC−Ni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，インコネルやワスパロイなどの超耐熱合金
を挙げることができる。この内、Al₂O₃系セラミックス
又はCr₂O₃系セラミックスは、耐熱性及び強度など諸特
性の他に、被覆層との相互拡散による接合が可能となる
こと及び熱膨張係数が近似していることから被覆層と基
材との熱膨張差による剥離が生じ難く、密着性にもすぐ
れるので、特に好ましいことである。また、超硬合金
は、比較的加工がしやすいこと、及び高面精度に仕上げ
るのが容易であることから化学蒸着法（CVD法）や物理
蒸着法（PVD法）により薄い被覆層を形成するための基
材として好ましいものである。

これらの基材の表面に形成するための被覆層は、具体
的には、例えばCrO,（主としてCr₂O₃）の酸化クロムか
らなる場合、又は酸化クロムを主成分とし、他にCr（C,
O）,Cr（C,N）,Cr（C,N,O）の中の少なくとも１種のク
ロム化合物を含有した単層又は複層であるものである。
この被覆層は、非化学量論組成又は化学量論組成でもよ
いけれども、特に酸化クロムが好ましく、他のクロム化
合物を含有する場合には、被覆層中の酸素がモル比で少
なくとも10％含有しているのが好ましく、さらに好まし
くは、少なくとも50％含有していることである。また、
被覆層は、上述の酸化クロムを少なくとも50vol％と、
残り周期律表4a,5a,6a族金属（Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,M
o,W）の酸化物，炭化物，窒化物，ホウ化物、Si,Bの酸
化物，窒化物，炭化物、Alの酸化物，窒化物、アルカリ
土類金属（Be,Mg,Ca,Sr,Ba），希土類金属（Sc,Y,La,C
e,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu）の酸化物及
びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の第１物質
とからなる場合は、高硬度で緻密，微細結晶からなる被
覆層が得られることから好ましいことである。さらに、
被覆層は、上述の酸化クロムを少なくとも50vol％と、
残りFe,Co,Ni,Cr,Mn,Mo,Ta,W,Ru,Rh,Pd,Re,Ir,Pt,Au及
びこれらの相互合金の中の少なくとも１種の第２物質と
からなる場合は、被覆層の面精度が向上すること、基材
の材質の種類により基材と被覆層との密着性の向上にな
ること、及び耐熱衝撃性にすぐれることから好ましいこ
とである。この被覆層は、酸化クロムと第１物質と第２
物質とからなる場合でもよく、酸化クロムが少なくとも
50vol％含有していることが好ましいことである。

これらの被覆層の内、第１物質及び／又は第２物質の
含有してなる被覆層の場合は、被覆層中のCr元素が被覆
層の表面から基材に向って漸次減少した、所謂傾斜被覆
層にすると、被覆層の基材からの耐剥離性が向上するこ
と、及び被覆層の強度が向上することから好ましいこと
である。

これらの被覆層の厚さが0.1μｍ未満になると、成形
加工後のガラスの面が荒れやすくなること及び寿命が低
下し、逆に被覆層の厚さが100μｍ以上になると、被覆
層表面の粒成長が著しくなり、その結果被覆層の面精度
の低下となること、被覆層内にクラック，巣孔などの欠
陥が増大して光学部品成形用モルードとして実用し難く
なる。このために被覆層の厚さは、0.1μｍ以上〜100μ
ｍ未満と定めたものである。特に、CVDやPVDにより形成
する場合には、被覆層の厚さは、0.1〜20μｍ、さらに
好ましくは0.5〜100μｍでなることが好ましいことであ
る。

基材の材質の種類と被覆層の材質の種類との組合わせ
によっては、基材と被覆層との密着性又は付着強度が低
下する場合がある。このときは、基材と被覆層との間に
中間層を介在させることができる。この中間層として
は、例えばNi,Co,Cr,Ti,Cuなどの金属、Ti−Al,Ni−P,N
i−Al,Ti−Ni−Al,Ni−Si,などの合金、周期律表4a,5a,
6a族金属の炭化物，窒化物，酸化物，及びこれらの相互
固溶体などの化合物を挙げることができる。これらの中
間層の内、Cr,Ti,炭化チタン，炭窒化チタン，炭酸化チ
タン，炭窒酸化チタンの中の少なくとも１種からなる場
合が好ましく、特に超硬合金の基材の場合には、Cr,Ti,
炭化チタンの中間層からなる場合が好ましいことであ
る。この中間層は、基材と被覆層との付着強度を高める
ためのもので、特に0.05〜10μｍの厚さであることが好
ましいことである。

本発明の光学部品成形用複合モールドを作製するに
は、従来から用いられている前述の基材に、従来から行
われている各種の方法を応用して被覆層を形成すること
ができる。例えば、被覆層の厚さが0.1〜30μｍ程度の
薄層の場合には、PVD法又はCVD法により形成することが
好ましく、被覆層を厚くする場合には、基材の表面に被
覆層を形成するための粉末を載置し、加圧加熱する方法
又は溶射方法などにより形成することができる。

（作用）本発明の光学部品成形用複合モールドは、被覆層が被
加工材、特にガラスとの反応，濡れ，溶着を阻止する作
用をし、その結果被加工材の変色，表面荒れが防止さ
れ、基材が被覆層を保持して、被覆層の強度をカバーす
る作用をしているものである。

また、本発明の光学部品成形用複合モールドにおい
て、中間層を介在させる場合は、この中間層が被覆層と
基材との溶着性及び付着強度性を高める作用をしている
ものである。

実施例基材として、市販の超硬合金、１μｍ以下の微粒アル
ミナ基焼結体を用いて、これらの基材を円柱状（10φ×
15mm寸法）に加工し、その一端面をRmax0.01μｍ以下の
面粗さでなる凹球面（半径15mm）に研削、研摩した。

これらの基材の内、超硬合金の基材をスパッタリング
装置に設置し、被覆層の成分組成の混合粉末又は焼結体
をターゲットとして、アルゴンガス圧５×10^-3Torr,RF5
00Wの条件でスパッターすることにより被覆層を基材の
表面に形成させて本発明品1,2,3,4を得た。

また、超硬合金の基材をプラズマCVD装置に設置し、4
5℃に加熱したクロムカルボニル［Cr（CO）_６］をH₂ガ
スのキヤリアガスでもって反応容器内に導入し、反応容
器内に高周波電源によりプラズマを発生させ、圧力1.0T
orr,基材温度350℃,2時間保持の条件で基材表面に被覆
層を形成させて本発明品５を得た。

次に、アルミナ基焼結体の基材をCVD装置に設置し、
約200℃に加熱した四塩化ジルコニウム（ZrCl₄）と40℃
に加熱した塩化クロミル（CrO₂Cl₂）をAr−1vol％H₂Oの
キヤリアガスで導入した状態の反応炉内で、炉内圧力20
0Torr,基材温度850℃,3時間保持の条件により基材表面
に被覆層を形成させて本発明品６を得た。

さらに、超硬合金の基材をCVD装置に設置し、Cr（O₂C
₅H₇）_３（キヤリアガスN₂−1vol％H₂O）の炉内雰囲気中
圧力780Torr,基材温度350℃,3時間保持の条件により基
材表面に被覆層を形成させて本発明品７を得た。

次いで、アルミナ基焼結体の基材を高温炉内に設置
し、40℃の塩化クロミル液中でバブリングしたArガスを
炉内に導入しながら1300℃,1時間保持して基材表面に被
覆層を形成させて本発明品８を得た。

このようにして得た本発明品１〜８の他に、比較とし
て超硬合金の基材を用いて、CVD法でもってTiCの被覆層
を基材表面に形成させた比較品1,Al₂O₃の被覆層を基材
表面に形成させた比較品2,イオンプレーティング法でも
ってTiNの被覆層を形成させた比較品3,スパッター法で
もってPtの被覆層を基材表面に形成させた比較品４を得
た。

これらの本発明品１〜８及び比較品１〜４のそれぞれ
の被覆層をＸ線回折,XMA分析,SEM観察により調べて、被
覆層の成分組成及び厚さ、並びに中間層の存在するもの
は、その成分及び厚さを第１表に示した。

こうして得た本発明品１〜８及び比較品１〜４を用い
て、下記のガラスレンズの成形に相当する実用試験を行
い、そのときの寿命と判断される成形回数を求めて、第
１表に併記した。

実用試験条件ガラス材：鉛ガラス（SF10相当）加熱温度 :500℃ 加圧力:40kg 加圧時間 :20秒使用雰囲気:N₂−1vol％O₂ 評価:1サイクル250回の連続成形を行い、成形
加工後のガラスの面粗さ及び離型性にて判断、１サイク
ル未満で寿命の場合はその成形回数を表示。

（発明の効果）以上の結果、本発明の光学部品成形用複合モールド
は、従来被覆層を形成した複合モールドに比較して、ガ
ラスと反応し難く、ガラスと付着し難く、離型性にすぐ
れていること及びモールドの成形面並びに成形加工後の
ガラスの面の精度の低下が生じ難く、その結果実用時の
寿命が２倍〜100倍も向上するという効果がある。ま
た、本発明の光学部品成形用複合モールドは、特に酸化
クロムの被覆層でなる場合には大気中でも実用できると
いう効果がある。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−123822（ＪＰ，Ａ) 特開平２−97431（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−118638（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−297223（ＪＰ，Ａ) 特開平２−26841（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基材の表面に被覆層の形成された複合モー
ルドにおいて、該複合モールドの少なくとも被加工材の
成形加工される成形面が0.1μｍ以上〜100μｍ未満の厚
さの被覆層からなり、該被覆層が酸化クロムを主成分と
する単層又は複層でなることを特徴とする光学部品成形
用複合モールド。
【請求項２】上記被覆層は、上記酸化クロムを少なくと
も50vol％と、残り周期律表の4a,5a,6a族金属の酸化
物，炭化物，窒化物，ホウ化物,Si,Bの酸化物，窒化
物，炭化物,Alの酸化物，窒化物，アルカリ土類金属，
希土類金属の酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少な
くとも１種の第１物質とからなることを特徴とする請求
項１に記載の光学部品成形用複合モールド。
【請求項３】上記被覆層は、上記酸化クロムを少なくと
も50vol％と、残りFe,Co,Ni,Cr,Mn,Mo,Ta,W,Ru,Rh,Pd,R
e,Ir,Pt,Au及びこれらの相互合金の中の少なくとも１種
の第２物質とからなることを特徴とする請求項１に記載
の光学部品成形用複合モールド。
【請求項４】上記被覆層は、上記酸化クロムを少なくと
も50vol％と、残り周期律表の4a,5a,6a族金属の酸化
物，炭化物，窒化物，ホウ化物,Si,Bの酸化物，窒化
物，炭化物,Alの酸化物，窒化物，アルカリ土類金属，
希土類金属の酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少な
くとも１種の第１物質とFe,Co,Ni,Cr,Mn,Mo,Ta,W,Ru,R
h,Pd,Re,Ir,Pt,Au及びこれらの相互合金の中の少なくと
も１種の第２物質とからなることを特徴とす請求項１に
記載の光学部品成形用複合モールド。
【請求項５】上記被覆層は、0.5〜10μｍの厚さでなる
ことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に
記載の光学部品成形用複合モールド。
【請求項６】上記被覆層は、該被覆層中のCr元素が該被
覆層の表面から上記基材に向かって減少していることを
特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の
光学部品成形用複合モールド。
【請求項７】基材の表面に被覆層の形成された複合モー
ルドにおいて、該複合モールドの少なくとも被加工材の
成形加工される成形面が0.1μｍ以上〜100μｍ未満の厚
さの被覆層からなり、該被覆層が酸化クロム，酸炭化ク
ロム，酸窒化クロム，酸炭窒化クロムの中の少なくとも
１種のクロム化合物を主成分とする単層又は複層からな
り、かつ該被覆層と該基材との間に中間層を介在させて
なることを特徴とする光学部品成形用複合モールド。
【請求項８】上記中間層は、Cr,Ti,炭化チタン，炭窒化
チタン，炭酸化チタン，炭窒酸化チタンの中の少なくと
も１種からなることを特徴とする請求項７に記載の光学
部品成形用複合モールド。
【請求項９】上記中間層は、0.05〜10μｍの厚さでなる
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の光学部品成形
用複合モールド。