JPH0383824A

JPH0383824A - 光学部品成形用複合モールド

Info

Publication number: JPH0383824A
Application number: JP21992289A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kobayashi; 正樹小林; Akitsugu Imamura; 今村　昭嗣; Manabu Sato; 学佐藤
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1989-08-25
Publication date: 1991-04-09
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JP2820728B2

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・ｌ′Ｉａ機器に代表される光学機
器の部品として用いられる、上としてレンズ、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に後、加法
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二［材、特に高温で軟化するガ
ラスの場合におけるＭ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６０−１１１３６３８号公報には基材の表面が０
．５〜ＩＯｕｍ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６３−１２３１１２２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、Ｔ
ｉＢｘ、　ＴｉＣ，ＴａＣ，ＴｉＮ。

ＴａＮ、　　＾Ｉ２２０３．　Ｚｒ０ｚ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−ヒ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
工きれたガラスが青色しやすいこと、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、ガラスの而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ド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、ａ
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種を主成分とする単層又は複層からなる被Ｆｒ
！刈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、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６
３−１７６５３５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Ｅの強度
、加工性２面精度及び工業上の生産性などを検討した所
、面積度の高い基材の少なくとも成形面にクロムと酸素
との含有してなるクロム化合物の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０．１　μｍ以−Ｌ〜！００μｍ未満の厚さの
被覆層からなり、該被覆層が酸化クロム、Ｓ！炭化クロ
ム、酸窒化クロム、ｅＩｉ炭窒化クロムの中の少なくと
もＩｌｌのクロム化合物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＾２，
０３系セラミックス、　Ｚｒ口、系セラミックス、　Ｃ
ｒＢＯｓ系セラミックス、　ＳｉＣ系セラミックス。５
ｉａＮｎ系セラミツクス。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
、　　ＣｒａＣｓ系サーメット。　＾β１ロ、系サーメ
ット、ｌＩＣ−Ｃｏ系超硬合金、　ｌＩＣ−ＴｉＣ−Ｎ
ｉ系超硬合金、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｉｌ、　Ｔａ、　Ｎ
ｂ、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。この内、へｉＬｍＯｓ系
セラミックス又はＣｒａｂｓ系セラミックスは、耐熱性
及び強度など緒特性の他に、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＋ｐｖｏ法）により薄い被層層
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Ｗ１種Ｊは、具
体的には、例えばＣｒＯ，（ｔとしてＣｒ５Ｏ＊）　。

Ｃｒ　（Ｃ，Ｏ）　、　Ｃｒ　（Ｃ，Ｎ）　、　Ｃｒ　
（Ｃ，Ｎ、　０１の中の少なくとも１種のクロム化合物
の単層又は複層でなるものである。このクロム化合物は
、非化学曜論組成又は化学１論組成でもよいけれども、
特に酸化クロムが好ましく、他のクロム化合物の場合に
は、非金属元素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ｍＷは、−
上述のクロム化合物を少なくとも５０ｖｏ、９％と、残
り周期律表４ａ。５ａ、６ａ族金属ｆＴｉ、　Ｚｒ、　
Ｉｆｆ。

Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　ｌ１ｌ）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、Ａｎの酸化物。窒化物、アルカリ
土類金属（Ｂｅ、　ＭＢ、　Ｃａ、　Ｓｒ、　Ｂａ）。

希土類金属（Ｓｃ、１．　Ｌａ。

Ｃｅ、　Ｐｒ、　Ｎｄ、　Ｓ＠、　Ｅｕ、　Ｇｄ、　Ｔ
ｂ、　Ｇｙ、　ｔｌｏ、　Ｅｒ、　Ｔｍ、マｂ、　Ｌｕ
ｌの酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１
種の第諷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＃ＴＩＸＭは、上述のクロム化合物を少
なくとも５０ｖｏｆｆ％と、残りＦｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ
、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｍｏ、　Ｔａ、　１４．　Ｒｕ。

Ｒｈ、　Ｐｄ、　Ｒｅ、　Ｉｒ、　ＰＬ、Ａｕ及びこれ
らの相互合金の中の少なくともＩＰｌの第２物質とから
なる場合は、被覆層の面積度が向−ヒすること、基材の
材質の神類により基材と被覆層との密着性の向−ヒにな
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、クロム化合物と第１物質と第
２物質とからなる場合でもよく、クロム化合物が少なく
とも５０ｖｏｎ％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［５中のＣ「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−Ｅ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０．１μｍＪ、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身命が
低下し、逆に被［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−
Ｌ〜１００μｍ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
、ｌ〜２０ｕｍ、さらに好ましくは０．５〜ＩＯｕｍで
なることが好ましいことである。

基Ｈの材質の種類と被覆層の材質のｆ！１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、　Ｇｏ、　Ｃｒ。

Ｔｉ、　Ｃｕなどの金属、Ｔｉ　−Ａｆ２．　Ｎ１−Ｐ
。

Ｎｉ−＾ぶ、　Ｔｉ　−Ｎｉ　−Ａ℃、Ｎｉ−５ｉ、な
どの合金１周期神表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″ｌｌ！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ａ［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ルードを作製するには、
従来から用いられているｉＦＩ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０例えば、被覆層の厚さが０．１〜
３０ｕｍ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Ｈの表面に被覆層を形成するための粉末を設置
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９表面荒れが防ＩＥ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１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。

Ｘａ例基材として、市販の超硬合金、１μｍ以−ドの微粒アル
ミナ基焼結体を用いて、これらの基材を円柱状（１０φ
Ｘ１５ｍｍ寸法）に加工し、その一端面を１ｌａａｘ　
Ｏ，０１μｍ以下の面粗さでなる凹球面（半径１５ｍ５
＋）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　Ｘ　１Ｇ−３Ｔ
ｏｒｒ、　ＲＦ５００Ｗ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、
４５℃に加熱したクロムカルボニル［Ｃｒ　（ＣＤＩ。

１を１１□ガスのキャ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．ＯＴｏｒｒ、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、アルミナ城焼結体の基材をＣＶＤ装置に設置し、
約ＺＯＯ℃に加熱した四塩化ジルコニウム（ＺｒＣＪ！
　４）と４０℃に加熱した塩化クロミル１ｃｒｏｓｃｊ
２１１　を＾ｒ−１ｖｏｆｉ％ｈＯのキャリアガスで導
入した状態の反応炉内で、炉内圧力ＺＯＯＴｏｒｒ、基
材温度８５０℃、３時間保持の条件により基材表面に被
ＭｉＮ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　
（ＯａＣａｌｌｖ）　ｓ　　（キャリアガスＮ、−１ｖ
ｏｊ２％１ＩｌｌＧ）の炉内雰囲気中圧カフ８０　Ｔｏ
ｒｒ、　ｊ！材湯温度３５０℃３時間保持の条件により
基材表面に被積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ｌ〜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、Ａｊ２ｓＯｓの
被積層を基材表面に形成させた比較品２．イオンブレー
ティング法でもってＴｔＮの被覆層を形成させた比較品
３．スパッター法でもってＰＬ、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Ｉ〜８及び比較品１〜４のそれぞれの
被積層をＸ線回折、　ＸＭ＾分析、　ＳＥＭ　硯察によ
り調べて、被積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表に后した。

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（ＳＦＩＯ相当）加熱温度：　
５００℃ 加　　圧　　カニ４０ｋｇ加圧時間：２０秒使用雰囲気：Ｎ、−１ｖｏｌ％Ｏ１ｌ評　　　　価：！サイクル２５０回の連続成形な行い、
成形加工後のガラスの面粗さ及び離型性にて判断２　Ｉ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１本発明の光学部品成形用複合モルードは、
従来被覆層を形成した複合モルードに比較して、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
スの而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ルードは、特に酸化クロ
ムの被覆層でなる場合には人気中でも実用できるという
効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

（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、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でなる
ことを特徴とする光学部品成形用複合モールド。
（２）上記被覆層は、上記クロム化合物を少なくとも５
０ｖｏｌ％と、残り周期律表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
する特許請求の範囲第１項記載の光学部品成形用複合モ
ールド。
（３）上記被覆層は、上記クロム化合物を少なくとも５
０ｖｏｌ％と、残りＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍ
ｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｉｒ、ＰＬ、
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特許請求の範囲第１項
記載の光学部品成形用複合モールド。
（４）上記被覆層は、上記クロム化合物を少なくとも５
０ｖｏｌ％と、残り周期律表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、Ｃ
ｒ、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複合モールド。
（５）上記被覆層は、０．５〜１０μｍの厚さでなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項
又は第４項記載の光学部品成形用複合モールド。
（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って減少していることを特徴と
する特許請求の範囲第２項、第３項、第４項又は第５項
記載の光学部品成形用複合モールド。
（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。
（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特許請求の範囲第７項
記載の光学部品成形用複合モールド。
（９）上記中間層は、０．０５〜１０μｍの厚さでなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第７項又は第８項記載
の光学部品成形用複合モールド。