JPH07101737A - 光学素子成形用型 - Google Patents

光学素子成形用型

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JPH07101737A
JPH07101737A JP26997793A JP26997793A JPH07101737A JP H07101737 A JPH07101737 A JP H07101737A JP 26997793 A JP26997793 A JP 26997793A JP 26997793 A JP26997793 A JP 26997793A JP H07101737 A JPH07101737 A JP H07101737A
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JP
Japan
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optical element
aln
molding
sintered
base material
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Toshiaki Hayashi
俊明 林
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 クラックや色むらの発生を防止できるととも
に、均一な粒子径の成形面が得られる光学素子成形用型
を提供することを目的とする。 【構成】 AlNを主成分とした焼結体からなる成形面
2を母材3に拡散接合4して光学素子成形用型1を構成
する。母材3は、線膨張率が3.5×10-6〜5.5×
10-6/℃で焼結温度が1500〜2000℃の非酸化
物系の材料で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に非球面レンズのプ
レス成形に用いるのに好適な光学素子成形用型に関す
る。
【0002】
【従来の技術】非球面レンズのプレス成形においては、
加熱軟化されたガラスにプレスのみで光学面を成形す
る。従って、これに用いる成形型は、高温のガラスと反
応せず、しかもガラスに対する濡れ性の悪いことが要求
される。
【0003】かかる特性を備えた光学素子成形用型とし
て、本出願人は特開平3−83825号公報において、
AlN(窒化アルミニウム)を主成分とする化合物によ
り成形面を形成することを提案している。すなわち、同
公報の実施例1ではスパッタリングを施して成形型の成
形面にAlN膜を形成している。また、実施例2では成
形用型全体をAlN粉末と助剤を原料とする焼結体を加
工して製作している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の先願
の光学素子成形用型では、次のような問題点があった。 (1)実施例1の成形用型については、スパッタリング
により母材表面にイオン化したAlNを衝突させてAl
N膜を形成していたため、AlN膜と母材との界面では
化合物が出来にくいという問題点があった。また、Al
N膜と母材との界面に応力が生じているため、高温のガ
ラスが高圧で密着すると、その外力により膜剥離が生じ
ることがあるという問題点があった。
【0005】(2)実施例2の成形用型については、成
形用型のような厚肉の部材を焼結するのは困難なため、
内部の酸素およびカーボンが反応せずに残留し、焼結む
らを生じたり、焼結後にクラックを生じたりするという
問題点があった。特に、焼結むら部分では粒子径が異な
るため、研磨加工しても表面粗さPV0.1μm以下に
はならないという問題点があった。更に、焼結むらの発
生は表面からはわからないため、成形用型に加工した後
になって初めて不良が判明するという問題点があった。
【0006】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、クラックや色むらの発生を防止できるとともに、均
一な粒子径の成形面が得られる光学素子成形用型を提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光学素子成形用型は、線膨張率が3.5×1
-6〜5.5×10-6/℃で焼結温度が1500〜20
00℃の非酸化物系の材料よりなる母材に、AlNを主
成分とした焼結体からなる成形面を拡散接合して構成す
ることとした。
【0008】
【作用】上記構成からなる本発明の光学素子成形用型で
は、製造の容易な薄板状のAlN焼結体で成形面を構成
する。この成形面と母材とをそれぞれ別個に仮焼結し、
形状加工した後、型内で圧力を加えつつ本焼結する。こ
れにより異種の両部材が拡散接合される。ここで拡散接
合を適確に行うために以下の条件が必要となる。
【0009】(1)AlN焼結体の線膨張率が4.5×
10-6/℃であるため、母材の線膨張率は3.5×10
-6〜5.5×10-6/℃でなければならない。線膨張率
の大きく異なる材料同士を接合すると、焼結後に界面応
力でクラックが発生するからである。発明者の実験によ
れば、上記範囲内ではクラックが発生しなかった。
【0010】(2)母材の焼結温度は、AlNの焼結温
度(1500〜2000℃)と同範囲でなければならな
い。両者の本焼結は同時に行われるからである。本焼結
の温度が1500℃以下になるとAlNの焼結が不完全
になり気孔や色むらが発生する。他方、本焼結の温度が
2000℃を越えるとAlNが分解して焼結できなくな
る。
【0011】(3)母材は非酸化物系の材料でなければ
ならない。AlNの焼結は非酸化性雰囲気にて行わなけ
ればならず、ここで母材が酸化物だと、母材中の酸素が
AlNと反応してAl2 3 が生成してしまうからであ
る。
【0012】
【実施例1】以下、添付図面を参照して本発明に係る光
学素子成形用型の実施例を説明する。まず、本発明の実
施例1を説明する。図1は光学素子成形用型を示す断面
図である。図示の通りこの光学素子成形用型1は、Al
Nを主成分とした焼結体からなる成形面2を母材3に拡
散接合4して構成される。以下、この光学素子成形用型
1の製造方法を説明する。
【0013】まず、成形面をなすAlNの焼結体を仮焼
結する。平均粒子径1.3μmの高純度AlN粉末(純
度99.9%以上)とY2 3 とを97:3の重量比で
混合し、分散媒としてエタノールを加え、15時間混練
する。これを、外径φ16mm,厚さ7mmの円板状の型に
鋳込み、250℃で3時間乾燥させる。乾燥後、窒素雰
囲気中で650〜700℃に加熱して脱脂した後、窒素
雰囲気1300℃で2時間、仮焼結する(図2a参
照)。
【0014】次に、母材をなす焼結体を仮焼結する。平
均粒子径1.0μmの高純度サイアロン粉末(純度9
9.9%以上)とY2 3 ,Al2 3 ,及びMgOを
95:2:2:1の重量比で混合し、分散媒としてエタ
ノールを加え、10時間混練する。これを母材の形状の
型に鋳込み、250℃で3時間乾燥させる。乾燥後、窒
素雰囲気中で650〜700℃に加熱して脱脂した後、
窒素雰囲気1300℃で2時間、仮焼結する(図2b参
照)。
【0015】次に、前記AlN及びサイアロンの仮焼結
体をHIP用の型に設置し、HIP成形機にて窒素雰囲
気1800℃,圧力150kgf/cm2 ,1時間で本
焼結および拡散接合し、加熱後2時間かけて徐冷した
(図2c参照)。
【0016】このように焼結されたブランクを、ダイヤ
モンド砥石で研削して外径を仕上げる。そして、レンズ
成形面2aはダイヤモンドパウダーにて研磨して表面粗
さRmax=0.08μm以下に仕上げた(図2d参
照)。
【0017】以上のように構成された光学素子成形用型
を用いてレンズ成形を行って耐久性をテストした。テス
トした光学素子成形用型は、成形面が外径φ15mm,
有効系14.5mmの凹面形状で、成形面たるAlN焼
結体の厚さは6mmである。SK8の硝材で、外径φ1
5mm,中心厚さ4mmの両凸レンズを成形した。装置
の概略を図3に示す。ヒータ5によりルツボ7内のガラ
スを粘度102 〜103 ポアズになるように加熱溶融
し、プランジャー8を上昇させ、ノズルより溶融ガラス
6を定量排出し、シャー9にて切断して下型11上に落
下させる。ここで、下型11は図示しないヒータにより
ガラス粘度が1012〜1014ポアズになる温度に加熱さ
れている。また、上型12も下型と同じ材質で形成され
同様の温度に加熱されている。溶融ガラスゴブ10供給
後、下型11は上型12の同軸上に移動して、プレス時
間5秒、プレス圧5kgf/cm2 にて成形し、プレス
開始3秒後に型外周部にガラス粘度で107 〜109
アズに相当する温度の不活性ガスを5秒間吹き付けて型
外周部を加熱した後、さらにプレス圧80kgf/cm
2 に加圧してプレス時間20秒で成形し光学素子を得
た。
【0018】本実施例の光学素子成形用型では、成形面
たるAlN焼結体にはクラックや色むらが発生すること
なく、粒子径も均一であり、拡散接合面でのクラック等
の異常もみられなかった。そして、15000ショット
の成形後でも問題は発生せず、十分に使用できる状態で
あった。
【0019】これに対し、本実施例との比較のため前記
と同様な成分量で全体がAlN単体からなる光学素子成
形用型を製造したところ、クラックの発生が極めて多か
った。さらに、クラックが発生しない場合であっても研
磨された成形面には色むらが見られた。そして、色むら
部分では粒子径が異なっており、成形初期には光学素子
の成形が可能であるが、6000ショット成形後からは
大粒の粒子が脱落するようになっていた。
【0020】なお、本実施例では、低線膨張率のサイア
ロンを母材として使用したが、線膨張率が同程度のSi
3 4 (線膨張率3.5×10-6/℃),SiCのHI
P焼結体(線膨張率4.2×10-6/℃),B4 C(線
膨張率4.5×10-6/℃)でも同様な効果が得られ
た。しかし、線膨張率が3.5×10-6/℃未満の材料
で焼結したところ、接合面からクラックが発生した。
【0021】また、母材として本焼結温度が1500℃
未満の材料を使用したところ、AlNが未焼結となって
レンズ成形面に気孔が生じた。他方、2000℃を越え
る常圧焼結品のSiCではAlNが分解して焼結できな
かった。
【0022】さらに、本実施例では窒化物系の母材を使
用したが、酸化物(Al2 3 )にて焼結したところ、
AlNが反応して酸化物を生成したため型として使用で
きなかった。
【0023】
【実施例2】次に、本発明の実施例2を説明する。図4
は光学素子成形用型を示す断面図である。この実施例の
光学素子成形用型1は凸形状であって、成形面2および
母材3の材料が前記実施例1とは異なっている。以下、
この光学素子成形用型1の製造方法を説明する。
【0024】まず、成形面をなすAlNの焼結体を仮焼
結する。平均粒子径1.3μmの高純度AlN粉末(純
度99.9%以上)とCaOとを97:3の重量比で混
合し、分散媒としてエタノールを加え、10時間混練す
る。これを、外径φ24mm,厚さ6mmの円板状の型に鋳
込み、250℃で3時間乾燥させる。乾燥後、窒素雰囲
気中で650〜700℃に加熱して脱脂した後、窒素雰
囲気1300℃で2時間、仮焼結する(図2a参照)。
【0025】次に、母材をなす焼結体を仮焼結する。平
均粒子径1.3μmの高純度AlN粉末(純度99.9
%以上),BN粉末,および助剤Y2 3 を94:5:
1の重量比で混合し、分散媒としてエタノールを加え、
10時間混練する。これを母材の形状の型に鋳込み、2
00℃で3時間乾燥させる。乾燥後、窒素雰囲気中で6
50〜700℃に加熱して脱脂した後、窒素雰囲気13
00℃で2時間、仮焼結する(図2b参照)。
【0026】次に、前記AlN及びAlN−BN複合材
の仮焼結体をHIP用の型に設置し、HIP成形機にて
窒素雰囲気1750℃,圧力200kgf/cm2
1.5時間で本焼結および拡散接合し、加熱後3時間か
けて徐冷した(図2c参照)。
【0027】このように焼結されたブランクを、ダイヤ
モンド砥石で研削して外径を仕上げる。そして、レンズ
成形面2aはダイヤモンドパウダーにて研磨して表面粗
さRmax=0.08μm以下に仕上げた(図2d参
照)。
【0028】以上のように構成された光学素子成形用型
を用いてレンズ成形を行って耐久性をテストした。テス
トした光学素子成形用型は、成形面が外径φ23mm,
有効径22.5mmの凹面形状で、成形面たるAlN焼
結体の厚さは6mmである。外径φ23.4mm,中心
厚さ2mmの両凹レンズを成形した。この結果、実施例
1と同様の効果が確認された。
【0029】なお、本実施例では、高線膨張率のAlN
−BNを母材として使用したが、線膨張率が同程度の他
の材料でもでも同様な効果が得られる。しかし、線膨張
率が5.5×10-6/℃を越える材料で焼結したとこ
ろ、接合面からクラックが発生した。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、A
lN焼結体からなる成形面を母材に接合して光学素子成
形用型を構成したので、AlN焼結体が薄板ですむよう
になり、この結果、クラックや色むらの発生を防止でき
るとともに、均一な粒子径の成形面が得られるようにな
った。また、AlNの熱伝導率は約150W/mKと高
いため、母材の熱伝導率を変化させれば型全体としての
熱伝導率が変化して、成形時のガラス冷却速度を任意に
設定することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1による光学素子成形用型を示
す断面図である。
【図2】本発明の光学素子成形用型の製造工程を示す図
である。
【図3】本発明の光学素子成形用型を用いたレンズ成形
を説明する図である。
【図4】本発明の実施例1による光学素子成形用型を示
す断面図である。
【符号の説明】
1 光学素子成形用型 2 成形面 2a レンズ成形面 3 母材 4 拡散接合面

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 線膨張率が3.5×10-6〜5.5×1
    -6/℃で焼結温度が1500〜2000℃の非酸化物
    系の材料よりなる母材に、AlNを主成分とした焼結体
    からなる成形面を拡散接合してなる光学素子成形用型。
JP26997793A 1993-10-01 1993-10-01 光学素子成形用型 Withdrawn JPH07101737A (ja)

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