(57)【要約】【課題】  高画素カメラ等に用いられる小型の高精度の光学ガラス素子を安価で提供するために、非球面精度に優れ、同じ成形型で、数万個のオーダーまでの光学ガラス素子を量産することができる耐久性を備えた光学ガラス素子成形型を提供する。【解決手段】  かさ密度が３．１２ｇ／ｃｍ3以下であるＳｉＣ基材に、溶融Ｓｉを含浸させて得られたＳｉ‐ＳｉＣ複合材料を用いて、非球面ガラスレンズ等の光学ガラス素子の成形型を構成する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
かさ密度３．１２ｇ／ｃｍ3以下のＳｉＣ基材に溶融Ｓｉを含浸させたＳｉ‐ＳｉＣ複合材料からなることを特徴とする光学ガラス素子成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラレンズ、プリズム等のガラスからなる光学素子、特に、携帯電話、デジタルカメラ、デジタル機器のカメラレンズ等の量産される小型の光学ガラス素子の製造に好適に用いられる成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２００メガピクセル以上の高画素カメラ付携帯電話やデジタルカメラ等の普及により、直径数ｍｍ程度の小型高精度非球面レンズを低コストで量産することが求められている。
従来、安価で量産される汎用のレンズ素材には、プラスチックが主に用いられていた。
しかしながら、プラスチックレンズは、軽く、成形が容易であるという利点を有する反面、傷が付きやすく、変色しやすいという欠点を有していた。
また、上記のような携帯電話等の小型カメラに用いられる非球面レンズにおいては、熱膨張係数、寸法安定性等の観点から、プラスチックレンズでは、高精度化を図るには限界があった。
【０００３】
このため、高精度非球面レンズ等の光学素子においては、ガラスレンズが用いられている。このような光学ガラス素子は、通常、安価で量産可能とするために、後の研磨加工を必要とせずに、プレス成形加工のみによって製造される。
ガラスは、プラスチックよりも軟化温度が高いことから、光学ガラス素子のプレス成形に使用される型材には、より高い耐熱性が求められ、それ以外にも、高硬度、高強度、優れた離型性および鏡面加工性等の特性が要求される。
【０００４】
このような型材としては、金属、合金、セラミックス等が挙げられるが、上記特性に加えて、熱膨張係数が小さく、熱伝導率が大きい等の特徴を有することから、ＳｉＣやＳｉ3Ｎ4等のセラミックスが好適に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、成形型の面荒れ防止のため、型の基材表面をダイヤモンドやＳｉＣ等によりコーティングすることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭５２−４５６１３号公報
【特許文献２】特開平１−３０１８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、引用文献１に記載されているようなＳｉＣ等のセラミックスは、通常、粉末原料をＣＩＰ等により成形した後、高温で焼結させるため、焼結体組織におけるポアは避けられず、作製された型の表面には、気孔が生じやすい。
このような気孔を有する型を用いて成形した光学ガラス素子は、該気孔により、表面に傷が付いたり、少量のガラスが型に融着する、いわゆるかじり等が発生し、滑らかな非球面を形成することは困難であった。
たとえ、粉末原料の粒子径を調整して、加圧焼結により型を作製した場合であっても、気孔を含まない型を得ることは、コスト高になるとともに、非常に困難であった。
【０００６】
さらに、上記のような気孔を被覆するために、引用文献２に記載されているように、ダイヤモンド等でＣＶＤコーティングした場合であっても、光学ガラス素子の成形工程における急激な加熱冷却に伴う熱応力によって、コーティング膜は部分的に剥離しやすく、型の十分な耐久性は得られなかった。
また、ＳｉＣによりコーティングした場合であっても、上述したようなＳｉＣを基材とした型の表面には、数μｍ以上の径の気孔が存在するため、この部分がコーティング膜の剥離やクラック等の発生起点となりやすく、均一なコーティング膜を形成維持することは難しく、長時間の繰り返しのガラス成形での耐用性は不十分であった。
しかも、ＣＶＤによるコーティングは高コストであり、光学ガラス素子を安価で提供するという要求に適した方法とは言えなかった。
【０００７】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、上述したような高画素カメラ等に用いられる小型の高精度の光学ガラス素子を安価で提供するために、非球面精度に優れ、同じ成形型で、数万個のオーダーまでの光学ガラス素子を量産することができる耐久性を備えた光学ガラス素子成形型を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光学ガラス素子成形型は、かさ密度３．１２ｇ／ｃｍ3以下のＳｉＣ基材にＳｉを含浸させたＳｉ‐ＳｉＣ複合材料からなることを特徴とする。
このようなかさ密度が小さいＳｉＣ基材を用いることにより、溶融Ｓｉを基材内部まで含浸させることができ、表面だけでなく、内部においても気孔のない緻密なＳｉ‐ＳｉＣ複合材料からなる型が得られるため、ＳｉＣの優れた特性を損ねることなく、型の非球面精度および耐久性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
上述したとおり、本発明に係る光学ガラス素子成形型を用いれば、非球面精度に優れ、しかも、耐久性に優れていることから、同じ成形型で、数万個のオーダーまでの光学ガラス素子を歩留まりよく量産することができる。
したがって、カメラ付携帯電話等の高画素カメラ等に用いられる小型の高精度の光学ガラス素子を安価で提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明に係る光学ガラス素子成形型は、Ｓｉ‐ＳｉＣ複合材料からなるものである。
本発明は、上述したようなＳｉＣの優れた特性に着目し、Ｓｉ‐ＳｉＣ複合材料を用いることにより、その特性を損ねることなく、気孔のない緻密な型を得ることを可能としたものである。
【００１１】
前記光学ガラス素子成形型を構成するＳｉ‐ＳｉＣ複合材料としては、いわゆる常圧焼結法により得られるＳｉＣ基材にＳｉを含浸させたものを用いる。その製造方法の一例を以下に述べる。
まず、ＳｉＣ粉に分散剤、バインダおよび焼結助剤を添加し、水や有機溶媒を分散媒として混合し、スラリーを調製する。
次に、スプレードライヤ等を用いて、スラリーから造粒粉を作製し、所定の金型またはＣＩＰ等により成形する。この成形体を焼結させることにより、ＳｉＣ基材が得られ、このＳｉＣ基材に溶融Ｓｉを含浸させることにより、Ｓｉ‐ＳｉＣ複合材料が得られる。
このようにして得られたＳｉ‐ＳｉＣ複合材料は、Ｓｉの融点である１４２０℃よりも耐熱温度は低くなるが、硬度、離型性、鏡面加工性等の特性は、ＳｉＣと同等である。
【００１２】
上記のような常圧焼結法においては、ＳｉＣは多結晶焼結体となり、組織内には気孔が生じ、この気孔部分に、溶融Ｓｉが浸入する。
ここで、溶融Ｓｉを含浸させるためには、前記ＳｉＣ基材組織内に存在している気孔は、開気孔である必要がある。
しかしながら、常圧焼結ＳｉＣ基材の場合、かさ密度が大きいと、気孔は閉気孔になる傾向がある。この場合、表面近傍の気孔はＳｉで埋められるが、型の作製のために切削、研磨等の加工を施すと、該ＳｉＣ基材内部に存在する気孔が表面に露出し、表面が緻密で滑らかなＳｉ‐ＳｉＣ複合材料による効果が十分に発揮される型が得られない。
【００１３】
したがって、ＳｉＣ基材内部にまで十分に溶融Ｓｉを含浸させるためには、かさ密度が３．１２ｇ／ｃｍ3以下であることが好ましく、より好ましくは、３．１０ｇ／ｃｍ3以下である。
このように、かさ密度が小さいＳｉＣ基材を用いることにより、内部まで緻密で気孔のないＳｉ‐ＳｉＣ複合材料とすることができ、切削、研磨等の加工を施して型を作製した場合においても、型の表面に気孔が露出することはなく、気孔に起因する光学ガラス素子表面への傷の転写やかじり等を抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る光学ガラス素子成形型は、必要に応じて、適宜、研削、研磨加工等された後、鏡面仕上げを施されて、所定の非球面ガラスレンズ等の型として得られる。
上述したように、この光学ガラス素子成形型を構成するＳｉ‐ＳｉＣ複合材料は、組織中に気孔がないため、この型を用いた光学ガラス素子の製造においては、傷等の転写が抑制され、かじり等による装置の停止頻度の低減化も図られる。
【００１５】
上記のような本発明に係る光学ガラス素子成形型を用いた光学ガラス素子の製造は、後に研磨工程を必要としない、いわゆる直接プレス成形法により行うことができる。
この直接プレス成形法とは、例えば、非球面ガラスレンズを製造する場合には、予め所定の非球面形状、サイズおよび面精度で作製された本発明に係る光学ガラス素子成形型を用いて、ガラスを熱プレスにより成形し、離型したものを、研磨加工することなく、直接製品とする方法である。
本発明に係る光学ガラス素子成形型を用いれば、傷やかじり等を生じることなく、直接プレス成形法により、滑らかな非球面ガラスレンズ等の光学ガラス素子を、同じ成形型で連続して、歩留まりよく量産することが可能となる。ひいては、該光学ガラス素子の製造効率の向上、コスト低減化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る光学ガラス素子成形型は、従来のＣＶＤ等によりコーティングされた型と同様に、表面をＳｉＣ等でコーティングして使用することもできる。
本発明に係る型の基材中には、コーティング膜の剥離やクラック等の発生起点となる気孔がないため、均一な成膜が可能であり、コーティングすることにより、型の耐久性を一層向上させることができる。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
かさ密度３．１０ｇ／ｃｍ3の常圧焼結ＳｉＣ基材に、溶融Ｓｉを含浸させ、Ｓｉ‐ＳｉＣ複合材料を用いて、非球面レンズ成形型を作製した。
このレンズ成形型を用いて、直径６ｍｍの非球面ガラスレンズを連続して１５０００〜２００００個（１ヶ月間）製造し、得られたレンズの表面状態および取出し不良について評価した。
その結果、レンズを２００００個製造した場合であっても、いずれのレンズにも異常は認められず、融着やかじり等もなく、離型性も良好であり、取出し不良回数も０回であった。
【００１８】
［比較例１］
かさ密度３．１５ｇ／ｃｍ3の常圧焼結ＳｉＣ基材を用いて、非球面レンズ成形型を作製した。
このレンズ成形型を用いて、実施例１と同様に非球面ガラスレンズを連続して製造し、得られたレンズの表面状態および取出し不良について評価した。
その結果、１３００個を超えたあたりから、レンズ表面に曇りが発生し、歩留まりが低下し始めた。これは、レンズ成形型表面の面荒れが大きくなったことによるものであった。また、この面荒れに伴って、気孔部分へのかじりが生じ、離型性が低下し、取出し不良回数も顕著に増加し、５０回を超えた時点で製造を中止した。
【００１９】
［比較例２］
かさ密度３．１３ｇ／ｃｍ3の常圧焼結ＳｉＣ基材に、溶融Ｓｉを含浸させ、Ｓｉ‐ＳｉＣ複合材料を用いて、非球面レンズ成形型を作製した。
型の表面には、Ｓｉにより気孔が埋まっている部分と、埋まっていない空孔部分とが混在していた。
このレンズ成形型を用いて、実施例１と同様に非球面ガラスレンズを連続して製造し、得られたレンズの表面状態および取出し不良について評価した。
その結果、５８００個を超えたあたりから、レンズ表面に曇りが発生し、歩留まりが低下し始めた。また、取出し不良回数も徐々に増加し、最終的に１０〜４０回であった。
【００２０】
実施例１、比較例１および２から、かさ密度３．１２ｇ／ｃｍ3以下のＳｉＣ基材に、溶融Ｓｉを含浸させて得られたＳｉ‐ＳｉＣ複合材料からなる非球面ガラスレンズ成形型は、離型性および耐久性に優れており、このため、表面の傷やかじり、取出し不良等を生じることなく、ガラスレンズを連続して量産可能であることが認められた。