(57)【要約】【課題】近年光学素子の材料として用いられるＢ２Ｏ３やＬｉ２Ｏといった酸化物を含有したガラスを加工する際に、従来のガラスより軟化温度が高いため、成形時に押し型の表面にガラス材料が付着しやすい。【解決手段】少なくともガラス材料と接する面が、炭化チタンを主成分とし、炭化モリブデンを３．５〜７質量％含有するセラミックスからなることにより、繰返しの使用にも耐え得る強度を有し、且つ加熱によって軟化し、粘性が低下した被加工材料であるガラスとの濡れ性を炭化モリブデンにより小さくすることができるため、特に融点の高い低温軟化性のガラスとの離型性の維持に優れたものとすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともガラス材料と接する面が、炭化チタンを主成分とし、炭化モリブデンを３．５〜７質量％含有するセラミックスからなることを特徴とするガラス加工用部材。
【請求項２】
前記セラミックスは、炭化チタンを７０〜８５質量％、炭化モリブデンを３．５〜７質量％、炭化クロムを４〜６質量％、ニッケルを３〜１０質量％、モリブデンを０．５〜７質量％含有することを特徴とする請求項１記載のガラス加工用部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガラス加工用部材は、曲面部を有する光学素子を成形するための一対の押し型であって、少なくとも光学素子を成すガラス材料と接する面が算術平均粗さＲａ０．００１μｍ以下であることを特徴とする光学素子成形用押し型。
【請求項４】
請求項３に記載の一対の押し型と、該押し型を内嵌し、案内するための筒状の胴型とを有する光学素子用成形型であって、前記胴型は炭化珪素、窒化珪素およびタングステンカーバイドの何れかを主成分とするセラミックスからなることを特徴とする光学素子成形用型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス材料を加熱成形加工、及び加熱保持・搬送するための部材と、例えばカメラ用光学素子や光ピックアップ用光学素子を成形するための光学素子成形用押し型ならびに光学素子成形用型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多種多様な組成からなるガラス材料が開発され、例えば高屈折率、透過率をもつガラス材料はカメラ用光学素子や光ピックアップ用光学素子として用いられている。
【０００３】
ガラスからなる光学素子は、加熱軟化させたガラス材料をプレス成形によって簡単、且つ安価に製造する方法が近年急速に発展している。
【０００４】
このような光学素子のプレス成形は、一対押し型と、この押し型を内嵌して案内するための筒状の胴型とからなり、押し型を上下からガラス材料をプレスすることにより成形するものである。
【０００５】
このような成形用の押し型として、特許文献１には、炭化チタンを主材として含み、モリブデン、ニッケル、及びコバルトの中から選択される金属を助剤として含む材料から成り、プレス成形時にガラスと材料と押し型との離型性を高めることができることが提案されている。
【０００６】
しかし、このプレス成形に用いる光学素子用ガラス材料においては低温軟化性の高屈折ガラスとしてＰｂＯを含有しているが、ＰｂＯは毒性を有するため、近年はＢ２Ｏ３やＬｉ２Ｏといった酸化物への代替が進んでおり、これらＢ２Ｏ３やＬｉ２Ｏといった酸化物を含有したガラスはＰｂＯを含有するガラスに対して軟化温度が１００〜１５０℃も高いため、成形時の加熱温度は高く設定しなければならない。
【０００７】
そのため、上述の特許文献１に示すような押し型を用いてプレス成形した場合、押し型の耐熱性が小さいため、熱劣化しやすいという問題を有していた。また、成形時の加熱温度が高くなることにより、押し型に軟化したガラスが溶着反応を発生しやすく、溶着により離型が困難となるという問題を有していた。
【０００８】
そこで、プレス成形に用いられる押し型として、耐熱性、離型性、鏡面加工性が優れたものが検討され、特許文献２には、押し型として炭化チタンを主成分とするサーメットを母材として、下地膜にＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ等の金属を形成し、更に離型膜としてカーボン膜を形成したものが提案されている。この押し型によれば、プレス成形時に軟化ガラスと押し型との離型性を高め、更に耐熱性を向上することができる。
【特許文献１】特公平３−５９０１６号公報参照
【特許文献２】特開２００４−８３３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、近年光学素子の材料として用いられるＢ２Ｏ３やＬｉ２Ｏといった酸化物を含有したガラスは、従来のガラスより軟化温度が高いため、成形時により高い温度で加熱しなければならず、前記特許文献２に示すような押し型の表面に離型膜を形成した押し型を用いてプレス成形した場合でも、押し型の材質と離型膜の材質との熱膨張差が大きいために、膜が剥がれやすいという問題を有していた。
【００１０】
また、押し型の材質と胴型の材質との熱膨張差は温度が高くなるほど大きくなるため、成形時に両者のクリアランスもばらつきが大きくなる。そのため、得られる光学素子が高精度に加工できないという問題を有している。
【００１１】
ガラス加工用部材を光学素子成形用押し型として使用する場合には、形状転写型として使用するため、光学素子の表面を滑らかな曲面とするためには、押し型の表面も算術平均粗さでＲａ０．００１μｍ以下としなければならない。しかし、特許文献２に示すような押し型では繰り返し使用した場合に、ガラス材料が離型膜の一部を剥がしてしまうことがあり、次第に押し型の表面粗さが悪くなり滑らかな曲面を得ることができなくなるため、光学素子の表面も高精度に加工できないという問題を有している。
【００１２】
上記問題を解決するために、本発明は軟化温度の高いガラスとの反応性も小さく、且つガラスとの離型性を維持する鏡面加工性に優れたガラス加工用部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のガラス加工用部材は、少なくともガラス材料と接する面が、炭化チタンを主成分とし、炭化モリブデンを３．５〜７質量％含有するセラミックスからなることを特徴とする。
【００１４】
また、前記セラミックスは、炭化チタンを７０〜８５質量％、炭化モリブデンを３．５〜７質量％、炭化クロムを４〜６質量％、ニッケルを３〜１０質量％、モリブデンを０．５〜７質量％含有することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の光学素子成形用押し型は、前記ガラス加工用部材を用いた一対の押し型であり、少なくとも光学素子用材質と接触する表面は算術平均粗さＲａ０．００１ｕｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
またさらに、本発明の光学素子成形用型は、前記一対の押し型と、押し型を内嵌し、案内するための筒状の胴型とを有し、前記胴型は、炭化珪素、窒化珪素、タングステンカーバイドの何れかから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のガラス加工用部材は、少なくともガラス材料と接する面が、炭化チタンを主成分とし、炭化モリブデンを３．５〜７質量％含有するセラミックスからなることにより、繰返しの使用にも耐え得る強度を有し、且つ加熱によって軟化し、粘性が低下した被加工材料であるガラスとの濡れ性を前記炭化モリブデンにより小さくすることができ、特に融点の高い低温軟化性のガラスとの離型性の維持に優れたものとすることができる。
【００１８】
また炭化チタンを７０〜８５質量％、炭化モリブデンを３．５〜７質量％、炭化クロムを４〜６質量％、ニッケルを３〜１０質量％、モリブデンを０．５〜７質量％含有することにより、非常に難加工材である炭化チタン、炭化モリブデン、炭化クロムといった炭化物セラミックの粒界成分として金属成分であるニッケルを配置することにより格段に鏡面加工性に優れたセラミックスとすることができ、更に炭化モリブデンと濡れ性の良いモリブデンをニッケルに対して一部置換することによって、軟化ガラスとの離型性を高めることができ、特に鏡面加工性と低温軟化性のガラスとの離型性の維持に優れたガラス加工用部材として利用することができる。
【００１９】
さらに、本発明の光学素子成形用押し型は、曲面部を有する光学素子を成形するための一対の押し型であって、少なくとも光学素子用材質と接触する表面は算術平均粗さＲａ０．００１ｕｍ以下であることを特徴とするとすることにより、軟化ガラスが成形型の表面の微小な凹凸に取り込まれにくくなるため、滑らかな曲面をガラスに転写することができるため、優れた光学特性を有する光学素子を作製することができる。
【００２０】
またさらに、本発明の光学素子用成形型は、一対の押し型と、押し型を内嵌し、案内するための筒状の胴型とを有し、前記胴型は、炭化珪素、窒化珪素、タングステンカーバイドの何れかから成ることにより、加熱時に押し型と胴型の熱膨張による噛み込みを防止し、且つ光学素子光軸のずれの少ない優れた光学素子を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の最良の実施形態を詳細に説明する。
【００２２】
本発明は、ガラス材料からなるカメラ用光学素子や光ピックアップ用光学素子等の光学素子を成形するための部材であって、例えば、図１に示すような曲面部を有する光学素子を成形するための前記一対の押し型１と、この押し型１を内嵌し、案内するための筒状の胴型２とを有する光学素子用成形型において、一対の押し型１として用いられるものである。
【００２３】
本発明のガラス加工用部材は、前記押し型１のうち少なくとも軟化ガラスと接する部分を成し、炭化チタンを主成分とし、炭化モリブデンを３．５〜７質量％含有するセラミックスからなることを特徴とするものである。
【００２４】
炭化チタンを主成分とすることにより、光学素子を形成するための軟化ガラスとの溶着反応が低く、優れた離型性を保持することができる。なお、本発明のガラス加工用部材においては、炭化チタンを主成分とするとはセラミックス中に炭化チタンを７０質量％以上含有するものを言う。また、同時に炭化モリブデンを３．５〜７質量％含有することにより、押し型を成すセラミックスの焼結性を向上させ、加工性、強度の高いセラミックスとすることができる。この炭化モリブデンの含有量が３．５質量％未満となると、成形時に軟化ガラスと他の成分との接触面積が増加するために、添加しているニッケルとの溶着反応を発生しやすくなるため、成形時に軟化ガラスと溶着反応を発生しやすく、一方、７質量％を超えると、焼結性が悪化し、研磨加工時に鏡面を得ることができない。
【００２５】
また、この押し型１を成すセラミックスは、さらに詳細には炭化チタンを７０〜８５質量％、炭化モリブデンを３．５〜７質量％、炭化クロムを４〜６質量％、ニッケルを３〜１０質量％、モリブデンを０．５〜７質量％含有することが好ましい。
【００２６】
炭化チタンの含有量は、７０質量％未満となると、成形時に軟化ガラスとの溶着反応が発生しやすく、成形した光学素子の離形性が低下し、高精度の形状の光学素子が得られない。一方、８５質量％を超えると、焼結性が悪化するため加工時に鏡面が得られにくくなり、加工後の表面粗さを算術平均粗さＲａ０．００１μｍ以下とすることが困難となる。炭化モリブデンの含有量は、３．５質量％未満となると、成形時に軟化ガラスと他の成分との接触面積が増加するため、添加しているニッケルとの溶着反応を発生しやすくなり、成形時に軟化ガラスと溶着反応を発生しやすく、一方、７質量％を超えると、焼結性が悪化し、研磨加工時に鏡面を得られにくい。また、炭化クロムの含有量を４質量％未満となると、炭化チタンに対する濡れ性が悪いため、鏡面加工した後の表面粗さが悪化する。一方、６質量％を超えると焼結性が悪化し、研磨加工時に鏡面を得られにくい。また、炭化チタンと炭化モリブデンはいずれも成形時に軟化ガラスとの離型性を高める効果としては同じであるが、炭化モリブデンが同じく含有するモリブデンとの濡れ性の向上により、より高い離型性を高める事が可能となる。さらに、ニッケルの含有量は、３質量％未満となると、焼結性が低下して、研磨加工時に鏡面を得られにくく、１０質量％を超えると軟化ガラスと溶着反応を発生し、離型性が悪化するからである。モリブデンの含有量は、０．５質量％未満となると、焼結性が低下し、研磨加工時に鏡面を得られにくいため、緻密な押し型１を得ることができず、一方、７質量％を越えると、炭化モリブデンとの濡れ量に対しての余剰モリブデンの蓄積の発生により炭化チタンを主結晶相とする結合相としての均一分散が困難となり、研磨加工時に優れた表面粗さを得ることができない。
【００２７】
また、前記押し型１を成すセラミックスのさらに好ましい組成は、炭化チタンを８０〜８３質量％、炭化モリブデンを４〜５質量％、炭化クロムを４〜５質量％、ニッケルを３〜７質量％、モリブデンを２〜５質量％含有する
また、押し型１は、軟化ガラスに接する面が、算術平均粗さＲａ０．００１ｕｍ以下であることに特定され、これは、加熱によって軟化し、粘性が低下したガラス材料が表面の微小な凹凸に取り込まれにくくなるため、滑らかな曲面をガラスに転写することができるためである。
【００２８】
さらに、前記図１に示すような光学素子用成形型の胴型２は、炭化珪素、窒化珪素、タングステンカーバイドの何れかから成ることが好ましい。
【００２９】
光学素子用ガラスを加熱成形する際に押し型１と胴型２はそれぞれの材料に応じて膨張するが、軟化ガラスを高精度に加工するためには、加熱成形時の押し型１と胴型２とのクリアランスを１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下としなければならない。例えば、押し型１と胴型２を同じ材質とした場合、低温時のクリアランスと加熱成形時のクリアランスは同じであり、押し型１の外径と胴型２の内径は加熱成形時のクリアランスとなるため、比較的設計しやすいが、押し型１の熱膨張係数が胴型２の熱膨張係数よりも小さい場合は、低温の軟化ガラスを押し型１にセットし、その後、成形時に加熱するが、この加熱成形時の押し型１と胴型２とのクリアランスが低温時よりも大きくなってしまうため、高精度な光学素子を得ることができないという問題がある。そのため、押し型１の熱膨張係数は胴型２の熱膨張係数よりも大きくすることが必要であり、好ましくは押し型１へ軟化ガラスをセットする温度から加熱成形温度の熱膨張係数が押し型１の熱膨張係数を１としたときに、０．３から０．９であることがよく、上述の炭化珪素、窒化珪素、タングステンカーバイドの何れかから成ることでこの熱膨張係数の差によるクリアランスを小さくものにすることができる。
【００３０】
次いで、本発明のガラス加工用部材の製造方法について説明する。
【００３１】
先ず、原料粉末として、炭化チタンの原料粉末に、炭化クロムと炭化モリブデン及びニッケルとモリブデンを加え、混合粉砕し、これを乾燥後、バインダーとしてパラフィン等を混合する。なお、炭化クロムの原料粉末、炭化モリブデンの原料粉末、ニッケル及びモリブデンの金属粉末の粒径については、いずれも３μｍ以下であればよく、さらに好ましくは１．０ｕｍ以下が良い。
【００３２】
なお、得られるガラス加工用部材の組成を上述とするためには、原料粉末の混合組成を例えば、炭化チタンを７０〜８５質量％、炭化モリブデンを３．５〜７質量％、炭化クロムを４〜６質量％、ニッケルを３〜１０質量％、モリブデンを０．５〜７質量％として含有すればよい。
【００３３】
次いで、得られた原料粉末を加圧成形した後、窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気または真空炉（真空１０−２Ｔｏｒｒから１０−５Ｔｏｒｒの減圧雰囲気）において１３００℃〜１５００℃の温度範囲で焼成する。
【００３４】
最後に、ガラス材料と接する表面に鏡面研磨を施す。
【００３５】
このようにして得られたガラス加工用部材は、高強度で研磨時に鏡面を得ることができるため、繰返しの使用によっても軟化ガラスの付着がなく、離型性の優れた押し型１として好適に用いることができる。
【実施例】
【００３６】
先ず、図１に示すような押し型１の試料を得るために、表１に示す比率により原料粉末を配合し、ＩＰＡ中、約７０時間混合粉砕した。これを乾燥後、バインダーであるパラフィンを全量に対して４質量％混合し、１．５ｔｏｎ／ｃｍ２で加圧成形し、脱バインダー後、１３５０℃の焼成温度及び１０−３Ｔｏｒｒの減圧雰囲気で１時間の焼成を行い、平板状の試料を測定した。
【００３７】
このようにして得られた試料について鏡面研磨を施し、算術平均粗さＲａの値、５００℃での軟化ガラスの離型性、４０〜４００℃における線膨張係数をそれぞれ調べた。
【００３８】
算術平均粗さＲａの測定は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて、測定範囲を９００μｍ２として行った。離型性は、鏡面加工された試料でＢａＯ、Ｂ２Ｏ３やＬｉ２Ｏを含有した軟化ガラスを挟み込み、５００℃の窒素雰囲気中にて５０ｋＰａの押圧をかけて、試料表面への軟化ガラス成分の付着の有無をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）を用いて調べた。また、繰返しの離型性を調べるために上述の加熱押圧処理を１００回繰り返し、同様な判定を行った。また、線膨張係数の測定は、ＪＩＳ−Ｒ−１６１８に準拠し、熱機械分析によって行った。
【００３９】
これらの結果は表１に示す通りである。
【００４０】
表１中、離型性試験の結果については、○印は試験後の試料表面からＸＰＳにて低温軟化性のガラス成分が検出されなかったことを示し、×印はガラス成分が検出されたことを示す。繰り返し離型性試験の結果についても同様に、○印は加熱押圧処理を１００回施した後の試料表面からＸＰＳにて低温軟化性のガラス成分が検出されなかったことを示し、×印はガラス成分が検出されたことを示す。また−印は、１回の加熱押圧処理後にガラス成分が検出されたとして、１００回の繰り返し加熱押圧処理を施さなかったものである。
【表１】
2007197279.tif 000003
【００４１】
表１から明らかなように、炭化チタンを７０質量％以上含有し、さらに炭化モリブデンを３．０〜７．０質量％含有するセラミックスからなる試料（Ｎｏ．２〜５、８、９、１１〜１３）は、離型性、繰返し離型性の試験結果もガラス成分が検出されることはなく、表面を算術平均粗さＲａで０．０００９μｍ以下の鏡面に加工することができた。
【００４２】
これに対し、炭化チタンを７０質量％未満の試料（Ｎｏ．７）、炭化モリブデンを３．５質量％未満の試料（Ｎｏ．１０）は、離型性の試験結果においてガラス成分が検出された。また、炭化モリブデンの含有量が３．５質量％未満または７質量％を超える試料（Ｎｏ．１、６、１４、１５）は、表面の算術平均粗さがＲａで０．００１μｍ以下とすることができないことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のガラス加工用部材を用いた光学素子成形型の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：押し型
２：胴型
【図１】
2007197279.tif 000004