(57)【要約】【課題】本発明は、離型性がよく、かつ耐久性に優れたプレス成型用金型を提供することを課題とする。【解決手段】本発明に係るプレス成形型は、少なくとも表面がＳiＣによって形成されている金型材料の表面に、複数のカーボンナノチューブが立設しているカーボンナノチューブ層が形成されていることを特徴とする。この場合において、金型材料がＳiＣであり、複数のカーボンナノチューブが、ＳiＣ面に対してほぼ垂直に成長していることがより好ましい。また、複数のカーボンナノチューブの長さが０．１μｍ〜１０μｍであれば、好ましい離型性を発揮できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面がＳiＣによって形成されている金型材料の表面に、複数のカーボンナ
ノチューブが立設しているカーボンナノチューブ層が形成されていることを特徴とする成型用金型。
【請求項２】
前記金型材料が、ＳiＣによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の成
型用金型。
【請求項３】
前記複数のカーボンナノチューブが、金型材料の表面に対してほぼ垂直に成長していることを特徴とする請求項１又は２に記載の成型用金型。
【請求項４】
前記複数のカーボンナノチューブの長さが、０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の成型用金型。
【請求項５】
前記複数のカーボンナノチューブの長さが、１μｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項４に記載の成型用金型。
【請求項６】
前記金型材料の表面が、多孔質であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載の成型用金型。
【請求項７】
前記金型材料の表面の多孔質部分の気孔率が３０〜５０％であることを特徴とする請求項６に記載の成型用金型。
【請求項８】
少なくとも表面がＳiＣによって形成されている金型材料を、真空下における加熱によ
りケイ素を昇華させる工程によって、金型材料表面に複数のカーボンナノチューブが立設しているカーボンナノチューブ層を形成せしめることを特徴とする成型用金型の製造方法。
【請求項９】
前記金型材料が、ＳiＣによって形成されていることを特徴とする請求項８に記載の成
型用金型の製造方法。
【請求項１０】
前記金型材料の少なくとも表面が多孔質であることを特徴とする請求項８又は９に記載の成型用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形する際に用いる成型用金型に関するものであり、極めて離型性がよい金型に関する。特にガラスやプラスチックあるいはセラミックス等からなるレンズをプレス成形する際に用いるプレス成形型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来プレス成形によって、例えばガラスレンズ等の被成形物を成形することが行われていた。このとき、プレス成型時に用いる成形型の表面粗さ等の表面状態は、そのまま成形したレンズの表面に転写される。そのため、例えば金属製成形型を用いた場合は、成形したままではレンズとして用いることができず、仕上げの研磨加工が必要であった。また、いわゆる離型性もよくなかった。
【０００３】
そこで、成形したままでレンズとして用いることができるように、特許文献１には、成形型の材質をガラス状カーボンとしたガラスレンズの成形方法が開示されている。この発明によれば、成形したままでレンズとしての性能を得ることができる。しかも離型性もよい。しかし、ガラス状カーボンは、脆性材料であり、衝撃強度が低いので、成形型として使用中に亀裂等が発生し、耐久性が劣るという問題があった。
【０００４】
この課題を解決するために、セラミックス金型表面にガラス状カーボン又は熱分解炭素を被覆することで、被成型物例えばレンズの表面に要求される精度、形状に加工しておけば、成型後のレンズの仕上げ加工が不要であり、母材にセラミックス多孔体を用いるので、ガラス状カーボンよりセラミックス多孔体の方が強度が高いため、耐久性が向上するという発明がなされている（特許文献２）。また、母材をレンズ形状に加工した後に、ガラス状カーボンを被覆するので、加工の手間を省くことができ、また、母材がセラミックス多孔体であるので母材の加工も容易である。
しかし、使用中にガラス状カーボン又は熱分解炭素が剥離して離型性が低下し、プレス後にレンズ材等の被成形材と金型が固着してしまうという課題が尚残っていた。
【０００５】
【特許文献１】特開昭４７−１１２７７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４５８９９号公報
【特許文献３】特許第３１８３８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、被成形体との離型性がよく、かつ耐久性に優れた成型用金型を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、金型材料の表面にカーボンナノチューブ層を形成することが有効であることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明により、金型表面にカーボンナノチューブ層を形成することで、極めて離型性の高く、耐久性に優れた金型を提供することができる。本発明は、以下の特徴を有する。
【０００８】
（１）本発明に係る成型用金型は、少なくとも表面がＳiＣによって形成されている金型
材料の表面に、複数のカーボンナノチューブが立設しているカーボンナノチューブ層が形成されていることを特徴とする。
（２）上記（１）に記載の成型用金型において、前記金型材料がＳiＣによって形成され
ていることを特徴とする。
（３）上記（１）又は（２）に記載の成型用金型において、前記複数のカーボンナノチューブが、成形用金型の表面に対してほぼ垂直に成長していることを特徴とする。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一に記載の成型用金型において、前記複数のカーボンナノチューブの長さが、０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする。
（５）上記（４）に記載の成型用金型において、前記複数のカーボンナノチューブの長さが、１μｍ〜３μｍであることを特徴とする。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一に記載の成型用金型において、前記金型材料の表面が、多孔質であることを特徴とする。
（７）上記（６）に記載の成型用金型において、前記金型材料の表面の多孔質部分の気孔率が３０〜５０％であることを特徴とする。
【０００９】
（８）本発明に係る成型用金型の製造方法は、少なくとも表面がＳiＣによって形成され
ている金型材料を、真空下における加熱によりケイ素を昇華させる工程によって、金型材料表面に複数のカーボンナノチューブが立設しているカーボンナノチューブ層を形成せしめることを特徴とする。
（９）上記（８）に記載の成型用金型の製造方法において、前記金型材料がＳiＣによっ
て形成されていることを特徴とする。
（１０）上記（８）又は（９）に記載の成型用金型の製造方法において、前記金型材料の少なくとも表面が多孔質であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば耐久性及び離型性に優れた成型用金型を提供することができる。特に、ＳiＣ多孔体を母材とし、該母材表面をカーボンナノチューブ層で被覆した本発明の成型
用金型は、従来のプレス成形型に比べて非常に優れた耐久性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る成型用金型は金属金型に限られず、セラミックス金型であってもよい。すなわち、本発明に係る成型用金型は、少なくとも表面がＳiＣであるセラミックスを母材
とし、その表面にカーボンナノチューブからなる層を被覆したことを特徴とする。カーボンナノチューブの表面を、被成型物、例えばレンズの表面に要求される精度、形状に加工しておけば、成型後のレンズの仕上げ加工が不要であり、離型性が極めてよい。母材にセラミックスを用いるので、ガラス状カーボンよりセラミックスの強度の方が高いため、耐久性が向上する。また、金型母材を例えばレンズ等の被成形物の形状に加工した後に、カーボンナノチューブを被覆するので、加工の手間を省くことができる。
本発明に係る成型用金型は、個体を押し固めるタイプの成型方法に非常に有効である。更に、液体を固めるタイプの成型方法においても、被成形物たる液体とカーボンナノチューブとの濡れ性が悪い場合には、個体の場合と同様に優れた離型性を発揮することができる。したがって、プレス成型に限られず、押出成型、ブロー成型、鋳造成型、射出成型等にも好ましく用いられる。
【００１２】
上記した密着強度の高いカーボンナノチューブは、特許文献３に記載のような、以下の方法（以下、昇華法とも記す）により作製できる。
すなわち、真空下において、金型材料のＳiＣ表面が分解してケイ素原子が失われる温
度に加熱すればよい。ＳiＣを真空下で加熱すると、例えば、真空度が１０-7torrでは１
４００℃になるとＳiＣが分解してケイ素原子が失われる。このとき、ケイ素原子はＳiＣ結晶の表面から順に失われるため、まずＳiＣ結晶の表面がケイ素原子の欠乏した層（炭
素層）に変化し、このＳｉ除去層（炭素層）が次第に元のＳiＣ結晶の内部に浸透するよ
うに厚みを増す。この層を顕微鏡で観察すると、カーボンナノチューブがＳiＣ表面から
垂直に生成している層であることが知られている。生成するカーボンナノチューブの長さ
は、通常は数μｍ程度である。
【００１３】
昇華法によりカーボンナノチューブ層を形成する場合、金型材がＳiＣならそのまま処
理できるし、またＳi3Ｎ4などの他のセラミックスの場合は、表面にＳiＣ膜をコーティングしておけばいい。
この時、ＳiＣ金型材料又は他のセラミックス金型材料の最表面のＳiＣ薄膜が（０００１）面若しくは（１１１）面であると、カーボンナノチューブがＳiＣ面に対して略垂直
に成長しやすくなる。垂直に成長すると最も離型性が高くなるため、好ましい。ＳiＣが
他の方向性を持って成長している場合は、生成するカーボンナノチューブの配向がそろわない場合があるが、任意の方向（ランダム）に成長した場合でも、離型性が格段に低下することはなく、十分に満足できる離型性が発現する。
【００１４】
上記昇華法で作製したカーボンナノチューブは、金型材料表面のＳi原子とカーボンナ
ノチューブの炭素原子は、極めて大きい結合エネルギーを持つＳi−Ｃ結合から形成され
ているため、カーボンナノチューブと金型材料表面の密着強度が極めて大きいという、他のカーボンナノチューブ形成法には全くない特徴を持つ。従って、金型のような高い耐摩耗性が要求される用途には、本製法（昇華法）によるカーボンナノチューブしか使用できないことが分かった。
【００１５】
また、金型材料表面に形成されたカーボンナノチューブの先端は、被成形体に接触するが、カーボンナノチューブの先端は非常に微細であるため、被成型体表面の微細な凹凸にも追従し、金型と被成型体との接触性が極めて高くなる。このため、金型と被成形体との接触熱抵抗が極めて小さくなるので、被成形体が均一にしかも、素早く加熱されるために、被成形体の焼結時に焼結ムラなどが生じないという利点や、また、昇温時間も短くなるため、プレス成形の工程時間を短くすることができるという利点もある。
【００１６】
金型材料表面に形成されるカーボンナノチューブは、長さが０．１μｍ以上あれば離型性向上に効果がある。プレス成形時に被成形体を加熱し焼結も行う、モールド成形技術においては、金型材と被成形体または焼結体との熱膨張係数の差により、被成形体の材料成分が金型に融着したり、それに起因して破壊されたりするが、カーボンナノチューブ層を形成しておくと、この層がいわゆるクッション層になるため、このような現象が起こらず、また離型性も極めて高い。カーボンナノチューブの長さが１０μｍあれば、ほぼ、どのような成形体種にも対応し、当該効果を発揮できる。しかし、１０μｍを越えると効果が飽和し、また、寸法精度が損なわれる場合がある。カーボンナノチューブの最も好ましい長さは、１〜３μｍである。
【００１７】
尚、母材として用いる金型材料の少なくとも表面に形成されているＳiＣを多孔質にし
ておくと、より一層離型性が向上し、更に耐久性が向上する。その際、該多孔質体の気孔率は、３０〜５０％にすることが望ましい。多孔質部分の気孔率が５０％を超えると、セラミックス多孔体の強度が低下するので、耐久性向上の効果が少なくなるからである。また、気孔率が３０％未満の緻密体では、多孔質にする効果が顕著でない。
【実施例】
【００１８】
金型材料として、ＳiＣ、Ｓi3Ｎ4セラミックス基材を用意し、図１のように、上パンチ、下パンチ形状に加工した。ＧＣは比較材とした。
これらのセラミックスの表面に、各種条件でカーボンナノチューブを形成した。比較としてガラス状カーボンを２〜３μｍ被覆した。被覆したガラス状カーボン（ＧＣ）の表面を研磨加工して、鏡面の成形面を有するプレス成形型を得た。
これらの成形型を用いて、図２に示した形状のＺnＳセラミックスの７００℃仮焼体（
被成形物）の成形を最大２００００回行い、成形可能回数と成形が不可能となった時の不
具合理由を調べた。
【００１９】
結果を表１に示す。
なお、表1中、ＣＮＴはカーボンナノチューブを、ＧＣはガラス状カーボンを意味する
。
【００２０】
【表１】
2009149474.tif 000002
【００２１】
表面に何も処理を施さないセラミックス成形型（試料Ｎo．１〜３）は離型性が悪く、
１回の成形でＺnＳ成分の金型への固着が生じてそれ以降のテストができなかった。
カーボンナノチューブを形成することにより離型性がよくなり、また、非晶質炭素（ガラス状カーボン）をコーティングしたもの（試料Ｎo．４）より高い耐久性を示した。
ＳiＣ金型の表面を多孔質にするとさらに耐久性が向上することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例で使用した金型の形状を示す図である。
【図２】実施例で作製した被成形体の形状を示す図である。
【図１】
2009149474.tif 000003
【図２】
2009149474.tif 000004