(57)【要約】【課題】ガラスレンズ成形用型に要求される、耐熱性、耐久性、離型性、寸法安定性などの特性を満足させる為に、優れた特性を有するガラス状カーボンを素材から構成することで、高精度ガラスレンズを製造することが可能であり、長期間の使用にも耐えることが可能なガラスレンズ成形用型を提供するものである。【解決手段】ガラス状カーボンからなり、内部に空間を有することを特徴とするガラスレンズ成形用型。また、熱硬化性樹脂硬化物からなる構造体を成形加工により得た後、焼成炭化することにより、前記ガラスレンズ成形用型を製造する方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス状カーボンを材料とする中空形状の構造体からなるガラスレンズ成形用型であって、材料内部の任意の点から材料表面までの最短距離が３ｍｍ以下であることを特徴とするガラスレンズ成形用型。
【請求項２】
熱硬化性樹脂組成物を成形加工して中空形状の構造体とした後、これを焼成炭化してガラス状カーボンとし、請求項１記載のガラスレンズ成形用型を得ることを特徴とするガラスレンズ成形用型の製造方法。
【請求項３】
熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂を主成分である請求項２記載のガラスレンズ成形用型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスレンズ成形用型およびその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、光学機器に使用されるガラスレンズ等のガラス成形品を精密ガラスモールド成形により成形する際に用いられるガラスレンズ成形用型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス状カーボンは、熱硬化性樹脂の硬化物を炭化焼成するなどして得られる炭素材料の一種で、ガラス状で非常に均質かつ緻密な構造を有するものである。この材料は、一般的な炭素材料の特徴である導電性、化学的安定性（特に耐酸性）、耐熱性に加えて、材料表面が粉化し脱落することがないという特徴も有しているため、半導体製造装置の部材や電極、燃料電池の部材に適用されている。
【０００３】
精密ガラスレンズは、光ピックアップ用レンズ、デジタルカメラ用レンズ、プロジェクター用レンズ等に使用されている。プラスチック製のレンズの技術革新もあり、優れた特性を発現するものもあるが、ガラスレンズのみが有する優れた特性もあり、石英ガラスレンズや特殊ガラスレンズの高機能化も進んでいる。
【０００４】
近年、精密ガラスレンズは、製造コスト抑制の観点から、ガラスモールド成形用型によるモールド成形（モールド成形法）が多く使用されている。精密ガラスレンズを製造する際には、高温によりガラス原料を融解し、圧力をかけたプレス成型が行われる。その成形型の素材としては、高温特性に優れた超硬金属や炭化珪素などのセラミック材料、カーボン材料が使用される。
【０００５】
超硬金属材料を使用する場合は、ガラス材料との離型性や耐腐食性能に問題があり、表面にカーボン膜を形成させ、その問題を解決しようとすること試みられている。例えば、特許文献１や特許文献２には、ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンド状炭素膜、硬質炭素膜をコーティングした材料が提案されている。また、セラミック材料を使用した場合、転写されるガラスレンズの表面平滑性を向上させる目的で、例えば、特許文献３から５には、セラミック母材表面をコーティングする方法が提案されている。しかし、これらコーティング層が磨耗したり、脱落する問題があった。
【０００６】
一般的なカーボン材料は、表面粗度が悪く、微小な凹凸が表面に存在するため、高精度のガラスレンズを成形することは困難であるため、表面平滑性の優れたガラス状カーボンを使用することが提案されている。ガラス状カーボンは、その表面不活性な性質から、ガラスとの剥離性が良好であり、ガラスレンズ金型の材料として、使用することが過去から行われている。一般的にガラス状カーボンは、厚さ５ｍｍ程度の板状体が、工業的に製造可能と言われているため、型全体をガラス状カーボンのみで構成させることは困難であり、例えば、特許文献６から８のように、母材にセラミック材料や金属材料、カーボン材料を用い、ガラスレンズ成形面にガラス状カーボンを接合させることで、目的とする性能を発現させる試みが行われている。しかし、高温で使用されるガラスモールド成形法では、その昇温過程あるは降温過程、それらの繰返し操作により、材料が有する熱膨張や収縮挙動により、接合面での剥離などの問題が生じる。
【特許文献１】特開平１―３０１８６４号公報
【特許文献２】特開昭６４−８３５２９号公報
【特許文献３】特開昭５２−４５６１３号公報
【特許文献４】特開２００４−３４５８９９号公報
【特許文献５】特開２００１−３３５３３４号公報
【特許文献６】特開２００５−１１２６７２号公報
【特許文献７】特開平８−３４６２６号公報
【特許文献８】特開平６−３４０４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
かかる状況に鑑み、本発明の課題は、優れた特性を有するガラス状カーボンを素材から構成することで、高精度ガラスレンズを製造することが可能であり、長期間の使用にも耐えることが可能なガラスレンズ成形用型を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、ガラス状カーボンからなり内部に空間を有する形状であることで、上記課題が解決されることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明の第一は、ガラス状カーボンを材料とする中空形状の構造体からなるガラスレンズ成形用型であって、材料内部の任意の点から材料表面までの最短距離が３ｍｍ以下であることを特徴とするガラスレンズ成形用型を要旨とするものである。
【００１０】
また、本発明の第二は、熱硬化性樹脂組成物を成形加工して中空形状の構造体とした後、これを焼成炭化してガラス状カーボンとし、前記のガラスレンズ成形用型を得ることを特徴とするガラスレンズ成形用型の製造方法を要旨とするものであり、好ましくは、熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂を主成分であるガラスレンズ成形用型の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のガラスレンズ成形用型は、構造体全体がガラス状カーボンであり、かつ、内部に空間を有しているため、成形加工と炭化焼成の組み合わせにより、工業的な製造にてきするものである。また、形成された空間には接合部がないため、長期間の使用による成形用型の劣化による障害がなく、メンテナンスなどの回数を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１３】
本発明のガラスレンズ成形用型の材料は、ガラス状カーボンである。ガラス状カーボンとは、アモルファスカーボンとも呼ばれ、外観が黒色、かつ、ガラス状で、破面も光沢ある貝殻状を示す硬質で非晶質の炭素であり、非常に均質ならびに緻密な構造を有し、熱硬化性樹脂の硬化物を炭化焼成するなどして得られる。この材料は、一般的な炭素材料の特徴である導電性能、化学的安定性、耐熱性、高純度等の性能に加え、材料表面が粉化し脱落することがないという優れた特徴を有する。
【００１４】
本発明のガラスレンズ成形用型の形状は、中空形状、すなわち内部に空間を有する構造体である。例えば、図１や図４、図５に示すような形状であり、内部が完全に中空であるものに限らない。ガラス状カーボンは、熱硬化性樹脂などの炭化焼成物として得ることが可能であるが、炭化焼成過程において、樹脂構造体（炭化焼成前の前駆体）からカーボン構造体を形成する過程において、炭素化に伴う化学変化として重量減少挙動が起ると同時に、体積変化に伴う寸法収縮挙動が起る。その為、ブロック状の構造体であったり、厚みが厚い構造物を得る事は、炭化焼成過程において、寸法収縮による構造体内部の局所的な応力集中や歪の発現により、割れやクラックの発生、変形などの障害があり非常に困難である。しかし、構造体の内部に厚みを制御した空間を設けることにより、構造体としての機械的物性の低下を最小限に抑制できるとともに、欠陥点の発生がない目的とするガラス状カーボンからなる構造体を得ることが可能となる。
【００１５】
本発明のガラスレンズ成形用型においては、構造体の材料内部の任意の点から材料表面に至る最短距離が３ｍｍ以下である必要がある。材料内部の任意の点とは、図１を用いて説明すると、図１形状の断面図、図２、或は、図３の材料中に存在する任意の点であり、例えば、図２中のＸ点であったり、図３中のＹ点などである。この点から、材料表面に至る最短距離は、図２中では、距離ｘ、図３中では、距離ｙである。この距離が最長になるのは、構造体の肉厚の中間を経由する点であり、図２や図３中の点線にて示したところになる。この肉厚中間線から材料表面に至る最短距離が、３ｍｍ以下、つまり、肉厚として６ｍｍ以下である必要がある。これ以上の肉厚であると、前述の通り、ガラス状カーボンを得る事が困難であったり、得られたとしても欠陥点が存在し、目的とする性能を示すガラス状カーボンが得られなかったり、製造に際して、工業化を適応できないような非常に長期間の焼成を施す必要があるなどの問題がある為である。
【００１６】
ガラス状カーボンからなるガラスレンズ用成形型の内部に空間を形成する方法は特に限定されないが、例えば、熱硬化性樹脂硬化物からなる構造体を成形加工することで内部に空間を有する構造体とした後、これを焼成炭化する方法が挙げられる。このような方法を採ることで、切削加工などの機械加工では困難な複雑形状を形成することが可能となる。以下、この方法について説明する。
【００１７】
熱硬化性樹脂とは、溶融成形等で目的とした形状を作成した後、加熱することで熱硬化反応が進行し、加熱溶融しなくなる樹脂のことであり、例えば、ポリカルボジイミド樹脂、フェノール樹脂、フルフリルアルコール樹脂、エポキシ樹脂、セルロース、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、芳香族ポリイミド等が挙げられ、これらの単体の他、共重合体や混合物などを用いることができる。また、これらに架橋剤等の改質剤を添加してもよい。上記樹脂の中で、フェノール樹脂は、成形用材料として工業的に生産されているため入手しやすく、また、焼成炭化による炭素含有率が高いため、好ましい。
【００１８】
また、上記熱硬化性樹脂には、焼成炭化後のガラス状カーボンの特性を損なわない範囲で炭素材料、他の無機材料、焼成により炭化する材料などを添加材として含有させることができる。このようなものとして、炭素繊維、無機繊維、無機粉末、カーボンブラック、黒鉛粒子、ガラス状カーボンなどが挙げられる。
【００１９】
熱硬化性樹脂を原料として構造体を製造する方法としては特に限定されず、加圧成形や射出成形などの成形方法や、熱硬化性樹脂の塊状物から切り出しや切削等の機械加工により製造してもよい。大量生産等の工業的見地からは、射出成形や圧縮成形により、その後の加工なしに構造体の形状とすることが好ましい。
【００２０】
熱硬化性樹脂の構造体における硬化の進行度は、適宜熱処理により調整することができるが、例えば、目的とする形状に成形することが可能で、かつ、その後行う焼成段階において形状を保持できる状態としてもよいし、または、高度に硬化した状態のものに加工を施してもよい。
【００２１】
次に、内部に空間を有する構造体とした熱硬化性樹脂を焼成炭化し、ガラス状カーボンとする。焼成は、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行われる。また、焼成温度は７００〜１６００℃が好ましく、より好ましくは、９００〜１４００℃である。７００℃以下の温度での焼成では、充分に炭化することができないためガラス状カーボンの特性が発現しない。一方、１６００℃を超える温度を適用しても、得られるガラス状カーボンの特性に大きな変化は生じないためエネルギー効率が低下する。
【００２２】
なお、本発明に用いられるガラスレンズ成形用型のサイズは特に限定されるものではなく、目的に応じて設計変更できるものである。
【実施例】
【００２３】
次に本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００２４】
実施例1
フェノール樹脂（ユニチカ社製ユニベックスＮタイプ）を原料とし、射出成形機（８０Ｔｏｎ射出成形機）を用いて、図１の構造体を製造した。図１の材料中の任意の点の代表として、ｘ及びｙが炭化焼成後、２．５ｍｍになるよう予め炭化焼成収縮を見込んだフェノール樹脂成形体を得た。これを高性能焼成炉を用い窒素ガス雰囲気中、１２００℃にて焼成炭化を行った。炭化焼成品に割れ、クラック、変形などは観測されず良好な内部に空間を有したガラスレンズ成形用型を得た。また、このガラスレンズ成形用型を用いたガラスのモールド成形を行った結果、ガラスの付着が生じることなく、成形後の離型性も良好であった。
【００２５】
実施例２
樹脂組成物として、ランダムノボラック系フェノール樹脂（ユニチカ社製  ユニベックスＮタイプ）に40質量％のフェノー樹脂硬化物（ユニチカ社製  ユニベックスC-10タイプ）を含有させた以外は、実施例１と同様な方法でガラスレンズ成形用型を得た後、評価した結果、良好な結果であった。
【００２６】
比較例１
図１の材料中の任意の点の代表として、ｘ及びｙが炭化焼成後３．５ｍｍになるよう予め炭化焼成時収縮を見込んだフェノール樹脂成形体を得た以外は、実施例１と同様な方法でガラスレンズ用成形型を得ることを試みた。しかし、炭化焼成時に割れが発生し、目的とする構造体を得ることが出来なかった。
【００２７】
以上の様に本実施形態によれば、ガラス状カーボンのみからなる高精度なガラスレンズ成形用型が得られ、ガラスモールド成形において、ガラスとの反応もなく、離型性が良く、長寿命なガラスレンズ成形用型の製造が実現できる。また、傷などの発現により成形型の成形面の再加工の必要性が生じても、研磨加工などで再生することが可能である為、低コスト化、リードタイムの短縮などの付加的な性能も発現するため、優れたガラスレンズ成形用型の実用化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のガラスレンズ成形用型の一例である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図
【図３】図１のＢ−Ｂ‘断面図
【図４】本発明のガラスレンズ成形用型の他の一例である。
【図５】本発明のガラスレンズ性形用型の他の一例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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