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No84非球面ガラスレンズ金型技術資料

1.型材の選択

非球面ガラスレンズ用金型(以下ガラス金型)を使用する場合、高温に耐えてプレスの衝撃にも強い型材としてバイダーレス超硬(以下超硬)、常圧焼結炭化珪素素材表面に緻密なCVDのβSiC析出(以下SiC-CVD)した材料を加工して使用してるのが主流。 ただし、ガラスとの離型性では問題点もある。 よって、それらの型材に表面処理して離型性を持たせている。


表① 各種ガラスとそれに適合した表面処理と型材例

BK7

TiCN/WC

DLC/WC

DLC/SiC 

 

SK5

TiCN/WC

DLC/SiC

 

 

SF6

TiCN/WC

BN/WC

TiAlN/WC

CrO3/Al2O3

F2

Pt-Ir65/WC

TiAlN/WC

TiN/WC

DLC/SiC 

ガラスの主成 BK7;SiO2-B2O3-Na2O-K2O、SK5;SiO2-BaO-B2O3 SF6;PbO-SiO2、 F2 ;:SiO2-PbO-K2O (トライボロジー表面改質 特集より)



型材は、SiCが比較的高い軟化点のガラスに向き、低軟化点ガラスには超硬と2種類が主流。


2.離型膜

①表の通り表面処理はチタン系、貴金属系、カーボン膜系と使用されている。現在、ガラス成形は、貴金属系、カーボン膜系の2種類が主流を占めている思われる。 特にカーボン系のDLC膜は、その平滑性において高く現在最も多用されている表面処理である。


3.DLC表面処理

表② DLCコーティング種類



名   称

装置方式

a-C

水素フリーテトラヘデラルアモルファスカーボン

 AiP方式

a-C

水素フリー アモルファスカーボン

 スパッター方式

a-C:H

水素含有 アモルファスカーボン

 イオン蒸着

初期のDLCコーティングでは、表②のように分けてなくすべてDLCであった。

近年、DLCコーティング装置の多様化で析出膜も変化して、それらを分析すると上記のように大きく3分類に分けられる。

 最近までガラスレンズ用金型の離型膜としてもっとも使用されている方式は、イオン蒸着でのDLCコーティングであった。 

 この方式の装置は、25年前に旧東ドイツから国内に持ち込み繊維関係の業種から転換するため表面処理受託した企業が受託可能なDLC膜を確立して今日に至っている。 この装置仕様としては、非常にシンプルでコート条件を確立すれば安定なDLC膜を析出できる。 そこで国内大手ガラスメーカーがこの装置を導入してガラス成形用に条件を確立。

○ a-C:H方式は、Taフィラメント(カソード電極)とW平板(アノード電極)からなるイオン化源と基板ホルダーより構成。 このイオン化源で炭化水素イオンを生成してDLC析出。 水素を含むカーボン膜を析出。

このa-C:H DLCコーティングは、大手ガラスメーカーが採用している。

特に型材がSiC-CVDなのでDLCコーティングとの相性も良く、中間層を使用しないで密着強度が維持される。  さらにDLCコーティング条件としてコート時の温度を制御して一定以上のプレス成形回数を維持している。

 この大手ガラスメーカーからのテスト評価結果として

ランタン系光学ガラスA(ガラス転移点475℃、屈伏点509℃)とバリウム系光学ガラスB(ガラス転移点565℃、屈伏点625℃)の膜挙動評価

 ガラスの粘性が10 ボアズ相当となる温度まで昇温した後30kg/cm2 の加圧成形を行い、離型温度まで降温した後にガラスを成形型内から取り出す行程1サイクルとして繰り返した成形回数における膜表面を目視及び光学顕微鏡により観察した結果が下記の通り


コート時基板温度 200℃以下 プレス回数  100回でガラス接触部が酸化消失

            400℃以下 プレス回数 1000回以上 良好 

            500℃    プレス回数  500回で 詳細な点状剥離


○ a-C  方式は、主にマグネトロン方式による反応性スパッタリングプロセスを用いて、ターゲットにはグラファイトを使用して水素を含まないカーボン膜を析出。


コート時基板温度 300℃    プレス回数  300回で詳細な点状剥離 

            (条件は、a:C:H500℃と同じ)


○ ta-C  方式は、真空アーク放電を利用してグラファイトターゲットから炭素イオンを発生させ水素フリーDLCを析出する。ただし、アーク放電時にドロップレットが発生して膜の劣化が発生。よって、このドロップレットを排除する技術がポイント。


コート時基板温度 常温   プレス回数 a-C:H方式の10倍(ただし型材SiC-CVD)

写真① 上はロックウエルと下はスクラッチ密着評価(下地鉄系材料)

    ta-C           a-C        a-C:H  


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写真①の密着評価では、ロックウエル、スクラッチなどの評価が違うのでこの結果がガラスレンズ金型への評価とは別である。

 しかし、一般的に、DLCコーティングは、下地の相性の問題で鉄系、一般超硬(バインダーを含む)に中間層を析出して密着強度を安定させている。特に当社はSi系のガスを使用してアモルファスSiCを0.1μコートしてDLC析出している。このアモルファスSiCは、鉄、超硬及びDLCとの相性がいいので切削工具(アルミ切削)、自動車部品、成型金型(ガラスも含む)への安定した評価になっている。

 鉄系基板にアモルファスSiC+DLCコーティングとDLCコーティングロックウエル密着評価は

  写真② SKH51ハイス鋼のDLC密着状態


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上  アモルファスSiC+DLCコーティング
下  DLCコーティング







No83日経産業新聞LED発光層厚み1/5

光を当てながら均質膜東大など技術開発
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No82日経産業新聞21年12月24日蛇口表面処理技術


キッツ社は、蛇口内のニッケル・鉛の溶出を抑える表面処理開発
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現在使用の水道水用蛇口は、上記新聞記事でニッケル1リットル中0.2mg溶出している。

ニッケルは発ガン成分です。その危険度はhttp://www.nickel-japan.com/prtrinfo.pdf このホームページに記載。



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No81日刊工業新聞21年12月18日残留応力

残留応力の深さと大きさを非破壊でで検査記事


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No80日刊工業新聞21年12月17日極低温利用表面処理

日刊工業新聞21年12月17日 液体窒素と液体ヘリウムを使い極低温に冷やし耐摩耗を3倍に向上



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No79MAD処理が摩耗の低減として活用か

日刊工業新聞21年11月25日 金型技術トライボ 岩手大学 岩淵教授の記事において摩耗の抑制・低減のキーポイントでブラスと表面が研削表面より離型抵抗を得たと記載。

 当初は、その一つとしてMAD処理により低減をしている。


日刊工業新聞21年11月25日記事より
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MAD処理は、上記記事記載の凹凸効果が同じように離型効果を上げている。下記図は、MAD処理前と処理後の表面状態。
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No78日刊工業新聞平成21年11月25日 金型技術高度化トライボロジー特集記事

金型技術高度化トライボロジー特集記事を岩手大学工学部機械システム工学科 教授 岩淵 明氏記載

日刊工業新聞平成21年11月25日



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No77日経産業新聞 高速コーティング講演案内

高速コーティング技術の研究開発動向、エアロゾルデポジション法によるアルミナ硬質皮膜の常温形成、新しい溶射技術、コールドスプレー法の基礎と応用の講演案内記事



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No76日本経済新聞平成21年11月30日 ダイヤモンドコーティングの電極

ダイヤモンドコーティングの電極を活用してオゾン水効率生成


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No75 日経産業新聞平成21年11月30日 グラフェン成膜技術

「グラフェン」と呼ぶ炭素材料を成膜する技術記事


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