[发明专利]烧结硬质材料及使用该材料的高精度光学元件成型用的模具

说明书

技术领域

本发明涉及适用于光学设备中使用的透镜、棱镜、光栅等高精度 光学元件成型用的模具材料或者金属、塑胶、复合材料等注射成型用 的模具材料的烧结硬质材料。

背景技术

在制造CD、DVD、数码相机和手机等中使用的拾光透镜(ピツク アツプレンズ)或电脑的硬盘用基板中使用的玻璃制、塑胶制等的光 学元件时，作为获得最终产品形状的方法，为了实现高可靠性和低价 格，近年来，采用了不需要复杂且精密的机械加工的、高温中的加压 成型。

对该高温加压成型中使用的模具材料，要求良好的镜面加工性， 同时要求高温硬度、高热传导性、低热膨胀系数等特性，一直以来， 硬质合金或者陶瓷这样的烧结硬质材料作为符合该要求的材料被使 用。

例如，在专利文献1中公开了一种含有3～10质量％的钴的WC基 硬质合金，该合金为热等静压压制用的硬质合金，其适用于加工后的 表面形成Rmax 0.05μm以下的镜面的光学元件成型用模具。

但是，随着光学透镜的高精度化的发展，要求光学元件成型用的 成型部表面也更加高精度化。在现状，加工后的透镜成型部表面必须 获得Rmax 0.01μm以下的镜面。

另一方面，作为结合相、含有1质量％以上的Fe、Co、Ni等铁族 金属的WC基硬质合金，由于WC相和铁族金属相的硬度差大，因此难 以通过机械加工得到期望的表面精度。因此，即使在以往，作为精密 成型用模具的材料，不含有和碳化物相的硬度差大的铁族金属相、仅 由碳化物相构成的硬质材料即所谓无粘结剂硬质材料还在专利文献 2、3中进行了公开。

在该专利文献2、3中所示的烧结硬质材料中，能够较容易地将加 工后的透镜成型部表面最后加工成Rmax 0.01μm以下的镜面，但作为 第2相，含有较多的与WC相比较具有高硬度且脆的NaCl型结晶结构 的复合碳化物，因此，产生超微粒级或者纳米级这样的局部的加工性 能的差异，因此，成为在进一步追求成型部表面的高精度化时的障碍。

另外，专利文献2、3所示的烧结硬质材料的第2相可具有非化学 计量组成，由此，通过控制材料中的碳量，能够较容易地防止铁族金 属和W的复合碳化物中的η相(下面称为异常相)的结晶，因此，也 是必要不可缺少的相。

另一方面，在专利文献4所示的烧结硬质材料中，通过将作为异 常相构成元素的Fe、Co、Ni等不可避免的杂质成分控制在极微量的 0.02～0.10重量％内，认为能够防止异常相的结晶，因此没有在材料 中含有所述的第2相的必要性。而且，在该专利文献4中所示的烧结 硬质材料中，通过将碳化钨中的WC和W₂C_X的比例即W₂C_X/(WC+W₂C_X) 设定在0.01～0.15的范围内，实现硬度的提高。

的确，根据专利文献4中所示的烧结硬质材料，其硬度提高。但 是，和专利文献2、3中所示的烧结硬质材料相比较，专利文献4中所 示的烧结硬质材料的断裂韧性变低。因此，在机械加工及其处理上， 比专利文献2、3中所示的烧结硬质材料发生尖端或边缘部崩刃(カケ) 等的可能性也高。

和专利文献2、3中所示的烧结硬质材料相比较，专利文献4中所 示的烧结硬质材料的断裂韧性低的原因，认为是因为减少了杂质成分 即铁族金属。即，专利文献4中所示的烧结硬质材料的WC/WC界面、 WC/W₂C_X界面或者W₂C_X/W₂C_X界面上的铁族金属量由于比专利文献2、3 中所示的烧结硬质材料的WC/WC界面、WC/W₂C_X界面或者W₂C_X/W₂C_X界面 上的铁族金属量还少很多或者专利文献4中所示的烧结硬质材料的 WC/WC界面、WC/W₂Cx界面或者W₂Cx/W₂Cx界面上没有铁族金属，因此 减弱这些界面间的结合力。

专利文献1日本特公昭62-51211号公报

专利文献2日本特开平2-120244号公报

专利文献3日本特开平10-7425号公报