CN1292770A - 光学器件用成型模具及其制造方法和光学器件 - Google Patents

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Abstract

具有在一个端面上具有冲压光学器件材料的冲压面(11a)的冲压构件(11)、在冲压面(11a)上边形成的中间膜(12)、在中间膜(12)上边形成的保护膜(13)。冲压构件(11)由结晶化玻璃构成。用这样的构成,可以得到容易进行冲压面的精密加工且可以在高温下冲压成型光学器件的光学器件成型用模具。

Description

光学器件用成型模具及其制造方法和光学器件
技术领域
本发明涉及为了由冲压加工制造光学器件的光学器件成型用模具及其制造方法，和使用该模具制造的光学器件。
技术背景
要直接冲压成型高精度的光学器件，就必须有用来使光学器件材料冲成成型的光学器件成型用模具。
作为用来冲压成型光学器件材料的光学器件成型用模具，有把超硬合金、金属陶瓷或玻璃用做光学器件成型用模具的材料。
但是，光学器件成型用模具，必须使冲压面和光学器件的形状吻合起来进行加工，在把超硬合金或金属陶瓷用做材料的情况下，超硬合金或金属陶瓷的精密加工是困难的，存在着加工时间长，加工价格也非常昂贵的问题。此外，由于加工难度大，故模具的形状的不均一性大，其结果是在成型后的光学器件上也会发生形状的不均一，存在着光学器件的光学性能会变得不稳定的问题。
为此，人们提出了把玻璃用做光学器件成型用模具的材料的提案。作为把玻璃用做光学器件成型用的模具的材料时，人们提出了通过采用把冲压面的形状精密加工成与光学器件的形状为同一形状的母模具冲压玻璃材料的办法得到的光学器件成型用模具的提案(参看特开昭64-33022号公报、特开平1-239031号公报)，此外还提出了由仅仅用玻璃材料构成的模具本体和在其冲压面上形成的薄膜构成的光学器件成型用模具(参看特开平1-148714号公报)。此外，还提出了采用使由玻璃构成的成型用模具本体和具有耐热性的金属或陶瓷构成的接合体熔融粘接接合的办法得到的光学器件成型用模具(参看特开平2-102136号公报)。
但是，对于光学器件成型用的材料使用通常的玻璃的上述现有的光学器件成型用模具中，存在着不能在作为材料使用的玻璃的玻化转变温度以上的温度下冲压成型光学器件材料的问题。就是说，若在作为光学器件成型用模具的材料所使用的玻璃的玻化温度以上的温度下进行冲压成型时，则存在着光学器件成型用模具的冲压面会因成型时的高温气氛而变形的问题。
为此，在以必须在高温下成型的玻璃(例如，无铅玻璃系玻璃：BK7，软化点642℃)作为光学器件材料的情况下，对于将成为光学器件成型用模具的材料的玻璃而言，必须使用具有比光学器件成型温度(成型温度大体上在软化点附近)还高的高温度的玻化点的玻璃。
此外，在制造使用通常的玻璃的光学器件成型用模具的情况下，由于必须在高温下进行利用母模具进行的冲压复制，故存在着在冷却行程中进行的玻璃的收缩量大，成型后的光学器件成型用模具冲压面的形状精度不好的问题。
发明的公开
为了解决上述问题，本发明的目的是提供冲压面的精密加工容易且可以在高温下冲压成型光学器件的光学器件成型用模具，其制造方法和使用该模具的光学器件。
为了实现上述目的，本发明的光学器件成型用模具，是一种用来冲压成型光学器件材料的光学器件成型用模具，它包括具有用来冲压光学器件材料的冲压面的冲压构件，而该冲压构件是由结晶化玻璃构成。在上述光学器件成型用模具中，由于冲压构件由结晶化玻璃构成，故可以用冲压成型加工冲压面。因此，对于上述光学器件成型用模具而言，冲压面的精密加工是容易的。此外，结晶化玻璃由于结晶化而使软化点比结晶化之前的玻璃(以下，叫做母玻璃)更高温化，故可以在比将成为冲压构件的材料的母玻璃的玻化转变点还高的温度下冲压成型光学器件。因此，倘采用本发明的光学器件成型用模具，则可以在高温下冲压成型光学器件。
在上述光学器件成型用模具中，理想的是在冲压面上边配备对于光学器件材料来说呈现惰性(不与光学器件材料熔融粘接，易于脱模的材料)的保护膜。倘采用上述构成，则在冲压成型光学器件之际，可以防止光学器件材料熔融粘接到冲压面上边。
在上述光学器件成型用模具中，理想的是含有从Pt(白金)、Pd(钯)、Ir(铱)、Rh(铑)、Os(锇)、Ru(钌)、Re(铼)、W(钨)和Ta(钽)内选出来的至少一种金属。借助于上述构成，并可以提高冲压构件的耐氧化性，并可以防止冲压构件与玻璃材料之间的熔融粘接。
在上述光学器件成型用模具中，在冲压构件和保护膜之间，理想的是还具备用来防止保护膜的剥离的中间膜。采用上述构造，则即便是在反复冲压成型光学器件的情况下，也可以防止保护膜剥离。
在上述光学器件成型用模具中，中间膜理想的是含有在冲压构件中所含有的成分或在保护膜中所含有的成分。采用上述构成，则可以防止保护膜的剥离。
在上述光学器件成型用模具中，中间膜理想的是含有从Cr(铬)、Ta(钽)、Mo(钼)、Ni(镍)、W(钨)、Zr(锆)、Co(钴)、Ti(钛)和Cu(铜)中选出来的至少一种金属。采用上述构成，则可以防止保护膜的剥离。
在上述光学器件成型用模具中，理想的是还含有由金属构成的基台，并在基台上边形成冲压构件。采用上述构造，则可以得到能够以良好的生产性制造光学器件的光学器件成型用模具。
在上述光学器件成型用模具中，理想的是在基台和冲压构件中间还配备金属膜。采用上述构成，则可以防止基台和冲压构件分离。
在上述光学器件成型用模具中，理想的是还包含已固定到冲压构件的外周上的保护构件。采用上述构成，由于可以用保护构件保护冲压构件，故可以得到耐久性高的光学器件成型用模具。
在上述光学器件成型用模具中，上述保护构件理想的是由金属、金属陶瓷或陶瓷中的不论哪一种构成。采用上述构成，则可以得到耐久性特别高的光学器件成型用模具。
在上述光学器件成型用模具中，保护构件理想的是在其表面上配备保护层。采用上述构成，则可以防止保护构件的氧化或表面形状的变形。
在上述光学器件成型用模具中，冲压构件的热膨胀系数，理想的是比保护构件的热膨胀系数小。采用上述构成，则可以牢固地固定冲压构件和保护构件。
在上述光学器件成型用模具中，结晶化玻璃优选含有成核剂的。按上述构成，容易形成由结晶化玻璃构成的冲压构件。
在上述光学器件成型用模具中，成核剂理想的是含有从TiO2、ZrO2、Fe2O3、V2O5、NiO、Cr2O3、氟化物、硫化物、Pt(白金)、Ru(钌)、Rb(铷)、Pd(钯)、Os(锇)、Ir(铱)，Ag(银)和Au(金)中选出来的至少一种，倘采用上述构成，可以容易地制造由结晶化玻璃构成的冲压构件。
本发明的光学器件成型用模具的制造方法，该方法是一种配备具有用来冲压光学器件材料的冲压面的冲压构件的光学器件成型用模具的制造方法，其中，含有下述工序：第1工序，用母模具使加热软化后的母玻璃冲压成型以形成冲压面；第2工序，采用在使母玻璃结晶化的条件下对冲压成型的母玻璃进行加热处理，形成由结晶化玻璃构成的冲压构件。倘采用上述制造方法，则可以容易地制造具备由结晶化玻璃构成的冲压构件的光学器件成型用模具。
在上述制造方法中，上述第1工序，理想的是在把加热软化后的母玻璃配置到基台上边之后，用母模具对母玻璃进行冲压成型以形成冲压面的工序。倘采用上述构成，则可以制造在基台上边形成冲压构件的光学器件成型用模具。
在上述制造方法中，理想的是上述基台在与母玻璃接连的面上具备金属膜。倘采用上述构成，则可以防止基台与母玻璃分离。
在上述制造方法中，上述第1工序，理想的是在把加热软化的母玻璃配置到大体上为圆筒状的保护构件的内部之后，用母模具对母玻璃进行冲压成型以形成冲压面的工序。倘采用上述构成，则可以制造具备已固定到冲压构件的外周部分上的保护构件的光学器件成型用模具。
在上述光学器件成型用模具的制造方法中，理想的是在第2工序之后，还具备在冲压面上形成对于光学器件材料呈现惰性的保护膜的第3工序。倘采用上述构成，则可以形成在冲压面上具备保护膜的光学器件成型用模具。
在上述光学器件成型用模具的制造方法中，理想的是在第2工序之后，还包括在冲压面上形成中间膜的第3工序、和在中间膜上边形成对于光学器件材料呈现惰性的保护膜的第4工序。倘采用上述构成，则可以形成在冲压面上具备中间膜和保护膜的光学器件成型用模具。
在上述光学器件成型用模具的制造方法中，理想的是保护膜含有从Pt、Pd、Ir、Rh、Os、Ru、Re、W和Ta中选出来的至少一种金属。
在上述光学器件成型用模具的制造方法中，理想的是中间膜含有在冲压构件中所含有的成分或在保护膜中所含有的成分。
在上述光学器件成型用模具的制造方法中，理想的是中间膜含有从Cr、Ta、Mo、Ni、W、Zr、Co、Ti和Cu中选出来的至少一种金属。
在上述光学器件成型用模具的制造方法中，理想的是母玻璃含有成核剂。倘采用上述构成，则可以容易地使母玻璃结晶化。
在上述光学器件成型用模具的制造方法中，理想的是成核剂含有从TiO2、ZrO2、Fe2O3、V2O5、NiO、Cr2O3、氟化物、硫化物、Pt、Ru、Rb、Pd、Os、Ir、Ag和Au中选出来的至少一种，倘采用上述构成，则可以容易地使母玻璃结晶化。
本发明的光学器件可以通过使用上述本发明的光学器件成型用模具对光学器件材料进行冲压成型的办法制造。就是说，本发明的光学器件可以使用易于进行冲压面的精密加工而且可以在高温下冲压成型光学器件的光学器件成型用模具来进行成形而得到。因此，本发明的光学器件加工精度高且价格便宜。
附图的简单说明
图1对于本发明的光学器件成型用模具示出了其一个例子，(a)是平面图，(b)是剖面图。
图2对于本发明的光学器件成型用模具示出了其另一个例子，(a)是平面图，(b)是剖面图。
图3对于本发明的光学器件成型用模具示出了其再一个例子，(a)是平面图，(b)是剖面图。
图4对于本发明的光学器件成型用模具示出了其再一个例子的剖面图。
图5对于本发明的光学器件成型用模具示出了其再一个例子的剖面图。
图6是表示关于本发明的光学器件成型用模具的制造方法的一个例子的工序图。
图7是表示关于本发明的光学器件成型用模具的制造方法的其另一个例子的工序图。
图8是表示有关本发明的光学器件成型用模具的制造方法的其另一个例子的工序图。
图9示出了对于本发明的光学器件制造方法的一个例子的工序图。
为实施发明的优选方案
以下，边参看附图边说明本发明的实施方案。
(实施方案1)
在实施方案1中，对于本发明的光学器件成型用模具的一个例子进行说明。
在图1(a)中示出了从冲压面一侧看实施方案1的光学器件成型用模具10的平面图，图1(b)示出了图1(a)的线X-Y处的剖面图。
参看图1，光学器件成型用模具10具有在一个端面上具有冲压光学器件材料的冲压面11a的冲压构件11、在冲压面11a上边形成的中间膜12和在中间膜12上边形成的保护膜13。
冲压构件11由结晶化玻璃构成。作为构成冲压构件11的材料的母玻璃，例如可以使用硅酸盐玻璃(SiO2系玻璃)、氧化铝硅酸盐玻璃(Al2O3-SiO2系玻璃)、硼酸盐玻璃(B2O3系玻璃)、硼硅酸盐玻璃(B2O3-SiO2系玻璃)、磷硅酸盐玻璃(Li2O-SiO2系玻璃)等。冲压构件11，理想的是含有从TiO2、ZrO2、Fe2O3、V2O5、NiO、Cr2O3、氟化物、硫化物、Pt、Ru、Rb、Pd、Os、Ir、Ag和Au中选出来的至少一种，作为成核剂。采用使冲压构件11含有核形成剂的办法就可以容易地制造由结晶化玻璃构成的冲压构件11。冲压构件11例如是圆柱形的形状。冲压构件11在端面上具有冲压面11a，冲压面11a具有使冲压成型的光学器件的形状反转过来的形状。
中间膜12是为了提高冲压构件11和保护膜13之间的粘接性而形成的。中间膜12，例如，由含有在冲压构件11中所含有的成分的材料、或含有在保护膜13中所含有的成分的材料，或者含有从Cr、Ta、Mo、Ni、W、Zr、Co、Ti和Cu中选出来的至少一种金属的材料构成。中间膜12的材料，可以根据冲压构件11和保护膜13进行选择。另外，中间膜12也可以在含有冲压面11a的冲压构件11上边的其它的部分上形成。
保护膜13由对于进行冲压成型的光学器件材料呈现惰性(与光学器件材料不熔融粘接容易脱模的材料)的材料构成，保护膜13的材料可以根据进行冲压成型的光学器件材料进行选择。具体地说，作为保护膜13，例如可以使用含有从Pt、Pd、Ir、Rh、Os、Ru、Re、W和Ta中选出来的至少一种金属的薄膜。另外，保护膜13也可以在含有冲压面11a的冲压构件11上边的其它的部分上形成。
在上述光学器件成型用模具10中，冲压构件11由结晶化玻璃构成。因此，倘采用光学器件成型用模具10，则可以在比将成为冲压构件11的材料的母玻璃(结晶化之前的玻璃)的玻璃化转变点还高的温度下进行冲压成型光学器件。此外，由于结晶化玻璃的热膨胀系数小，故即便是在高温下冲压成型光学器件之际，也可以以良好的加工精度进行冲压成型光学器件。
另外，在上述实施方案1中，虽然示出的是具备中间膜和保护膜的光学器件成型用模具，但是也可以是不具备中间膜的光学器件成型用模具，或不具备中间膜和保护膜的光学器件成型用模具(在以下的实施方案中是一样的)。即便是用这样的光学器件成型用模具，与以往的光学器件成型用模具比较，也可以得到冲压面的精密加工容易且在高温下可以进行的冲压成型的光学器件成型用模具。特别是在光学器件材料是难于和冲压构件11进行熔融粘接的物质的情况下，保护膜的重要性不大。
此外，本发明的光学器件成型用模具，也可以在基台上边形成冲压构件11。对于这样的光学器件成型用模具10a的一个例子，在图2(a)中示出了平面图，在图2(b)中示出了图2(a)的线X-Y处的剖面图。
参看图2，光学器件成型用模具10a具备基台21和在基台21上边形成的光学器件成型用模具10。就是说，光学器件成型用模具10a具有基台21、在基台21上边形成的冲压构件11、在冲压面11a上边形成的中间膜12和在中间膜12上边形成的保护膜13。对于光学器件成型用模具10及其构成部分，由于已经说过了，故省略重复的说明。
基台21，例如具有图2所示的那种剖面凸字形状。基台21，理想的是使用热传导性好的材料，例如可以使用金属。采用作为基台21使用热导电性好的材料的办法，加热冲压成型光学器件就变得容易起来。另外，作为基台21，也可以使用环状的形状等具有其它的形状的基台。
另外，光学器件成型用模具10a，在基台21和冲压构件11之间，也可以再配备金属膜，用来提高基台21和冲压构件11之间的粘接性。作为这样的金属膜，可以使用由Cr、Co、Fe、Mo、Ta、Ni、W、Zr、Ti、Cu、Ir和Pt构成的金属膜。倘采用上述构成，则可以防止基台21和冲压构件11分离。
若使用上述光学器件成型用模具10a，则可以得到与上述光学器件成型用模具10同样的效果。此外，在上述光学器件成型用模具10a中，可以在基台21上边形成冲压构件11。因此，倘采用光学器件成型用模具10a，则由于在冲压成型光学器件之际，冲压头的热易于向光学器件材料中传导，故得以以良好的生产性冲压成型光学器件。
(实施方案2)
在实施方案2中，对于本发明的光学器件成型用模具说明其另一个例子。
对于实施方案2的光学器件成型用模具30，在图3(a)中示出了从冲压面一侧看的平面图，在图2(b)中示出了图3(a)的线X-Y的位置处的剖面图。
参看图3，光学器件成型用模具30还具备光学器件成型用模具10、和固定在光学器件成型用模具10的冲压构件11的外周部分上的保护构件31。就是说，光学器件成型用模具30具备在一个端面上具有对光学器件材料进行冲压成型的冲压面11a的冲压构件11、在冲压面11a上边形成的中间膜12、在中间膜12上边形成的保护膜13、和固定在冲压构件11的外周部分上的保护构件31。对于光学器件成型用模具10及其构成部分来说，由于已经在实施方案1中说明过了，故省略重复的说明。
保护构件31是一种保护冲压构件11的构件，例如，由金属、金属陶瓷或陶瓷构成。作为保护构件31，使用以碳化钨为主要成分的超硬合金，而且在强度这一点上是理想的。此外，冲压构件11的热膨胀系数，理想的是比保护构件31的热膨胀系数小者。此外保护构件31的热传导性高是理想的。由于保护构件31的热传导性高，故在加热冲压成型光学器件之际，可以生产性良好地进行冲压成型。
保护构件31在其表面上具备保护层32。保护层32是为了提高保护构件31的耐氧化性而形成的。保护层32，例如可以使用Pt-W合金。
另外，保护构件31的形状，并不限定于图3所示的形状。对于具备其它的形状的保护构件的光学器件成型用模具，在图4和图5中示出了一个例子。
参看图4，光学器件成型用模具30a，在冲压构件11的外周部分之内，仅仅在底面一侧(与冲压面11a相反的一侧)才形成有保护构件31a。保护构件31a是具有台阶的大体上为圆筒状的形状，在其表面上具备保护层32。就是说，保护构件31a，具有使内径相同外径不同的2个圆筒接合成使得各自的中心轴一致的形状。
参看图5，光学器件成型用模具30b，在冲压构件11的外周部分之内，仅仅在冲压面11a一侧才具备圆筒状的保护构件31b。
在上述实施方案2的光学器件成型用模具30中，由结晶化玻璃构成的冲压构件11的外周部分用保护构件31进行保护。因此在用光学器件成型用模具30冲压成型光学器件的情况下，与仅仅由以往的玻璃构成的光学器件成型用模具比较起来，在冲压构件11中难于发生裂缝或缺口。
此外，在光学器件成型用模具30中，可以采用把由热传导性比玻璃还好的金属等构成的保护构件31配置到冲压构件11的外周部分上的办法，得到热传导性好的光学器件成型用模具。因此，倘采用光学器件成型用模具30，由于在冲压成型光学器件之际，可以使光学器件成型机的加热器92(参看图9)的热以良好的效率传达到光学器件材料上去，故可以以良好的生产性冲压成型光学器件。
(实施方案3)
在实施方案3中，对本发明的光学器件成型用模具的制造方法，说明一个例子。采用实施方案3的制造方法，可以制造在实施方案1或实施方案2中说明的光学器件成型用模具。
另外对于在本实施方案3中所述的冲压构件11、中间膜12和保护膜13、基台21、保护构件31和保护层32来说，由于与在实施方案1或2中所说明的是一样的，故省略重复的说明。
边参看图6边说明实施方案3的制造方法。首先，如图6(a)所示，把将成为冲压构件11的原料的母玻璃60配置到成型用模具成型机上。
成型用模具成型机具备：冲压头61a和61b；埋设在冲压头61a和61b内的加热器62；配置在冲压头61b上边的筒形模具63；在筒形模具63内移动的母模具64。
母模具64具备已加工成所希望的光学器件形状的冲压面64a，至少在冲压面64a上已形成了用来防止与母玻璃60之间的熔融粘接的保护膜65。母模具64，例如可以使用超硬合金、金属陶瓷或陶瓷等。作为超硬合金例如可以使用WC-Co合金等。此外，作为金属陶瓷，可以使用TiN-TaN系的金属陶瓷或TiC-TaN-Ni-Mo系的金属陶瓷等。对于保护膜65，可以使用耐氧化性、高温强度优良、对于冲压构件的材料呈现惰性的材料。具体地说，保护膜65理想的是由含有从白金、钯、铱、铑、锇、钌、铼、钨和钽中选出来的至少一种金属的薄膜构成。例如，保护膜65，可以使用Pt、Pt-Ir合金或Pt-W合金。
母玻璃60被配置在筒形模具63内，母玻璃60是借助于结晶化变成为冲压构件11的玻璃，理想的是含有成核剂。作为成核剂，例如含有从TiO2、ZrO2、Fe2O3、V2O5、NiO、Cr2O3、氟化物、硫化物、Pt、Ru、Rb、Pd、Os、Ir、Ag和Au中选出来的至少一种。
然后，在用加热器62加热母玻璃60使之软化到软化点以上的温度后，如图6(b)所示，借助于母模具64对母玻璃60进行冲压成型。此外，在在借助于母模具64对母玻璃60进行了冲压后的原封不动的状态下，在使母玻璃60结晶化的条件下进行热处理。其次，采用使母玻璃60一直到室温为止进行冷却的办法，得到冲压构件11。借助于该冲压成型和热处理，形成具有已使光学器件的形状反转后的形状的冲压面11a(参看图1(b))，就可以得到由结晶化玻璃构成的冲压构件11。这时，结晶化处理，也可以在母玻璃60冲压成型后，从成型用模具成型机中取出母玻璃60后进行结晶化处理。另外，母玻璃60进行结晶化的条件，因母玻璃60的种类而不同。
然后，如图6(c)所示，在冲压构件11的至少冲压面11a上边，形成中间膜12和保护膜13。中间膜12和保护膜13，例如可以用溅射法或蒸镀法形成。这样一来，就可以制造光学器件成型用模具10。
其次，边参看图7边说明制造在实施方案1中说明过的光学器件成型用模具10a的情况。首先，如图7(a)所示，把基台21配置在成型用模具成型机的冲压头61b上边，把筒形模具63配置为使得嵌入到基台21的凸部中去。然后，把将成为冲压构件11的母玻璃60配置到既是基台21上边又是筒形模具63内。由于成型用模具成型机和母玻璃60与在上述实施方案1中所说明的是一样的，故省略重复的说明。
然后，如图7(b)所示，借助于母模具64对母玻璃60进行冲压成型。在保持用母模具64使母玻璃60冲压成型后的原样不变，使母玻璃60结晶化的条件下进行热处理。其次，通过使母玻璃60冷却到室温的办法，得到由结晶化玻璃构成且已和基台21进行了粘接的冲压构件11。
然后，如图7(c)所示，在冲压构件11的至少是冲压面11a上边，形成中间膜12和保护膜13。图7(b)和(c)的工序，与在图6(b)和(c)中说明的工序是一样的。这样一来，就可以制造光学器件成型用模具10a。
其次，边参看图8边说明制造在实施方案2中所说明的光学器件成型用模具30的情况。首先，如图8(a)所示，把已形成了保护层32的保护构件31配置在成型用模具成型机的冲压头61b上边，把母玻璃60配置在保护构件31内。保护层32，例如，可以用蒸镀法或溅射法形成。图8(a)的成型用模具成型机，仅仅在没有筒形模具63这一点上与在图6中所说明的成型机不同。也就是说，在这种情况下，保护构件31起着筒形模具的作用。另外，在保护构件31的强度不充分的情况下，也可以把保护构件31配置在筒形模具的内部。母玻璃60与在图6中说明的母玻璃是一样的。
然后，如图8(b)所示，用母模具64对母玻璃60进行冲压成型。此外在保持用母模具64对母玻璃60进行了冲压成型后的原样不变的情况下，在使母玻璃60结晶化的条件下，进行热处理。其次，采用使母玻璃60冷却到室温的办法，得到保护构件31已固定到外周部分上的冲压构件11。
然后，如图8(c)所示，在冲压构件11的至少是冲压面11a(参看图2(b))上边，形成中间膜12和保护膜13。图8(b)和(c)的工序，与在图6(b)和(c)中说明的工序是一样的。这样一来，就可以制造光学器件成型用模具30。
倘采用上述光学器件成型用模具的制造方法，则可以容易地制造在实施方案1或2中所说明的光学器件成型用模具。特别是在上述光学器件成型用模具的制造方法中，由于作为冲压构件11的材料使用的是玻璃，故冲压面11a的加工是容易的，并可以加工精度良好地形成冲压构件11。
(实施方案4)
在实施方案4中，对本发明的光学器件，说明一个例子。
实施方案4的光学器件90，是采用使用在实施方案1或2中所说明的光学器件成型用模具对光学器件材料进行冲压成型的办法制造的光学器件。
以下，参看图9，说明制造本发明的光学器件的方法。首先，如图9(a)所示，把将成为光学器件90的光学器件材料90a配置到光学器件成型机内。光学器件成型机具备：冲压头91a和91b；配置在冲压头91a和91b内的加热器92；圆筒状的筒形模具93；和嵌插到筒形模具93内的光学器件成型用模具94a和94b。其中，光学器件成型用模具94a和94b是在实施方案1或2中说明的本发明的光学器件成型用模具。本身为上模的光学器件成型用模具94a和本身为下模的光学器件成型用模具94b，使得各自的冲压面面对面那样地被插入到筒形模具93内。此外，光学器件材料90a被配置在光学器件成型用模具94a和光学器件成型用模具94b之间。将成为光学器件90的光学器件材料90a，例如，可以使用树脂或玻璃。具体地说，光学器件材料90a，例如可以使用硼硅酸盐玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯树脂等。
然后，在用加热器92，加热光学器件材料90a，使之软化后，如图9(b)所示，用冲压头91a和91b对光学器件材料90a进行冲压成型。然后，采用使成型后的光学器件材料90a冷却的办法，就可以得到光学器件90。
在上述光学器件的制造方法中，使用本发明的光学器件成型用模具使光学器件材料90a冲压成型。因此，可以大量生产加工精度和均一性高的光学器件。此外，由于光学器件成型用模具的耐久性高，故可以用一组的光学器件成型用模具大量生产多个光学器件。
(实施例)
以下，用实施例更为详细地说明本发明。
(实施例1)
在实施例中，对在实施方案1中说明的制作光学器件成型用模具的例子进行说明。在实施例1中，制作在实施方案1中示出的光学器件成型用模具之内，不具备中间膜12和保护膜13的光学器件成型用模具。
实施例1的光学器件成型用模具(以下，叫做光学器件成型用模具101)仅由冲压构件11构成。冲压构件11由含有NiO的结晶化玻璃(软化点850℃)构成，并具有外径6.6mm、高度8.8mm的圆柱形状。光学器件成型用模具101的冲压面11a被高精度地加工成与所要制造的光学器件的形状反转过来的形状(冲压面的曲率半径为3.2mm、加工部分直径为5.0mm的轴对称非球面，形状精度±0.05微米以下，表面粗糙度0.01微米以下)。
对于该光学器件成型用模具101的制作方法，边参看图6(a)和(b)边进行说明。
首先，把结晶化之前的母玻璃60(玻化点442℃，软化点610℃)配置在图6(a)所示的成型用模具成型机上。成型用模具成型机的母模具64由超硬合金(WC-Co)构成。母模具64的冲压面64a，被高精度地加工成与所要制造的光学器件的形状同一的形状(曲率半径为3.2mm、加工部分直径为5.1mm的轴对称非球面，形状精度±0.04微米，表面粗糙度0.01微米以下)。此外，在冲压面64a上边，用溅射法形成由Pt构成的保护膜65(膜厚1.5微米)，目的是提高耐氧化性和耐玻璃熔融粘接性。母玻璃60使用圆柱形状(外径6.6mm)的母玻璃。
其次，在用加热器62把已插入到筒形模具63内的母玻璃60加热到610℃使之软化后，用冲压荷重150kgf(1470N)进行冲压成型。然后，在保持加上了冲压荷重原封不动的状态下进一步升温一直到使母玻璃60结晶化的温度(780℃)为止，维持该温度30分钟以使母玻璃60结晶化。然后，进行冷却一直到室温为止。这样一来，就得到了由结晶化玻璃构成的冲压构件11(光学器件成型用模具101)。
另一方面，作为比较例，制作了比较用成型模具1。比较用成型模具1，采用在借助于对由超硬合金(WC-Co合金)构成的冲压构件进行研削加工形成了冲压面之后，再在冲压面上边形成由Pt构成的保护膜(膜厚1.5微米)的办法制作。
在制作实施例1的光学器件成型用模具101的情况下，由于采用一个母模具64冲压成型母玻璃60的办法可以得到多个光学器件成型用模具101，故可以在非常短的时间内制作光学器件成型用模具101(一个光学器件成型用模具用50分钟)。此外，即便是在制作多个光学器件成型用模具101的情况下，在各个光学器件成型用模具间的形状的不均一性也小(不均一性偏差在0.01微米以下)。
另一方面，使用难于进行精密加工的超硬合金的比较用成型模具1，其加工需要特别的装置和需要很多的时间，制作一个比较用成型模具1需要20个小时。此外在制作多个同形状的比较用成型模具1的情况下，与光学器件成型用模具101比较，形状的不均一性非常大(不均一性偏差在0.07微米以上)。
此外，实施例1的光学器件成型用模具101与比较用成型模具1比，造价为1/30。
(实施例2)
在实施例2中，对于用上述实施例1的光学器件成型用模具101和比较用成型模具1制造的光学器件的一个例子，边参看图9边进行说明。在该实施例2中，用在实施方案4中说明的方法制造光学器件。
在实施例2中，作为本身就是上模的光学器件成型用模具94a，使用上述实施例1的光学器件成型用模具101。而本身就是下模的光学器件成型用模具94b是与光学器件成型用模具94a相同的材料(含有NiO的结晶化玻璃)，仅仅冲压面的形状不同(近似曲率半径为2.6mm、加工部分直径为5.0mm，轴对称非球面)。
然后，如图9(a)所示，把光学器件材料90a配置在光学器件成型用模具94a和光学器件成型用模具94b之间。光学器件材料90a，使用球状(直径4.5mm)的聚甲基丙烯乙酸甲酯树脂(PMMA树脂)。其次，如图9(b)所示，在成型温度180℃、冲压荷重80kgf(784N)的条件下冲压成型光学器件材料90a，制造光学器件90。
用上述方法，反复制作光学器件。此外，作为比较例，使用实施例1的比较用成型模具1反复制造光学器件。
在使用实施例1的光学器件成型用模具101的情况下，通过与使用比较用成型模具1的情况比可见，冲压面的形状的不均一性小，故可以稳定地大量生产器件形状的不均一性小的光学器件。
此外，在实施例1的光学器件成型用模具101中，虽然使用的是由结晶化玻璃构成的冲压构件11，但是结晶化玻璃的软化点却比母玻璃60的软化点还高(结晶化前软化点为610℃，结晶化后软化点为850℃)。因此，倘采用实施例1的光学器件成型用模具101，则即便是在母玻璃60的玻化转变点以上的温度下，也可以冲压成型光学器件。实施例1的光学器件成型用模具101，在实施例2中说明的光学器件的冲压成型温度(180℃)下，具有可以承受冲压荷重的充分的强度，即便是反复1000次进行冲压成型，冲压面也不会因冲压力而引起变形，因而所得到的光学器件的光学性能是良好的。
此外，实施例1的光学器件成型用模具101，对于由PMMA构成的光学器件材料90a是惰性的，因而可以脱模性良好地制造光学器件。
(实施例3)
在实施例3中，对制作在实施例1中说明的光学器件成型用模具的另一个例子进行说明。在实施例3中，制作在实施方案1中所示的光学器件成型用模具之内，具备冲压构件11和保护膜13的光学器件成型用的模具。
实施例3的光学器件成型用模具(以下，叫做光学器件成型用模具102)具备由含有ZrO2的结晶化玻璃(软化点800℃)构成、圆柱状(外径7.0mm、长度7.5mm)的冲压构件11，和在冲压构件11的冲压面11a上边形成的保护膜13。冲压面11a，被高精度地加工成与所要制造的光学器件的形状反转过来的形状(曲率半径为4.5mm、加工部分直径为5.9mm的轴对称非球面，形状精度±0.05微米，表面粗糙度0.01微米以下)。保护膜13使用膜厚1微米的Pt-Ir合金。
其次，边参看图6边说明用实施方案3所示的制作方法制造的该光学器件成型用模具102。
参看图6(a)，母模具64由金属陶瓷(TiN-TaN系)构成，其冲压面64a，被高精度地加工成与所要制造的光学器件的形状为同一的形状(曲率半径为4.5mm、加工部分直径为6.0mm的轴对称非球面，形状精度±0.05微米，表面粗糙度0.01微米以下)。此外，在冲压面64a上边，用蒸镀法形成由Pt-Ir合金构成的保护膜65(膜厚2微米)，目的是提高耐氧化性和耐玻璃熔融粘接性。
把该母模具64与圆柱形状(外径7.0mm、高度7.2mm)的结晶化前的母玻璃60(玻化转变点460℃，软化点550℃)一起插入到筒形模具63的内穴里边。然后，用加热器62把母玻璃60加热到560℃使之软化后，用250kgf(2450N)进行冲压成型，把母模具64的冲压面64a的光学器件形状复制到母玻璃60上，形成冲压面。然后，从成型用模具成型机中取出成型后的母玻璃60使之冷却，照射2分钟紫外线(波长365nm)。借助于该紫外线照射可以促进核的形成。然后，用电炉在使母玻璃60结晶化的条件下(在790℃下保持30分钟)进行热处理，使母玻璃60完全结晶化。然后，进行冷却一直到室温为止。在这样得到的冲压构件11的冲压面11a上边用蒸镀法形成保护膜13(由Pt-Ir合金构成，膜厚1微米)，目的是提高耐氧化性和耐玻璃熔融粘接性。
另一方面，作为对光学器件成型用模具102的比较例，制作冲压面为光学器件的反转形状、使用由钡硼硅酸盐玻璃(玻璃化转变点625℃、软化点835℃)构成的冲压构件的比较用成型模具2。比较用成型模具2，是在冲压成型温度850℃下中压成型的。在比较用成型模具2上没有形成保护膜。在比较用成型模具2中，不进行玻璃的结晶化。
实施例3的光学器件成型用模具102，由于在低温度(560℃)下进行冲压成型，故即便是成型次数大约500次的情况下，也不会有母模具64的冲压面64a的氧化、面粗糙化、和玻璃附着。因此，得到了冲压成型后的冲压面11a的形状精度非常好的光学器件成型用模具10。
另一方面，在比较用成型模具2的情况下，由于成型温度是高温(850℃)，故在成型次数约20次时，母模具64的冲压面64a就发生氧化、面粗糙化，同时还发生了玻璃附着。因此，在比较用成型模具2的情况下，冲压成型后的冲压面的形状精度非常不好。
(实施例4)
在实施例4中，示出了用在上述实施例3中制作的光学器件成型用模具102制造光学器件的一个例子。在该实施例4中，用在实施方案4中说明的方法制造光学器件。以下，边参看图9边进行说明。
参看图9(a)，作为本身就是上模的光学器件成型用模具94a，使用光学器件成型用模具102，作为本身就是下模的光学器件成型用模具94b，使用与光学器件成型用模具94a同一种材料(含有ZrO2的结晶化玻璃、保护膜Pt-Ir)、仅仅冲压面的形状不同的光学器件成型用模具(近似曲率半径为7.2mm、加工部分直径为5.9mm，轴对称非球面)。
此外，作为光学器件材料90a，使用球状(直径6.0mm)的硼硅酸盐玻璃(玻化转变点516℃、软化点607℃)，在成型温度610℃、冲压荷重200kgf(1960N)下，成型光学器件。
使用图9所示的光学器件成型机，反复制造光学器件。此外，作为比较例，使用在实施例3中说明的比较用成型模具2反复制造光学器件。
实施例3的光学器件成型用模具102，冲压构件11使用含有ZrO2的结晶化玻璃。该结晶化玻璃与结晶化前的母玻璃60比较，软化点高(结晶化前的软化点为550℃，结晶化后的软化点为800℃)。因此，若使用光学器件成型用模具102，则即便是在比作为材料的母玻璃60的玻化转变点还高的温度下也具有可以充分承受冲压成型的高温强度，可以以良好的精度冲压成型光学器件。
另一方面，若使用本身为比较例的比较用成型模具2，由于不使用作为材料的玻璃结晶化，故比较用成型模具2的玻化转变点和材料玻璃的玻化转变点相等，如果在材料玻璃的玻化转变点以上的温度下冲压成型光学器件，则冲压面将变形。
此外，相对于比较用成型模具2的成型温度高达850℃，而光学器件成型用模具102的成型温度却低到560℃(参看实施例3)。因此，若用光学器件成型用模具102，则成型温度和室温(冷却时的温度)之间的温度差小，即便是在成型后一直到室温为止进行冷却之际，冲压面的形状的形状变化也小(形状精度±0.05μm)。与此相反，比较用成型模具2，成型后冷却到室温时，冲压面的形状变化大(形状精度为±0.12微米)。为此，使用光学器件成型用模具102得到的光学器件，比使用比较用成型模具2得到的光学器件具有良好的光学器件性能。
此外，光学器件成型用模具102，冲压面的形状不均一性偏差小，在光学器件的成型温度(610℃)下，具有可以承受冲压荷重的充分的强度，冲压面不会因冲压压力而变形，故可以大量生产高品质的光学器件。
此外，如果使用光学器件成型用模具102，由于在冲压面11a上边已形成了保护膜13，故即便是在冲压成型光学器件材料90a(硼硅酸盐玻璃)时，与光学器件材料90a之间的脱模也是容易的。与此相反，若使用比较用成型模具2，由于未形成保护膜，故在对光学器件材料90a进行冲压成型时，经常发生光学器件材料90a和比较用成型模具2之间的熔融粘接。此外，当在光学器件已熔融粘接到比较用成型模具2上的状态下，企图强制性地取出光学器件时，在比较用成型模具2之内的光学器件已经熔融粘接的部分上将发生裂缝或缺口，比较用成型模具2变得不能再继续使用。
(实施例5)
在实施例5中，边参看图7边说明制作在实施方案1中说明的光学器件成型用模具10a的一个例子。
实施例5的光学器件成型用模具(以下，叫做光学器件成型用模具103)，具备垂直剖面为凸字形状的超硬合金(WC-Co合金)制作的基台21(下边台阶的外径为16.0mm，上边台阶的外径为6.5mm，高度为5.0mm)、在基台的端面上边形成的冲压构件11、在冲压面11a上边形成的中间膜12和在中间膜12上边形成保护膜13。
冲压构件11，由含有TiO2的结晶化玻璃(软化点850℃、外径6.5mm、高度2.0mm的大致上的圆柱状)构成。冲压构件11的一方的端面变成为冲压面11a，被高精度地加工成与所要制造的光学器件的形状反转过来的形状(曲率半径为5.0mm、加工部分直径为4.5mm的轴对称非球面，形状精度±0.05微米，表面粗糙度0.01微米以下)。中间膜12使用Cr-Ta合金，膜厚作成为0.5微米。此外，出于提高耐氧化性和耐玻璃熔融粘接性的目的，还形成了由Pt-Ta合金构成的保护膜13(膜厚1.0微米)。
以下，对用在实施方案3中说明的方法制造该光学器件成型用模具103的一个例子。
参看图7，母模具64由金属陶瓷(TiC-TaN-Ni-Mo系)构成，其冲压面64a被高精度地研削加工成与所要制造的光学器件的形状相同的形状(曲率半径为5.0mm、加工部分直径为4.6mm的轴对称非球面，形状精度±0.04微米，表面粗糙度0.01微米以下)。在母模具64的冲压面64a上边，用溅射法形成了由Pt-W合金构成的保护膜65(膜厚1.2微米)，目的是提高耐氧化性和耐玻璃熔融粘接性。
此外，基台21使用超硬合金(WC-Co)，用金刚石砥石研削加工成垂直剖面为凸字形的形状(下边台阶外径为16.0mm，上边台阶的外径为6.5mm，高度为5.0)。接着，如图7(a)所示，在基台21上边，设置圆柱状(外径6.5mm高度1.8mm)的母玻璃60(玻化转变点480℃、玻璃软化点为570℃)，加热到580℃使之软化。其次，如图7(b)所示，用母模具64，用320kgf(3136N)把基台21和母玻璃60作为一个整体进行冲压成型，把母模具64的冲压面64a的光学器件形状，复制到母玻璃60的一个端面上，形成冲压面11a。然后，再次升温，一直升温到使母玻璃60结晶化的温度(800℃)为止，维持该温度60分钟以使母玻璃60完全结晶化。然后使所得到的冲压构件11一直冷却到室温为止。
其次，在冲压面11a上边，用溅射法形成由Cr-Ta合金构成的中间膜12(膜厚0.5微米)，在中间膜12上边，用蒸镀法形成保护膜13(Pt-Ta合金、膜厚1.0微米)，目的是提高耐氧化性和耐玻璃熔融粘接性。这样一来，就制成了光学器件成型用模具103。
(实施例6)
其次，说明用实施例5的光学器件成型用模具103制造光学器件的一个例子。在该实施例6中，用在实施方案4中说明的方法制造光学器件。
参看图9，在实施例6中，作为本身就是上模的光学器件成型用模具94a，使用实施例5的光学器件成型用模具103。而本身就是下模的光学器件成型用模具94b，材料与上模相同，仅仅冲压面11a的形状不同(近似曲率半径为4.5mm、加工部分直径为4.5mm的轴对称非球面)。
光学器件材料90a使用圆柱形状(外径6.0mm、高度3.0mm)的无铅系硼硅酸玻璃(玻化转变点553℃、软化点625℃)。
使用在实施方案4中说明的光学器件成型机，采用在成型温度630℃、冲压荷重300kgf(2940N)的条件下对光学器件材料90a进行冲压成型的办法，反复形成光学器件。
在这里，由于光学器件103的冲压构件11，是由借助于结晶化而使软化点高温化的结晶化玻璃构成的(结晶化前软化点为570℃，结晶化后软化点为850℃)，故即便是在成型温度630℃时也具有可以承受成型的充分的强度。因此即便是反复地进行冲压成型，也不会有冲压面11a的形状因冲压压力而变形的问题。
此外，光学器件成型用模具103，在冲压面11a和保护膜13之间具备中间膜12。因此，与不形成中间膜12的情况比较，即便是反复进行光学器件的冲压成型，保护膜13也不会剥离。
此外，由于光学器件成型用模具103的基台21和冲压构件11已牢固地一体化，故即便是使用该光学器件成型用模具103反复制造光学器件，也不会发生两者脱离的问题。
以上，虽然举例说明了本发明的实施方案，但本发明并不限定于上述实施方案，可以以本发明的技术思想为基础，应用于其它的实施方案中去。
工业上利用的可能性
本发明的光学器件成型用模具，包含具有冲压面的冲压构件，且冲压构件是由结晶化玻璃构成。因此，倘采用本发明的光学器件成型用模具，就可以得到容易进行冲压面的精密加工且可以在高温下进行冲压成型的光学器件成型用模具。
在本发明的光学器件成型用模具的制造方法中，借助于母模具对母玻璃进行冲压成型，再在使母玻璃结晶化的条件下，进行热处理。因此，按照本发明的光学器件成型用模具的制造方法，就可以容易地制造包含具有光学器件的反转形状的冲压面，且由结晶化玻璃构成的冲压构件的光学器件成型用模具。
本发明的光学器件，是用容易进行冲压面的精密加工且可以在高温下进行冲压成型的光学器件成型用模具冲压成型的。因此可以得到光学器件性能及其均一性高的光学器件。

Claims (25)

1.一种光学器件成型用模具，该模具是为用来冲压成型光学器件材料的光学器件成型用模具，其特征是：它含有具有用来冲压成型上述光学器件材料的冲压面的冲压构件，
上述冲压构件是由结晶化玻璃构成。
2.权利要求1所述的光学器件成型用模具，其特征是：在上述冲压面上边具备对于上述光学器件材料呈惰性的保护膜。
3.权利要求2所述的光学器件成型用模具，其特征是：上述保护膜含有从Pt、Pd、Ir、Rh、Os、Ru、Re、W和Ta内选出来的至少一种金属。
4.权利要求2所述的光学器件成型用模具，其特征是：在上述冲压构件和上述保护膜之间，具备用来防止上述保护膜剥离的中间膜。
5.权利要求4所述的光学器件成型用模具，其特征是：上述中间膜，含有在上述冲压构件中含有的成分或在上述保护膜中含有的成分。
6.权利要求4所述的光学器件成型用模具，其特征是：上述中间膜，含有从Cr、Ta、Mo、Ni、W、Zr、Co、Ti和Cu中选出来的至少一种金属。
7.权利要求1所述的光学器件成型用模具，其特征是：还含有由金属构成的基台，且上述冲压构件形成于上述基台上边。
8.权利要求7所述的光学器件成型用模具，其特征是：在上述基台和上述冲压构件之间，还具备金属膜。
9.权利要求1所述的光学器件成型用模具，其特征是：还含有已固定在上述冲压构件的外周部分上的保护构件。
10.权利要求9所述的光学器件成型用模具，其特征是：上述保护构件是由金属、金属陶瓷或陶瓷中的任何一种构成。
11.权利要求10所述的光学器件成型用模具，其特征是：上述保护构件，在其表面上具备保护层。
12.权利要求9所述的光学器件成型用模具，其特征是：上述冲压构件的热膨胀系数比上述保护构件的热膨胀系数小。
13.权利要求1所述的光学器件成型用模具，其特征是：上述结晶化玻璃含有成核剂。
14.一种光学器件成型用模具的制造方法，该方法是具有用来冲压成型光学器件材料的冲压面的冲压构件的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：该方法包括下述工序：
第1工序，用母模具使加热软化后的母玻璃冲压成型以形成上述冲压面；
第2工序，通过在使上述母玻璃结晶化的条件下对冲压成型的上述母玻璃进行加热处理的办法，形成由结晶化玻璃构成的上述冲压构件。
15.权利要求14所述的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：上述第1工序，是在把加热软化的上述母玻璃配置到基台上边之后，用上述母模具对上述母玻璃进行冲压成型以形成上述冲压面的工序。
16.权利要求15所述的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：上述基台在与上述母玻璃接连的面上具备金属膜。
17.权利要求14所述的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：上述第1工序，是在把加热软化的上述母玻璃配置到大致为圆筒状的保护构件的内部之后，用上述母模具对上述母玻璃进行冲压成型以形成上述冲压面的工序。
18.权利要求14所述的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：在上述第2工序之后，还含有在上述冲压面上边形成对于上述光学器件材料呈现惰性的保护膜的第3工序。
19.权利要求14所述的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：在上述第2工序之后，还含有在上述冲压面上形成中间膜的第3工序，和在上述中间膜上边形成对于上述光学器件材料呈惰性的保护膜的第4工序。
20.权利要求19所述的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：上述保护膜含有从Pt、Pd、Ir、Rh、Os、Ru、Re、W和Ta中选出来的至少一种金属。
21.权利要求20所述的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：上述中间膜含有在上述冲压构件中含有的成分或在上述保护膜中含有的成分。
22.权利要求20所述的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：上述中间膜中间膜含有从Cr、Ta、Mo、Ni、W、Zr、Co、Ti和Cu中选出来的至少一种金属。
23.权利要求14到权利要求22中的任何一项所述的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：上述母玻璃含有成核剂。
24.权利要求23所述的光学器件成型用模具的制造方法，其特征是：上述成核剂含有从TiO2、ZrO2、Fe2O3、V2O5、NiO、Cr2O3、氟化物、硫化物、Pt、Ru、Rb、Pd、Os、Ir、Ag和Au中选出来的至少一种。
25.一种光学器件，其特征是：该光学器件是通过使用权利要求1到权利要求13中的任何一项所述的光学器件成型用模具冲压成型光学器件材料的办法制造的。
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