DE3602485A1 - Matrize fuer die herstellung von linsen - Google Patents

Matrize fuer die herstellung von linsen

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DE3602485A1 DE19863602485 DE3602485A DE3602485A1 DE 3602485 A1 DE3602485 A1 DE 3602485A1 DE 19863602485 DE19863602485 DE 19863602485 DE 3602485 A DE3602485 A DE 3602485A DE 3602485 A1 DE3602485 A1 DE 3602485A1
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Takashi Itami Hyogo Yoshioka
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Description

j.-injj. ~. ."der Dipl.-lng. K. Schisschki
(J Mönchen 40, -(isaNviisirfiti?·*
SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES, LTD. Osaka / Japan
Matrize für die Herstellung von Linsen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Matrize für die Herstellung optischer Linsen aus Glas oder Kunstharz zur Verwendung in Büro-Daten-Verarbeitungssystemen, Videogeräten, Kameras und dergleichen. Es soll die Lebensdauer der Matrize unter gleichzeitiger Verringerung der Oxidationswirkung oder sonstiger Schaden an der Oberfläche der Linsen infolge der herrschenden Temperaturen sowie atmosphärischen Bedingungen und Verschleißerscheinungen aufgrund Reibung der einzelnen Materialien während der Herstellung der Linsen heraufgesetzt werden.
Bisher sind solche Linsen durch Überlappen mittels ineffizienter Stanzgeräte hergestellt worden, d.h., die Linsen wurden einzeln hergestellt; vor allem nicht-sphärische Linsen wurden manuell hergestellt, wobei die einzelnen Arbeitsgänge sich jeweils mit Messungen abwechselten.
Zur serienmäßigen Herstellung ist an die Stelle des herkömmlichen Schleifens und Glättens in zunehmendem Maße eine Matrize aus Metall getreten, da diese zum einen eine höhere Ausbeute gewährleistet, und zum anderen die Produkte im Vergleich zu den bekannten Methoden eine geringere Qualitätseinbuße zeitigen.
Nachdem jedoch Form und Abmessungen der Oberflächen der in Büro-Daten-Verarbeitungssystemen, Videogeräten, Kameras und dergleichen verwendeten optischen Linsen normalerweise von Lichtwellenlängen bestimmt sind, ist für die Bearbeitung der optischen Linsen eine sehr hohe Maßgenauigkeit erforderlich.
Daher erzwingt in dem Fall, in dem optische Linsen durch Formen hergestellt werden, auch die Oberflächenrauhigkeit der Metallmatrize einen hohen Genauigkeitsgrad. Darüber hinaus ist eine hohe Maßgenauigkeit in bezug auf Hohlräume und Kerne in der Metallmatrize im Hinblick auf die Übertragung auf die Linse erforderlich.
Dabei ergeben sich bei der vorstehend beschriebenen Formgebungsmethode in bezug auf die Lebensdauer der metallischen Materialien Schwierigkeiten.
Zum einen richtet sich der Einsatz der Metallmatrize nach den Materialien der herzustellenden Linse, und zum anderen wird die Matrize im allgemeinen einer oxidierenden Atmosphäre bei hohen Temperaturen ausgesetzt, wodurch die Oberflächengenauigkeit auch einer kostenintensiven Matrize innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit aufgrund der Oxidationswirkung und Beeinträchtigung der Oberflächengüte des Metalls sowie chemischer Reaktionen zwischen dem Glas und der Metallmatrize und dergleichen abnimmt und die Matrize unbrauchbar wird.
Dadurch konnten auchnichtdie Herstellungskosten für optische Linsen gesenkt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme, indem eine Matrize für die Herstellung von Linsen geschaffen werden soll, welche verbesserte Verschleiß- und Korrosionseigenschaften aufweist.
J o j / 4 3
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Matrize gelöst, welche einen Film aus einer einzigen Schicht oder mehreren dünnen Schichten aus Si^N. oder SiC oder Verbindungen von diesen mit bei hohen Temperaturen überlegenen Verschleißeigenschaften an ihrer Oberfläche aufweist.
Nachdem die erfindungsgemäßen Matrizen für die Herstellung von Linsen mit einem dünnen Film aus Si3N4 oder SiC oder Verbindungen von diesen, welche bei hohen Temperaturen eine überlegene Korrosionsbeständigkeit aufweisen, beschichtet sind, tritt erheblich weniger eine Oxidation oder sonstige Beeinträchtigung des Matrizensubstrats, beispielsweise eine Aufrauhung der Oberfläche des Substrats oder dergleichen auf.
Dabei ist, obwohl der dünne Film sowohl eine kristalline als auch eine amorphe Struktur aufweisen kann, im Hinblick auf die Oberflächenrauhigkeit und eine gute Polierbarkeit der amorphen Struktur der Vorzug zu geben.
Wenn eine Matrize für die Herstellung von Linsen eine Oberflächenrauhigkeit von (R ) 300 bis 500 S für Lichtwel-
ItI 3.x
lenlänge erforderlich macht, so weist ein mit den üblichen Dampfbeschichtungsverfahren (beispielsweise durch chemisches und physikalisches Aufdampfen) hergestellter dünner Film Kristalle einer Größe auf, die den vorstehenden Forderungen in keiner Weise gerecht werden.
Auch wenn es durchaus möglich ist, einen aufgedampften dünnen Kristallfilm zu glätten, so ist dies doch infolge des hohen Härtegrades mit Schwierigkeiten verbunden und darüber hinaus kostenintensiv.
Demgegenüber läßt sich ein amorpher Film gegenüber den Korngrößen der Kristalle ohne weiteres einstellen, so daß ein solcher Film eine Oberflächenrauhigkeit von R 1.000 S
max
oder darunter aufweisen kann.
„ - -5-
Im allgemeinen wird zur Herstellung dünner amorpher Filme die Plasma-Dampfbeschichtung in Betracht gezogen. Hier wird die chemische Reaktion der für die Bildung des dünnen Films erforderlichen gasförmigen Stoffe nicht nur "thermisch" bewirkt, sondern auch dadurch, daß man die gasförmigen Stoffe durch die Verwendung von "Plasma" oder dergleichen aktiviert. Auf diese Weise entsteht ein verbesserter, den besonderen Erfordernissen entsprechender Film.
Die Erfinder haben nunmehr aufgrund verschiedener Untersuchungen festgestellt, daß für die gleichmäßige Dampfbeschichtung eines Substrats mit einer sphärischen als auch einer nicht-sphärischen Oberfläche, beispielsweise einer Matrize für die Herstellung von Linsen, im Hinblick auf die Filmdickenverteilung als auch auf die Strömungsverhältnisse der gasförmigen Stoffe ein chemisches Aufdampfen sehr geeignet ist.
Ferner haben die Erfinder Untersuchungen in bezug auf eine wirksame Aufdampfung eines amorphen Films mit R 1.000 Ä oder darunter angestellt und sind zu dem Ergebnis gekommen, daß die chemische Plasma-Dampfbeschichtung, bei welcher eine Kombination aus "Plasma"- und chemischem Aufdampfen vorliegt, sehr geeignet ist.
Darüber hinaus haben Untersuchungen ergeben, daß Gleichstrom, Radiofrequenzen, Mikrowellen und dergleichen eine gute Plasma-Energiequelle darstellen. Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausfürungsformen im einzelnen beschrieben.
Beispiel 1
Es wurde eine aus Carbidlegierungen bestehende Metallmatrize mit einem 3 ym dicken kristallinen und amorphen SiC- bzw. Si3N4-FiIm sowohl mittels der üblichen chemischen Aufdampfmethode als auch der Plasma-Aufdampfmethode unter Verwendung einer Radiofrequenzquelle von 13,56 MHz
beschichtet.
Da die Oberflächenrauhigkeit der durch die chemische Plasma-Dampfbeschichtung erhaltenen Proben etwa 800 Ä betrug, ließen sich auf die mittels der chemischen Aufdampfung erhaltenen Proben, die keiner Oberflächenbehandlung unterworfen worden waren, durch Polieren bis zu einer Rauhtiefe von etwa 800 S endbearbeiten.
Die Proben wurden dann zur Herstellung von Linsen aus PoIymethylmethacrylat verwendet, um ihre Funktionstüchtigkeit zu testen. Die Ergebnisse gehen aus der Tabelle 1 hervor.
Tabelle
Aufzutra4- Dampf bescnlchtungs.»· Str-uüLüur
gendes-. Ha- methode terial
Anzahl der Verwendungen bis zum Erlöschen der Lebensdauer"
SiC Chemisches Auf kristallin 5.900
dampfen
SiC Chemisches Auf
dampfen mit Plasma amorph 6.800
Si3N4 Chemisches Auf kristallin 6. 100
dampfen
Si3N4 Chemisches Auf amorph 5.300
dampfen mit Plasma
Vergleichs — — 1 . 800
beispiel
unbe
schichtet
Anmerkung: * Die Lebensdauer wurde unter Zugrundelegung
ermittelt.
von R = 1.200
Beispiel 2
Es wurde eine aus rostfreiem Stahl bestehende Matrize mit einem 3 jum dicken Film aus amorphem SiC durch chemische Plasma-Dampfbeschichtung unter Verwendung einer hochfrequenten Energiequelle von 13,56 MHz bei einer Temperatur von 500° C beschichtet.
Sowohl die mit dem SiC-FiIm beschichtete Matrize als auch eine Metallmatrize aus rostfreiem Stahl, welche keiner Beschichtungsbehandlung unterworfen worden war, wiesen eine Rauhtiefe von 1.000 A oder darunter auf. Diese Matrizen wurden zur Herstellung von Kunststofflinsen aus Acrylharz verwendet, wobei die aus rostfreiem Stahl bestehende und nicht mit einem SiC-FiIm beschichtete Metallmatrize nach 7.500-maligem Gebrauch eine Oberflächenrauhigkeit von 1.300 S. aufwies. Demgegenüber wies die mit dem SiC-FiIm beschichtete Matrize selbst nach 10.000-maligem Gebrauch eine Oberflächenrauhigkeit von 1.000 A oder darunter auf.
Beispiel 3
Es wurde eine aus Carbidlegierungen bestehende Matrize mit einem 5 μνα dicken Film aus amorphem Si3N4 durch chemisches Aufdampfen mit Plasma unter Verwendung eines Gleichstromplasmas bei einer Temperatur von 800 C beschichtet. Die mit dem Si3N4-FiIm beschichtete Matrize und eine nicht mit dem Film beschichtete Matrize wurden 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 9 50° C auf ihre Oxidationsbeständigkeit getestet. Beide Matrizen wiesen vor dem Versuch eine Oberflächenrauhigkeit von 800 S auf. Eine 1.200-malige Wärmebehandlung führte zu "Nebelbildungen11 an der Oberfläche der nicht mit dem Si3N4-FiIm versehenen Matrize und zu einer Oberflächenrauhigkeit von 1.300 S, wodurch die Matrize unbrauchbar wurde. Hingegen bildeten sich bei der mit dem Si3N4-FiIm beschichteten Matrize an der Oberfläche
-ö- D J / ή d ö
keine "Nebel", und die Oberflächenrauhigkeit von 800 Ä oder darunter blieb selbst nach 2.000-maliger Wärmebehandlung erhalten.
Beispiel 4
Es wurde eine Matrize aus stark nickelhaltigen Legierungen mittels chemischer Plasma-Dampfbeschichtung unter Verwendung einer Mikrowellenquelle von 2,45 GHz mit einem 0,7 jam dicken Film aus amorphem Si(CN) beschichtet. Die mit dem Si(CN)-FiIm beschichtete Metallmatrize und eine nicht mit dem Film beschichtete Matrize wurden zum Vergleich ihrer Eigenschaften für die Herstellung von Polymethylmetacrylat verwendet. Dabei zeigt die nicht mit dem Si(CN)-FiIm beschichtete Matrize nach 1.500-maligem Gebrauch Nebelbildungen und wurde mit einer Rauhtiefe von 1.350 ä unbrauchbar, während die mit dem Si(CN)-Film, beschichtete Metallmatrize eine glänzende Oberfläche aufwies und selbst nach 2.000-maIigem Gehrauch ihre Rauhtiefe von 1.000 R behielt.
Wie bereits erwähnt, lassen sich die Korrosionsbeständigkeit und die Lebensdauer einer Matrize dadurch erheblich verbessern, daß man sie entweder mit Si3N4 oder SiC oder von · diesen dampffceschichtet.
Dip. Dlpl.-lr
Z München AO

Claims (3)

SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES, LTD. Osaka / Japan Patentanwälte Dipl.-lng. E. Eder Dip!.-ing. K. Schiesehkä * G Mfincher: 40. Eiiia^eihsir^Se 34 - Matrize für die Herstellung von Linsen Patentansprüche
1. Matrize für die Herstellung von Linsen, dadurch gekennzeichnet , daß die Matrize mit einem aus einer oder mehreren Schichten bestehenden dünnen Film aus Silicon-Nitrid oder Silicon-Carbid oder beiden Verbindungen dampfbeschichtet wird.
2. Matrize zur Herstellung von Linsen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Film eine amorphe Struktur aufweist.
3. Matrize zur Herstellung von Linsen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dampfbeschichtung ein chemisches Aufdampfen mit Plasma Verwendung findet.
" München ü0, ■:;■-
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