JP2003095669A - 光学素子成形用型 - Google Patents

光学素子成形用型

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子をプレス成形する型母材の成形面に
成膜した膜の剥離を防止し、しかもガラスとの非融着性
に優れ、耐久性のある光学素子成形用型を作製する。 【解決手段】 光学素子成形用型はガラスからなる光学
素子のプレス成形に用いる。型母材の少なくとも成形面
に対し、成形面から近い順に第1層としてクロム層また
はチタン層、第2層としてクロム、チタンまたはアルミ
ニウムの内の少なくとも1種類を含む窒化物層、第3層
として白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、オス
ミウム、ルテニウム、レニウムから選択される少なくと
も1種類を含む金属層または合金層あるいは化合物層を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ、プリズム
等のガラスからなる光学素子を、ガラス素材のプレス成
形により製造するために使用する光学素子成型用型に関
する。 【0002】 【従来の技術】研磨工程を必要としないでガラス素材の
プレス成形によってレンズを製造する技術は、従来の製
造において必要とされた複雑な工程をなくし、簡単且つ
安価にレンズを製造することを可能とするところから、
近年、レンズのみならずプリズムやその他のガラスから
なる光学素子の製造に使用されている。 【0003】このようなガラスの光学素子のプレス成形
に使用される型材に要求される性質としては、硬度、耐
熱性、ガラスとの非融着性、鏡面加工性等に優れている
ことが要求される。このため、この種の型材としては、
従来より金属、セラミックスを用いると共に、その成形
面に種々の化合物を成膜することがなされている。例え
ば、特公平6−88803号公報には、超硬合金にイリ
ジウムとレニウムとからなる化合物をコーティングした
成形用型が提案されており、特開平7−172849号
公報には、貴金属あるいはタングステン、タンタルなど
からなる保護層と、加工を容易にする加工層を形成した
成形用型が提案されている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
6−88803号公報記載の成形用型では、超硬合金に
イリジウムとレニウムからなる化合物をコーティングす
ることにより酸化物を作りにくくしているため、ガラス
の融着を起こしにくいが、型母材とコーティング膜との
密着が不十分であり、コーティング膜の剥離等が発生し
易い問題を有している。 【0005】特開平7−172849号公報記載の成形
用型では、貴金属あるいはタングステン、タンタルなど
からなる保護層と、加工を容易にする加工層を形成する
ことにより、ガラスの離型性が良く、ガラスの融着を防
止しているが、密着性向上の対策がなされておらず、膜
剥離を防止することができない。ここで、加工層とし
て、例えばクロム等の密着性の高い材料を選択したとし
ても、成形操作を繰り返して行うと、成形雰囲気中の酸
素あるいはガラスに含まれる酸素が徐々に貴金属層を透
過し、クロム層を酸化させる。そして、酸化したクロム
は密着層としての役割を果たすことが困難であり、最終
的に膜剥離が発生する問題を有している。 【0006】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を考慮してなされたものであり、繰り返しの成形に伴う
膜の剥離を改善し、且つガラスとの非融着性に優れ、耐
久性の高い光学素子成形用型を提供することを目的とす
る。 【0007】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、ガラスからなる光学素子のプレ
ス成形に用いる光学素子成形用型であって、型母材の少
なくとも成形面に対し、成形面から近い順に第1層とし
てクロム層またはチタン層、第2層としてクロム、チタ
ンまたはアルミニウムの内の少なくとも1種類を含む窒
化物層、第3層として白金、パラジウム、イリジウム、
ロジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウムから選択
される少なくとも1種類を含む金属層または合金層ある
いは化合物層を形成したことを特徴とする。 【0008】ガラスプレス成形、特に高融点硝材のプレ
ス成形においては、型表面にパラジウム、イリジウム、
ロジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム等からな
る材料をコーティングすると離型性に優れることが知ら
れている。 【0009】一方、本発明において、成形面上に形成さ
れるクロム層あるいはチタン層は、一般的にコンタクト
メタルとして常用されるものであり、型母材と充分な密
着力を有している。 【0010】また、これらの中間層として形成されるク
ロム、チタン、アルミニウムの内、少なくとも1種類を
含む窒化物層、例えば窒化クロム層、窒化チタン層ある
いは窒化アルミニウム層、窒化アルミチタン層は、ドリ
ル等の工具への適用が多いことからも分かるように、耐
熱性、耐酸化性に優れた性質を有している。本発明にお
いて、これらの材料を中間層として形成すると、成形の
繰り返しに伴って成形面最表面から徐々に侵入してくる
酸素を遮断することが可能となる。従って、酸素が第1
層のクロム層やチタン層に到達することがなく、密着層
である第1層の酸化及びそれに伴う膜剥離を長期間防止
することが可能となる。 【0011】本発明における各層を形成する手段として
は特に限定されるものではなく、蒸着、反応蒸着、イオ
ンビームやRF、DC等によるスパッタリング、蒸着と
イオンビーム照射を同時に行うイオンビームミキシング
あるいはCVD等から使用条件に合わせて適宜選択すれ
ば良く、複数の成膜方法を組み合わせることも可能であ
る。 【0012】また、各層の膜種の組合せは限定されるも
のではないが、第1層にクロムを使用した場合、第2層
に窒化クロムを使用し、第1層にチタンを使用した場
合、第2層にチタン系の材料を使用した方が成膜工程を
単純化できるといった点から好ましい。 【0013】 【発明の実施の形態】(実施の形態1)この実施の形態
では、曲率半径R=150mm、表面粗さRmax=
0.03μm、直径φ=5mm、肉厚=2mmのガラス
レンズをプレス成形するための成形用型を作製した。型
母材としては、炭化ケイ素焼結体を所定の形状に加工し
た後、成形面を鏡面研磨したものを用いた。 【0014】そして、型母材を洗浄した後、クロムター
ゲットを使用したアルゴンイオンビームスパッタリング
により厚さ2000Åのクロム層を型母材の成形面に成
膜した。その後、窒素ガス、窒化クロムターゲットを使
用した反応性スパッタリングにより第2層としての厚さ
3000Åの窒化クロム層を成膜した。さらに、イリジ
ウム:白金=50:50の化合物ターゲットを使用し、
第3層としての厚さ5000Åの化合物層を成膜した。
これを実施の形態1の成形用型とする。 【0015】一方、同形状の型母材の成形面に対して、
イリジウムと白金の化合物層のみを厚さ5000Åで成
膜した成形型(比較例1の成形用型)及び同様に厚さ2
000Åのクロム層上にイリジウムと白金の化合物層を
5000Åの厚さで成膜した成形型(比較例2の成形用
型)を作製した。 【0016】上記3種類の成形用型を用いて、フリント
系ガラスLaSF03(軟化点Sp=687℃、ガラス
転移点Tg=610℃)を成形機によりプレス成形し、
不良発生までの成形回数を3種類の型で比較して評価し
た。比較例1の成形用型は、50ショット経過時に膜剥
離が発生し継続不可能となった。また、比較例2の成形
用型では、300ショット経過時に膜剥離が発生し、継
続不可能となった。 【0017】その後、比較例1の成形用型及び比較例2
の成形用型の膜剥離部及びガラスに貼り付いた膜を元素
分析したところ、比較例1の成形用型では膜剥離部から
ケイ素が、ガラスに貼り付いた膜からクロムが検出さ
れ、比較例2の成形用型では膜剥離部とガラスに貼り付
いた膜双方からクロムと酸素が検出された。このことか
ら、比較例1の成形用型では、型母材と膜の界面におい
て剥離が発生し、比較例2の成形用型では繰り返しの成
形に伴ってクロム層が酸化し、クロム層内で剥離が発生
したことが確認された。 【0018】これに対し、実施の形態1の成形用型で
は、5000ショットのプレス成形が可能であった。ま
た、5000ショット成形した後の成形用型を電子顕微
鏡及び元素分析装置で観察、分析したところ、表面には
成形中に異物が混入したと見られる若干の浅い傷が認め
られが、膜剥離は発生しておらず引き続きのプレス成形
が可能な状態であった。クロム層が型母材との密着性を
確保し、窒化クロム層が酸素を遮断し、クロム層の酸化
を防止しているためであると考えられる。また、成形品
についても表面粗さ、面精度、透過率、形状精度とも良
好であった。 【0019】このような実施の形態では、型母材表面に
クロム層と、窒化クロム層と、イリジウムと白金の化合
物層とを形成することにより、ガラスの良好な離型性を
有し、膜剥離ない高い耐久性を有した成形用型とするこ
とができた。 【0020】(実施の形態2)実施の形態1と同様に、
曲率半径R=150mm、表面粗さRmax=0.03
μm、直径φ=5mm、肉厚=2mmのガラスレンズを
プレス成形するための成形用型を作製した。型母材とし
ては、超硬合金を所定の形状に加工した後、成形面を鏡
面研磨したものを用いた。 【0021】型母材を洗浄した後、DCスパッタリング
により厚さ2000Åのチタン層を型母材の成形面上に
成膜した。その後、窒素ガスを流しながらDCスパッタ
リングを行うことにより厚さ4000Åの窒化チタン層
を成膜した。さらに、イリジウムターゲット上にレニウ
ムの薄片を並べてDCスパッタリングを行うことによ
り、厚さ4000Åのイリジウムとレニウムからなる化
合物層を形成した。この実施の形態ではイリジウム:レ
ニウムの比率が70:30になるようレニウム薄片の量
を調節した。これを実施の形態2の成形用型とする。 【0022】一方、同形状の型母材の成形面に対してイ
リジウムとレニウムの化合物層のみを厚さ4000Åで
成膜した成形用型(比較例3の成形用型)及び同様に厚
さ500Åのチタン層上に、イリジウムとレニウムの化
合物層を4000Åの厚さで成膜した成形用型(比較例
4の成形用型)を作製した。 【0023】この実施の形態においても、実施の形態1
と同様に成形機にてプレス成形を行い、不良発生までの
成形回数を評価した。比較例3の成形用型は、5ショッ
ト経過時に膜剥離が発生し継続不可能となった。また、
比較例4の成形用型は、250ショット経過時に膜剥離
が発生し、継続不可能となった。 【0024】そして、これらの成形用型の膜剥離部及び
ガラスに貼り付いた膜を元素分析したところ、比較例3
の成形用型では、膜剥離部からタングステンと炭素が検
出され、ガラスに貼り付いた膜からはチタンが検出され
た。比較例4の成形用型では、膜剥離部からはチタンと
酸素が検出され、ガラスに貼り付いた膜からはイリジウ
ムとレニウムが検出された。このことから、比較例3の
成形用型では、型母材と膜の界面において剥離が発生
し、比較例4の成形用型では、繰り返しの成形に伴って
チタン層が酸化し、チタン層とイリジウムとレニウムの
化合物層との界面で剥離が発生したことが確認された。 【0025】これに対し、実施の形態2の成形用型で
は、5000ショットの成形が可能であった。また、5
000ショット成形した後の型を電子顕微鏡で観察した
ところ、傷、クラック、膜剥離等は発生しておらず、引
き続きの成形が可能な状態であった。また、この成形用
型に対してXPSによる深さ分析を行ったところ、チタ
ン層、窒化チタン層への酸素の混入は認められず、両層
とも酸化していないことが分かった。さらに、成形品に
ついても表面粗さ、面精度、透過率、形状精度とも良好
であった。 【0026】この実施の形態では、型母材の成形面にチ
タン層と、窒化チタン層と、イリジウムとレニウムの化
合物層とを形成することにより、ガラスの良好な離型性
を有し、膜剥離ない高い耐久性を有した成形用型とする
ことができた。 【0027】 【発明の効果】請求項1の発明によれば、成形初期及び
繰り返しの成形に伴う膜の剥離を防止することができ、
しかもガラスとの非融着性に優れ、耐久性の高い光学素
子成形用型とすることができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 ガラスからなる光学素子のプレス成形に
    用いる光学素子成形用型であって、型母材の少なくとも
    成形面に対し、成形面から近い順に第1層としてクロム
    層またはチタン層、第2層としてクロム、チタンまたは
    アルミニウムの内の少なくとも1種類を含む窒化物層、
    第3層として白金、パラジウム、イリジウム、ロジウ
    ム、オスミウム、ルテニウム、レニウムから選択される
    少なくとも1種類を含む金属層または合金層あるいは化
    合物層を形成したことを特徴とする光学素子成形用型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008110902A (ja) * 2006-10-31 2008-05-15 Olympus Corp 光学素子成形用金型及びその製造方法

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