【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学面を持ったガラス製の光学部品を成形するためのモールド成形金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス製光学レンズの生産効率を向上させるため、光学面を研磨加工せずに加熱しつつ金型の成形面にプレス成形により製造するガラスモールド成形の果たす役割が大変重要になってきている。製品の多様化に伴い、特にプラスチックレンズの採用が困難または不可能な状況の下で、軸対称の非球面レンズや非軸対称の自由曲面レンズの需要が増大している。このように、光学面が一定曲率の球面とはならないガラス製の光学レンズを大量生産するためには、金型を使用したモールド成形による方法を採用せざるを得ない。この場合、金型を構成する材料としては耐熱性と高い硬度とを併せ持つ超硬合金に代表される焼結合金やセラミックスなどが一般に用いられている。
【０００３】
ところで、直径が１５mm前後よりも小さなガラス製光学部品をモールド成形する場合、毎分数十度(℃)の割合でこれを急速加熱または急速冷却が可能である。しかしながら、成形されるガラス製光学部品の体積が増加するのに伴い、その加熱または冷却の際に、光学部品の中心部と外側との温度差が次第に増大する結果、この温度差をなくすために１個当たりの成形時間が大幅に増加するという問題がある。このため、比較的体積の大きなガラス製光学部品を大量生産する必要がある場合、比較的体積の小さなガラス製光学部品を大量生産する場合と比較すると、より多数の金型を用意する必要が生ずる。また、光学部品の製品ライフが短い昨今、光学部品の設計から製造までの期間を迅速化させる必要があるため、現在では金型の製造も極めて短時間で行えるようにすることが要求されている。
【０００４】
このような観点から、１つのマスター型（成形母型）を作り、この成形母型を転写してレプリカ金型を製造する技術が特許文献１や特許文献２に記載されている。具体的には、特許文献３に記載されているように、レプリカ金型としてガラスを用い、このガラス製金型を成形母型によりプレス成形して製造するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−２２６８２５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開昭６４−３３０２２号公報
【０００７】
【特許文献３】
特許第２６１６９６４号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ガラス製の光学部品をモールド成形するための金型を焼結合金やセラミックスなどで形成したものは、成形すべき光学部品の体積が増加するに連れて金型自体の寸法も大型化し、そのための加工時間が嵩んでしまい、金型製造のためのリードタイムや金型製造コストが増大する欠点がある。
【０００９】
特許文献３に開示されたレプリカ型全体がガラス製のものは、成形時や段取り操作の際に割れや欠損を金型に生ずるおそれがあり、しかも成形の反復に対する耐久性に問題があった。具体的には、成形時における金型自体の絶対変形量が大きく、６０mmの厚さのガラス製金型の場合には１００００ショットの成形後で約２μmの潰れが生じ、高精度な成形が困難となる。また、ガラス製の金型の熱伝導率は、金属などと比較すると５０〜１００分の１程度しかなく、金型の温度を迅速に昇温または降温させ、金型全体に亙って均一な温度に制御することが困難である。さらに、成形時の加工精度を上げるため、金型とこれを収容する筒状の胴型との嵌め合い隙間を５μm程度に設定することが好ましいが、金型全体がガラスにて形成されているため、胴型を構成する金属との熱膨張係数の相違により、上述した嵌め合い隙間を５μm程度に維持することが困難である。
【００１０】
【発明の目的】
本発明の目的は、光学面を持ったガラス製の光学部品を高精度に形成し得ると共に製造が容易であって耐久性の高いモールド成形金型を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の形態は、光学面を持った光学部品をモールド成形するための金型であって、焼結合金部と、この焼結合金部に一体的に接合されるガラス部とを具え、前記ガラス部が前記光学面と対応した成形面を有することを特徴とするモールド成形金型にある。
【００１２】
本発明においては、成形面が形成されたガラス部以外は耐久性および耐熱性に優れた硬質の焼結合金部にて形成されており、焼結合金部に対するガラス部の割合を少なく設定することにより、モールド成形金型全体の耐久性および耐熱性を焼結合金部の特性に近づけ、同時にガラス部の存在によって成形面の製造が容易化される。
【００１３】
本発明によるモールド成形金型において、焼結合金部が炭化タングステン，炭化タンタル，炭化チタンの少なくとも１つをコバルト，ニッケル，クロム，鉄，モリブデン，バナジウムの少なくとも１つで結合してなる超硬合金か、あるいはタングステン，チタン，炭素を主成分とし、チタンの一部がタンタル，バナジウム，ニオブ，クロム，モリブデン，ハフニウム，ジルコニウムの少なくとも１つで置換され、かつ炭素の一部が窒素で置換された合金であってよい。この場合、モールド成形金型の耐久性や耐熱性ならびに硬度などを高めることができる。
【００１４】
焼結合金部は、ガラス部に対する接合性を向上させるための接合性向上層をその表面に有することができる。この場合、接合性向上層が焼結合金部の酸化物にて形成されているものであってよい。あるいは、接合性向上層をチタン，タンタル，ニッケル，クロムの何れかの金属またはこれらを２つ以上含む合金の酸化物にて形成することも可能である。これによって、焼結合金部とガラス部とを確実に接合することができる。
【００１５】
ガラス部は、その厚みが５mm以下であることが好ましい。ガラス部の厚みを５mm以下に設定することにより、モールド成形金型の耐久性を損なうことなく、高精度な光学面を持ったモールド成形金型を容易に製造することができる。
【００１６】
ガラス部は、成形面を構成する離型促進層と、この離型促進層とガラス部の表面との間に介在するガラス保護層とを有することができる。この場合、離型促進層が白金，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，金，タングステン，タンタルの何れかの金属またはこれらを２つ以上含む合金か、あるいは硬質炭素にて形成されているものであってよい。また、ガラス保護層がチタン，タンタル，クロム，シリコンの何れか１つの炭化物，窒化物，炭窒化物の何れかにて形成されているものであってよい。ガラス保護層の存在によってガラス部の耐久性を高めて成形面の形状を良好に保つことができ、離型促進層によって成形される光学部品の光学面の剥離性を良好に保つことができる。
【００１７】
焼結合金部およびガラス部の熱膨張係数の差が２５℃〜６００℃の範囲内で２×１０-6以内にあることが好ましく、これによって焼結合金部とガラス部との接合性を良好に維持することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
焼結合金部およびこの焼結合金部に一体的に接合されるガラス部を具え、光学面を持った光学部品をモールド成形するための金型の製造方法であって、前記焼結合金部の表面に接合性向上層を形成するステップと、前記接合性向上層の表面に前記ガラス部を重ねると共に前記光学部品の光学面とほぼ合致する光学面が形成された成形母型をその光学面が前記ガラス部の表面に接触するように重ねるステップと、熱間プレスにより前記成形母型を前記ガラス部に押し付け、前記接合性向上層を介して前記焼結合金部と前記ガラス部とを一体的に接合すると共に前記ガラス部の表面を前記成形母型の光学面と対応した形状に成形するステップとを具えたことを特徴とする金型の製造方法も本発明の他の形態となり得るものである。
【００１９】
この金型の製造方法によると、成形母型を用いて焼結合金部とガラス部とからなるハイブリッド構造のモールド成形金型を容易かつ効率良く低コストにて製造することができ、例えば１００００ショットの成形を行った後でも金型の変形や割れなどの不具合が生じないことを確認できた。
【００２０】
この金型の製造方法において、焼結合金部の表面に接合性向上層を形成するステップが焼結合金部の表面を酸化させるステップを有するものであってよい。あるいは、チタン，タンタル，ニッケル，クロムの何れかの金属またはこれらを２つ以上含む合金の薄膜を形成するステップと、この金属または合金の薄膜を酸化させるステップとを有するものであってよい。これによって、焼結合金部とガラス部とをより確実に接合することができる。
【００２１】
成形母型の光学面と対応した形状に形成されたガラス部の表面にガラス保護層を形成するステップと、このガラス保護層の上に光学部品の光学面を成形するための成形面となる離型促進層を形成するステップとをさらに具えることができる。この場合、ガラス保護層をチタン，タンタル，クロム，シリコンの何れか１つの炭化物，窒化物，炭窒化物の何れかにて形成することができる。また、離型促進層を白金，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，金，タングステン，タンタルの何れかの金属またはこれらを２つ以上含む合金か、あるいは硬質炭素にて形成することができる。ガラス部の表面にガラス保護層を形成することにより、ガラス部の耐久性を高めてその表面の形状を良好に保つことができる。また、このガラス保護層の上に離型促進層を形成することにより、成形面に対するモールド成形される光学部品の光学面の剥離性を良好に保つことができる。
【００２２】
【実施例】
本発明によるモールド成形金型を図１に示すような断面構造のメニスカスレンズに応用した実施例について、図２〜図１０を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。
【００２３】
図１に示すメニスカスレンズ１は、凸光学面１ａと凹光学面１ｂとを有し、本実施例では燐酸系の光学ガラスにて形成される。このメニスカスレンズ１の凸光学面１ａを成形するための本実施例のモールド成形金型１０ａの断面構造を図２に示し、凹光学面１ｂを成形するための本実施例におけるモールド成形金型１０ｂの断面構造を図３に示す。何れのモールド成形金型１０ａ，１０ｂも焼結合金部１１と、ガラス部１２と、このガラス部１２と焼結合金部１１との接合性を向上させるための接合性向上層１３と、ガラス部１２の表面に形成されるガラス保護層１４と、このガラス保護層１４に積層されて表面がメニスカスレンズ１の凸光学面１ａおよび凹光学面１ｂに対応した成形面１５ａ，１５ｂをそれぞれ構成する離型促進層１５とを有する。
【００２４】
本実施例における焼結合金部１１は、富士ダイス株式会社製のＭ４５という名称の超硬合金（熱膨張係数：５.５×１０-6）を成形すべきメニスカスレンズ１の輪郭形状に対応した所定の直方体形状に研削および研磨加工を行ったものであり、本実施例における接合性向上層１３は、上述した超硬合金製の焼結合金部１１の表層部を酸化させることによって形成したものである。本実施例におけるガラス部１２は、株式会社住田ガラス製のＺnＳＦ8（Ｔg＝５１８℃，熱膨張係数：４×１０-6）をプレス成形したものである。また、本実施例におけるガラス保護層１４は、０.５μmの膜厚の窒化チタン(ＴiＮ)にて形成され、本実施例における離型促進層１５は、１００nmの膜厚の硬質炭素にて形成されている。
【００２５】
このような一方のモールド成形金型１０ａの製造手順を図４〜図８を参照しながら説明するが、他方のモールド成形金型１０ｂの製造手順も全く同じである。
【００２６】
まず、焼結合金部１１となる超硬合金に対し、成形すべきメニスカスレンズ１の輪郭形状に対応した所定の直方体形状に研削および研磨加工を行った後、雰囲気制御可能なチャンバ内にて酸素アッシングを行い、その表層部を酸化させて接合性向上層１３を形成する。なお、この接合性向上層１３が形成される部分の焼結合金部１１の表面は、予めダイヤモンドペーストを用いて研磨され、その表面の二乗平均粗さＲＭＳが２nm程度となるように仕上げている。
【００２７】
このようにして接合性向上層１３が形成された焼結合金部１１を矩形のカップ型断面を有する成形胴型２０内にセットし（図４参照）、さらにガラス部１２となる厚さが５mmの板ガラス１２ｐを焼結合金部１１の接合性向上層１３の上に置く（図５参照）。
【００２８】
次に、成形胴型２０内にガラス部１２を成形するための成形母型３０を投入する（図６参照）。この成形母型３０は、成形すべきメニスカスレンズ１の輪郭形状に対応した所定の直方体形状に形成された超硬合金を用い、その成形面３０ａをあらかじめメニスカスレンズ１の凸光学面１ａの近似形状に研削加工し、この研削された成形面３０ａに対し、導入ガスとしてアルゴンガスとメタンガスとを用いてＮi−Ｐターゲットによりスパッタリングを行い、Ｎi−Ｐおよびその炭化物からなる混合膜を５０μmの厚さに形成する。そして、この混合膜をダイヤモンドバイトを用いて所定の形状に切削加工を行った後、その加工表面に均等研磨を施し、さらにイオンプレーティングによって０.５μmの膜厚の窒化チタン層を形成し、最後にイオンビーム蒸着により離型促進層となる１００nmの膜厚の硬質炭素層を形成したものである。
【００２９】
このようにして製造された成形母型３０と共に成形胴型２０内を６００℃に加熱し、成形母型３０を板ガラス１２ｐの表面に押し付け、板ガラス１２ｐをプレス成形してガラス部１２を形成する一方、焼結合金部１１とガラス部１２とを接合性向上層１３を介して一体的に接合する（図７参照）。これにより、ガラス部１２の表面に成形母型３０の成形面３０ａに対応した形状の転写面１２ａが形成される。
【００３０】
しかる後、成形胴型２０から成形母型３０を抜き出し、次いで焼結合金部１１とガラス部１２との一体化物を取り出し、この一体化物のガラス部１２の表面にガラス保護層１４を形成し（図８参照）、さらにこのガラス保護層１４の表面に離型促進層１５を形成して図２に示すモールド成形金型１０ａを完成する。
【００３１】
このようにして製造されたモールド成形金型１０ａ，１０ｂを用いて図１に示すメニスカスレンズ１を成形する場合、図９に示すように成形胴型２０内に凸光学面１ａ形成用のモールド成形金型１０ａと、燐酸系光学ガラスにてあらかじめ近似形状に成形されたメニスカスレンズ１のブランク１ｐと、凹光学面１ｂ形成用のモールド成形金型１０ｂとを順に入れ、これらを420℃に加熱しつつ凹光学面１ｂ形成用のモールド成形金型１０ｂをブランク１ｐに押し付け、図１に示すようなメニスカスレンズ１を成形する。連続成形機によってこのメニスカスレンズ１を３０００ショット成形した結果、何れの場合も良好なメニスカスレンズ１が得られ、３０００ショット成形後においてもモールド成形金型１０ａ，１０ｂの割れや表面の劣化が認められなかった。
【００３２】
上述した第１の実施例では、焼結合金部１１の表層部を酸化させて接合性向上層１３を形成したが、焼結合金部１１の表面にチタン，タンタル，ニッケル，クロムの何れか１つの金属またはこれらのうちの任意の２つ以上からなる合金をスパッタリングにより１００nm形成し、さらにこれを酸素アッシング処理により酸化させて接合性向上層１３とすることも可能である。このような接合性向上層１３以外は先の実施例と同じ構成のモールド成形金型１０ａ，１０ｂを製造し、図１に示すメニスカスレンズ１を３０００ショット成形した結果、先の実施例と同様に、何れの場合も良好なメニスカスレンズ１が得られ、３０００ショット成形後においてもモールド成形金型１０ａ，１０ｂの割れや表面の劣化が認められなかった。
【００３３】
前述の第１の実施例において、ガラス保護層１４である窒化チタンに代えてチタンの炭化物または炭窒化物、あるいはタンタル，シリコン，クロムのうちの何れかの窒化物，炭化物，炭窒化物の何れかを採用することも可能である。このようなモールド成形金型１０ａ，１０ｂを用いて図１に示すメニスカスレンズ１を３０００ショット成形した結果、先の２つの実施例と同様に、何れの場合も良好なメニスカスレンズ１が得られ、３０００ショット成形後においてもモールド成形金型１０ａ，１０ｂの割れや表面の劣化が認められなかった。
【００３４】
前述の第１の実施例において、離型促進層１５としての硬質炭素に代えて白金，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，金，タングステン，タンタルの何れかの金属またはこれらを２つ以上含む合金の薄膜を採用することも可能である。 このようなモールド成形金型１０ａ，１０ｂを用いて図１に示すメニスカスレンズ１を３０００ショット成形した結果、先の３つの実施例と同様に、何れの場合も良好なメニスカスレンズ１が得られ、３０００ショット成形後においてもモールド成形金型１０ａ，１０ｂの割れや表面の劣化が認められなかった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のモールド成形金型によると、焼結合金部と、この焼結合金部に一体的に接合されると共に光学面と対応した成形面を有するガラス部とを具えているので、モールド成形金型全体の耐久性および耐熱性などを焼結合金部の特性に近づけることができ、しかもガラス部の存在によって高精度な成形面を容易に製造することができる。具体的には、１００００ショットの成形を行った後でも金型の変形や割れなどの不具合が生じないことを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象となった光学部品の一例の構造を表す断面図である。
【図２】図１に示したメニスカスレンズの凸光学面を成形するための本発明によるモールド成形金型の一実施例を示す断面図である。
【図３】図１に示したメニスカスレンズの凹光学面を成形するための本発明によるモールド成形金型の一実施例を示す断面図である。
【図４】図５〜図８と共に図２に示したモールド成形金型の製造過程を示す断面図であり、焼結合金部の表面部に接合性向上層を形成した状態を表す。
【図５】図４，図６〜図８と共に図２に示したモールド成形金型の製造過程を示す断面図であり、接合性向上層の上にガラス部を載せた状態を表す。
【図６】図４，図５，図７，図８と共に図２に示したモールド成形金型の製造過程を示す断面図であり、ガラス部の上に成形母型を配した状態を表す。
【図７】図４〜図６，図８と共に図２に示したモールド成形金型の製造過程を示す断面図であり、成形母型によるガラス部の成形状態を表す。
【図８】図４〜図７と共に図２に示したモールド成形金型の製造過程を示す断面図であり、ガラス部の表面にガラス保護層を形成した状態を表す。
【図９】図１０と共に図１に示したメニスカスレンズの製造過程を示す断面図であり、レンズプリフォームを一方のモールド成形金型の上に載せた状態を表す。
【図１０】図９と共に図１に示したメニスカスレンズの製造過程を示す断面図であり、２つのモールド成形金型を用いてレンズプリフォームを成形している状態を表す。
【符号の説明】
１ メニスカスレンズ
１ａ 凸光学面
１ｂ 凹光学面
１ｐ ブランク
１０ａ，１０ｂ モールド成形金型
１１ 焼結合金部
１２ ガラス部
１２ａ 転写面
１２ｐ 板ガラス
１３ 接合性向上層
１４ ガラス保護層
１５ 離型促進層
１５ａ，１５ｂ 成形面
２０ 成形胴型
３０ 成形母型
３０ａ 成形面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a molding die for molding an optical component made of glass having an optical surface.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to improve the production efficiency of glass optical lenses, the role played by glass molding, which is produced by press molding on the molding surface of a mold while heating the optical surface without polishing, has become very important. . With the diversification of products, there is an increasing demand for axisymmetric aspherical lenses and axisymmetric free-form lenses, especially in situations where it is difficult or impossible to employ plastic lenses. As described above, in order to mass-produce a glass optical lens whose optical surface does not become a spherical surface having a constant curvature, it is necessary to adopt a method of molding using a mold. In this case, as a material forming the mold, a sintered alloy or ceramics represented by a cemented carbide having both heat resistance and high hardness is generally used.
[0003]
By the way, when a glass optical component having a diameter smaller than about 15 mm is molded, it can be rapidly heated or cooled at a rate of several tens of degrees (° C.) per minute. However, as the volume of the glass optical component to be formed increases, the temperature difference between the center and the outside of the optical component gradually increases during heating or cooling. There is a problem that the molding time per piece is greatly increased. For this reason, when it is necessary to mass-produce a relatively large-volume glass optical component, it becomes necessary to prepare a larger number of molds as compared with a case where a relatively small-volume glass optical component is mass-produced. . In addition, in recent years, since the product life of optical components is short, it is necessary to speed up the period from design to manufacturing of optical components. Therefore, it is now required to manufacture dies in an extremely short time. .
[0004]
From such a viewpoint, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 describe a technique for producing one master mold (molding mold) and transferring the molding master to manufacture a replica mold. Specifically, as described in Patent Literature 3, glass is used as a replica mold, and the glass mold is manufactured by press molding with a molding matrix.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-226825
[Patent Document 2]
JP-A-64-33022
[Patent Document 3]
Patent No. 2616964 [0008]
[Problems to be solved by the invention]
When a mold for molding glass optical components is formed from a sintered alloy or ceramics, the dimensions of the mold itself increase with the volume of the optical components to be molded. There is a disadvantage that the processing time is increased, and the lead time for mold production and the mold production cost are increased.
[0009]
When the replica mold disclosed in Patent Document 3 is entirely made of glass, there is a possibility that cracks or breakage may occur in the mold during molding or setup operation, and there is a problem in durability against repeated molding. Specifically, the absolute deformation amount of the mold itself during molding is large, and in the case of a glass mold having a thickness of 60 mm, crushing of about 2 μm occurs after molding of 10,000 shots, making high-precision molding difficult. It becomes. Further, the thermal conductivity of a glass mold is only about 50 to 100 times smaller than that of a metal or the like, and the temperature of the mold is quickly raised or lowered, so that the temperature is uniform over the entire mold. It is difficult to control the temperature. Further, in order to increase the processing accuracy at the time of molding, it is preferable to set a fitting gap between the mold and a cylindrical body mold accommodating the mold to about 5 μm, but the entire mold is formed of glass. For this reason, it is difficult to maintain the above-mentioned fitting gap at about 5 μm due to a difference in the coefficient of thermal expansion from the metal constituting the body mold.
[0010]
[Object of the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly durable mold that can form a glass optical component having an optical surface with high precision, is easy to manufacture, and has high durability.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An embodiment of the present invention is a mold for molding an optical component having an optical surface, comprising a sintered alloy portion, and a glass portion integrally joined to the sintered alloy portion, The molding part has a glass part having a molding surface corresponding to the optical surface.
[0012]
In the present invention, except for the glass part on which the molding surface is formed, it is formed of a hard sintered alloy part having excellent durability and heat resistance, and the ratio of the glass part to the sintered alloy part is set to be small. Thereby, the durability and heat resistance of the whole mold are brought close to the characteristics of the sintered alloy part, and at the same time, the production of the molding surface is facilitated by the presence of the glass part.
[0013]
In the mold according to the present invention, the sintered alloy part is a cemented carbide in which at least one of tungsten carbide, tantalum carbide, and titanium carbide is bonded with at least one of cobalt, nickel, chromium, iron, molybdenum, and vanadium. Or tungsten, titanium and carbon as main components, part of titanium is replaced by at least one of tantalum, vanadium, niobium, chromium, molybdenum, hafnium and zirconium, and part of carbon is replaced by nitrogen It may be an alloy. In this case, the durability, heat resistance, hardness, and the like of the molding die can be increased.
[0014]
The sintered alloy part can have a bondability improving layer for improving the bondability to the glass part on its surface. In this case, the bonding property improving layer may be formed of the oxide of the sintered alloy portion. Alternatively, the bonding property improving layer may be formed of any one of titanium, tantalum, nickel, and chromium, or an oxide of an alloy containing two or more thereof. Thereby, the sintered alloy portion and the glass portion can be securely joined.
[0015]
The glass part preferably has a thickness of 5 mm or less. By setting the thickness of the glass portion to 5 mm or less, a mold having a high-precision optical surface can be easily manufactured without impairing the durability of the mold.
[0016]
The glass part can have a release promoting layer constituting a molding surface, and a glass protective layer interposed between the release promoting layer and the surface of the glass part. In this case, the release-promoting layer is made of platinum, palladium, iridium, rhodium, osmium, ruthenium, rhenium, gold, tungsten, tantalum, an alloy containing two or more of these, or hard carbon. May be. Further, the glass protective layer may be formed of any one of carbide, nitride and carbonitride of titanium, tantalum, chromium and silicon. Due to the presence of the glass protective layer, the durability of the glass part can be enhanced, the shape of the molding surface can be kept good, and the optical surface of the optical component formed by the release promoting layer can be kept in good releasability.
[0017]
It is preferable that the difference in thermal expansion coefficient between the sintered alloy part and the glass part is within 2 × 10 −6 within the range of 25 ° C. to 600 ° C., thereby improving the bondability between the sintered alloy part and the glass part. Can be maintained.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A method for manufacturing a mold for molding an optical component having an optical surface, comprising a sintered alloy part and a glass part integrally joined to the sintered alloy part, Forming a bonding property improving layer on the surface; and forming a mold having an optical surface substantially coincident with the optical surface of the optical component while overlapping the glass portion on the surface of the bonding property improving layer. Overlapping the glass part so as to be in contact with the surface of the glass part, pressing the forming mother mold against the glass part by hot pressing, and integrally joining the sintered alloy part and the glass part through the bonding property improving layer. And a step of molding the surface of the glass part into a shape corresponding to the optical surface of the molding die, and a method for manufacturing a mold, which can be another embodiment of the present invention. is there.
[0019]
According to this method of manufacturing a mold, a mold having a hybrid structure composed of a sintered alloy portion and a glass portion can be easily and efficiently manufactured at low cost by using a molding master. It was confirmed that no problems such as deformation and cracking of the mold were generated even after the molding was performed.
[0020]
In this method of manufacturing a mold, the step of forming the bondability improving layer on the surface of the sintered alloy part may include the step of oxidizing the surface of the sintered alloy part. Alternatively, the method may include a step of forming a thin film of any metal of titanium, tantalum, nickel, and chromium, or an alloy containing two or more thereof, and a step of oxidizing the thin film of the metal or alloy. Thereby, the sintered alloy portion and the glass portion can be more reliably joined.
[0021]
Forming a glass protective layer on the surface of the glass portion formed in a shape corresponding to the optical surface of the molding master; and separating the optical surface of the optical component onto the glass protective layer as a molding surface for molding the optical surface of the optical component. Forming a mold promoting layer. In this case, the glass protective layer can be formed of any one of carbide, nitride, and carbonitride of titanium, tantalum, chromium, and silicon. Further, the release promoting layer may be formed of platinum, palladium, iridium, rhodium, osmium, ruthenium, rhenium, gold, tungsten, tantalum, an alloy containing two or more of these, or hard carbon. it can. By forming a glass protective layer on the surface of the glass part, the durability of the glass part can be increased and the shape of the surface can be kept good. Further, by forming the mold release accelerating layer on the glass protective layer, it is possible to maintain good releasability of the optical surface of the optical component to be molded from the molding surface.
[0022]
【Example】
An embodiment in which the mold according to the present invention is applied to a meniscus lens having a cross-sectional structure as shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 10, but the present invention is not limited to such an embodiment. The present invention is not limited thereto, and all changes and modifications included in the concept of the present invention described in the claims of the present specification are possible, and therefore, it is naturally applicable to other technologies belonging to the spirit of the present invention. it can.
[0023]
The meniscus lens 1 shown in FIG. 1 has a convex optical surface 1a and a concave optical surface 1b, and is formed of phosphoric acid-based optical glass in this embodiment. FIG. 2 shows a sectional structure of a molding die 10a of the present embodiment for molding the convex optical surface 1a of the meniscus lens 1, and a molding die 10b of the present embodiment for molding the concave optical surface 1b. Is shown in FIG. Each of the molds 10a and 10b has a sintered alloy portion 11, a glass portion 12, a bondability improving layer 13 for improving the bondability between the glass portion 12 and the sintered alloy portion 11, and a glass portion. 12, a glass protective layer 14 formed on the surface of the glass protective layer 14, and separation surfaces laminated on the glass protective layer 14 to form molding surfaces 15a and 15b corresponding to the convex optical surface 1a and the concave optical surface 1b of the meniscus lens 1, respectively. And a mold promoting layer 15.
[0024]
The sintered alloy part 11 in this embodiment corresponds to the contour shape of the meniscus lens 1 on which a cemented carbide (coefficient of thermal expansion: 5.5 × 10 −6 ) named M45 manufactured by Fuji Die Co., Ltd. is to be formed. Grinding and polishing are performed to a predetermined rectangular parallelepiped shape, and the bondability improving layer 13 in the present embodiment is formed by oxidizing the surface layer of the sintered alloy part 11 made of cemented carbide described above. It is. The glass portion 12 in this embodiment is formed by press-molding ZnSF 8 (Tg = 518 ° C., thermal expansion coefficient: 4 × 10 −6 ) manufactured by Sumita Glass Co., Ltd. Further, the glass protective layer 14 in this embodiment is formed of titanium nitride (TiN) having a thickness of 0.5 μm, and the release promoting layer 15 in this embodiment is formed of hard carbon having a thickness of 100 nm. Have been.
[0025]
The procedure for manufacturing one such mold 10a will be described with reference to FIGS. 4 to 8, but the procedure for manufacturing the other mold 10b is exactly the same.
[0026]
First, the cemented carbide to be the sintered alloy portion 11 is ground and polished into a predetermined rectangular parallelepiped shape corresponding to the contour shape of the meniscus lens 1 to be formed, and then subjected to oxygen control in an atmosphere controllable chamber. Ashing is performed, and the surface layer is oxidized to form the bonding property improving layer 13. The surface of the sintered alloy portion 11 where the bondability improving layer 13 is to be formed is polished in advance using a diamond paste, and is finished so that the root mean square roughness RMS of the surface is about 2 nm. .
[0027]
The sintered alloy part 11 on which the bonding property improving layer 13 is formed in this way is set in a molding cylinder 20 having a rectangular cup-shaped cross section (see FIG. 4), and the thickness of the glass part 12 is 5 mm. Is placed on the bonding property improving layer 13 of the sintered alloy part 11 (see FIG. 5).
[0028]
Next, a molding matrix 30 for molding the glass portion 12 is put into the molding cylinder 20 (see FIG. 6). The molding matrix 30 is made of a cemented carbide formed in a predetermined rectangular parallelepiped shape corresponding to the contour shape of the meniscus lens 1 to be molded, and its molding surface 30a is formed in advance by the approximate shape of the convex optical surface 1a of the meniscus lens 1. The formed surface 30a thus ground is sputtered with a Ni-P target using argon gas and methane gas as an introduction gas, and a mixed film of Ni-P and its carbide is formed to a thickness of 50 μm. Formed. Then, after the mixed film is cut into a predetermined shape using a diamond tool, the processed surface is evenly polished, and a titanium nitride layer having a thickness of 0.5 μm is formed by ion plating. Finally, a hard carbon layer having a thickness of 100 nm serving as a release promoting layer was formed by ion beam evaporation.
[0029]
The inside of the molding cylinder 20 is heated to 600 ° C. together with the molding master 30 thus manufactured, the molding mother 30 is pressed against the surface of the sheet glass 12p, and the sheet glass 12p is press-formed to form the glass portion 12. Then, the sintered alloy portion 11 and the glass portion 12 are integrally joined via the joining property improving layer 13 (see FIG. 7). As a result, a transfer surface 12a having a shape corresponding to the molding surface 30a of the molding matrix 30 is formed on the surface of the glass portion 12.
[0030]
Thereafter, the molding master 30 is extracted from the molding die 20, and then an integrated product of the sintered alloy portion 11 and the glass portion 12 is taken out, and a glass protective layer 14 is formed on the surface of the glass portion 12 of the integrated product ( Then, a mold release promoting layer 15 is formed on the surface of the glass protective layer 14 to complete the mold 10a shown in FIG.
[0031]
When the meniscus lens 1 shown in FIG. 1 is molded using the molding dies 10a and 10b manufactured as described above, a mold for forming the convex optical surface 1a is formed in a molding cylinder 20 as shown in FIG. A mold 10a, a blank 1p of the meniscus lens 1 previously formed into an approximate shape with a phosphoric acid-based optical glass, and a mold 10b for forming the concave optical surface 1b are placed in this order, and these are heated to 420 ° C. While pressing the mold 10b for forming the concave optical surface 1b against the blank 1p, the meniscus lens 1 as shown in FIG. 1 is formed. As a result of forming 3000 shots of the meniscus lens 1 by a continuous molding machine, a good meniscus lens 1 was obtained in any case, and cracks and surface deterioration of the molds 10a and 10b were observed even after 3000 shots were formed. Did not.
[0032]
In the above-described first embodiment, the bonding property improving layer 13 is formed by oxidizing the surface layer of the sintered alloy part 11, but any one of titanium, tantalum, nickel, and chromium is formed on the surface of the sintered alloy part 11. One metal or an alloy of two or more of these may be formed to a thickness of 100 nm by sputtering and then oxidized by oxygen ashing to form the bonding property improving layer 13. Except for the joining property improving layer 13, the molds 10a and 10b having the same configuration as the previous embodiment were manufactured, and the meniscus lens 1 shown in FIG. In each case, a good meniscus lens 1 was obtained, and no cracks or surface deterioration of the molds 10a and 10b were observed even after 3000 shot molding.
[0033]
In the first embodiment, titanium carbide or carbonitride, or any one of nitride, carbide, and carbonitride of tantalum, silicon, and chromium is used instead of titanium nitride as the glass protective layer 14. It is also possible to adopt the. As a result of forming 3000 shots of the meniscus lens 1 shown in FIG. 1 using such molds 10a and 10b, a good meniscus lens 1 was obtained in each case, as in the previous two examples. Even after the 3000 shot molding, no cracking or surface deterioration of the molding dies 10a and 10b was observed.
[0034]
In the first embodiment, any one of platinum, palladium, iridium, rhodium, osmium, ruthenium, rhenium, gold, tungsten and tantalum or two of these metals is used instead of the hard carbon as the release promoting layer 15. It is also possible to employ a thin film of an alloy including the above. As a result of forming 3000 shots of the meniscus lens 1 shown in FIG. 1 using such molds 10a and 10b, a good meniscus lens 1 was obtained in each case as in the previous three examples. Even after the 3000 shot molding, no cracking or surface deterioration of the molding dies 10a and 10b was observed.
[0035]
【The invention's effect】
According to the molding die of the present invention, since the molding die includes the sintered alloy portion and the glass portion integrally joined to the sintered alloy portion and having a molding surface corresponding to the optical surface, The durability and heat resistance of the entire mold can be made close to the characteristics of the sintered alloy part, and a highly accurate molding surface can be easily manufactured due to the presence of the glass part. More specifically, it was confirmed that defects such as deformation and cracking of the mold did not occur even after molding of 10,000 shots.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of an example of an optical component to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one embodiment of a molding die according to the present invention for molding the convex optical surface of the meniscus lens shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing one embodiment of a molding die according to the present invention for molding the concave optical surface of the meniscus lens shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the mold shown in FIG. 2 together with FIGS. 5 to 8, showing a state in which a bonding property improving layer is formed on the surface of a sintered alloy part.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the mold shown in FIG. 2 together with FIGS. 4, 6 to 8, and shows a state in which a glass part is placed on a bonding property improving layer.
6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the molding die shown in FIG. 2 together with FIG. 4, FIG. 5, FIG. 7 and FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the molding die shown in FIG. 2 together with FIGS. 4 to 6 and FIG.
8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the molding die shown in FIG. 2 together with FIGS. 4 to 7, and shows a state in which a glass protective layer is formed on the surface of a glass part.
9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the meniscus lens shown in FIG. 1 together with FIG. 10 and shows a state in which the lens preform is placed on one mold.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the meniscus lens shown in FIG. 1 together with FIG. 9 and shows a state where a lens preform is formed using two molds.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Meniscus lens 1a Convex optical surface 1b Concave optical surface 1p Blank 10a, 10b Molding mold 11 Sintered alloy part 12 Glass part 12a Transfer surface 12p Sheet glass 13 Bondability improving layer 14 Glass protective layer 15 Release promoting layers 15a, 15b Molding surface 20 Molding die 30 Molding die 30a Molding surface
