JP2005206430A - Mold press machine and manufacturing method of optical element - Google Patents

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隆 猪狩
Shigeaki Omi
成明 近江
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently manufacture an optical element which has high eccentric precision and is free from contamination with particles by imparting high durability and slidability to the sliding parts of the upper die, the lower die and the cylinder die. <P>SOLUTION: The mold press machine is provided with an upper die 10 and a lower die 20 at least one of which is movable up and down and a cylinder die 30 which slidably guides the upper die 10 and/or the lower die 20. At least parts of the sliding parts of the upper die 10 and the lower die and/or the cylinder die 30 are surface-treated by high speed blasting of a solid surface treatment agent. Carbon or molybdenum disulfide is preferably used for the surface treatment agent. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レンズ、プリズムなどの光学素子をプレス成形するためのモールドプレス成形装置及び光学素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a mold press molding apparatus for press molding an optical element such as a lens and a prism, and a method for manufacturing the optical element.

このような光学素子の製造方法として、加熱により軟化した状態の成形素材、例えばガラスプリフォームを、得ようとする光学素子の形状をもとに精密加工された上型と下型の間でプレス成形して、光学素子を製造する方法が知られている。   As a method of manufacturing such an optical element, a molding material softened by heating, for example, a glass preform, is pressed between an upper mold and a lower mold that are precisely processed based on the shape of the optical element to be obtained. A method for producing an optical element by molding is known.

例えば、少なくとも胴型又は型部材の摺動部分に、マイクロ波プラズマCVD法などによる水素化アモルファス炭素膜を被覆形成した成形用型が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このような成形用型によれば、高温下でも良好な摺動性を確保できるとともに、炭素膜によって摺動面の酸化を抑制し、摺動面のメンテナンス回数を減らすことができるとされている。   For example, a molding die has been proposed in which a hydrogenated amorphous carbon film is formed by coating at least a body mold or a sliding portion of a mold member by a microwave plasma CVD method or the like (for example, see Patent Document 1). According to such a mold, it is said that good slidability can be ensured even at high temperatures, the oxidation of the sliding surface can be suppressed by the carbon film, and the number of times of maintenance of the sliding surface can be reduced. .

特開平7−2534号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-2534

しかしながら、特許文献1に記載されたマイクロ波プラズマCVD法などによって被覆形成される炭素膜は、基体との一体性に乏しいため、熱膨張と熱収縮及び型同士の機械的摩擦を繰り返しながら連続プレスを行う成形用型の摺動面に適用した場合、剥離して摺動性を低下させるだけでなく、剥離したパーティクルが光学素子を汚染したり、表面欠陥を引き起こす可能性がある。   However, the carbon film formed by the microwave plasma CVD method or the like described in Patent Document 1 is poor in integration with the substrate, and therefore is continuously pressed while repeating thermal expansion and contraction and mechanical friction between the molds. When it is applied to the sliding surface of a molding die that performs the above, it not only peels and lowers the slidability, but the peeled particles may contaminate the optical element or cause surface defects.

また、上記の炭素膜は、比較的消耗が速いため、プレス回数の増加に伴い、摺動性が低下したり、摺動部位のクリアランスが経時的に大きくなるという問題がある。
また、上記の成膜法では、膜厚をモニタリングしながら制御する必要があるため、成膜に手間がかかり、また、胴型内周面などの成膜が困難である。
In addition, since the carbon film is relatively quickly consumed, there is a problem in that the sliding performance is lowered and the clearance of the sliding portion is increased with time as the number of presses is increased.
Further, in the film forming method described above, since it is necessary to control the film thickness while monitoring it, it takes time to form the film, and it is difficult to form a film on the inner peripheral surface of the barrel mold.

ところで、光学素子、例えばレンズは、撮像機器、光ピックアップなどに多用され、その画素数や記録密度の増大に伴い、偏心精度などの必要精度が極度に高くなってきている。光学素子の偏心精度は、光学素子の光学機能面の第1面を成形する型の軸と、第2面を成形する型の軸とのシフト距離(ディセンタ)、第1面の軸と第2面の軸との傾き(ティルト)などによって左右される(図4参照)。例えば、高画素数のデジタル撮像機器や、高密度の光ピックアップ光学機器に適用するレンズでは、ティルトを2分以内に抑えた成形条件が必要となってきている。   By the way, optical elements, such as lenses, are frequently used in imaging devices, optical pickups, and the like, and the required accuracy such as decentering accuracy has become extremely high as the number of pixels and recording density have increased. The decentering accuracy of the optical element is determined by the shift distance (decenter) between the axis of the mold that molds the first surface of the optical function surface of the optical element and the axis of the mold that molds the second surface, the axis of the first surface, and the second axis. It depends on the tilt with respect to the axis of the surface (see FIG. 4). For example, in a lens applied to a digital imaging device having a large number of pixels and a high-density optical pickup optical device, molding conditions are required in which the tilt is suppressed within 2 minutes.

光学素子の製造に用いられるモールドプレス成形装置は、通常、少なくとも一方が上下動可能な上型及び下型と、上型及び/又は下型を摺動ガイドする胴型とを備えて構成されている。このようなモールドプレス成形装置では、摺動部位(型同士が摺接する部分)のクリアランスを大きくすると、ディセンタ及びティルトが大きくなり、成形された光学素子の光学性能が劣化してしまうため、高い偏心精度を要求する光学素子の成形に際しては、摺動部位のクリアランスを極度に小さくする必要がある。例えば、その摺動部位のクリアランスを10μm以下にする必要が生じている。   A mold press molding apparatus used for manufacturing an optical element is usually configured to include an upper mold and a lower mold, at least one of which can move up and down, and a body mold that slides and guides the upper mold and / or the lower mold. Yes. In such a mold press molding apparatus, if the clearance of the sliding part (the part where the molds are in sliding contact with each other) is increased, decentering and tilting increase, and the optical performance of the molded optical element deteriorates. When molding an optical element that requires high accuracy, it is necessary to extremely reduce the clearance of the sliding portion. For example, it is necessary to make the clearance of the sliding part 10 μm or less.

しかしながら、摺動部位のクリアランスを極度に小さくすると、摺動時に噛み込み(がじり)が生じるだけでなく、摩擦によって型材が磨耗し、摩耗により発生したパーティクルが光学素子を汚染するなどの問題が生じる。また、このような条件で連続プレスを行なうと、摩耗によりクリアランスが徐々に大きくなり、偏心精度が経時的に劣化してしまう。
なお、摺動部位の摩擦や磨耗を低減するために、公知の潤滑剤を用いることが考えられる。しかし、光学素子の成形温度が500〜800℃程度であるため、潤滑剤としてグリース、オイルに分散させるものや、有機溶媒を使用すると、熱により分解し、かつ光学素子を汚染する原因となるので適用できない。
However, if the clearance of the sliding part is made extremely small, not only will the bite occur during sliding, but the mold material will wear due to friction, and the particles generated by the abrasion will contaminate the optical element. Occurs. Further, when continuous pressing is performed under such conditions, the clearance gradually increases due to wear, and the eccentricity accuracy deteriorates with time.
In order to reduce the friction and wear of the sliding part, it is conceivable to use a known lubricant. However, since the molding temperature of the optical element is about 500 to 800 ° C., if the lubricant is dispersed in grease or oil, or if an organic solvent is used, it will be decomposed by heat and contaminate the optical element. Not applicable.

本発明は、上記の事情にかんがみなされたものであり、上型、下型、胴型などの摺動部位に、優れた耐久性及び摺動性を付与することにより、偏心精度が高く、かつ、パーティクルによる汚染などのない光学素子を効率良く生産できるようにしたモールドプレス成形装置及び光学素子の製造方法の提供を目的とする。   The present invention has been considered in view of the above circumstances, and by providing excellent durability and slidability to sliding parts such as an upper mold, a lower mold, and a trunk mold, the eccentric accuracy is high, and An object of the present invention is to provide a mold press molding apparatus and an optical element manufacturing method capable of efficiently producing optical elements free from contamination by particles.

上記目的を達成するため本発明のモールドプレス成形装置は、少なくとも一方が上下動可能な上型及び下型と、前記上型及び/又は前記下型を摺動ガイドする胴型とを含むモールドプレス成形装置において、前記上型、前記下型、及び/又は前記胴型における摺動部位の少なくとも一部に、固体表面処理材を高速噴射させて行う表面処理を施した構成としてある。   In order to achieve the above object, a mold press molding apparatus of the present invention includes a mold press including an upper mold and a lower mold, at least one of which can move up and down, and a body mold that slides and guides the upper mold and / or the lower mold. In the molding apparatus, at least a part of the sliding portion of the upper mold, the lower mold, and / or the barrel mold is subjected to a surface treatment performed by spraying a solid surface treatment material at a high speed.

このように構成すると、上型、下型、胴型などの摺動部位に、優れた耐久性及び摺動性を付与することができる。特に、固体表面処理材を高速噴射によって表面処理を施すと、摺動部位となる基体に高速噴射された固体表面処理材は、少なくとも粒子の一部が基体表面に取り込まれて基体と一体化されるので、マイクロ波プラズマCVD法などによって被覆形成される炭素膜のように、光学素子の連続プレス成形において剥離したり、早期に消耗されることなく、長期にわたって良好な摺動性を維持することができる。   If comprised in this way, the outstanding durability and sliding property can be provided to sliding parts, such as an upper mold | type, a lower mold | type, and a trunk | drum type | mold. In particular, when a surface treatment is performed on a solid surface treatment material by high-speed injection, at least a part of the particles of the solid surface treatment material sprayed at a high speed onto the substrate serving as a sliding portion are incorporated into the substrate surface and integrated with the substrate. Therefore, good slidability can be maintained over a long period of time without being peeled off during continuous press molding of optical elements or being consumed at an early stage, such as a carbon film formed by microwave plasma CVD. Can do.

これにより、偏心精度が高く、かつ、パーティクルによる汚染などのない光学素子を効率良く生産することができる。特に、摺動部位のクリアランスを10μm以下にする必要がある高精度の光学素子であっても、安定したモールドプレス生産を実現でき、さらに、摺動限界である1μm以下のクリアランスでも成形が可能になる。また、得ようとする光学素子のティルトを1分以下、さらには30秒以下とするために、摺動部位を長くとる場合においても、安定した生産が可能になる。
また、上記の表面処理法は、マイクロ波プラズマCVD法などのように、膜厚をモニタリングしながら制御する必要がなく、また、胴型内周面などでも処理できるという利点がある。
Thereby, it is possible to efficiently produce an optical element with high eccentricity accuracy and free from contamination by particles. In particular, even high-precision optical elements that require a clearance of 10 μm or less for sliding parts can realize stable mold press production, and can be molded even with a clearance of 1 μm or less, which is the sliding limit. Become. Further, since the tilt of the optical element to be obtained is 1 minute or less, and further 30 seconds or less, stable production is possible even when the sliding part is long.
Further, the above-described surface treatment method does not need to be controlled while monitoring the film thickness, unlike the microwave plasma CVD method, and has an advantage that the treatment can be performed on the inner peripheral surface of the body.

また、本発明のモールドプレス成形装置は、前記固体表面処理材が、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素の少なくとも一つを含む構成としてある。
このように構成すると、炭素が有するグラファイト構造、二硫化モリブデンや窒化ホウ素が有する層状の結晶構造により、上記の摺動部位に良好な摺動性を付与することができる。
また、固体表面処理材の平均粒径は、グラファイト(炭素)の場合で15〜25μm、二硫化モリブデンの場合で10〜15μm、h−BN(窒化ホウ素)の場合で12〜18μmとすることが好ましい。この粒径を用いると、噴射時に固体表面処理材に与える運動エネルギーが適切な範囲となり、固体表面処理材が基体表面に取り込まれ易くなるので、摺動時における固体表面処理材の離脱、消耗が抑制され、本発明の効果を得るのに適切である。
In the mold press molding apparatus of the present invention, the solid surface treatment material includes at least one of carbon, molybdenum disulfide, or boron nitride.
If comprised in this way, favorable slidability can be provided to said sliding site | part with the graphite structure which carbon has, and the layered crystal structure which molybdenum disulfide and boron nitride have.
The average particle diameter of the solid surface treatment material is 15 to 25 μm for graphite (carbon), 10 to 15 μm for molybdenum disulfide, and 12 to 18 μm for h-BN (boron nitride). preferable. When this particle size is used, the kinetic energy given to the solid surface treatment material at the time of jetting is in an appropriate range, and the solid surface treatment material is easily taken into the substrate surface, so that the solid surface treatment material is detached and consumed during sliding. It is suppressed and suitable for obtaining the effects of the present invention.

また、本発明のモールドプレス成形装置は、前記摺動部位の表面粗さを、0.05〜10μmとしてある。
このように構成すると、固体表面処理材を基体表面に噴射したとき、固体表面処理材が基体表面に取り込まれ易くなるので、摺動部位の耐久性や摺動性を高めることができる。
Moreover, the mold press molding apparatus of this invention sets the surface roughness of the said sliding part as 0.05-10 micrometers.
With this configuration, when the solid surface treatment material is sprayed onto the substrate surface, the solid surface treatment material is easily taken into the substrate surface, so that the durability and slidability of the sliding portion can be improved.

また、本発明のモールドプレス成形装置は、前記摺動部位のクリアランスを、0.1〜10μmとしてある。
このように構成すると、偏心精度の高い光学素子を効率良く成形することができる。さらに、摺動部位を長くとれば、成形ティルトが1分以下、さらには30秒以下の条件で光学素子を生産することが可能になる。
Moreover, the mold press molding apparatus of this invention has the clearance of the said sliding part as 0.1-10 micrometers.
If comprised in this way, an optical element with high eccentricity precision can be shape | molded efficiently. Furthermore, if the sliding part is made long, it becomes possible to produce an optical element under a condition that the molding tilt is 1 minute or less, and further 30 seconds or less.

また、本発明のモールドプレス成形装置は、前記摺動部位を、多結晶を有するセラミックで構成してある。
このように構成すると、基体表面に噴射した固体表面処理材が基体表面に取り込まれ易くなるので、摺動部位の耐久性や摺動性を高めることができる。
In the mold press molding apparatus of the present invention, the sliding portion is made of a ceramic having polycrystal.
If comprised in this way, since the solid surface treatment material sprayed on the base | substrate surface will become easy to be taken in by the base | substrate surface, durability and sliding property of a sliding site | part can be improved.

本発明の光学素子の製造方法は、摺動部位の少なくとも一部に、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素を高速噴射して表面処理を施した上型、下型、及び/又は胴型とを含むモールドプレス成形装置を用いた光学素子の製造方法であって、前記モールドプレス成形装置に成形素材を供給し、非酸化雰囲気において前記上型と下型の少なくとも一方を上下動させて前記プレス成形を行う方法としてある。   The optical element manufacturing method of the present invention includes an upper mold, a lower mold, and / or a trunk mold in which carbon, molybdenum disulfide, or boron nitride is subjected to high-speed jetting on at least a part of a sliding portion and surface treatment is performed. An optical element manufacturing method using a mold press molding apparatus including: a molding material is supplied to the mold press molding apparatus, and at least one of the upper mold and the lower mold is moved up and down in a non-oxidizing atmosphere. This is a method for performing molding.

このようにすると、固体表面処理材を高速噴射する表面処理によって、上型、下型、胴型などの摺動部位に、優れた耐久性及び摺動性が付与されるので、偏心精度が高く、かつ、パーティクルによる汚染などのない光学素子を効率良く生産することができる。
しかも、非酸化雰囲気においてプレス成形を行うので、高温下であっても、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素の酸化や分解を抑制し、良好な耐久性及び摺動性を維持することができる。
なお、所定のプレスショットごとに高速噴射による表面処理を施すことも可能であり、このようにすると、常に、良好な偏心精度を維持して光学素子を製造することができる。
By doing so, the surface treatment that jets the solid surface treatment material at a high speed gives excellent durability and slidability to the sliding parts such as the upper mold, the lower mold, and the trunk mold. In addition, an optical element free from contamination by particles can be efficiently produced.
Moreover, since press molding is performed in a non-oxidizing atmosphere, oxidation and decomposition of carbon, molybdenum disulfide, or boron nitride can be suppressed even at high temperatures, and good durability and slidability can be maintained. .
Note that it is possible to perform surface treatment by high-speed jetting for each predetermined press shot, and in this way, it is possible to always manufacture an optical element while maintaining good eccentricity accuracy.

また、本発明の光学素子の製造方法は、前記摺動部位の少なくとも一部に施す表面処理が、二硫化モリブデンを高速噴射する表面処理であって、前記モールドプレス成形装置における前記プレス成形が、大気中においては500℃以上の成形温度で行う方法としてある。
このようにすると、酸化雰囲気において400℃程度で熱分解し、500℃程度で昇華するという性質を有する二硫化モリブデンを用いて、摺動部位を表面処理することが可能になり、500℃以上の高温下で成形を行う必要のあるガラス素材を用いた光学素子の製造においても上記問題を防ぐことができる。
Further, in the method of manufacturing an optical element of the present invention, the surface treatment applied to at least a part of the sliding portion is a surface treatment in which molybdenum disulfide is jetted at high speed, and the press molding in the mold press molding apparatus includes: In the atmosphere, the method is performed at a molding temperature of 500 ° C. or higher.
In this way, it becomes possible to surface-treat the sliding portion using molybdenum disulfide having the property of thermally decomposing at about 400 ° C. in an oxidizing atmosphere and sublimating at about 500 ° C. The above problem can also be prevented in the production of an optical element using a glass material that needs to be molded at a high temperature.

以上のように、本発明によれば、上型、下型、胴型などの摺動部位に、優れた耐久性及び摺動性を付与することにより、偏心精度が高く、かつ、パーティクルによる汚染などのない光学素子を効率良く生産することができる。
しかも、本発明が用いる表面処理法によれば、マイクロ波プラズマCVD法や熱フィラメントCVD法などのように、膜厚をモニタリングしながら制御することなく、固体表面処理材の材質、粒径及び噴射速度を選択するだけで、耐久性及び摺動性に優れる摺動面を形成することができる。
As described above, according to the present invention, excellent durability and slidability are imparted to the sliding parts such as the upper mold, the lower mold, and the trunk mold, so that the eccentric accuracy is high and the contamination by particles. It is possible to efficiently produce an optical element without the above.
Moreover, according to the surface treatment method used in the present invention, the material, particle size, and jetting of the solid surface treatment material can be controlled without monitoring while controlling the film thickness, such as the microwave plasma CVD method and the hot filament CVD method. By simply selecting the speed, it is possible to form a sliding surface that is excellent in durability and slidability.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、以下では、本発明をガラス光学素子の製造装置に適用した実施形態に沿って説明するが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、樹脂製光学素子の製造、あるいは、ガラス及び樹脂製の光学素子以外の部品製造にも適用できる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following, the present invention will be described along with an embodiment in which the present invention is applied to a glass optical element manufacturing apparatus, but the present invention is not limited to this embodiment. The present invention can also be applied to manufacturing parts other than glass and resin optical elements.

[モールドプレス成形装置]
図1は、本発明に係るモールドプレス成形装置の概略縦断面図である。
この図に示すように、モールドプレス成形装置は、少なくとも一方が上下動可能な上型10及び下型20と、上型10及び/又は下型20を摺動ガイドする胴型30とを備えて構成されている。
[Mold press molding equipment]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a mold press molding apparatus according to the present invention.
As shown in this figure, the mold press molding apparatus includes an upper mold 10 and a lower mold 20 at least one of which can move up and down, and a body mold 30 that slides and guides the upper mold 10 and / or the lower mold 20. It is configured.

上型10及び下型20は、上型10と下型20の間でプリフォーム(ガラス素材)40をプレス成形するために、あるいは、プリフォーム40の供給や成形品の取り出しに際して成形型を開放するために、上下動可能となっている。上型10は下面が成形面13を形成しており、下型20は上面が成形面23を形成している。
胴型30は、その内周面で上型10及び下型20を摺動自在にガイド(位置規制)するように形成されている。
The upper mold 10 and the lower mold 20 are opened in order to press-mold the preform (glass material) 40 between the upper mold 10 and the lower mold 20 or when the preform 40 is supplied or the molded product is taken out. In order to do so, it can move up and down. The lower surface of the upper mold 10 forms a molding surface 13, and the upper surface of the lower mold 20 forms a molding surface 23.
The body mold 30 is formed so as to slidably guide (position regulation) the upper mold 10 and the lower mold 20 on the inner peripheral surface thereof.

上記のモールドプレス成形装置を用いて、高精度な光学素子をプレス成形する場合、型同士が摺接する摺動部位のクリアランスを極度に小さくしつつ、円滑な摺動を維持することが要求される。本発明では、このような要求を満たすために、上型10、下型20、及び/又は胴型30における摺動部位の少なくとも一部に、固体表面処理材を高速噴射する表面処理を行い、摺動部位に優れた耐久性及び摺動性を付与している。   When press-molding a high-precision optical element using the above-described mold press molding apparatus, it is required to maintain smooth sliding while extremely reducing the clearance of the sliding portion where the molds are in sliding contact with each other. . In the present invention, in order to satisfy such a requirement, a surface treatment is performed on the upper mold 10, the lower mold 20, and / or at least a part of the sliding portion of the body mold 30 to inject a solid surface treatment material at a high speed, Excellent durability and slidability are imparted to the sliding part.

具体的には、上型10の外周面11、下型20の外周面21、胴型30の内周面31などに上記の表面処理を施すことができる。ただし、上型10の外周面11や下型20の外周面21に表面処理を施す場合は、精密加工された成形面13,23への噴射による汚染、損傷を防止する必要が生じるため、胴型30の内周面31に表面処理を施すことが簡便であり、好ましい。   Specifically, the above surface treatment can be performed on the outer peripheral surface 11 of the upper mold 10, the outer peripheral surface 21 of the lower mold 20, the inner peripheral surface 31 of the trunk mold 30, and the like. However, when surface treatment is performed on the outer peripheral surface 11 of the upper mold 10 and the outer peripheral surface 21 of the lower mold 20, it is necessary to prevent contamination and damage due to injection to the precision processed molding surfaces 13 and 23. It is convenient and preferable to apply a surface treatment to the inner peripheral surface 31 of the mold 30.

上記の表面処理を行うと、摺動部位となる基体に高速噴射された固体表面処理材は、少なくとも粒子の一部が基体表面に取り込まれて基体と一体化されるので、マイクロ波プラズマCVD法などによって被覆形成される炭素膜のように、光学素子の連続プレス成形において剥離したり、早期に消耗されることなく、長期にわたって良好な摺動性を確保することができる。   When the above-mentioned surface treatment is performed, the solid surface treatment material sprayed at a high speed onto the substrate serving as the sliding part is incorporated into the substrate by at least part of the particles being incorporated into the substrate surface. As in the case of a carbon film formed by coating or the like, good slidability can be ensured over a long period of time without being peeled off during continuous press molding of an optical element or being consumed at an early stage.

固体表面処理材としては、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素を用いることができる。これらは、いずれも優れた潤滑効果をもたらす。これらのうち、炭素は、グラファイト構造を有するものが好ましい。これは、グラファイト構造によって、基体表面に優れた滑り性を付与するからである。また、二硫化モリブデンも、層状の結晶構造により、基体表面に優れた滑り性を与えることができる。また、窒化ホウ素の場合には、h−BNが好ましい。h−BNは、上記と同様の結晶構造により、基体表面に優れた滑り性を付与するからである。   Carbon, molybdenum disulfide, or boron nitride can be used as the solid surface treatment material. All of these bring about an excellent lubricating effect. Of these, carbon preferably has a graphite structure. This is because the graphite structure imparts excellent slipperiness to the substrate surface. Molybdenum disulfide can also give excellent slipperiness to the substrate surface due to the layered crystal structure. In the case of boron nitride, h-BN is preferable. This is because h-BN imparts excellent slipperiness to the substrate surface due to the same crystal structure as described above.

これらのうち、グラファイトは、耐熱性に優れている点から、特に高温下でプレス成形を行う本発明の成形装置における固体表面処理材として好適である。一方、二硫化モリブデンは、グラファイトと比較して、比重が大きいため、噴射時に十分な運動エネルギーをもって基体表面に衝突し、少なくとも粒子の一部分が基体表面中に取り込まれる確率が高い。この点から、二硫化モリブデンは、好ましい固体表面処理材として用いられる。   Among these, graphite is suitable as a solid surface treatment material in the molding apparatus of the present invention that performs press molding at a high temperature because it is excellent in heat resistance. On the other hand, since molybdenum disulfide has a higher specific gravity than graphite, it has a high probability of colliding with the substrate surface with sufficient kinetic energy at the time of injection, and at least a part of the particles being taken into the substrate surface. From this point, molybdenum disulfide is used as a preferable solid surface treatment material.

固体表面処理材の平均粒径は、グラファイトの場合で15〜25μm、二硫化モリブデンの場合で10〜15μm、h−BNの場合で12〜18μmが好ましい。この粒径を用いると、固体表面処理材が噴射時に有する運動エネルギーが適切な範囲となり、基体表面に取り込まれやすくなるので、摺動時の離脱、消耗を抑制することができる。   The average particle diameter of the solid surface treatment material is preferably 15 to 25 μm in the case of graphite, 10 to 15 μm in the case of molybdenum disulfide, and 12 to 18 μm in the case of h-BN. When this particle size is used, the kinetic energy of the solid surface treatment material at the time of jetting falls within an appropriate range and is easily taken into the surface of the substrate, so that separation and wear during sliding can be suppressed.

固体表面処理材を高速噴射する際には、固体表面処理材をオイル、グリースに分散させたり、有機溶媒に溶解させる必要はない。圧縮した大気、又は窒素などの不活性ガスなどとともに、公知の噴射装置を用いて噴射することができる。噴射速度は、50〜150m/sが好ましい。   When the solid surface treatment material is jetted at a high speed, it is not necessary to disperse the solid surface treatment material in oil or grease or dissolve it in an organic solvent. Along with the compressed air or an inert gas such as nitrogen, it can be injected using a known injection device. The injection speed is preferably 50 to 150 m / s.

このような表面処理を行うと、固体表面処理材は、十分な運動エネルギーをもって基体表面に到達し、少なくともその一部、好ましくは大半が、基体表面を構成する結晶の隙間に取り込まれ、あるいは基体を構成する原子の間から内部に取り込まれる。このように、固体表面処理材が基体側に取り込まれるためには、基体の表面が所定範囲の粗面であることが好ましい。すなわち、基体の表面粗さは、Raで0.05〜10μm、好ましくは、0.1〜5μmである。   When such a surface treatment is performed, the solid surface treatment material reaches the surface of the substrate with sufficient kinetic energy, and at least a part, preferably most of the solid surface treatment material is taken into a gap between crystals constituting the surface of the substrate, or the substrate. Is taken into the interior from between the atoms constituting the. Thus, in order for the solid surface treatment material to be taken into the substrate side, the surface of the substrate is preferably a rough surface in a predetermined range. That is, the surface roughness of the substrate is 0.05 to 10 μm in Ra, preferably 0.1 to 5 μm.

例えば、基体がセラミックであれば、結晶の隙間(例えば粒界)に固体表面処理材が取り込まれるような表面状態のものが好ましく、多結晶のものが特に好ましい。基体を構成するセラミックの好ましい製法としては、燒結によるものが挙られる。化学蒸着法などによるものでは、表面が緻密で平滑になりすぎ、本発明の効果が得られにくい場合があるからである。   For example, if the substrate is ceramic, a surface state in which the solid surface treatment material is taken into the crystal gaps (for example, grain boundaries) is preferable, and a polycrystalline one is particularly preferable. A preferable method for producing the ceramic constituting the substrate is by sintering. This is because the chemical vapor deposition method or the like may cause the surface to be too dense and smooth, making it difficult to obtain the effects of the present invention.

本発明では、成形しようとする光学素子の形状にもとづき、精密に形状加工した成形面を有する上型と下型を用意する。成形面部分の型母材としては、公知のもの(SiC、Si、WC、TiC、TaC、BN、TiN、ZrO2、サーメット、ステンレスなど)を用いることができる。特に、高い成形温度に耐え、かつ緻密であって成形面を精密加工できることから、SiC、Si、WCが好ましい。
なお、本発明の摺動部位を、上型、下型の少なくとも一部に設ける場合には、摺動部位は、多結晶のSiC、Si又はWCとすることが好ましい。例えば、焼結による上記素材の型母材の成形面近傍に、CVD法などにより緻密な層を堆積させてもよい。胴型も同様の素材から選択して用いることができる。
In the present invention, an upper mold and a lower mold having a molding surface that is precisely shaped based on the shape of the optical element to be molded are prepared. As the mold base material of the molding surface portion, known materials (SiC, Si 3 N 4 , WC, TiC, TaC, BN, TiN, ZrO 2, cermet, stainless steel, etc.) can be used. In particular, SiC, Si 3 N 4 , and WC are preferable because they can withstand high molding temperatures and are dense and can be precisely machined.
Incidentally, the sliding parts of the present invention, the upper die, in the case of providing at least a portion of the lower mold, the sliding portion is polycrystalline SiC, it is preferable that the Si 3 N 4 or WC. For example, a dense layer may be deposited by a CVD method or the like in the vicinity of the molding surface of the mold base material of the above-described material by sintering. The body mold can be selected from the same materials.

基体表面が平滑である場合には、固体表面処理材が取り込まれにくいため、粗面化処理を予め施すことが好ましい。例えば、基体が金属の場合などには、表面が鏡面であると、固体表面処理材が取り込まれにくいため、ブラスト法、化学的エッチングなどの粗面化処理を予め施すことが好ましい。ブラスト法では、圧縮空気と共に研磨剤を高速で被加工材に衝突させる。また、化学的エッチングでは、リン酸、強酸、強アルカリなどによって表面処理することにより、表面を粗面化することができる。   When the surface of the substrate is smooth, the solid surface treatment material is difficult to be taken in, and therefore it is preferable to perform a roughening treatment in advance. For example, when the substrate is a metal or the like, if the surface is a mirror surface, the solid surface treatment material is difficult to be taken in, so it is preferable to perform a roughening treatment such as blasting or chemical etching in advance. In the blast method, the abrasive is collided with the workpiece at a high speed together with the compressed air. In chemical etching, the surface can be roughened by surface treatment with phosphoric acid, strong acid, strong alkali, or the like.

このような表面処理によって基体に取り込まれた固体表面処理材は、基体表面における深さ100〜数百nm程度の領域までの表面層を改質する。改質された表面層は、表面に近づくほど固体表面処理材の濃度が高くなる。この改質層は、耐久性が高く、連続プレスにおいて繰り返し行われる摺動に耐え、かつパーティクルの発生が抑えられる。例えば、数千回の連続プレスにおいて、良好な摺動性を示した。   The solid surface treatment material taken into the substrate by such surface treatment modifies the surface layer up to a depth of about 100 to several hundreds of nanometers on the substrate surface. The closer the surface of the modified surface layer is, the higher the concentration of the solid surface treatment material becomes. This modified layer has high durability, withstands repeated sliding performed in a continuous press, and suppresses generation of particles. For example, good slidability was exhibited in thousands of continuous presses.

なお、上型10、下型20の成形面13,23には、成形品の離型を促すための離型膜を設けることが好ましい。離型膜としては、ダイヤモンド状炭素膜(DLC)、水素化ダイヤモンド状炭素膜(DLC:H)、テトラヘドラルアモルファス炭素膜(ta−C)、水素化テトラヘドラルアモルファス炭素膜(ta−C:H)、アモルファス炭素膜(a−C)、水素化アモルファス炭素膜(a−C:H)、窒素を含有するカーボン膜等の炭素系膜、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru)、レニウム(Re)、タングステン(W)、及びタンタル(Ta)から選ばれる少なくとも一つの金属を含む合金膜が適用できる。   In addition, it is preferable to provide a release film on the molding surfaces 13 and 23 of the upper mold 10 and the lower mold 20 to promote the mold release. As the release film, diamond-like carbon film (DLC), hydrogenated diamond-like carbon film (DLC: H), tetrahedral amorphous carbon film (ta-C), hydrogenated tetrahedral amorphous carbon film (ta-C) : H), amorphous carbon film (a-C), hydrogenated amorphous carbon film (aC: H), carbon-based films such as carbon films containing nitrogen, platinum (Pt), palladium (Pd), iridium ( An alloy film containing at least one metal selected from Ir), rhodium (Rh), osmium (Os), ruthenium (Ru), rhenium (Re), tungsten (W), and tantalum (Ta) can be used.

また、成形面13,23への離型膜の成膜は、DC−プラズマCVD法、RF−プラズマCVD法、マイクロ波プラズマCVD法、ECR−プラズマCVD法、光CVD法、レーザーCVD法などのプラズマCVD法、イオンプレーティング法などのイオン化蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、蒸着法やFCA(Filtered Cathodic Arc)法などの手法を用いることができる。   Further, the release film is formed on the molding surfaces 13 and 23 by DC-plasma CVD method, RF-plasma CVD method, microwave plasma CVD method, ECR-plasma CVD method, photo-CVD method, laser CVD method, etc. Techniques such as ionized vapor deposition such as plasma CVD and ion plating, sputtering, ion plating, vapor deposition, and FCA (Filtered Cathodic Arc) can be used.

[光学素子の製造方法]
つぎに、上記のモールドプレス成形装置を用いた光学素子の製造方法について説明する。
光学素子の成形に用いる成形素材としては、例えば、予備成形されたガラスプリフォームを用いることができる。ガラスプリフォームは、予めガラスを溶融固化又は冷間加工して所定の体積、形状に形成される。ガラスプリフォームの表面には、プレス成形に先立ち、離型機能を持つ膜を設けておくことが好ましい。このような膜としては、炭素膜、炭化水素膜、自己組織化膜(分子中に特定の官能基を有する有機物を、自己的にガラスプリフォーム表面上に配列、組織化して形成した膜)などが挙られる。
[Method for Manufacturing Optical Element]
Next, a method for manufacturing an optical element using the mold press molding apparatus will be described.
As a molding material used for molding an optical element, for example, a preformed glass preform can be used. The glass preform is formed into a predetermined volume and shape by melting and solidifying or cold working glass in advance. It is preferable to provide a film having a release function on the surface of the glass preform prior to press molding. Such films include carbon films, hydrocarbon films, self-assembled films (films formed by self-aligning and organizing organic substances having specific functional groups in the molecule on the surface of glass preforms), etc. Is given.

成形工程では、成形に適した粘度に加熱軟化したガラスプリフォームを、上型と下型との間で、適切な荷重をかけてプレス成形し、成形面を転写する。荷重を維持したまま、又は荷重を減じた状態で、成形された光学素子と成形型の密着を保ち、例えば、ガラスの粘度で1012dPa・s相当の温度以下になるまで冷却したのち、上型と下型を離間し、離型する。離型温度は、好ましくは、ガラス粘度で1012.5〜1015.0dPa・s相当、より好ましくは、1013〜1015.0dPa・s相当である。そして、離型後、光学素子を取り出す。 In the molding step, a glass preform heated and softened to a viscosity suitable for molding is press-molded by applying an appropriate load between the upper mold and the lower mold, and the molding surface is transferred. While maintaining the load or reducing the load, the molded optical element and the mold are kept in close contact, for example, after cooling to a temperature equal to or less than 10 12 dPa · s in terms of glass viscosity, Separate the mold from the lower mold and release. The mold release temperature is preferably equivalent to 10 12.5 to 10 15.0 dPa · s, more preferably 10 13 to 10 15.0 dPa · s in terms of glass viscosity. And after mold release, an optical element is taken out.

なお、ガラスプリフォームを上下型間に配置してから、成形型と共に所定の温度(例えば、ガラス粘度で10〜10dPa・sに相当する温度)まで昇温、加熱したのちに、プレス成形してもよく(以下、成形方法1)、又は、型外で所定の温度(例えばガラス粘度で10〜10dPa・s相当の温度)まで加熱したガラスプリフォームを、加熱された成形型に供給し、プレス成形してもよい(以下、成形方法2)。後者の場合は、型外で加熱した成形素材を、それより低い温度(例えば、ガラス粘度で10〜1012dPa・s相当の温度)に加熱した成形型に供給し、ただちに上下成形型を接近させ、荷重をかけてプレス成形することができる。 After placing the glass preform between the upper and lower molds, the temperature is raised to a predetermined temperature (for example, a temperature corresponding to a glass viscosity of 10 7 to 10 9 dPa · s) together with the mold, and then pressed. You may shape | mold (henceforth molding method 1), or the shaping | molding which heated the glass preform heated to predetermined temperature (For example, the temperature equivalent to 10 < 6 > -10 < 9 > dPa * s by glass viscosity) out of a type | mold. It may be supplied to a mold and press-molded (hereinafter, molding method 2). In the latter case, the molding material heated outside the mold is supplied to a molding mold heated to a lower temperature (for example, a glass viscosity equivalent to 10 8 to 10 12 dPa · s), and the upper and lower molds are immediately It can be made close and press-molded under load.

型外で加熱したプリフォームを、加熱した上下型に供給する方法(成形方法2)においては、加熱され、開かれた上下型間に、型外で加熱されたプリフォームを供給したのち、プリフォームの温度が下がらないよう、ただちに上下型を胴型にて位置規制した上で接近させ、閉じる必要がある(このとき胴型も上下型温度又はそれに近い温度に加熱されている)。従来、このような高温下において、熱膨張した上下型の位置規制及び摺動を胴型内でスムーズに行うには、摺動部位のクリアランスを極度に小さくすることが困難であった。   In the method of feeding the preform heated outside the mold to the heated upper and lower molds (molding method 2), the preform heated outside the mold is fed between the heated upper and lower molds, and then the preform is fed. It is necessary to immediately close the upper and lower molds by regulating the position of the upper and lower molds so as not to lower the temperature of the reform (the trunk mold is also heated to the upper or lower mold temperature or a temperature close thereto). Conventionally, in order to smoothly perform position regulation and sliding of the thermally expanded upper and lower molds in the body mold at such a high temperature, it has been difficult to extremely reduce the clearance of the sliding part.

しかしながら、上型、下型、及び/又は胴型における摺動部位の少なくとも一部に、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素を高速噴射する表面処理を施し、その後、プレス成形を行ったところ、摺動部位のクリアランスが10μm以下であっても、連続プレスを行うことが可能であった、これにより、十分に偏心精度の高い光学素子(例えば、ティルト2分以内)が成形できた。   However, at least a part of the sliding portion in the upper mold, the lower mold, and / or the barrel mold is subjected to a surface treatment that jets carbon, molybdenum disulfide, or boron nitride at a high speed, and then press-molded. Even when the clearance of the sliding portion was 10 μm or less, it was possible to perform continuous pressing. As a result, an optical element with sufficiently high eccentricity accuracy (for example, within 2 minutes of tilt) could be formed.

また、プリフォームを上下型間に配置してから、成形型と共に昇温、加熱したのちに、プレス成形を行う方法(成形方法1)においては、熱膨張前に上下型と胴型を組み立てることができるため、摺動部分のクリアランスは、5μm以下とすることが可能であった。これにより、さらに偏心精度の高い光学素子(例えば、ティルト60秒以内)が得られるようになった。   In addition, in the method (molding method 1) in which the preform is placed between the upper and lower molds, heated and heated together with the mold, and then press-molded (molding method 1), the upper and lower molds and the body mold are assembled before thermal expansion. Therefore, the clearance of the sliding portion could be 5 μm or less. As a result, an optical element (for example, tilt within 60 seconds) with higher decentration accuracy can be obtained.

さらに、本発明における光学素子の製造方法では、上記の成形工程における成形雰囲気を非酸化雰囲気としている。例えば、窒素ガス、又は窒素ガスと水素ガスの混合雰囲気などを用いることができる。これにより、成形型の摺動部位に施された固体表面処理材の酸化や分解を抑止することができた。
特に、本発明の固体表面処理材のうち、二硫化モリブデンは、酸化雰囲気において、400℃付近で熱分解し、500℃付近で昇華するため、500℃以上の高温で成形を行う成形装置に適用することは不可能であると思われたが、発明者らの検討により、成形型の摺動部位に二硫化モリブデンの高速噴射によって表面処理したものを用い、非酸化性雰囲気でプレス成形を行ったところ、500℃以上の高温でも表面処理が損なわれず、良好にプレス成形を行うことができた。
Furthermore, in the method for manufacturing an optical element in the present invention, the molding atmosphere in the molding process is a non-oxidizing atmosphere. For example, nitrogen gas or a mixed atmosphere of nitrogen gas and hydrogen gas can be used. Thereby, the oxidation and decomposition | disassembly of the solid surface treatment material given to the sliding site | part of the shaping | molding die were able to be suppressed.
In particular, among the solid surface treatment materials of the present invention, molybdenum disulfide is thermally decomposed near 400 ° C. and sublimates near 500 ° C. in an oxidizing atmosphere, so it is applied to a molding apparatus that performs molding at a high temperature of 500 ° C. or higher. However, it was considered impossible to do this, but as a result of investigations by the inventors, press molding was performed in a non-oxidizing atmosphere using a surface treated by high-speed injection of molybdenum disulfide on the sliding part of the mold. As a result, the surface treatment was not impaired even at a high temperature of 500 ° C. or higher, and press molding could be performed satisfactorily.

なお、本発明は、前記実施形態に限定されないことは勿論である。例えば、本発明の表面処理は、以下のモールドプレス成形装置にも適用することもできる。
このモールドプレス成形装置は、上型又は下型の成形面に付着した成形体を離型させる強制離型手段を備え、この強制離型手段が、上型の外周面又は下型の外周面の少なくとも一部との摺動により、上型又は下型と相対的に移動するモールドプレス成形装置であって、前記強制離型手段、上型、及び/又は下型の摺動部位の少なくとも一部に、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素を高速噴射する表面処理が施されている。
Needless to say, the present invention is not limited to the embodiment. For example, the surface treatment of the present invention can also be applied to the following mold press molding apparatus.
This mold press molding apparatus includes forced release means for releasing a molded body attached to the molding surface of the upper mold or the lower mold, and the forced mold release means is provided on the outer peripheral surface of the upper mold or the outer peripheral surface of the lower mold. A mold press molding apparatus that moves relative to an upper mold or a lower mold by sliding with at least a part, wherein the forced release means, the upper mold, and / or at least a part of a sliding part of the lower mold In addition, a surface treatment is performed in which carbon, molybdenum disulfide, or boron nitride is jetted at a high speed.

つまり、上記のモールドプレス成形装置では、成形された光学素子を離型する際、上型又は下型の成形面上に貼りつきが生じると、自動取り出しに支障が生じるため、成形後の光学素子を確実に成形面から離型させるために強制離型手段が設けられる。この強制離型手段は、上型又は下型の外周付近に設けられ、プレス成形後に上下型が離間したとき、上型又は下型から光学素子を離型させ、これを下型上に落下させる。このとき、強制離型手段は、上型又は下型の外周と摺動することにより、上型又は下型の成形面と相対的に位置移動するため、強制離型手段と上下型との摺動部位に本発明の表面処理を施すと、強制離型手段の動作が円滑になり、光学素子の離型や自動取出しを確実に行うことが可能になる。   In other words, in the above-described mold press molding apparatus, when the molded optical element is released, if sticking occurs on the molding surface of the upper mold or the lower mold, an automatic take-out is hindered. Forced mold release means is provided to reliably release the mold from the molding surface. This forced mold release means is provided near the outer periphery of the upper mold or the lower mold, and when the upper and lower molds are separated after press molding, the optical element is released from the upper mold or the lower mold and dropped onto the lower mold. . At this time, the forced release means moves relative to the molding surface of the upper mold or the lower mold by sliding with the outer periphery of the upper mold or the lower mold. When the surface treatment of the present invention is applied to the moving part, the operation of the forced mold release means becomes smooth, and it is possible to reliably perform mold release and automatic removal of the optical element.

[実施例及び比較例]
つぎに、本発明の実施例及び比較例について、図2及び図3を参照しながら説明する。
図2は、実施例1〜3及び比較例の実施条件及び結果を示す表、図3は、実施例4〜7の実施条件及び結果を示す表である。
ただし、これらの図において、噛み込み停止回数は、同一型において5000回のプレスを行ったときの噛み込みによる停止の回数、パーティクルによる外観不良は、同一型において5000回のプレスを行ったときのパーティクルによる外観不良率(○:不良率が0.5%未満、△:不良率が0.5%〜2%、×:不良率が2%超)、偏心性能は、5000個のプレス成形品から無作為に10個選出した光学素子の偏心性能を示す。
[Examples and Comparative Examples]
Next, examples and comparative examples of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a table showing the implementation conditions and results of Examples 1 to 3 and Comparative Example, and FIG. 3 is a table showing the implementation conditions and results of Examples 4 to 7.
However, in these figures, the number of stoppage of biting is the number of stoppages due to biting when the press is performed 5000 times in the same mold, and the appearance failure due to particles is the number of stoppages when 5000 presses are performed in the same mold. Appearance defect rate due to particles (○: defect rate is less than 0.5%, Δ: defect rate is 0.5% to 2%, x: defect rate is over 2%), eccentric performance is 5000 press-formed products 10 shows the decentration performance of 10 optical elements selected at random.

[実施例1]
成形素材としては、ホウ酸塩系光学ガラスA(ガラス転移温度(Tg)は520℃、屈伏点(Ts)は560℃)からなるガラスプリフォームを用い、両凸レンズを成形した。上下型としては、CVD法により作製した多結晶SiCの成形面をRmax=18nm(AFM測定)に鏡面研磨した後、イオンプレーティング法成膜装置を用いて、成形面にDLC:H膜(水素化ダイヤモンド状炭素膜)を成膜したものを用いた。胴型は、SiC焼結体から、上下型との摺動部とのクリアランスを3μmになるように加工したものを用いた。
[Example 1]
As a molding material, a glass preform made of borate optical glass A (glass transition temperature (Tg) is 520 ° C., yield point (Ts) is 560 ° C.) was used to mold a biconvex lens. As the upper and lower molds, a polycrystalline SiC molding surface produced by a CVD method is mirror-polished to Rmax = 18 nm (AFM measurement), and then a DLC: H film (hydrogen) is formed on the molding surface using an ion plating film forming apparatus. A diamond-like carbon film) was used. The body mold was processed from a SiC sintered body so that the clearance between the upper and lower molds and the sliding portion was 3 μm.

胴型内周面の摺動部位に、速度100m/sで炭素(グラファイト)粒子(平均粒径:20μm)を噴射した。表面粗さは、Raで0.5μmであった。噴射面を光学顕微鏡及び電子顕微鏡(SEM)で観察した結果、SiC基材に炭素粒子が埋め込まれていることを確認した。   Carbon (graphite) particles (average particle diameter: 20 μm) were sprayed at a speed of 100 m / s onto the sliding part of the inner surface of the body mold. The surface roughness was 0.5 μm in Ra. As a result of observing the ejection surface with an optical microscope and an electron microscope (SEM), it was confirmed that carbon particles were embedded in the SiC substrate.

これらの胴型及び上下型を用いて、窒素ガス雰囲気のプレス室内において、モールドプレスを行った。すなわち、上下成形型間にプリフォームを設置し、610℃まで加熱して150kg/cmの圧力で1分間加圧した。圧力を解除した後、冷却速度を−50℃/minで480℃になるまで冷却し、その後は−100℃/min以上の速度で冷却を行い、プレス成形物の温度が200℃以下に下がったら、成形物を取り出した。 Using these barrel molds and upper and lower molds, mold pressing was performed in a press chamber in a nitrogen gas atmosphere. That is, a preform was placed between the upper and lower molds, heated to 610 ° C., and pressurized with a pressure of 150 kg / cm 2 for 1 minute. After releasing the pressure, the cooling rate is reduced to 480 ° C. at −50 ° C./min. After that, cooling is performed at a rate of −100 ° C./min or more, and the temperature of the press-molded product is lowered to 200 ° C. or less. The molded product was taken out.

同一型でプレスショット5000回まで連続プレス成形した結果、噛み込みなどの摺動不良は無く、また、成形したレンズの表面には、パーティクルによるポツ(点状の外観不良)などの外観不良は認められなかった。
また、プレス成形後に上下型及び胴型を観察したところ、こすれ等の摺動不良にもとづく欠陥は認められなかった。また、噴射面を光学顕微鏡及び電子顕微鏡(SEM)で観察した結果、SiC基材に埋め込まれた炭素成分が残存していることを確認した。
As a result of continuous press molding up to 5,000 press shots with the same mold, there is no sliding failure such as biting, and there are no appearance defects such as spots (dot-like appearance defects) due to particles on the surface of the molded lens. I couldn't.
Further, when the upper and lower molds and the body mold were observed after press molding, no defects based on sliding failure such as rubbing were found. Moreover, as a result of observing the ejection surface with an optical microscope and an electron microscope (SEM), it was confirmed that the carbon component embedded in the SiC base material remained.

さらに、上記モールドプレス法にて作製した5000個の両凸レンズから10個を無作為に選び出し、これら10個の両凸レンズの非球面偏心性能からティルトを評価したところ、ティルトは最大45秒であった。
なお、非球面レンズの偏心精度(ティルト)は公知の非球面偏心測定器(オリンパス製ASDM:測定分解能30秒以上)を用い、得られた非球面偏心から換算した。
Furthermore, when 10 were randomly selected from the 5000 biconvex lenses produced by the mold press method and the tilt was evaluated from the aspherical eccentricity of these 10 biconvex lenses, the tilt was 45 seconds at maximum. .
The decentering accuracy (tilt) of the aspheric lens was converted from the obtained aspheric decenter using a known aspheric decenter measuring device (Olympus ASDM: measurement resolution 30 seconds or more).

[比較例]
上下型や胴型に炭素粒子の噴射をせずに、実施例1と同様に、同一型でプレス成形を開始したところ、150ショット付近で、摺動部位に噛み込みが発生し、400ショット程度から、こすれパーティクルによるポツなどの外観不良が発生した。
1000ショットまで同一型でプレスを行ったが、途中、噛み込み停止が7回発生した。また、モールドプレス成形した1000個の両凸レンズの外観不良率は24%に達した。
さらに、プレス成形後に上下型の外周及び胴型の内面を観察したところ、ともに摺動部位の一部にこすれが認められた。
[Comparative example]
When the press molding was started with the same mold without injecting the carbon particles to the upper and lower molds and the barrel mold, the biting part occurred at about 150 shots, and about 400 shots were generated. As a result, appearance defects such as pots due to rubbing particles occurred.
Pressing was performed with the same mold up to 1000 shots, but biting stop occurred seven times during the process. Further, the appearance defect rate of 1000 biconvex lenses molded by press reached 24%.
Further, when the outer periphery of the upper and lower molds and the inner surface of the barrel mold were observed after press molding, both of the sliding parts were rubbed.

[実施例2]
ホウケイ酸塩系光学ガラスB(ガラス転移温度(Tg)500℃、屈伏点(Ts)は540℃)からなるプリフォームを用いて、凸メニスカスレンズを成形した。上下型及び胴型としてはWC材を用いた。上下型は、成形面をRmax=22nm(AFM測定)に鏡面研磨した後、スパッター法成膜装置を用いて、成形面にDLC膜(ダイヤモンド状炭素膜)を成膜したものを用いた。胴型は、上下型との摺動部位とのクリアランスを7μmに加工したものを用いた。
[Example 2]
A convex meniscus lens was molded using a preform composed of borosilicate optical glass B (glass transition temperature (Tg) 500 ° C., yield point (Ts) 540 ° C.). WC materials were used as the upper and lower molds and the trunk mold. The upper and lower molds used were those in which the molding surface was mirror-polished to Rmax = 22 nm (AFM measurement), and then a DLC film (diamond-like carbon film) was formed on the molding surface using a sputtering method deposition apparatus. The body mold used was processed to have a clearance of 7 μm from the sliding part with the upper and lower molds.

上下型外周の摺動部位及び胴型内面の摺動部位に、速度100m/sでMoS粒子(粒径12μm)を噴射した。WC材の摺動面の表面粗さは、Ra0.5μmであった。
噴射面を光学顕微鏡及び電子顕微鏡(SEM)で観察した結果、WC基材にMoS粒子が埋め込まれていることを確認した。
MoS 2 particles (particle size: 12 μm) were sprayed at a speed of 100 m / s onto the sliding part of the upper and lower mold outer periphery and the sliding part of the inner surface of the body mold. The surface roughness of the sliding surface of the WC material was Ra 0.5 μm.
As a result of observing the ejection surface with an optical microscope and an electron microscope (SEM), it was confirmed that MoS 2 particles were embedded in the WC substrate.

これらの胴型及び上下型を用いて、窒素ガス雰囲気であるプレス室内において、モールドプレスを行った。あらかじめ型外で650℃まで加熱したプリフォームを、600℃に加熱した上下型の下型成形面上に供給し、上下型を接近させた後、150kg/cmの圧力で1分間加圧した。圧力を解除した後、冷却速度を−50℃/minで480℃になるまで冷却し、その後は−100℃/min以上の速度で冷却を行い、プレス成形物の温度が200℃以下に下がったら、離型して成形物を取り出した。 Using these barrel molds and upper and lower molds, a mold press was performed in a press chamber that is a nitrogen gas atmosphere. A preform heated to 650 ° C. in advance outside the mold was supplied onto the lower mold surface of the upper and lower molds heated to 600 ° C., and the upper and lower molds were brought close to each other, followed by pressurizing at a pressure of 150 kg / cm 2 for 1 minute. . After releasing the pressure, the cooling rate is reduced to 480 ° C. at −50 ° C./min. After that, cooling is performed at a rate of −100 ° C./min or more, and the temperature of the press-molded product is lowered to 200 ° C. or less. The mold was released and the molded product was taken out.

同一型でプレスショット5000回まで連続プレス成形した結果、噛み込みによる摺動不良は発生せず、成形したレンズ表面にはパーティクルによるポツなどの外観不良は認められなかった。また、プレス成形後に上下型及び胴型を観察したところ、こすれ等の摺動不良にもとづく欠陥は認められなかった。また、噴射面を光学顕微鏡および電子顕微鏡(SEM)で観察した結果、WC基材に埋め込まれたMoS成分が残存していることを確認した。 As a result of continuous press molding up to 5000 press shots with the same mold, no sliding failure due to biting occurred, and no appearance defects such as spots due to particles were found on the molded lens surface. Further, when the upper and lower molds and the body mold were observed after press molding, no defects based on sliding failure such as rubbing were found. Moreover, as a result of observing the ejection surface with an optical microscope and an electron microscope (SEM), it was confirmed that the MoS 2 component embedded in the WC substrate remained.

さらに、上記モールドプレス法にて作製した5000個の両凸レンズから10個を無作為に選び出し、これら10個の両凸レンズの偏心性能を評価したところ、ティルトは最大120秒であった。   Furthermore, when randomly selecting 10 of the 5000 biconvex lenses produced by the mold press method and evaluating the eccentricity of these 10 biconvex lenses, the tilt was 120 seconds at maximum.

[実施例3〜6]
上下型及び胴型の材質、噴射処理、プリフォームのガラスなどを図2及び3の表のとおり変更した以外は、実施例1と同様に、成形装置内において同一型でプレス回数5000回まで連続プレスを行った。図2及び3に示すように、摺動不良は発生せず、また、成形した光学素子の表面には、パーティクルによるポツなどの外観不良は認められなかった。
[Examples 3 to 6]
Continuously up to 5000 presses with the same mold in the molding apparatus as in Example 1, except that the material of the upper and lower molds and the injection mold, the glass of the preform, etc. were changed as shown in the tables of FIGS. Pressed. As shown in FIGS. 2 and 3, no sliding failure occurred, and no defects such as spots due to particles were observed on the surface of the molded optical element.

本発明は、レンズ、プリズムなどの光学素子をプレス成形するためのモールドプレス成形装置及び光学素子の製造方法に適用される。特に、高い偏心精度を要求する光学素子の製造に好適に用いることができる。   The present invention is applied to a mold press molding apparatus for press molding an optical element such as a lens and a prism, and a method for manufacturing the optical element. In particular, it can be suitably used for the production of optical elements that require high decentering accuracy.

本発明に係るモールドプレス成形装置の概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view of the mold press molding apparatus which concerns on this invention. 実施例1〜3及び比較例の実施条件及び結果を示す表1である。It is Table 1 which shows the implementation conditions and result of Examples 1-3 and a comparative example. 実施例4〜6の実施条件及び結果を示す表2である。It is Table 2 which shows the implementation conditions and result of Examples 4-6. 偏心性能の説明図である。It is explanatory drawing of eccentric performance.

符号の説明Explanation of symbols

10 上型
13 成形面
20 下型
23 成形面
30 胴型
40 プリフォーム
10 Upper mold 13 Molding surface 20 Lower mold 23 Molding surface 30 Body mold 40 Preform

Claims (7)

少なくとも一方が上下動可能な上型及び下型と、前記上型及び/又は前記下型を摺動ガイドする胴型とを含むモールドプレス成形装置において、
前記上型、前記下型、及び/又は前記胴型における摺動部位の少なくとも一部に、固体表面処理材を高速噴射させて表面処理を施した
ことを特徴とするモールドプレス成形装置。
In a mold press molding apparatus including an upper mold and a lower mold, at least one of which can move up and down, and a barrel mold that slide-guides the upper mold and / or the lower mold,
A mold press molding apparatus, wherein a surface treatment is performed by spraying a solid surface treatment material at a high speed onto at least a part of sliding portions of the upper mold, the lower mold, and / or the body mold.
前記固体表面処理材が、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素の少なくとも一つを含む請求項1記載のモールドプレス成形装置。   The mold press molding apparatus according to claim 1, wherein the solid surface treatment material includes at least one of carbon, molybdenum disulfide, or boron nitride. 前記摺動部位の表面粗さが、0.05〜10μmである請求項1又は2記載のモールドプレス成形装置。   The mold press molding apparatus according to claim 1 or 2, wherein the sliding portion has a surface roughness of 0.05 to 10 µm. 前記摺動部位のクリアランスが、0.1〜10μmである請求項1〜3のいずれかに記載のモールドプレス成形装置。   The mold press molding apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a clearance of the sliding portion is 0.1 to 10 µm. 前記摺動部位が、多結晶を有するセラミックである請求項1〜4のいずれかに記載のモールドプレス成形装置。   The mold press molding apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the sliding portion is a ceramic having a polycrystal. 摺動部位の少なくとも一部に、炭素、二硫化モリブデン、又は窒化ホウ素を高速噴射して表面処理を施した上型、下型、及び/又は胴型とを含むモールドプレス成形装置を用いた光学素子の製造方法であって、
前記モールドプレス成形装置に成形素材を供給し、非酸化雰囲気において前記上型と下型の少なくとも一方を上下動させて前記プレス成形を行う
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
Optics using a mold press molding apparatus including an upper die, a lower die, and / or a barrel die that are subjected to surface treatment by spraying carbon, molybdenum disulfide, or boron nitride at a high speed on at least a part of the sliding portion. A method for manufacturing an element, comprising:
A method of manufacturing an optical element, comprising: supplying a molding material to the mold press molding apparatus, and performing the press molding by vertically moving at least one of the upper mold and the lower mold in a non-oxidizing atmosphere.
前記摺動部位の少なくとも一部に施す表面処理が、二硫化モリブデンを高速噴射する表面処理であって、
前記モールドプレス成形装置における前記プレス成形が、非酸化雰囲気において500℃以上の成形温度で行うものである
請求項6記載の光学素子の製造方法。
The surface treatment applied to at least a part of the sliding portion is a surface treatment for spraying molybdenum disulfide at high speed,
The optical element manufacturing method according to claim 6, wherein the press molding in the mold press molding apparatus is performed at a molding temperature of 500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere.
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