JP2007137687A - Molding die - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は成形型に関する。 The present invention relates to a mold.
従来、光学レンズに代表される光学素子の製造方法として、成形型を用いて加熱したガラス材をプレス成形する所謂精密プレス成形法が知られている。例えばガラス素子を精密プレス成形法により成形する場合、ガラス軟化点近傍にまで加熱したガラス材を成形型によりプレスすることとなるため、成形型は高耐熱性、低熱膨張性、及び高硬度を有するものであることが望ましい。一般的に用いられる成形型の材料としては、超硬合金やサーメット等が挙げられる。しかしながら、成形型の材料として超硬合金やサーメットを用いた場合、成形型の精密加工が困難であるという問題や、加工時間が長くなり成形型の加工コストが高くなるという問題がある。また、成形型を加工するための加工ツールが摩耗変形しやすく、成形型の加工形状にばらつきが生じる虞がある。このように成形型の加工形状にばらつきが生じると、所望の形状寸法の光学素子が得られなくなるという問題がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for manufacturing an optical element typified by an optical lens, a so-called precision press molding method is known in which a glass material heated using a molding die is press molded. For example, when a glass element is molded by a precision press molding method, since the glass material heated to the vicinity of the glass softening point is pressed by the mold, the mold has high heat resistance, low thermal expansion, and high hardness. It is desirable to be a thing. Commonly used mold materials include cemented carbide and cermet. However, when a cemented carbide or cermet is used as the material of the mold, there are problems that it is difficult to precisely process the mold, and that the processing time is increased and the processing cost of the mold is increased. In addition, the processing tool for processing the mold is likely to be worn and deformed, and there is a possibility that the processing shape of the mold may vary. Thus, when variation occurs in the processing shape of the mold, there is a problem that an optical element having a desired shape and dimension cannot be obtained.
このような問題に鑑み、例えば特許文献1には、ガラス製の成形型が提案されている。
In view of such a problem, for example,
また、特許文献2には、ガラス製の成形型本体と、成形型本体の基底面に接合された金属又はセラミックス製の接合体とからなる成形型が開示されている。特許文献2には、ガラス製の成形型本体の基底部に金属製等の接合体を接合させることにより、成形型の耐久性を向上させることができる、と記載されている。
超硬合金やサーメット等と比較してガラスは加工性が高いため、特許文献1等に開示されているガラス製の成形型は比較的容易に、且つ高精度に作製することができる。しかしながら、ガラスは脆性材料である。このため、特にプレス時やハンドリング時におけるプレスヘッド等といった成形装置の他の部材との接触等に起因して、成形面とは反対側の基底側角部に割れやカケが発生しやすいという問題がある。基底側角部に割れやカケが発生した場合、所望の光学性能が得られなくなるという問題、最悪の場合には光学素子が成形不能になるという問題がある。
Since glass is more workable than cemented carbide, cermet, and the like, the glass mold disclosed in
また、特許文献2に記載された、ガラス製の成形型本体と、その成形型本体に接合された接合体とによって構成される成形型は、プレス毎に繰り返し付与される応力や、プレスヘッド等といった成形装置の他の部材との接触による衝撃荷重によって接合体が成形型本体から分離してしまうという問題を有する。すなわち、特許文献2に記載された接合体を有するガラス製の成形型では十分な耐久性を実現することが困難であるという問題がある。
Further, the molding die composed of a glass molding die main body and a joined body joined to the molding die main body described in
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐久性の高いガラス製の成形型を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a glass mold having high durability.
本発明に係る成形型は、上端面に成形面が形成された柱状のガラス製成形型本体と、成形型本体の下端角部を周回して覆う金属製の保護膜とを備えている。 The mold according to the present invention includes a columnar glass mold main body having a molding surface formed on the upper end surface, and a metal protective film that wraps around and covers the lower end corner of the mold main body.
尚、本明細書において「ガラス」は結晶化ガラスを含むものとする。 In the present specification, “glass” includes crystallized glass.
本発明によれば、成形型本体の下端角部を覆う金属製の保護膜により成形型本体の下端角部の割れやカケが抑制されるので、耐久性の高いガラス製の成形型を実現することができる。 According to the present invention, the metal protective film covering the lower end corner of the mold main body suppresses cracking and chipping of the lower end corner of the mold main body, thereby realizing a highly durable glass mold. be able to.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は本実施形態1に係る成形型1の断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
本実施形態1に係る成形型1は、成形型本体10と、保護膜11と、密着膜12と、離型膜13とを有する。
The
成形型本体10はガラス(非晶質のガラス又は結晶化ガラス)により形成されている。このため、成形型1は、作製が容易であり、且つ安価に作製することができる。また、成形型1の形状ばらつきを低減することができる。尚、ガラス製の成形型本体10は、例えば、ガラス母材をマザー金型を用いて精密プレス成形することにより作製することができる。
The
成形型本体10に用いるガラスの硝種は特に限定されるものではなく、成形型1の用途によって適宜決定することができる。成形型1がガラス素子等の比較的高温で成形される素子の成形に用いられるものである場合は、成形型本体10は高耐熱性且つ高硬度であることが好ましい。この場合、例えば、成形型本体10をSiO2(二酸化ケイ素)を主成分とする所謂珪酸塩系ガラスで作製することが好ましい。珪酸塩系ガラスは、ガラスの中でも特に高いガラス転移温度(Tg)、低い熱膨張係数(α)、高い強度を有するからである。珪酸塩系ガラスの具体例としては、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、シリカソーダガラス、シリカライムガラス等が挙げられる。これらの中でも、特に高いガラス転移温度及び低い熱膨張係数を有する、アルカリ成分を含まない石英ガラス等の無アルカリガラスが特に好ましい。
The glass type of the glass used for the
また、さらに高い耐熱性及び耐久性を得る観点から珪酸塩系ガラス等を結晶化させた結晶化ガラスを用いて成形型本体10を作製しても構わない。
Moreover, you may produce the shaping | molding die
成形型本体10は、柱状、好ましくは円柱状であり、上端面10aには、素子を成形するための、例えば、凹状の成形面が形成されている。一方、装置に対する取り付け面となる下端面10bは平坦(好ましくは、平坦且つ平滑)に形成されている。
The
取り付け面となる下端面10bの周縁に位置する、下端角部10cは金属製の保護膜11により周回するように被覆されている。脆性材料であるガラスにより形成された成形型本体10には割れ、ピッチング、及びカケ等が生じやすい。特に、成形装置と当接する下端角部10cは特に割れ等が生じやすいところ、この割れ等が生じやすい下端角部10cを展延性を有する金属性の保護膜11により被覆することにより下端角部10cの割れ等を効果的に抑制することができる。
A lower
尚、上述した金属製等の接合体はガラス製の成形型本体から脱落しやすいのに対して、金属性の保護膜11は比較的薄く、柔軟性が高いため、成形型本体10から脱落しにくい。従って、金属性の保護膜11を設けることによって、長期にわたってガラス製の成形型本体10に割れやカケが生じることを抑制することができる。このような観点から、保護膜11はガラスに対する密着性が高い金属により構成されることが特に好ましい。ガラスに対する密着性が高い材料の例としては、Ta、Ti、Ni、Cr等の金属や、Ta、Ti、Ni及びCrからなる群より選ばれた2種以上の金属を含む合金(好ましくは、実質的にTa、Ti、Ni及びCrからなる群より選ばれた2種以上の金属からなる合金)が挙げられる。
In addition, the above-described joined body made of metal or the like is easily dropped from the glass mold body, whereas the metallic
また、成形型1が特にガラス素子等の比較的高温で成形される素子を成形するためのものである場合は、保護膜11が高耐熱性及び抗酸化性を有することが好ましい。
Moreover, when the shaping |
本実施形態1では、保護膜11は下端角部10cを被覆すると共に下端面10b全体を覆うように形成されている。保護膜11を下端角部10cのみを被覆するように形成した場合、下端面10bが成形機の取り付け面等と接触、衝突することにより、下端面10bの下に位置する保護膜11の端から剥離する虞があるが、図1に示すように下端面10b全体を被覆するように形成することによって、保護膜11が成形型本体10から剥離することを効果的に抑制することができる。さらに保護膜11の剥離を効果的に抑制する観点から、保護膜11を成形型本体10の全表面を覆うように設けてもよい。
In the first embodiment, the
上述のように、成形型本体10の下端面10bは保護膜11により被覆されている一方、上端面10aは密着膜12及び離型膜13により被覆されている。離型膜13は被成形体の成形型1に対する離型性を向上させるためのものである。本明細書において「離型膜」とは、成形型本体10よりも被成形体に対する離型性が高い膜のことをいう。言い換えれば、成形型本体10よりも被成形体に対する密着性が低い膜のことをいう。
As described above, the
成形面上に離型膜13を設けることにより、素子の成形がスムーズになり、素子の割れやカケ等の成形不良を低減することができる。従って、素子の生産性及び良品率を向上することができる。
By providing the
また、離型膜13は成形される素子の材料に対して不活性であることが好ましい。
The
例えば、成形型1がガラス素子を成形するためのものである場合、離型膜13は、Pt、Ir、W、Re、Ta、Rh、Ru、Os等の貴金属、又はPt、Ir、W、Re、Ta、Rh、Ru、及びOsからなる群から選ばれた2種以上の貴金属を含む合金(好ましくは、実質的にPt、Ir、W、Re、Ta、Rh、Ru、及びOsからなる群から選ばれた2種以上の貴金属からなる合金)等であることが好ましい。
For example, when the
離型膜13と成形型本体10との間に設けられた密着膜12は離型膜13の成形型本体10に対する密着性を向上するものである。密着膜12は離型膜13よりも成形型本体10に対する密着性を有し、且つ、離型膜13に対しても高い密着性を有する。この密着膜12を設けることによって離型膜13の剥離を効果的に抑制することができる。特に、成形型1がガラス素子を成形するためのものである場合、離型膜13のガラスに対する密着性は低く、ガラス製の成形型本体10に対する密着性も低い。このため、密着膜12が存在しない場合は、離型膜13は成形型本体10から剥離しやすい。しかしながら、このような場合であっても、密着膜12を設けることによって離型膜13の剥離を効果的に抑制することができる。
The
密着膜12は、例えば、Ta、Ti、Ni、Cr等の金属や、Ta、Ti、Ni及びCrからなる群より選ばれた2種以上の金属を含む合金(好ましくは、実質的にTa、Ti、Ni及びCrからなる群より選ばれた2種以上の金属からなる合金)等に形成することができる。密着膜12を保護膜11と同一材料により形成してもよく、また、密着膜12と保護膜11とを同一膜から同一工程で形成しても構わない。
The
本実施形態1では、密着膜12及び離型膜13は成形面が形成された上端面10aを覆うと共に、上端角部を覆うように上端面10a上から下方に延設されている。すなわち、密着膜12及び離型膜13の端部は成形型本体10の周面上に位置するように形成されている。このようにすることによって、密着膜12及び離型膜13が成形型本体10から剥離することを効果的に抑制することができる。
In the first embodiment, the
尚、導電性を有する金属製の密着膜12及び離型膜13を成形型本体10の上に設けることによって、離型性を向上させると共に、成形型1の帯電を抑制することができる。従って、雰囲気中のゴミ等が付着することを効果的に抑制することができる。
In addition, by providing the
また、密着膜12の膜厚と離型膜13の膜厚との合計膜厚は1μm以下であることが好ましい。そうすることによって、成形面の形状精度を保持することが容易となる。
The total film thickness of the
尚、密着膜12及び離型膜13は例えばスパッタリング法等により形成することができる。
The
図2は成形型1の使用形態を表す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a usage pattern of the
成形型1は、例えば下型として、ヒーター4が埋設された下加熱板5の上に配置される。成形型1の成形面に対向するように、上型2が配置される。上型2の基底面は、ヒーター4が埋設された上加熱板3に取り付けられる。上加熱板3はシリンダ等の加圧器(図示せず)に接続されており、その加圧器の機能により成形型1と上型2との間に配置されるガラス材6がプレスされる。尚、成形型1と上型2とは外径が等しく、成形型1と上型2とのまわりには、成形型1の外径とほぼ等しい内径を有する胴型7が設けられている。成形型1と上型2とは胴型7内を摺動するように構成されており、この胴型7により成形型1と上型2との相対位置ずれが抑制されている。
The
成形型1は、各部材の熱膨張量を考慮して、ある程度の遊びをもって下加熱板5に固定されている。このため、素子を成形する際に成形型1はある程度変位し、下加熱板5と衝突する虞がある。成形型本体10は脆性であるガラス製であるため、下加熱板5との衝突によって、特に下端角部10c等に割れ、ピッチング、カケ等が発生する虞がある。しかし、本実施形態1では、下端角部10c及び下端面10bが展延性を有する金属性の保護膜11によって被覆されているために、割れ等の発生が効果的に抑制される。また、割れ等が抑制されるため、成形型1全体の熱分布も安定し、素子の安定生産が可能となる。
The
尚、図2に示す使用例では、成形型1を下型として用いているが、成形型1を上型として用いても勿論構わない。
In the usage example shown in FIG. 2, the
(変形例1:実施形態1の第1の変形例)
図3は本変形例1に係る成形型の断面図である。
(Modification 1: First Modification of Embodiment 1)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a mold according to the first modification.
本変形例に係る成形型では、成形型本体10の上端角部に密着膜12の膜厚t2と離型膜13の膜厚t3の総和と等しい深さt4の切欠き部10dが周回して形成されている。このため、離型膜13の表面と成形型本体10の周面とがほぼ面一となっている。
In the mold according to this modification, a
実施形態1に係る成形型1では、図1に示すように、離型膜13により成形型1の周面に段差が形成されている。このため、図2に示すように、成形型1が胴型7に対して摺動すると、その段差部で摺動抵抗が発生し、それが原因となり離型膜13及び密着膜12が成形型本体10から剥離する虞がある。
In the
しかしながら、本変形例1では離型膜13の表面と成形型本体10の表面とがほぼ面一となっているため、胴型7との摺動抵抗に起因する離型膜13及び密着膜12の剥離を効果的に抑制することができる。
However, in the first modification, the surface of the
(変形例2:実施形態1の第2の変形例)
図4は本変形例2に係る成形型の断面図である。
(Modification 2: Second Modification of Embodiment 1)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a mold according to the second modification.
本変形例2に係る成形型では、保護膜11が成形型本体10の全表面を被覆するように形成されている。保護膜11のうち上端面10aの上に位置する部分は密着膜12としての機能を兼ね備えているため、言い換えれば、本変形例2では、密着膜と保護膜とが一体形成されている。
In the mold according to the second modification, the
本変形例2のように、保護膜11を成形型本体10の下端角部を含む全表面を被覆するように形成することによって、保護膜11の剥離をさらに効果的に抑制することができる。また、別個に保護膜11と密着膜12とを形成する場合と比較して、密着層としての機能を兼ね備えた保護膜11を少ない工程により形成することができる。
By forming the
本変形例2では、密着膜としての機能を兼ね備える、保護膜11の上端面10aの上に位置する部分と成形型本体10の上端角部を被覆する保護膜11の部分とを被覆するように離型膜13が形成されている。成形面の形状を保持する観点から、保護膜11の膜厚と離型膜13の膜厚との総和は1μm以下であることが好ましい。
In the second modification, the portion that is provided on the upper end surface 10 a of the
(変形例3:変形例2のさらなる変形例)
図5は本変形例3に係る成形型の断面図である。
(Modification 3: Further Modification of Modification 2)
FIG. 5 is a cross-sectional view of a mold according to the third modification.
本変形例3では、成形型本体10の上端角部に離型膜13の膜厚t2と等しい深さt4の切欠き部10dが周回して形成されており、成形型本体10の周面と離型膜13の表面とがほぼ面一となっている。このため、変形例1において説明した理由と同様の理由により、胴型7との摺動抵抗に起因する離型膜13の剥離を効果的に抑制することができる。
In the third modification, a
以上説明したように、本発明にかかる光学素子成形型は耐久性に優れたものである。このため、プラスティック製の光学素子やガラス製の光学素子等の成形に有用である。 As described above, the optical element mold according to the present invention is excellent in durability. Therefore, it is useful for molding plastic optical elements, glass optical elements, and the like.
1 成形型
2 上型
3 上加熱板
4 ヒーター
5 下加熱板
6 ガラス材
7 胴型
10 成形型本体
11 保護膜
12 密着膜
13 離型膜
1 Mold
2 Upper mold
3 Upper heating plate
4 Heater
5 Lower heating plate
6 Glass materials
7 Body type
10 Mold body
11 Protective film
12 Adhesive film
13 Release film
Claims (16)
上記成形型本体の下端角部を周回して覆う金属製の保護膜と、
を備えた成形型。 A columnar glass mold body with a molding surface formed on the upper end surface;
A metal protective film that wraps around the lower end corner of the mold body; and
A mold equipped with.
上記保護膜は上記成形型本体の下端角部から下端面全面にわたって設けられている成形型。 The mold according to claim 1, wherein
The said protective film is a shaping | molding die provided over the lower end surface whole surface from the lower end corner | angular part of the said shaping | molding die main body.
上記保護膜は上記成形型本体の下端角部を含む全表面にわたって設けられている成形型。 The mold according to claim 1, wherein
The said protective film is a shaping | molding die provided over the whole surface including the lower end corner | angular part of the said shaping | molding die main body.
上記成形面上に位置する上記保護膜は離型膜により覆われている成形型。 In the mold according to claim 3,
A molding die in which the protective film located on the molding surface is covered with a release film.
上記離型膜は上記成形型本体の上端角部上に位置する上記保護膜を覆うように下方に延設されている成形型。 The mold according to claim 4, wherein
The mold which is extended downward so that the mold release film covers the protective film located on the upper end corner of the mold body.
上記成形型本体の上端角部に、上記離型膜の膜厚と等しい深さの切欠き部が周回して形成されている成形型。 In the mold according to claim 5,
A mold in which a notch having a depth equal to the film thickness of the release film is formed around the upper end corner of the mold body.
上記密着膜上に形成された離型膜と、
上記成形面と上記離型膜との間に設けられ、該離型膜を該成形面に密着させる密着膜と、
をさらに備えた成形型。 The mold according to claim 1, wherein
A release film formed on the adhesion film,
An adhesion film that is provided between the molding surface and the release film, and adheres the release film to the molding surface;
A mold further comprising
上記密着膜は上記成形型本体の上端角部を覆うように下方に延設されており、且つ、上記離型膜は下方に延設された上記密着膜を覆うように下方に延設されている成形型。 The mold according to claim 7, wherein
The adhesive film extends downward to cover the upper end corner of the mold body, and the release film extends downward to cover the adhesive film extended downward. Mold.
上記成形型本体の上端角部に、上記密着膜の膜厚と上記離型膜の膜厚との総和と等しい深さの切欠き部が周回して形成されている成形型。 The mold according to claim 8, wherein
A mold in which a notch having a depth equal to the sum of the film thickness of the adhesive film and the film thickness of the release film is formed around the upper end corner of the mold body.
上記密着膜と上記保護膜とは一体形成されている成形型。 The mold according to claim 7, wherein
The mold in which the adhesion film and the protective film are integrally formed.
上記成形型本体は二酸化ケイ素を主成分とするガラスにより形成されている成形型。 The mold according to claim 1, wherein
The mold body is formed of glass mainly composed of silicon dioxide.
上記離型膜は貴金属または貴金属を含む合金により形成されている成形型。 In the mold according to claim 4 or 7,
The mold is formed of a noble metal or an alloy containing a noble metal.
上記離型膜は、Pt、Ir、W、Re、Ta、Rh、Ru、及びOsからなる群より選ばれた金属、若しくは、Pt、Ir、W、Re、Ta、Rh、Ru、及びOsからなる群より選ばれた2種以上の金属を含む合金により形成されている成形型。 In the mold according to claim 4 or 7,
The release film may be a metal selected from the group consisting of Pt, Ir, W, Re, Ta, Rh, Ru, and Os, or Pt, Ir, W, Re, Ta, Rh, Ru, and Os. A molding die formed of an alloy containing two or more metals selected from the group consisting of:
上記保護膜はTa、Ti、Ni及びCrからなる群より選ばれた金属、若しくは、Ta、Ti、Ni及びCrからなる群より選ばれた2種以上の金属を含む合金により形成されている成形型。 The mold according to claim 1, wherein
The protective film is formed of a metal selected from the group consisting of Ta, Ti, Ni and Cr, or an alloy containing two or more metals selected from the group consisting of Ta, Ti, Ni and Cr. Type.
上記保護膜の膜厚と上記離型膜の膜厚との総和が1μm以下である成形型。 The mold according to claim 4, wherein
A molding die in which the sum of the thickness of the protective film and the thickness of the release film is 1 μm or less.
上記密着膜の膜厚と上記離型膜の膜厚との総和が1μm以下である成形型。 The mold according to claim 7, wherein
A molding die in which the total thickness of the adhesive film and the release film is 1 μm or less.
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