JP2008143730A - Die for molding optical element, and method for producing die for molding optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子成形用金型及び光学素子成形用金型の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element molding die and a method for manufacturing an optical element molding die.
光学素子成形用金型を製造する際に、成形面の耐久性を向上させるために様々な製造方法が提案されている。例えば、基材にタングステンカーバイド(以下、WCと称する。)を主成分とする超硬合金等の機械的強度に優れ、かつ耐熱性に優れた焼結体の上面を所望の光学素子に近似した形状に加工する。その後、RFスパッタ、イオンビームスパッタ、蒸着等のPVD(物理的気相成長法)や、CVD(化学的気相成長法)によって、白金、イリジウム等の金属材料を有する保護層を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Various manufacturing methods have been proposed to improve the durability of the molding surface when manufacturing an optical element molding die. For example, the upper surface of a sintered body having excellent mechanical strength and excellent heat resistance, such as a cemented carbide whose main component is tungsten carbide (hereinafter referred to as WC), is approximated to a desired optical element. Process into shape. Thereafter, there is a method of forming a protective layer having a metal material such as platinum or iridium by PVD (physical vapor deposition) such as RF sputtering, ion beam sputtering, or vapor deposition, or CVD (chemical vapor deposition). It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、上述した基材の表面にニッケル−リン等の非晶質の金属又は合金からなる切削層を形成する。その後、切削層を切削加工して成形面を得る方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、上記特許文献1に記載の方法では、保護層が薄膜として形成されているので、成膜時のスプラッシュや微小の異物、洗浄では除去しきれない付着物により保護層が剥離してしまう。また、成形に伴うヒートサイクルによって酸化劣化が促進され、保護層の微小剥離や光学素子の焼き付きが発生して不良となってしまう。さらに、保護層が剥離することによって、基材表面が外部に晒されてしまい、酸化劣化により基材が使用不可能になってしまう。
However, in the method described in
また、上記特許文献2に記載の方法では、切削層が、ニッケル−リン等の非晶質の金属又は合金から形成されているので、離型性が低く、ガラス等の高温下の成形では光学素子が焼き付いてしまう。また、基材と切削層とは異種材料同士で焼結されているので、基材と切削層との結合部の強度が低く、割れやすい。
Further, in the method described in
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、成形面からの微小剥離や光学素子の焼き付きを抑えることができる光学素子成形用金型の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a mold for molding an optical element that can suppress minute peeling from the molding surface and seizure of the optical element.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る光学素子成形用金型の製造方法は、タングステンカーバイド合金を有する基材の上面に、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルのうち少なくとも一種類の元素と、前記基材が有する一種類以上の元素とを有する混合物からなる中間層を形成する中間層形成工程と、前記中間層の上面に、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選ばれる少なくとも一種類の元素を有する単体、又は混合物からなる加工層を形成する加工層形成工程と、前記中間層と前記加工層とを一体に焼結する焼結工程と、前記加工層を所望の光学素子に近似した形状に加工する加工工程と、を備えていることを特徴とする。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The method for producing an optical element molding die according to the present invention includes at least one element selected from platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, and tantalum on the upper surface of a substrate having a tungsten carbide alloy, An intermediate layer forming step of forming an intermediate layer made of a mixture having one or more elements of the base material, and platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, tantalum on the upper surface of the intermediate layer Desired for the processed layer, a processed layer forming step for forming a processed layer composed of a single element or a mixture of at least one element selected, a sintering step for integrally sintering the intermediate layer and the processed layer, and the processed layer And a processing step of processing into a shape approximate to that of the optical element.
また、本発明に係る光学素子成形用金型の製造方法は、前記光学素子成形用金型の製造方法であって、前記中間層の元素比率を、前記中間層の厚さ方向に段階的に変化させることを特徴とする。 The method for manufacturing an optical element molding die according to the present invention is a method for manufacturing the optical element molding die, wherein the element ratio of the intermediate layer is increased stepwise in the thickness direction of the intermediate layer. It is characterized by changing.
また、本発明に係る光学素子成形用金型の製造方法は、前記光学素子成形用金型の製造方法であって、前記焼結工程において、放電プラズマ焼結法を用いることを特徴とする。 The method for manufacturing an optical element molding die according to the present invention is a method for manufacturing the optical element molding die, wherein a discharge plasma sintering method is used in the sintering step.
本発明に係る光学素子成形用金型は、本発明に係る光学素子成形用金型の製造方法にて作製されていることを特徴とする。 The optical element molding die according to the present invention is manufactured by the method for manufacturing an optical element molding die according to the present invention.
本発明によれば、成形面の微小剥離や光学素子の焼き付き、また、それによる基材の酸化劣化を抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress minute peeling of the molding surface, burn-in of the optical element, and oxidative deterioration of the base material due to it.
本発明に係る一実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
本実施形態に係る光学素子成形用金型1は、図1に示すように、WC合金を有する基材2と、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルのうち少なくとも一種類の元素と、前記基材が有する一種類以上の元素とを有する混合物からなる中間層3と、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選ばれる少なくとも一種類の元素を有する単体、又は混合物からなり、中間層3の上面3aに形成された加工層5とを備えている。
An embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, the optical element molding die 1 according to the present embodiment includes at least one of a
この光学素子成形用金型1の製造方法について説明する。
この製造方法は、基材2の上面2aに、中間層3を形成する中間層形成工程と、中間層3の上面3aに、加工層5を形成する加工層形成工程と、中間層3と加工層5とを一体に焼結する焼結工程と、加工層5を所望の光学素子に近似した形状に加工する加工工程と、を備えている。
A method for manufacturing the optical element molding die 1 will be described.
This manufacturing method includes an intermediate layer forming step for forming the intermediate layer 3 on the
本実施形態では、図2に示すような構成により、放電プラズマ焼結法を用いた焼結工程を行う。
まず、所望の光学素子成形用金型1の基材形状に加工したWC合金を、鉛直方向に延びて設けられた焼結用治具11内の下方側に載置する。
In the present embodiment, a sintering process using a discharge plasma sintering method is performed with the configuration shown in FIG.
First, the WC alloy processed into the base material shape of the desired optical
そして、基材2の上面2aに、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルのうち少なくとも一種類の元素と、基材2が有する一種類以上の元素とを有する混合粉末を中間層3として配置し(中間層形成工程)、さらにその上方に、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選ばれる少なくとも一種類の元素を有する単体、又は混合物の粉末を加工層5として配置する(加工層形成工程)。
And on the
そして、中間層3、加工層5のそれぞれ所望の厚さが得られるように充填量を調整した後、上パンチ12及び下パンチ13に圧力をかけながらパルス放電させて、放電プラズマ焼結法を用いて一体に焼結させる(焼結工程)。
Then, after adjusting the filling amount so that each of the intermediate layer 3 and the processed
焼結工程の後、加工工程に移行して、研削加工を用いて形成された加工層5を所望の光学素子近似形状に加工し、研磨加工を用いて成形面1aを仕上げる。なお、研磨加工の代わりに、クラスターイオンビームやイオンミリングにて仕上げ加工を行ってもよい。
こうして加工汚れを除去し、乾燥することにより、所望の光学素子成形用金型1を得る。
After the sintering process, the process shifts to a processing process, where the processed
In this way, the processing dirt is removed and dried to obtain the desired optical element molding die 1.
この光学素子成形用金型1の製造方法によれば、成形面1aにスプラッシュや微小の異物のない光学素子成形用金型1を製造することができる。従って、これを用いて光学素子を成形しても、成形面1aの剥離や光学素子の焼き付き、また、それによる基材2の酸化劣化を抑えることができ、耐熱性を向上させることができる。
According to this method for manufacturing the optical element molding
また、加工層に所定の厚さをもたせることができ、成形面1aに傷等の凹凸が発生した場合にも、再加工して再使用することができる。
Moreover, a predetermined thickness can be given to the processed layer, and even when irregularities such as scratches occur on the
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
中間層3や加工層5を構成する材料は、上述した材料の組み合わせであれば、何れも同様の効果を奏することができる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
If the material which comprises the intermediate | middle layer 3 and the
(実施例1)
中間層として、比率が50重量%ずつの白金とWCとの混合粉末を基材の上面に配置し、さらにその上に、加工層として、比率が50重量%ずつ白金とイリジウムとの混合粉末を配置した。そして、中間層の厚さを0.5mm、加工層の厚さを3mmとなるように充填量を調整してから、放電プラズマ焼結法にて焼結した。
Example 1
As an intermediate layer, a mixed powder of platinum and WC with a ratio of 50% by weight is arranged on the upper surface of the base material, and further, a mixed powder of platinum and iridium with a ratio of 50% by weight is formed thereon as a processed layer. Arranged. Then, after adjusting the filling amount so that the thickness of the intermediate layer was 0.5 mm and the thickness of the processed layer was 3 mm, sintering was performed by a discharge plasma sintering method.
加工工程では、研削加工を用いて所望の光学素子近似形状に加工し、研磨加工を用いて成形面を仕上げ、超音波洗浄により加工汚れを除去し、その後真空乾燥を実施した。 In the processing step, a desired optical element approximate shape was processed using grinding, the molded surface was finished using polishing, processing dirt was removed by ultrasonic cleaning, and then vacuum drying was performed.
製造された光学素子成形用金型の外観を顕微鏡にて観察したところ、従来のものには見られたスプラッシュや微小の異物のない良好な成形面が確保されていた。そして、光学素子成形用金型を650℃以上に加熱する成形試験を行った。この結果、従来では基材の酸化が確認され、500shot程度で微小の剥離や光学素子の焼き付きが確認できたが、本実施例では、1000shotでもこのようなもののない成形面が確保されていた。 When the appearance of the manufactured optical element molding die was observed with a microscope, a good molding surface free from the splash and minute foreign matter found in the conventional one was secured. Then, a molding test was performed in which the optical element molding die was heated to 650 ° C. or higher. As a result, oxidation of the base material was confirmed in the past, and minute peeling and optical element burn-in were confirmed at about 500 shots. However, in this example, a molding surface having no such thing was secured even at 1000 shots.
750℃以上、850℃以上で同様の成形試験を行っても結果は同様であった。
また、650℃以上に加熱して5000shot行ったところ、成形面の酸化を確認することができたが、基材へのダメージはなかった。その後、成形面に再加工を施し、再度成形試験を行ったところ、1000shotでも微小の剥離や光学素子の焼き付きのない成形面を確保することができた。
Even if the same molding test was performed at 750 ° C. or higher and 850 ° C. or higher, the results were the same.
Moreover, when it heated at 650 degreeC or more and performed 5000 shot, although the oxidation of the molding surface was able to be confirmed, there was no damage to a base material. Thereafter, the molding surface was reworked and a molding test was performed again. As a result, even with 1000 shots, it was possible to secure a molding surface that was free from minute peeling and optical element burn-in.
(実施例2)
実施例1に対して、白金とイリジウムとの元素比率(重量比率)が、その厚さ方向に3段階に異なる3層の中間層とした。
中間層として、白金25重量%、WC75重量%の混合粉末を基材の上面に配置し、その上に、白金50重量%、WC50重量%の混合粉末を配置し、さらにその上に白金75重量%、WC25重量%の混合粉末を配置した。また、中間層の上に加工層として、比率が50重量%ずつの白金とイリジウムとの混合粉末を配置した。そして、中間層のそれぞれの層の厚さが0.5mm、加工層の厚さが3mmとなるように充填量を調整してから、放電プラズマ焼結法にて焼結した。
(Example 2)
Compared with Example 1, the element ratio (weight ratio) of platinum and iridium was set to three intermediate layers different in three stages in the thickness direction.
As an intermediate layer, a mixed powder of 25% by weight of platinum and 75% by weight of WC is disposed on the upper surface of the substrate, and a mixed powder of 50% by weight of platinum and 50% by weight of WC is disposed thereon, and further, 75% by weight of platinum is disposed thereon. %, WC 25 wt% mixed powder was placed. Further, a mixed powder of platinum and iridium having a ratio of 50% by weight was disposed on the intermediate layer as a processed layer. Then, the filling amount was adjusted so that each of the intermediate layers had a thickness of 0.5 mm and the processed layer had a thickness of 3 mm, and then sintered by the discharge plasma sintering method.
製造された光学素子成形用金型の外観を顕微鏡にて観察したところ、実施例1と同様の良好な成形面が確保されていた。そして、実施例1と同様の温度やshotにて光学素子成形用金型の成形試験を行ったところ、実施例1と同様の結果が得られた。 When the appearance of the manufactured optical element molding die was observed with a microscope, the same good molding surface as in Example 1 was secured. When a molding test of the optical element molding die was performed at the same temperature and shot as in Example 1, the same result as in Example 1 was obtained.
また、本実施例と実施例1の光学素子成形用金型の強度比較試験を行ったところ、本実施例の光学素子成形用金型では、基材と中間層、及び中間層と加工層との粒界が緩和されており、その結果、実施例1のものより強度が向上していた。 Moreover, when the strength comparison test of the optical element molding die of this example and Example 1 was performed, in the optical element molding die of this example, the base material and the intermediate layer, and the intermediate layer and the processed layer As a result, the strength was improved from that of Example 1.
(実施例3)
中間層として、白金−イリジウム合金と、WCとを、比率が50重量%ずつの割合で混合粉末として混合し、基材の上面に配置した。さらにその上に、加工層として、比率が50重量%ずつの白金とイリジウムとの混合粉末を配置した。そして、中間層の厚さを0.5mm、加工層の厚さを3mmとなるように充填量を調整してから、放電プラズマ焼結法にて焼結した。
(Example 3)
As an intermediate layer, a platinum-iridium alloy and WC were mixed as a mixed powder at a ratio of 50% by weight and placed on the upper surface of the substrate. Further, a mixed powder of platinum and iridium having a ratio of 50% by weight was disposed thereon as a processed layer. Then, after adjusting the filling amount so that the thickness of the intermediate layer was 0.5 mm and the thickness of the processed layer was 3 mm, sintering was performed by a discharge plasma sintering method.
加工工程では、研削加工を用いて所望の光学素子近似形状に加工し、クラスターイオンビームにて成形面を仕上げ、超音波洗浄により加工汚れを除去し、その後真空乾燥を実施した。 In the processing step, a desired optical element approximate shape was processed using grinding, the molded surface was finished with a cluster ion beam, processing stains were removed by ultrasonic cleaning, and then vacuum drying was performed.
(実施例4)
中間層として、白金及びイリジウムの混合粉末とWC粉末とを、比率が50重量%ずつの割合で混合粉末として混合し、基材の上面に配置した。さらにその上に、加工層として、比率が50重量%ずつのイリジウムとレニウムとの混合粉末を配置した。そして、中間層の厚さを0.5mm、加工層の厚さを3mmとなるように充填量を調整してから、放電プラズマ焼結法にて焼結した。
Example 4
As an intermediate layer, a mixed powder of platinum and iridium and a WC powder were mixed as a mixed powder at a ratio of 50% by weight and placed on the upper surface of the substrate. Further, a mixed powder of iridium and rhenium in a ratio of 50% by weight was disposed thereon as a processed layer. Then, after adjusting the filling amount so that the thickness of the intermediate layer was 0.5 mm and the thickness of the processed layer was 3 mm, sintering was performed by a discharge plasma sintering method.
加工工程では、研削加工を用いて所望の光学素子近似形状に加工し、イオンミリングにて成形面を仕上げ、超音波洗浄により加工汚れを除去し、その後真空乾燥を実施した。 In the processing step, grinding was performed to obtain a desired optical element approximate shape, the molding surface was finished by ion milling, processing dirt was removed by ultrasonic cleaning, and then vacuum drying was performed.
製造された光学素子成形用金型の外観を顕微鏡にて観察したところ、実施例1と同様の良好な成形面が確保されていた。そして、実施例1と同様の温度やshotにて光学素子成形用金型の成形試験を行ったところ、実施例1と同様の結果が得られた。 When the appearance of the manufactured optical element molding die was observed with a microscope, the same good molding surface as in Example 1 was secured. When a molding test of the optical element molding die was performed at the same temperature and shot as in Example 1, the same result as in Example 1 was obtained.
1 光学素子成形用金型
2 基材
2a 上面
3 中間層
3a 上面
5 加工層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記中間層の上面に、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選ばれる少なくとも一種類の元素を有する単体、又は混合物からなる加工層を形成する加工層形成工程と、
前記中間層と前記加工層とを一体に焼結する焼結工程と、
前記加工層を所望の光学素子に近似した形状に加工する加工工程と、
を備えていることを特徴とする光学素子成形用金型の製造方法。 From a mixture having at least one element of platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, tantalum and one or more elements of the substrate on the upper surface of the substrate having a tungsten carbide alloy. An intermediate layer forming step of forming an intermediate layer,
On the upper surface of the intermediate layer, a processing layer forming step of forming a processing layer made of a simple substance or a mixture of at least one element selected from platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, and tantalum, and
A sintering step of integrally sintering the intermediate layer and the processed layer;
A processing step of processing the processed layer into a shape approximate to a desired optical element;
A method for producing a mold for molding an optical element, comprising:
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JP2013147682A (en) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Canon Inc | Amorphous alloy, molding die and method for molding optical element |
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