JP2013203567A - Mold for molding optical element, method of manufacturing optical element, and method of manufacturing mold for molding optical element - Google Patents

Mold for molding optical element, method of manufacturing optical element, and method of manufacturing mold for molding optical element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mold for molding an optical element and a method of manufacturing the mold for molding the optical element such that even when a noble metal film is used as a release film, durability of the release film can be improved.SOLUTION: A lower mold 2 includes a base material 2A which has a base material surface Sin a shape conforming to a surface shape of a molding and is made of silicon carbide, a plurality of carbon nanotubes 10 extending from the base material surface S, an intermediate metal layer 2B made of metal 11 deposited on the base material 2A while fitting the gap among the carbon nanotubes 10, and a release film 2C laminated on the intermediate metal layer 2B.

Description

本発明は、光学素子成形用型、光学素子の製造方法、および光学素子成形用型の製造方法に関する。例えば、ガラスからなる成形材料を加熱プレスして光学素子を成形する光学素子成形用型、光学素子の製造方法、および光学素子成形用型の製造方法に関する。   The present invention relates to an optical element molding die, an optical element manufacturing method, and an optical element molding die manufacturing method. For example, the present invention relates to an optical element molding die for molding an optical element by heating and pressing a molding material made of glass, an optical element manufacturing method, and an optical element molding die manufacturing method.

従来、ガラスを成形する成形用型として、超硬合金を型基材とし、この型基材の成形面に成形後のガラスの離型を容易にするための離型膜を設けたものが実用化されている。離型膜には、貴金属、貴金属合金、炭素等よりなる単層、あるいは複数層の薄膜が用いられている。
一方、このような成形用型によって成形されるガラス成形レンズは、屈折力を高めることにより小型化を図るため、高屈折率のガラス材料が用いられるようになってきた。このような高屈折率のガラス材料は、低屈折率のガラス材料に比べて、成形温度が高くなっている。
このため、成形用型の基材として、より高温での成形に耐えられる炭化ケイ素を用いることが提案されている。しかし、炭化ケイ素を基材として使用し、貴金属系の離型膜を用いる場合、基材と離型膜との密着性が低いため、成形時に離型膜が基材より剥離してしまうという問題があった。
このような成形用型の基材と離型膜との密着性を向上する技術として、特許文献1には、基材が超硬合金であって、離型膜が炭素膜の場合に、基材と離型膜との間に、基材および離型膜の双方に高い密着性を有するクロム(Cr)やタンタル(Ta)といった中間層膜を設け、この中間層膜上にガスクラスターイオンビーム援用照射下に炭素膜を形成する技術が提案されている。
Conventionally, as a mold for molding glass, a cemented carbide is used as a mold base, and a mold release film is provided on the molding surface of the mold base to facilitate release of the glass after molding. It has become. As the release film, a single layer or a plurality of layers of thin films made of noble metal, noble metal alloy, carbon or the like is used.
On the other hand, a glass-molded lens molded by such a molding die has been used with a glass material having a high refractive index in order to reduce the size by increasing the refractive power. Such a high refractive index glass material has a higher molding temperature than a low refractive index glass material.
For this reason, it has been proposed to use silicon carbide that can withstand molding at higher temperatures as the base of the mold. However, when using silicon carbide as a base material and using a noble metal release film, the adhesion between the base material and the release film is low, so the release film peels off from the base material during molding. was there.
As a technique for improving the adhesion between the base material of the mold and the release film, Patent Document 1 discloses that the base material is a cemented carbide and the release film is a carbon film. An intermediate layer film such as chromium (Cr) or tantalum (Ta) having high adhesion is provided on both the base material and the release film between the material and the release film, and a gas cluster ion beam is provided on the intermediate layer film. A technique for forming a carbon film under assisting irradiation has been proposed.

特開2005−169816号公報JP 2005-169816 A

しかしながら、上記のような従来の光学素子成形用型には、以下のような問題があった。
特許文献1に記載の技術のように、成形用型の基材と離型膜との間にクロム(Cr)やタンタル(Ta)といった中間層膜を設ける場合、離型膜が貴金属系の離型膜では良好な耐久性が得られないという問題がある。
まず、ガラス成形を繰り返すことにより中間層膜成分が離型膜である貴金属層に拡散し、離型膜の組成を変えてしまうため、離型性を損なってしまうという問題がある。
また、中間層膜成分が離型膜に拡散することによって、中間層膜が消耗され、密着性を失ってしまうという問題がある。
このような中間層膜成分の拡散は成形温度が高くなるほど発生しやすくなるため、特に、高屈折率ガラスの成形など、成形温度を高くしなければならない場合に、離型膜の耐久性が低下してしまうという問題がある。
However, the conventional optical element molding die as described above has the following problems.
When an intermediate layer film such as chromium (Cr) or tantalum (Ta) is provided between the mold base and the release film as in the technique described in Patent Document 1, the release film is made of a noble metal-based release film. There is a problem that good durability cannot be obtained with a mold membrane.
First, by repeating the glass forming, the intermediate layer film component diffuses into the noble metal layer, which is the release film, and the composition of the release film is changed.
Further, there is a problem that the intermediate layer film is consumed and the adhesion is lost due to the diffusion of the intermediate layer component into the release film.
Since such diffusion of the intermediate layer film component is more likely to occur as the molding temperature increases, the durability of the release film decreases particularly when the molding temperature must be increased, such as when molding a high refractive index glass. There is a problem of end up.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、離型膜として貴金属系膜を用いた場合であっても、離型膜の耐久性を向上することができる光学素子成形用型および光学素子成形用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 problems, and can be used to mold an optical element that can improve the durability of a release film even when a noble metal film is used as the release film. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a mold and an optical element molding mold.

上記の課題を解決するために、本発明の光学素子成形用型は、成形品の表面形状に沿う形状の表面を有し、炭化ケイ素からなる基材部と、前記表面から延びた複数のカーボンナノチューブと、該カーボンナノチューブの間に埋められて前記基材部上に堆積した金属からなる中間金属層と、該中間金属層上に積層された離型膜と、を備える構成とする。   In order to solve the above-described problems, an optical element molding die of the present invention has a surface having a shape that conforms to the surface shape of a molded product, and includes a base portion made of silicon carbide and a plurality of carbons extending from the surface. The structure includes a nanotube, an intermediate metal layer made of metal buried between the carbon nanotubes and deposited on the base member, and a release film laminated on the intermediate metal layer.

また、本発明の光学素子成形用型では、前記金属は、チタン、ジルコニウム、およびモリブデンのうちの1以上の金属からなることが可能である。   In the optical element molding die of the present invention, the metal may be made of one or more of titanium, zirconium, and molybdenum.

また、本発明の光学素子成形用型では、前記中間金属層と前記カーボンナノチューブとの間に、前記金属の炭化物が形成されていることが可能である。   In the optical element molding die of the present invention, the carbide of the metal can be formed between the intermediate metal layer and the carbon nanotube.

また、本発明の光学素子成形用型では、前記離型膜は、前記中間金属層に積層される最下層と、前記成形品の材料と離型可能に密着する成形面を有する最外層とを、少なくとも含む多層膜であることが可能である。   In the optical element molding die of the present invention, the release film includes a lowermost layer laminated on the intermediate metal layer, and an outermost layer having a molding surface that is in close contact with the material of the molded product so as to be releasable. , At least a multilayer film.

また、本発明の光学素子成形用型では、前記金属は、前記離型膜に用いられている金属であることが可能である。   In the optical element molding die of the present invention, the metal may be a metal used for the release film.

本発明の光学素子の製造方法は、本発明の光学素子成形用型成形用型を用いて前記成形品の材料を成形して前記成形品を得る方法である。   The method for producing an optical element of the present invention is a method for obtaining the molded product by molding the material of the molded product using the mold for molding an optical element molding of the present invention.

本発明の光学素子成形用型の製造方法は、成形品の表面形状に沿う形状の表面を有するように、炭化ケイ素からなる基材部を形成する基材部形成工程と、
前記基材部を熱処理して、表面のケイ素成分を揮発させるとともに前記基材部の表面から延びた形態の複数のカーボンナノチューブを形成するカーボンナノチューブ形成工程と、金属を、前記カーボンナノチューブの間に埋めて、前記基材部上に堆積させることにより中間金属層を形成する中間金属層形成工程と、前記中間金属層上に離型膜を成膜する離型膜形成工程と、を備える方法とする。
The method for producing an optical element molding die of the present invention includes a base material portion forming step of forming a base material portion made of silicon carbide so as to have a surface having a shape that conforms to the surface shape of a molded product,
Heat treating the base material portion to volatilize the silicon component on the surface and form a plurality of carbon nanotubes extending from the surface of the base material portion; and a metal between the carbon nanotubes. A method comprising: an intermediate metal layer forming step of filling and depositing on the base material portion to form an intermediate metal layer; and a release film forming step of forming a release film on the intermediate metal layer; To do.

本発明の光学素子の製造方法は、本発明の光学素子成形用型の製造方法により得られた光学素子成形用型を用いて、前記成形品の材料を成形して該成形品を得る方法とする。   The method for producing an optical element of the present invention includes a method for obtaining a molded product by molding the material of the molded product using the optical element molding die obtained by the method for producing an optical element molding die of the present invention. To do.

本発明の光学素子成形用型および光学素子成形用型の製造方法によれば、基材部と離型膜とが、基材部の表面から延びた複数のカーボンナノチューブと、このカーボンナノチューブに埋め込まれた金属とからなる中間金属層を介して積層されるため、離型膜として貴金属系膜を用いた場合であっても、離型膜の耐久性を向上することができるという効果を奏する。   According to the optical element molding die and the method of manufacturing an optical element molding die of the present invention, the base material portion and the release film are embedded in the carbon nanotubes, with the plurality of carbon nanotubes extending from the surface of the base material portion. Since it is laminated via the intermediate metal layer made of the metal, the durability of the release film can be improved even when a noble metal film is used as the release film.

本発明の実施形態の光学素子成形用型の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the optical element shaping | molding die of embodiment of this invention. 図1におけるA(B)部の模式的な部分拡大図である。It is a typical fragmentary enlarged view of the A (B) part in FIG. 本発明の実施形態の光学素子成形用型に用いる離型膜の膜構成の一例を示す模式的な部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view which shows an example of the film | membrane structure of the release film used for the optical element shaping | molding die of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process flow of the manufacturing method of the optical element shaping | molding die of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の模式的な工程説明図である。It is typical process explanatory drawing of the manufacturing method of the optical element shaping | molding die of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の中間金属層形成工程を説明する模式的な工程説明図である。It is typical process explanatory drawing explaining the intermediate metal layer formation process of the manufacturing method of the optical element shaping | molding die of embodiment of this invention.

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
まず、本発明の実施形態の光学素子成形用型について説明する。
図1は、本発明の実施形態の光学素子成形用型の一例を示す模式的な断面図である。図2は、図1におけるA(B)部の模式的な部分拡大図である。図3は、本発明の実施形態の光学素子成形用型に用いる離型膜の膜構成の一例を示す模式的な部分断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, an optical element molding die according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an optical element molding die according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic partial enlarged view of an A (B) portion in FIG. FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of a film configuration of a release film used in the optical element molding die according to the embodiment of the present invention.

本実施形態の光学素子成形用型は、成形材料であるガラス材料をプレス加工して、レンズ等のガラス製光学素子を製造する金型組立体の一部を構成するものであり、光学素子の光学面の形状をガラス材料に転写する成形面を備える。
光学素子の種類としては、ガラス製であれば、特に限定されず、例えば、レンズ、プリズム、ミラー、フィルタ、基板などの適宜の種類を採用することができる。光学素子が曲率を有する場合には、凸面でも凹面でもよい。
以下では、光学素子の一例として、凸レンズ面と凹レンズ面とを有するメニスカス形状のレンズ(不図示)を成形する場合の例で説明する。
The optical element molding die according to the present embodiment constitutes a part of a mold assembly for manufacturing a glass optical element such as a lens by pressing a glass material that is a molding material. A molding surface for transferring the shape of the optical surface to the glass material is provided.
The type of the optical element is not particularly limited as long as it is made of glass. For example, an appropriate type such as a lens, a prism, a mirror, a filter, or a substrate can be adopted. When the optical element has a curvature, it may be convex or concave.
Hereinafter, as an example of an optical element, an example in the case of molding a meniscus lens (not shown) having a convex lens surface and a concave lens surface will be described.

このレンズを成形するための金型組立体1は、図1に示すように、下型2(光学素子成形用型)、上型3(光学素子成形用型)、および胴型4を備える。
下型2は、円筒状の側面2bを有する略円柱状部材であり、軸方向の一端部(図1の下側)に側面2bから外周方向に突出するフランジ部2cが形成され、軸方向の他端部(図1の上側)に、凸レンズ面の形状をガラス材料に転写する凹面形状を有する成形面2aが形成されている。
A mold assembly 1 for molding the lens includes a lower mold 2 (optical element molding mold), an upper mold 3 (optical element molding mold), and a body mold 4 as shown in FIG.
The lower die 2 is a substantially columnar member having a cylindrical side surface 2b. A flange portion 2c protruding from the side surface 2b in the outer peripheral direction is formed at one axial end portion (lower side in FIG. 1). A molding surface 2a having a concave shape that transfers the shape of the convex lens surface to the glass material is formed at the other end (upper side in FIG. 1).

側面2b、フランジ部2cは、高硬度で耐熱性が良好な材料で形成された基材2A(基材部)の表面によって形成されている。
基材2Aの材質としては、炭化ケイ素(SiC)の焼結体を採用している。
The side surface 2b and the flange portion 2c are formed by the surface of a base material 2A (base material portion) made of a material having high hardness and good heat resistance.
As the material of the substrate 2A, a sintered body of silicon carbide (SiC) is employed.

図2に示すように、基材2Aの軸方向の他端側には、成形面2aの形状に沿う凹面である基材表面S2A(基材部の表面)上に、中間金属層2Bと離型膜2Cとが、この順に積層されている。離型膜2Cの最外面は成形面2aを構成している。 As shown in FIG. 2, on the other end side in the axial direction of the base material 2A, the intermediate metal layer 2B and the base metal surface S 2A (surface of the base material part), which is a concave surface along the shape of the molding surface 2a, The release film 2C is laminated in this order. The outermost surface of the release film 2C constitutes a molding surface 2a.

基材表面S2A上には、中間金属層2Bを基材表面S2Aに強固に密着させるため、基材表面S2Aから離型膜2Cに向かって延びた複数のカーボンナノチューブ10が設けられている。
カーボンナノチューブ10は、基材表面S2A上で、稠密もしくは微小な間隔を空けた状態で密集しており、基材表面S2Aに対して略直角な方向に突出されている。
また、カーボンナノチューブ10の密度は、基材表面S2Aの全体にわたって略均一である。
各カーボンナノチューブ10の直径は、例えば、1nm〜15nm程度が可能である。また各カーボンナノチューブ10の長さは、例えば、10μm以下程度の適宜長さが可能であり、後述する中間金属層2Bに対する必要な密着強度を得られるような略均一な長さを有している。
このため、カーボンナノチューブ10は、基材表面S2A上において、略一定の高さの層状範囲に起毛状態に形成されている。
また、カーボンナノチューブ10は、炭素結合により高強度を有している。またカーボンナノチューブ10は、基材表面S2Aにおいて基材2Aとも化学的に結合されている。
On the substrate surface S 2A, in order to firmly adhere the intermediate metal layer 2B on the substrate surface S 2A, a plurality of carbon nanotubes 10 that extends from the substrate surface S 2A to release film 2C is provided Yes.
Carbon nanotubes 10, on the substrate surface S 2A, and densely in a state spaced dense or small gap, which protrudes substantially perpendicular to the substrate surface S 2A.
Further, the density of the carbon nanotubes 10 is substantially uniform over the entire substrate surface S2A .
The diameter of each carbon nanotube 10 can be, for example, about 1 nm to 15 nm. The length of each carbon nanotube 10 can be, for example, an appropriate length of about 10 μm or less, and has a substantially uniform length so as to obtain a necessary adhesion strength to the intermediate metal layer 2B described later. .
Therefore, the carbon nanotubes 10, on the substrate surface S 2A, are formed in raised state in layers range of substantially constant height.
The carbon nanotube 10 has high strength due to carbon bonds. The carbon nanotube 10 is also chemically bonded to the substrate 2A on the substrate surface S2A .

このようなカーボンナノチューブ10は、カーボンナノチューブ10および離型膜2Cのそれぞれに対して密着強度が良好となる金属11からなる中間金属層2Bによって覆われている。
すなわち、中間金属層2Bは、カーボンナノチューブ10による層状範囲には、各カーボンナノチューブ10の間に金属11が埋め込まれた金属埋め込み層Lと、金属11のみからなり、金属埋め込み層Lを覆うように積層され、中間金属層2Bの離型膜2C側の最外面S2Bを構成する被覆層Lとからなる。
金属埋め込み層Lは、金属11がカーボンナノチューブ10の間の微小な隙間に埋め込まれているため、カーボンナノチューブ10と櫛歯状に噛み合っている。
Such a carbon nanotube 10 is covered with an intermediate metal layer 2B made of a metal 11 having good adhesion strength with respect to each of the carbon nanotube 10 and the release film 2C.
That is, the intermediate metal layer 2 </ b> B includes a metal embedded layer L 1 in which the metal 11 is embedded between the carbon nanotubes 10 and the metal 11 only in the layered range of the carbon nanotubes 10, and covers the metal embedded layer L 1 . are stacked so consists coating layer L 2 Metropolitan constituting the outermost surface S 2B of the release film 2C side of the intermediate metal layer 2B.
Since the metal 11 is embedded in a minute gap between the carbon nanotubes 10, the metal embedding layer L 1 meshes with the carbon nanotubes 10 in a comb shape.

金属11の種類としては、炭素との密着性が良好な金属、例えば、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)などのうちの1以上のものから、離型膜2Cとの密着強度が良好なものを採用することができる。
また、金属11は、炭化物を形成しやすい材質であれば、カーボンナノチューブ10の表面において炭化物を形成して化学結合によって強固に結合することができるため、より好ましい。また、金属11は、基材2Aの材質との密着強度が良好であればさらに好ましい。
離型膜2Cが金属系の離型膜である場合、金属11としては、多くの金属に対する密着強度が良好なTiが特に好適である。
Tiは、例えば、化学気相成長(CVD)などによってカーボンナノチューブ10の間に埋め込むと、カーボンナノチューブ10の表面で炭化物を形成して、化学的に強固に結合するため、金属埋め込み層Lにおいてカーボンナノチューブ10との密着強度が良好となる。
また、金属11は、離型膜2Cに用いられている金属であれば、離型膜2Cとの密着強度が良好となるため好ましい。すなわち、離型膜2Cが貴金属系からなる場合に、離型膜2Cに用いられる貴金属のうち、炭素との密着性に優れる材質を好適に採用することができる。
金属11が離型膜2Cに用いられている金属の場合、金属11が離型膜2Cに拡散したとしても、離型膜2Cの組成の変化が少なくなるため、離型膜2Cの組成の変化による離型性の低下を抑制しやすくなる。
As the type of the metal 11, the adhesion with the release film 2 </ b> C from one or more of metals having good adhesion with carbon, for example, titanium (Ti), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), etc. Those having good strength can be employed.
Further, the metal 11 is more preferably a material that easily forms carbides, because it can form carbides on the surface of the carbon nanotubes 10 and can be firmly bonded by chemical bonding. Further, it is more preferable that the metal 11 has good adhesion strength with the material of the base material 2A.
When the release film 2 </ b> C is a metal-based release film, Ti that has good adhesion strength to many metals is particularly suitable as the metal 11.
When Ti is embedded between the carbon nanotubes 10 by, for example, chemical vapor deposition (CVD) or the like, a carbide is formed on the surface of the carbon nanotubes 10 and chemically bonded, so in the metal embedded layer L 1 Adhesive strength with the carbon nanotube 10 becomes good.
The metal 11 is preferably a metal used for the release film 2C because the adhesion strength with the release film 2C is improved. That is, when the release film 2C is made of a noble metal, a material excellent in adhesion to carbon among the noble metals used for the release film 2C can be suitably used.
When the metal 11 is a metal used for the release film 2C, even if the metal 11 diffuses into the release film 2C, the change in the composition of the release film 2C is reduced. It becomes easy to suppress a decrease in releasability due to.

被覆層Lは、離型膜2Cとの密着強度を向上するために設けられている。このため、金属埋め込み層Lにおけるカーボンナノチューブ10の先端部を覆い隠すことができればよく、金属埋め込み層Lの層厚に比べて薄層に形成することが可能である。
広く用いられている貴金属系の離型膜2Cは、金属に対する密着強度は優れているもの、カーボンナノチューブ10に対する密着強度は低い。このため、カーボンナノチューブ10の表面が露出している部分が多いと、密着強度に寄与する面積が低下するため、離型膜2Cの密着強度が低下してしまう。
被覆層Lを設けることにより、離型膜2Cとの密着可能な金属11の面積が増大するため、離型膜2Cとの密着性を向上することができる。
また、カーボンナノチューブ10の表面に密着した金属11は、容易に拡散しないため、被覆層Lを薄くすることにより、被覆層Lにおいて相対的に離型膜2Cに拡散する金属11が少なくなる。また、一部の金属11が拡散するとしても、拡散の絶対量が少なくなる。このため、金属11が離型膜2C内に拡散することによる離型性の劣化を抑制しやすくなる。
Coating layer L 2 is provided to improve the adhesion strength between the parting layer 2C. Therefore, it is possible as long as it can cover the top portion of the carbon nanotubes 10 in the metal buried layer L 1, it is formed into a thin layer compared to the layer thickness of the metal buried layer L 1.
The widely used noble metal release film 2 </ b> C has excellent adhesion strength to metal and low adhesion strength to the carbon nanotube 10. For this reason, if there are many portions where the surface of the carbon nanotube 10 is exposed, the area contributing to the adhesion strength is reduced, and the adhesion strength of the release film 2C is reduced.
By providing the coating layer L 2, since the area of the adherable metal 11 of the release film 2C increases, it is possible to improve the adhesion between the release film 2C.
The metal 11 in close contact with the surface of the carbon nanotubes 10, because they do not readily diffuse, by thinning the cover layer L 2, the metal 11 to be diffused relatively release film 2C in the coating layer L 2 is reduced . Even if some of the metals 11 diffuse, the absolute amount of diffusion decreases. For this reason, it becomes easy to suppress the deterioration of releasability due to diffusion of the metal 11 into the release film 2C.

離型膜2Cは、最外部が、成形に用いるガラス材料との離型性が良好な材料であれば、適宜の材料による適宜の層構成を採用することができる。層構成は、例えば、単層構成でも、多層構成でもよい。
一般に、基材がタングステンカーバイド(WC)を主成分とする超硬合金からなる場合に好適な離型膜の構成は、SiCの焼結体に対しては良好な密着強度を有しないが、本実施形態では、基材2Aとの間に中間金属層2Bが形成されているため、このような超硬合金を基材とする場合の離型膜も好適である。
また、離型膜2Cとしては、金属11との密着強度が良好であれば、超硬合金用の離型膜に限らず、周知の他の離型膜も好適である。
本実施形態では、離型膜2Cの一例として、このような超硬合金に好適な膜構成を採用している。
すなわち、離型膜2Cの膜構成は、図3に示すように、中間金属層2B側から、下地層5(最下層)、金属層6、窒化物層7、および表面層8(最外層)がこの順に積層されている。
離型膜2Cの成膜方法は、例えば、蒸着法、スパッタ法、CVD法などを用いることができるが、膜密度、膜組成の純度などからイオンビームスパッタ法が特に好適である。
As long as the outermost part of the release film 2C is a material having good releasability from the glass material used for molding, an appropriate layer structure of an appropriate material can be adopted. The layer configuration may be, for example, a single layer configuration or a multilayer configuration.
In general, when the substrate is made of a cemented carbide whose main component is tungsten carbide (WC), the structure of the release film suitable for the sintered body of SiC does not have good adhesion strength. In the embodiment, since the intermediate metal layer 2B is formed between the base material 2A, a release film in the case of using such a cemented carbide as the base material is also suitable.
Further, the release film 2C is not limited to the cemented carbide release film as long as the adhesion strength to the metal 11 is good, and other known release films are also suitable.
In the present embodiment, a film configuration suitable for such a cemented carbide is employed as an example of the release film 2C.
That is, as shown in FIG. 3, the film configuration of the release film 2C is as follows: from the intermediate metal layer 2B side, the base layer 5 (lowermost layer), the metal layer 6, the nitride layer 7, and the surface layer 8 (outermost layer). Are stacked in this order.
As a method for forming the release film 2C, for example, an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, or the like can be used, but an ion beam sputtering method is particularly preferable from the viewpoint of the film density and the purity of the film composition.

下地層5は、中間金属層2Bを覆って密着する層状部分であり、タングステン(W)、および炭化タングステン(WC)のうち少なくとも1種類の材料から非晶質状態に形成されている。
金属層6は、下地層5との密着強度が良好な材料からなる層状部分であり、クロム(Cr)、Ti、およびモリブデン(Mo)のうち少なくとも1種類の金属材料からなる。
窒化物層7は、金属層6との密着強度が良好な材料からなる層状部分であり、Cr、Ti、およびMoのうち少なくとも1種類の元素を含む窒化物からなる。
表面層8は、窒化物層7との密着強度が良好であって、成形に用いるガラス材料に対する離型性が良好となる材料からなる層状部分である。
表面層8の表面は成形面2aを構成するため、表面粗さが小さい鏡面とされる。例えば、算術平均粗さRで0.005μm以下とする。
表面層8に好適な材料としては、貴金属類を挙げることができる。特に好適な材料としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru)、およびレニウム(Re)から構成される元素群の中の少なくとも1種類の元素、または前記元素群の中の少なくとも1種類の元素を含む合金、また前記元素群の中の少なくとも1種類の元素を含む化合物を挙げることができる。
The underlayer 5 is a layered portion that covers and adheres to the intermediate metal layer 2B, and is formed in an amorphous state from at least one material of tungsten (W) and tungsten carbide (WC).
The metal layer 6 is a layered portion made of a material having good adhesion strength with the base layer 5 and made of at least one metal material of chromium (Cr), Ti, and molybdenum (Mo).
The nitride layer 7 is a layered portion made of a material having good adhesion strength with the metal layer 6 and is made of a nitride containing at least one element of Cr, Ti, and Mo.
The surface layer 8 is a layered portion made of a material that has good adhesion strength with the nitride layer 7 and has good releasability from the glass material used for molding.
Since the surface of the surface layer 8 constitutes the molding surface 2a, it is a mirror surface with a small surface roughness. For example, the arithmetic average roughness Ra is 0.005 μm or less.
Examples of suitable materials for the surface layer 8 include noble metals. Particularly suitable materials include at least one element selected from the group consisting of platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), osmium (Os), ruthenium (Ru), and rhenium (Re). Examples thereof include an element, an alloy containing at least one element in the element group, and a compound containing at least one element in the element group.

このような離型膜2Cの構成において、下地層5は、中間金属層2Bに積層される最下層を構成しており、表面層8は、成形面2aを形成する最外層を構成している。   In such a configuration of the release film 2C, the foundation layer 5 constitutes the lowermost layer laminated on the intermediate metal layer 2B, and the surface layer 8 constitutes the outermost layer that forms the molding surface 2a. .

離型膜2Cの特に好適な膜構成の例としては、以下の膜構成を挙げることができる。
下地層5がWC、金属層6がCr、窒化物層7がCrNからなる場合、またはこれらを主成分とする場合には、表面層8として、PtとIrとの合金、IrとReとの合金、またはPtからなる金属が特に好適である。
また、下地層5がWC、金属層6がTi、窒化物層7がTiNからなる場合、またはこれらを主成分とする場合には、表面層8としては、PtとIrとの合金、IrとReとの合金、Ptからなる金属が特に好適である。
Examples of particularly suitable film configurations of the release film 2C include the following film configurations.
When the underlayer 5 is made of WC, the metal layer 6 is made of Cr, and the nitride layer 7 is made of CrN, or these are the main components, the surface layer 8 is made of an alloy of Pt and Ir, Ir and Re. An alloy or a metal made of Pt is particularly suitable.
Further, when the underlayer 5 is made of WC, the metal layer 6 is made of Ti, and the nitride layer 7 is made of TiN, or these are the main components, the surface layer 8 is made of an alloy of Pt and Ir, Ir and An alloy with Re and a metal made of Pt are particularly suitable.

上型3は、下型2の側面2bと同一の外径の筒状の側面3bを有する略円柱状部材であり、軸方向の一端部(図1の上側)に側面3bから外周方向に突出するフランジ部3cが形成され、軸方向の他端部(図1の下側)に光学素子の凹レンズ面の形状をガラス材料に転写する凸面形状を有する成形面3aが形成されている。   The upper die 3 is a substantially columnar member having a cylindrical side surface 3b having the same outer diameter as that of the side surface 2b of the lower die 2, and protrudes from the side surface 3b to the outer circumferential direction at one axial end (upper side in FIG. 1). A flange 3c is formed, and a molding surface 3a having a convex shape for transferring the shape of the concave lens surface of the optical element to the glass material is formed at the other end in the axial direction (lower side in FIG. 1).

側面3b、フランジ部3cは、下型2と同様の材質からなる基材3Aの表面によって形成されている。
基材3Aの軸方向の他端側には、図2に示すように、成形面3aの形状に沿う凹面として形成された基材表面S3A上に、中間金属層3B、離型膜3Cがこの順に積層され、離型膜3Cの最外面によって、成形面3aが構成されている。
中間金属層3Bは、下型2の中間金属層2Bと同様な構成を有し、同様な材料で形成されている。
また、離型膜3Cは、離型膜2Cと同様な構成を有し、同様な材料で形成されている。このため、離型膜3Cは、中間金属層3Bを覆うように形成されている。
The side surface 3b and the flange portion 3c are formed by the surface of the base material 3A made of the same material as that of the lower mold 2.
On the other end side in the axial direction of the base material 3A, as shown in FIG. 2, an intermediate metal layer 3B and a release film 3C are formed on the base material surface S3A formed as a concave surface along the shape of the molding surface 3a. The molding surface 3a is constituted by the outermost surfaces of the release film 3C which are laminated in this order.
The intermediate metal layer 3B has the same configuration as the intermediate metal layer 2B of the lower mold 2 and is formed of the same material.
The release film 3C has the same configuration as the release film 2C and is formed of the same material. For this reason, the release film 3C is formed so as to cover the intermediate metal layer 3B.

胴型4は、図1に示すように、下型2の側面2bの外径および上型3の側面3bの外径に等しい内径を有する内周面4aを有し、下型2の側面2b、および上型3の側面3bを、それぞれ軸方向に摺動可能に嵌合する円筒状部材である。
これにより、胴型4の一端部(図1の下側)を下型2のフランジ部2cに係止した状態で、下型2に外嵌され、他端部(図1の上側)には、成形面3aを成形面2aと対向させた状態で、上型3が着脱可能に挿入できるようになっている。
このように、胴型4の両端部に下型2、上型3が挿入された状態では、互いに対向する成形面2a、3aの間に成形空間が形成される。
胴型4の材質は、炭化ケイ素、超硬合金を採用することができる。
As shown in FIG. 1, the body mold 4 has an inner peripheral surface 4 a having an inner diameter equal to the outer diameter of the side surface 2 b of the lower mold 2 and the outer diameter of the side surface 3 b of the upper mold 3, and the side surface 2 b of the lower mold 2. , And the side surface 3b of the upper mold 3 are cylindrical members that are slidably fitted in the axial direction.
As a result, one end portion (lower side in FIG. 1) of the body die 4 is fitted to the lower die 2 in a state where the one end portion (lower side in FIG. 1) is engaged with the flange portion 2c of the lower die 2, and the other end portion (upper side in FIG. The upper mold 3 can be removably inserted with the molding surface 3a facing the molding surface 2a.
Thus, in the state where the lower mold 2 and the upper mold 3 are inserted at both ends of the body mold 4, a molding space is formed between the molding surfaces 2a and 3a facing each other.
Silicon carbide and cemented carbide can be used as the material of the trunk mold 4.

次に、このような構成の金型組立体1における下型2、上型3の製造方法について、成形面2a、3aの形成に関する製造工程を中心に説明する。
また、これらの製造工程は、下型2と上型3の外形状の違いを除いて同一であり、成形面2aの形成に関する製造工程の説明は、成形面3aの形成に関する製造工程にも同様に適用できる。したがって、以下では、下型2に成形面2aを形成する場合の例で説明する。
また、具体的な製造条件について説明する場合には、金属11がTiからなる場合の例で説明する。
図4は、本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。図5(a)、(b)、(c)は、本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の模式的な工程説明図である。図6(a)、(b)、(c)は、本発明の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の中間金属層形成工程を説明する模式的な工程説明図である。
Next, the manufacturing method of the lower mold 2 and the upper mold 3 in the mold assembly 1 having such a configuration will be described focusing on the manufacturing process relating to the formation of the molding surfaces 2a and 3a.
Moreover, these manufacturing processes are the same except for the difference in the outer shape of the lower mold 2 and the upper mold 3, and the description of the manufacturing process relating to the formation of the molding surface 2a is the same as the manufacturing process relating to the formation of the molding surface 3a. Applicable to. Therefore, hereinafter, an example in which the molding surface 2a is formed on the lower mold 2 will be described.
Moreover, when describing specific manufacturing conditions, it demonstrates by the example in case the metal 11 consists of Ti.
FIG. 4 is a flowchart showing a process flow of the method for manufacturing an optical element molding die according to the embodiment of the present invention. FIGS. 5A, 5 </ b> B, and 5 </ b> C are schematic process explanatory views of a method for manufacturing an optical element molding die according to an embodiment of the present invention. 6 (a), 6 (b), and 6 (c) are schematic process explanatory views illustrating an intermediate metal layer forming process of the method for manufacturing an optical element molding die according to the embodiment of the present invention.

本実施形態の光学素子成形用型の製造方法は、図4に示すように、基材部形成工程S1、カーボンナノチューブ(図4ではCNTと略記)形成工程S2、中間金属層形成工程S3、および離型膜形成工程S4を備え、これらの工程をこの順に行う。   As shown in FIG. 4, the manufacturing method of the optical element molding die of this embodiment includes a base material part forming step S1, a carbon nanotube (abbreviated as CNT in FIG. 4) forming step S2, an intermediate metal layer forming step S3, and A release film forming step S4 is provided, and these steps are performed in this order.

基材部形成工程S1は、成形品の表面形状に沿う形状の表面を有するように、SiCからなる基材2Aを形成する工程である。本工程では、下型2の外形を形成し、成形面2aを形成する部位の表面を鏡面加工する。
下型2の外形は、SiCを焼結して形成する。このとき、成形面2aを形成する部位は、成形面2aと略同一の曲率半径を有する湾曲面であって、成形面2aの形状よりもわずかに低い形状とする。
次に、成形面2aを形成する部位の表面に、CVDによりSiC層を形成する。これにより、基材2Aの表面が焼結粒子よりも格段に粒径が小さいSiC粒子で覆われる。
このSiC層の層厚は、金属埋め込み層Lの層厚を超える層厚であって、表面が成形面2aの形状よりも突出する形状とする。
次に、このSiC層の表面を研磨加工して、成形面2aとほぼと同様の形状に平滑化し、例えば、表面粗さがRで0.005μm以下程度の鏡面に仕上げる。
図5に示す断面は、このように鏡面加工された基材2Aの表面Sの近傍の拡大断面図である。
以上で、基材部形成工程S1が終了する。
Base material part formation process S1 is a process of forming base material 2A which consists of SiC so that it may have the surface of the shape which meets the surface shape of a molded article. In this step, the outer shape of the lower mold 2 is formed, and the surface of the part forming the molding surface 2a is mirror-finished.
The outer shape of the lower mold 2 is formed by sintering SiC. At this time, the part where the molding surface 2a is formed is a curved surface having substantially the same radius of curvature as the molding surface 2a, and has a shape slightly lower than the shape of the molding surface 2a.
Next, a SiC layer is formed by CVD on the surface of the part where the molding surface 2a is to be formed. Thereby, the surface of 2 A of base materials is covered with SiC particle | grains whose particle size is remarkably smaller than sintered particle.
The thickness of the SiC layer is a layer thickness exceeding the layer thickness of the metal buried layer L 1, the surface is shaped to protrude from the shape of the molding surface 2a.
Next, the surface of this SiC layer is polished and smoothed into a shape almost the same as that of the molding surface 2a, for example, finished to a mirror surface with a surface roughness Ra of about 0.005 μm or less.
The cross-section shown in FIG. 5 is an enlarged sectional view of the vicinity of the surface S 0 of the thus mirror-finished substrate 2A.
Above, base material part formation process S1 is complete | finished.

次に、カーボンナノチューブ形成工程S2を行う。本工程は、図5(b)に示すように、基材2Aを熱処理して、表面SのSi成分を揮発させるとともに、揮発後の表面である基材表面S2Aから延びた形態の複数のカーボンナノチューブ10を形成する工程である。 Next, carbon nanotube formation process S2 is performed. This step, as shown in FIG. 5 (b), by heat-treating the substrate 2A, together to volatilize the Si component of the surface S 0, a plurality of forms extend from a surface after volatilization substrate surface S 2A This is a step of forming the carbon nanotube 10.

基材2Aの熱処理としては、例えば、真空度10−2Pa、温度1400℃の電気炉内に、基材2Aを配置し、2時間の熱処理を行う。
このような真空中での熱処理によりSiCが分解し、Siが揮発し、散逸した後に残ったC同士が炭素結合により再結合して、カーボンナノチューブ10が形成される。
一方、CVDによるSiC層は緻密な構造を有しているため、Siが揮発すると、表面Sは徐々に均等に後退していく。このため、熱処理終了後には、表面Sから一定距離離れた位置に、基材表面S2Aが形成されている。
この熱処理において、徐々に後退していく表面上のCは、基材2AのSiCのバルクに対してSiの揮発前のSiCと同様な化学的な結合が保たれており、ファンデアワールス力などの物理的な吸着とは異なり強い結合力を有している。
このため、カーボンナノチューブ10は、後退していく表面との連続性が保たれており、各表面から略垂直に延びた状態になる。したがって、カーボンナノチューブ10は、基材表面S2Aと強固に結合され、基材表面S2Aから表面Sに向かって成長したのと同じ状態で延びている。
以上で、カーボンナノチューブ形成工程S2が終了する。
As the heat treatment of the base material 2A, for example, the base material 2A is placed in an electric furnace having a degree of vacuum of 10 −2 Pa and a temperature of 1400 ° C., and heat treatment is performed for 2 hours.
By such heat treatment in a vacuum, SiC is decomposed, Si is volatilized, and C remaining after being dissipated is recombined by carbon bonds to form carbon nanotubes 10.
Meanwhile, since the SiC layer by CVD has a dense structure, the Si is volatilized, the surface S 0 is gradually uniformly retracted. Therefore, after completion of the heat treatment, in a position from the surface S 0 was a certain distance, the substrate surface S 2A is formed.
In this heat treatment, C on the surface gradually retreating keeps the same chemical bond as SiC before volatilization of SiC with respect to the SiC bulk of the base material 2A, and van der Waals force, etc. Unlike physical adsorption, it has a strong binding force.
For this reason, the carbon nanotube 10 maintains continuity with the retreating surface, and is in a state of extending substantially vertically from each surface. Therefore, the carbon nanotube 10 is firmly bonded with the substrate surface S 2A, it extends in the same condition as that grow toward the substrate surface S 2A to the surface S 0.
This completes the carbon nanotube formation step S2.

次に、中間金属層形成工程S3を行う。本工程は、金属11を、カーボンナノチューブ10の間を埋めて、基材2A上に堆積させることにより、中間金属層2Bを形成する工程である。
本工程では、カーボンナノチューブ10を形成した基材2Aを、CVD装置へ移して、Tiを成膜する。
例えば、原料ガス、キャリアガスであるTiCl、H、Arを、それぞれ2sccm、80sccm、120sccmの流量で供給し、装置内のガス圧力を0.7Paとして、マイクロ波パワー2.5kW(2.45GHz)を印加してCVDを行う。
Next, an intermediate metal layer forming step S3 is performed. This step is a step of forming the intermediate metal layer 2B by filling the space between the carbon nanotubes 10 and depositing the metal 11 on the substrate 2A.
In this step, the base material 2A on which the carbon nanotubes 10 are formed is transferred to a CVD apparatus to form a Ti film.
For example, source gas and carrier gases TiCl 4 , H 2 , and Ar are supplied at flow rates of 2 sccm, 80 sccm, and 120 sccm, respectively, the gas pressure in the apparatus is 0.7 Pa, and the microwave power is 2.5 kW (2. 45 GHz) is applied to perform CVD.

図6(a)に示すように、原料ガスが分解して生成された金属粒子11Aは、カーボンナノチューブ10および基材表面S2Aに向かって照射され、カーボンナノチューブ10それぞれ隣り合う隙間に入り込み、カーボンナノチューブ10の表面や基材表面S2Aに析出する。
このとき、カーボンナノチューブ10の表面には、エネルギーの高い金属粒子11Aが付着するため、カーボンナノチューブ10との間に化学反応が発生する場合がある。この場合には、カーボンナノチューブ10の表面に金属粒子11Aの炭化物が形成されて化学結合されるため、カーボンナノチューブ10の表面に強固に接合される。
As shown in FIG. 6 (a), metal particles 11A which feed gas is generated by decomposition is irradiated toward the carbon nanotubes 10 and the substrate surface S 2A, enters spaces adjacent carbon nanotubes 10, respectively, carbon deposited on the surface and the substrate surface S 2A of the nanotube 10.
At this time, since the high energy metal particles 11 </ b> A adhere to the surface of the carbon nanotube 10, a chemical reaction may occur with the carbon nanotube 10. In this case, the carbide of the metal particles 11 </ b> A is formed on the surface of the carbon nanotube 10 and is chemically bonded, so that it is firmly bonded to the surface of the carbon nanotube 10.

このようにして、カーボンナノチューブ10の表面が徐々に金属粒子11Aに覆われていくと、図6(b)に示すように、金属粒子11Aによる金属層11Bが形成される。
さらにCVDが進行すると、図6(c)に示すように、金属層11Bの厚みを増していく。このため、隣り合うカーボンナノチューブ10間の隙間が狭まり、さらに穴状になった隙間の上方から金属粒子11Aが堆積していく。
この結果、図5(c)に示すように、各カーボンナノチューブ10の間に金属11が埋め込まれた中間金属層2Bが形成される。
金属粒子11Aは、各カーボンナノチューブ10の周囲から満遍なく付着していくため、カーボンナノチューブ10の先端にも金属粒子11Aが付着していき、カーボンナノチューブ10全体を覆うように堆積して中間金属層2Bが形成される。
このようにして、中間金属層2Bは、基材表面S2A上に、金属埋め込み層Lと、被覆層Lとがこの順に積層された層状部として形成される。
以上で中間金属層形成工程S3が終了する。
Thus, when the surface of the carbon nanotube 10 is gradually covered with the metal particles 11A, a metal layer 11B made of the metal particles 11A is formed as shown in FIG. 6B.
As the CVD proceeds further, the thickness of the metal layer 11B is increased as shown in FIG. For this reason, the gap between the adjacent carbon nanotubes 10 is narrowed, and the metal particles 11A are further deposited from above the hole-like gap.
As a result, as shown in FIG. 5C, an intermediate metal layer 2B in which the metal 11 is embedded between the carbon nanotubes 10 is formed.
Since the metal particles 11A are uniformly attached from the periphery of each carbon nanotube 10, the metal particles 11A are also attached to the tips of the carbon nanotubes 10, and are deposited so as to cover the entire carbon nanotubes 10 to be intermediate metal layer 2B. Is formed.
In this way, the intermediate metal layer 2B is on the substrate surface S 2A, the embedded metal layer L 1, and a coating layer L 2 is formed as a layer portion which are laminated in this order.
The intermediate metal layer forming step S3 is thus completed.

金属埋め込み層Lは、カーボンナノチューブ10に櫛歯状に噛み合った状態に形成され、平面同士の密着に比べて格段に大きな表面積で密着するため、物理的な結合であっても、強固に密着することができる。
また、金属11がTiなどの、炭化物を形成しやすい金属の場合には、カーボンナノチューブ10の表面において、TiCの化学結合が形成されやすいため、さらに高い接合力が得られる。
また、金属埋め込み層Lは、微細構造を有するカーボンナノチューブ10と金属11とが、複合化(混合)された状態にあるとも言える。そのため、金属11にカーボンナノチューブが添加して強化した複合材料と同様に、機械的特性(強度、硬度)の向上が期待できる。
Metal embedded layer L 1 is formed is meshed with the carbon nanotube 10 in a tooth shape, for contact with much larger surface area than the contact plane between, be a physical binding, firmly adhered can do.
In addition, when the metal 11 is a metal that easily forms carbides such as Ti, a TiC chemical bond is easily formed on the surface of the carbon nanotube 10, and thus higher bonding strength can be obtained.
The metal buried layer L 1 includes a carbon nanotube 10 and the metallic 11 having a microstructure, also said to be in a state of being complexed (mixing). Therefore, improvement of mechanical properties (strength and hardness) can be expected as in the case of the composite material reinforced by adding carbon nanotubes to the metal 11.

次に、離型膜形成工程S4を行う。本工程は、中間金属層2Bの最外面S2B上に離型膜2Cを成膜する工程である。
中間金属層2Bが形成された基材2Aを、スパッタリング装置に移し、例えば、従来超硬合金で用いていたのと同じ条件で、中間金属層2B側から下地層5、金属層6、窒化物層7、および表面層8をこの順に成膜する。
各層の具体例としては、下地層5がWC、金属層6がCr、窒化物層7がCrN、表面層8がIrとPtとの組成比が1:1の混合膜からなる例を挙げることができる。
特に、金属11が、活性が高いため様々な材料と接合されやすく接合材料として好適なTiの場合、離型膜2Cの下地層5のWCとも、化学結合して強い接合力が得られる。
以上で、離型膜形成工程S4が終了する。
このようにして下型2が製造される。
Next, a release film forming step S4 is performed. This step is a step of depositing a mold release film 2C on the outermost surface S 2B of the intermediate metal layer 2B.
The base material 2A on which the intermediate metal layer 2B is formed is transferred to a sputtering apparatus. For example, under the same conditions as those used in conventional cemented carbide, the base layer 5, the metal layer 6, and the nitride are formed from the intermediate metal layer 2B side. Layer 7 and surface layer 8 are formed in this order.
Specific examples of each layer include an example in which the underlayer 5 is made of WC, the metal layer 6 is made of Cr, the nitride layer 7 is made of CrN, and the surface layer 8 is made of a mixed film having a composition ratio of Ir and Pt of 1: 1. Can do.
In particular, when the metal 11 is Ti, which has high activity and is easily bonded to various materials, and is suitable as a bonding material, the WC of the underlayer 5 of the release film 2C is chemically bonded to obtain a strong bonding force.
This completes the release film forming step S4.
In this way, the lower mold 2 is manufactured.

本実施形態の下型2によって光学素子を製造するには、同様にして製造した上型3とともに、金型組立体1を形成し、下型2と上型3との間にガラス材料を配置して、加熱し、プレス加工を行う。これにより、成形面2a、3aの形状がガラス材料に転写され、図1に示す形状の場合にはメニスカスレンズを製造することができる。   In order to manufacture an optical element with the lower mold 2 of the present embodiment, the mold assembly 1 is formed together with the upper mold 3 manufactured in the same manner, and a glass material is disposed between the lower mold 2 and the upper mold 3. Then, it is heated and pressed. Thereby, the shape of molding surface 2a, 3a is transcribe | transferred to glass material, and in the case of the shape shown in FIG. 1, a meniscus lens can be manufactured.

中間金属層2Bおよびカーボンナノチューブ10の効果を確認するため、比較例として、中間金属層2Bおよびカーボンナノチューブ10を設けない以外は、本実施形態の下型2、上型3と同様な構成の光学素子成形用型を作製し、本実施形態の光学素子成形用型と、比較例の光学素子成形用型とを用いて、それぞれガラスレンズの成形を行った。
ガラス材料は、L−LAH53(商品名;オハラ株式会社製)からなる直径4mmの球状のものを使用した。
成形温度620℃で成形を繰り返したところ、本実施形態の光学素子成形用型は1000ショットの成形後においても成形面の劣化が見られなかったのに対し、比較例の光学素子成形用型では60ショットの成形後に離型膜の一部に剥離が生じた。
このため、本実施形態の光学素子成形用型では、中間金属層2Bおよびカーボンナノチューブ10を備えるため、比較例に比べて離型膜2Cの耐久性が格段に向上していることが分かる。
In order to confirm the effects of the intermediate metal layer 2B and the carbon nanotube 10, as a comparative example, an optical device having the same configuration as the lower mold 2 and the upper mold 3 of the present embodiment except that the intermediate metal layer 2B and the carbon nanotube 10 are not provided. An element molding die was prepared, and glass lenses were molded using the optical element molding die of the present embodiment and the optical element molding die of the comparative example, respectively.
As the glass material, a spherical material having a diameter of 4 mm made of L-LAH53 (trade name; manufactured by OHARA INC.) Was used.
When molding was repeated at a molding temperature of 620 ° C., the optical element molding die of this embodiment did not show deterioration of the molding surface even after molding 1000 shots, whereas the optical element molding die of the comparative example Peeling occurred in a part of the release film after molding 60 shots.
For this reason, since the optical element shaping | molding die of this embodiment is equipped with the intermediate | middle metal layer 2B and the carbon nanotube 10, it turns out that durability of the release film 2C is improving significantly compared with a comparative example.

このようにして製造された本実施形態の下型2によれば、基材2Aと離型膜2Cとが、基材2Aの基材表面S2Aから延びた複数のカーボンナノチューブ10と、このカーボンナノチューブ10に埋め込まれた金属11とからなる中間金属層2Bを介して積層されている。
カーボンナノチューブ10は、基材表面S2Aに対してはSiCと同様の化学結合によって強固に結合され、カーボンナノチューブ10自体は、その炭素結合によって強固な機械的強度を有している。金属11は、このようなカーボンナノチューブ10の隙間に櫛歯状に埋め込まれているため、カーボンナノチューブ10と強固に密着されている。
そして、離型膜2Cは、このように基材表面S2A上にカーボンナノチューブ10を介して強固に密着された中間金属層2Bの表面の金属11と強固に密着している。
これにより、離型膜2Cが貴金属系であるため基材2Aと接合されにくい場合であっても、離型膜2Cは基材2A上に良好に接合される。
このため、下型2の耐久性を向上することができる。
According to the lower die 2 in this way this embodiment produced as a base material 2A and the release film. 2C, the plurality of carbon nanotubes 10 extending from the substrate surface S 2A of the substrate 2A, the carbon They are stacked via an intermediate metal layer 2B made of a metal 11 embedded in the nanotube 10.
The carbon nanotube 10 is firmly bonded to the substrate surface S2A by a chemical bond similar to SiC, and the carbon nanotube 10 itself has a strong mechanical strength due to the carbon bond. Since the metal 11 is embedded in such a gap between the carbon nanotubes 10 in a comb shape, the metal 11 is firmly adhered to the carbon nanotubes 10.
The release film 2C is in close contact with the metal 11 on the surface of the intermediate metal layer 2B that is firmly attached to the substrate surface S2A via the carbon nanotubes 10 in this way.
Thereby, even if it is a case where it is difficult to join with base material 2A because release film 2C is a noble metal system, release film 2C is satisfactorily joined on base material 2A.
For this reason, the durability of the lower mold 2 can be improved.

なお、上記実施形態の説明では、光学素子成形用型として、光学素子を製造する成形用型であって、光学素子の光学面の形状を転写する成形面を有する場合の例で説明したが、光学面以外の成形品の形状を形成する成形面を同様な構成とすることも可能である。
また、光学素子成形用型は、面精度が良好な成形面を要する適宜の成形品を製造することが可能である。
In the description of the above embodiment, as the optical element molding die, a molding mold for manufacturing an optical element has been described, and an example in which a molding surface that transfers the shape of the optical surface of the optical element is provided. The molding surface that forms the shape of the molded product other than the optical surface can be configured similarly.
The optical element molding die can produce an appropriate molded product that requires a molding surface with good surface accuracy.

また、上記の実施形態の説明では、離型膜2Cの膜構成は、基材2AがSiCの焼結体であっても、中間金属層2Bを介すことにより超硬合金基材向けの離型膜を設けることができることを示すため、下地層5、金属層6、窒化物層7、および表面層8がこの順に積層されている4層構成の多層膜の場合の例で説明した。
このような構成によれば、基材2Aの材質が、超硬合金以外の場合でも、従来の超硬合金基材向け離型膜、および離型膜を形成する製造工程を、変更無しにそのまま使うことができる。このため、離型膜を変えることなく、光学素子成形用型の基材2Aとの密着強度を向上することができる。
しかし、このような離型膜の膜構成は一例であり、中間金属層2Bに用いる金属11との密着強度が良好であれば、離型膜は、適宜の膜構成を構成することができる。すなわち、上記実施形態の膜構成は、最外層である表面層8と、その他の中間層である下地層5、金属層6、および窒化物層7という構成を有しているが、中間層の材質、層構成(層の組合せや順序)は、最外層の材質や必要な密着強度に応じて適宜の材質、層構成を採用することができる。
例えば、これらの中間層の一部の層を削除したり、それぞれを材質や組成を変えて複数設けるようにしたり、他の異なる中間層を挿入したり、層の積層順序を変えたりしてもよい。
また、離型膜の中間層は、少なくとも一部が、材料の組成が層厚方向に変化する材料傾斜層であってもよい。
また、離型膜は、同一材質が均質に分布した単層であってもよく、材料傾斜層からなる単層でもよい。
Further, in the description of the above embodiment, the film configuration of the release film 2C is such that the base material 2A is a sintered body of SiC, and the release film for the cemented carbide base material is interposed through the intermediate metal layer 2B. In order to show that a mold film can be provided, an example in the case of a multilayer film having a four-layer structure in which the base layer 5, the metal layer 6, the nitride layer 7, and the surface layer 8 are laminated in this order has been described.
According to such a configuration, even when the material of the base material 2A is other than the cemented carbide, the conventional release film for the cemented carbide base material and the manufacturing process for forming the release film remain unchanged. Can be used. For this reason, the adhesive strength with the base material 2A of the optical element molding die can be improved without changing the release film.
However, such a film configuration of the release film is an example, and the release film can have an appropriate film configuration if the adhesion strength with the metal 11 used for the intermediate metal layer 2B is good. That is, the film configuration of the above embodiment has the configuration of the surface layer 8 that is the outermost layer and the base layer 5, the metal layer 6, and the nitride layer 7 that are other intermediate layers. As the material and the layer configuration (layer combination and order), an appropriate material and layer configuration can be adopted according to the material of the outermost layer and the required adhesion strength.
For example, some of these intermediate layers may be deleted, each may be provided with a plurality of different materials and compositions, another different intermediate layer may be inserted, or the layer stacking order may be changed. Good.
Further, at least a part of the intermediate layer of the release film may be a material gradient layer in which the material composition changes in the layer thickness direction.
Further, the release film may be a single layer in which the same material is uniformly distributed, or may be a single layer made of a material gradient layer.

また、上記実施形態の説明では、基材2A全体が、SiCからなる場合の例で説明したが、成形面2aを形成する領域に、カーボンナノチューブ10を形成するためのSiC層が設けられていれば、基材2Aの他の部位の材質は、SiC以外の材質を採用することも可能である。   In the description of the above embodiment, an example in which the entire base material 2A is made of SiC has been described. However, an SiC layer for forming the carbon nanotubes 10 may be provided in a region where the molding surface 2a is formed. For example, materials other than SiC can be adopted as the material of the other part of the base material 2A.

また、上記実施形態の説明では、被覆層Lが、カーボンナノチューブ10の先端をすべて覆うように形成される場合の例で説明したが、カーボンナノチューブ10の先端が露出していても、離型膜2Cと金属11との当接面積が必要な密着強度が得られる程度の大きさである場合には、カーボンナノチューブ10の先端が金属11に覆われていなくてもよい。すなわち、中間金属層2Bにおいて被覆層Lを省略することも可能である。 In the description of the above embodiments, the coating layer L 2 is, was described using an example of a case which is formed so as to cover all the tips of the carbon nanotubes 10, be exposed the tip of the carbon nanotube 10, the release When the contact area between the film 2 </ b> C and the metal 11 is large enough to obtain the necessary adhesion strength, the tip of the carbon nanotube 10 may not be covered with the metal 11. That is, it is also possible to omit the covering layer L 2 in the intermediate metal layer 2B.

また、上記実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。   Further, all the components described in the above embodiment can be implemented by appropriately changing or deleting the combination within the scope of the technical idea of the present invention.

1 金型組立体
2 下型(光学素子成形用型)
2A、3A 基材(基材部)
2B、3B 中間金属層
2C、3C 離型膜
2a、3a 成形面
3 上型(光学素子成形用型)
4 胴型
5 下地層(最下層)
6 金属層
7 窒化物層
8 表面層(最外層)
10 カーボンナノチューブ
11 金属
2A、S3A 基材表面
2B、S3B 最外面
S1 基材部形成工程
S2 カーボンナノチューブ(CNT)形成工程
S3 中間金属層形成工程
S4 離型膜形成工程
1 Mold assembly 2 Lower mold (Optical element molding mold)
2A, 3A base material (base material part)
2B, 3B Intermediate metal layer 2C, 3C Mold release film 2a, 3a Molding surface 3 Upper mold (Optical element molding mold)
4 Body type 5 Underlayer (lowermost layer)
6 Metal layer 7 Nitride layer 8 Surface layer (outermost layer)
10 the carbon nanotubes 11 metal S 2A, S 3A substrate surface S 2B, S 3B outermost surface S1 base portion forming process S2 of carbon nanotubes (CNT) forming process S3 intermediate metal layer forming step S4 release film forming step

Claims (8)

成形品の表面形状に沿う形状の表面を有し、炭化ケイ素からなる基材部と、
前記表面から延びた複数のカーボンナノチューブと、
該カーボンナノチューブの間に埋められて前記基材部上に堆積した金属からなる中間金属層と、
該中間金属層上に積層された離型膜と、
を備えることを特徴とする、光学素子成形用型。
A base portion made of silicon carbide having a surface shaped along the surface shape of the molded article;
A plurality of carbon nanotubes extending from the surface;
An intermediate metal layer made of metal buried between the carbon nanotubes and deposited on the substrate part;
A release film laminated on the intermediate metal layer;
An optical element molding die comprising:
前記金属は、チタン、ジルコニウム、およびモリブデンのうちの1以上の金属からなる
ことを特徴とする、請求項1に記載の光学素子成形用型。
The optical element molding die according to claim 1, wherein the metal is made of one or more of titanium, zirconium, and molybdenum.
前記中間金属層と前記カーボンナノチューブとの間に、前記金属の炭化物が形成されている
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の光学素子成形用型。
3. The optical element molding die according to claim 1, wherein a carbide of the metal is formed between the intermediate metal layer and the carbon nanotube. 4.
前記離型膜は、前記中間金属層に積層される最下層と、前記成形品の材料と離型可能に密着する成形面を有する最外層とを、少なくとも含む多層膜である
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学素子成形用型。
The release film is a multilayer film including at least a lowermost layer laminated on the intermediate metal layer and an outermost layer having a molding surface that is in close contact with the material of the molded product so as to be releasable. The optical element shaping | molding die of any one of Claims 1-3.
前記金属は、前記離型膜に用いられている金属である
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学素子成形用型。
The optical element molding die according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal is a metal used for the release film.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学素子成形用型を用いて前記成形品の材料を成形して前記成形品を得る、
ことを特徴とする光学素子の製造方法。
Using the optical element molding die according to any one of claims 1 to 5, molding the material of the molded product to obtain the molded product,
A method for manufacturing an optical element.
成形品の表面形状に沿う形状の表面を有するように、炭化ケイ素からなる基材部を形成する基材部形成工程と、
前記基材部を熱処理して、表面のケイ素成分を揮発させるとともに前記基材部の表面から延びた形態の複数のカーボンナノチューブを形成するカーボンナノチューブ形成工程と、
金属を、前記カーボンナノチューブの間に埋めて、前記基材部上に堆積させることにより中間金属層を形成する中間金属層形成工程と、
前記中間金属層上に離型膜を成膜する離型膜形成工程と、
を備えることを特徴とする、光学素子成形用型の製造方法。
A base material part forming step for forming a base material part made of silicon carbide so as to have a surface having a shape conforming to the surface shape of the molded article;
The carbon nanotube forming step of heat-treating the base material part to volatilize the silicon component on the surface and forming a plurality of carbon nanotubes extending from the surface of the base material part;
An intermediate metal layer forming step of forming an intermediate metal layer by filling a metal between the carbon nanotubes and depositing the metal on the substrate part;
A release film forming step of forming a release film on the intermediate metal layer;
A method for producing an optical element molding die, comprising:
請求項7に記載の光学素子成形用型の製造方法により得られた光学素子成形用型を用いて、前記成形品の材料を成形して該成形品を得る、
ことを特徴とする、光学素子の製造方法。
Using the optical element molding die obtained by the method for producing an optical element molding die according to claim 7, the material of the molded product is molded to obtain the molded product.
A method for manufacturing an optical element.
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