JP2018154515A - Glass molding die and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a glass molding die that has high durability even when molding a large diameter aspherical glass lens and can mold the large diameter aspherical glass lens that is excellent in appearance.SOLUTION: A die 10 contains a first layer 12, a second layer 13 and a third layer 14 sequentially laminated on a base material 11. The base material 11 contains a cemented carbide. The first layer 12 contains one or more selected from the group consisting of a tungsten carbide, a titanium carbide and a tantalum carbide. The second layer 13 contains a silicone carbide. The third layer 14 contains diamond-like carbon.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガラスモールド用金型、ガラスモールド用金型の製造方法及び非球面ガラスレンズの製造方法に関する。   The present invention relates to a glass mold, a method for manufacturing a glass mold, and a method for manufacturing an aspheric glass lens.

近年、カメラレンズの撮像素子の大型化や画質性能の高度化に伴って、ガラスモールドの分野でも、直径50mm以上の大口径の非球面ガラスレンズのニーズが高まっている。   In recent years, with an increase in the size of an imaging element of a camera lens and advancement of image quality performance, there is an increasing need for an aspheric glass lens having a large diameter of 50 mm or more in the glass mold field.

ガラスモールドは、ガラス材料を概ね500℃以上に加熱して軟化させた後、プレス成形することにより、金型の形状を転写する方法である。   The glass mold is a method of transferring the shape of a mold by heating and softening a glass material to approximately 500 ° C. or higher and then press-molding it.

非球面ガラスレンズは、通常の球面ガラスレンズのように、研磨加工することが困難である。このため、カメラレンズ、プロジェクターレンズをはじめとした光学分野において、非球面ガラスレンズの量産技術として、ガラスモールドが広く普及している。   An aspheric glass lens is difficult to polish like a normal spherical glass lens. For this reason, in the optical field including a camera lens and a projector lens, a glass mold is widely used as a mass production technique for an aspheric glass lens.

ここで、プレスする際に、金型の表面に離型膜が形成されていないと、金型を構成する超硬合金とガラス材料が化学反応してしまい、融着などのトラブルを引き起こす。その結果、非球面ガラスレンズの外観が低下する。このため、一般に、金型の表面に離型膜が形成されている。   Here, when a release film is not formed on the surface of the mold during pressing, the cemented carbide and the glass material constituting the mold chemically react to cause troubles such as fusion. As a result, the appearance of the aspheric glass lens is degraded. For this reason, a release film is generally formed on the surface of the mold.

離型膜を構成する材料としては、貴金属やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)が知られている。   As materials for forming the release film, noble metals and DLC (diamond-like carbon) are known.

DLCは、ガラス材料に対する非凝着性に優れるため、貴金属に比べて、成形後の非球面ガラスレンズの外観がクリアになる。   Since DLC is excellent in non-adhesiveness to a glass material, the appearance of an aspheric glass lens after molding is clear as compared with a noble metal.

しかしながら、DLCは、一般的に、金型を構成する超硬合金と密着しにくいため、離型膜を構成する材料として、DLCを用いると、離型膜が容易に剥離してしまう。特に、大口径の非球面ガラスレンズのガラスモールドでは、プレス時の負荷(荷重)が1t〜3t程度の高負荷環境となるため、離型膜が剥離しやすく、金型の耐久性が十分に確保できなくなってしまう。   However, since DLC is generally difficult to adhere to the cemented carbide constituting the mold, when the DLC is used as a material constituting the release film, the release film is easily peeled off. In particular, in a glass mold of a large-diameter aspheric glass lens, the load (load) during pressing becomes a high load environment of about 1 to 3 t, so that the release film is easy to peel off and the durability of the mold is sufficient. It will be impossible to secure.

そこで、金型の耐久性を向上させる従来技術として、母材の一部に成型面を有する成形金型がある。例えば、特許文献1では、成型面に、金属チタンからなる層、窒化チタンアルミニウムからなる層、炭化珪素からなる層、テトラヘドラルアモルファスカーボンからなる層が順次積層されている。   Therefore, as a conventional technique for improving the durability of a mold, there is a molding mold having a molding surface on a part of a base material. For example, in Patent Document 1, a layer made of metallic titanium, a layer made of titanium aluminum nitride, a layer made of silicon carbide, and a layer made of tetrahedral amorphous carbon are sequentially laminated on the molding surface.

しかしながら、従来技術では、大口径の非球面ガラスレンズを成形すると、非球面ガラスレンズの外観がしばしば不十分になるという問題があることが実験的に判明した。具体的には、ガラスモールド時に離型膜の剥離により微小な異物が多発して非球面ガラスレンズの外観が劣化してしまう問題や、ガラスモールド時に、金属チタンからなる層や窒化チタンアルミニウムからなる層から、Tiが熱拡散することにより、非球面ガラスレンズが極薄く呈色してしまう不具合が生じてしまうことがある。   However, it has been experimentally found that the prior art has a problem that when an aspheric glass lens having a large diameter is molded, the appearance of the aspheric glass lens is often insufficient. Specifically, there is a problem that the appearance of the aspherical glass lens deteriorates due to frequent occurrence of minute foreign matters due to peeling of the release film during glass molding, and a layer made of metallic titanium or titanium aluminum nitride during glass molding. When Ti diffuses thermally from the layer, there may be a problem that the aspheric glass lens is very thinly colored.

本発明は、大口径の非球面ガラスレンズを成形しても、耐久性が高く、かつ、外観の優れる大口径の非球面ガラスレンズを成形することが可能なガラスモールド用金型を提供することを目的とする。   The present invention provides a mold for a glass mold capable of molding a large-diameter aspheric glass lens having high durability and excellent appearance even when a large-diameter aspheric glass lens is molded. With the goal.

本発明の一態様は、ガラスモールド用金型において、母材上に、第1層、第2層及び第3層が順次積層されており、前記母材は、超硬合金を含み、前記第1層は、炭化タングステン、炭化チタン及び炭化タンタルからなる群より選択される一種以上を含み、前記第2層は、炭化珪素を含み、前記第3層は、ダイヤモンドライクカーボンを含む。   In one embodiment of the present invention, in the glass mold, a first layer, a second layer, and a third layer are sequentially stacked on a base material, the base material including a cemented carbide, One layer includes one or more selected from the group consisting of tungsten carbide, titanium carbide, and tantalum carbide, the second layer includes silicon carbide, and the third layer includes diamond-like carbon.

本発明によれば、大口径の非球面ガラスレンズを成形しても、耐久性が高く、かつ、外観の優れる大口径の非球面ガラスレンズを成形することが可能なガラスモールド用金型を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a glass mold die capable of molding a large-diameter aspherical glass lens having high durability and excellent appearance even when a large-diameter aspherical glass lens is molded. can do.

本実施形態のガラスモールド用金型の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the metal mold | die for glass molds of this embodiment. 本実施形態のガラスモールド用金型の製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the metal mold | die for glass molds of this embodiment. 図1の金型を用いて、非球面ガラスレンズを製造する方法を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the method of manufacturing an aspherical glass lens using the metal mold | die of FIG. スクラッチ試験後の評価用サンプルの写真である。It is a photograph of the sample for evaluation after a scratch test.

本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。   A mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

(ガラスモールド用金型)
図1に、本実施形態のガラスモールド用金型の一例を示す。また、図2に、本実施形態のガラスモールド用金型の製造方法の一例を示す。
(Glass for glass mold)
In FIG. 1, an example of the metal mold | die for glass molds of this embodiment is shown. FIG. 2 shows an example of a method for producing a glass mold die according to the present embodiment.

金型10は、ガラス材料(例えば、低融点ガラス)を非球面ガラスレンズに成形する成型面Mを有し、母材11上に、第1層12、第2層13及び第3層14が順次積層されている。   The mold 10 has a molding surface M for molding a glass material (for example, a low melting point glass) into an aspheric glass lens, and the first layer 12, the second layer 13, and the third layer 14 are formed on the base material 11. They are sequentially stacked.

母材11は、超硬合金(WC−TiC−TaC系合金)で構成され、WCを主成分とする。母材11を構成する超硬合金は、概ね1400℃の高温で焼結して製造されるため、超硬合金の成分の炭化が飽和し、その結合は安定していると推定される。すなわち、母材11を構成する超硬合金は、ラジカル結合活性を有する未結合手が極めて少ない合金となっている。   The base material 11 is made of a cemented carbide (WC-TiC-TaC alloy) and contains WC as a main component. Since the cemented carbide constituting the base material 11 is manufactured by sintering at a high temperature of approximately 1400 ° C., the carbonization of the components of the cemented carbide is saturated and the bond is estimated to be stable. That is, the cemented carbide constituting the base material 11 is an alloy having extremely few dangling bonds having radical bonding activity.

超硬合金の市販品としては、RCCFN(日本タングステン社製)、J05(日本ダイス社製)等が挙げられる。   Examples of commercially available cemented carbide include RCCFN (manufactured by Nippon Tungsten) and J05 (manufactured by Nippon Dice).

母材11は、超硬合金を研削および研磨することにより、作製することができる(S1)。   The base material 11 can be produced by grinding and polishing a cemented carbide (S1).

第1層12は、炭化タングステン(WC)、炭化チタン(TiC)及び炭化タンタル(TaC)からなる群より選択される一種以上で構成され、スパッタ法により成膜することができる(S2)。これらの中でも、第1層12は、WCを含むスパッタ膜であることが好ましい。例えば、WCを含むスパッタ膜を成膜する場合は、WC固体ターゲットをWC源として使用する。   The first layer 12 is composed of one or more selected from the group consisting of tungsten carbide (WC), titanium carbide (TiC), and tantalum carbide (TaC), and can be formed by sputtering (S2). Among these, the first layer 12 is preferably a sputtered film containing WC. For example, when forming a sputtered film containing WC, a WC solid target is used as the WC source.

このとき、WCを含むスパッタ膜は、母材11を構成する超硬合金の成分を含み、かつ、WCは、組成式WC1−x(x=0〜0.5)で表される化合物であると推定され、成膜時にラジカル結合活性を有すると考えられる。このため、WCを含むスパッタ膜により、母材11及び第2層13との密着性が向上すると推定される。 At this time, the sputtered film containing WC contains a cemented carbide component constituting the base material 11 and WC is a compound represented by a composition formula WC 1-x (x = 0 to 0.5). It is presumed that there is a radical binding activity during film formation. For this reason, it is estimated that the adhesion between the base material 11 and the second layer 13 is improved by the sputtered film containing WC.

第1層12の厚さは、1〜50nmであることが好ましく、2〜20nmであることがより好ましい。第1層12の厚さが1nm以上50nm以下であることにより、金型10の耐久性が向上する。   The thickness of the first layer 12 is preferably 1 to 50 nm, and more preferably 2 to 20 nm. When the thickness of the first layer 12 is 1 nm or more and 50 nm or less, the durability of the mold 10 is improved.

第1層12の成膜に用いられるスパッタ装置としては、特に限定されないが、マグネトロンスパッタ装置等が挙げられる。   The sputtering apparatus used for forming the first layer 12 is not particularly limited, and examples thereof include a magnetron sputtering apparatus.

マグネトロンスパッタ装置の市販品としては、高周波スパッタリング装置VTR−150M(アルバック社製)等が挙げられる。   Examples of commercially available magnetron sputtering devices include a high-frequency sputtering device VTR-150M (manufactured by ULVAC).

第2層13は、炭化珪素(SiC)から構成される。   The second layer 13 is made of silicon carbide (SiC).

第2層13の厚さは、1〜100nmであることが好ましく、5〜30nmであることがより好ましい。第2層13の厚さが1nm以上100nm以下であることにより、金型10の耐久性が向上する。   The thickness of the second layer 13 is preferably 1 to 100 nm, and more preferably 5 to 30 nm. When the thickness of the second layer 13 is 1 nm or more and 100 nm or less, the durability of the mold 10 is improved.

第2層13は、プラズマCVD法により、成膜することができる(S3)。このとき、SiCは、組成式SiC1−x(x=0〜0.5)で表される化合物であると推定され、成膜時にはラジカル結合活性を有すると考えられる。このため、第2層13は、第1層12及び第3層14との密着性が向上すると推定される。 The second layer 13 can be formed by plasma CVD (S3). At this time, SiC is presumed to be a compound represented by the composition formula SiC 1-x (x = 0 to 0.5), and is considered to have radical binding activity during film formation. For this reason, it is estimated that the second layer 13 has improved adhesion with the first layer 12 and the third layer 14.

SiC源(原料ガス)としては、特に限定されないが、テトラメチルシラン、シロキサン等のSiを含有する炭化水素ガス等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a SiC source (raw material gas), Hydrocarbon gas etc. which contain Si, such as tetramethylsilane and siloxane, etc. are mentioned.

第2層13の成膜に用いられるプラズマCVD装置の市販品としては、プラズマCVD装置CC−400(アルバック社製)、CVD装置PD−220N(サムコ社製)等が挙げられる。   Examples of commercially available plasma CVD apparatuses used for forming the second layer 13 include a plasma CVD apparatus CC-400 (manufactured by ULVAC) and a CVD apparatus PD-220N (manufactured by Samco).

なお、第2層13は、スパッタ法等により、成膜してもよい。この場合、SiC固体ターゲットを用いて、マクネトロンスパッタ法などにより成膜する。   Note that the second layer 13 may be formed by sputtering or the like. In this case, a film is formed by a magnetron sputtering method using a SiC solid target.

第3層14は、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)から構成される。   The third layer 14 is composed of diamond-like carbon (DLC).

DLCは、sp(グラファイト質結合)と、主成分のsp(ダイヤモンド質結合)が混在したアモルファス構造を有する。このため、第2層13を構成するSiCと、第3層14を構成するDLCは、ファンデルワールス力の他に、共有結合の要因で付着している。SiCのSiは、共有結合の結合手を4個有し、DLCの主成分のspも結合手を4個有し、両者の結合形態が類似している。このため、第3層14は、第2層13との密着性が良いと推察される。 DLC has an amorphous structure in which sp 2 (graphite bond) and main component sp 3 (diamond bond) are mixed. For this reason, SiC that constitutes the second layer 13 and DLC that constitutes the third layer 14 adhere to each other due to a covalent bond in addition to van der Waals force. Si of SiC has four bonds of a covalent bond, also sp 3 of DLC principal components have four bonds, both bound form are similar. For this reason, it is speculated that the third layer 14 has good adhesion to the second layer 13.

第3層14は、DLC中にケイ素(Si)が添加されていることが好ましい。これにより、第2層13と第3層14の密着性がさらに向上する。さらに、第3層14の耐熱性が向上するため、金型10の耐久性がさらに向上する。   The third layer 14 preferably has silicon (Si) added to DLC. Thereby, the adhesion between the second layer 13 and the third layer 14 is further improved. Furthermore, since the heat resistance of the third layer 14 is improved, the durability of the mold 10 is further improved.

第3層14中のSiの含有量は、0.1〜10mol%であることが好ましく、2〜8mol%であることがより好ましい。第3層14中のSiの含有量が0.1mol%以上であることにより、金型10の耐久性がさらに向上し、10mol%以下であることにより、金型10の低融点ガラスに対する離型性が向上する。   The content of Si in the third layer 14 is preferably 0.1 to 10 mol%, and more preferably 2 to 8 mol%. When the content of Si in the third layer 14 is 0.1 mol% or more, the durability of the mold 10 is further improved, and when the content is 10 mol% or less, the mold 10 is released from the low melting point glass. Improves.

第3層14の厚さは、10〜500nmであることが好ましく、50〜250nmであることがより好ましい。   The thickness of the third layer 14 is preferably 10 to 500 nm, and more preferably 50 to 250 nm.

第3層14は、プラズマCVD法により、成膜することができる(S4)。   The third layer 14 can be formed by plasma CVD (S4).

DLCの炭素源(原料ガス)としては、特に限定されないが、アセチレン、トルエン、ベンゼン、メタン、エチレン等の炭化水素ガスが挙げられる。   Although it does not specifically limit as a carbon source (raw material gas) of DLC, Hydrocarbon gas, such as acetylene, toluene, benzene, methane, and ethylene, is mentioned.

Si源(原料ガス)としては、特に限定されないが、テトラメチルシラン、シロキサン等のSiを含有する炭化水素ガス等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as Si source (raw material gas), Hydrocarbon gas containing Si, such as tetramethylsilane and siloxane, etc. are mentioned.

なお、Siを含有する炭化水素ガスを用いる場合、炭化水素ガスと混合して、原料ガスとして用いる。   In addition, when using the hydrocarbon gas containing Si, it mixes with hydrocarbon gas and uses it as source gas.

第3層14の成膜に用いられるプラズマCVD装置の市販品としては、DLC成膜装置NANOCOAT−500(ナノテック社製)等が挙げられる。   As a commercial product of the plasma CVD apparatus used for the film formation of the third layer 14, a DLC film formation apparatus NANOCOAT-500 (manufactured by Nanotech Co., Ltd.) and the like can be mentioned.

なお、同一のチャンバー内に、スパッタ機構とプラズマCVD機構を併設して、第1層12、第2層13及び第3層14を順次成膜してもよい。これにより、非球面ガラスレンズの生産性を改善することができる。   Note that the first layer 12, the second layer 13, and the third layer 14 may be sequentially formed by providing a sputtering mechanism and a plasma CVD mechanism in the same chamber. Thereby, the productivity of the aspheric glass lens can be improved.

また、第3層14は、イオンビーム蒸着法等により、成膜してもよい。   Further, the third layer 14 may be formed by ion beam evaporation or the like.

金型10は、大口径の非球面ガラスレンズを製造しても、耐久性に優れるため、大口径の非球面ガラスレンズの生産性を向上させることができる。   Since the mold 10 is excellent in durability even when an aspheric glass lens having a large diameter is manufactured, the productivity of the aspheric glass lens having a large diameter can be improved.

(非球面ガラスレンズの製造方法)
次に、図3を用いて、非球面ガラスレンズを製造する方法を説明する。
(Method of manufacturing an aspheric glass lens)
Next, a method for manufacturing an aspheric glass lens will be described with reference to FIG.

例えば、2個の金型10の間で、低融点ガラスGを加熱して軟化させた後、プレス成形することにより、金型10の形状が転写され、非球面ガラスレンズを製造することができる。   For example, between the two molds 10, the low melting point glass G is heated and softened, and then press-molded to transfer the shape of the mold 10 to produce an aspheric glass lens. .

低融点ガラスGの市販品としては、ガラスモールド用低Tg光学ガラスL−BAL43(オハラ社製)、ガラスモールドレンズ用硝種M−BACD12(HOYA社製)等が挙げられる。   Examples of commercially available low melting point glass G include low Tg optical glass for glass mold L-BAL43 (manufactured by OHARA), glass mold lens glass M-BACD12 (manufactured by HOYA), and the like.

なお、ガラス転移点を有するガラス材料であれば、低融点ガラス以外の材料を用いてもよい。   In addition, as long as it is a glass material which has a glass transition point, you may use materials other than low melting glass.

プレス成形機の市販品としては、レンズ成形機(SYS社製)、高精度光学ガラス素子成形装置GMP−311V(東芝機械社製)等が挙げられる。   Examples of commercially available press molding machines include a lens molding machine (manufactured by SYS) and a high-precision optical glass element molding apparatus GMP-311V (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.).

金型10を用いて、大口径の非球面ガラスレンズを成形すると、外観がクリアな非球面ガラスレンズが得られやすい。これにより、大口径の非球面ガラスレンズの外観の歩止まり(良品率)が向上する。さらに、成形後の大口径の非球面ガラスレンズにクモリ等が発生して外観が劣化してしまった場合に必要な、外観をクリアにするために磨く工程を省略することができ、生産性が向上する。   When a large-diameter aspheric glass lens is molded using the mold 10, an aspheric glass lens with a clear appearance can be easily obtained. This improves the yield (non-defective rate) of the appearance of the large-diameter aspheric glass lens. In addition, the process of polishing to clear the appearance, which is necessary when the appearance of the aspherical glass lens with a large diameter after molding has deteriorated due to spiders, etc., can be omitted, and productivity is improved. improves.

非球面ガラスレンズは、カメラレンズ、プロジェクターレンズ等の光学レンズに適用することができる。   The aspheric glass lens can be applied to an optical lens such as a camera lens or a projector lens.

なお、本実施形態のガラスモールド用金型を用いると、非球面ガラスレンズ以外に、fθレンズ・セパレーターレンズ・マイクロレンズ等の球面研磨では加工が難しいガラス材料光学素子全般も成形することができる。   When the glass mold die of the present embodiment is used, in addition to the aspherical glass lens, it is possible to mold all glass material optical elements that are difficult to process by spherical polishing such as fθ lens, separator lens, and microlens.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
金型(図1参照)を作製した。以下に、製造工程を記載する。
Example 1
A mold (see FIG. 1) was produced. The manufacturing process is described below.

超硬合金RCCFN(日本タングステン社製)を研削および表面研磨し、母材11を作製した。   Cemented carbide RCCFN (manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.) was ground and polished to prepare a base material 11.

高周波スパッタリング装置VTR−150M(アルバック社製)の真空チャンバー内に、母材11を載置した。次に、真空チャンバー内を真空ポンプにより、真空排気した後、母材11を加熱した。さらに、真空チャンバー内にArガスを導入した後、スパッタ機構によりイオン化させたArイオンを、電界を印加して母材11の表面に引き込むことにより、母材11の表面をクリーニングした。次に、スパッタ機構により、第1層12としての、膜厚7nmのWC膜を成膜した。このとき、WC源として、WC固体ターゲットを使用した。   Base material 11 was placed in a vacuum chamber of high-frequency sputtering apparatus VTR-150M (manufactured by ULVAC). Next, the inside of the vacuum chamber was evacuated by a vacuum pump, and then the base material 11 was heated. Furthermore, after introducing Ar gas into the vacuum chamber, Ar ions ionized by the sputtering mechanism were applied to the surface of the base material 11 by applying an electric field, thereby cleaning the surface of the base material 11. Next, a 7 nm-thick WC film was formed as the first layer 12 by a sputtering mechanism. At this time, a WC solid target was used as the WC source.

CVD装置PD−220N(サムコ社製)の真空チャンバー内に、第1層12が成膜されている母材11を載置した。次に、真空チャンバー内を真空ポンプにより、真空排気した後、第1層12が成膜されている母材11を加熱した。さらに、高周波電場により、原料ガス(テトラメチルシラン)をイオン化させたイオンを、第1層12が成膜されている母材11の表面に引き込み、第2層13としての、膜厚20nmのSiC膜を成膜した。   The base material 11 on which the first layer 12 was formed was placed in a vacuum chamber of a CVD apparatus PD-220N (manufactured by Samco). Next, the inside of the vacuum chamber was evacuated by a vacuum pump, and then the base material 11 on which the first layer 12 was formed was heated. Further, ions obtained by ionizing the source gas (tetramethylsilane) with a high-frequency electric field are drawn into the surface of the base material 11 on which the first layer 12 is formed, and a SiC film having a film thickness of 20 nm as the second layer 13 is drawn. A film was formed.

なお、第2層13を成膜する前の段階で、真空チャンバー内にArガスを導入した後、高周波電場によりイオン化させたArイオンを、母材11の表面に引き込むことにより、母材11の表面をクリーニングしてもよい。   In addition, after introducing Ar gas into the vacuum chamber in the stage before forming the second layer 13, Ar ions ionized by a high-frequency electric field are drawn into the surface of the base material 11, thereby forming the base material 11. The surface may be cleaned.

DLC成膜装置NANOCOAT−500(ナノテック社製)の真空チャンバー内に、第2層13が成膜されている母材11を載置した。次に、真空チャンバー内を真空ポンプにより、真空排気した後、第2層13が成膜されている母材11を加熱した。さらに、真空チャンバー内に原料ガス(Ar)を導入した後、独立イオンガンによりイオン化させたArイオンを、バイアス電圧を印加して、第2層13が成膜されている母材11の表面に引き込むことにより、第2層13が成膜されている母材11の表面をクリーニングした。次に、独立イオンガンにより、原料ガス(トルエン)をイオン化させたイオンを、バイアス電圧を印加して、第2層13が成膜されている母材11の表面に引き込み、第3層14としての、膜厚100nmのDLC膜を成膜し、金型を作製した。   The base material 11 on which the second layer 13 was formed was placed in a vacuum chamber of a DLC film forming apparatus NANOCOAT-500 (manufactured by Nanotech). Next, after evacuating the inside of the vacuum chamber with a vacuum pump, the base material 11 on which the second layer 13 was formed was heated. Further, after introducing the source gas (Ar) into the vacuum chamber, Ar ions ionized by the independent ion gun are applied to the surface of the base material 11 on which the second layer 13 is formed by applying a bias voltage. Thus, the surface of the base material 11 on which the second layer 13 was formed was cleaned. Next, an ion obtained by ionizing the source gas (toluene) with an independent ion gun is applied to the surface of the base material 11 on which the second layer 13 is formed by applying a bias voltage. Then, a DLC film having a thickness of 100 nm was formed to produce a mold.

(実施例2)
第3層14を成膜する際に、原料ガスのトルエンに、テトラメチルシランを混合した以外は、実施例1と同様にして、金型を作製した。このとき、X線光電子分光分析を用いて、第3層14中のケイ素の含有量を測定したところ、7mol%であった。
(Example 2)
When the third layer 14 was formed, a mold was produced in the same manner as in Example 1 except that tetramethylsilane was mixed with the source gas toluene. At this time, when the content of silicon in the third layer 14 was measured using X-ray photoelectron spectroscopy, it was 7 mol%.

(比較例1)
超硬合金RCCFN(日本タングステン社製)を研削および研磨し、母材11を作製した。
(Comparative Example 1)
Cemented carbide RCCFN (manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd.) was ground and polished to produce a base material 11.

高周波スパッタリング装置VTR−150M(アルバック社製)の真空チャンバー内に、母材11を載置した。次に、真空チャンバー内を真空ポンプにより、真空排気した後、母材11を加熱した。さらに、真空チャンバー内にArガスを導入した後、スパッタ機構によりイオン化させたArイオンを、電界を印加して母材11の表面に引き込むことにより、母材11の表面をクリーニングした。次に、スパッタ機構により、第2層13としての、膜厚20nmのSiC膜を成膜した。このとき、SiC源として、SiC固体ターゲットを使用した。   Base material 11 was placed in a vacuum chamber of high-frequency sputtering apparatus VTR-150M (manufactured by ULVAC). Next, the inside of the vacuum chamber was evacuated by a vacuum pump, and then the base material 11 was heated. Furthermore, after introducing Ar gas into the vacuum chamber, Ar ions ionized by the sputtering mechanism were applied to the surface of the base material 11 by applying an electric field, thereby cleaning the surface of the base material 11. Next, a SiC film having a thickness of 20 nm was formed as the second layer 13 by a sputtering mechanism. At this time, a SiC solid target was used as the SiC source.

DLC成膜装置NANOCOAT−500(ナノテック社製)の真空チャンバー内に、第2層13が成膜されている母材11を載置した。次に、真空チャンバー内を真空ポンプにより、真空排気した後、第2層13が成膜されている母材11を加熱した。さらに、真空チャンバー内に原料ガス(Ar)を導入した後、独立イオンガンによりイオン化させたArイオンを、バイアス電圧を印加して、第2層13が成膜されている母材11の表面に引き込むことにより、第2層13が成膜されている母材11の表面をクリーニングした。次に、独立イオンガンにより、原料ガス(トルエン)をイオン化させたイオンを、バイアス電圧を印加して、第2層13が成膜されている母材11の表面に引き込み、第3層14としての、膜厚100nmのDLC膜を成膜し、金型を作製した。   The base material 11 on which the second layer 13 was formed was placed in a vacuum chamber of a DLC film forming apparatus NANOCOAT-500 (manufactured by Nanotech). Next, after evacuating the inside of the vacuum chamber with a vacuum pump, the base material 11 on which the second layer 13 was formed was heated. Further, after introducing the source gas (Ar) into the vacuum chamber, Ar ions ionized by the independent ion gun are applied to the surface of the base material 11 on which the second layer 13 is formed by applying a bias voltage. Thus, the surface of the base material 11 on which the second layer 13 was formed was cleaned. Next, an ion obtained by ionizing the source gas (toluene) with an independent ion gun is applied to the surface of the base material 11 on which the second layer 13 is formed by applying a bias voltage. Then, a DLC film having a thickness of 100 nm was formed to produce a mold.

次に、金型を用いて、非球面ガラスレンズを製造し、金型の耐久性、非球面ガラスレンズの外観を評価した。   Next, an aspheric glass lens was manufactured using the mold, and the durability of the mold and the appearance of the aspheric glass lens were evaluated.

(非球面ガラスレンズの作製)
高精度光学ガラス素子成形装置GMP−311V(東芝機械社製)を用いて、口径50mmの非球面ガラスレンズを作製した(図3参照)。具体的には、まず、金型上に、低融点ガラスGとしての、ガラスモールド用低Tg光学ガラスL−BAL43(オハラ社製)を載置した。次に、真空チャンバー内を真空ポンプにより、真空排気した後、窒素ガスでパージした。さらに、加熱ヒータ機構により、低融点ガラスGを約570℃まで加熱し、型締めした後、プレス成形し、非球面ガラスレンズを作製した。
(Production of aspherical glass lens)
An aspheric glass lens having a diameter of 50 mm was produced using a high-precision optical glass element molding apparatus GMP-311V (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.) (see FIG. 3). Specifically, first, a low-Tg optical glass for glass mold L-BAL43 (manufactured by OHARA) as the low melting glass G was placed on the mold. Next, the inside of the vacuum chamber was evacuated by a vacuum pump and then purged with nitrogen gas. Further, the low-melting glass G was heated to about 570 ° C. by a heater mechanism, clamped, and press-molded to produce an aspheric glass lens.

(金型の耐久性)
金型の積層膜の劣化に由来する微融着が非球面ガラスレンズに発生する、即ち、不良品が発生するまでの良品の個数を求め、金型の耐久性を評価した。
(Durability of mold)
The durability of the mold was evaluated by determining the number of non-defective products that resulted in the occurrence of fine fusion resulting from the deterioration of the laminated film of the mold in the aspheric glass lens, that is, defective products.

(非球面ガラスレンズの外観)
非球面ガラスレンズの外観を目視で評価した。なお、外観がクリアである場合を○(良品)、クモリ、軽微な微融着などの軽微な外観不良が発生している場合を△(通常品)、微融着等の外観不良が発生している場合を×(不良品)として判定した。
(Appearance of aspheric glass lens)
The appearance of the aspheric glass lens was visually evaluated. In addition, when the appearance is clear, ○ (good product), when minor appearance defects such as spiders and minor fine fusion occur, △ (normal product), appearance defects such as fine fusion occur. The case was judged as x (defective product).

次に、金型に対応する評価用サンプルにおける積層膜の付着強度を評価した。   Next, the adhesion strength of the laminated film in the evaluation sample corresponding to the mold was evaluated.

(積層膜の付着強度)
母材11の代わりに、超硬合金RCCFN(日本タングステン社製)製の基板を用いた以外は、実施例1、2、比較例1と同様にして、基板上に、積層膜を形成し、評価用サンプルを作製した。
(Adhesion strength of laminated film)
A laminated film is formed on the substrate in the same manner as in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 except that a substrate made of cemented carbide RCFFN (manufactured by Nippon Tungsten) is used instead of the base material 11. An evaluation sample was produced.

超薄膜スクラッチ試験機CSR1000(レスカ社製)を用いて、評価用サンプルにおける積層膜の付着強度を測定した。   The adhesion strength of the laminated film in the sample for evaluation was measured using an ultra-thin scratch tester CSR1000 (manufactured by Reska).

図4に、スクラッチ試験後の評価用サンプルを示す。なお、図4(a)、(b)、(c)は、それぞれ実施例1、2、比較例1のスクラッチ試験後の評価用サンプルである。また、図中、矢印は、スクラッチの開始点である。   FIG. 4 shows a sample for evaluation after the scratch test. 4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C are evaluation samples after the scratch test of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, respectively. In the figure, the arrow is the starting point of the scratch.

図4から、実施例1、2の評価用サンプルは、第2層13が第1層12と強く密着しているため、母材11と第1層12の界面付近で、膜が剥離していることがわかる。   As shown in FIG. 4, in the samples for evaluation of Examples 1 and 2, since the second layer 13 is in close contact with the first layer 12, the film peels off near the interface between the base material 11 and the first layer 12. I understand that.

これに対して、比較例1の評価用サンプルは、第2層13が第1層12と強く密着していないため、第2層13と第1層12の界面付近で、斜めに裂けるように膜が剥離している。   On the other hand, in the sample for evaluation of Comparative Example 1, the second layer 13 is not tightly adhered to the first layer 12, so that it is torn at an angle near the interface between the second layer 13 and the first layer 12. The film is peeled off.

表1に、金型の耐久性、非球面ガラスレンズの外観、積層膜の密着性の評価結果を示す。   Table 1 shows the evaluation results of the durability of the mold, the appearance of the aspheric glass lens, and the adhesion of the laminated film.

表1から、実施例1、2の金型は、口径50mmの非球面ガラスレンズを成形しても、金型の耐久性が高く、外観の優れる口径50mmの非球面ガラスレンズを成形できることがわかる。このため、実施例1、2の金型を用いると、十分な生産性を確保することができる。 From Table 1, it can be seen that the molds of Examples 1 and 2 can mold an aspheric glass lens with a diameter of 50 mm that has a high durability and excellent appearance even if an aspheric glass lens with a diameter of 50 mm is molded. . For this reason, if the metal mold | die of Example 1, 2 is used, sufficient productivity can be ensured.

これに対して、比較例1の金型は、母材11と第2層13の間に、炭化タングステン、炭化チタン及び炭化タンタルからなる群より選択される一種以上を含む第1層12が形成されていないため、金型の耐久性が低下する。これは、母材11は、焼結して製造されることから、ラジカル結合活性を有しておらず、母材11と第2層13との間に働く力の大部分が分子間力のみであるためと考えられる。このため、比較例1の金型を用いると、十分な生産性を確保できない。   In contrast, in the mold of Comparative Example 1, the first layer 12 including at least one selected from the group consisting of tungsten carbide, titanium carbide, and tantalum carbide is formed between the base material 11 and the second layer 13. As a result, the durability of the mold is reduced. This is because the base material 11 is manufactured by sintering and does not have radical binding activity, and most of the force acting between the base material 11 and the second layer 13 is only intermolecular force. This is probably because of this. For this reason, when the metal mold | die of the comparative example 1 is used, sufficient productivity cannot be ensured.

実施例1、2の金型は、第1層12が、母材11を構成する超硬合金の成分を含むために、母材11と第1層12との密着性が向上する。また、実施例1、2の金型は、第1層12を形成することにより、第2層13との間に化学結合が生じやすくなるため、比較例1の金型に比べて、第1層12と第2層13との密着性が大幅に向上する。特に、第1層12をスパッタ膜とすることで、第1層12のラジカル結合活性を向上させて、第1層12と第2層13との密着性を向上させることができる。   In the molds of Examples 1 and 2, since the first layer 12 includes a cemented carbide component constituting the base material 11, adhesion between the base material 11 and the first layer 12 is improved. Moreover, since the metal mold | die of Example 1, 2 becomes easy to produce a chemical bond between the 2nd layer 13 by forming the 1st layer 12, compared with the metal mold | die of the comparative example 1, it is 1st. The adhesion between the layer 12 and the second layer 13 is greatly improved. In particular, by using the first layer 12 as a sputtered film, the radical bonding activity of the first layer 12 can be improved and the adhesion between the first layer 12 and the second layer 13 can be improved.

10 金型
11 母材
12 第1層
13 第2層
14 第3層
M 成型面
G 低融点ガラス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mold 11 Base material 12 1st layer 13 2nd layer 14 3rd layer M Molding surface G Low melting glass

特開2011−98845号公報JP2011-98845A

Claims (6)

母材上に、第1層、第2層及び第3層が順次積層されており、
前記母材は、超硬合金を含み、
前記第1層は、炭化タングステン、炭化チタン及び炭化タンタルからなる群より選択される一種以上を含み、
前記第2層は、炭化珪素を含み、
前記第3層は、ダイヤモンドライクカーボンを含むことを特徴とするガラスモールド用金型。
A first layer, a second layer, and a third layer are sequentially laminated on the base material,
The base material includes a cemented carbide,
The first layer includes one or more selected from the group consisting of tungsten carbide, titanium carbide, and tantalum carbide,
The second layer includes silicon carbide;
The glass mold is characterized in that the third layer contains diamond-like carbon.
前記第1層は、炭化タングステンを含むスパッタ膜であることを特徴とする請求項1に記載のガラスモールド用金型。   The glass mold according to claim 1, wherein the first layer is a sputtered film containing tungsten carbide. 前記第1層は、厚さが1〜50nmであり、
前記第2層は、厚さが1〜100nmであり、
前記第3層は、厚さが10〜500nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載のガラスモールド用金型。
The first layer has a thickness of 1 to 50 nm,
The second layer has a thickness of 1 to 100 nm,
The mold for a glass mold according to claim 1 or 2, wherein the third layer has a thickness of 10 to 500 nm.
前記第3層は、ケイ素をさらに含み、ケイ素の含有量が0.1〜10mol%であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のガラスモールド用金型。   The glass mold according to any one of claims 1 to 3, wherein the third layer further contains silicon, and the silicon content is 0.1 to 10 mol%. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のガラスモールド用金型を製造する方法であって、
スパッタ法を用いて、前記第1層を成膜する工程と、
プラズマCVD法を用いて、前記第2層を成膜する工程と、
プラズマCVD法を用いて、前記第3層を成膜する工程を含むことを特徴とするガラスモールド用金型の製造方法。
A method for producing a glass mold die according to any one of claims 1 to 4,
Forming the first layer using a sputtering method;
Using the plasma CVD method to form the second layer;
A method for producing a mold for glass mold, comprising a step of forming a film of the third layer using a plasma CVD method.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のガラスモールド用金型を用いることを特徴とする非球面ガラスレンズの製造方法。   A method for producing an aspheric glass lens, wherein the glass mold die according to any one of claims 1 to 4 is used.
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