JP2022107291A - Manufacturing method of glass molding tool and manufacturing method of optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス製成形型の製造方法および光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a glass molding mold and a method for manufacturing an optical element.
レンズ等の光学素子の製造方法として、被成形素材を成形型によってプレス成形する方法が広く用いられている。かかる製造方法に使用可能な成形型として、特許文献1にはガラス製成形型が開示されている。 As a method for manufacturing an optical element such as a lens, a method of press-molding a material to be molded by a molding die is widely used. Patent Document 1 discloses a glass molding mold as a molding mold that can be used in such a manufacturing method.
従来、光学素子の製造のためには、金属製やセラミックス製の成形型が用いられていた。金属やセラミックスから成形型を作製する方法としては、通常、切削、研削等の機械加工を行い母材から成形型を削り出す方法が採用される。しかし、そのような機械加工によって光学素子の製造に使用可能な成形面を有する成形型を作製するためには、多くのコストと時間を要する。 Conventionally, metal or ceramic molding dies have been used for manufacturing optical elements. As a method for producing a molding die from metal or ceramics, a method of cutting out a molding die from a base material by machining such as cutting or grinding is usually adopted. However, it takes a lot of cost and time to produce a molding die having a molding surface that can be used for manufacturing an optical element by such machining.
これに対し、ガラス製の成形型については、加熱して軟化させたガラス素材をマスター型によりプレス成形することによって、マスター型の面形状が転写された成形型を製造することができる。所望の面形状を有するマスター型を準備し、そのマスター型の面形状をガラス素材に精度よく転写できれば、光学素子の製造に使用可能な成形面を有する成形型を量産することは容易である。他方、ガラス製成形型を用いて実際に被成形素材をプレス成形して光学素子として提供するにあたり、マスター型の面形状をガラス製成形型に高い精度で転写できなければ、求められる光学性能を有する光学素子を作製することは困難である。 On the other hand, as for the glass molding mold, the molding mold in which the surface shape of the master mold is transferred can be manufactured by press-molding the glass material softened by heating with the master mold. If a master mold having a desired surface shape can be prepared and the surface shape of the master mold can be accurately transferred to a glass material, it is easy to mass-produce a molding mold having a molding surface that can be used for manufacturing an optical element. On the other hand, when the material to be molded is actually press-molded using a glass molding die and provided as an optical element, if the surface shape of the master mold cannot be transferred to the glass molding die with high accuracy, the required optical performance can be obtained. It is difficult to manufacture an optical element having a glass.
以上に鑑み、本発明の一態様は、マスター型の面形状を高い精度で転写してガラス製の成形型を製造することが可能なガラス製成形型の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, one aspect of the present invention is to provide a method for manufacturing a glass mold, which can transfer the surface shape of the master mold with high accuracy to manufacture a glass mold. ..
本発明の一態様は、
凹面形状または凸面形状の成形面を有するガラス製成形型の製造方法であって、
温度Taに加熱されたガラス素材をマスター型表面と当接させた状態で押圧すること、
上記当接させた状態で上記ガラス素材を冷却すること、
上記冷却後、上記当接させた状態を解除すること、
により、上記成形面を形成することを含み、
上記当接させた状態の解除は、上記ガラス素材の温度が当接状態解除許容温度Tb以下であるときに行われ、
Tbは、
Tb=Tg-200℃
であり、Tgは上記ガラス素材のガラス転移点(単位:℃)であり、
上記冷却中、上記ガラス素材の温度がTcであるときの上記マスター型の温度はTkであり、
Tk=Tc-A
であり、Aは0℃超であり、かつ
上記ガラス素材の温度がTb以上Tc未満であるときに上記マスター型の温度はガラス素材の温度を下回り、
Tb以上Tc未満の全温度域において、
形成される成形面が凹面形状の場合、上記マスター型と上記ガラス素材とは下記式1:
(式1)
-1.00≦βTK―βTG≦0.01
を満たし、
形成される成形面が凸面形状の場合、上記マスター型と上記ガラス素材とは下記式2:
(式2)
-0.01≦βTK―βTG≦1.00
を満たし、
Tcは、Tb超Ta未満であり、かつ
Tc=Tg+(Ts-Tg)×B
であり、Bは0超1未満であり、Tsは上記ガラス素材の屈伏点(単位:℃)であり、
上記式中、
βTKは、上記マスター型の温度Taにおける長さを基準とした温度(T-A)における収縮率(単位:%)を無単位で示した値であり、
βTGは、上記ガラス素材の温度Taにおける長さを基準とした温度Tにおける収縮率(単位:%)を無単位で示した値であり、
Tは、Tb以上Tc未満である、ガラス製成形型の製造方法、
に関する。
One aspect of the present invention is
A method for manufacturing a glass molding mold having a concave or convex molding surface.
Pressing the glass material heated to temperature Ta in contact with the surface of the master mold,
Cooling the glass material in the contacted state,
After the above cooling, the state of being in contact with the above is released.
Including forming the molding surface by
The release of the contacted state is performed when the temperature of the glass material is equal to or lower than the allowable temperature for releasing the contacted state Tb.
Tb is
Tb = Tg-200 ° C
Tg is the glass transition point (unit: ° C.) of the above glass material.
During the cooling, when the temperature of the glass material is Tc, the temperature of the master mold is Tk.
Tk = Tc-A
When A is more than 0 ° C. and the temperature of the glass material is Tb or more and less than Tc, the temperature of the master mold is lower than the temperature of the glass material.
In the entire temperature range above Tb and below Tc
When the molded surface to be formed has a concave shape, the master mold and the glass material are described by the following formula 1:
(Equation 1)
-1.00 ≤ β TK -β TG ≤ 0.01
The filling,
When the molded surface to be formed has a convex shape, the master mold and the glass material are described by the following formula 2:
(Equation 2)
-0.01 ≤ β TK -β TG ≤ 1.00
The filling,
Tc is less than Tb and less than Ta, and Tc = Tg + (Ts-Tg) × B
B is more than 0 and less than 1, and Ts is the yield point (unit: ° C.) of the glass material.
In the above formula,
β TK is a value indicating the shrinkage rate (unit:%) at the temperature (TA) based on the length at the temperature Ta of the master type in no unit.
β TG is a value indicating the shrinkage rate (unit:%) at the temperature T based on the length of the glass material at the temperature Ta in no unit.
T is a method for manufacturing a glass molding mold, which is Tb or more and less than Tc.
Regarding.
本発明者は、ガラス素材とマスター型とが上記式を満たすことにより冷却中に異常離型が生じることを抑制できることが、マスター型の面形状を高い精度で転写することを可能にすることに寄与し得ると考え、上記製造方法を見出すに至った。 The present inventor has made it possible to transfer the surface shape of the master mold with high accuracy by suppressing the occurrence of abnormal mold release during cooling by satisfying the above formula between the glass material and the master mold. We thought that it could contribute, and came up with the above-mentioned manufacturing method.
本発明の一態様によれば、マスター型の面形状を高い精度で転写してガラス製の成形型を製造することが可能になる。また、本発明の一態様によれば、こうして製造されたガラス製成形型を使用する光学素子の製造方法を提供することもできる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to manufacture a glass molding mold by transferring the surface shape of the master mold with high accuracy. Further, according to one aspect of the present invention, it is also possible to provide a method for manufacturing an optical element using the glass molding die thus manufactured.
[ガラス製成形型の製造方法]
以下、上記のガラス製成形型の製造方法について、更に詳細に説明する。以下では図面を参照して説明することがあるが、本発明は図面に示す実施形態に限定されるものではない。
[Manufacturing method of glass molding]
Hereinafter, the method for manufacturing the above-mentioned glass molding mold will be described in more detail. Hereinafter, the present invention may be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings.
<ガラス製成形型の構成>
図1は、ガラス製成形型を備えた光学素子用製造装置の一例の概略断面図である。図1の光学素子用製造装置10は、被成形素材21から光学素子20をプレス成形によって製造するものであり、ガラス製の成形型である上型11と下型12を備える。上型11と下型12は、案内型13内に相対移動可能に支持されており、互いの間隔を変化させることができる。上型11および下型12は、両方とも移動可能な可動型であってもよいし、一方が可動型で他方が移動しない固定型であってもよい。
<Structure of glass molding mold>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a manufacturing apparatus for an optical element provided with a glass molding die. The optical
上型11および下型12は、互いに対向する側に成形面14、成形面15を有している。光学素子20は、具体的には両面が非球面である両凸レンズであり、成形面14および成形面15は、それぞれ光学素子20の各凸面(非球面)に対応する形状の凹面(非球面)である。即ち、成形面14および成形面15の形状がプレス成形によって転写されて光学素子20の凸面が形成される。但し、図1に示す実施形態は例示であって、上記製造方法によって製造されるガラス製成形型の成形面は、一形態では凸面形状を有し、他の一形態では凹面形状を有する。
The
成形面14、15上には、被膜16、17がそれぞれ形成されている。被膜16、17は、一般に離型膜と呼ばれる被膜であることができ、例えば炭素膜等であって被成形素材の融着を抑える役割を果たすことができる。図1に示す被膜16、17は単層構造であるが、異なる組成からなる複層構造の被膜を設けることもできる。または、被膜16、17を備えずに成形面14、15が露出した構成も選択可能である。
案内型13の外側にはヒーター(不図示)が設けられている。成形時には、被成形素材21が軟化する成形温度までヒーターで加熱することができる。
A heater (not shown) is provided on the outside of the
本発明および本明細書において、「ガラス製成形型」とは、成形面を備えた部分を指すものとする。例えば図1中、上型11と下型12の被膜16、17を除く部分の全体をガラス製としてもよい。または、上型11と下型12のうち成形面14と成形面15を含む一部のみをガラス製とし、ガラス製の部分に金属製等の別の材料製の基盤部を接合して上型11や下型12を構成することもできる。
In the present invention and the present specification, the "glass molding mold" refers to a portion provided with a molding surface. For example, in FIG. 1, the entire portion of the
<ガラス素材>
上記ガラス製成形型は、マスター型によってガラス素材をプレス成形することによって製造することができる。ガラス素材については、特に限定はなく、各種組成および物性を有するガラス素材を使用することができる。ガラス素材としては、市販のガラスを使用してもよく、公知の方法で作製したガラス素材を使用してもよい。
<Glass material>
The glass molding mold can be manufactured by press molding a glass material with a master mold. The glass material is not particularly limited, and a glass material having various compositions and physical properties can be used. As the glass material, commercially available glass may be used, or a glass material produced by a known method may be used.
上記ガラス素材のガラス組成については、例えば、下記(A)~(G)の1つ以上を満たす組成を挙げることができる。一例として、上記ガラス素材は、アルミノシリケート系ガラスおよび/またはシリケート系ガラスに該当するガラス製のガラス素材であることができる。本発明および本明細書において、「アルミノシリケート系ガラス」とは、ガラスのカチオン成分について酸化物基準で表示されるガラス組成に少なくともSiO2とAl2O3とが含まれるガラスをいうものとし、「シリケート系ガラス」とは、ガラスのカチオン成分について酸化物基準で表示されるガラス組成に少なくともSiO2が含まれるガラスをいうものとする。アルミノシリケート系ガラスおよび/またはシリケート系ガラスに該当するガラスのガラス組成としては、例えば下記(A)~(F)の1つ以上を満たす組成を挙げることができる。但し、下記組成は例示に過ぎず、ガラス素材としては各種組成のガラス素材を使用することができる。
(A)モル%表示のガラス組成において、SiO2とAl2O3の合計含有量が60.0%以上である。
(B)モル%表示のガラス組成において、SiO2含有量が51.0~79.0%、Al2O3含有量が8.0~24.0%、MgO、CaO、SrOおよびBaOの合計含有量が1.0~35.0%である
(C)モル%表示のガラス組成において、MgO含有量が1.0~30.0%、CaO含有量が0.0~15.0%、SrO含有量が0.0~12.0%、BaO含有量が0.0~12.0%、ZnO含有量が0.0~10.0%、Li2O含有量が0.0~8.0%、Na2OとK2Oとの合計含有量が0.0~4.25%、ZrO2含有量が0.0~10.0%、TiO2含有量が0.0~6.0%、La2O3、Y2O3、Yb2O3、Ta2O5、Nb2O5およびHfO2の合計含有量が0.0~4.0%である。
(D)モル%表示のガラス組成において、SiO2、Al2O3、およびMgOの合計含有量に対するLi2O、Na2O、K2Oの合計含有量のモル比(Li2O+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+MgO)が0.000~0.050の範囲である。
(E)モル%表示のガラス組成において、SiO2、B2O3、P2O5およびAl2O3の合計含有量が10.0~90.0%である。
(F)モル%表示のガラス組成において、SiO2含有量が0.0~80.0%、好ましくは1.0~70.0%、B2O3含有量が0.0~80.0%、好ましくは1.0~70.0%、P2O5含有量が0.0~80.0%、好ましくは1.0~70.0%、Al2O3含有量が0.0~30.0%である。
(G)モル%表示のガラス組成において、MgO含有量が0.0~60.0%、CaO含有量が0.0~60.0%、SrO含有量は0.0~60.0%、BaO含有量が0.0~60.0%、ZnO含有量が0.0~60.0%、Li2O含有量が0.0~60.0%、Na2OとK2Oとの合計含有量が0.0~60.0%、ZrO2含有量が0.0~20.0%、La2O3、Y2O3、Yb2O3、Ta2O5、Nb2O5およびHfO2の合計含有量が0.0~70.0%である。
Regarding the glass composition of the glass material, for example, a composition satisfying one or more of the following (A) to (G) can be mentioned. As an example, the glass material can be an aluminosilicate-based glass and / or a glass material made of glass corresponding to the silicate-based glass. In the present invention and the present specification, the "aluminosilicate-based glass" means a glass in which at least SiO 2 and Al 2 O 3 are contained in the glass composition represented by the oxide standard for the cationic component of the glass. The “silicate-based glass” refers to a glass in which at least SiO 2 is contained in the glass composition represented by the oxide standard for the cation component of the glass. As the glass composition of the aluminosilicate glass and / or the glass corresponding to the silicate glass, for example, a composition satisfying one or more of the following (A) to (F) can be mentioned. However, the following compositions are merely examples, and glass materials having various compositions can be used as the glass material.
(A) In the glass composition represented by mol%, the total content of SiO 2 and Al 2 O 3 is 60.0% or more.
(B) In the glass composition represented by mol%, the SiO 2 content is 51.0 to 79.0%, the Al 2 O 3 content is 8.0 to 24.0%, and the total of MgO, CaO, SrO and BaO. In the (C) mol%-denominated glass composition having a content of 1.0 to 35.0%, the MgO content is 1.0 to 30.0%, the CaO content is 0.0 to 15.0%, and the like. SrO content is 0.0 to 12.0%, BaO content is 0.0 to 12.0%, ZnO content is 0.0 to 10.0%, and Li 2O content is 0.0 to 8 0.0%, total content of Na 2 O and K 2 O is 0.0 to 4.25%, ZrO 2 content is 0.0 to 10.0%, TiO 2 content is 0.0 to 6 The total content of 0.0%, La 2 O 3 , Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 and HfO 2 is 0.0 to 4.0%.
(D) In the glass composition expressed in mole%, the molar ratio of the total content of Li 2 O, Na 2 O, K 2 O to the total content of SiO 2 , Al 2 O 3 , and Mg O (Li 2 O + Na 2 O + K). 2 O) / (SiO 2 + Al 2 O 3 + MgO) is in the range of 0.000 to 0.050.
(E) In the glass composition represented by mol%, the total content of SiO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 and Al 2 O 3 is 10.0 to 90.0%.
(F) In the glass composition represented by mol%, the SiO 2 content is 0.0 to 80.0%, preferably 1.0 to 70.0%, and the B 2 O 3 content is 0.0 to 80.0. %, preferably 1.0 to 70.0%, P 2 O 5 content is 0.0 to 80.0%, preferably 1.0 to 70.0%, Al 2 O 3 content is 0.0. It is ~ 30.0%.
In the glass composition represented by (G) mol%, the MgO content is 0.0 to 60.0%, the CaO content is 0.0 to 60.0%, and the SrO content is 0.0 to 60.0%. BaO content is 0.0 to 60.0%, ZnO content is 0.0 to 60.0%, Li 2 O content is 0.0 to 60.0%, and Na 2 O and K 2 O Total content is 0.0-60.0%, ZrO 2 content is 0.0-20.0%, La 2 O 3 , Y 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O The total content of 5 and HfO 2 is 0.0-70.0%.
また、一例として、ガラス物性としては、下記(1)~(3)を例示でき、上記ガラス素材は下記(1)~(3)の1つ以上を有することができる。但し、下記物性も例示に過ぎず、ガラス素材としては各種物性を有するガラス素材を使用することができる。下記の平均熱膨張係数αは、熱機械分析装置(TMA;Thermomechanical Analysis)を用いて測定される値である。ガラス転移点Tgおよび屈伏点Tsの測定方法については後述する。
(1)ガラス転移点Tgが650℃以上、670℃以上または700℃以上(例えば900℃以下)である。
(2)屈伏点Tsが700℃以上、720℃以上または750℃以上(例えば950℃以下)である。
(3)100℃~300℃での平均熱膨張係数αが10×10-7/℃~70×10-7/℃、20×10-7/℃~60×10-7/℃、または25×10-7/℃~55×10-7/℃である。
Further, as an example, the following (1) to (3) can be exemplified as the physical characteristics of the glass, and the glass material can have one or more of the following (1) to (3). However, the following physical properties are merely examples, and a glass material having various physical properties can be used as the glass material. The following average coefficient of thermal expansion α is a value measured using a thermomechanical analyzer (TMA; Thermomechanical Analysis). The method for measuring the glass transition point Tg and the yield point Ts will be described later.
(1) The glass transition point Tg is 650 ° C. or higher, 670 ° C. or higher, or 700 ° C. or higher (for example, 900 ° C. or lower).
(2) The yield point Ts is 700 ° C. or higher, 720 ° C. or higher, or 750 ° C. or higher (for example, 950 ° C. or lower).
(3) The average coefficient of thermal expansion α at 100 ° C to 300 ° C is 10 × 10-7 / ° C to 70 × 10-7 / ° C, 20 × 10-7 / ° C to 60 × 10-7 / ° C, or 25. It is × 10 -7 / ° C. to 55 × 10 -7 / ° C.
<ガラス素材のプレス成形>
上記製造方法では、ガラス素材をマスター型によって押圧して成形することにより、凹面形状または凸面形状の成形面を有するガラス製成形型を製造する。
<Press molding of glass material>
In the above manufacturing method, a glass molding mold having a concave or convex molding surface is manufactured by pressing the glass material with a master mold to mold the glass material.
図2は、ガラス製成形型の製造装置(以下、「成形型製造装置」とも記載する。)の一例の概略断面図である。図2の成形型製造装置は、凸面形状の成形面34を有する上型(マスター型)31と、下型32と、案内型33と、を含む。上型31と下型32との間でガラス素材41が押圧され、上型の成形面34の面形状がガラス素材41に転写され、これにより凹面形状の成形面を有するガラス製成形型が得られる。下型32の面形状は、平面形状、凸面形状、凹面形状のいずれであってもよく、特に限定されない。また、図2の成形型製造装置では、ガラス素材に面形状を転写してガラス製成形型の成形面を形成するためのマスター型は上型であるが、かかるマスター型を下型として配置することもできる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an example of a glass molding mold manufacturing apparatus (hereinafter, also referred to as “mold molding apparatus”). The mold manufacturing apparatus of FIG. 2 includes an upper mold (master mold) 31 having a
上型31と下型32は、案内型(一般に「スリーブ」とも呼ばれる。)33内に相対移動可能に支持されており、互いの間隔を変化させることができる。上型31および下型32は、両方とも移動可能な可動型であってもよいし、一方が可動型で他方が移動しない固定型であってもよい。
The
案内型33の外側にはヒーター(不図示)が設けられている。成形時には、ガラス素材41が軟化する成形温度Taまでヒーターで加熱することができる。Taは、ガラス素材の種類に応じて設定すればよく、例えば700~1000℃の範囲、好ましくは750~950℃℃の範囲とすることができる。また、一形態では、Ta=Ts±50℃とすることができる。図2の成形型製造装置では、案内型33の外側に設けられたヒーターによって、ガラス素材とともに上型、下型および案内型も加熱される。
A heater (not shown) is provided on the outside of the
温度Taに加熱されたガラス素材は、マスター型表面(図2中、上型31の成形面34)と当接された状態で押圧される。上型31および/または下型32を介してガラス素材41に押圧荷重を加えることにより、ガラス素材41を押圧することができる。
The glass material heated to the temperature Ta is pressed in contact with the surface of the master mold (
その後、ガラス素材41をマスター型表面と当接させた状態で冷却した後、マスター型表面との当接状態を解除する。こうしてガラス素材41がプレス成形され、マスター型表面(図2中、上型31の成形面34)の面形状が転写されて形成された凹面形状の成形面を有するガラス製成形型を得ることができる。ここで、上記の当接状態の解除は、ガラス素材の温度が当接解除許容温度Tb以下であるときに行う。Tbは、ガラス素材のガラス転移点Tgに応じて決定され、「Tb=Tg-200℃」である。Tbは、ガラスの硬化が十分に進行している温度ということができる。Tbは、ガラスの歪点を十分に下回ることが好ましく、かかる観点からは、例えばTg-150℃以下、好ましくはTg-160℃以下、より好ましくはTg-180℃以下、更に好ましくはTg-200℃以下とすることができる。Tbは、ガラス製成形型および/またはマスター型の温度を冷却速度に追従しやすくする観点からは、例えば20℃以上、50℃以上、70℃以上、100℃以上、150℃以上、200℃以上、250℃以上、300℃以上、350℃以上または400℃以上であることができる。また、Tbは、ガラス製成形型のTgを十分に下回ることが好ましく、かかる観点からは、例えば900℃以下、800℃以下、700℃以下、600℃以下、550℃以下、500℃以下、400℃以下、350℃以下または300℃以下であることができる。TaからTbまで冷却する間、上型31および/または下型32を介してガラス素材41に押圧荷重を適宜加え続けてもよく、型自重のみの荷重でもよい。
After that, the
図2の成形型成形装置によれば凹面形状の成形面を有するガラス製成形型が得られる。一方、マスター型の成形面の面形状が凹面形状であれば、ガラス素材に凹面形状が転写されることによって凸面形状の成形面を有するガラス製成形型を得ることができる。成形型成形装置から取り出されたガラス製成形型には、アニール、被膜形成等の公知の後工程の一種以上を任意に施すことができる。 According to the molding die molding apparatus of FIG. 2, a glass molding die having a concave molding surface can be obtained. On the other hand, if the surface shape of the molding surface of the master mold is concave, a glass molding mold having a convex molding surface can be obtained by transferring the concave shape to the glass material. Mold The glass mold taken out from the molding apparatus can be optionally subjected to one or more of known post-processes such as annealing and film formation.
上記製造方法では、ガラス素材が温度Tcであるときに温度Tk℃となるマスター型が使用される。ここで、Tcは、Tb超Ta未満であり、かつ「Tc=Tg+(Ts-Tg)×B」であり、Bは0超1未満であり、Tsはガラス素材の屈伏点(単位:℃)である。Tkについて、「Tk=T-A」であり、Aは0℃超である。即ち、ガラス素材が温度Tcまで冷却されたときのマスター型の温度はTcより0℃超低い。また、ガラス素材の温度がTb以上Tc未満であるときにマスター型の温度はガラス素材の温度を下回る。温度Ta℃から冷却されるガラス素材は、先の式により規定される温度Tc未満になると硬化し始めると考えられ、ここで異常離型が生じてしまうとマスター型の面形状を転写する精度が大きく低下してしまうと推察される。Aは、0℃超であり、ガラス素材およびマスター型の熱特性、冷却条件、ガラス素材の体積等によって異なり、例えば1℃以上、30℃以上、50℃以上、または60℃以上であることができ、また、例えば300℃以下、200℃以下または150℃以下であることができる。Aは、通常、冷却速度を速くするほど大きくなる傾向があり、冷却速度を遅くするほど小さくなる傾向がある。例えば、Aは、冷却速度を速くすることにより、例えば、70℃、75℃、80℃、85℃・・・と大きくなる傾向がある。また、Aは、例えば冷却速度を遅くすることにより、65℃、60℃、55℃・・・と小さくなる傾向がある。上記のマスター型の温度とは、ガラス素材と当接するマスター型表面の温度をいうものとする。冷却速度は、Taから後述するTbまでの平均冷却速度として、ガラス製成形型の生産性を高める観点および/またはマスター型の熱劣化を抑制する観点からは、-0.1℃/分以上、-0.3℃/分以上、-0.5℃/分以上、-1.0℃/分以上、-3.0℃/分以上、-5.0℃/分以上、-10.0℃/分以上もしくは-15.0℃/分以上であることができ、また、-100.0℃/分以下、-50.0℃/分以下、-30.0℃/分以下、-25.0℃/分以下、-20.0℃/分以下、-18.0℃/分以下、-16.0℃/分以下、-14.0℃/分以下、-12.0℃/分以下、-10.0℃/分以下、-5.0℃/分以下、-3.0℃/分以下もしくは-1.0℃/分以下であることができる。 In the above manufacturing method, a master mold having a temperature of Tk ° C. when the glass material has a temperature of Tc is used. Here, Tc is less than Tb and less than Ta, and "Tc = Tg + (Ts-Tg) x B", B is more than 0 and less than 1, and Ts is the yield point (unit: ° C.) of the glass material. Is. For Tk, "Tk = TA", where A is above 0 ° C. That is, the temperature of the master mold when the glass material is cooled to the temperature Tc is more than 0 ° C. lower than that of Tc. Further, when the temperature of the glass material is Tb or more and less than Tc, the temperature of the master mold is lower than the temperature of the glass material. It is considered that the glass material cooled from the temperature Ta ° C. starts to harden when the temperature falls below the temperature Tc specified by the above formula, and if abnormal mold release occurs here, the accuracy of transferring the surface shape of the master mold is high. It is presumed that it will drop significantly. A is more than 0 ° C. and varies depending on the thermal characteristics of the glass material and master mold, cooling conditions, volume of the glass material, etc., and may be, for example, 1 ° C. or higher, 30 ° C. or higher, 50 ° C. or higher, or 60 ° C. or higher. It can also be, for example, 300 ° C. or lower, 200 ° C. or lower, or 150 ° C. or lower. Normally, A tends to increase as the cooling rate increases, and tends to decrease as the cooling rate decreases. For example, A tends to increase to, for example, 70 ° C., 75 ° C., 80 ° C., 85 ° C., etc. by increasing the cooling rate. Further, A tends to decrease to 65 ° C., 60 ° C., 55 ° C., ..., For example, by slowing down the cooling rate. The temperature of the master mold is defined as the temperature of the surface of the master mold that comes into contact with the glass material. The cooling rate is an average cooling rate from Ta to Tb, which will be described later, and is −0.1 ° C./min or more from the viewpoint of increasing the productivity of the glass molding mold and / or suppressing the thermal deterioration of the master mold. -0.3 ° C / min or higher, -0.5 ° C / min or higher, -1.0 ° C / min or higher, -3.0 ° C / min or higher, -5.0 ° C / min or higher, -10.0 ° C It can be ≥/ min or -15.0 ° C / min or higher, and -100.0 ° C / min or lower, -50.0 ° C / min or lower, -30.0 ° C / min or lower, -25. 0 ° C / min or less, -20.0 ° C / min or less, -18.0 ° C / min or less, -16.0 ° C / min or less, -14.0 ° C / min or less, -12.0 ° C / min or less , -10.0 ° C./min or less, -5.0 ° C./min or less, -3.0 ° C./min or less, or -1.0 ° C./min or less.
上記製造方法では、マスター型とガラス素材との組み合わせとして、以下の温度の関係を満たす組み合わせを使用する。即ち、Tb以上Tc未満の全温度域において、形成される成形面が凹面形状の場合、マスター型とガラス素材とは下記式1を満たし、形成される成形面が凸面形状の場合、マスター型と上記ガラス素材とは下記式2を満たす。 In the above manufacturing method, as a combination of the master mold and the glass material, a combination satisfying the following temperature relationship is used. That is, in the entire temperature range of Tb or more and less than Tc, when the formed molding surface has a concave shape, the master mold and the glass material satisfy the following formula 1, and when the formed molding surface has a convex shape, the master mold is used. The glass material satisfies the following formula 2.
(式1)
-1.00≦βTK―βTG≦0.01
(式2)
-0.01≦βTK―βTG≦1.00
(Equation 1)
-1.00 ≤ β TK -β TG ≤ 0.01
(Equation 2)
-0.01 ≤ β TK -β TG ≤ 1.00
βTKは、上記マスター型の温度Taにおける長さを基準とした温度(T-A)における収縮率(単位:%)を無単位で示した値であり、βTGは、上記ガラス素材の温度Taにおける長さを基準とした温度Tにおける収縮率(単位:%)を無単位で示した値であり、Tは、Tb以上Tc未満である。 β TK is a value indicating the shrinkage rate (unit:%) at the temperature (TA) based on the length at the temperature Ta of the master type in no unit, and β TG is the temperature of the glass material. It is a value showing the shrinkage rate (unit:%) at the temperature T based on the length in Ta in no unit, and T is Tb or more and less than Tc.
本発明および本明細書において、上記の収縮率は、以下の方法によって求められる値である。
マスター型もしくはガラス素材から測定用試料を切り出すか、または、マスター型もしくはガラス素材と同じ材料から構成される測定用試料を作製する。マスター型および/またはガラス素材が母材の表面に被膜(例えば離型膜等)を有する場合、上記の収縮率は、母材部分から切り出した測定用試料または母材部分と同じ材料から構成される測定用試料について求める。測定用試料は、長さ20mm±0.5mm、直径5mm±0.5mmの丸棒とする。以下において、測定用試料の長さをLRTと表記する。各試料について、JOGIS08-2003に準じる方法によって熱膨張特性を測定する。詳しくは、試料に98mNの荷重を印加した状態で、4℃/分の昇温速度で加熱し、1秒ごとに温度に対する伸び量(単位:mm)を測定して得られたグラフ(いわゆる熱膨張曲線)から、温度Taにおける伸び量ΔLTaと任意の温度Tにおける伸び量ΔLTを求める。こうして求められた伸び量ΔLTaとΔLTとの差分(ΔLTa-ΔLT)を、温度Taにおける長さを基準とした温度Tにおける収縮量(単位:mm)とし、これを温度Taにおける測定用試料の長さLRT+ΔLTa(単位:mm)で割ったものを収縮率(単位:%)とする。また、ガラス素材について、上記グラフにおける低温度域と高温度域の直線部分の延長の交点に対応する温度をガラス転移点Tg、上記グラフにおいて見かけ上膨張が停止する温度、即ち温度上昇に伴い伸びが増加から減少に転じる変曲点の温度を屈伏点Tsとする。
In the present invention and the present specification, the above-mentioned shrinkage rate is a value obtained by the following method.
A measurement sample is cut out from the master mold or glass material, or a measurement sample composed of the same material as the master mold or glass material is prepared. When the master mold and / or the glass material has a film (for example, a release film) on the surface of the base material, the above shrinkage rate is composed of the same material as the measurement sample or the base material part cut out from the base material part. Obtain the sample for measurement. The sample for measurement is a round bar having a length of 20 mm ± 0.5 mm and a diameter of 5 mm ± 0.5 mm. In the following, the length of the measurement sample will be referred to as LRT . The thermal expansion characteristics of each sample are measured by a method according to JOBIS08-2003. Specifically, a graph obtained by heating a sample at a heating rate of 4 ° C./min with a load of 98 mN applied and measuring the amount of elongation (unit: mm) with respect to temperature every second (so-called heat). From the expansion curve), the amount of elongation ΔL Ta at the temperature Ta and the amount of elongation ΔLT at an arbitrary temperature T are obtained. The difference (ΔL Ta − ΔL T ) between the elongation amount ΔL Ta and ΔLT thus obtained is defined as the shrinkage amount (unit: mm) at the temperature T based on the length at the temperature Ta, and this is measured at the temperature Ta. The shrinkage rate (unit:%) is obtained by dividing the length of the sample to be used by L RT + ΔL Ta (unit: mm). Further, regarding the glass material, the temperature corresponding to the intersection of the extension of the linear portion of the low temperature region and the high temperature region in the above graph is the glass transition point Tg, and the temperature at which the expansion apparently stops in the above graph, that is, the temperature increases as the temperature rises. Let the temperature of the turning point at which the temperature changes from increasing to decreasing be the yield point Ts.
上記式1、式2では、マスター型の収縮率とガラス素材の収縮率に関して、ガラス素材の温度Tにおける収縮率と対比されるマスター型の収縮率は、温度(T-A)における収縮率である。本発明者は、ガラス素材とマスター型との組み合わせとして、ガラス素材がTa℃で押圧された後にマスター型表面と当接した状態で冷却される際のガラス素材とマスター型との熱拡散特性の違いから生じる温度の違いも考慮した上記式を満たす組み合わせを使用することが、マスター型の面形状を高い精度で転写してガラス製の成形型を製造することを可能にすることに寄与すると考えている。これは、上記式を満たす組み合わせによれば、冷却中にマスター型の収縮の程度がガラス素材の収縮の程度を大きく上回ることによってマスター型表面(成形面)がガラス素材から異常離型することを抑制できるためと推察される。ここで上記式を満たす温度範囲をTb以上Tc未満の全温度域とする理由は、温度Taから冷却されるガラス素材は、先の式により規定される温度Tc未満になると硬化し始めると考えられ、ここで異常離型が生じてしまうとマスター型の面形状を転写する精度が大きく低下してしまうと推察されるためである。温度Tcについて、先に記載した通り、Tc=Tg+(Ts-Tg)×B、であり、Bは0以上1以下である。転写精度の更なる向上の観点から、Bは、好ましくは0.1以上であり、より好ましくは0.2以上である。また、同様の観点から、Bは、好ましくは0.7以下であり、より好ましくは0.5以下である。 In the above formulas 1 and 2, regarding the shrinkage rate of the master type and the shrinkage rate of the glass material, the shrinkage rate of the master type compared with the shrinkage rate of the glass material at the temperature T is the shrinkage rate at the temperature (TA). be. As a combination of the glass material and the master mold, the present inventor has a heat diffusion characteristic between the glass material and the master mold when the glass material is pressed at Ta ° C. and then cooled in contact with the surface of the master mold. It is considered that using a combination that satisfies the above formula in consideration of the difference in temperature caused by the difference contributes to making it possible to transfer the surface shape of the master mold with high accuracy and manufacture a glass molding mold. ing. This is because, according to the combination satisfying the above formula, the master mold surface (molded surface) is abnormally released from the glass material because the degree of shrinkage of the master mold greatly exceeds the degree of shrinkage of the glass material during cooling. It is presumed that it can be suppressed. Here, the reason why the temperature range satisfying the above formula is set to the entire temperature range of Tb or more and less than Tc is considered to be that the glass material cooled from the temperature Ta starts to harden when the temperature becomes less than the temperature Tc specified by the above formula. This is because it is presumed that if abnormal mold release occurs here, the accuracy of transferring the surface shape of the master mold will be significantly reduced. Regarding the temperature Tc, as described above, Tc = Tg + (Ts−Tg) × B, and B is 0 or more and 1 or less. From the viewpoint of further improving the transfer accuracy, B is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more. From the same viewpoint, B is preferably 0.7 or less, more preferably 0.5 or less.
式1の下限は、-1.00以上であり、-0.50以上であることが好ましく、-0.20以上であることがより好ましい。式1の上限は、0.01以下であり、0.005以下であることが好ましく、0以下であることがより好ましい。式2の下限は、-0.01以上であり、-0.005以上であることが好ましく、0以上であることがより好ましい。式2の上限は、1.00以下であり、0.50以下であることが好ましく、0.20以下であることがより好ましい。 The lower limit of the formula 1 is −1.00 or higher, preferably −0.50 or higher, and more preferably −0.20 or higher. The upper limit of the formula 1 is 0.01 or less, preferably 0.005 or less, and more preferably 0 or less. The lower limit of the formula 2 is −0.01 or higher, preferably −0.005 or higher, and more preferably 0 or higher. The upper limit of the formula 2 is 1.00 or less, preferably 0.50 or less, and more preferably 0.20 or less.
マスター型の材料は特に限定されるものではない。耐熱性、耐久性等の観点からは、炭化ケイ素(SiC)製、ガラス製等のマスター型が好ましい。マスター型は、公知の方法によって製造することができる。 The master type material is not particularly limited. From the viewpoint of heat resistance, durability and the like, a master type made of silicon carbide (SiC), glass or the like is preferable. The master mold can be produced by a known method.
[光学素子の製造方法]
本発明の一態様は、上記製造方法によってガラス製成形型を製造することおよび製造されたガラス製成形型によって被成形素材をプレス成形することを含む光学素子の製造方法に関する。
[Manufacturing method of optical element]
One aspect of the present invention relates to a method for manufacturing an optical element, which comprises manufacturing a glass molding die by the above-mentioned manufacturing method and press-molding a material to be molded by the manufactured glass molding die.
上記光学素子の製造方法については、先に記載したガラス製成形型の製造方法によって製造されたガラス製成形型を用いる点以外、プレス成形による光学素子の製造に関する公知技術を適用することができる。プレス成形に使用可能な光学素子用製造装置の一例は、先に説明した図1の光学素子用製造装置である。 As for the method for manufacturing the optical element, a known technique for manufacturing the optical element by press molding can be applied except that the glass mold manufactured by the method for manufacturing the glass molding mold described above is used. An example of the optical element manufacturing apparatus that can be used for press molding is the optical element manufacturing apparatus of FIG. 1 described above.
光学素子としては、球面レンズ、非球面レンズ、マイクロレンズなどの各種のレンズ、プリズム等を例示することができる。また、被成形素材はガラス素材であることができ、光学素子はガラス製光学素子であることができる。 Examples of the optical element include various lenses such as a spherical lens, an aspherical lens, and a microlens, a prism, and the like. Further, the material to be molded can be a glass material, and the optical element can be a glass optical element.
例えば、上記ガラス製成形型を用いて、プレス成形用に加工されたガラス塊(以下、「プレス成形用ガラス素材」と記載する。)をプレス成形することができる。 プレス成形用ガラス素材の例としては、精密プレス成形用プリフォーム、プレス成形により光学素子ブランクを得るためのガラス素材(プレス成形用ガラスゴブ)等のプレス成形品の質量に相当する質量を有するガラス塊を挙げることができる。 プレス成形用ガラス素材は、ガラス成形体を加工する工程を経て作製される。ガラス成形体は、ガラス原料を加熱、熔融し、得られた熔融ガラスを成形して作製することができる。ガラス成形体の加工法としては、切断、研削、研磨等を例示することができる。また、光学素子ブランクは、製造しようとする光学素子の形状に近似する形状を有するガラス成形体である。光学素子ブランクは、製造しようとする光学素子の形状に加工によって除去する加工代を加えた形状にガラスを成形する方法等により作製することができる。例えば、プレス成形用ガラス素材を加熱、軟化してプレス成形する方法(リヒートプレス法)、公知の方法で熔融ガラス塊をプレス成形型に供給しプレス成形する方法(ダイレクトプレス法)等によって光学素子ブランクを作製することができる。 For example, using the above glass molding mold, a glass block processed for press molding (hereinafter, referred to as “glass material for press molding”) can be press-molded. Examples of glass materials for press molding include preforms for precision press molding, glass materials for obtaining optical element blanks by press molding (glass gobs for press molding), and other glass ingots having a mass corresponding to the mass of press-molded products. Can be mentioned. The glass material for press molding is produced through a process of processing a glass molded body. The glass molded body can be produced by heating and melting the glass raw material and molding the obtained molten glass. Examples of the processing method for the glass molded body include cutting, grinding, and polishing. The optical element blank is a glass molded body having a shape similar to the shape of the optical element to be manufactured. The optical element blank can be produced by a method of molding glass into a shape in which a processing allowance to be removed by processing is added to the shape of the optical element to be manufactured. For example, an optical element is subjected to a method of heating and softening a glass material for press molding and press molding (reheat pressing method), a method of supplying a molten glass ingot to a press molding mold and press molding by a known method (direct press method), and the like. A blank can be made.
例えば、精密プレス成形用の成形型の成形面の形状精度については、光学素子に求められる形状精度の数倍の精度が望まれる。先に記載したガラス製成形型の製造方法によれば、マスター型の面形状を高い精度で転写してガラス製の成形型を製造することができる。こうして得られるガラス製成形型は、精密プレス成形用の成形型として好適である。但し、成形面の形状精度に優れることは各種プレス成形において好ましいため、上記製造方法によって製造されるガラス製成形型は、精密プレス成形用成形型に限定されるものではなく、各種プレス成形用成形型として好適である。 For example, the shape accuracy of the molding surface of a molding die for precision press molding is desired to be several times higher than the shape accuracy required for an optical element. According to the method for manufacturing a glass mold described above, the surface shape of the master mold can be transferred with high accuracy to manufacture a glass mold. The glass molding die thus obtained is suitable as a molding die for precision press molding. However, since it is preferable in various press moldings that the shape accuracy of the molded surface is excellent, the glass molding mold manufactured by the above manufacturing method is not limited to the molding mold for precision press molding, and is molded for various press moldings. Suitable as a mold.
以下に、本発明を実施例により更に詳細に説明する。但し、本発明は実施例に示す実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the present invention is not limited to the embodiments shown in the examples.
<ガラス素材>
ガラス素材として、6種のガラス素材(ガラス素材1~6)を準備した。ガラス素材1~6は、アルミノシリケート系ガラス製および/またはシリケート系ガラスに該当するガラスであって、先に例示した(A)~(F)の1つ以上を満たすガラス製のガラス素材である。
<Glass material>
As the glass material, 6 kinds of glass materials (glass materials 1 to 6) were prepared. Glass materials 1 to 6 are made of aluminosilicate glass and / or glass corresponding to silicate glass, and are glass materials satisfying one or more of (A) to (F) exemplified above. ..
<マスター型>
マスター型として、マスター型1:SiC製マスター型、マスター型2:ガラス製マスター型(ガラス:HOYA株式会社製硝種名M-TAFD305)、を準備した。
<Master type>
As the master mold, a master mold 1: SiC master mold and a master mold 2: glass master mold (glass: glass type name M-TAFD305 manufactured by HOYA Corporation) were prepared.
上記ガラス素材のガラス転移点Tg、屈伏点Tsおよび100℃~300℃での平均熱膨張係数αを先に記載した方法によって測定した。各ガラス素材について、TgおよびTsの値から「Tc=Tg+(Ts-Tg)×B」としてTcを算出した。ここでB=1/3とした。測定または算出された値を表1に示す。
また、各ガラス素材の成形時の温度Taは、表1に示す温度とした。
The glass transition point Tg, the yield point Ts, and the average coefficient of thermal expansion α at 100 ° C. to 300 ° C. of the above glass material were measured by the methods described above. For each glass material, Tc was calculated as "Tc = Tg + (Ts-Tg) x B" from the values of Tg and Ts. Here, B = 1/3. The measured or calculated values are shown in Table 1.
The temperature Ta at the time of molding each glass material was the temperature shown in Table 1.
ガラス素材1~5についてはそれぞれ凸面形状または凹面形状の成形面を有するマスター型1を上型として用いて、ガラス素材6については凸面形状または凹面形状の成形面を有するマスター型2を上型として用いて、図2の成形型製造装置によってプレス成形を行った。温度Taを表1に示す温度としてガラス素材をマスター型表面と当接させた状態で荷重を印加して押圧し、各ガラス素材のTgから算出される温度Tbまで冷却速度を-10℃/分として冷却し、その後、成形型成形装置内で室温程度まで放冷した後、マスター型との当接状態を解除し、マスター型の面形状が転写されて成形面が形成されたガラス製成形型を成形型製造装置から取り出した。非接触式の温度計による測定の結果、ガラス素材1~4とマスター型1についてはA=70℃、ガラス素材5とマスター型1についてはA=150℃、ガラス素材6とマスター型2についてはA=30℃であり、ガラス素材とマスター型との組み合わせのいずれにおいても、ガラス素材の温度がTb以上Tc未満であるときにマスター型の温度がガラス素材の温度を下回っていた。
For the glass materials 1 to 5, the master mold 1 having a convex or concave molding surface is used as the upper mold, and for the glass material 6, the master mold 2 having the convex or concave molding surface is used as the upper mold. Using this, press molding was performed by the molding mold manufacturing apparatus shown in FIG. With the temperature Ta as the temperature shown in Table 1, a load is applied and pressed while the glass material is in contact with the surface of the master mold, and the cooling rate is -10 ° C / min to the temperature Tb calculated from the Tg of each glass material. Then, after cooling to about room temperature in the mold molding apparatus, the contact state with the master mold is released, and the surface shape of the master mold is transferred to form a glass molding mold. Was taken out from the mold manufacturing apparatus. As a result of measurement with a non-contact thermometer, A = 70 ° C for glass materials 1 to 4 and master mold 1, A = 150 ° C for
上記のガラス素材とマスター型との組み合わせについて、それぞれ3つのガラス製成形型を製造した。
製造されたガラス製成形型について、マスター型の凸面形状を転写して成形されたガラス製成形型の凹面形状精度(転写精度)、マスター型の凹面形状を転写して成形されたガラス製成形型の凸面形状精度(転写精度)を、下記方法によって、下記評価基準によって評価した。
(評価方法)
Panasonic社製超高精度三次元測定機(UA3P)を用いて、ガラス製成形型の成形面の形状測定を行い、BESTFIT形状誤差を算出した。測定は、各成形面について測定方向を変えて合計2回行った。BESTFIT形状誤差は、マスター型表面(球面)の曲率半径を基準として算出した。
(評価基準)
〇:3つのガラス製成形型のすべての成形面内において、BEST FIT後の形状誤差が0.04μm以下である。
×:3つのガラス製成形型の成形面内に、BEST FIT後の形状誤差が0.04μm超の部分がある。
For each combination of the above glass material and the master mold, three glass molding molds were manufactured.
Regarding the manufactured glass molding mold, the concave shape accuracy (transfer accuracy) of the glass molding mold formed by transferring the convex shape of the master mold, and the glass molding mold formed by transferring the concave shape of the master mold. The convex shape accuracy (transfer accuracy) of the above was evaluated by the following method and the following evaluation criteria.
(Evaluation method)
The shape of the molding surface of the glass molding mold was measured using an ultra-high precision coordinate measuring machine (UA3P) manufactured by Panasonic, and the BESTFIT shape error was calculated. The measurement was performed twice in total by changing the measurement direction for each molded surface. The BESTFIT shape error was calculated based on the radius of curvature of the master mold surface (spherical surface).
(Evaluation criteria)
〇: The shape error after BEST FIT is 0.04 μm or less in all the molding surfaces of the three glass molding dies.
X: Within the molding surface of the three glass molding dies, there is a portion having a shape error of more than 0.04 μm after BEST FIT.
各ガラス素材およびマスター型について、先に記載した方法によって収縮率を求め、温度に対する収縮率の曲線を作成した。マスター型については、各温度に対する収縮率の曲線(曲線1)とともに曲線1をA℃右にシフトさせた曲線(曲線2)も作成した。ガラス素材とマスター型の組み合わせについて、それぞれマスター型の曲線2とガラス素材の収縮率の曲線(曲線3)との差曲線を作成した。差曲線から、ガラス素材とマスター型との組み合わせが式1、2を満たすか否かを判定できる。 For each glass material and master mold, the shrinkage rate was determined by the method described above, and a curve of the shrinkage rate with respect to temperature was created. For the master type, a curve (curve 1) of the shrinkage rate with respect to each temperature and a curve (curve 2) in which the curve 1 was shifted to the right by A ° C. were also created. For each combination of the glass material and the master type, a difference curve between the master type curve 2 and the shrinkage rate curve of the glass material (curve 3) was created. From the difference curve, it can be determined whether or not the combination of the glass material and the master mold satisfies Equations 1 and 2.
以上の結果を、図3~図6に示す。 The above results are shown in FIGS. 3 to 6.
図3、図4および図6に示す組み合わせの中で、式1を満たすガラス素材とマスター型との組み合わせから作製された凹面形状を有するガラス製成形型を上型および下型として使用して精密プレス成形を行い、ガラス製の光学素子(両凸レンズ)を作製した。 Among the combinations shown in FIGS. 3, 4 and 6, precision is achieved by using a glass molding die having a concave shape made from a combination of a glass material satisfying Equation 1 and a master die as an upper die and a lower die. Press molding was performed to produce a glass optical element (biconvex lens).
図3に示す組み合わせの中で、式2を満たすガラス素材とマスター型との組み合わせから作製された凸面形状を有するガラス製成形型を上型および下型として使用して精密プレス成形を行い、ガラス製の光学素子(両凹レンズ)を作製した。 Among the combinations shown in FIG. 3, precision press molding is performed using a glass molding mold having a convex shape produced from a combination of a glass material satisfying Equation 2 and a master mold as an upper mold and a lower mold, and glass is performed. An optical element (both concave lenses) manufactured by the same manufacturer was manufactured.
上記で作製された光学素子の面形状を、ガラス製成形型の成形面について行った先の評価方法によって評価し、マスター型表面(球面)の曲率半径を基準としてBEST FIT形状誤差を求めたところ、レンズの有効径内でのBEST FIT後の形状誤差は0.04μm以下であり、光学素子に求められる形状精度を十分満たしていることが確認された。 The surface shape of the optical element produced above was evaluated by the above evaluation method performed on the molding surface of the glass molding mold, and the BEST FIT shape error was obtained based on the radius of curvature of the master mold surface (spherical surface). It was confirmed that the shape error after BEST FIT within the effective diameter of the lens was 0.04 μm or less, which sufficiently satisfied the shape accuracy required for the optical element.
最後に、前述の各態様を総括する。 Finally, each of the above aspects will be summarized.
一態様によれば、凹面形状または凸面形状の成形面を有するガラス製成形型の製造方法であって、温度Taに加熱されたガラス素材をマスター型表面と当接させた状態で押圧すること、上記当接させた状態で上記ガラス素材を冷却すること、上記冷却後、上記当接させた状態を解除すること、により、上記成形面を形成することを含み、上記当接させた状態の解除は、上記ガラス素材の温度が当接状態解除許容温度Tb以下であるときに行われ、Tbは、Tb=Tg-200℃、であり、Tgは上記ガラス素材のガラス転移点(単位:℃)であり、上記冷却中、上記ガラス素材の温度がTcであるときの上記マスター型の温度はTkであり、Tk=Tc-A、であり、Aは0℃超であり、かつ上記ガラス素材の温度がTb以上Tc未満であるときに上記マスター型の温度はガラス素材の温度を下回り、Tb以上Tc未満の全温度域において、形成される成形面が凹面形状の場合、上記マスター型と上記ガラス素材とは上記式1を満たし、形成される成形面が凸面形状の場合、上記マスター型と上記ガラス素材とは上記式2を満たす、ガラス製成形型の製造方法が提供される。 According to one aspect, a method for manufacturing a glass molding mold having a concave or convex molding surface, in which a glass material heated to a temperature Ta is pressed in contact with the surface of the master mold. The glass material is cooled in the contacted state, and after the cooling, the contacted state is released to form the molded surface, and the contacted state is released. Is performed when the temperature of the glass material is equal to or less than the allowable temperature for releasing the contact state Tb, Tb is Tb = Tg-200 ° C., and Tg is the glass transition point (unit: ° C.) of the glass material. The temperature of the master mold when the temperature of the glass material is Tc during the cooling is Tk, Tk = Tc−A, A is more than 0 ° C., and the temperature of the glass material is When the temperature is Tb or more and less than Tc, the temperature of the master mold is lower than the temperature of the glass material, and when the formed surface is concave in the entire temperature range of Tb or more and less than Tc, the master mold and the glass When the material satisfies the above formula 1 and the formed molding surface has a convex shape, a method for producing a glass molding mold is provided in which the master mold and the glass material satisfy the above formula 2.
上記製造方法によれば、マスター型の面形状を高い精度で転写してガラス製の成形型を製造することができる。 According to the above manufacturing method, a glass molding mold can be manufactured by transferring the surface shape of the master mold with high accuracy.
一形態では、上記Aは、1℃以上300℃以下であることができる。 In one form, the temperature A can be 1 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.
一形態では、上記Tbは、50℃以上500℃以下であることができる。 In one form, the Tb can be 50 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.
一形態では、上記冷却を、-0.1~-100.0℃/分の冷却速度で行うことができる。 In one embodiment, the cooling can be performed at a cooling rate of −0.1 to −100.0 ° C./min.
一態様によれば、上記製造方法によってガラス製成形型を製造すること、および、製造されたガラス製成形型によって被成形素材をプレス成形すること、を含む光学素子の製造方法が提供される。 According to one aspect, there is provided a method for manufacturing an optical element, which comprises manufacturing a glass molding die by the above manufacturing method and press molding a material to be molded by the manufactured glass molding die.
一形態では、上記光学素子は、ガラス製光学素子であることができる。 In one form, the optical element can be a glass optical element.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、明細書に例示または好ましい範囲として記載した形態の2つ以上を任意に組み合わせることは、もちろん可能である。
It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
For example, it is of course possible to arbitrarily combine two or more of the forms described as examples or preferred ranges in the specification.
Claims (6)
温度Taに加熱されたガラス素材をマスター型表面と当接させた状態で押圧すること、
前記当接させた状態で前記ガラス素材を冷却すること、
前記冷却後、前記当接させた状態を解除すること、
により、前記成形面を形成することを含み、
前記当接させた状態の解除は、前記ガラス素材の温度が当接状態解除許容温度Tb以下であるときに行われ、
Tbは、
Tb=Tg-200℃
であり、Tgは前記ガラス素材のガラス転移点(単位:℃)であり、
前記冷却中、前記ガラス素材の温度がTcであるときの前記マスター型の温度はTkであり、
Tk=Tc-A
であり、Aは0℃超であり、かつ
前記ガラス素材の温度がTb以上Tc未満であるときに前記マスター型の温度はガラス素材の温度を下回り、
Tb以上Tc未満の全温度域において、
形成される成形面が凹面形状の場合、前記マスター型と前記ガラス素材とは下記式1:
(式1)
-1.00≦βTK―βTG≦0.01
を満たし、
形成される成形面が凸面形状の場合、前記マスター型と前記ガラス素材とは下記式2:
(式2)
-0.01≦βTK―βTG≦1.00
を満たし、
Tcは、Tb超Ta未満であり、かつ
Tc=Tg+(Ts-Tg)×B
であり、Bは0超1未満であり、Tsは前記ガラス素材の屈伏点(単位:℃)であり、
前記式中、
βTKは、前記マスター型の温度Taにおける長さを基準とした温度(T-A)における収縮率(単位:%)を無単位で示した値であり、
βTGは、前記ガラス素材の温度Taにおける長さを基準とした温度Tにおける収縮率(単位:%)を無単位で示した値であり、
Tは、Tb以上Tc未満である、ガラス製成形型の製造方法。 A method for manufacturing a glass molding mold having a concave or convex molding surface.
Pressing the glass material heated to temperature Ta in contact with the surface of the master mold,
Cooling the glass material in the contacted state,
After the cooling, the abutting state is released.
Including forming the molding surface by
The release of the contacted state is performed when the temperature of the glass material is equal to or lower than the allowable temperature for releasing the contacted state Tb.
Tb is
Tb = Tg-200 ° C
Tg is the glass transition point (unit: ° C.) of the glass material.
During the cooling, when the temperature of the glass material is Tc, the temperature of the master mold is Tk.
Tk = Tc-A
When A is more than 0 ° C. and the temperature of the glass material is Tb or more and less than Tc, the temperature of the master mold is lower than the temperature of the glass material.
In the entire temperature range above Tb and below Tc
When the molded surface to be formed has a concave shape, the master mold and the glass material have the following formula 1:
(Equation 1)
-1.00 ≤ β TK -β TG ≤ 0.01
The filling,
When the molded surface to be formed has a convex shape, the master mold and the glass material are referred to by the following formula 2:
(Equation 2)
-0.01 ≤ β TK -β TG ≤ 1.00
The filling,
Tc is less than Tb and less than Ta, and Tc = Tg + (Ts-Tg) × B
B is more than 0 and less than 1, and Ts is the yield point (unit: ° C.) of the glass material.
In the above formula,
β TK is a value indicating the shrinkage rate (unit:%) at the temperature (TA) based on the length at the temperature Ta of the master type without a unit.
β TG is a value indicating the shrinkage rate (unit:%) at the temperature T based on the length of the glass material at the temperature Ta in no unit.
T is a method for manufacturing a glass molding mold, which is Tb or more and less than Tc.
製造されたガラス製成形型によって被成形素材をプレス成形すること、
を含む、光学素子の製造方法。 Manufacturing a glass molding die by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, and press molding a material to be molded by the manufactured glass molding die.
A method for manufacturing an optical element, including.
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