JP2505897B2 - Mold for optical element molding - Google Patents

Mold for optical element molding

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JP2505897B2 JP1292181A JP29218189A JP2505897B2 JP 2505897 B2 JP2505897 B2 JP 2505897B2 JP 1292181 A JP1292181 A JP 1292181A JP 29218189 A JP29218189 A JP 29218189A JP 2505897 B2 JP2505897 B2 JP 2505897B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はガラスよりなる光学素子のプレス成形に用い
る光学素子成形用型に関し、特に、容易に高精度を実現
でき且つ耐久性良好な光学素子成形用型に関する。この
様な光学素子成形用型は例えば直接光学面を形成する高
精度成形のための型として好適に利用される。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element molding die used for press molding of an optical element made of glass, and in particular, an optical element which can easily realize high precision and has good durability. It relates to a molding die. Such an optical element molding die is suitably used, for example, as a high precision molding die for directly forming an optical surface.

[従来の技術] 一般に、レンズ、プリズム、ミラー及びフィルタ等の
光学素子は、ガラス等の素材を研削して外形を所望の形
状とした後に、機能面即ち光が透過及びまたは反射する
面を研磨して光学面とすることにより製造されている。
[Prior Art] Generally, optical elements such as lenses, prisms, mirrors, and filters are formed by grinding a material such as glass into a desired outer shape, and then polishing a functional surface, that is, a surface through which light is transmitted and / or reflected. To produce an optical surface.

以上の様な光学素子の製造においては、研削及び研磨
により所望の表面精度を得るためには、熟練した作業者
が相当の時間加工を行なうことが必要であった。また、
機能面が非球面である光学素子を製造する場合には、一
層高度な研削及び研磨の技術が要求され且つ加工時間も
長くならざるを得なかった。
In the manufacture of the optical element as described above, it is necessary for a skilled worker to perform processing for a considerable time in order to obtain a desired surface accuracy by grinding and polishing. Also,
In the case of manufacturing an optical element having an aspherical functional surface, more advanced grinding and polishing techniques are required and the processing time has to be prolonged.

そこで最近では、上記の様な伝統的な光学素子製造方
法に代って所定の表面精度を有する成形用金型内に光学
素子材料を収容して加熱しながら加圧することによりプ
レス成形にて直ちに機能面を含む全体的形状を形成する
方法が行なわれる様になってきている。これによれば、
機能面が非球面である場合でさえも比較的簡単かつ短時
間で光学素子の連続製造に適する。
Therefore, recently, instead of the traditional optical element manufacturing method as described above, the optical element material is housed in a molding die having a predetermined surface accuracy, and the material is heated and pressed while being heated, thereby immediately performing press molding. A method for forming an overall shape including a functional surface is being used. According to this,
Even when the functional surface is aspherical, it is suitable for the continuous production of optical elements in a relatively simple and short time.

以上の様なプレス成形において使用される型に要求さ
れる性質としては、十分な硬度、良好な耐熱性、耐酸化
性、良好な鏡面加工性及び成形時において光学素子材料
と融着を起さず、反応析出物を生じにくいこと等があげ
られる。
The properties required of the mold used in press molding as described above include sufficient hardness, good heat resistance, oxidation resistance, good mirror workability, and fusion with the optical element material during molding. And it is difficult to form a reaction precipitate.

そこで、従来、この様なプレス成形用型としては、金
属、セラミックス、及びこれらに適宜の材料をコーティ
ングした材料等数多くの種類が提案されている。
Therefore, conventionally, many types of such press-molding dies have been proposed such as metals, ceramics, and materials obtained by coating these with appropriate materials.

たとえば、特開昭49−51112号公報には13Crマルテン
サイト鋼を用いた型が開示されており、特開昭52−4561
3号公報には炭化ケイ素(Sic)を用いた型及び窒化ケイ
素(Si3N4)を用いた型が開示されており、特開昭60−2
46230号公報には超硬合金に貴金属をコーティングした
型が開示されている。
For example, JP-A-49-51112 discloses a mold using 13Cr martensitic steel.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-2 discloses a mold using silicon carbide (Sic) and a mold using silicon nitride (Si 3 N 4 ).
Japanese Patent No. 46230 discloses a mold in which a cemented carbide is coated with a noble metal.

[発明が解決しようとしている課題] しかしながら、上記13Crマルテンサイト鋼は酸化しや
すく更に高温のプレス成形時においてFeがガラス材料中
に拡散してガラスが着色する難点がある。また、上記Si
CやSi3N4は一般的には酸化されにくいのであるが、高温
ではある程度の酸化が生じ型表面にSiO2の膜が形成され
るためガラスとの融着を生じやすく更に硬度が高すぎる
ため加工性が極めて悪いという難点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the above 13Cr martensitic steel is apt to be oxidized, and further, there is a problem that Fe is diffused into the glass material during press forming at a high temperature and the glass is colored. In addition, the above Si
C and Si 3 N 4 are generally difficult to oxidize, but at high temperatures some oxidation occurs and a SiO 2 film is formed on the mold surface, so fusion with glass tends to occur and hardness is too high. Therefore, the workability is extremely poor.

更に、表面に貴金属をコーティングした材料は硬度が
低いために傷付きやすく且つ変形しやすいという難点が
ある。
Further, a material having a surface coated with a noble metal has a disadvantage that it is easily damaged and easily deformed due to low hardness.

そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、容易に高精
度で製造でき且つプレス成形に際し精度劣化の少ない長
寿命の光学素子成形用型を提供することを目的とする。
Therefore, in view of the above-mentioned conventional technique, it is an object of the present invention to provide a long-life optical element molding die that can be easily manufactured with high accuracy and has little deterioration in accuracy during press molding.

[課題を解決するための手段] 本発明に従って、ガラスよりなる光学素子のプレス成
形に用いる光学素子成形用型において、型母材の少なく
とも成形面に、複窒化膜が被覆されていることを特徴と
する光学素子成形用型型が提供される。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, in an optical element molding die used for press molding of an optical element made of glass, at least the molding surface of a mold base material is coated with a double nitride film. A mold for optical element molding is provided.

本発明において「複窒化膜」とは、複数の金属が結晶
質および/または非晶質の窒化物の状態で混在した膜で
ある。
In the present invention, the “double nitride film” is a film in which a plurality of metals are mixed in a crystalline and / or amorphous nitride state.

複窒化膜を構成する金属としては、例えばアルミニウ
ム(Al)と、硼素(B)、クロム(Cr)、ハフニウム
(Hf)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、チタン(T
i)、バナジウム(V)、タングステン(W)、ジルコ
ニウム(Zr)が挙げられる。
Examples of the metal forming the double nitride film include aluminum (Al), boron (B), chromium (Cr), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (T).
i), vanadium (V), tungsten (W), zirconium (Zr).

型母材の材料としては、例えば超硬合金や焼結SiCを
用いることができる。これらの材料を切削、研削、研摩
等の加工により所望の外形とし、特に成形面は所望の表
面精度に仕上げて型母材に用いる。
As a material of the mold base material, for example, a cemented carbide or sintered SiC can be used. These materials are formed into a desired outer shape by processing such as cutting, grinding, and polishing, and the molding surface is finished to a desired surface accuracy, and used as a mold base material.

型母材の表面に複窒化膜を被覆するには、例えばスパ
ッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法
(PVD法)やプラズマCVD法等の化学蒸着法(CVD法)を
用いる。
To coat the surface of the die base material with the double nitride film, for example, a physical vapor deposition method (PVD method) such as a sputtering method or an ion plating method or a chemical vapor deposition method (CVD method) such as a plasma CVD method is used.

複窒化膜は、型母材との密着性を向上させる上で、中
間層を介して被覆されることが好ましく、またこの中間
層が複窒化膜を構成する金属と同一の金属からなること
がより好ましい。
The double nitride film is preferably covered with an intermediate layer in order to improve the adhesion with the die base material, and the intermediate layer is made of the same metal as the metal forming the double nitride film. More preferable.

複窒化膜の膜厚は製造条件により適宜設定されるが、
使用時の所望の特性に鑑みて十分な耐久性が得られる様
な膜厚とすればよい。
The film thickness of the double nitride film is appropriately set depending on the manufacturing conditions,
The film thickness may be such that sufficient durability is obtained in view of desired characteristics during use.

このようにして被覆された複窒化膜は、高温での耐酸
化性も高いのでガラスとの融着性が低く離型性が良好で
あるので、繰返し使用しても良好な精度の光学素子を得
ることができる。
The double nitride film coated in this manner has high oxidation resistance at high temperatures, and thus has low fusion property with glass and good releasability, so that an optical element with good accuracy can be used even if it is repeatedly used. Obtainable.

複窒化膜を構成する金属がアルミニウムと上記他の金
属である場合、成形が行なわれる高温において膜表面部
分の窒化アルミニウムが雰囲気ガス及びガラスと反応、
酸化されて酸化アルミニウム(Al2O3)になる。しか
し、生成したAl2O3はヌープ硬度で1400kg/mm2と他の酸
化物よりも硬いため、多数回の連続成形により型表面の
酸化が進行して複窒化膜がAl2O3と残りの窒化物とから
なる複酸窒化膜に変化しても、膜表面の硬度低下は少な
く、膜の耐傷性は良好に保たれる。更に、生成したAl2O
3は融着性が比較的低く、型表面にAl2O3が生成しても型
はガラスと融着を起こしにくい。
When the metal constituting the double-nitride film is aluminum and the above-mentioned other metals, the aluminum nitride on the film surface portion reacts with the atmospheric gas and glass at a high temperature at which molding is performed,
It is oxidized to aluminum oxide (Al 2 O 3 ). However, since the generated Al 2 O 3 has a Knoop hardness of 1400 kg / mm 2, which is harder than other oxides, the oxidation of the mold surface progresses due to many consecutive moldings, and the double nitride film remains as Al 2 O 3. Even if the film is changed to a double oxynitride film composed of the above-mentioned nitride, the hardness of the film surface is not significantly reduced, and the film has good scratch resistance. In addition, the generated Al 2 O
No. 3 has a relatively low fusion property, and even if Al 2 O 3 is generated on the mold surface, the mold is unlikely to fuse with glass.

また、複窒化膜中に窒化アルミニウムが存在すると、
残りの窒化物が酸化されにくくなる。これは、酸化物の
標準生成自由エネルギー温度図{例えばエリオット、グ
レイザー著のサーモケミストリー・オブ・スチールメイ
キング(J.F.Elliott,M.Gleiser;Thermochemistry for
Steelmaking,Vol.1(1960),Addisons Wesley.)}でア
ルミニウム(Al)と他の金属を比較すれば明らかなよう
に、Alは他の金属より酸化され易いためであると推測さ
れる。
If aluminum nitride is present in the double nitride film,
The remaining nitride is less likely to be oxidized. This is the standard free energy temperature diagram for the formation of oxides {for example, JFElliott, M. Gleiser; Thermochemistry for Steelmaking by Elliott and Glazer.
Steelmaking, Vol.1 (1960), Addisons Wesley.)} Is clear that a comparison between aluminum (Al) and other metals suggests that Al is more easily oxidized than other metals.

複窒化膜を構成する金属にアルミニウムが含まれる場
合の上記の好ましい特性は、アルミニウムが5〜95atom
%、残部が他の金属である複窒化膜においてより顕著で
ある。
When the metal constituting the double nitride film contains aluminum, the above preferable characteristics are that aluminum is 5 to 95 atoms.
%, More remarkable in the double nitride film in which the balance is other metal.

[実施例] 本発明を図面を参照しながら実施例により説明する。[Examples] The present invention will be described by examples with reference to the drawings.

実施例1 第1図及び第2図は本発明に係る光学素子成形用型の
1つの実施態様を示すものである。
Example 1 FIGS. 1 and 2 show one embodiment of an optical element molding die according to the present invention.

第1図は光学素子のプレス成形前の状態を示し、第2
図は光学素子成形後の状態を示す。第1図中1,2は型母
材、1−a,2−aは該型母材のガラス素材の接触する成
形面に形成された複窒化膜、3はガラス素材であり、第
2図中4は光学素子である。第1図に示すように型の間
に置かれたガラス素材3をプレス成形することによっ
て、第2図に示すようにレンズ等の光学素子4が成形さ
れる。
FIG. 1 shows a state before press molding of an optical element.
The figure shows the state after molding of the optical element. In FIG. 1, 1 and 2 are mold base materials, 1-a and 2-a are double nitride films formed on a molding surface of the mold base material in contact with the glass material, and 3 is a glass material, and FIG. Medium 4 is an optical element. By pressing the glass material 3 placed between the molds as shown in FIG. 1, an optical element 4 such as a lens is formed as shown in FIG.

複窒化膜が被覆された型の製造: 型母材は、超硬合金[WC(90%)+Co(10%)],焼
結SiCからなり、所定の形状に加工され、レンズ成形面
が鏡面加工されている。該型母材の成形面に複窒化膜を
被覆して、以下の通り本発明による型を製造した。ま
た、比較のために上記型母材の成形面に被覆を行なわな
い型及び該成形面にSiC層を形成した型を製造した。製
造した型の一覧表を表1に示す。尚、表1において、N
o.1〜No.3は本発明実施例である。
Manufacturing of mold coated with double nitride film: Mold base material is made of cemented carbide [WC (90%) + Co (10%)], sintered SiC, processed into a predetermined shape, lens molding surface is mirror surface It is processed. The molding surface of the mold base material was coated with a double nitride film to manufacture a mold according to the present invention as follows. For comparison, a mold having no coating on the molding surface of the mold base material and a mold having an SiC layer formed on the molding surface were produced. Table 1 shows a list of the manufactured molds. In Table 1, N
o-1 to No. 3 are examples of the present invention.

次に、上記No.1及びNo.2については、第3図に示さ
れる装置を用いて反応性スパッタリング法により型母材
の成形面上に窒化アルミチタン(TiAlN)膜を形成し
た。
Next, regarding No. 1 and No. 2 described above, an aluminum titanium nitride (TiAlN) film was formed on the molding surface of the mold base material by the reactive sputtering method using the apparatus shown in FIG.

第3図において、20はスパッタリング装置の気密室で
ある。気密室20には排気口21が接続されており、排気口
21は不図示の減圧源に接続されている。気密室20内の上
部には加熱ヒータ22が配置されており、該ヒータにはヒ
ータ電源23が接続されている。ヒータ22の下方に型母材
支持体24が配置されており、該支持体には型母材バイア
ス電源25が接続されている。支持体24には型母材26が成
形面を下向きにして支持される。支持体24の下方に窒素
ガスあるいはアンモニア導入用パイプ27、グロー放電発
生用コイル28が配置されており、該コイルには整合回路
29を介して高周波電源30が接続されている。気密室20の
下部にはカソード電極31が配置されている。電極31の上
部には面積比約1:1の割合に混合したチタンとアルミの
混合ターゲット32が設けられており、下部には冷却水用
パイプ33が接続されている。電極31の上方にアルゴンガ
ス導入用パイプ34が配置されており、ターゲット32の上
方の近傍にはシャター35が配置されている。
In FIG. 3, reference numeral 20 denotes an airtight chamber of the sputtering apparatus. An exhaust port 21 is connected to the hermetic chamber 20, and the exhaust port 21
Reference numeral 21 is connected to a pressure reducing source (not shown). A heater 22 is disposed in an upper portion of the hermetic chamber 20, and a heater power supply 23 is connected to the heater. A mold base support 24 is disposed below the heater 22, and a mold base bias power supply 25 is connected to the support. The support base 24 supports a mold base material 26 with the molding surface facing downward. A nitrogen gas or ammonia introducing pipe 27 and a glow discharge generating coil 28 are arranged below the support 24, and a matching circuit is provided in the coil.
A high frequency power supply 30 is connected via 29. A cathode electrode 31 is arranged below the airtight chamber 20. A mixed target 32 of titanium and aluminum mixed in an area ratio of about 1: 1 is provided on the upper part of the electrode 31, and a cooling water pipe 33 is connected to the lower part. An argon gas introduction pipe 34 is disposed above the electrode 31, and a shutter 35 is disposed in the vicinity of above the target 32.

窒化アルミチタン(TiAlN)膜の形成時には、上前の
様にして得られた型母材26をアセトンで洗浄し、支持体
24により支持した後、気密室20内を1×10-5Torrまで減
圧した。次に、パイプ34からアルゴンガスを3×10-3To
rrまで導入し、コイル28に高周波電界(13.56MHz、0.2k
W・hr)を印加しアルゴンのグロー放電を発生させ、バ
イアス電源25により型母材26に負バイアス(−50V)を
印加してアルゴンイオンによるスパッタクリーニングを
行う。その後、パイプ34からアルゴンガスを導入しなが
らカソード電極31に高周波電界(13.56MHz、0.5kW・h
r)を印加しチタン・アルミ混合物ターゲット32の近傍
にアルゴンのグロー放電を発生させ、チタン・アルミ混
合物ターゲットにアルゴンイオンの衝撃を与えてスパッ
タリングを行う。シャッター35を開いて、同時にパイプ
27により窒素ガスを5×10-4Torr導入し型母材26の近傍
に吹きつけ、コイル28に高周波電界(13.56MHz、0.5kW
・hr)を印加して窒素プラズマを形成させ、バイアス電
極25により型母材26に負バイアス(−50V)を印加して
窒素イオンを型母材26に引込みながらチタン・アルミ混
合物の反応性スパッタリングを行って型母材26の表面に
窒化アルミチタン層を形成した。このとき型母材の温度
は500℃であった。得られた窒化アルミチタン層の厚さ
は1μmであった。前記実施例において、窒化ガスの代
りにアンモニアガス、あるいはカソード電極に高周波電
界の代りにDC電圧を印加しても同様な窒化アルミチタン
層が得られた。
At the time of forming the aluminum titanium nitride (TiAlN) film, the mold base material 26 obtained as above is washed with acetone to remove the support.
After being supported by 24, the pressure inside the airtight chamber 20 was reduced to 1 × 10 −5 Torr. Next, argon gas is supplied from the pipe 34 to 3 × 10 −3 To
rr up to high frequency electric field (13.56MHz, 0.2k
(W · hr) is applied to generate argon glow discharge, and a negative bias (−50 V) is applied to the mold base material 26 by the bias power source 25 to perform sputter cleaning with argon ions. After that, while introducing argon gas from the pipe 34, a high frequency electric field (13.56MHz, 0.5kW ・ h) was applied to the cathode electrode 31.
r) is applied to generate a glow discharge of argon in the vicinity of the titanium / aluminum mixture target 32, and the titanium / aluminum mixture target is bombarded with argon ions to perform sputtering. Open the shutter 35 and pipe at the same time
Nitrogen gas was introduced at 5 × 10 -4 Torr by 27 and sprayed near the mold base material 26, and high frequency electric field (13.56MHz, 0.5kW) was applied to the coil 28.
・ Hr) is applied to form nitrogen plasma, and a negative bias (-50 V) is applied to the mold base material 26 by the bias electrode 25 to draw nitrogen ions into the mold base material 26 and reactive sputtering of a titanium-aluminum mixture. Then, an aluminum titanium nitride layer was formed on the surface of the mold base material 26. At this time, the temperature of the mold base material was 500 ° C. The thickness of the obtained aluminum titanium nitride layer was 1 μm. A similar aluminum titanium nitride layer was obtained by applying ammonia gas in place of the nitriding gas or applying a DC voltage to the cathode electrode in place of the high frequency electric field in the above example.

以下同様にしてNo.3〜No.30の複窒化膜を形成した。 In the same manner, No. 3 to No. 30 double nitride films were formed.

また比較例については、第3図に示される装置を用い
て同様にして型母材の成形面上に炭化ケイ素層を形成し
た。この際に、窒素ガスの導入を行わず同じ量のCH4
スを導入し、かつチタン・アルミ混合物ターゲットの代
りにケイ素ターゲットを用いた。炭化ケイ素層の厚さは
1μmであった。
In the comparative example, a silicon carbide layer was formed on the molding surface of the mold base material in the same manner using the apparatus shown in FIG. At this time, the same amount of CH 4 gas was introduced without introducing nitrogen gas, and a silicon target was used instead of the titanium / aluminum mixture target. The thickness of the silicon carbide layer was 1 μm.

複窒化膜被覆型によるレンズのプレス成形: このよにして得られた型を用いて第4図に示す成形装
置によりレンズの成形試験を行なった。
Press-molding of lens with double-nitride film-covered mold: Using the mold thus obtained, a lens molding test was conducted by a molding apparatus shown in FIG.

第4図中、51は真空槽本体、52はそのフタ、53は光学
素子を成形する為の上型、54はその下型、55は上型をお
さえるための上型おさえ、56は胴型、57は型ホルダー、
58はヒーター、59は下型をつき上げるつき上げ棒、60は
該つき上げ棒を作動するエアシリンダ、61は油回転ポン
プ、62,63,64はバルブ、65は不活性ガス流入パイプ、66
はバルブ、67はリークパイプ、68はバルブ、69は温度セ
ンサー、70は水冷パイプ、71は真空槽を支持する台を示
す。
In FIG. 4, reference numeral 51 denotes a vacuum chamber main body, 52 denotes a lid thereof, 53 denotes an upper die for molding an optical element, 54 denotes a lower die thereof, 55 denotes an upper die holder for holding down an upper die, and 56 denotes a trunk die. , 57 is a mold holder,
58 is a heater, 59 is a lifting rod for lifting the lower mold, 60 is an air cylinder for operating the lifting rod, 61 is an oil rotary pump, 62, 63, 64 are valves, 65 is an inert gas inflow pipe, 66
Is a valve, 67 is a leak pipe, 68 is a valve, 69 is a temperature sensor, 70 is a water cooling pipe, and 71 is a stand for supporting a vacuum chamber.

レンズを製作する工程を次に述べる。 The process of manufacturing the lens will be described below.

まず、フリント系光学硝子(SF14)を所定の量に調整
し、球状にした硝子素材を型のキャビティー内に置き、
これを装置内に設置する。
First, adjust the flint type optical glass (SF14) to a predetermined amount, place the spherical glass material in the mold cavity,
This is installed in the device.

ガラス素材を投入した型を装置内に設定してから真空
槽51のフタ52を閉じ、水冷パイプ70に水を流し、ヒータ
ー58に電流を流す。この時窒素ガス用バルブ66及び68は
閉じ、排気系バルブ62,63,64も閉じている。尚油回転ポ
ンプ61は常に回転している。
After setting the mold into which the glass material has been placed in the apparatus, the lid 52 of the vacuum chamber 51 is closed, water is flowed through the water cooling pipe 70, and an electric current is passed through the heater 58. At this time, the nitrogen gas valves 66 and 68 are closed, and the exhaust system valves 62, 63 and 64 are also closed. The oil rotary pump 61 is always rotating.

バルブ62を開け排気をはじめ10-2Torr以下になったら
バルブ62を閉じ、バルブ66を開いて窒素ガスをボンベよ
り真空槽内に導入する。所定温度になったらエアシリン
ダ60を作動させて80kg/cm2の圧力で5分間加圧する。圧
力を除去した後、冷却速度を−5℃/minで転移点以下に
なるまで冷却し、その後は−20℃/min以上の速度で冷却
を行い、200℃以下に下がったらバルブ66を閉じ、リー
クバルブ63を開いて真空槽51内に空気を導入する。それ
からフタ52を開け上型おさえをはずして成形物を取り出
す。
Open the valve 62 and start evacuation. When it becomes 10 -2 Torr or less, close the valve 62 and open the valve 66 to introduce nitrogen gas into the vacuum chamber from the cylinder. When the temperature reaches a predetermined temperature, the air cylinder 60 is operated and pressurized at a pressure of 80 kg / cm 2 for 5 minutes. After the pressure was removed, the cooling rate was cooled at -5 ° C / min to the transition point or lower, and then cooling was performed at a rate of -20 ° C / min or higher.When the temperature dropped to 200 ° C or lower, the valve 66 was closed. The air is introduced into the vacuum chamber 51 by opening the leak valve 63. Then, the lid 52 is opened, the upper mold retainer is removed, and the molded product is taken out.

上記のようにして、フリント系光学硝子SF14(軟化点
Sp=586℃、転位点Tg=485℃)を使用して、第2図に示
すレンズ4を成形した。この時の成形条件すなわち時間
−温度関係図を第5図に示す。
As described above, the flint optical glass SF14 (softening point
Sp = 586 ° C., dislocation point Tg = 485 ° C.) were used to mold the lens 4 shown in FIG. FIG. 5 shows a molding condition, that is, a time-temperature relationship diagram at this time.

以上の様なプレス成形(n=5000)の前後における型
部材53(上型),54(下型)の成形面の表面粗さ及び成
形された光学素子の光学面の表面粗さ、ならびに成形光
学素子と型部材53,54との離型性について表1に示す。
Surface roughness of molding surfaces of mold members 53 (upper mold) and 54 (lower mold) before and after press molding (n = 5000) as described above, surface roughness of optical surfaces of molded optical elements, and molding Table 1 shows the releasability between the optical element and the mold members 53 and 54.

以上の様に、本発明実施例においては、繰返しプレス
成形に使用しても良好な表面精度を十分に維持でき、良
好な表面精度の光学素子が成形できた。
As described above, in the examples of the present invention, even when repeatedly used in press molding, good surface precision was sufficiently maintained, and an optical element having good surface precision was formed.

上記実施例では成形される光学ガラスとしてフリント
系のものが用いられているが、その他のクラウン系等の
ガラスについても同様に良好な精度での成形が可能であ
る。
Although a flint type glass is used as the optical glass to be molded in the above-mentioned examples, other crown type glasses can be similarly molded with good accuracy.

上記実施例では型母材として超硬及び焼結SiCを用い
ているが、型母材はこの2つに限定されることなく高温
高強度な材料であればよい。
In the above-described embodiment, the cemented carbide and sintered SiC are used as the mold base material. However, the mold base material is not limited to these two, and may be any material having high temperature and high strength.

上記実施例では、PVD法やCVD法で型母材上に形成され
た複窒化膜をそのまま用いているが、該方法により複窒
化膜を比較的厚く形成しておき、その後表面を鏡面研摩
して用いることもできる。また、多数回のプレスにより
表面に欠陥が生じた場合にも、この様な研摩により良好
な表面を再生することができる。
In the above example, the double nitride film formed on the mold base material by the PVD method or the CVD method is used as it is, but the double nitride film is formed relatively thick by this method, and then the surface is mirror-polished. Can also be used. Further, even when a defect is generated on the surface by a number of presses, a good surface can be reproduced by such polishing.

また複窒化膜を構成する金属のatom比率は、この実施
例の比率に限定されることなくターゲットの金属の混合
比率を変えることによって適宜比率を変えることができ
る。また上記実施例では、AlNを必ず含有させるように
したが、AlNを含まない組合せも可能である。AlNを含ま
ない複窒化膜を被覆したの本発明実施例を表2(No.31
〜58)に示す。
Further, the atom ratio of the metal forming the double nitride film is not limited to the ratio of this embodiment, and the ratio can be changed appropriately by changing the mixing ratio of the target metal. Further, in the above-mentioned embodiment, AlN is always contained, but a combination not containing AlN is also possible. Examples of the present invention coated with a double nitride film containing no AlN are shown in Table 2 (No. 31).
~ 58).

実施例2 中間層を介して複窒化膜が被覆された型の製造: 上記No.29及びNo.30について、第3図に示した装置を
用いて反応性スパッタリング法により型母材の成形面上
に、中間層(AlHfTaTi)を介して、窒化アルミハフニウ
ムタンタルチタン(AlHfTaTiN)層を被覆した。
Example 2 Production of Mold Coated with Double Nitride Film via Intermediate Layer: With respect to No. 29 and No. 30 described above, the molding surface of the mold base material was formed by the reactive sputtering method using the apparatus shown in FIG. An aluminum hafnium tantalum titanium nitride (AlHfTaTiN) layer was coated on top via an intermediate layer (AlHfTaTi).

但し、第3図において、ターゲット32として面積比ア
ルミ:ハフニウム:タンタル:チタン=2:1:1:2の割合
に混合したアルミハフニウムタンタルチタンターゲット
を用いた。
However, in FIG. 3, an aluminum hafnium tantalum titanium target mixed in an area ratio aluminum: hafnium: tantalum: titanium = 2: 1: 1: 2 was used as the target 32.

上記の様にして得られた型母材26をアセトンで洗浄
し、支持体24により支持した後気密室20内を1×10-5To
rrまで減圧した。次に、パイプ34からアルゴンガスを3
×10-3Torrまで導入し、コイル28に高周波電界(13.56M
Hz、0.2kW・hr)を印加しアルゴンのグロー放電を発生
させ、バイアス電源25により型母材26に負バイアス(−
50V)を印加してアルゴンイオンによるスパッタクリー
ニングを行う。その後、パイプ34からアルゴンガスを導
入しながらカソード電極31に高周波電界(13.56MHz、0.
5kW・hr)を印加しアルミハフニウムタンタルチタンタ
ーゲット32の近傍にアルゴンのグロー放電を発生させ、
ターゲット32にアルゴンイオンの衝撃を与えてスパッタ
リングを行う。まず、シャッター35を開けて中間層を0.
2μmの厚さで形成した。次に、パイプ27により窒素ガ
スを5×10-4Torr導入し型母材26の近傍に吹きつけ、コ
イル28に高周波電界(13.56MHz、0.5kW・hr)を印加し
て窒素プラズマを形成させ、バイアス電極25により型母
材26に負バイアス(−50V)を印加して窒素イオンを型
母材26に引込みながらアルミハフニウムタンタルチタン
の反応性スパッタリングを行って型母材26の表面に窒化
アルミハフニウムタンタルチタン層を形成した。このと
き型母材の温度は500℃であった。得られた窒化アルミ
ハフニウムタンタルチタン層の膜厚は1μmであった。
前記実施例において、窒素ガスの代りにアンモニアガ
ス、あるいはカソード電極に高周波電界の代りにDC電圧
を印加しても同様な窒化アルミハフニウムタンタルチタ
ン層が得られた。
The mold base material 26 obtained as described above was washed with acetone, and after being supported by the support 24, the inside of the airtight chamber 20 was filled with 1 × 10 −5 To
The pressure was reduced to rr. Next, add 3 argon gas from the pipe 34.
Introduced up to × 10 -3 Torr and applied high frequency electric field (13.56M
Hz, 0.2 kW · hr) is applied to generate a glow discharge of argon, and a negative bias (-) is applied to the mold base material 26 by the bias power supply 25.
50 V) is applied to perform sputter cleaning with argon ions. After that, a high-frequency electric field (13.56 MHz, 0.5 μm) was applied to the cathode electrode 31 while introducing argon gas from the pipe 34.
5kW · hr) is applied to generate an argon glow discharge in the vicinity of the aluminum hafnium tantalum titanium target 32,
Sputtering is performed by bombarding the target 32 with argon ions. First, open the shutter 35 and set the middle layer to 0.
It was formed with a thickness of 2 μm. Next, nitrogen gas of 5 × 10 −4 Torr was introduced by a pipe 27 and sprayed in the vicinity of the die base material 26, and a high frequency electric field (13.56 MHz, 0.5 kW · hr) was applied to the coil 28 to form nitrogen plasma. A negative bias (-50 V) is applied to the mold base material 26 by the bias electrode 25 to draw nitrogen ions into the mold base material 26, and reactive sputtering of aluminum hafnium tantalum titanium is performed to form aluminum nitride on the surface of the mold base material 26. A hafnium tantalum titanium layer was formed. At this time, the temperature of the mold base material was 500 ° C. The thickness of the obtained aluminum hafnium tantalum titanium nitride layer was 1 μm.
Similar aluminum hafnium tantalum nitride layers were obtained by applying ammonia gas instead of nitrogen gas or applying DC voltage to the cathode electrode instead of high-frequency electric field in the above-mentioned examples.

これらの型を実施例1と同様にして繰返しプレス成形
に使用すると、実施例1と同様に良好な表面精度を十分
に維持でき、良好な表面精度の光学素子が成形できた。
When these molds were repeatedly used for press molding in the same manner as in Example 1, good surface accuracy could be sufficiently maintained as in Example 1, and an optical element having good surface accuracy could be molded.

[発明の効果] 以上の様な本発明によれば、単一の金属の窒化膜に比
較して耐酸化性が良好な複窒化膜で成形面が被覆されて
いるので、繰返しプレス成形に際し精度劣化が少なく、
更に特に高温での使用においてもガラスとの融着を生ず
ることのない長寿命の光学素子成形用型が提供される。
[Effects of the Invention] According to the present invention as described above, since the molding surface is covered with the double nitride film having the better oxidation resistance than the single metal nitride film, the accuracy in repeated press molding is improved. Little deterioration,
Further, there is provided a mold for molding an optical element having a long life which does not cause fusion with glass even when used at a particularly high temperature.

更に、複窒化膜はヌープ硬さHkが2400〜3000kg/mm2
度であり、単一の金属の窒化膜と比較して高硬度である
ため傷が付きにくく、このため使用時においてクリーニ
ングを繰返しても傷付きにくく、それ故に良好な表面精
度の光学素子を長期にわたって製造することができる。
Furthermore, the Knoop hardness Hk of the double nitride film is about 2400 to 3000 kg / mm 2 , and it is harder to scratch because it has higher hardness compared to the nitride film of a single metal. However, it is hard to be scratched, and therefore an optical element having good surface accuracy can be manufactured for a long period of time.

また、本発明の型は型母材として加工性の良好なもの
を幅広く選択することができるので、製造が容易であ
る。
In addition, the mold of the present invention can be easily manufactured because a mold having good workability can be widely selected as a mold base material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図および第2図は本発明に係る光学素子成形用型の
一実施態様を示す断面図で、第1図はプレス成形前の状
態、第2図はプレス成形後の状態を示す。第3図は本発
明の型を製造するため使用したスパッタリング装置の模
式図である。第4図は本発明に係る光学素子成形用型を
使用するレンズの成形装置を示す断面図である。第5図
はレンズ成形の際の時間温度関係図である。 1,2…型母材、1−a,2−a…複窒化膜、3…ガラス素
材、4…成形されたレンズ、20…気密室、21…排気口、
22…加熱ヒータ、23…ヒータ電源、24…型母材支持体、
25…バイアス電源、26…型母材、27…アンモニア導入用
パイプ、28…グロー放電発生用コイル、29…整合回路、
30…高周波電源、31…カソード電極、32…アルミハフニ
ウムタンタルチタンターゲット、33…冷却水用パイプ、
34…アルゴンガス導入用パイプ、35…シャッター、51…
真空槽本体、52…フタ、53…上型、54…下型、55…上型
おさえ、56…胴型、57…型ホルダー、58…ヒーター、59
…つき上げ棒、60…エアシリンダ、61…油回転ポンプ、
62,63,64…バルブ、65…流入パイプ、66…バルブ、67…
流出パイプ、68…バルブ、69…温度センサー、70…水冷
パイプ、71…台。
1 and 2 are sectional views showing one embodiment of the optical element molding die according to the present invention. FIG. 1 shows a state before press molding, and FIG. 2 shows a state after press molding. FIG. 3 is a schematic view of a sputtering apparatus used for manufacturing the mold of the present invention. FIG. 4 is a sectional view showing a lens molding apparatus using the optical element molding die according to the present invention. FIG. 5 is a time-temperature relationship diagram during lens molding. 1, 2 ... Mold base material, 1-a, 2-a ... Double nitride film, 3 ... Glass material, 4 ... Molded lens, 20 ... Airtight chamber, 21 ... Exhaust port,
22 ... Heating heater, 23 ... Heater power supply, 24 ... Mold base material support,
25 ... Bias power supply, 26 ... Mold base material, 27 ... Ammonia introduction pipe, 28 ... Glow discharge generating coil, 29 ... Matching circuit,
30 ... High frequency power source, 31 ... Cathode electrode, 32 ... Aluminum hafnium tantalum titanium target, 33 ... Cooling water pipe,
34 ... Argon gas introduction pipe, 35 ... Shutter, 51 ...
Vacuum tank body, 52 ... Lid, 53 ... Upper mold, 54 ... Lower mold, 55 ... Upper mold hold, 56 ... Body mold, 57 ... Mold holder, 58 ... Heater, 59
… Lifting rod, 60… Air cylinder, 61… Oil rotary pump,
62,63,64 ... Valve, 65 ... Inflow pipe, 66 ... Valve, 67 ...
Outflow pipe, 68 ... Valve, 69 ... Temperature sensor, 70 ... Water cooling pipe, 71 ... Stand.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ガラスよりなる光学素子のプレス成形に用
いる光学素子成形用型において、型母材の少なくとも成
形面に、複窒化膜が被覆されていることを特徴とする光
学素子成形用型。
1. An optical element molding die used for press molding of an optical element made of glass, wherein at least a molding surface of a mold base material is covered with a double nitride film.
【請求項2】複窒化膜を構成する金属が、5〜95atom%
のアルミニウム(Al)と、残部の硼素(B)、クロム
(Cr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)、タンタル
(Ta)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、タングステ
ン(W)、ジルコニウム(Zr)からなる群より選ばれた
少なくとも1種である請求項1記載の光学素子成形用
型。
2. The metal constituting the double nitride film is 5 to 95 atom%
Aluminum (Al) and the balance of boron (B), chromium (Cr), hafnium (Hf), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), vanadium (V), tungsten (W), zirconium The optical element molding die according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of (Zr).
【請求項3】複窒化膜が、中間層を介して被覆されてい
る請求項1記載の光学素子成形用型。
3. The optical element molding die according to claim 1, wherein the double nitride film is covered with an intermediate layer interposed therebetween.
【請求項4】中間層が、複窒化膜を構成する金属と同一
の金属からなるものである請求項3記載の光学素子成形
用型。
4. The optical element molding die according to claim 3, wherein the intermediate layer is made of the same metal as the metal forming the double nitride film.
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