JP2662286B2 - 光学素子成形用型の製造方法 - Google Patents
光学素子成形用型の製造方法Info
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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、光学素子成形用型の製造方法に関する。
従来、ガラス製光学素子を形成する光学素子成形用型
（以下単に「成形用型」という。）は、主にWCを主成分
とした超硬合金やセラミックス等により型基材を形成
し、その成形面にセラミックコーティングを施したもの
であった。かかる成形用型を製造するには、金属または
セラミック粉末を焼結してブロック状のかたまりとし
て、それを研削または放電加工により所望形状とした
後、その成形面セラミックコーティングを施していた。
（以下単に「成形用型」という。）は、主にWCを主成分
とした超硬合金やセラミックス等により型基材を形成
し、その成形面にセラミックコーティングを施したもの
であった。かかる成形用型を製造するには、金属または
セラミック粉末を焼結してブロック状のかたまりとし
て、それを研削または放電加工により所望形状とした
後、その成形面セラミックコーティングを施していた。
一方、いわゆるハイブリッドレンズ（プラスチク）を
成形する成形用型の製造では、ステンレス鋼よりなる型
基材を切削加工により形成し、成形面にNiメッキを施し
た後、Niメッキ面に切削、研磨を行い、さらにNiメッキ
面にCrコーティングを施すものがある。ところが、この
ようにして製造された成形用型は、ガラス製光学素子を
成形する型としては、型基材,Ni膜,Cr膜ともに耐熱性に
乏しく、セラミックコーティングを施した前記成形用型
に比して著しく寿命が短い。
成形する成形用型の製造では、ステンレス鋼よりなる型
基材を切削加工により形成し、成形面にNiメッキを施し
た後、Niメッキ面に切削、研磨を行い、さらにNiメッキ
面にCrコーティングを施すものがある。ところが、この
ようにして製造された成形用型は、ガラス製光学素子を
成形する型としては、型基材,Ni膜,Cr膜ともに耐熱性に
乏しく、セラミックコーティングを施した前記成形用型
に比して著しく寿命が短い。
このため、ガラス製光学素子を成形する成形用型に
は、超硬合金やセラミックス等により型基材を形成する
とともに成形面にセラミックコーティングを施したもの
が用いられていた。
は、超硬合金やセラミックス等により型基材を形成する
とともに成形面にセラミックコーティングを施したもの
が用いられていた。
しかし、従来の成形用型の製造方法では、超硬合金や
セラミックス等からなる型基材の成形面を所定精度まで
研削、研磨加工を行うには、非球面または球面形状を問
わず、加工工数が多く、加工時間が長くなって、成形用
型が必然的に高価となってしまった。例えば、Ｐ−Ｖ値
（理想形状に対するうねりの最大、最小値）を0.1μｍ
程度とするのに、加工時間は７時間程度要していた。
セラミックス等からなる型基材の成形面を所定精度まで
研削、研磨加工を行うには、非球面または球面形状を問
わず、加工工数が多く、加工時間が長くなって、成形用
型が必然的に高価となってしまった。例えば、Ｐ−Ｖ値
（理想形状に対するうねりの最大、最小値）を0.1μｍ
程度とするのに、加工時間は７時間程度要していた。
特に、非球面形状を形成するには、超精密旋盤を用い
ることが必須であり、研削加工によると型基材を所定形
状に仕上げるまでの機械の仕掛り時間が切削加工に比し
て著しくなってしまった。また、非球面形状の場合、形
状精度が極めて厳しいために、頻繁に測定を行い、例え
ば砥石の形状、砥石の種類、切込速度、回転速度等を変
えながら再研削を繰り返して行う。このため、近似形状
となってから後の高精度の加工にも超時間要していた。
すなわち、研削加工は切削加工に比べて加工速度が遅い
ので、研削加工による非球面または球面の形成はできる
だけ減らして、切削加工による加工時間の短縮化を図る
ことが望ましい。
ることが必須であり、研削加工によると型基材を所定形
状に仕上げるまでの機械の仕掛り時間が切削加工に比し
て著しくなってしまった。また、非球面形状の場合、形
状精度が極めて厳しいために、頻繁に測定を行い、例え
ば砥石の形状、砥石の種類、切込速度、回転速度等を変
えながら再研削を繰り返して行う。このため、近似形状
となってから後の高精度の加工にも超時間要していた。
すなわち、研削加工は切削加工に比べて加工速度が遅い
ので、研削加工による非球面または球面の形成はできる
だけ減らして、切削加工による加工時間の短縮化を図る
ことが望ましい。
ところが、切削加工では、型基材の加工が難しい。ま
た、切削加工により加工可能な材料は、一部の金属およ
び合金に限定され、しかもそれらは低硬度で耐熱性に乏
しいものがほとんどであり、特にガラス製光学素子の成
形には不向きであった。
た、切削加工により加工可能な材料は、一部の金属およ
び合金に限定され、しかもそれらは低硬度で耐熱性に乏
しいものがほとんどであり、特にガラス製光学素子の成
形には不向きであった。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、ガラス製光学素子の成形に耐え得る成形用型を加工
時間を短くして安価に製造できる成形用型の製造方法を
提供することを目的とする。
で、ガラス製光学素子の成形に耐え得る成形用型を加工
時間を短くして安価に製造できる成形用型の製造方法を
提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、セラミック
ス，サーメットまたは高融点金属のいずれかよりなる型
基材の少なくとも成形面を金属膜で被覆した後、その金
属膜を切削加工により所望形状に加工し、次に金属膜の
少なくとも表面をセラミック化して光学素子成形用型を
製造することとした。
ス，サーメットまたは高融点金属のいずれかよりなる型
基材の少なくとも成形面を金属膜で被覆した後、その金
属膜を切削加工により所望形状に加工し、次に金属膜の
少なくとも表面をセラミック化して光学素子成形用型を
製造することとした。
例えば、第１図に示すように、セラミックス，サーメ
ットまたは高融点金属よりなる型基材１を、その成形面
1aが所望形状に近い形状となるまで研削または放電加工
する。このときの形状精度（Ｐ−Ｖ値）は、数μｍ〜数
百μｍのオーダーでよく、比較的短時間にして加工形状
を得ることができる。次に、第２図に示すように、型基
材１の成形面1aに対してメッキ，イオンプレーティン
グ，スパッタリング等の成膜方法により切削可能な金属
膜２を少なくとも５μｍ以上の膜厚で被覆する。ここ
で、切削可能な金属膜２は、例えばW,Al,Mo,Ta,Hf,Ni,N
i−Pd合金、Al−Ni合金,Ni−Ir合金,Ni−Cr−Mo合金,Ni
−Cr−Al合金等が用いられる。
ットまたは高融点金属よりなる型基材１を、その成形面
1aが所望形状に近い形状となるまで研削または放電加工
する。このときの形状精度（Ｐ−Ｖ値）は、数μｍ〜数
百μｍのオーダーでよく、比較的短時間にして加工形状
を得ることができる。次に、第２図に示すように、型基
材１の成形面1aに対してメッキ，イオンプレーティン
グ，スパッタリング等の成膜方法により切削可能な金属
膜２を少なくとも５μｍ以上の膜厚で被覆する。ここ
で、切削可能な金属膜２は、例えばW,Al,Mo,Ta,Hf,Ni,N
i−Pd合金、Al−Ni合金,Ni−Ir合金,Ni−Cr−Mo合金,Ni
−Cr−Al合金等が用いられる。
その後、第３図に示すように、金属膜２の表面を切削
加工により非球面，球面、その他の光学的な所望の成形
面となるように加工する。次に、第４図に示すように、
例えばイオン注入法により、金属膜２の表面にN+,O+,
C+,CH+等のイオンを注入し、その表面（実際には、約１
μｍの深さまで）をセラミック化させ、ガラス製光学素
子の成形に使用可能な成形用型を得る。
加工により非球面，球面、その他の光学的な所望の成形
面となるように加工する。次に、第４図に示すように、
例えばイオン注入法により、金属膜２の表面にN+,O+,
C+,CH+等のイオンを注入し、その表面（実際には、約１
μｍの深さまで）をセラミック化させ、ガラス製光学素
子の成形に使用可能な成形用型を得る。
特に、型基材１を高融点金属（例えばW,Mo,Ta,Ni−Cr
−Al合金等），により成型する場合にあっては、型基材
１の加工を研削または放電加工に代えて形状精度の粗な
切削加工とすることもできる。
−Al合金等），により成型する場合にあっては、型基材
１の加工を研削または放電加工に代えて形状精度の粗な
切削加工とすることもできる。
上記構成の成型用型の製造方法においては、高精度な
面形状のセラミックス面を得るために、切削加工により
金属膜を形状精度（Ｐ−Ｖ値）がサブミクロンオーダー
の最終形状とし、その後にイオン注入等でセラミック化
を図ることにしている。したがって、従来のようにセラ
ミック基材等を直接研削，研磨加工する場合よりも、コ
スト面および品質面ともに有利となる。
面形状のセラミックス面を得るために、切削加工により
金属膜を形状精度（Ｐ−Ｖ値）がサブミクロンオーダー
の最終形状とし、その後にイオン注入等でセラミック化
を図ることにしている。したがって、従来のようにセラ
ミック基材等を直接研削，研磨加工する場合よりも、コ
スト面および品質面ともに有利となる。
（第１実施例） 型基材をWCにより形成し、その成型面をダイヤモンド
砥石により数μｍオーダーの精度（Ｐ−Ｖ値で約５〜６
μｍ）で比較的平滑に仕上げた（加工時間として約２時
間程度）。この後、この型基材の成形面に、イオンプレ
ーティングにより、Ｗよりなる金属膜を約10μｍの厚さ
で被覆した。そして、この金属膜に対して超精密切削加
工を施し、成形用型としての最終形状に仕上げた（Ｐ−
Ｖ値として0.1μｍ程度）。次に、高周波炉を用い、窒
化処理を行い、金属膜の表面（成形用型の成形面）にWN
を形成させた。
砥石により数μｍオーダーの精度（Ｐ−Ｖ値で約５〜６
μｍ）で比較的平滑に仕上げた（加工時間として約２時
間程度）。この後、この型基材の成形面に、イオンプレ
ーティングにより、Ｗよりなる金属膜を約10μｍの厚さ
で被覆した。そして、この金属膜に対して超精密切削加
工を施し、成形用型としての最終形状に仕上げた（Ｐ−
Ｖ値として0.1μｍ程度）。次に、高周波炉を用い、窒
化処理を行い、金属膜の表面（成形用型の成形面）にWN
を形成させた。
このようにして得られた成形用型は、比較的安価で、
傷等も発生しにくく、成形レンズ面の面品質も向上させ
ることができた。
傷等も発生しにくく、成形レンズ面の面品質も向上させ
ることができた。
本実施例における成形用型の製造コストは、WC系焼結
体を研削，研磨で形状を仕上げ、WNをイオンプレーティ
ング処理する従来法の製造コストに比べて安価であっ
た。
体を研削，研磨で形状を仕上げ、WNをイオンプレーティ
ング処理する従来法の製造コストに比べて安価であっ
た。
（第２実施例） 型基材をWC−NiCr系合金により形成し、その成形面を
放電加工により粗加工（Ｐ−Ｖ値で約10μｍ）した。そ
の後、この型基材の成形面に、Ni−Pdメッキよりなる金
属膜を約15μｍの厚さで被覆した。そして、この金属膜
に対して切削加工を施し、高精度な球面加工を行った
（切削代max10μｍ）。次に、その金属膜に対し、イオ
ン注入装置によりN+のイオンを加速電圧150kVにて１×1
017dose/cm2注入し、さらに40kVにて５×1017dose/cm2
注入した。これによって、Ni−Ｎからなるセラミック膜
が成形面に形成された。
放電加工により粗加工（Ｐ−Ｖ値で約10μｍ）した。そ
の後、この型基材の成形面に、Ni−Pdメッキよりなる金
属膜を約15μｍの厚さで被覆した。そして、この金属膜
に対して切削加工を施し、高精度な球面加工を行った
（切削代max10μｍ）。次に、その金属膜に対し、イオ
ン注入装置によりN+のイオンを加速電圧150kVにて１×1
017dose/cm2注入し、さらに40kVにて５×1017dose/cm2
注入した。これによって、Ni−Ｎからなるセラミック膜
が成形面に形成された。
このようにして得られた成形用型は、イオン注入をせ
ずに上記と同様にして製造した成形用型に比べて、硬度
および耐熱性（約550℃まで）の向上が確認された。ま
た、ガラス成形を実施した後にその成形面を比較した場
合、本実施例によるものでは面精度の劣化が1/2以下（R
max＜0.07μｍ）に抑えられたのに対し、イオン注入し
ないものではRmax＞0.14μｍ以上になっていた。
ずに上記と同様にして製造した成形用型に比べて、硬度
および耐熱性（約550℃まで）の向上が確認された。ま
た、ガラス成形を実施した後にその成形面を比較した場
合、本実施例によるものでは面精度の劣化が1/2以下（R
max＜0.07μｍ）に抑えられたのに対し、イオン注入し
ないものではRmax＞0.14μｍ以上になっていた。
一方、本実施例における製造コストは、イオン注入し
ない場合に比べて1.2〜1.3倍程度のコストアップにとど
まっており、WC−NiCr系合金の型基材を研磨した後にNi
−Ｎ膜を被覆する従来法に比べると形状加工コストが1/
2以下となり、イオン注入のコストを付加しても全体と
して安価となる。
ない場合に比べて1.2〜1.3倍程度のコストアップにとど
まっており、WC−NiCr系合金の型基材を研磨した後にNi
−Ｎ膜を被覆する従来法に比べると形状加工コストが1/
2以下となり、イオン注入のコストを付加しても全体と
して安価となる。
（第３実施例） 型基材をSiCにより形成し、その成形面を研削加工に
より粗加工して所定の非球面形状に近似した形状とし
た。その後、この型基材の成形面に、CVD法によりSuCを
５μｍ厚で被覆し、さらにイオンプレーティング法によ
りAlの金属膜を15μｍの厚さで被覆した。そして、この
金属膜に対して切削加工を施し、超高精度な所望の非球
面形状に加工した。次に、その金属膜に対し、イオン注
入装置によりO+のイオンを加速電圧150kVにて１×1016d
ose/cm2程度注入し、続けてN+のイオンを加速電圧60kV
にて５×1017dose/cm2注入した。これによって、最表面
から約300Åの深さまではAl2O3を主とし、約300Åの深
さから約3000Åの深さまでAlH（hexagonal）を主とし、
約3000Åから約8000Åの深さまではAl2O3を主とした層
が形成された。
より粗加工して所定の非球面形状に近似した形状とし
た。その後、この型基材の成形面に、CVD法によりSuCを
５μｍ厚で被覆し、さらにイオンプレーティング法によ
りAlの金属膜を15μｍの厚さで被覆した。そして、この
金属膜に対して切削加工を施し、超高精度な所望の非球
面形状に加工した。次に、その金属膜に対し、イオン注
入装置によりO+のイオンを加速電圧150kVにて１×1016d
ose/cm2程度注入し、続けてN+のイオンを加速電圧60kV
にて５×1017dose/cm2注入した。これによって、最表面
から約300Åの深さまではAl2O3を主とし、約300Åの深
さから約3000Åの深さまでAlH（hexagonal）を主とし、
約3000Åから約8000Åの深さまではAl2O3を主とした層
が形成された。
このようにして得られた成形用型は、前記各実施例と
同様にして耐熱性および耐酸性化性に優れ、高硬度な表
層が形成されており、ガラス成形に最適なものである。
表面粗さは、Rmax0.045μｍであった。また、本実施例
における製造コストは、前記各実施例と同様に安価であ
った。
同様にして耐熱性および耐酸性化性に優れ、高硬度な表
層が形成されており、ガラス成形に最適なものである。
表面粗さは、Rmax0.045μｍであった。また、本実施例
における製造コストは、前記各実施例と同様に安価であ
った。
第５図に従来加工によるコスト割合と本発明加工（イ
オン注入によるセラミック化の場合）によるコスト割合
との比較を示す。第５図から判るように、本発明によれ
ば、イオン注入工程は増えるものの、全体として約30％
のコスト低減を図ることができる。また、仕上げ加工の
みの比較では、従来：本発明＝10:3〜５である。
オン注入によるセラミック化の場合）によるコスト割合
との比較を示す。第５図から判るように、本発明によれ
ば、イオン注入工程は増えるものの、全体として約30％
のコスト低減を図ることができる。また、仕上げ加工の
みの比較では、従来：本発明＝10:3〜５である。
以上のように、本発明の成形用型の製造方法によれ
ば、イオン注入工程は増えるものの、切削加工を適用す
ることとしたので、成形用型の形状加工工数は従来の約
1/2〜1/3に低減され、全体として型製作工数の低減が可
能となって、安価にして実用的なガラス製光学素子成形
用型を製造することができる。
ば、イオン注入工程は増えるものの、切削加工を適用す
ることとしたので、成形用型の形状加工工数は従来の約
1/2〜1/3に低減され、全体として型製作工数の低減が可
能となって、安価にして実用的なガラス製光学素子成形
用型を製造することができる。
第１図から第４図までは本発明の製造方法の各工程を示
すもので、第１図は型基材の加工工程を示す縦断面図、
第２図は金属膜の被覆工程を示す縦断面図、第３図は金
属膜に対する切削工程を示す縦断面図、第４図はイオン
注入工程を示す縦断面図、第５図は加工コストの比較を
示す図である。 １……型基材 1a……成形面 ２……金属膜
すもので、第１図は型基材の加工工程を示す縦断面図、
第２図は金属膜の被覆工程を示す縦断面図、第３図は金
属膜に対する切削工程を示す縦断面図、第４図はイオン
注入工程を示す縦断面図、第５図は加工コストの比較を
示す図である。 １……型基材 1a……成形面 ２……金属膜
Claims (1)
- 【請求項１】セラミックス，サーメットまたは高融点金
属のいずれかよりなる型基材の少なくとも成形面を金属
膜で被覆した後、その金属膜を切削加工により所望形状
に加工し、次に金属膜の少なくとも表面をセラミック化
することを特徴とする光学素子成形用型の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3076089A JP2662286B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 光学素子成形用型の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3076089A JP2662286B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 光学素子成形用型の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02208229A JPH02208229A (ja) | 1990-08-17 |
| JP2662286B2 true JP2662286B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=12312643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3076089A Expired - Fee Related JP2662286B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 光学素子成形用型の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2662286B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9145323B2 (en) * | 2013-01-21 | 2015-09-29 | Corning Incorporated | Molds for shaping glass and methods for making the same |
-
1989
- 1989-02-09 JP JP3076089A patent/JP2662286B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02208229A (ja) | 1990-08-17 |
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