JP3308720B2 - Mold for optical element molding - Google Patents

Mold for optical element molding

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JP3308720B2
JP3308720B2 JP17826494A JP17826494A JP3308720B2 JP 3308720 B2 JP3308720 B2 JP 3308720B2 JP 17826494 A JP17826494 A JP 17826494A JP 17826494 A JP17826494 A JP 17826494A JP 3308720 B2 JP3308720 B2 JP 3308720B2
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    • C03B2215/30Intermediate layers, e.g. graded zone of base/top material
    • C03B2215/31Two or more distinct intermediate layers or zones

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ、プリズム等の
ガラスよりなる光学素子をガラス素材のプレス成形によ
り製造するのに使用される型に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mold used for producing an optical element made of glass, such as a lens or a prism, by pressing a glass material.

【0002】[0002]

【従来の技術】研磨工程を必要としないでガラス素材の
プレス成形によってレンズを製造する技術は従来の製造
において必要とされた複雑な工程をなくし、簡単且つ安
価にレンズを製造することを可能とし、近年、レンズの
みならずプリズムその他のガラスよりなる光学素子の製
造に使用されるようになってきた。
2. Description of the Related Art The technique of manufacturing a lens by press molding a glass material without the need for a polishing step eliminates the complicated steps required in the conventional manufacturing and makes it possible to manufacture a lens simply and inexpensively. Recently, not only lenses but also prisms and other optical elements made of glass have been used.

【0003】このようなガラスの光学素子のプレス成形
に使用される型材に要求される性質としては、硬度、耐
熱性、離型性、鏡面加工性等に優れていることが挙げら
れる。従来、この種の型材として金属、セラミックス及
びそれらをコーティングした材料等、数多くの提案がさ
れている。いくつかの例を挙げるならば、特開昭60−
246230には超硬合金に貴金属をコーティングした
材料が、特開昭61−183134、61−28103
0、特開平1−301864にはダイヤモンド薄膜もし
くはダイヤモンド状炭素膜、特開昭60−118638
には窒化チタン膜、特開昭64−52623には窒化タ
ンタル、特開昭61−197430には窒化アルミニウ
ムをコーティングした型が提案されている。
The properties required of a mold used for press molding of such a glass optical element include excellent hardness, heat resistance, mold releasability, mirror workability, and the like. Conventionally, many proposals have been made for metal, ceramics, and materials coated with them as mold materials of this kind. Some examples are given in JP-A-60-1985.
No. 246230 is made of a material obtained by coating a hard metal with a noble metal, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 61-183134 and 61-28103.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-11838 discloses a diamond thin film or a diamond-like carbon film.
A coating with a titanium nitride film, a coating with tantalum nitride in JP-A-64-52623, and a coating with aluminum nitride in JP-A-61-197430.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、貴金属をコー
ティングした型は融着は起こしにくいが、極めて柔らか
いため傷がつき易く変形し易いという欠点をもつ。ま
た、ダイヤモンド薄膜は高硬度で熱的安定性にも優れて
いるが、多結晶膜であるため表面粗さが大きく、鏡面加
工する必要がある。DLC膜、a−C:H膜、硬質炭素
膜を用いた型は、型とガラスの離型性が良く、ガラスの
融着を起こさないが、成形操作を数百回以上繰り返して
行うと、前記膜が部分的に剥離し成形品において十分な
成形性能が得られないことがある。
However, a mold coated with a noble metal does not easily fuse, but has the drawback that it is extremely soft and easily damaged and deformed. Further, although the diamond thin film has high hardness and excellent thermal stability, it is a polycrystalline film and therefore has a large surface roughness and needs to be mirror-finished. A mold using a DLC film, an aC: H film, and a hard carbon film has good mold-releasing property and does not cause fusion of glass, but when the molding operation is repeated several hundred times or more, In some cases, the film is partially peeled off, and a sufficient molding performance cannot be obtained in a molded product.

【0005】この原因の1つとしてWC−CoのCoに
代表される焼結体中の焼結助材と前述の膜の間で拡散に
よる合金形成が生じる。こうした部分は成形時にガラス
の融着が生じガラス中に含有される成分と反応し析出物
を生じる結果、耐久性の劣化を招く。
[0005] As one of the causes, an alloy is formed between the sintering aid in the sintered body represented by Co of WC-Co and the above-mentioned film by diffusion. Such a portion causes fusion of the glass at the time of molding and reacts with components contained in the glass to produce a precipitate, thereby causing deterioration in durability.

【0006】また、TiNまたはTaNをコーティング
した型は、高硬度であるが、600℃以上では窒素雰囲
気中でも酸化され易く、表面が酸化物となり、ガラスと
融着し易くなる。また、AlNをコーティングした型
は、耐酸化性に優れているのであるが、硬度が不足して
いるため、成形を繰り返すうちに型が変形するという欠
点をもつ。以上のように、成形性、耐久性、経済性に優
れた光学素子成形用型を実現するに至っていない。
A mold coated with TiN or TaN has high hardness, but at 600 ° C. or higher, it is easily oxidized even in a nitrogen atmosphere, its surface becomes an oxide, and it easily fuses with glass. A mold coated with AlN is excellent in oxidation resistance, but has a drawback that the mold is deformed during repeated molding due to insufficient hardness. As described above, an optical element molding die excellent in moldability, durability, and economy has not been realized.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、型
母材の少なくとも成形表面に、一方は耐酸化性に優れた
材料とし、もう一方は高硬度材料とした組み合わせで、
それぞれを1〜3nmの厚みで交互に重ねて0.5〜3
μmの層状の膜を形成することにより、耐酸化性に優
れ、高硬度な型を実現したものである。
According to the present invention, there is provided a combination of at least a molding surface of a mold base material, one of which is made of a material having excellent oxidation resistance and the other of which is made of a hard material.
Each of them is alternately stacked with a thickness of 1 to 3 nm to form 0.5 to 3
By forming a layered film having a thickness of μm, a mold having excellent oxidation resistance and high hardness is realized.

【0008】具体的には、耐酸化性に優れた材料として
窒化アルミニウム(AlN)、高硬度材料として窒化チ
タン(TiN)、窒化タンタル(TaN)が挙げられ
る。なお、窒化タンタルは、窒化チタンよりは耐酸化性
に優れる。
Specifically, materials having excellent oxidation resistance include aluminum nitride (AlN), and materials having high hardness include titanium nitride (TiN) and tantalum nitride (TaN). Note that tantalum nitride has better oxidation resistance than titanium nitride.

【0009】1〜3nmの厚みで交互に重ねて0.5〜
3μmの膜とするのであるから、成膜は167〜300
0回となる。以下に、TiNとAlNの組み合わせを例
に本発明を説明する。
[0009] It is 0.5-
Since it is a 3 μm film, the film formation is 167 to 300
It becomes 0 times. Hereinafter, the present invention will be described using a combination of TiN and AlN as an example.

【0010】薄いAlN層を上下からTiN層で挟む
と、AlNの結晶格子が歪み、六方晶から立方晶に変化
する。立方晶のAlNは超高圧下(25GPa程度)で
安定で硬度が上昇する。
When a thin AlN layer is sandwiched between TiN layers from above and below, the crystal lattice of AlN is distorted and changes from hexagonal to cubic. Cubic AlN is stable and increases in hardness under ultra-high pressure (about 25 GPa).

【0011】TiNとAlNの接合界面に生じる残留歪
によっても硬度が上昇する。この2つの理由により、本
発明の膜では、TiN以上の高硬度の膜(TiNの約2
倍、Hv4000)が得られた。通常、TiNは600
℃前後より酸化が開始するが、本発明においては100
0℃近くまで酸化しないAlN層に挟まれていることに
よって酸化が進行しないため、酸化開始温度はAlN膜
と同等となる。
[0011] The hardness also increases due to residual strain generated at the joint interface between TiN and AlN. For these two reasons, in the film of the present invention, a film having a hardness higher than TiN (about 2
Hv4000). Usually, TiN is 600
Oxidation starts at around 100 ° C.
Oxidation does not progress due to being sandwiched between AlN layers that do not oxidize to near 0 ° C., so that the oxidation start temperature is equivalent to that of the AlN film.

【0012】[0012]

【実施例】【Example】

[実施例1〜20、比較例1〜26]以下、図面を参照
しながら本発明の具体的実施例を説明する。
[Examples 1 to 20, Comparative Examples 1 to 26] Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0013】図1は本発明による型の一実施例を示す概
略断面図である。図1において1は型母材を示し、2は
該型母材の成形面に形成された積層膜を示す。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the mold according to the present invention. In FIG. 1, 1 indicates a mold base material, and 2 indicates a laminated film formed on a molding surface of the mold base material.

【0014】本発明において母材材料としては、超硬合
金、サーメット、SiCを用いることができる。これら
母材材料は切削、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おく。
In the present invention, as a base material, a cemented carbide, cermet, or SiC can be used. These base materials are formed into a desired outer shape by processing such as cutting, grinding, and polishing, and the formed surface is particularly finished to a desired surface accuracy.

【0015】上記母材1の表面に積層膜を形成するには
PVD法の一種であるイオンプレーティング法、反応性
スパッタリング法等を用いる。2または3の成膜物質の
切り替えは、チャンバーに設けたシャッターの切り替え
によって行なう。
In order to form a laminated film on the surface of the base material 1, an ion plating method, a reactive sputtering method or the like, which is a kind of PVD method, is used. Switching between the two or three film-forming substances is performed by switching a shutter provided in the chamber.

【0016】表1に本実施例に使用した型を示す。な
お、表において酸化開始温度とは、熱分析において重量
が増加し始める温度である。
Table 1 shows the molds used in this embodiment. In the table, the oxidation start temperature is a temperature at which the weight starts to increase in the thermal analysis.

【0017】本発明の積層膜は、高温での耐酸化性が高
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、繰り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。
Since the laminated film of the present invention has high oxidation resistance at high temperatures and low fusion bonding property with glass and good releasability, it is possible to obtain an optical element with good precision even when used repeatedly. Can be.

【0018】先ず、型母材材料を切削加工し、次いで成
形光学素子の機能面(光学面)に対応する成形面を所望
の表面精度に加工した。型母材の成形面は凹面であり、
先ずダイヤモンド砥石による研削で所望の曲率に加工
し、次いで粒径1μmのダイヤモンドパウダーを用いた
研摩を行ない、ニュートンリング1本程度の表面形状精
度及びRmax 0.02μm程度の表面粗さ精度に仕上げ
た。
First, the mold base material was cut, and then the molding surface corresponding to the functional surface (optical surface) of the molding optical element was machined to a desired surface accuracy. The molding surface of the mold base material is concave,
First, it is processed to the desired curvature by grinding with a diamond grindstone, then it is polished using diamond powder with a particle size of 1 μm, and finished to the surface shape accuracy of about one Newton ring and the surface roughness accuracy of about R max 0.02 μm. Was.

【0019】次に、表1に示す積層膜を図2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
形面上に形成した。
Next, the laminated films shown in Table 1 were formed on the molding surface of the mold base material by a reactive sputtering method using the apparatus shown in FIG.

【0020】図2において、3はスパッタリング装置の
気密室である。気密室3には排気口4が接続されてお
り、排気口4は不図示の減圧源に接続されている。気密
室3内の上部には加熱ヒータ5が配置されており、該ヒ
ータにはヒータ電源6が接続されている。ヒータ5の下
方に型母材支持体7が配置されており、該支持体には型
母材バイアス電源8が接続されている。支持体7には型
母材9が成形面を下向きにして支持される。支持体7の
下方に窒素ガスあるいはアンモニア導入用パイプ10、
グロー放電発生用コイル11が配置されており、該コイ
ルには整合回路12を介して高周波電源13が接続され
ている。気密室3の下部にはカソード電極14,15,
16が配置されている。電極14,15,16の上部に
はそれぞれチタンターゲット17、アルミターゲット1
8、タンタルターゲット19が設けられており、下部に
はそれぞれ冷却水用パイプ20,21,22が接続され
ている。電極14,15,16の上方にアルゴンガス導
入用パイプ23が配置されている。
In FIG. 2, reference numeral 3 denotes an airtight chamber of the sputtering apparatus. An exhaust port 4 is connected to the hermetic chamber 3, and the exhaust port 4 is connected to a pressure reducing source (not shown). A heater 5 is arranged in the upper part of the hermetic chamber 3, and a heater power supply 6 is connected to the heater. A mold base material support 7 is disposed below the heater 5, and a mold base material bias power supply 8 is connected to the support. The mold base material 9 is supported on the support 7 with the molding surface facing downward. A pipe 10 for introducing nitrogen gas or ammonia below the support 7;
A glow discharge generating coil 11 is arranged, and a high frequency power supply 13 is connected to the coil via a matching circuit 12. At the lower part of the hermetic chamber 3, cathode electrodes 14, 15,
16 are arranged. A titanium target 17 and an aluminum target 1 are provided on the electrodes 14, 15, and 16 respectively.
8, a tantalum target 19 is provided, and cooling water pipes 20, 21, 22 are connected to the lower portion, respectively. An argon gas introduction pipe 23 is arranged above the electrodes 14, 15, 16.

【0021】積層膜の形成時には、上述のようにして得
られた型母材9をアセトンで洗浄し、支持体7により支
持した後気密室3内を2×10-6Torrまで減圧し
た。次に、パイプ23からアルゴンガスを導入し、コイ
ル11に高周波電界(13.56MHz、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8により型母材9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
行なう。その後、パイプ23からアルゴンガスを導入し
ながらカソード電極14,15,16に高周波電界(1
3.56MHz、0.5kW・hr)を印加し、それぞ
れの金属ターゲット17,18,19の近傍にアルゴン
のグロー放電を発生させ、各ターゲット17,18,1
9にアルゴンイオンの衝撃を与えてスパッタリングを行
なう。
At the time of forming the laminated film, the mold base material 9 obtained as described above was washed with acetone, and after being supported by the support 7, the pressure in the hermetic chamber 3 was reduced to 2 × 10 -6 Torr. Next, argon gas was introduced from the pipe 23, and a high-frequency electric field (13.56 MHz, 0.2 kW
hr) to generate glow discharge of argon, and apply a negative bias (−50 V) to the mold base material 9 by the bias power supply 8 to perform sputter cleaning with argon ions. Thereafter, a high-frequency electric field (1) is applied to the cathode electrodes 14, 15, 16 while introducing argon gas from the pipe 23.
3.56 MHz, 0.5 kW · hr) to generate glow discharge of argon in the vicinity of each of the metal targets 17, 18, 19, and to generate a glow discharge of each of the targets 17, 18, 1.
9 is subjected to sputtering by bombarding with argon ions.

【0022】各ターゲットより交互にスパッタリングが
行なわれるように、不図示のシャッターを用いた。シャ
ッターの開閉速度、順番により表1に示す各積層膜の材
質、各層の厚さを得ることができる。
A shutter (not shown) was used so that sputtering was performed alternately from each target. The material of each laminated film and the thickness of each layer shown in Table 1 can be obtained according to the opening / closing speed and order of the shutter.

【0023】スパッタリングと同時に、パイプ10によ
り窒素ガスを型母材9の近傍に吹きつけ、コイル11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源8により
型母材9に負バイアス(−50V)を印加して窒素イオ
ンおよびスパッタ金属イオンを型母材9に引込みながら
交互にアルミ、チタン、タンタルの反応性スパッタリン
グを行なって型母材9の表面に積層膜を形成した。この
とき型母材の温度は500℃であった。得られた積層膜
の厚さは表1の通りであった。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積層
膜が得られた。
Simultaneously with the sputtering, a nitrogen gas is blown to the vicinity of the mold base material 9 by a pipe 10, and a high-frequency electric field (13.56 MHz, 0.5 kW · hr) is applied to the coil 11 to form a nitrogen plasma and a bias power supply. 8, a negative bias (−50 V) is applied to the mold base material 9 so that nitrogen ions and sputtered metal ions are alternately reactive-sputtered with aluminum, titanium and tantalum while drawing nitrogen ions and sputtered metal ions into the mold base material 9. A laminated film was formed on the surface. At this time, the temperature of the mold base material was 500 ° C. Table 1 shows the thickness of the obtained laminated film. In the above embodiment, a similar laminated film was obtained by applying ammonia gas instead of nitrogen gas, or applying DC voltage to the cathode electrode instead of the high-frequency electric field.

【0024】次に、上述のようにして得られた表1に示
す型により光学素子の成形を行なった。
Next, the optical element was molded by using the mold shown in Table 1 obtained as described above.

【0025】ガラスは、ホウケイ酸ガラスSK12(n
d=1.58313、νd=59.4、転移点Tg=5
50℃、屈伏点At=588℃、組成は表2参照)およ
びランタン系ガラスLaK12(nd=1.6779
0、νd=55.3、転移点Tg=554℃、屈伏点A
t=596℃、組成は表3参照)を用い、ボールレンズ
に加工した。
The glass is borosilicate glass SK12 (n
d = 1.58313, vd = 59.4, transition point Tg = 5
50 ° C., yield point At = 588 ° C., see Table 2 for composition) and lanthanum glass LaK12 (nd = 1.67979)
0, νd = 55.3, transition point Tg = 554 ° C., yield point A
Using t = 596 ° C. and composition as shown in Table 3), a ball lens was formed.

【0026】図3は、成形テストに用いた装置の概略を
示す。図3において、24はチャンバー、25は上軸、
26は下軸、27はヒーターを内蔵したブロック(ヒー
ターブロック)、28はヒーターブロック、29は上
型、30は下型、31はガラス、32は油圧シリンダー
である。
FIG. 3 shows an outline of the apparatus used for the molding test. In FIG. 3, 24 is a chamber, 25 is an upper axis,
26 is a lower shaft, 27 is a block containing a heater (heater block), 28 is a heater block, 29 is an upper mold, 30 is a lower mold, 31 is glass, and 32 is a hydraulic cylinder.

【0027】チャンバー24を不図示の真空ポンプによ
り真空引きした後、N2 ガスを導入しチャンバー24内
をN2 雰囲気にした後、ヒーターブロック27,28に
より上型29、下型30を加熱し、成形するガラスの粘
度で10-9d・Pa・sに対応する温度(SK12:6
30℃、LaK12:615℃)になったら、油圧シリ
ンダー32により、上軸25を上に引き上げ、下型30
の上に不図示のオートハンドにより成形素材(ボールレ
ンズ)を置いた。そのままの型温度で1分間保持した
後、油圧シリンダ32により、上軸25を降下させ、上
型29と下型30でボールレンズを3000Nの力で3
分間プレスした。その後、50℃/分で冷却を行ない、
上下型温度が500℃になった時点で上型29を上昇さ
せ、不図示のオートハンドで下型30上の成形品31を
取り出し、続いて不図示の置換装置を通して成形品31
をチャンバー24より取り出した。再び上下型を加熱し
て上記操作を繰り返し、5000shotプレスした。
After the chamber 24 is evacuated by a vacuum pump (not shown), N 2 gas is introduced to make the inside of the chamber 24 an N 2 atmosphere, and the upper and lower dies 29 and 30 are heated by the heater blocks 27 and 28. At a temperature corresponding to 10 −9 d · Pa · s in the viscosity of the glass to be formed (SK12: 6
30 ° C., LaK12: 615 ° C.), the upper shaft 25 is pulled up by the hydraulic cylinder 32 and
A molding material (ball lens) was placed on the above by an automatic hand (not shown). After holding for 1 minute at the mold temperature as it is, the upper shaft 25 is lowered by the hydraulic cylinder 32, and the ball lens is moved with the force of 3000N by the upper mold 29 and the lower mold 30 for 3 minutes.
Pressed for minutes. Thereafter, cooling is performed at 50 ° C./min.
When the upper and lower mold temperatures reach 500 ° C., the upper mold 29 is raised, the molded article 31 on the lower mold 30 is taken out by an automatic hand (not shown), and then the molded article 31 is passed through a replacement device (not shown).
Was taken out of the chamber 24. The upper and lower molds were heated again, and the above operation was repeated, and 5000 shots were pressed.

【0028】SK12のプレステスト結果を表4に示
す。
Table 4 shows the results of the SK12 press test.

【0029】表4より、各層の厚さは1〜3nmである
ことが必要であることがわかる。なお、1nmより薄い
膜は、作成が困難であるためテストしなかった。
Table 4 shows that the thickness of each layer needs to be 1 to 3 nm. Note that a film thinner than 1 nm was not tested because it was difficult to prepare.

【0030】各層の厚さが3nmより厚い場合には、前
述したAlNの結晶格子が歪まないため、硬度が上昇し
ないため型の変形を起こす。
When the thickness of each layer is more than 3 nm, the AlN crystal lattice is not distorted and the hardness is not increased, so that the mold is deformed.

【0031】積層膜の厚さは0.5〜3μmであること
が必要である。
It is necessary that the thickness of the laminated film is 0.5 to 3 μm.

【0032】積層膜の厚さが0.5μmより薄い場合に
は、積層膜は十分な硬さをもたないため型の変形を起こ
す。一方、3μmより厚い場合には、積層膜が剥がれ易
くなる。
If the thickness of the laminated film is smaller than 0.5 μm, the laminated film does not have sufficient hardness, and the mold is deformed. On the other hand, when the thickness is more than 3 μm, the laminated film is easily peeled.

【0033】LaK12のプレステストでも同様の結果
が得られた。
Similar results were obtained in the LaK12 press test.

【0034】[実施例21〜40、比較例27〜46]
積層膜と母材の間に中間層を形成した型を作成し、実施
例1〜20と同様の方法で成形テストを行なった。
Examples 21 to 40 and Comparative Examples 27 to 46
A mold in which an intermediate layer was formed between the laminated film and the base material was prepared, and a molding test was performed in the same manner as in Examples 1 to 20.

【0035】中間層の物質は、チタン、ニッケル、クロ
ム、タンタル、モリブデン、バナジウム、タングステ
ン、ジルコニア、ハフニウムまたは鉄である。
The material of the intermediate layer is titanium, nickel, chromium, tantalum, molybdenum, vanadium, tungsten, zirconia, hafnium or iron.

【0036】表5に成形に使用した型を示す。表6に成
形テスト結果を示す。実施例1〜20の型でも、500
0shot成形では良好な結果を示すが、中間層を設け
た型は、繰り返して5000shot成形テストを行な
っても、膜剥がれが生じなかった。すなわち、中間層を
設けることで積層膜と型の密着性が良くなり型の耐久性
が大幅に向上する。
Table 5 shows the molds used for molding. Table 6 shows the molding test results. In the molds of Examples 1 to 20, 500
Although the 0 shot molding shows a good result, the mold provided with the intermediate layer did not peel off the film even when the 5000 shot molding test was repeated. That is, by providing the intermediate layer, the adhesion between the laminated film and the mold is improved, and the durability of the mold is greatly improved.

【0037】[実施例41〜60、比較例47〜68]
積層膜の上にダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜
(以下DLC膜という)、水素化アモルファス炭素膜
(以下a・C:H膜という)、硬質炭素膜を成膜した。
[Examples 41 to 60, Comparative Examples 47 to 68]
On the laminated film, a diamond thin film, a diamond-like carbon film (hereinafter, referred to as a DLC film), a hydrogenated amorphous carbon film (hereinafter, referred to as an aC: H film), and a hard carbon film were formed.

【0038】ダイヤモンド(薄)膜は、マイクロ波プラ
ズマCVD法、熱フィラメントCVD法、プラズマ・ジ
ェット法、電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD法等
により、DLC膜、a−C:H膜および硬質炭素膜は、
プラズマCVD法、イオンビーム・スパッタ法、イオン
ビーム蒸着法、プラズマスパッタ法等により形成され
る。膜の形成に用いるガスとしては、含炭素ガスである
メタン、エタン、プロパン、エチレン、ベンゼン、アセ
チレン等の炭化水素;塩化メチレン、四塩化炭素、クロ
ロホルム、トリクロルエタン等のハロゲン化炭化水素;
メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール
類;(CH32 CO、(C652 CO等のケトン
類;CO,CO2 等のガス、およびこれらのガスにN
2 ,H2 ,O2,H2 O,Ar等のガスを混合したもの
などが挙げられる。
The diamond (thin) film is formed by a microwave plasma CVD method, a hot filament CVD method, a plasma jet method, an electron cyclotron resonance plasma CVD method or the like, and a DLC film, an aC: H film and a hard carbon film are formed.
It is formed by a plasma CVD method, an ion beam sputtering method, an ion beam evaporation method, a plasma sputtering method, or the like. Examples of the gas used for forming the film include hydrocarbons such as methane, ethane, propane, ethylene, benzene, and acetylene, which are carbon-containing gases; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, carbon tetrachloride, chloroform, and trichloroethane;
Alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol; ketones such as (CH 3 ) 2 CO and (C 6 H 5 ) 2 CO; gases such as CO and CO 2 ;
A mixture of gases such as 2 , H 2 , O 2 , H 2 O, and Ar may be used.

【0039】表7に作成した型を示す。表7に示す型を
用いて実施例1〜20と同様の方法で成形テストを行な
った。結果を表8に示す。
Table 7 shows the created models. A molding test was performed using the molds shown in Table 7 in the same manner as in Examples 1 to 20. Table 8 shows the results.

【0040】実施例1〜20では、成形後のガラスを取
り出すのに500℃まで冷却したが、これは500℃以
上では、型とガラスが固着していて剥がれないためであ
る。実施例41〜60では、型とガラスの密着性が著し
く低いため、550℃で取り出すことが可能であった。
このように実施例41〜60の膜を用いることで冷却時
間の短縮(タクト短縮)が可能となり、コストダウンと
なった。
In Examples 1 to 20, the glass after molding was cooled to 500 ° C. in order to take out the glass, since at 500 ° C. or higher, the mold and the glass were stuck and did not come off. In Examples 41 to 60, since the adhesion between the mold and the glass was extremely low, it was possible to take out at 550 ° C.
As described above, by using the films of Examples 41 to 60, the cooling time can be reduced (tact reduction), and the cost is reduced.

【0041】すなわち、実施例41〜60では、型の耐
久性上昇のみならず、タクト短縮によるコストダウンの
効果がある。
That is, in Examples 41 to 60, not only the durability of the mold is increased, but also the effect of cost reduction by shortening the tact time is obtained.

【0042】また、母材の影響が無いため、母材成分と
の間の拡散が起こらないため、剥離の発生、融着の発生
も無かった(比較例57、58参照)。
Further, since there was no influence of the base material, there was no diffusion between the base material components, and no peeling or fusion occurred (see Comparative Examples 57 and 58).

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】[0045]

【表3】 [Table 3]

【0046】[0046]

【表4】 [Table 4]

【0047】[0047]

【表5】 [Table 5]

【0048】[0048]

【表6】 [Table 6]

【0049】[0049]

【表7】 [Table 7]

【0050】[0050]

【表8】 [Table 8]

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光学素子成形用型の型母材の成形面に1〜3nmの少な
くとも2種類の層を交互に重ねて0.5〜3μmの厚み
とした積層膜を形成することにより、型の硬度、耐酸化
性を大幅に向上できた。この型を用いてプレス成形を長
時間繰り返しても膜剥離やクラック、傷の発生、酸化に
よる融着という欠陥を生じない、極めて耐久性の高い光
学素子成形用型が得られる。
As described above, according to the present invention,
The hardness and oxidation resistance of the mold are obtained by alternately stacking at least two types of layers having a thickness of 1 to 3 nm on a molding surface of a mold base material of an optical element molding mold to a thickness of 0.5 to 3 μm. The performance was greatly improved. Even if press molding is repeated for a long time using this mold, an extremely durable optical element molding die which does not cause defects such as film peeling, cracking, scratching, and fusion due to oxidation can be obtained.

【0052】また、第2の本発明によれば、積層膜と型
母材との間に中間層を設けることにより積層膜と型母材
の密着性が向上し、更に長時間の連続成形が可能とな
る。
According to the second aspect of the present invention, by providing an intermediate layer between the laminated film and the mold base material, the adhesion between the laminated film and the mold base material is improved, and continuous molding for a longer time can be performed. It becomes possible.

【0053】また、第3の本発明によれば積層膜の上に
ダイヤモンド膜、ダイヤモンド状炭素膜、水素化アモル
ファス炭素膜および硬質炭素膜のいずれかをコートする
ことにより、型とガラスの離型法が向上し、より高い温
度での離型が可能となり、冷却時間の短縮すなわちタク
ト短縮によるコストダウンが可能となる。更に、積層膜
により上記炭素系の膜自体の耐久性も向上する。
According to the third aspect of the present invention, the mold is separated from the glass by coating any one of a diamond film, a diamond-like carbon film, a hydrogenated amorphous carbon film and a hard carbon film on the laminated film. The method is improved, the mold release at a higher temperature becomes possible, and the cost can be reduced by shortening the cooling time, that is, shortening the tact time. Further, the durability of the carbon-based film itself is also improved by the laminated film.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す概略断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明による型の製造において積層膜の形成に
使用される装置を示す概略断面図。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an apparatus used for forming a laminated film in manufacturing a mold according to the present invention.

【図3】光学素子のプレス成形装置の概略断面図。FIG. 3 is a schematic sectional view of a press forming apparatus for an optical element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 型母材 2 積層膜 3 気密室 4 排気口 5 ヒータ 6 ヒータ電源 7 型母材支持体 8 型母材バイアス電源 9 型母材 10 窒素ガスあるいはアンモニア導入用パイプ 11 グロー放電発生用コイル 12 整合回路 13 高周波電源 14 チタンターゲット用カソード電極 15 アルミターゲット用カソード電極 16 タンタルターゲット用カソード電極 17 チタンターゲット 18 アルミターゲット 19 タンタルターゲット 20 冷却水用パイプ 21 冷却水用パイプ 22 冷却水用パイプ 23 アルゴンガス導入用パイプ 24 チャンバー 25 上軸 26 下軸 27 ヒーターブロック 28 ヒーターブロック 29 上型 30 下型 31 ガラス 32 油圧シリンダー Reference Signs List 1 type base material 2 laminated film 3 airtight chamber 4 exhaust port 5 heater 6 heater power supply 7 type base material support 8 type base material bias power supply 9 type base material 10 nitrogen gas or ammonia introduction pipe 11 glow discharge generating coil 12 matching Circuit 13 High frequency power supply 14 Cathode electrode for titanium target 15 Cathode electrode for aluminum target 16 Cathode electrode for tantalum target 17 Titanium target 18 Aluminum target 19 Tantalum target 20 Pipe for cooling water 21 Pipe for cooling water 22 Pipe for cooling water 23 Argon gas introduction Pipe 24 Chamber 25 Upper shaft 26 Lower shaft 27 Heater block 28 Heater block 29 Upper die 30 Lower die 31 Glass 32 Hydraulic cylinder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 40/02 C03B 11/00 C03B 11/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C03B 40/02 C03B 11/00 C03B 11/08

Claims (8)

(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、該型母材の少なくと
も成形面に、1〜3nmの少なくとも2種類の層を交互
に重ねて0.5〜3μmの厚みとした積層膜を形成した
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 two types of layers having a thickness of 1 to 3 nm are alternately superposed on at least a molding surface of the mold base material. An optical element molding die, wherein a laminated film having a thickness of 3 μm is formed.
【請求項2】 前記積層膜の上に、更に、ダイヤモンド
膜、ダイヤモンド状炭素膜、水素化アモルファス炭素膜
および硬質炭素膜から選ばれる1種の膜が被覆されてい
る請求項1記載の光学素子成形用型。
2. The optical element according to claim 1, further comprising a film selected from the group consisting of a diamond film, a diamond-like carbon film, a hydrogenated amorphous carbon film, and a hard carbon film. Mold for molding.
【請求項3】 前記積層膜は、窒化アルミニウム(Al
N)と窒化チタン(TiN)を交互に重ねたものである
請求項1または2記載の光学素子成形用型。
3. The laminated film is made of aluminum nitride (Al).
3. The mold for molding an optical element according to claim 1, wherein N) and titanium nitride (TiN) are alternately stacked.
【請求項4】 前記積層膜は、窒化タンタル(TaN)
と窒化チタン(TiN)を交互に重ねたものである請求
項1または2記載の光学素子成形用型。
4. The laminated film is made of tantalum nitride (TaN).
3. The mold for molding an optical element according to claim 1, wherein the mold is formed by alternately stacking titanium nitride and titanium nitride (TiN).
【請求項5】 前記積層膜は、窒化タンタル(TaN)
と窒化アルミニウム(AlN)を交互に重ねたものであ
る請求項1または2記載の光学素子成形用型。
5. The laminated film is made of tantalum nitride (TaN).
3. The mold for molding an optical element according to claim 1, wherein aluminum and aluminum nitride (AlN) are alternately stacked.
【請求項6】 前記積層膜は、窒化タンタル(TaN)
と窒化チタン(TiN)と窒化アルミニウム(AlN)
を交互に重ねたものである請求項1または2記載の光学
素子成形用型。
6. The laminated film is made of tantalum nitride (TaN).
And titanium nitride (TiN) and aluminum nitride (AlN)
3. The mold for molding an optical element according to claim 1, wherein
【請求項7】 前記積層膜と型母材の間に、更に、中間
層を設けた請求項1ないし6記載の光学素子成形用型。
7. The optical element molding die according to claim 1, wherein an intermediate layer is further provided between the laminated film and the mold base material.
【請求項8】 前記中間層は、チタン(Ti)、ニッケ
ル(Ni)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、モリ
ブデン(Mo)、バナジウム(V)、タングステン
(W)、ジルコニウム(Zi)、ハフニウム(Hf)、
鉄(Fe)よりなる群から選ばれた1つの元素よりなる
ものである請求項1ないし7記載の光学素子成形用型。
8. The intermediate layer is made of titanium (Ti), nickel (Ni), chromium (Cr), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten (W), zirconium (Zi), Hafnium (Hf),
8. The mold for molding an optical element according to claim 1, wherein the mold is made of one element selected from the group consisting of iron (Fe).
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