JP3572664B2

JP3572664B2 - 光学ガラス素子のプレス成形用型及び光学ガラス素子のプレス成形方法

Info

Publication number: JP3572664B2
Application number: JP12120794A
Authority: JP
Inventors: 暁森本; 梅谷　　誠; 秀直片岡; 吉成柏木; 健二井上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1994-06-02
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JPH07330350A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光学ガラス素子の製造方法に関し、高精度な光学ガラス素子を、プレス成形する方法及びプレス成形する際に用いる光学ガラス素子のプレス成形用型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高精度な光学ガラス素子をプレス成形により、繰り返し成形するためには、型材料として高温でも安定で、耐酸化性に優れ、ガラスに対して不活性であり、プレスした時に形状精度が崩れないような機械的強度の優れたものが必要であるが、その反面、加工性に優れ、精密加工が容易にできなくてはいけない。
【０００３】
以上のような光学ガラス素子のプレス成形用型に必要な条件を、ある程度満足する型材として、チタンカーバイド（ＴｉＣ）及び金属の混合材料（例えば特開昭５９−１２１１２６号公報）や超硬合金母材上に貴金属薄膜を形成したもの（例えば特開昭６２−９６３３１号公報）などが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の型材料では、上記の条件を全て満足するものは得られていない。
【０００５】
例えば型材としてＴｉＣ及び金属の混合材料を用いた場合では、非常に硬く、機械的強度は優れているものの、加工性に劣り、高精度な加工が困難である。さらには、光学ガラス素子の構成成分である鉛（Ｐｂ）やアルカリ元素と反応しやすいという欠点を有している。
【０００６】
また、超硬合金母材上に貴金属薄膜を形成した型では、超硬合金をダイヤモンド砥石を用いて加工を行うと、ダイヤモンド砥石の摩耗が激しく、精密な形状加工が困難であり、特別な加工装置が必要である。また、加工時間も長く、金型コストが非常に高いという問題があった。
【０００７】
これらの改善策として超硬合金母材上に母材と密着性が良好な薄膜を形成し、さらに該薄膜上に容易に精密加工できる膜として例えば無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜を形成し、保護膜として合金薄膜を形成する方法（例えば特開平３−２３２３０号公報）が検討されている。
【０００８】
しかしながらこの方法では無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜の耐熱性が低く、高融点ガラスを成形することができないといった問題があった。
【０００９】
以上のように、従来の型材料では前述の型材料としての必要条件を全て満足するには至っていない。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解消し、従来の研削加工では実現できなかった多種多様の形状を持った高融点光学ガラス素子を、繰り返しプレス成形することが可能なプレス成形用型及び光学ガラス素子のプレス成形方法を提供することを目的とする。
【００１１】
この目的を達成するために、本発明ではＷＣを主成分とする超硬合金、ＴｉＣあるいはＴｉＮを主成分とするサーメット、またはＷＣ焼結体からなる母材上に切削加工層として、含有率が２０〜８０ａｔ％のＳｉと残りがＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓから選ばれる金属との合金薄膜を形成し、該加工層を切削加工により所望の形状に精密加工した後、該薄膜上に保護層としてＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａから選ばれる少なくとも１種類以上の金属を含む貴金属系合金薄膜を形成して構成される金型を作製することによって、多種多様な形状を持った高融点光学ガラス素子のプレス成形用型を提供し、この型を用いて高融点光学ガラスを繰り返しプレス成形することによって、従来プレス成形できなかった多種多様な形状を持った高融点光学ガラス素子を安価に、かつ大量に製造することを可能にしたものである。
【００１２】
本発明では、型母材にＷＣを主成分とする超硬合金、ＴｉＣあるいはＴｉＮを主成分とするサーメット、またはＷＣ焼結体を用いることにより、プレス成形に充分耐える強度を持たせ、またこの母材表面に形成される切削加工層に含有率が２０〜８０ａｔ％のＳｉと残りがＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓから選ばれる金属との合金薄膜を用いることによって、耐熱性に優れ、容易に所望の形状に精密切削加工することを可能とした。
【００１３】
さらに、この切削加工層上に形成される保護層としてＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａから選ばれる少なくとも１種類以上の金属を含む貴金属系合金薄膜を用いることによって、ガラスとの融着を防止したものである。
【００１４】
従って、本発明の型は、前記した型材料として要求される必要条件を全て満足したものとなる。
【００１５】
このようにして作製した本発明の型を用いて、ガラスをプレス成形すると、従来の研削加工では実現できなかった多種多様な形状を持った高融点光学ガラス素子を大量に製造することが可能となる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図１を参照しながら説明する。
【００１７】
直径６ｍｍ、厚さ１０ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金を曲率半径が１ｍｍの凹形状のプレス面を有する光学ガラスレンズのプレス成形用型１３に放電加工により荒加工した。
【００１８】
次に、このプレス面上に切削加工層１２としてＳｉ−Ｎｉをスパッタ法により１５μｍの厚みで形成した。Ｓｉ−Ｎｉのスパッタ法としては、まず、１０ｍｍ×１０ｍｍのＳｉチップを直径６インチのＮｉディスクターゲット上に７２枚並べてＳｉ−Ｎｉのターゲットとし、スパッタした。
【００１９】
次にこのＳｉ−Ｎｉ膜１２をダイヤモンドバイトによる切削加工により非常に高精度な面に仕上げた。
【００２０】
このようにＳｉ−Ｎｉ合金薄膜を切削加工することによって、研削加工では従来作製が困難であった曲率半径１ｍｍの凹面形状の金型を、容易に得ることができるようになった。
【００２１】
次に該加工層上にスパッタ法により３μｍの厚みでＰｔ−Ｉｒ合金薄膜１１をコーティングしてプレス成形用型を作製した。
【００２２】
図１に示す成形型を図２に示したプレス成形機にセットする。図２において２１は上型ヒーターブロック、２２は上型用加熱ヒーター、２３は図１で示す上型、２４はガラス素材、２５も同様に図１で示す下型、２６は下型用加熱ヒーター、２７は下型ヒーターブロック、２８は覆い、２９は胴型、２１０はプランジャー、２１１は位置決め用センサー、２１２はストッパーである。
【００２３】
次に半径１ｍｍの球状に加工した軟化点６１３℃の重クラウン系ガラス（ＳＫ−１２）２４を下型２５の上に置き、その上に上型２３を置いて、そのまま６５０℃まで昇温し、窒素雰囲気中で約４０ｋｇ／ｃｍ^２のプレス圧により２分間圧力を保持し、その後、そのままの状態で５５０℃まで冷却して、成形された光学ガラス素子を取り出して、光学ガラス素子のプレス成形の工程を完了する。
【００２４】
光学ガラス素子を成形するには、以上の工程を１サイクル行う。以上の工程を繰り返して１００００サイクル目のプレス時終了時に、上下の型２３及び２５をプレス成形機より取りはずして、プレス面の状態を光学顕微鏡で観察し、その時のプレス面の表面荒さ（ＲＭＳ値、Å）を測定して、それぞれの型精度を評価した。Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓについても同様の試料を作製し、同様の評価を行った。これらの結果を（表１）の試料Ｎｏ２〜３７に示した。
【００２５】
本実施例に対する比較例として、超硬合金母材上に切削加工層として無電解めっき法によってＮｉ−Ｐ膜を形成し、保護膜としてＰｔ−Ｉｒ合金薄膜をコーティングした型について図１と同様な形状の型を作製し、これを図２に示したプレス成形機にセットし、上述のプレス成形の工程を繰り返し行い、同様の型精度の評価を行った。この結果を（表２）に示した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
比較例における試料Ｎｏ．１のように切削加工層に無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜を成膜し、Ｐｔ−Ｉｒ合金薄膜でコーティングした型は、ガラス付着は起こらないが、１００回のプレス成形によってめっき膜の亀裂が進行し、その亀裂がレンズに転写しそれ以上プレス成形することはできなかった。
【００２９】
これは切削層のＮｉ−Ｐの耐熱性が悪いために、高融点ガラスのプレス成形時の熱サイクルに、Ｎｉ−Ｐが耐えきれなくなるためである。
【００３０】
一方、試料Ｎｏ２〜３７の本実施例の型は、繰り返し１００００回プレスした時でも、表面状態はほとんど変化せず、表面粗さはほとんどプレス前と変化がなく、ＳＫ−１２のような高融点ガラスを繰り返し成形することがわかる。
【００３１】
すなわち、本実施例の方法で得られたプレス成形用型を用いてガラスをプレス成形することによって、研削加工では困難な形状の高融点光学ガラス素子を大量にプレス成形することが可能となった。
【００３２】
以上のように、本発明の型は前述した高精度な光学ガラス素子を直接プレス成形するための必要条件を全て満たし、これまで成形で作製できなかった形状の高融点光学ガラス素子を、大量にプレス成形することが可能となった。
【００３３】
なお、本発明を説明するために、実施例においてプレス成形用型の母材として、ＷＣを主成分とする超硬合金を用いたが、ＴｉＮあるいはＴｉＣを主成分とするサーメットあるいはＷＣ焼結体を母材に用いてもまったく同様の結果が得られた。
【００３４】
また保護膜については、実施例においてＰｔ−Ｉｒを用いたがその他のＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａから選ばれる少なくとも１種類以上の金属を含む貴金属系合金薄膜を用いてもまったく同様の結果が得られた。
【００３５】
さらに、本実施例では曲率半径１ｍｍの凹面形状の金型の作製について述べたが、従来研削では加工が困難な形状、例えば軸非対称レンズやマイクロプリズムアレイなどの金型も加工できるようになることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は光学ガラス素子のプレス成形用型を作製するにあたり、母材として超硬合金、サーメット及びＷＣ焼結体を用い、該母材上に切削加工層として、含有率が２０〜８０ａｔ％のＳｉと残りがＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓから選ばれる金属との合金薄膜を形成し、該加工層を切削加工により所望の形状に精密加工した後、該薄膜上に保護層としてＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａから選ばれる少なくとも１種類以上の金属を含む貴金属系合金薄膜を形成することにより、ガラス成形用型材料に要求される必要条件をすべて満たし、多種多様な形状の高融点光学ガラス素子のプレス成形用型を提供したものであり、この型を用いて光学ガラスを繰り返しプレス成形することによって、従来プレス成形では得られなかった形状の高融点光学ガラス素子を安価に、かつ、大量に製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるプレス成形用型の構成を示す断面図
【図２】本発明の一実施例のプレス成形用型を用いたプレス成形機の概略図
【符号の説明】
１１Ｐｔ−Ｉｒ合金保護膜
１２Ｓｉ−Ｎｉ合金切削膜
１３母材
２１上型ヒーターブロック
２２上型用加熱ヒーター
２３上型
２４ガラス素材
２５下型
２６下型用加熱ヒーター
２７下型ヒーターブロック
２８覆い
２９胴型
２１０プランジャー
２１１位置決め用センサー
２１２ストッパー

Claims

母材にタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、チタンカーバイド（ＴｉＣ）あるいはチタンナイトライド（ＴｉＮ）を主成分とするサーメット、またはＷＣ焼結体を用い、該母材上に切削加工層としてシリコン（Ｓｉ）を主成分とする合金薄膜を備え、該加工層上に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）から選ばれる少なくとも１種類以上の金属を含む貴金属系合金薄膜を形成し、
前記Ｓｉを主成分とする合金薄膜として、含有率が２０〜８０ａｔ％のＳｉと、残りがニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）から選ばれる金属との合金薄膜を用いることを特徴とする光学ガラス素子のプレス成形用型。
母材のタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、チタンカーバイド（ＴｉＣ）あるいはチタンナイトライド（ＴｉＮ）を主成分とするサーメット、またはＷＣ焼結体上に、スパッタ法あるいは蒸着法によって含有率が２０〜８０ａｔ％のＳｉと残りがＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓから選ばれる金属との合金薄膜を形成し、該薄膜を切削加工により所望の形状に精密加工した後、該薄膜上に保護層としてＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａから選ばれる少なくとも１種類以上の金属を含む貴金属系合金薄膜を形成して作製された光学ガラス素子のプレス成形用型を用いて、軟化点が６００℃以上の高融点ガラスをプレス成形することを特徴とする光学ガラス素子のプレス成形方法。