JP4307983B2 - Optical element molding die and optical element molding method - Google Patents

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この発明は、レンズ、プリズム等の光学素子をガラス素材のプレス成形により製造するための光学素子成形用型及びこれを用いた光学素子成形方法に関する。 The present invention, lenses, relates to an optical element such as a prism optical element molding method using the mold and this optical element molding for the manufacture by press molding of glass material.

近年、このようなガラス素材から光学素子を製造する方法として、成形型を用いたプレス成形がある。この製造方法では、研磨加工を必要としないため、簡単且つ安価に光学素子を製造できる利点を有する。従来、このプレス成形に使用される光学素子成形用型としては、成形の際にガラス素材に接触する成形面の表面粗さを保持し、長時間にわたる光学素子の成形を可能とするものが種々検討されている。   In recent years, as a method for producing an optical element from such a glass material, there is press molding using a molding die. Since this manufacturing method does not require polishing, it has an advantage that an optical element can be manufactured easily and inexpensively. Conventionally, there are various types of molds for molding optical elements used for press molding, which can maintain the surface roughness of the molding surface that comes into contact with the glass material during molding and can mold optical elements over a long period of time. It is being considered.

すなわち、このような光学素子成形用型は、クロム、チタン等の金属材料を結合材として焼結した超硬合金やサーメットから形成される型母材と、光学素子を製造する際にガラス素材に直接接触する貴金属層と、これら型母材および貴金属層の間に形成される中間層とを備えている(例えば、特許文献1参照。)。
貴金属層は、白金、イリジウム等の貴金属材料から形成されており、ガラス素材の融着を防ぐようになっている。また、中間層は、窒化チタン、炭化クロム、炭化チタン、炭化ニオブ、炭化タンタル、炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、チタン、クロムから選ばれる1種類以上の材料から形成されている。
上記のように、チタン、クロム等の金属材料を含む中間層の形成は、型母材に含まれる金属成分の成形面への析出防止を目的としている。また、この中間層の形成は、型母材と貴金属層との密着力向上による貴金属層の剥離防止、およびプレス成形における熱サイクルの応力緩和による成形面の粗さ増大の抑制を目的としている。
特公昭62−28093号公報
That is, such an optical element molding die is used as a mold base material formed from cemented carbide or cermet sintered with a metal material such as chromium or titanium as a binder, and as a glass material when manufacturing an optical element. A noble metal layer in direct contact and an intermediate layer formed between the mold base material and the noble metal layer are provided (see, for example, Patent Document 1).
The noble metal layer is made of a noble metal material such as platinum or iridium, and prevents the glass material from being fused. The intermediate layer is made of one or more materials selected from titanium nitride, chromium carbide, titanium carbide, niobium carbide, tantalum carbide, silicon carbide, alumina, zirconia, titanium, and chromium.
As described above, the formation of the intermediate layer containing a metal material such as titanium or chromium aims at preventing precipitation of the metal component contained in the mold base material on the molding surface. The formation of the intermediate layer is intended to prevent peeling of the noble metal layer by improving the adhesion between the mold base material and the noble metal layer, and to suppress an increase in the roughness of the molding surface due to thermal relaxation during press molding.
Japanese Patent Publication No.62-28093

しかしながら、上記従来の光学素子成形用型においては、中間層が、チタン、クロム等の金属材料を含む化合物により形成されていた。このため、プレス成形を繰り返した際には、金属材料が成形面である貴金属層の表面に析出してガラス素材の融着を引き起こすという問題があった。また、貴金属層から中間層内部に微量の酸素が侵入し、この微量酸素が中間層を酸化させて密着力が低下するという問題があった。
さらに、プレス成形時の熱により成形面に析出した金属材料が酸化したり、貴金属層の成形面に不均一な結晶成長が発生したりするため、成形面の表面粗さが次第に増大するという問題があった。以上のことから、繰り返しプレス成形を行うことにより、成形される光学素子の面精度低下や、ガラス素材の食いつきによる離型不能といった不具合が発生するという問題があった。
However, in the conventional optical element molding die, the intermediate layer is formed of a compound containing a metal material such as titanium or chromium. For this reason, when press molding is repeated, there is a problem that the metal material is deposited on the surface of the noble metal layer, which is the molding surface, to cause fusion of the glass material. In addition, there is a problem that a small amount of oxygen penetrates from the noble metal layer into the intermediate layer, and this small amount of oxygen oxidizes the intermediate layer, resulting in a decrease in adhesion.
Furthermore, the metal material deposited on the molding surface is oxidized by heat during press molding, or uneven crystal growth occurs on the molding surface of the noble metal layer, so that the surface roughness of the molding surface gradually increases. was there. From the above, there are problems that repeated press molding causes problems such as reduction in surface accuracy of the optical element to be molded and inability to release due to biting of the glass material.

なお、プレス成形時の熱によって貴金属層の成形面に不均一な結晶成長が発生する要因は、本発明者の鋭意研究により明らかにされた。
すなわち、本発明者は、中間層や貴金属層の成膜の結晶状態に応じて、光学素子の成形の際に発生する成形面粗さの増加に関係があることを見出した。また、表面層を形成する白金、イリジウム等の貴金属材料は、その直下に形成される中間層や型母材の結晶粒毎の結晶方位の影響を受けることを見出した。さらに、中間層にチタン、クロム等の金属材料を用いた場合、中間層の結晶粒毎の結晶方位が、その直下にある型母材の結晶粒毎の結晶方位の影響を受けることを見出した。
In addition, the cause of non-uniform crystal growth on the molding surface of the noble metal layer due to heat during press molding has been clarified by the inventors' diligent research.
That is, the present inventor has found that there is a relationship with an increase in molding surface roughness that occurs during molding of an optical element, depending on the crystal state of the intermediate layer or noble metal layer. Further, it has been found that noble metal materials such as platinum and iridium forming the surface layer are affected by the crystal orientation of each crystal grain of the intermediate layer and mold base material formed immediately below. Furthermore, when a metal material such as titanium or chromium was used for the intermediate layer, it was found that the crystal orientation of each crystal grain of the intermediate layer was affected by the crystal orientation of each crystal grain of the mold base material immediately below it. .

そして、上述した内容から、型母材を構成する材料の結晶粒径よりも大きい結晶粒で中間層を形成し、さらに表面層を貴金属材料により形成した場合には、貴金属層の結晶毎の結晶方位が、中間層自体の各結晶粒の結晶方位や、中間層を介して型母材の各結晶粒の結晶方位に影響を受けることを見出した。また、プレス成形の際には、熱による型母材の結晶成長や酸化の速度、進行度合いが、型母材の結晶粒毎に異なることを見出した。
以上の2点から、本発明者は、母材の結晶成長や酸化の速度、進行度合いが、母材の結晶粒毎に貴金属層の各結晶にそれぞれ異なる影響を与えて、貴金属層の各結晶の結晶成長や酸化の速度、進行度合いが異なるため、不均一な結晶成長等が発生し、成形面の粗さ増大を招くことを見出した。
From the above-mentioned contents, when the intermediate layer is formed with crystal grains larger than the crystal grain size of the material constituting the mold base material, and the surface layer is further formed with a noble metal material, crystals for each crystal of the noble metal layer It has been found that the orientation is affected by the crystal orientation of each crystal grain of the intermediate layer itself and the crystal orientation of each crystal grain of the mold base material via the intermediate layer. Further, during press molding, it has been found that the crystal growth, oxidation rate, and progress of the mold base material due to heat differ for each crystal grain of the mold base material.
From the above two points, the present inventors have found that each crystal of the noble metal layer has different effects on the crystal of the noble metal layer depending on the crystal growth and oxidation rate and progress of the base material for each crystal grain of the base material. It has been found that the crystal growth, oxidation rate, and progress are different, resulting in non-uniform crystal growth and an increase in the roughness of the molding surface.

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、プレス成形により光学素子を繰り返し成形しても、成形面の表面粗さの増大を防止して、面精度の高い光学素子を成形できる光学素子成形用型及びこれを用いた光学素子成形方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and even if an optical element is repeatedly molded by press molding, an increase in surface roughness of the molding surface is prevented, and an optical element with high surface accuracy is molded. It is an object of the present invention to provide an optical element molding die that can be used and an optical element molding method using the same.

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項1に係る発明は、ガラス素材をプレス成形して光学素子を成形するための光学素子成形用型であって、焼結した超硬合金もしくは炭化ケイ素からなる型母材と、該型母材の表面上に形成され、プレス成形の際に前記ガラス素材に接触する表面層と、これら型母材と表面層との間に形成された中間層とを備え、前記表面層が、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウムから選択される少なくとも1種類の元素、またはこれら元素を含む合金、化合物から形成され、該中間層が、母材表面層と金属層と窒化物層を備え、該母材表面層が、前記型母材の表面に接触するように、タングステン、炭素、炭化タングステン、炭化ケイ素のうち少なくとも1種類の材料から非晶質状態に形成され、前記金属層が、前記母材表面層と前記表面層との間に、クロム、チタン、アルミ、モリブデンのうち少なくとも1種類の金属材料から形成され、前記窒化物層が、前記金属層と前記表面層との間にクロム、チタン、アルミ、モリブデンのうち少なくとも1種類の元素を含む窒化物から形成されることを特徴とする光学素子成形用型を提案している。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The invention according to claim 1 is an optical element molding die for press-molding a glass material to mold an optical element, the mold base material made of sintered cemented carbide or silicon carbide, and the mold base A surface layer formed on the surface of the material and in contact with the glass material during press molding, and an intermediate layer formed between the mold base material and the surface layer, wherein the surface layer is platinum, Formed of at least one element selected from palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, or an alloy or compound containing these elements, and the intermediate layer includes a base material surface layer, a metal layer, and a nitride layer, The base material surface layer is formed in an amorphous state from at least one material of tungsten, carbon, tungsten carbide, and silicon carbide so as to contact the surface of the mold base material, and the metal layer is Base material Between the surface layer and the surface layer, the nitride layer is formed of at least one metal material of chromium, titanium, aluminum, and molybdenum, and the nitride layer is formed between the metal layer and the surface layer. proposes aluminum, at least one element is formed of a nitride containing an optical element molding die according to claim Rukoto of molybdenum.

この発明に係る光学素子成形用型によれば、母材表面層を非晶質状態に形成することにより、プレス成形の際に、型母材の結晶粒毎に異なる結晶方位の影響を表面層に与えないようにされている
したがって、この発明に係る光学素子成形用型によれば、光学素子成形用型を加熱することにより型母材において結晶成長や酸化が発生しても、型母材の結晶粒や結晶粒界の影響を表面層に与えることが無くなり、ガラス素材に接触する成形面の粗さの増加を防止できる。
According to the optical element molding die according to the present invention, by forming the base material surface layer to the amorphous state, at the time of press forming, the surface layer the influence of the crystal orientation of the crystal grains each different type matrix Is not to be given to .
Therefore, according to the optical element molding die of the present invention, even if crystal growth or oxidation occurs in the mold base material by heating the optical element molding die, the crystal grains and crystal grain boundaries of the mold base material No influence is exerted on the surface layer, and an increase in the roughness of the molding surface in contact with the glass material can be prevented.

また、この発明に係る光学素子成形用型によれば、クロム、チタン、アルミ、モリブデンからなる金属層を母材表面層と表面層との間に形成しておくことにより、十分な密着力を得ることができると共に、プレス成形時の熱サイクルによって発生する応力を緩和できる。Further, according to the optical element molding die according to the present invention, a sufficient adhesion can be obtained by forming a metal layer made of chromium, titanium, aluminum, and molybdenum between the base material surface layer and the surface layer. It can be obtained, and stress generated by the thermal cycle during press molding can be relieved.
したがって、プレス成形を繰り返し行っても、表面層の剥離を確実に防止できる。Therefore, even if press molding is repeated, peeling of the surface layer can be reliably prevented.

また更に、この発明に係る光学素子成形用型によれば、窒化クロム、窒化チタン、窒化アルミ、窒化アルミチタン、窒化モリブデンのような窒化物から形成される窒化物層は、耐熱性、耐酸化性に優れた性質を有しているため、繰り返しプレス成形を行っても、酸素が表面層の成形面から中間層内部に侵入することを防止できる。このため、酸素がクロムやチタン等から形成される金属層に到達することがなく、金属層の酸化による密着力の低下を防ぐことができる。したがって、表面層の剥離を長期間にわたって防止できる。Still further, according to the mold for molding an optical element according to the present invention, a nitride layer formed of a nitride such as chromium nitride, titanium nitride, aluminum nitride, aluminum nitride titanium, molybdenum nitride has heat resistance and oxidation resistance. Therefore, even if repeated press molding is performed, oxygen can be prevented from entering the intermediate layer from the molding surface of the surface layer. For this reason, oxygen does not reach the metal layer formed of chromium, titanium, or the like, and it is possible to prevent a decrease in adhesion due to oxidation of the metal layer. Therefore, peeling of the surface layer can be prevented over a long period.
また、この窒化物層は、化合物としても安定しているため、金属層のチタン、クロム等の金属材料が表面層の成形面にまで析出しない。したがって、析出した金属材料の酸化による成形面の粗さ増加を防止できると共に、プレス成形の際にガラス素材が成形面に融着することを防止できる。Further, since this nitride layer is also stable as a compound, a metal material such as titanium or chromium in the metal layer does not precipitate on the molding surface of the surface layer. Therefore, an increase in the roughness of the molding surface due to oxidation of the deposited metal material can be prevented, and the glass material can be prevented from being fused to the molding surface during press molding.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光学素子成形用型において、前記窒化物層が、前記金属層に向けて窒素濃度が漸次減少する窒素濃度傾斜層を備えることを特徴とする光学素子成形用型を提案している。
この発明に係る光学素子成形用型によれば、窒素化合物からなる窒化物層と、窒素を含まない金属材料からなる金属層との境界が不明確となるため、プレス成形の温度を上昇させても窒化物層が金属層から剥離することがない。したがって、表面層が浮き上がることなく、表面層の成形面の粗さ増大を確実に防止できる。
The invention according to claim 2 is the optical element molding die according to claim 1 , wherein the nitride layer includes a nitrogen concentration gradient layer in which the nitrogen concentration gradually decreases toward the metal layer. An optical element mold has been proposed.
According to the optical element molding die according to the present invention, the boundary between the nitride layer made of a nitrogen compound and the metal layer made of a metal material not containing nitrogen becomes unclear. Also, the nitride layer does not peel from the metal layer. Therefore, it is possible to reliably prevent an increase in the roughness of the molding surface of the surface layer without lifting the surface layer.

請求項3にかかる発明は、請求項1に記載の光学素子成形用型を用いてガラス素材を成形することを特徴とする光学素子成形方法を提案している。 The invention according to claim 3 proposes an optical element molding method characterized by molding a glass material using the optical element molding die according to claim 1.

以上説明したように、請求項1に係る発明によれば、非晶質に形成されたタングステン、炭素、炭化タングステン、炭化ケイ素のうち少なくとも1種類からなる母材表面層を型母材に接触して形成しておくことにより、ガラス素材に接触する表面層の成形面の粗さが増加することを防止できるため、面精度の高い光学素子を成形することができる。
また、層と表面層との間にクロム、チタン、アルミ、モリブデンの少なくとも1種類の金属材料からなる金属層を備えることにより、繰り返しプレス成形を行う際に、表面層の剥離に基づくガラス素材の融着を確実に防いで、面精度の高い光学素子を成形することが可能となる。
また、金属層と表面層の間にチタンやクロムからなる窒化物層を形成しておくことにより、プレス成形の際に、ガラス素材が成形面に融着することを防止すると共に、金属層を形成する金属材料の酸化による密着力の低下も防ぐことができるため、長期間にわたって面精度の高い光学素子を成形することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the base material surface layer made of at least one of tungsten, carbon, tungsten carbide, and silicon carbide formed in an amorphous state is brought into contact with the mold base material. By forming the surface, it is possible to prevent the roughness of the molding surface of the surface layer in contact with the glass material from increasing, so that an optical element with high surface accuracy can be molded.
Further, by providing a metal layer made of at least one metal material of chromium, titanium, aluminum, and molybdenum between the layer and the surface layer, the glass material based on the peeling of the surface layer can be used when repeatedly pressing. It becomes possible to mold an optical element with high surface accuracy while reliably preventing fusion.
In addition, by forming a nitride layer made of titanium or chromium between the metal layer and the surface layer, the glass material is prevented from being fused to the molding surface during press molding, and the metal layer is Since it is possible to prevent a decrease in adhesion due to oxidation of the metal material to be formed, an optical element with high surface accuracy can be molded over a long period of time.

また、請求項2に係る発明によれば、窒化物層と金属層との境界を不明確とすることにより、表面層の成形面の粗さ増大を確実に防止できるため、面精度の高い光学素子をさらに長期にわたって成形することができる。 Further, according to the invention of claim 2 , since the boundary between the nitride layer and the metal layer is obscured, an increase in the roughness of the molding surface of the surface layer can be reliably prevented. The element can be molded for a longer period of time.

さらに、請求項3に係る発明によれば、光学素子の面精度が高いため、光学的精度の高い光学素子を得ることができる。
Furthermore, according to the invention of claim 3 , since the surface accuracy of the optical element is high, an optical element with high optical accuracy can be obtained.

図1,2はこの発明に係る第1の実施形態を示す。この実施の形態に係る光学素子成形用型は、凸レンズ(光学素子)をプレス成形により製造するためのものである。この光学素子成形用型1は、図1に示すように、一対の型母材2,2と、各型母材2の表面2a上に形成され、プレス成形の際にガラス素材Mに接触する成形面3aを有する表面層3と、これら型母材2と表面層3との間に形成された中間層4とを備えている。
型母材2は、焼結した超硬合金または炭化ケイ素から形成されており、その表面2aは、凸レンズの曲率半径に合わせて凹面状に形成されている。
1 and 2 show a first embodiment according to the present invention. The optical element molding die according to this embodiment is for manufacturing a convex lens (optical element) by press molding. As shown in FIG. 1, the optical element molding die 1 is formed on a pair of mold base materials 2 and 2 and a surface 2a of each mold base material 2, and contacts the glass material M during press molding. A surface layer 3 having a molding surface 3 a and an intermediate layer 4 formed between the mold base material 2 and the surface layer 3 are provided.
The mold base material 2 is formed of sintered cemented carbide or silicon carbide, and the surface 2a is formed in a concave shape in accordance with the radius of curvature of the convex lens.

中間層4は、図2に示すように、型母材2の表面2aに接触して非晶質状態もしくは1〜2μmの結晶粒からなる結晶状態に形成されたタングステン、炭化タングステン等の材料からなる母材表面層5と、母材表面層5の表面5aに接触して形成され、クロム、チタン等の金属材料からなる金属層6と、金属層6の表面6aに接触して形成され、クロム、チタン等の元素を含む窒化物からなる窒化物層7とから構成されている。
表面層3は、白金、イリジウム等の金属材料からなり、窒化物7の表面7aに接触して形成されている。この表面層3は、RFスパッタ、イオンビームスパッタ、蒸着等のPVD(物理的気相成長法)やCVD(化学的気相成長法)により形成される。
As shown in FIG. 2, the intermediate layer 4 is made of a material such as tungsten or tungsten carbide formed in an amorphous state or a crystalline state composed of crystal grains of 1 to 2 μm in contact with the surface 2 a of the mold base 2. Formed in contact with the base material surface layer 5 and the surface 5a of the base material surface layer 5, formed in contact with the metal layer 6 made of a metal material such as chromium, titanium, and the surface 6a of the metal layer 6, And a nitride layer 7 made of a nitride containing an element such as chromium or titanium.
The surface layer 3 is made of a metal material such as platinum or iridium, and is formed in contact with the surface 7 a of the nitride 7. The surface layer 3 is formed by PVD (physical vapor deposition) or CVD (chemical vapor deposition) such as RF sputtering, ion beam sputtering, or vapor deposition.

なお、母材表面層5は、RFスパッタ、イオンビームスパッタ、蒸着等のPVD、CVD、母材表面層5を形成する材料をイオン注入する方法、母材表面層5を形成する材料にアルゴンガス等のイオンを電気的に加速して型母材に照射しながら成膜するイオンアシスト成膜法や、イオン注入しながら成膜するイオンビームミキシング法により形成される。また、結晶成長を効率よく抑制するために、母材表面層5の材料および型母材2の温度を母材表面層5の材料の結晶成長温度未満に制御しながら、母材表面層5を形成することが好ましい。これらの方法により非晶質状態もしくは1〜2μmの結晶粒からなる結晶状態に制御して母材表面層5を形成することが可能となる。   The base material surface layer 5 is formed by PVD such as RF sputtering, ion beam sputtering and vapor deposition, CVD, a method of ion-implanting a material for forming the base material surface layer 5, and an argon gas as a material for forming the base material surface layer 5. The film is formed by an ion-assisted film formation method in which film formation is performed while irradiating a mold base material by electrically accelerating ions such as ion beam mixing. Further, in order to efficiently suppress the crystal growth, while controlling the temperature of the material of the base material surface layer 5 and the temperature of the mold base material 2 to be lower than the crystal growth temperature of the material of the base material surface layer 5, the base material surface layer 5 is It is preferable to form. By these methods, the base material surface layer 5 can be formed while being controlled to be in an amorphous state or a crystalline state composed of 1 to 2 μm crystal grains.

これら型母材2、母材表面層5、金属層6、窒化物層7および表面層3の材質および形成方法を変えて9種類の光学素子成形用型を作製した。具体的な構成を表1に示す。   Nine types of optical element molding dies were produced by changing the materials and forming methods of the mold base material 2, the base material surface layer 5, the metal layer 6, the nitride layer 7 and the surface layer 3. A specific configuration is shown in Table 1.

Figure 0004307983
Figure 0004307983

表1中の成形型1〜成形型3の形成方法は、以下の通りである。
はじめに、炭化タングステン(WC)を主成分とする超硬合金からなる型母材2を焼結により形成し、この型母材2の表面2aに炭化タングステン(WC)からなる母材表面層5をイオンビームスパッタにより形成する。次いで、クロム(Cr)からなる金属層6をイオンビームスパッタにより成膜し、窒化クロム(CrN)からなる窒化物層7を、窒素ガスを流しながらクロムをスパッタする反応スパッタにより形成する。最後に、白金−イリジウム合金(Pt−Ir)、又はイリジウム−レニウム合金(Ir−Re)、又は白金(Pt)からなる表面層3をスパッタにより形成する。
The forming methods of Mold 1 to Mold 3 in Table 1 are as follows.
First, a mold base material 2 made of a cemented carbide mainly composed of tungsten carbide (WC) is formed by sintering, and a base material surface layer 5 made of tungsten carbide (WC) is formed on the surface 2a of the mold base material 2. It is formed by ion beam sputtering. Next, a metal layer 6 made of chromium (Cr) is formed by ion beam sputtering, and a nitride layer 7 made of chromium nitride (CrN) is formed by reactive sputtering in which chromium is sputtered while flowing nitrogen gas. Finally, a surface layer 3 made of platinum-iridium alloy (Pt-Ir), iridium-rhenium alloy (Ir-Re), or platinum (Pt) is formed by sputtering.

また、表1中の成形型4〜成形型6の形成方法は、以下の通りである。
はじめに、炭化タングステン(WC)を主成分とする超硬合金からなる型母材2を焼結により形成し、この型母材2の表面2aに炭化タングステン(WC)からなる母材表面層5をイオンビームスパッタにより形成する。次いで、チタン(Ti)からなる金属層6をRFスパッタにより成膜し、窒化チタン(TiN)からなる窒化物層7を、窒素ガスを流しながらチタンをスパッタする反応スパッタにより形成する。最後に、白金−イリジウム合金(Pt−Ir)、又はイリジウム−レニウム合金(Ir−Re)、又は白金(Pt)からなる表面層3をスパッタにより形成する。
Moreover, the formation method of the shaping | molding die 4-the shaping | molding die 6 in Table 1 is as follows.
First, a mold base material 2 made of a cemented carbide mainly composed of tungsten carbide (WC) is formed by sintering, and a base material surface layer 5 made of tungsten carbide (WC) is formed on the surface 2a of the mold base material 2. It is formed by ion beam sputtering. Next, a metal layer 6 made of titanium (Ti) is formed by RF sputtering, and a nitride layer 7 made of titanium nitride (TiN) is formed by reactive sputtering in which titanium is sputtered while flowing nitrogen gas. Finally, a surface layer 3 made of platinum-iridium alloy (Pt-Ir), iridium-rhenium alloy (Ir-Re), or platinum (Pt) is formed by sputtering.

また、表1中の成形型7〜成形型9の形成方法は、以下の通りである。
はじめに、炭化ケイ素(SiC)を主成分とする型母材2を焼結により形成し、この型母材2の表面2aに炭化ケイ素(SiC)からなる母材表面層5をCVDにより成膜する。その後、母材表面層5の表面5aを鏡面研磨して形成する。次いで、クロム(Cr)からなる金属層6をRFスパッタにより成膜し、窒化クロム(CrN)からなる窒化物層7を、窒素ガスを流しながらクロムをスパッタする反応スパッタにより形成する。最後に、白金−イリジウム合金(Pt−Ir)、又はイリジウム−レニウム合金(Ir−Re)、又は白金(Pt)からなる表面層3をRFスパッタにより形成する。
Moreover, the formation method of the shaping | molding die 7-the shaping | molding die 9 in Table 1 is as follows.
First, a mold base material 2 mainly composed of silicon carbide (SiC) is formed by sintering, and a base material surface layer 5 made of silicon carbide (SiC) is formed on the surface 2a of the mold base material 2 by CVD. . Thereafter, the surface 5a of the base material surface layer 5 is formed by mirror polishing. Next, a metal layer 6 made of chromium (Cr) is formed by RF sputtering, and a nitride layer 7 made of chromium nitride (CrN) is formed by reactive sputtering in which chromium is sputtered while flowing nitrogen gas. Finally, a surface layer 3 made of platinum-iridium alloy (Pt-Ir), iridium-rhenium alloy (Ir-Re), or platinum (Pt) is formed by RF sputtering.

表1に示すように、上述した成形型1〜成形型9に対する3つの比較例の光学素子成形用型1として、母材表面層5を省略した比較例1と、母材表面層5および窒化物層7を省略した比較例2と、成形型4から母材表面層5、金属層6、窒化物層7を省略した比較例3とを作製した。これら比較例1〜比較例3の製造は、成形型1や成形型4と同様にして行われている。
なお、成形型1〜成形型3、成形型7〜成形型9における窒化物層7の組成は、表1においてCrNと表記されているが、実際には、CrNにCrあるいはCrNが混合したものでも良い。また、成形型4〜成形型6及び比較例1における窒化物層7の組成は、表1においてTiNと表記されているが、実際には、TiNにTiあるいはTiNが混合したものでも良い。さらに、成形型4〜成形型6及び比較例1における窒化物層7の組成は、TiNに限ることはなく、例えば、窒化アルミチタン(TiAlN)であってもよい。
As shown in Table 1, as the optical element molding die 1 of the three comparative examples for the molding die 1 to the molding die 9 described above, Comparative Example 1 in which the base material surface layer 5 is omitted, the base material surface layer 5 and nitriding Comparative Example 2 in which the material layer 7 was omitted and Comparative Example 3 in which the base material surface layer 5, the metal layer 6, and the nitride layer 7 were omitted from the mold 4 were produced. The manufacture of Comparative Examples 1 to 3 is performed in the same manner as the mold 1 and the mold 4.
In addition, although the composition of the nitride layer 7 in the mold 1 to the mold 3 and the mold 7 to the mold 9 is expressed as CrN in Table 1, actually Cr or Cr 2 N is mixed with CrN. What you did is fine. Further, the composition of the mold 4 to 6 and the nitride layer 7 in the comparative example 1 is expressed as TiN in Table 1, but actually TiN and Ti or Ti 2 N may be mixed. . Further, the composition of the mold 4 to the mold 6 and the nitride layer 7 in the comparative example 1 is not limited to TiN, and may be, for example, aluminum titanium nitride (TiAlN).

以上の12種類の光学素子成形用型1について、光学素子成形用型1の温度を580℃に固定して、実際にガラス素材Mを用いて繰り返しプレス成形を行い、表面層3の成形面3aおよび凸レンズとなる成形品に不具合が発生するまでの成形回数に関してそれぞれ実験を行った。これらの実験結果を表2に示す。   About the above 12 types of optical element molding dies 1, the temperature of the optical element molding dies 1 is fixed at 580 ° C., and actually, the glass material M is repeatedly pressed to form the molding surface 3 a of the surface layer 3. An experiment was conducted with respect to the number of moldings until a defect occurred in a molded product that would become a convex lens. Table 2 shows the results of these experiments.

Figure 0004307983
Figure 0004307983

表2の結果によれば、本発明の実施形態である成形型1〜成形型9については、3000回以上のプレス成形を行っても、表面層3の成形面3a、および成形品に不具合が認められなかった。これに対して比較例1については、プレス成形を約140回繰り返した時点で成形品の表面が曇るという不具合が発生した。   According to the results in Table 2, with respect to the mold 1 to the mold 9 according to the embodiment of the present invention, there are defects in the molding surface 3a of the surface layer 3 and the molded product even when press molding is performed 3000 times or more. I was not able to admit. On the other hand, in Comparative Example 1, there was a problem that the surface of the molded product was clouded when press molding was repeated about 140 times.

比較例1について、この時点における表面層3の成形面3aの表面粗さを測定したところ、数値上の粗さ増加は確認されなかった。しかしながら、この成形面3aを形成する結晶粒を電子顕微鏡にて観察したところ、型母材2の結晶粒、結晶粒界と同様の模様が認められ、それぞれの結晶粒の表面の一部に微細な凹凸が存在し、さらに結晶粒界が顕著に目立っていた。これは、型母材2の表面2aに露出した結晶粒各々の結晶方位が異なり、その上に形成される金属層6や表面層3の結晶方位が型母材2の結晶方位の影響を受けて結晶粒単位で異なった膜形成をしているためである。つまり、金属層6や表面層3において、成形時の熱に応じて結晶成長や酸化の度合いが型母材2の結晶粒と同様の単位で異なるため、成形面3aの粗さが増大するものと考えられる。
また、成形品の表面を詳細に観察したところ、表面層3の成形面3aと同様の模様が認められた。以上のことから、成形面3aの微細な表面形状の変化が成形品の表面に転写され、曇りが発生したものと考えられる。
Regarding Comparative Example 1, when the surface roughness of the molding surface 3a of the surface layer 3 at this time was measured, no increase in numerical roughness was confirmed. However, when the crystal grains forming the molding surface 3a were observed with an electron microscope, patterns similar to the crystal grains and crystal grain boundaries of the mold base material 2 were observed, and a small portion of the surface of each crystal grain was observed. There were irregularities and crystal grain boundaries were conspicuous. This is because the crystal orientation of each crystal grain exposed on the surface 2 a of the mold base 2 is different, and the crystal orientation of the metal layer 6 and the surface layer 3 formed thereon is affected by the crystal orientation of the mold base 2. This is because different films are formed on a crystal grain basis. That is, in the metal layer 6 and the surface layer 3, the degree of crystal growth and oxidation differs in the same units as the crystal grains of the mold base material 2 depending on the heat during molding, so that the roughness of the molding surface 3a increases. it is conceivable that.
Moreover, when the surface of the molded product was observed in detail, the same pattern as the molding surface 3a of the surface layer 3 was recognized. From the above, it is considered that the fine change in the surface shape of the molding surface 3a is transferred to the surface of the molded product, and fogging occurs.

一方、成形型1〜成形型9について、表面層3の成形面3aを詳細に観察すると、型母材2の結晶粒、結晶粒界とは異なる模様となっており、金属層6、窒化物層7および表面層3が型母材2の結晶粒や結晶粒界の影響を受けていないことが分かる。これは、母材表面層5の結晶粒径を、型母材2の結晶粒径よりも小さい2μm以下としたためであると考えられる。
したがって、成形型1〜成形型9の場合には、光学素子成形用型1を加熱することにより型母材2において結晶成長や酸化が発生しても、型母材2の結晶粒や結晶粒界の影響が表面層3に伝達されないため、ガラス素材Mに接触する成形面3aの粗さの増大を防止できる。
On the other hand, when the molding surface 3a of the surface layer 3 is observed in detail for the molding die 1 to the molding die 9, the pattern is different from the crystal grains and grain boundaries of the mold base material 2, and the metal layer 6, nitride It can be seen that the layer 7 and the surface layer 3 are not affected by the crystal grains and grain boundaries of the mold base material 2. This is presumably because the crystal grain size of the base material surface layer 5 is 2 μm or less, which is smaller than the crystal grain size of the mold base material 2.
Therefore, in the case of the mold 1 to the mold 9, even if crystal growth or oxidation occurs in the mold base 2 by heating the optical element molding mold 1, crystal grains and crystal grains of the mold base 2 Since the influence of the field is not transmitted to the surface layer 3, an increase in the roughness of the molding surface 3a that contacts the glass material M can be prevented.

また、比較例2については、プレス成形を約70回繰り返した時点でガラス素材Mが表面層3の成形面3aに融着する不具合が発生し、さらにプレス成形を繰り返したところ、成形品が割れてプレス成形の継続が不可能となった。この成形面3aを詳細に観察したところ、成形面3aの一部に変色が認められた。この変色部分は、元素分析によりクロムや酸化クロムであることが判明し、金属層6のクロムが成形面3aに析出して、その一部が酸化したものであることが分かった。したがって、プレス成形の際には、ガラス素材Mがこれらクロムおよび酸化クロムに融着したと考えられる。   Moreover, about the comparative example 2, when press molding is repeated about 70 times, the malfunction that the glass raw material M fuse | melts to the molding surface 3a of the surface layer 3 generate | occur | produces, and when a press molding is repeated further, a molded article cracks. It became impossible to continue press molding. When the molding surface 3a was observed in detail, discoloration was recognized in a part of the molding surface 3a. This discolored portion was found to be chromium or chromium oxide by elemental analysis, and it was found that chromium of the metal layer 6 was deposited on the molding surface 3a and a part thereof was oxidized. Therefore, it is considered that the glass material M was fused to these chromium and chromium oxide at the time of press molding.

一方、成形型1〜成形型9および比較例1について、表面層3の成形面3aを詳細に観察しても、前述の変色部分が見られなかった。これは、窒化クロム、窒化チタン、窒化アルミチタン等の窒化物が化合物として安定した性質を有し、金属層6を形成する金属材料が表面層3の成形面3aに析出することを阻止しているためである。したがって、プレス成形の際に、ガラス素材Mが成形面3aに融着することを防止できる。
また、これら窒化物は、耐熱性、耐酸化性に優れた性質を有しているため、繰り返しプレス成形を行っても、酸素が表面層3の成形面3aから金属層6まで侵入することを阻止する。したがって、繰り返しプレス成形を行っても、金属層6を形成する金属材料の酸化による密着力の低下も防ぐことができる。
On the other hand, even if the molding surface 3a of the surface layer 3 was observed in detail for the molding dies 1 to 9 and the comparative example 1, the above-described discolored portion was not observed. This is because nitrides such as chromium nitride, titanium nitride and aluminum titanium nitride have stable properties as compounds, and prevent the metal material forming the metal layer 6 from being deposited on the molding surface 3a of the surface layer 3. Because it is. Therefore, it is possible to prevent the glass material M from being fused to the molding surface 3a during press molding.
Further, since these nitrides have properties excellent in heat resistance and oxidation resistance, oxygen can penetrate from the molding surface 3a of the surface layer 3 to the metal layer 6 even if repeated press molding is performed. Stop. Therefore, even if it repeats press molding, the fall of the adhesive force by the oxidation of the metal material which forms the metal layer 6 can also be prevented.

また、比較例3では、プレス成形を約50回繰り返した時点でガラス素材Mが表面層3の成形面3aに融着し、成形品の一部が曇るという不具合が発生した。この成形面3aを詳細に観察したところ、密着力が低下して表面層3が型母材2から剥離していることが確認された。また、ガラス素材Mの融着および成形品の曇りが表面層3の剥離部分において発生していることが判明した。このことから、型母材2の露出によるガラス素材Mの融着や、露出した型母材2の酸化により表面粗さの増加に起因する成形品の曇りが発生すると考えられる。   Further, in Comparative Example 3, when the press molding was repeated about 50 times, the glass material M was fused to the molding surface 3a of the surface layer 3, and a part of the molded product was clouded. When this molding surface 3a was observed in detail, it was confirmed that the adhesion was reduced and the surface layer 3 was peeled off from the mold base material 2. Further, it has been found that fusion of the glass material M and fogging of the molded product occur in the peeled portion of the surface layer 3. From this, it is considered that the glass material M is fused due to the exposure of the mold base material 2 and the molded product is fogged due to an increase in surface roughness due to the oxidation of the exposed mold base material 2.

一方、成形型1〜成形型9、比較例1について、表面層3の成形面3aを詳細に観察しても、表面層3の剥離が確認されなかった。これは、金属層6を形成するクロムやチタンが高い密着力を有していることを示しており、金属層6が表面層3の剥離を防止していることが分かる。   On the other hand, even when the molding surface 1a of the surface layer 3 was observed in detail for the molding die 1 to the molding die 9 and the comparative example 1, peeling of the surface layer 3 was not confirmed. This indicates that chromium and titanium forming the metal layer 6 have high adhesion, and it can be seen that the metal layer 6 prevents the surface layer 3 from peeling off.

上記のように、この光学素子成形用型1によれば、非晶質もしくは粒径1〜2μmの結晶粒からなる結晶質に形成されたタングステン、炭素、炭化タングステン、炭化ケイ素のいずれか1つからなる母材表面層5を型母材2に接触して形成しておくことにより、プレス成形の際にガラス素材Mに接触する表面層3の成形面3aの粗さが増加することを確実に防止できるため、面精度の高い凸レンズを成形することができる。   As described above, according to the optical element molding die 1, any one of tungsten, carbon, tungsten carbide, and silicon carbide formed in an amorphous or crystalline material having a grain size of 1 to 2 μm is used. By forming the base material surface layer 5 made of the material in contact with the mold base material 2, it is ensured that the roughness of the molding surface 3a of the surface layer 3 in contact with the glass material M is increased during press molding. Therefore, it is possible to mold a convex lens with high surface accuracy.

また、母材表面層5と窒化物層7、表面層3との間にチタンやクロムからなる金属層6を形成しておくことにより、繰り返しプレス成形を行う際に、表面層3の剥離に基づくガラス素材Mの融着を確実に防いで、高い面精度の凸レンズを成形することが可能となる。
さらに、金属層6と表面層3の間にチタンやクロムからなる窒化物層7を形成しておくことにより、プレス成形の際に、ガラス素材Mが成形面3aに融着することを防止すると共に、金属層6を形成する金属材料の酸化による密着力の低下も防ぐことができるため、長期間にわたって面精度の高い凸レンズを成形することができる。
また、この光学素子成形用型1を用いて成形される凸レンズの面精度は高いため、光学的精度の高い凸レンズを得ることができる。
Further, by forming a metal layer 6 made of titanium or chromium between the base material surface layer 5 and the nitride layer 7 and the surface layer 3, the surface layer 3 can be peeled off during repeated press molding. It is possible to reliably prevent the fusion of the glass material M based on it and to mold a convex lens with high surface accuracy.
Further, by forming a nitride layer 7 made of titanium or chromium between the metal layer 6 and the surface layer 3, it is possible to prevent the glass material M from being fused to the molding surface 3a during press molding. In addition, since it is possible to prevent a decrease in adhesion due to oxidation of the metal material forming the metal layer 6, a convex lens with high surface accuracy can be molded over a long period of time.
Moreover, since the surface accuracy of the convex lens molded using this optical element molding die 1 is high, a convex lens with high optical accuracy can be obtained.

次に、図3は、この発明に係る第2の実施形態を示しており、この実施形態は、図1,2に示す光学素子成形用型1と基本的構成が同一であるが、窒化物層7の構成について異なっている。ここでは、図3において、窒化物層7について説明し、図1,2の構成要素と同一の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。   Next, FIG. 3 shows a second embodiment according to the present invention. This embodiment has the same basic configuration as the optical element molding die 1 shown in FIGS. The structure of the layer 7 is different. Here, in FIG. 3, the nitride layer 7 will be described, and the same components as those in FIGS.

すなわち、窒化物層7は、金属層6に向けて窒素濃度が漸次減少する窒素濃度傾斜層8を備えている。この窒素濃度傾斜層8を有する3種類の光学素子成形用型1を作製した。具体的な構成を表3に示す。   That is, the nitride layer 7 includes a nitrogen concentration gradient layer 8 in which the nitrogen concentration gradually decreases toward the metal layer 6. Three types of optical element molding dies 1 having the nitrogen concentration gradient layer 8 were produced. A specific configuration is shown in Table 3.

Figure 0004307983
Figure 0004307983

表3中の成形型10〜成形型12の形成方法は、以下の通りである。
はじめに、炭化タングステン(WC)を主成分とする超硬合金からなる型母材2を焼結により形成し、この型母材2の表面2aに炭化タングステン(WC)からなる母材表面層5をイオンビームスパッタにより形成する。次いで、クロム(Cr)からなる金属層6をイオンビームスパッタにより成膜し、その後、このクロム成膜を行いながら窒素ガスの導入量を0sccmから8sccmまで徐々に増加させることにより、窒素濃度が徐々に増加する窒素濃度傾斜層8を形成する。そして、窒素ガスの導入量を8sccmに保持した状態で、クロムをスパッタする反応スパッタにより窒化クロム(CrN)からなる残りの窒化物層7を形成する。最後に、白金−イリジウム合金(Pt−Ir)、又はイリジウム−レニウム合金(Ir−Re)、又は白金(Pt)からなる表面層3をイオンビームスパッタにより形成する。
また、これら成形型10〜成形型12に対する比較例として、第1の実施形態において記述した成形型1と同様の構成である比較例4を作製した。これら成形型10〜成形型12および比較例4は、窒素濃度傾斜層8の有無を除いて、型母材2、母材表面層5、金属層6、窒化物層7および表面層3の材質が同一となっている。
The forming method of forming mold 10 to forming mold 12 in Table 3 is as follows.
First, a mold base material 2 made of a cemented carbide mainly composed of tungsten carbide (WC) is formed by sintering, and a base material surface layer 5 made of tungsten carbide (WC) is formed on the surface 2a of the mold base material 2. It is formed by ion beam sputtering. Next, a metal layer 6 made of chromium (Cr) is formed by ion beam sputtering, and then the nitrogen concentration is gradually increased by gradually increasing the amount of nitrogen gas introduced from 0 sccm to 8 sccm while performing this chromium film formation. The nitrogen concentration gradient layer 8 that increases in the following manner is formed. Then, the remaining nitride layer 7 made of chromium nitride (CrN) is formed by reactive sputtering in which chromium is sputtered while the introduction amount of nitrogen gas is maintained at 8 sccm. Finally, a surface layer 3 made of platinum-iridium alloy (Pt-Ir), iridium-rhenium alloy (Ir-Re), or platinum (Pt) is formed by ion beam sputtering.
Further, as a comparative example for these molds 10 to 12, Comparative Example 4 having the same configuration as the mold 1 described in the first embodiment was produced. In these molds 10 to 12 and Comparative Example 4, the materials of the mold base material 2, the base material surface layer 5, the metal layer 6, the nitride layer 7, and the surface layer 3 except for the presence or absence of the nitrogen concentration gradient layer 8. Are the same.

これら4種類の光学素子成形用型1について、実際にガラス素材Mを用いて繰り返しプレス成形を行い、表面層3の成形面3aおよび凸レンズとなる成形品に不具合が発生するまでの成形回数に関してそれぞれ実験を行った。成型時における光学素子成形用型1の温度は、3000回までのプレス成形において580℃とし、その後のプレス成形において600℃とした。これらの実験結果を表4に示す。   With respect to these four types of optical element molding molds 1, the number of times of molding until a defect occurs in the molded surface 3 a of the surface layer 3 and the molded product that becomes the convex lens is actually repeatedly pressed using the glass material M. The experiment was conducted. The temperature of the optical element molding die 1 at the time of molding was 580 ° C. in the press molding up to 3000 times, and 600 ° C. in the subsequent press molding. Table 4 shows the results of these experiments.

Figure 0004307983
Figure 0004307983

表4の結果によれば、580℃で3000回のプレス成形を行っても、成形型10〜成形型12および比較例4に不具合は発生しなかった。しかしながら、600℃に変更してさらにプレス成形を行った結果、成形型10〜成形型12では、2000回以上のプレス成形を行っても不具合が発生しなかったのに対し、比較例4においては、約1500回のプレス成形を行ったあたりでガラス素材Mの融着が認められた。
この比較例4の表面層3の成形面3aを詳細に観察したところ、表面層3および窒化物層7の一部が金属層6から剥離し、剥離した部分には金属層6のクロムが露出していた。ガラス素材Mは、この金属層6のクロムに融着したものと考えられる。
According to the result of Table 4, even if it performed 3000 times of press molding at 580 degreeC, the malfunction did not generate | occur | produce in the shaping | molding die 10-the shaping | molding die 12 and the comparative example 4. FIG. However, as a result of further press molding after changing the temperature to 600 ° C., in the mold 10 to the mold 12, no trouble occurred even after 2000 times of press molding, whereas in the comparative example 4, The glass material M was found to be fused after about 1500 times of press molding.
When the molding surface 3a of the surface layer 3 of the comparative example 4 was observed in detail, a part of the surface layer 3 and the nitride layer 7 was peeled off from the metal layer 6, and the chromium of the metal layer 6 was exposed at the peeled portion. Was. It is considered that the glass material M is fused to the chromium of the metal layer 6.

上記のように、この光学素子成形用型1によれば、窒素濃度傾斜層8を形成して金属層6と窒化物層7との間に明瞭な境界をなくすことにより、プレス成形の温度を上昇させても、窒化物層7が金属層6から剥離することがないため、表面層3の成形面3aの粗さ増大を確実に防止できる。したがって、面精度の高い凸レンズをさらに長期にわたって成形することが可能となる。
また、この光学素子成形用型1を用いて成形される凸レンズの面精度は高いため、光学的精度の高い凸レンズを得ることができる。
As described above, according to this optical element molding die 1, the nitrogen concentration gradient layer 8 is formed to eliminate a clear boundary between the metal layer 6 and the nitride layer 7, thereby reducing the press molding temperature. Even if it is raised, the nitride layer 7 does not peel off from the metal layer 6, so that it is possible to reliably prevent an increase in the roughness of the molding surface 3 a of the surface layer 3. Therefore, a convex lens with high surface accuracy can be molded over a longer period.
Moreover, since the surface accuracy of the convex lens molded using this optical element molding die 1 is high, a convex lens with high optical accuracy can be obtained.

なお、上記の実施の形態においては、母材表面層5の結晶粒径を1〜2μmとしたが、これに限ることはなく、少なくとも型母材2の結晶粒径よりも小さければよい。ただし、母材表面層5の結晶粒径は、小さい方が好ましく、1μm以下とすることが特に好ましい。   In the above embodiment, the crystal grain size of the base material surface layer 5 is set to 1 to 2 μm. However, the crystal grain size of the base metal surface layer 5 is not limited to this and may be at least smaller than the crystal grain size of the mold base material 2. However, the crystal grain size of the base material surface layer 5 is preferably small and is particularly preferably 1 μm or less.

また、型母材2の表面2aに母材表面層5を形成するとしたが、これに限ることはなく、少なくとも金属層6を形成する下地が、非晶質状態もしくは型母材2の結晶粒径よりも小さい径の結晶粒からなる結晶質状態に形成されていればよい。したがって、例えば、型母材2を形成した後に、アルゴン等のイオンを型母材2の表面2aから注入して、型母材2の表面2a近傍を非晶質状態もしくは粒径1〜2μmの結晶粒からなる結晶質状態に形成し、この型母材2の表面2aに金属層6を形成するとしてもよい。   In addition, although the base material surface layer 5 is formed on the surface 2a of the mold base material 2, the present invention is not limited to this. At least the base on which the metal layer 6 is formed is in an amorphous state or crystal grains of the mold base material 2 What is necessary is just to be formed in the crystalline state which consists of a crystal grain of a diameter smaller than a diameter. Therefore, for example, after forming the mold base material 2, ions such as argon are implanted from the surface 2 a of the mold base material 2, and the vicinity of the surface 2 a of the mold base material 2 is in an amorphous state or a particle size of 1 to 2 μm. The metal layer 6 may be formed on the surface 2 a of the mold base material 2 in a crystalline state composed of crystal grains.

また、光学素子成形用型1の型母材2や各層を構成する材料の組み合わせは、成形型1〜成形型12に限ることはない。すなわち、型母材2は、炭化タングステン等の超硬合金や炭化ケイ素を主成分とした材料から選択すればよく、母材表面層5は、タングステン、炭素、炭化タングステン、炭化ケイ素のうち1種類以上の材料から選択すればよい。すなわち、例えば、成形型1〜成形型6における母材表面層5の組成を炭化タングステン(WC)からタングステン(W)に代えるとしても構わない。また、例えば、成形型7〜成形型9における母材表面層5の組成を炭化ケイ素(SiC)から炭素(C)に代えるとしても構わない。上記組成の場合には、母材表面層5をPVD、CVDの他に、イオン注入法により形成しても良い。   Further, the combination of the material forming the mold base material 2 and each layer of the optical element molding mold 1 is not limited to the mold 1 to the mold 12. That is, the mold base material 2 may be selected from a cemented carbide such as tungsten carbide or a material mainly composed of silicon carbide, and the base material surface layer 5 may be one of tungsten, carbon, tungsten carbide, and silicon carbide. What is necessary is just to select from the above materials. That is, for example, the composition of the base material surface layer 5 in the molds 1 to 6 may be changed from tungsten carbide (WC) to tungsten (W). Further, for example, the composition of the base material surface layer 5 in the mold 7 to the mold 9 may be changed from silicon carbide (SiC) to carbon (C). In the case of the above composition, the base material surface layer 5 may be formed by ion implantation in addition to PVD and CVD.

また、金属層6は、クロム、チタン、アルミ、モリブデンの少なくとも1種類の金属材料から選択すればよく、窒化物層7は、クロム、チタン、アルミ、モリブデンの少なくとも1種類の元素を含む窒化物から選択すればよい。ただし、金属層6の金属材料と、窒化物層7の窒化物に含まれる金属材料は同一であることが好ましい。
さらに、表面層3は、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウムの少なくとも1種類の金属材料、もしくはこれらの元素を含む合金、化合物から選択すればよい。すなわち、表面層3は、例えば、白金−パラジウム合金(Pt−Pd)、白金−レニウム合金(Pt−Re)、イリジウム−ルテニウム合金(Ir−Ru)等の合金や、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru)、レニウム(Re)のみの金属材料から形成されるとしてもよい。
The metal layer 6 may be selected from at least one metal material of chromium, titanium, aluminum, and molybdenum, and the nitride layer 7 is a nitride containing at least one element of chromium, titanium, aluminum, and molybdenum. You can choose from. However, the metal material of the metal layer 6 and the metal material contained in the nitride of the nitride layer 7 are preferably the same.
Furthermore, the surface layer 3 may be selected from at least one metal material of platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, or an alloy or compound containing these elements. That is, the surface layer 3 is made of, for example, an alloy such as platinum-palladium alloy (Pt—Pd), platinum-rhenium alloy (Pt—Re), iridium-ruthenium alloy (Ir—Ru), iridium (Ir), osmium ( Os), ruthenium (Ru), and rhenium (Re) may be used.

また、光学素子成形用型1の中間層4は、母材表面層5、金属層6及び窒化物層7から構成されるとしたが、これに限ることはなく、母材表面層5及び金属層6のみから構成されるとしても構わない。この構成においても、プレス成形の際に表面層3の剥離に基づくガラス素材Mの融着を確実に防止できる、という効果を奏する。
さらに、この中間層4は、上記構成からさらに金属層6を除く構成としてもよい、すなわち、母材表面層5のみから構成されるとしてもよい。この構成においても、プレス成形の際にガラス素材Mに接触する表面層3の成形面3aの粗さが増加することを確実に防止できる、という効果を奏する。
Further, the intermediate layer 4 of the optical element molding die 1 is composed of the base material surface layer 5, the metal layer 6 and the nitride layer 7. However, the present invention is not limited to this. It may be configured only by the layer 6. Even in this configuration, there is an effect that the glass material M can be reliably prevented from being fused based on the peeling of the surface layer 3 during press molding.
Further, the intermediate layer 4 may be configured to further exclude the metal layer 6 from the above configuration, that is, may be configured only from the base material surface layer 5. Even in this configuration, there is an effect that it is possible to reliably prevent an increase in the roughness of the molding surface 3a of the surface layer 3 that contacts the glass material M during press molding.

また、光学素子成形用型1は、凸レンズを成形するものとしたが、これに限ることはなく、平面レンズ、凹レンズ、プリズム、あるいは光学面を有するセル等の光学素子を成形するものであればよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
Further, the optical element molding die 1 is for molding a convex lens, but is not limited to this, as long as it molds an optical element such as a flat lens, a concave lens, a prism, or a cell having an optical surface. Good.
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

この発明の第1、第2の実施形態に係る光学素子成形用型の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the type | mold for optical element shaping | molding based on 1st, 2nd embodiment of this invention. この発明の第1の実施形態に係る光学素子成形用型において、図1の要部を示す拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the main part of FIG. 1 in the optical element molding die according to the first embodiment of the present invention. この発明の第2の実施形態に係る光学素子成形用型において、図1の要部を示す拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of FIG. 1 in an optical element molding die according to a second embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 光学素子成形用型
2 型母材
2a 表面
3 表面層
4 中間層
5 母材表面層
6 金属層
7 窒化物層
8 窒素濃度傾斜層
M ガラス素材

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical element shaping | molding die 2 Type | mold base material 2a Surface 3 Surface layer 4 Intermediate | middle layer 5 Base material surface layer 6 Metal layer 7 Nitride layer 8 Nitrogen concentration gradient layer M Glass material

Claims (3)

ガラス素材をプレス成形して光学素子を成形するための光学素子成形用型であって、
焼結した超硬合金もしくは炭化ケイ素からなる型母材と、該型母材の表面上に形成され、プレス成形の際に前記ガラス素材に接触する表面層と、これら型母材と表面層との間に形成された中間層とを備え、
前記表面層が、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウムから選択される少なくとも1種類の元素、またはこれら元素を含む合金、化合物から形成され、
該中間層が、母材表面層と金属層と窒化物層を備え、
該母材表面層が、前記型母材の表面に接触するように、タングステン、炭素、炭化タングステン、炭化ケイ素のうち少なくとも1種類の材料から非晶質状態に形成され
前記金属層が、前記母材表面層と前記表面層との間に、クロム、チタン、アルミ、モリブデンのうち少なくとも1種類の金属材料から形成され、
前記窒化物層が、前記金属層と前記表面層との間にクロム、チタン、アルミ、モリブデンのうち少なくとも1種類の元素を含む窒化物から形成されることを特徴とする光学素子成形用型。
An optical element molding die for molding an optical element by press molding a glass material,
A mold base material made of sintered cemented carbide or silicon carbide, a surface layer formed on the surface of the mold base material and in contact with the glass material during press molding, and the mold base material and the surface layer An intermediate layer formed between,
The surface layer is formed of at least one element selected from platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, or an alloy or compound containing these elements,
The intermediate layer includes a base material surface layer, a metal layer, and a nitride layer,
The base material surface layer is formed in an amorphous state from at least one material of tungsten, carbon, tungsten carbide, and silicon carbide so as to contact the surface of the mold base material ,
The metal layer is formed of at least one metal material of chromium, titanium, aluminum, and molybdenum between the base material surface layer and the surface layer,
The nitride layer is chromium, titanium, aluminum, at least one element is formed of a nitride containing an optical element molding die according to claim Rukoto of molybdenum between the metal layer and the surface layer.
前記窒化物層が、前記金属層に向けて窒素濃度が漸次減少する窒素濃度傾斜層を備えることを特徴とする請求項1に記載の光学素子成形用型。   The optical element molding die according to claim 1, wherein the nitride layer includes a nitrogen concentration gradient layer in which a nitrogen concentration gradually decreases toward the metal layer. 請求項1に記載の光学素子成形用型を用いてガラス素材を成形することを特徴とする光学素子成形方法。 A glass material is molded using the optical element molding die according to claim 1 .
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