JP5464904B2 - Optical element molding die, optical element molding method, and optical element manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子用成形型、光学素子用成形型の製造方法、並びに光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element mold, an optical element mold manufacturing method, and an optical element manufacturing method.
従来、ガラス素材を型母材の成形面で押圧してプレス成形し光学素子とする光学素子用成形型が知られている。特に、近年は、光学系の高性能化に伴い、非球面形状のみならず自由曲面形状等の複雑な形状の光学素子を大量に安く生産できるプレス成形の需要が高まっている。
この光学素子用成形型の一つとして、例えば、特許文献１に示すように、焼結した超硬合金等からなる型母材と、この型母材の表面上に形成された白金、パラジウム等の元素含む合金等で形成された表面層（保護膜）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た光学素子成形用型が知られている。
この光学素子成形用型のように表面層を設けることで、雰囲気中の酸素により成形面が酸化して型母材が劣化するのを防止するとともに、ガラス素材と型母材との離型性が向上するとされる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a molding die for an optical element is known in which a glass material is pressed by a molding surface of a mold base material and press-molded to form an optical element. In particular, in recent years, with the improvement in performance of optical systems, there is an increasing demand for press molding that can produce optical elements having complicated shapes such as free-form surfaces as well as aspherical shapes in large quantities at a low cost.
As one of the molds for optical elements, for example, as shown in Patent Document 1, a mold base material made of sintered cemented carbide or the like, and platinum, palladium, etc. formed on the surface of the mold base material There is known an optical element molding die provided with a surface layer (protective film) formed of an alloy containing these elements and an intermediate layer formed between the mold base material and the surface layer.
By providing a surface layer like this optical element molding die, the mold surface is prevented from being degraded by oxygen in the atmosphere and the mold base material is deteriorated, and the releasability between the glass material and the mold base material is prevented. Will be improved.
前記の表面層は、例えば、スパッタリング法によりターゲットから放出されるスパッタ粒子を型母材の成形面に堆積させることで形成される。
また、一般的に、光学素子用成形型を用いて光学素子をプレス成形するときには、ガラス素材は曲率形状に形成されて供給される。そして、例えば、凸形状に形成された成形面の最も突出した部分である中心でガラス素材を押圧し、成形面の周縁に向けて押し広げることで光学素子を成形している。
このプレス成形の際に、光学素子は表面層に押圧される面の精度が規格内となる所定の範囲で収まるように光学素子用成形型が製作される。また、表面層（保護膜）の膜厚分布は成膜される成形型の形状や、成膜時の成膜材料の飛来方向等によるもので、意図的に管理はされていない。
一般的に、型母材上に形成された保護膜がガラス素材に当接する部分は、成形面の中心に形成された部分から成形面の周縁に形成された部分へと広がっていくので、保護膜が磨耗する量は成形面の中心に形成された部分の方が周縁に形成された部分より多くなる。
The surface layer is formed, for example, by depositing sputtered particles emitted from the target by a sputtering method on the molding surface of the mold base material.
In general, when an optical element is press-molded using a molding die for optical elements, the glass material is supplied in a curved shape. Then, for example, the optical element is molded by pressing the glass material at the center, which is the most protruding portion of the molding surface formed in a convex shape, and spreading it toward the periphery of the molding surface.
At the time of this press molding, the optical element molding die is manufactured so that the accuracy of the surface pressed against the surface layer falls within a predetermined range within the standard. In addition, the film thickness distribution of the surface layer (protective film) depends on the shape of the molding die to be formed, the flying direction of the film forming material at the time of film formation, and is not intentionally managed.
Generally, the part where the protective film formed on the mold base comes into contact with the glass material spreads from the part formed at the center of the molding surface to the part formed at the periphery of the molding surface. The amount of wear of the film is greater at the portion formed at the center of the molding surface than at the periphery.
しかしながら、前記光学素子用成形型で光学素子の成形を繰り返し行うと、保護膜のうちガラス素材との接触時間が長い部分、言い換えればプレス成形時にガラス素材から接線に対し、垂直応力と水平応力の合力を大きく受ける部分では、保護膜が磨耗して磨り減る。その結果、成形を繰り返すにつれて、光学素子用成形型で形成される光学素子の形状が変化し、面精度が良品となる所定の範囲から外れて、良品の光学素子が得られなくなる恐れがあった。
一般的に、ガラス素材は曲率形状に形成されて光学素子用成形型に供給される。そして、型母材上に形成された保護膜がガラス素材に当接する部分は、成形面の中心に形成された部分から成形面の周縁に形成された部分へと広がっていくので、保護膜が磨耗する量は成形面の中心に形成された部分の方が周縁に形成された部分より多くなる。
However, when the optical element is repeatedly molded with the optical element molding die, the portion of the protective film in which the contact time with the glass material is long, in other words, the vertical stress and the horizontal stress are applied to the tangent line from the glass material during press molding. The protective film wears out and wears away in areas that receive a large resultant force. As a result, as the molding is repeated, the shape of the optical element formed by the optical element mold changes, and there is a risk that the surface accuracy is out of the predetermined range where the quality is good, and a good optical element cannot be obtained. .
Generally, a glass material is formed in a curvature shape and supplied to a molding die for optical elements. And the part where the protective film formed on the mold base material abuts on the glass material spreads from the part formed at the center of the molding surface to the part formed at the periphery of the molding surface. The amount of wear is greater in the portion formed in the center of the molding surface than in the portion formed at the periphery.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、面の精度が規格内となる所定の範囲内に収められた光学素子をより多く成形することができる光学素子用成形型及び光学素子用成形型の製造方法、そしてこの光学素子用成形型を使用した光学素子の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of such problems, and is a molding die for an optical element that can mold more optical elements stored in a predetermined range in which the surface accuracy is within the standard. And the manufacturing method of the shaping | molding die for optical elements, and the manufacturing method of the optical element using this shaping | molding die for optical elements are provided.
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。
本発明の光学素子用成形型は、ガラス素材を型母材の成形面で押圧し光学素子を成形するための光学素子用成形型であって、前記成形面に、該成形面の周縁から当該成形面の中心に向かうに従って、前記成形面の周縁においては２００ｎｍ以上、前記成形面の中心においては２５００ｎｍ以下となるよう漸次厚くなるように形成された保護膜を備え、前記保護膜が白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも１種類の元素、又は該元素のうち少なくとも１種類を含む化合物から形成されていることを特徴としている。
また、本発明の光学素子用成形型の製造方法は、ガラス素材を型母材の成形面で押圧し光学素子を成形するための光学素子用成形型の製造方法において、前記型母材に前記成形面を形成する工程と、前記成形面に、該成形面の周縁から当該成形面の中心に向かうに従って、前記成形面の周縁においては２００ｎｍ以上、前記成形面の中心においては２５００ｎｍ以下となるよう漸次厚くなるように制御しつつ保護膜を形成する工程と、を備え、前記保護膜が白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも１種類の元素、又は該元素のうち少なくとも１種類を含む化合物から形成されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The optical element molding die of the present invention is an optical element molding die for molding an optical element by pressing a glass material on a molding surface of a mold base material, and the molding surface includes a peripheral edge of the molding surface. toward the center of the molding surface, the 200nm or more in the periphery of the molding surface, the Bei example a protective film formed so as to gradually become thicker so as to be less 2500nm in the center of the molding surface, wherein the protective layer is of platinum, It is characterized by being formed from at least one element selected from palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, and tantalum, or a compound containing at least one of these elements .
Further, the method for producing a molding die for an optical element of the present invention is the method for producing a molding die for an optical element for molding an optical element by pressing a glass material with a molding surface of the die base material. A step of forming a molding surface, and the distance from the periphery of the molding surface to the center of the molding surface is 200 nm or more at the periphery of the molding surface, and 2500 nm or less at the center of the molding surface. Bei example forming a gradually thickened as while controlling the protective film, the at least one element the protective film is selected from platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, tantalum, or It is formed from a compound containing at least one of the elements .
また、上記の光学素子用成形型の製造方法において、前記型母材として、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を用いることがより好ましい。
なお、ここで言う主成分とは、型母材を構成する不純物成分等を除いた成分のうち、含有量のモル数が最も多い成分のことを意味する。
In the method for manufacturing a mold for optical elements described above, it is more preferable to use a cemented carbide containing tungsten carbide as a main component as the mold base material.
In addition, the main component said here means a component with the largest number of moles of content among the components except the impurity component etc. which comprise a type | mold base material.
また、上記の光学素子用成形型の製造方法において、前記保護膜を形成する工程において、前記成形面を、ターゲットの表面に対向させるとともに、前記ターゲットの前記表面の中心における法線上に前記成形面の前記中心が位置するように配置し、かつ前記ターゲットの前記表面から前記成形面までの距離を調節しつつスパッタリング法により前記保護膜を形成することがより好ましい。 Further, in the method for manufacturing a molding die for an optical element, in the step of forming the protective film, the molding surface is opposed to the surface of the target, and the molding surface is on a normal line at the center of the surface of the target. It is more preferable that the protective film is formed by a sputtering method while the center of the substrate is positioned and the distance from the surface of the target to the molding surface is adjusted.
また、上記の光学素子用成形型の製造方法において、前記保護膜を形成する工程において、前記ターゲットと前記成形面との間に、自身の内腔部を前記法線が通る貫通孔が形成され該貫通孔の外縁部で前記ターゲットから放出されるスパッタ粒子を遮る補正板を設けて、前記保護膜の厚さを制御することがより好ましい。 Further, in the method for manufacturing a mold for an optical element described above, in the step of forming the protective film, a through-hole through which the normal line passes through the inner lumen is formed between the target and the molding surface. More preferably, a thickness of the protective film is controlled by providing a correction plate that blocks sputtered particles emitted from the target at the outer edge of the through hole.
また、本発明の光学素子の製造方法は、上記の光学素子用成形型を使用し、前記ガラス素材を前記型母材の成形面に備えられた前記保護膜で押圧し、前記光学素子を成形することを特徴としている。 The optical element manufacturing method of the present invention uses the optical element molding die described above, presses the glass material with the protective film provided on the molding surface of the mold base material, and molds the optical element. It is characterized by doing.
本発明の光学素子用成形型及び光学素子の製造方法によれば、面の精度が規格内となる所定の範囲内に収められた光学素子をより多く成形することができる。また、本発明の光学素子用成形型の製造方法によれば、前記光学素子用成形型を製造することができる。 According to the optical element molding die and the optical element manufacturing method of the present invention, it is possible to mold more optical elements within a predetermined range in which the surface accuracy is within the standard. Moreover, according to the manufacturing method of the shaping | molding die for optical elements of this invention, the said shaping | molding die for optical elements can be manufactured.
以下、本発明に係る光学素子用成形型の実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の光学素子用成形型を用いた金型ユニットの要部断面である。
光学素子用成形型は、ガラス素材を型母材の成形面で押圧し光学素子を成形するために用いられる型である。以下では、光学素子用成形型で、片側のみが凹んだ平凹レンズ（光学素子）の凹形状を形成する場合を例にとって説明する。
図１に示すように、金型ユニット１は、本実施形態の光学素子用成形型（以下、「上型」と称する）２と、この上型２の下方に対向して配置された下型３と、下型３に対して上型２が上下方向、すなわち鉛直方向Ｄのみに移動するように案内する筒状の胴型４と、上型２の上面に取付けられ、上型２を鉛直方向Ｄに駆動する駆動部５と、を備えている。すなわち、上型２及び下型３は、ガラス素材Ｗを押圧する押圧方向が鉛直方向Ｄに沿うように配置されている。
Hereinafter, an embodiment of a molding die for optical elements according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a mold unit using the optical element mold according to the present embodiment.
The mold for optical elements is a mold used to mold an optical element by pressing a glass material with a molding surface of a mold base material. In the following, an example in which the concave shape of a plano-concave lens (optical element) in which only one side is concave is formed with an optical element mold will be described.
As shown in FIG. 1, a mold unit 1 includes an optical element molding die (hereinafter referred to as “upper die”) 2 of the present embodiment, and a lower die that is disposed below the
上型２は、略円筒状に形成された型母材８と、この型母材８の側面の上端部に径方向外側に突出するように形成されたフランジ部９とを有する。
型母材８は、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金を用いて形成されている。型母材８の底部には、成形する平凹レンズの凹形状の曲率半径に合わせた凸面である成形面８ａが形成されている。そして、凸面８ａの中心が型母材８の軸線Ｃ１上に位置するように、成形面８ａが形成されている。さらに成形面８aの光学機能形状の転写面の光軸が、型母材８の軸線Ｃ１上に位置されているように形成されている。
なお、ここで言う主成分とは、型母材８を構成する不純物成分等を除いた成分のうち、含有量のモル数が最も多い成分のことを意味する。
また、フランジ部９の下面には、リング状であって所定の厚さに形成されたスペーサ９ａが取付けられている。
The
The
In addition, the main component said here means the component with the largest number of moles of content among the components except the impurity component etc. which comprise the type |
In addition, a
型母材８の成形面８ａには、クロム窒化物による中間層１０が形成されている。そして、中間層１０には、成形面８ａの周縁８ｂから成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って漸次厚くなるように保護膜１１が形成されている。なお、以下で、「中間層の厚さ」、「保護膜の厚さ」、又は「平凹レンズの厚さ」等というときには、中間層、保護膜、又は平凹レンズの鉛直方向Ｄの厚さを意味するものとする。また、以下では、説明の便宜のため、平凹レンズを繰返し成形することにより保護膜１１のみが磨耗するものとして説明する。
図１中において、保護膜１１中に二点鎖線で示した線は、成形面８ａの全体に形成される保護膜１１の厚さが、成形面８ａの周縁８ｂに形成された保護膜１１の厚さに等しい場合を示している。このように、保護膜１１の厚さは、成形面８ａの周縁８ｂに形成された部分が最も薄く、成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も厚いという一定の膜厚分布を有するように設定されている。なお、保護膜１１の厚さについては、後で再度詳しく説明する。
本実施形態では、保護膜１１は、白金及びイリジウムを含む化合物により形成されている。
An
In FIG. 1, a line indicated by a two-dot chain line in the
In the present embodiment, the
下型３は、型母材８と等しい外径を有するように略円筒状に形成された型母材１２と、この型母材１２の側面の下端部に径方向外側に突出するように形成されたフランジ部１３とを有する。
型母材１２は型母材８と同じ材料で形成され、型母材１２の上面には、型母材１２の軸線に直交する平面となるように成形面１２ａが形成されている。そして、型母材１２の成形面１２ａには、中間層１０と同じ材料で形成された中間層１４が厚さが一定となるように形成されている。さらに、中間層１４には、保護膜１１と同じ材料で形成された保護膜１５が厚さが一定となるように形成されている。
この保護膜１１は、後述するように、ガラス素材Ｗを押圧してプレス成形するたびに、ガラス素材Ｗから受ける反力に応じて磨耗していく。
下型３は、フランジ部１３の上面を胴型４の下面に取付けるとともに型母材１２の外周面を胴型４の内周面に取付けることで、胴型４に固定されている。
The
The
As will be described later, the
The
型母材８の軸線Ｃ１は、胴型４及び下型３の軸線に一致するように配置されている。
また、上型２及び下型３には、不図示の加熱手段がそれぞれ設けられ、上型２の保護膜１１と下型３の保護膜１５との間に供給されるガラス素材Ｗを一定の温度に加熱できるようになっている。
The axis C <b> 1 of the
The
ガラス素材Ｗは略球状に形成されて、下型３の保護膜１５上であって軸線Ｃ１上に供給される。特に、凸レンズをプレス成形する場合には、成形面においてガラス素材Ｗを押圧する部分の曲率半径は、ガラス素材Ｗにおける押圧される部分の曲率半径より大きくなるように構成されている。
そして、後述するように、上型２の保護膜１１と下型３の保護膜１５との間にガラス素材Ｗを供給し、スペーサ９ａの下面を胴型４の上面に当接させたときに、上型２の保護膜１１と下型３の保護膜１５との鉛直方向Ｄの距離が所定の値になり、所定の寸法の平凹レンズが成形できるようになっている。このとき、保護膜１１が受ける応力は、成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も大きくなり、中心８ｃから離間するに従って小さくなる。すなわち、保護膜１１は、成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も磨耗しやすくなっている。
また、一般的に、平凹レンズの各部位において、製品として規格内となる面の精度の所定の範囲が定められている。この面の精度の所定の範囲は、平凹レンズの精度や平凹レンズにおける部位により異なるものである。
そして、成形面８ａの中心８ｃの周辺部に形成された保護膜１１の厚さは、前述のように、成形面８ａの周縁８ｂに形成された部分が最も薄く、成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って漸次厚くなるという一定の膜厚分布を有するように設定されている。言い換えれば、保護膜１１の厚さの分布は、成形される平凹レンズの面の精度が製品として規格内となる面の精度の所定の範囲に収まるように、所定の範囲に設定されている。
The glass material W is formed in a substantially spherical shape and is supplied on the axis C1 on the
Then, as will be described later, when the glass material W is supplied between the
In general, a predetermined range of the accuracy of a surface that is within the standard as a product is determined in each part of the plano-concave lens. The predetermined range of accuracy of this surface varies depending on the accuracy of the plano-concave lens and the part of the plano-concave lens.
As described above, the thickness of the
成形面８ａの中心８ｃに形成される保護膜１１の厚さは、平凹レンズにおいて成形面８ａの中心８ｃで成形される部分、すなわち平凹レンズの中心における厚さが、製品として規格内となる所定の範囲の面の精度、つまり下限値から上限値の間に対応するように設定される。ここで、レンズの中心における厚さがレンズの製品として規格内となる所定の範囲の面の精度の下限値に対応しているとは、レンズが規格内となる所定の面精度を得られる範囲内で、最もレンズの中心の厚さが薄いときを指す。また、レンズの中心における厚さが、レンズの製品として規格内となる所定の範囲の面の精度の上限値に対応しているとは、レンズが規格内となる所定の面精度を得られる範囲内で、最もレンズの中心の厚さが厚いときを指す。
そして、本実施形態では、保護膜１１における成形面８ａの中心８ｃに成形される部分の厚さは、平凹レンズが製品として規格内となる面精度の下限値に対応するように設定されている。言い換えれば、保護膜１１における成形面８ａの中心８ｃに成形される部分の厚さは、平凹レンズが製品として規格内となる範囲でできるだけ厚く設定されている。
The thickness of the
And in this embodiment, the thickness of the part shape | molded by the
ただし、保護膜が厚すぎると、保護膜に微小なクラックが発生して保護膜が中間層や型母材から剥がれたり、厚い保護膜で成形されるレンズの表面が粗くなったりする恐れがある。このため、保護膜１１の厚さは２５００ｎｍ以下であることが好ましい。
However, if the protective film is too thick, minute cracks may be generated in the protective film, and the protective film may be peeled off from the intermediate layer or the mold base material, or the surface of the lens molded with the thick protective film may be roughened. . For this reason, it is preferable that the thickness of the
また、保護膜１１の厚さは、成形面８ａの中心８ｃで２００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下、成形面８ａの周縁８ｂで２００ｎｍ以上となるとともに、成形面８ａの周縁８ｂに形成される保護膜１１より成形面８ａの中心８ｃに形成される保護膜１１の方が厚くなるように設定されることが好ましい。保護膜１１の厚さが２００ｎｍ未満になると、保護膜１１が薄くなり過ぎて型母材８の酸化を防止し難くなる。
なお、保護膜１１の厚さは、成形面８ａの中心８ｃで６００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、成形面８ａの周縁８ｂで５００ｎｍ以上となるとともに、成形面８ａの周縁８ｂに形成される保護膜１１より成形面８ａの中心８ｃに形成される保護膜１１の方が厚くなるように設定されることがより好ましい。
The thickness of the
The thickness of the
次に、以上のように構成された金型ユニット１を構成する上型２の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を用いて略円筒状の型母材８を形成し、この型母材８の側面の上端部にフランジ部９を設ける。そして図３に示すように、型母材８の底部に、成形する平凹レンズの凹形状の曲率半径に合わせた凸面である成形面８ａを形成し、この成形面８ａを研磨する。
Next, the manufacturing method of the upper mold |
First, as shown in FIG. 2, a substantially cylindrical
続いて、ＤＣスパッタ法により、型母材８の成形面８ａに中間層１０及び保護膜１１を順に形成する。
まず、図４に示すように、型母材８の成形面８ａを、クロム窒化物で形成された、例えば略円板状のターゲット２１の表面２１ａに対向させるとともに、ターゲット２１の表面２１ａの中心２１ｂにおける法線Ｃ２上に成形面８ａの中心８ｃが位置するように、上型２をスパッタチャンバ２２内に配置し、不図示の保持手段により上型２を保持する。このとき、型母材８の軸線Ｃ１は、ターゲット２１の法線Ｃ２と同一直線上に位置するように配置され、さらに、法線Ｃ２が鉛直方向Ｄに沿うように配置される。
ここで、ターゲット２１と上型２に電圧供給ユニット２３をそれぞれ電気的に接続し、雰囲気調節ユニット２４により、スパッタチャンバ２２内に例えば不活性ガスのアルゴンを充填する。
Subsequently, the
First, as shown in FIG. 4, the
Here, the
次に、図５に示すように、電圧供給ユニット２３により、ターゲット２１と上型２との間に、所定の電圧を供給する。すると、イオン化したアルゴン原子２５がターゲット２１と上型２との電位差により、ターゲット２１の表面２１ａに衝突し、表面２１ａからスパッタ粒子２６を放出させる。
すると、型母材８の成形面８ａにスパッタ粒子２６が堆積し、クロム窒化物による中間層１０が形成される。
Next, as shown in FIG. 5, a predetermined voltage is supplied between the
Then, the sputtered
続いて、図６に示すように、ターゲット２１に代えて、白金及びイリジウムを含む化合物により形成された略円板状のターゲット２７をスパッタチャンバ２２内に配置する。
この場合においても、型母材８の成形面８ａを、ターゲット２７の表面２７ａに対向させるとともに、ターゲット２７の表面２７ａの中心２７ｂにおける法線Ｃ３上に成形面８ａの中心８ｃが位置するように配置する。
そして、保持手段により上型２の法線Ｃ３方向の位置を調節して、ターゲット２７の表面２７ａから中間層１０の中心までの距離Ｌが所定の値になるように調節する。
Subsequently, as shown in FIG. 6, instead of the
Also in this case, the
Then, the position of the
さらに、電圧供給ユニット２３により、ターゲット２７と上型２との間に、所定の電圧を供給する。イオン化したアルゴン原子２５は、ターゲット２７の表面２７ａに衝突し、表面２７ａからスパッタ粒子２８を放出する。
中間層１０の下方側の面において、法線Ｃ３上に配置された部分はターゲット２７の表面２７ａと平行になっているので、保護膜１１の鉛直方向Ｄの厚さが最も厚くなる。また、法線Ｃ３上に配置されていない部分は、法線Ｃ３から離間するに従ってターゲット２７の表面２７ａに対してより傾くように形成されている。このため、中間層１０の下方側の面において、法線Ｃ３から離間した部分ほど、形成される保護膜１１の鉛直方向Ｄの厚さが薄くなる。
Further, a predetermined voltage is supplied between the
On the lower surface of the
上記の成形面８ａへの保護膜１１の形成は、成形時間を制御して行われる。そして、中間層１０を介して成形面８ａに、成形面８ａの周縁８ｂから成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って漸次厚くなるような保護膜１１が形成される。
The
次に、以上のように構成された上型２を使用した金型ユニット１で平凹レンズを成形する方法について説明する。
まず、駆動部５により上型２を鉛直方向Ｄの上方に移動させた状態で、下型３の保護膜１５上であって軸線Ｃ１上にガラス素材Ｗを供給する。そして、図１に示すように、駆動部５により上型２を鉛直方向Ｄの下方に移動させ、不図示の加熱手段により上型２及び下型３を介してガラス素材Ｗを一定の温度に加熱しておく。
Next, a method for molding a plano-concave lens with the mold unit 1 using the
First, the glass material W is supplied on the axis C <b> 1 on the
続いて、図７に示すように、ガラス素材Ｗを下方から下型３の保護膜１５で支持しつつ、駆動部５により上型２を鉛直方向Ｄの下方に移動させ、ガラス素材Ｗを上方から保護膜１１で押圧する。このとき、上型２を、スペーサ９ａの下面が胴型４の上面に当接するまで鉛直方向Ｄの下方に移動させる。
ガラス素材Ｗの上部は、保護膜１１において成形面８ａの中心８ｃに形成された部分により下方に押圧され、ガラス素材Ｗは軸線Ｃ１から離間する方向に変形していく。そして、上型２の保護膜１１と下型３の保護膜１５との間に平凹レンズＷ１が形成される。
このとき、保護膜１１はガラス素材Ｗから反力を受けるが、この反力は、保護膜１１において成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も大きく、軸線Ｃ１から離間するに従って小さくなる。保護膜１１は、ガラス素材Ｗから受ける反力の大きさに応じて磨耗していく。
Subsequently, as shown in FIG. 7, while supporting the glass material W from below with the
The upper part of the glass material W is pressed downward by the portion formed at the
At this time, the
続いて、加熱手段による加熱を停止し、図８に示すように、駆動部５により上型２を鉛直方向Ｄの上方に移動させ、金型ユニット１から平凹レンズＷ１を取出す。
このように、上型２と下型３との間にガラス素材Ｗを供給し、ガラス素材Ｗを下方から下型３で支持しながら上型２で上方から押圧することを繰返して、平凹レンズＷ１を繰返し成形する。
Subsequently, heating by the heating means is stopped, and the
In this way, the glass material W is supplied between the
こうして、本発明の実施形態の上型２を使用した金型ユニット１によれば、成形面８ａに形成された保護膜１１はガラス素材Ｗの成形のたびに磨耗していくが、保護膜１１が磨耗した部分は、平凹レンズＷ１における鉛直方向Ｄの寸法が大きくなる。
また、ガラス素材Ｗは略球状に形成されて上型２と下型３との間に供給される。そして、保護膜１１がガラス素材Ｗに当接する部分は、成形面８ａの中心８ｃに形成された部分から成形面８ａの周縁８ｂに形成された部分へと広がっていくので、保護膜１１が磨耗する量は成形面８ａの中心８ｃに形成された部分の方が周縁８ｂに形成された部分より多くなる。
Thus, according to the mold unit 1 using the
Further, the glass material W is formed in a substantially spherical shape and supplied between the
このため、成形面８ａの中心８ｃに形成する保護膜１１の厚さを、平凹レンズＷ１が製品として規格内となるための平凹レンズＷ１の中心における面の精度の所定の範囲を満たす範囲で厚くする。すなわち、成形面８ａの中心８ｃに形成する保護膜１１の厚さを、規格内の平凹レンズＷ１が成形できる範囲で厚くする。さらに、規格内となるための面の精度の所定の範囲の中で成形面８ａの周縁８ｂから成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って漸次厚くなるように保護膜１１を形成する。
そして、保護膜１１において成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も厚いが、金型ユニット１で平凹レンズＷ１を繰返して成形するにつれて、保護膜１１において成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も磨耗することとなる。従って、この部分の保護膜１１が、平凹レンズＷ１が規格内となるための平凹レンズＷ１の中心における面の精度の上限値に対応する厚さに磨耗するまで、規格内の平凹レンズＷ１を繰返し成形することができる。
よって、この保護膜１１が形成された平凹レンズＷ１を用いて、面の精度が規格内となる平凹レンズＷ１をより多く成形することができる。
For this reason, the thickness of the
In the
Therefore, by using the plano-concave lens W1 on which the
また、型母材８としてタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を用いるので、型母材８の硬度を高め、平凹レンズＷ１の形状を安定させて成形することができる。
また、保護膜１１は白金及びイリジウムを含む化合物により形成されているので、型母材８の酸化を抑えるとともに、成形される平凹レンズＷ１と型母材８との離型性を向上させることができる。
In addition, since a cemented carbide whose main component is tungsten carbide is used as the
Further, since the
また、前記の上型２の製造方法によれば、スパッタ粒子はターゲット２７の表面２７ａから放出されるので、ターゲット２７の表面２７ａに対して平行に配置された成形面８ａの部分の方が、ターゲット２７の表面２７ａに対して傾いて配置された成形面８ａの部分よりも、スパッタリングにより形成される保護膜１１が厚くなる。
このため、型母材８の成形面８ａを、ターゲット２７の表面２７ａに対向させるとともに、ターゲット２７の表面２７ａの中心２７ｂにおける法線Ｃ３上に成形面８ａの中心８ｃが位置するように配置してスパッタリングを行うことで、下向きの凸面である成形面８ａに、成形面８ａの周縁８ｂから成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って漸次厚くなるように保護膜１１を形成することができる。
Further, according to the method for manufacturing the
Therefore, the
また、スパッタ粒子はターゲット２７の表面２７ａからある程度広がりながら放出されるため、ターゲット２７の表面２７ａから成形面８ａまでの距離が近いと成形面８ａの中心８ｃと周縁８ｂに形成された保護膜１１の厚さの差が大きくなり、この距離が遠いと前記厚さの差が小さくなる。従って、ターゲット２７の表面２７ａから成形面８ａまでの距離を調節することで、成形面８ａにおける中心８ｃから周縁８ｂまでに形成される保護膜１１の厚さの分布を調節することができる。
また、前記の平凹レンズＷ１の製造方法によれば、面の精度が製品として規格内となる平凹レンズＷ１をより多く成形することができる。
Further, since the sputtered particles are emitted while spreading from the
Further, according to the method of manufacturing the plano-concave lens W1, more plano-concave lenses W1 whose surface accuracy is within the standard as a product can be molded more.
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構成の変更等も含まれる。
例えば、上記実施形態では、保護膜１１、１５は、白金及びイリジウムを含む化合物により形成されていた。しかし、保護膜の材質としてはこれに限ることなく、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、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも１種類の元素、又はこれらの元素のうち少なくとも１種類を含む化合物や合金から形成されていても良い。
また、上記実施形態では、上型２に中間層１０は備えられなくても良いし、下型３に中間層１４は備えられなくても良い。
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 change of the structure of the range which does not deviate from the summary of this invention, etc. are included.
For example, in the above embodiment, the
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、型母材８及び型母材１２の材質として、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金の代わりに、ランタン系ガラスや二酸化ケイ素を用いても良い。
また、上記実施形態では、光学素子用成形型が平凹レンズＷ１の凹形状を形成する上型２である場合を説明した。しかし、光学素子用成形型は、例えば図９に示すように、両凸レンズを形成するための凹面である成形面３１ａを備えた金型３１であっても良い。
この変形例の金型３１において、成形面３１ａには中間層３２が形成され、成形面３１ａの周縁３１ｂから成形面３１ａの中心３１ｃに向かうに従って漸次厚くなるように保護膜３３が形成される。
Moreover, in the said embodiment, you may use lanthanum type | system | group glass and silicon dioxide as a material of the type |
In the above embodiment, the case where the optical element mold is the
In the
また、上記実施形態では、上型２の中間層１０及び保護膜１１をＤＣスパッタ法により形成した。しかし、中間層１０及び保護膜１１を形成する方法は、ＤＣスパッタ法に限ることなく、ＲＦスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法等の成膜手法を用いても良い。
また、上記実施形態では、型母材８は略円筒状に形成されるとしたが、型母材８の形状はこれに限ることなく、底部に設けられる面に中心が特定できる形状であれば良い。例えば、型母材が直方体状であれば、底部に設けられる面は矩形となり、前記中心は矩形の対角線の交点となる。
In the above embodiment, the
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、上型２の保護膜１１を形成するときには、例えば図１０に示すように、ターゲット２７と成形面８ａとの間に設けられた補正板３６を用いても良い。
この補正板３６は、略リング状に形成された部材であり、ターゲット２７の表面２７ａに沿うとともに、表面２７ａの法線Ｃ３が補正板３６に形成された貫通孔３６ａの内腔部を通るように配置される。なお、貫通孔３６ａが円柱状の内腔として形成され、貫通孔３６ａの軸線が表面２７ａの法線Ｃ３に一致するように補正板３６が配置されることが好ましい。また、貫通孔３６aの直径は、成形面８aの直径の８割に加工されている。
ターゲット２７の表面２７ａから放出されるスパッタ粒子２８は、貫通孔３６ａの内腔部を通るものだけが中間層１０に堆積し、貫通孔３６ａの外縁部３６ｂに向かうスパッタ粒子２８は補正板３６に遮られて、中間層１０には堆積しない。
このように、補正板３６を設けることで、成形面８ａの周縁８ｂに形成される保護膜１１より成形面８ａの中心８ｃに形成される保護膜１１の方がより厚くなるように調節することができる。
In the above embodiment, when the
The
Only the sputtered
In this way, by providing the
次に、上記の上型２を製造した結果、及び、この上型２を使用した金型ユニット１で平凹レンズを成形した結果について説明する。
型母材８の材料としてタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を用い、成形面８ａを表面粗度Ｒａが０．００５μｍとなるように研磨した。
スパッタリングのターゲットとしては、クロム窒化物で形成されたターゲット２１と、白金及びイリジウムを含む化合物により形成されたターゲット２７を用いた。そして、ターゲット２７の表面２７ａから中間層１０の中心までの距離Ｌが、１００ｍｍとなるように調節した（図６を参照）。
なお、本実施例の光学素子の面の精度の公差がＰＶ値で０．３μｍ以下であったため、ＰＶ値で０．３μｍ以内が規格内となるための所定の範囲の面精度に対応する保護膜１１の厚さの所定の範囲であるとする。
型母材８の成形面８ａに中間層１０を形成した後で、保護膜１１を一定時間成形した。この試験結果を表１の実施例１に示す。
Next, the result of manufacturing the
A cemented carbide containing tungsten carbide as a main component was used as the material of the
As a sputtering target, a
In addition, since the tolerance of the surface accuracy of the optical element of the present embodiment was 0.3 μm or less in terms of PV value, the protection corresponding to the surface accuracy within a predetermined range for the PV value within 0.3 μm is within the standard. It is assumed that the thickness of the
After forming the
成形の結果、保護膜１１の鉛直方向Ｄの厚さは、成形面８ａの周縁８ｂで４００ｎｍ、成形面８ａの中心８ｃで６００ｎｍとなった。
As a result of molding, the thickness of the
本実施例では、成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の厚さを６００ｎｍとすることで、金型ユニット１による成形当初の平凹レンズＷ１の中心の厚さは、設計値より薄くなる。そして、成形される平凹レンズＷ１の中心の厚さが設計値より３００ｎｍ厚くなるまで、すなわち成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の厚さが当初の厚さより５００ｎｍ薄くなって１００ｎｍとなるまで、規格内の平凹レンズＷ１を成形することができる。
また、本実施例では、成形面８ａの周縁８ｂに対する成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の鉛直方向Ｄの形成速度は、１．５倍になることが分かった。
In this embodiment, by setting the thickness of the
Moreover, in the present Example, it turned out that the formation speed | rate of the perpendicular direction D of the
さらに、この金型ユニット１で平凹レンズＷ１を繰返し成形した試験結果を表１の実施例１に示す。
平凹レンズＷ１を３０００回成形したときには、金型ユニット１に不具合はなかった。そして、平凹レンズＷ１を６０００回成形したときには、成形面８ａの中心８ｃに形成された保護膜１１が磨耗して、規格内の平凹レンズＷ１を成形できなくなることが分かった。
また、比較例として、前記の金型ユニット１において、保護膜１１の厚さのみを変えて試験を行った。すなわち、上型２に形成される保護膜の厚さが、成形面８ａの周縁８ｂに形成される部分と成形面８ａの中心８ｃに形成される部分がともに４００ｎｍになるように、言い換えれば保護膜の厚さが４００ｎｍで均一になるように形成した。
この比較例での試験結果は、表１の比較例に示されるように、平凹レンズＷ１を３０００回成形したときに、成形面８ａの中心８ｃに形成された保護膜が磨耗して、規格内の平凹レンズＷ１を成形できなくなることが分かった。
この比較例では、成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の厚さが、当初の厚さ４００ｎｍより３００ｎｍ薄くなって１００ｎｍとなるまで、規格内の平凹レンズＷ１を成形することができる。ただし、前記実施例１が保護膜１１の厚さが当初の厚さより５００ｎｍ薄くなるまで規格内の平凹レンズＷ１を成形できたのに対し、この比較例では保護膜の厚さが当初の厚さより３００ｎｍ薄くなるまでしか規格内の平凹レンズＷ１を成形できないこととなる。
Furthermore, the test results of repeatedly molding the plano-concave lens W1 with this mold unit 1 are shown in Example 1 of Table 1.
When the plano-concave lens W1 was molded 3000 times, there was no problem in the mold unit 1. And when the plano-concave lens W1 was shape | molded 6000 times, it turned out that the
As a comparative example, the mold unit 1 was tested by changing only the thickness of the
As shown in the comparative example of Table 1, the test results in this comparative example show that when the plano-concave lens W1 is molded 3000 times, the protective film formed at the
In this comparative example, the plano-concave lens W1 within the standard can be molded until the thickness of the
本実施例が上記の実施例１と異なる点は、保護膜１１の材質をイリジウムとルテニウムの合金としたことと、上記実施形態の変形例で図１０に示したように、ターゲット２７と成形面８ａとの間に補正板３６を設けたことである。
補正板３６は、上型２に保護膜１１を形成する前に、中間層１０の下部から下方に１ｍｍのところに配置した。そして、保護膜１１の全成形時間の３分の１が経過したときに補正板３６をスパッタチャンバ２２内から取外し、引き続いて補正板３６を用いずに保護膜１１を形成した。
成形の結果、表１の実施例２に示すように、保護膜１１の鉛直方向Ｄの厚さは、成形面８ａの周縁８ｂで４００ｎｍ、成形面８ａの中心８ｃで６００ｎｍとなった。そして、本実施例では、成形面８ａの周縁８ｂに対する成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の鉛直方向Ｄの形成速度は、１．５倍になることが分かった。
This example is different from Example 1 described above in that the material of the
The
As a result of molding, as shown in Example 2 of Table 1, the thickness of the
さらに、この金型ユニット１で平凹レンズＷ１を繰返し成形した試験結果を表１の実施例２に示す。
平凹レンズＷ１を３０００回成形したときには、金型ユニット１に不具合はなかった。そして、平凹レンズＷ１を６０００回成形したときには、成形面８ａの中心８ｃに形成された保護膜１１が磨耗して、規格内の平凹レンズＷ１を成形できなくなることが分かった。
Furthermore, the test results of repeatedly molding the plano-concave lens W1 with this mold unit 1 are shown in Example 2 of Table 1.
When the plano-concave lens W1 was molded 3000 times, there was no problem in the mold unit 1. And when the plano-concave lens W1 was shape | molded 6000 times, it turned out that the
本実施例が上記の実施例２と異なる点は、イリジウムと白金の合金による保護膜１１を形成したことと、保護膜１１の全成形時間の１．０９分の１が経過したときに補正板３６をスパッタチャンバ２２内から取外し、引き続いて補正板３６を用いずに保護膜１１を形成したことである。
成形の結果、表１の実施例３に示すように、保護膜１１の鉛直方向Ｄの厚さは、成形面８ａの周縁８ｂで２００ｎｍ、成形面８ａの中心８ｃで２５００ｎｍとなった。そして、本実施例では、成形面８ａの周縁８ｂに対する成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の鉛直方向Ｄの形成速度は、１２．５倍になることが分かった。
This embodiment is different from the above-described
As a result of molding, as shown in Example 3 of Table 1, the thickness in the vertical direction D of the
さらに、この金型ユニット１で平凹レンズＷ１を繰返し成形した試験結果を表１の実施例３に示す。
平凹レンズＷ１を３０００回成形したときには、金型ユニット１に不具合はなかった。そして、平凹レンズＷ１を３００００回成形したときには、成形面８ａの中心８ｃに形成された保護膜１１が磨耗して、規格内の平凹レンズＷ１を成形できなくなることが分かった。
Furthermore, the test results of repeatedly molding the plano-concave lens W1 with this mold unit 1 are shown in Example 3 of Table 1.
When the plano-concave lens W1 was molded 3000 times, there was no problem in the mold unit 1. And when the plano-concave lens W1 was shape | molded 30000 times, it turned out that the
２ 上型（光学素子用成形型）
８ 型母材
８ａ 成形面
８ｂ 周縁
８ｃ 中心
１１ 保護膜
２７ ターゲット
２７ａ 表面
２７ｂ 中心
３６ 補正板（遮蔽板）
３６ａ 貫通孔
３６ｂ 外縁部
Ｃ３ 法線
Ｗ ガラス素材
Ｗ１ 平凹レンズ（光学素子）
2 Upper mold (mold for optical elements)
8
36a Through-
Claims (6)
前記成形面に、該成形面の周縁から当該成形面の中心に向かうに従って、前記成形面の周縁においては２００ｎｍ以上、前記成形面の中心においては２５００ｎｍ以下となるよう漸次厚くなるように形成された保護膜を備え、
前記保護膜が白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも１種類の元素、又は該元素のうち少なくとも１種類を含む化合物から形成されていることを特徴とする光学素子用成形型。 An optical element molding die for molding an optical element by pressing a glass material on a molding surface of a mold base material,
The molding surface is formed so as to gradually increase in thickness from 200 nm or more at the periphery of the molding surface and 2500 nm or less at the center of the molding surface as it goes from the periphery of the molding surface to the center of the molding surface. for example Bei a protective film,
The protective film is formed of at least one element selected from platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, and tantalum, or a compound containing at least one of the elements. Mold for optical elements.
前記型母材に前記成形面を形成する工程と、
前記成形面に、該成形面の周縁から当該成形面の中心に向かうに従って、前記成形面の周縁においては２００ｎｍ以上、前記成形面の中心においては２５００ｎｍ以下となるよう漸次厚くなるように制御しつつ保護膜を形成する工程と、
を備え、
前記保護膜が白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも１種類の元素、又は該元素のうち少なくとも１種類を含む化合物から形成されていることを特徴とする光学素子用成形型の製造方法。 In the manufacturing method of the optical element molding die for molding the optical element by pressing the glass material on the molding surface of the mold base material,
Forming the molding surface on the mold base material;
While controlling from the periphery of the molding surface to the center of the molding surface, the molding surface gradually increases in thickness so that the periphery of the molding surface is 200 nm or more and the center of the molding surface is 2500 nm or less. Forming a protective film;
Bei to give a,
The protective film is formed of at least one element selected from platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, and tantalum, or a compound containing at least one of the elements. A method for producing a molding die for optical elements.
前記型母材として、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を用いることを特徴とする光学素子用成形型の製造方法。 In the manufacturing method of the shaping | molding die for optical elements of Claim 2,
A method for producing a molding die for optical elements, characterized in that a cemented carbide containing tungsten carbide as a main component is used as the mold base material.
前記保護膜を形成する工程において、
前記成形面を、ターゲットの表面に対向させるとともに、前記ターゲットの前記表面の中心における法線上に前記成形面の前記中心が位置するように配置し、
かつ前記ターゲットの前記表面から前記成形面までの距離を調節しつつスパッタリング法により前記保護膜を形成することを特徴とする光学素子用成形型の製造方法。 In the manufacturing method of the shaping | molding die for optical elements of Claim 2 or 3 ,
In the step of forming the protective film,
The molding surface is opposed to the surface of the target, and is arranged so that the center of the molding surface is located on the normal line at the center of the surface of the target,
And the manufacturing method of the shaping | molding die for optical elements characterized by forming the said protective film by sputtering method, adjusting the distance from the said surface of the said target to the said molding surface.
前記保護膜を形成する工程において、
前記ターゲットと前記成形面との間に、自身の内腔部を前記法線が通る貫通孔が形成され該貫通孔の外縁部で前記ターゲットから放出されるスパッタ粒子を遮る補正板を設けて、前記保護膜の厚さを制御することを特徴とする光学素子用成形型の製造方法。 In the manufacturing method of the shaping | molding die for optical elements of Claim 4 ,
In the step of forming the protective film,
Provided between the target and the molding surface is a correction plate that forms a through-hole through which the normal passes through its own lumen and blocks sputtered particles emitted from the target at the outer edge of the through-hole, A method for producing a molding die for an optical element, wherein the thickness of the protective film is controlled.
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