JPH03153535A - Mold for forming optical element - Google Patents

Mold for forming optical element

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JPH03153535A
JPH03153535A JP29218389A JP29218389A JPH03153535A JP H03153535 A JPH03153535 A JP H03153535A JP 29218389 A JP29218389 A JP 29218389A JP 29218389 A JP29218389 A JP 29218389A JP H03153535 A JPH03153535 A JP H03153535A
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    • C03B2215/30Intermediate layers, e.g. graded zone of base/top material

Abstract

PURPOSE:To obtain a mold for forming which is high in oxidation resistance and can be produced at high precision and is little in deterioration of precision by coating a compositely carbonized film on the molding face of the base material of the mold. CONSTITUTION:In a mold for molding which is utilized for press-molding of an optical element made of glass, a compositely carbonized film is coated at least on the molding face of the base material of a mold. The compositely carbonized film is formed of a film wherein a plurality of metals are mixed in a state of crystalline and/or amorphous carbide. For example, Ti, Ta, B and Hf, etc., are shown as metal for forming the compositely carbonized film. For example, sintered hard alloy and sintered SiC are utilized as the base material of the mold. In order to coat the compositely carbonized film, e.g. a physical vapor deposition method such as the sputtering and ion plating methods and a chemical vapor deposition method such as a plasma CVD method. The compositely carbonized film is preferably coated via an intermediate layer to enhance the adhesive property to the base material of the mold.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は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関し、特に、容易に高精度を実現で
き且つ耐久性良好な光学素子成形用型に関する。この様
な光学素子成形用型は例えば直接光学面を形成する高精
度成形のための型として好適に利用される。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical element molding die used for press molding an optical element made of glass, and in particular, to an optical element molding die that can easily achieve high precision and has good durability. Regarding molding molds. Such an optical element molding mold is suitably used, for example, as a mold for high-precision molding to directly form an optical surface.

[従来の技術] 一般に、レンズ、プリズム、ミラー及びフィルタ等の光
学素子は、ガラス等の素材を研削して外形を所望の形状
とした後に、機能面即ち光が透過及びまたは反射する面
を研磨して光学面とすることにより製造されている。
[Prior Art] Generally, optical elements such as lenses, prisms, mirrors, and filters are manufactured by grinding a material such as glass to give a desired external shape, and then polishing the functional surface, that is, the surface that transmits and/or reflects light. It is manufactured by forming an optical surface.

以上の様な光学素子の製造においては、研削及び研磨に
より所望の表面精度を得るためには、熟練した作業者が
相当の時間加工を行なうことが必要であった。また、機
能面が非球面である光学素子を製造する場合には、−層
高度な研削及び研磨の技術が要求され且つ加工時間も長
くならざるを得なかった。
In manufacturing such optical elements as described above, in order to obtain the desired surface precision by grinding and polishing, it is necessary for skilled workers to carry out processing for a considerable amount of time. Furthermore, when manufacturing an optical element whose functional surface is an aspherical surface, highly sophisticated grinding and polishing techniques are required, and the processing time is unavoidably long.

そこで最近では、上記の様な伝統的な光学素子製造方法
に代って所定の表面精度を有する成形用金型内に光学素
子材料を収容して加熱しながら加圧することによりプレ
ス成形にて直ちに機能面を含む全体的形状を形成する方
法が行なわれる様になってきている。これによれば、機
能面が非球面である場合でさえも比較的簡単かつ短時間
で光学素子の連続製造に適する。
Therefore, recently, instead of the traditional optical element manufacturing method as described above, optical element materials are placed in a mold with a predetermined surface accuracy and pressurized while heating. More and more methods are being used to form the overall shape, including the functional aspects. According to this, even when the functional surface is an aspherical surface, it is suitable for continuous production of optical elements relatively easily and in a short time.

以上の様なプレス成形において使用される型に要求され
る性質としては、十分な硬度、良好な耐熱性、耐酸化性
、良好な鏡面加工性及び成形時において光学素子材料と
融着を起さず、反応析出物を生じにくいこと等があげら
れる。
The properties required of the mold used in press molding as described above include sufficient hardness, good heat resistance, oxidation resistance, good mirror workability, and the ability to avoid fusion with optical element materials during molding. First, it is difficult to form reaction precipitates.

そこで、従来、この様なプレス成形用型としては金属、
セラミックス、及びこれらに適宜の材料をコーティング
した材料等数多くの種類が提案されている。
Therefore, conventionally, such press molding molds were made of metal,
Many types of materials have been proposed, including ceramics and materials coated with appropriate materials.

たとえば、特開昭49−51112号公報には13Cr
マルテンサイト鋼を用いた型が開示されており、特開昭
52−45613号公報には炭化ケイ素(SiC)を用
いた型及び窒化ケイ素(simN4)を用いた型が開示
されており、特開昭60−246230号公報には超硬
合金に貴金属をコーティングした型が開示されている。
For example, in JP-A-49-51112, 13Cr
A mold using martensitic steel is disclosed, and JP-A No. 52-45613 discloses a mold using silicon carbide (SiC) and a mold using silicon nitride (simN4). Japanese Patent No. 60-246230 discloses a mold made of cemented carbide coated with a noble metal.

[発明が解決しようとしている課題] しかしながら、上記13C「マルテンサイト鋼は酸化し
やすく更に高温のプレス成形時においてFeがガラス材
料中に拡散してガラスが着色する難点がある。また、上
記SiCや5isN4は一般的には酸化されに(いので
あるが、高温ではある程度の酸化が生じ型表面にSiO
□の膜が形成されるためガラスとの融着を生じやすく更
に硬度が高すぎるため加工性が極めて悪いという難点が
ある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-mentioned 13C martensitic steel is easily oxidized and has the disadvantage that Fe diffuses into the glass material during high-temperature press forming, causing the glass to become colored. 5isN4 is generally not oxidized, but at high temperatures it oxidizes to some extent and forms SiO on the mold surface.
Since a film of □ is formed, it is easy to fuse with the glass, and furthermore, the hardness is too high, resulting in extremely poor workability.

更に、表面に貴金属をコーティングした材料は硬度が低
いために傷付きやす(且つ変形しやすいという難点があ
る。
Furthermore, materials whose surfaces are coated with precious metals have low hardness and are easily damaged (and easily deformed).

そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、容易に高精度
で製造でき且つプレス成形に際し精度劣化の少ない長寿
命の光学素子成形用型を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned prior art, an object of the present invention is to provide a mold for molding an optical element that can be easily manufactured with high precision and has a long life with little deterioration in precision during press molding.

[課題を解決するための手段] 本発明に従って、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、型母材の少なくと
も成形面に、複炭化膜が被覆されていることを特徴とす
る光学素子成形用型が提供される。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, an optical element molding die used for press molding an optical element made of glass is characterized in that at least the molding surface of the mold base material is coated with a double carbide film. A mold for molding an optical element is provided.

本発明において「複炭化膜」とは、複数の金属が結晶質
および/または非晶質の炭化物の状態で混在した膜であ
り、これには、例えばTaCとTiCからなる膜の他に
TaTiC,(TaTi)sC等所謂侵入型炭化物の構
造が混在している膜や、金属元素あるいは炭素が他の元
素と結合しない状態で混在している膜なども含まれる。
In the present invention, a "double carbide film" refers to a film in which multiple metals are mixed in the form of crystalline and/or amorphous carbides. It also includes films in which so-called interstitial carbide structures such as (TaTi)sC are mixed, and films in which metal elements or carbon are mixed in a state where they are not bonded to other elements.

以下、TaC−TiC等はこれらの膜を総称する意味の
複炭化膜の金属組成を主に表わすものとする。
Hereinafter, TaC-TiC and the like mainly refer to the metal composition of the double carbide film, which is a general term for these films.

複炭化膜を構成する金属としては、例えばチタン(Ti
)、タンタル(Ta)、ホウ素(B)、ハフニウム(H
f)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、アル
ミニウム(Al)、タングステン(W)、ニオブ(Nb
)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)が挙げられる
。従って、複炭化膜に含有される炭化物の形態としては
、通常のTiC,TaC,B4C,HfC,ZrC,V
C。
As the metal constituting the double carbide film, for example, titanium (Ti
), tantalum (Ta), boron (B), hafnium (H
f), zirconium (Zr), vanadium (V), aluminum (Al), tungsten (W), niobium (Nb)
), molybdenum (Mo), and chromium (Cr). Therefore, the forms of carbides contained in the double carbide film include ordinary TiC, TaC, B4C, HfC, ZrC, V
C.

A14CI、 WC,NbC,MotC,Cr1Ct等
や、これらの所謂侵入型炭化物(TaTiC,(TaT
i) IC等)などが挙げられる。
A14CI, WC, NbC, MotC, Cr1Ct, etc., and these so-called interstitial carbides (TaTiC, (TaT
i) IC etc.).

複炭化膜は、その組成において金属と炭素との原子比率
をかなりの範囲で変化させることができるが、実用的範
囲としては、金属含有率が30〜50atoa+%程度
のものが好のましい。
In the composition of the double-carbide film, the atomic ratio of metal to carbon can be varied over a considerable range, but for practical purposes, a metal content of about 30 to 50 atoa+% is preferable.

複炭化膜の膜厚は製造条件により適宜設定されるが、使
用時に所望の特性が発揮できる様な膜厚(好ましくは0
.1〜10μm1より好ましくは1μm程度)とすれば
よい。
The film thickness of the double-carbonized film is appropriately set depending on the manufacturing conditions, but the film thickness is such that the desired characteristics can be exhibited during use (preferably 0
.. The thickness may be 1 to 10 μm (more preferably about 1 μm).

型母材の材料としては、例えば超硬合金や焼結SiCを
用いることができる。これらの材料を切削、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
面精度に仕上げて型母材に用いる。
As the material of the mold base material, for example, cemented carbide or sintered SiC can be used. These materials are processed into a desired external shape by cutting, grinding, polishing, etc., and in particular, the molding surface is finished to a desired surface accuracy and used as a mold base material.

型母材の表面に複炭化膜を被覆するには、例えばスパッ
タリング法、イオンブレーティング法等の物理蒸着法(
PVD法)やプラズマCvD法等の化学蒸着法(CVO
法)を用いる。
In order to coat the surface of the mold base material with a double carbide film, physical vapor deposition methods such as sputtering method and ion blasting method (
Chemical vapor deposition methods (PVD method) and plasma CVD method (CVO method)
method).

複炭化膜は、を母材との密着性を向上させる上で、中間
層を介して被覆されることが好ましく、またこの中間層
が複炭化膜を構成する金属と同一の金属からなることが
より好ましい。
The double-carbide film is preferably coated with an intermediate layer in order to improve its adhesion to the base material, and this intermediate layer is preferably made of the same metal as the metal constituting the double-carbide film. More preferred.

このようにして被覆された複炭化膜は、特に高温での耐
酸化性も高くガラスとの融着性が著しく低(離型性が良
好であるので、これまで型との融着のために高精度成形
を工業的に実施することが困難であるとされている高融
点のガラスを用いる成形にも良好に適用でき、更には一
次成形されたガラスまたは溶融ガラスを型装置内に収容
してプレス成形する光学素子製造に適用して繰返し使用
しても良好な精度の光学素子を得ることができるという
利点がある。
The double-carbide film coated in this way has high oxidation resistance, especially at high temperatures, and has extremely low fusion properties with glass (because it has good mold releasability, It can be successfully applied to molding using glass with a high melting point, which is considered difficult to perform industrially with high precision molding, and can even accommodate primary molded glass or molten glass in a mold device. It has the advantage that it can be applied to the manufacture of optical elements by press molding, and optical elements with good precision can be obtained even if they are used repeatedly.

〔実施例1 本発明を図面を参照しながら実施例により説明する。[Example 1 The present invention will be explained by way of examples with reference to the drawings.

実施例1 第1図及び第2図は本発明に係る光学素子成形用型の1
つの実施態様を示すものである。
Example 1 FIGS. 1 and 2 show a mold for molding an optical element according to the present invention.
2 shows two embodiments.

第1図は光学素子のプレス成形前の状態を示し、第2図
は光学素子成形後の状態を示す、第1図中1.2は型母
材、1−a、2−aは該型母材のガラス素材の接触する
成形面に形成された複炭化膜、3はガラス素材であり、
第2図中4は光学素子である。第1図に示すように型の
間に置かれたガラス素材3をプレス成形することによっ
て、第2図に示すようにレンズ等の光学素子4が成形さ
れる。
Figure 1 shows the state of the optical element before press molding, and Figure 2 shows the state of the optical element after molding. A double carbon film formed on the molding surface in contact with the base glass material, 3 is the glass material,
4 in FIG. 2 is an optical element. By press-molding a glass material 3 placed between molds as shown in FIG. 1, an optical element 4 such as a lens is formed as shown in FIG. 2.

が  された の  : 型母材は、超硬合金[WC(90%) + Co(10
%)l、焼結SiCからなり、所定の形状に加工され、
レンズ成形面が鏡面加工されている。該型母材の成形面
に複炭化膜を被覆して、以下の通り本発明による型を製
造した。また、比較のために上記型母材の成形面に被覆
を行なわない型及び該成形面にSiC層を形成した型を
製造した。製造した型の一覧表を第1表に示す、尚、表
1において、No、  1〜No、30は本発明実施例
である。
The mold base material was made of cemented carbide [WC (90%) + Co (10
%)l, made of sintered SiC, processed into a predetermined shape,
The lens molding surface is mirror-finished. A mold according to the present invention was manufactured as follows by coating the molding surface of the mold base material with a double carbonized film. In addition, for comparison, a mold in which the molding surface of the mold base material was not coated and a mold in which a SiC layer was formed on the molding surface were manufactured. A list of the manufactured molds is shown in Table 1. In Table 1, No. 1 to No. 30 are examples of the present invention.

次に、上記No、  1及びN002については、第3
図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炭化チタンタンタル層(TaC−
Tic)膜を形成した。
Next, regarding No. 1 and No. 002 above, the third
Using the apparatus shown in the figure, a titanium tantalum carbide layer (TaC-
A Tic) film was formed.

第3図において、20はスパッタリング装置の気密室で
ある。気密室20には排気口21が接続されており、排
気口21は不図示の減圧源に接続されている。気密室2
0内の上部には加熱ヒータ22が配置されており、該ヒ
ータにはヒータ電源23が接続されている。ヒータ22
の下方に型母材支持体24が配置されており、該支持体
には型母材バイアス電源25が接続されている。支持体
24には型母材26が成形面を下向きにして支持される
。支持体24の下方にメタン及びアセチレンガス導入用
バイブ27、グロー放電発生用コイル28が配置されて
おり、該コイルには整合回路29を介して高周波電源3
0が接続されている。
In FIG. 3, 20 is an airtight chamber of the sputtering apparatus. An exhaust port 21 is connected to the airtight chamber 20, and the exhaust port 21 is connected to a decompression source (not shown). Airtight room 2
A heater 22 is placed in the upper part of the heater 0, and a heater power source 23 is connected to the heater. Heater 22
A mold base material support 24 is disposed below, and a mold base material bias power source 25 is connected to the support. A mold base material 26 is supported on the support body 24 with the molding surface facing downward. A vibrator 27 for introducing methane and acetylene gas and a coil 28 for generating glow discharge are arranged below the support 24, and a high frequency power source 3 is connected to the coil via a matching circuit 29.
0 is connected.

気密室20の下部にはカソード電極31が配置されてい
る。電極31の上部には面積比的1:1の割合に混合し
たチタンとタンタルの混合ターゲット32が設けられて
おり、下部には冷却水用バイブ33が接続されている。
A cathode electrode 31 is arranged at the bottom of the airtight chamber 20. A mixed target 32 of titanium and tantalum mixed at an area ratio of 1:1 is provided on the upper part of the electrode 31, and a cooling water vibe 33 is connected to the lower part.

電極31の上方にアルゴンガス導入用バイブ34が配置
されており、ターゲット32の上方の近傍にはシャター
35が配置されている。
A vibrator 34 for introducing argon gas is arranged above the electrode 31, and a shutter 35 is arranged above and near the target 32.

炭化チタンタンタル(TaC−TiC)膜の形成時には
、上前の様にして得られた型母材26をアセトンで洗浄
し、支持体24により支持した後、気密室20内をI 
X 10”’Torrまで減圧した。次に、バイブ34
からアルゴンガス(3X 10−”Torr)を導入し
、コイル28に高周波電界(13,56MHz、0.2
kW−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25により型母材26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
リーニングを行う。その後、バイブ34からアルゴンガ
スな導入しながらカソード電極31に高周波電界(13
,56MHz 、0.5kW−hr)を印加しチタン・
タンタル混合物、ターゲット32の近傍にアルゴンのグ
ロー放電を発生させ、チタン・タンタル混合物ターゲッ
トにアルゴンイオンの衝撃を与えてスパッタリングを行
う。シャッター35を開いて、同時にバイブ27により
炭化水素ガス(メタン及びアセチレン)を1 x 10
−”Torr導入し型母材26の近傍に吹き付け、コイ
ル28に高周波電界(13,56MHz、0.5kW−
hr)を印加して炭素プラズマを形成させ、バイアス電
極25により型母材26に負バイアス(−50V )を
印加して炭素イオンを型母材26に引込みながらチタン
・タンタル混合物の反応性スパッタリングを行って型母
材26の表面に炭化チタンタンタル層を形成した。この
とき型母材の温度は300℃であった。得られた炭化チ
タンタンタル層の厚さは1μmであった。前記実施例に
おいて、カソード電極に高周波電界の代りにDC電圧を
印加しても同様な炭化チタンタンタル層が得られた。
When forming a titanium tantalum carbide (TaC-TiC) film, the mold base material 26 obtained as above is washed with acetone and supported by the support 24, and then the airtight chamber 20 is heated to an I.
The pressure was reduced to X 10"' Torr. Next, the vibrator 34
Argon gas (3X 10-” Torr) is introduced into the coil 28, and a high-frequency electric field (13.56MHz, 0.2
kW-hr) is applied to generate an argon glow discharge, and the bias power supply 25 applies a negative bias (-
50 V) is applied to perform sputter cleaning using argon ions. Thereafter, while introducing argon gas from the vibrator 34, a high frequency electric field (13
, 56MHz, 0.5kW-hr) was applied to titanium.
Argon glow discharge is generated near the tantalum mixture target 32, and the titanium/tantalum mixture target is bombarded with argon ions to perform sputtering. The shutter 35 is opened, and at the same time, hydrocarbon gas (methane and acetylene) is pumped in at 1 x 10 by the vibrator 27.
-" Torr is introduced and sprayed near the mold base material 26, and a high frequency electric field (13.56 MHz, 0.5 kW) is applied to the coil 28.
hr) is applied to form a carbon plasma, and a negative bias (-50V) is applied to the mold base material 26 through the bias electrode 25 to draw carbon ions into the mold base material 26 while reactive sputtering of the titanium/tantalum mixture is performed. A titanium tantalum carbide layer was formed on the surface of the mold base material 26. At this time, the temperature of the mold base material was 300°C. The thickness of the obtained titanium tantalum carbide layer was 1 μm. In the above example, a similar titanium tantalum carbide layer was obtained even when a DC voltage was applied to the cathode electrode instead of a high frequency electric field.

以下同様にしてNo、 3〜No、30の複炭化膜を形
成した。
Thereafter, double-carbonized films No. 3 to No. 30 were formed in the same manner.

また比較例については、第3図に示される装置を用いて
同様にして型母材の成形面上に炭化ケイ素層を形成した
。この際に、チタン・アルミ混合物ターゲットの代りに
ケイ素ターゲットを用いた。炭化ケイ素層の厚さはII
Lmであった。
As for a comparative example, a silicon carbide layer was similarly formed on the molding surface of the mold base material using the apparatus shown in FIG. At this time, a silicon target was used instead of the titanium/aluminum mixture target. The thickness of the silicon carbide layer is II
It was Lm.

によるレンズのブレス  : このよにして得られた型を用いて第4図に示す成形装置
によりレンズの成形試験を行なった。
Lens Breathing: Using the mold thus obtained, a lens molding test was conducted using the molding apparatus shown in FIG.

第4図中、51は真空槽本体、52はそのフタ、53は
光学素子を成形する為の上型、54はその下型、55は
上型をおさ^るための上型おさえ、56は調型、57は
型ホルダ−,58はヒーター、59は下型なつき上げる
つき上げ棒、60は該つき上げ棒を作動するエアシリン
ダ、61は油回転ポンプ、62,63.64はバルブ、
65は不活性ガス流入バイブ、66はバルブ、67はリ
ークバイブ、68はバルブ、69は温度センサー、70
は水冷バイブ、71は真空槽を支持する台を示す。
In Fig. 4, 51 is the vacuum chamber main body, 52 is its lid, 53 is an upper mold for molding optical elements, 54 is a lower mold, 55 is an upper mold holder for holding down the upper mold, 56 57 is a mold holder, 58 is a heater, 59 is a lifting rod that lifts up the lower mold, 60 is an air cylinder that operates the lifting rod, 61 is an oil rotary pump, 62, 63, and 64 are valves.
65 is an inert gas inflow vibe, 66 is a valve, 67 is a leak vibe, 68 is a valve, 69 is a temperature sensor, 70
71 indicates a water-cooled vibrator, and 71 indicates a stand supporting a vacuum chamber.

レンズを製作する工程を次に述べる。The process of manufacturing the lens will be described below.

まず、フリント系光学硝子(SF14)を所定の量に調
整し、球状にした硝子素材を型のキャビティー内に置き
、これを装置内に設置する。
First, a flint-based optical glass (SF14) is adjusted to a predetermined amount, and a spherical glass material is placed in a mold cavity, and this is installed in the apparatus.

ガラス素材を投入した型を装置内に設置してから真空槽
51のフタ52を閉じ、水冷バイブ70に水を流し、ヒ
ーター58に電流を通す。この時窒素ガス用バルブ66
及び68は閉じ、排気系バルブ62,63.64も閉じ
ている。尚油回転ポンプ61は常に回転している。
After the mold containing the glass material is placed in the apparatus, the lid 52 of the vacuum chamber 51 is closed, water is allowed to flow through the water-cooled vibrator 70, and electric current is passed through the heater 58. At this time, the nitrogen gas valve 66
and 68 are closed, and the exhaust system valves 62, 63, and 64 are also closed. Note that the oil rotary pump 61 is constantly rotating.

バルブ62を開は排気をはじめ10−”Torr以下に
なったらバルブ62を閉じ、バルブ66を開いて窒素ガ
スをボンベより真空槽内に導入する。所定温度になった
らエアシリンダ60を作動させて80kg/cm”の圧
力で5分間加圧する。圧力を除去した後、冷却速度を一
り℃/winで転移点以下になるまで冷却し、その後は
一り0℃/win以上の速度で冷却を行い、200℃以
下に下がったらバルブ66を閉じ、リークバルブ63を
開いて真空槽51内に空気を導入する。それからフタ5
2を開は上型おさえをはずして成形物を取り出す。
The valve 62 is opened to begin exhaustion, and when the temperature drops below 10-'' Torr, the valve 62 is closed, and the valve 66 is opened to introduce nitrogen gas from the cylinder into the vacuum chamber. When the temperature reaches a predetermined temperature, the air cylinder 60 is activated. Pressure is applied for 5 minutes at a pressure of 80 kg/cm''. After removing the pressure, the cooling rate is 1 °C/win until the temperature drops below the transition point, and then cooling is performed at a rate of 0 °C/win or more, and when the temperature drops to 200 °C or less, the valve 66 is closed. , the leak valve 63 is opened to introduce air into the vacuum chamber 51. Then lid 5
Step 2: Remove the upper mold holder and take out the molded product.

上記のようにして、フリント系光学硝子5F14(軟化
点Sp= 586℃、転位点Tg= 485℃)を使用
して、第2図に示すレンズ4を成形した。この時の成形
条件すなわち時間−温度関係図を第5図に示す。
As described above, the lens 4 shown in FIG. 2 was molded using flint optical glass 5F14 (softening point Sp = 586°C, dislocation point Tg = 485°C). FIG. 5 shows the molding conditions at this time, that is, a time-temperature relationship diagram.

以上の様なプレス成形(n = 5000)の前後にお
ける型部材53(上型)、54(下型)の成形面の表面
粗さ及び成型された光学素子の光学面の表面粗さ、なら
びに成形光学素子と型部材53゜54との離型性につい
て表1に示す。
The surface roughness of the molding surfaces of the mold members 53 (upper mold) and 54 (lower mold) before and after press molding (n = 5000) as described above, the surface roughness of the optical surface of the molded optical element, and the molding Table 1 shows the mold releasability between the optical element and the mold members 53 and 54.

表1 *被覆の数値は、成分のモル%を示す。Table 1 *The coating value indicates the mole percent of the component.

以上の様に、本発明実施例においては、繰返しプレス成
形に使用しても良好な表面精度を十分に維持でき、良好
な表面精度の光学素子が成形できた。
As described above, in the examples of the present invention, good surface precision could be sufficiently maintained even when used in repeated press molding, and optical elements with good surface precision could be molded.

上記実施例では成形される光学ガラスとしてフリント系
のものが用いられているが、その他のクラウン系等のガ
ラスについても同様に良好な精度での成形が可能である
In the above embodiments, a flint-based optical glass is used as the optical glass to be molded, but other glasses such as crown-based glasses can also be molded with good precision.

上記実施例では型母材として超硬及び焼結SiCを用い
ているが、型母材はこの2つに限定されることな(高温
高強度な材料であればよい。
In the above embodiment, carbide and sintered SiC are used as the mold base material, but the mold base material is not limited to these two (any material with high temperature and high strength may be used).

上記実施例では、PVD法やCVD法で型母材上に形成
された複炭化膜をそのまま用いているが、該方法により
複炭化膜を比較的厚く形成しておき、その後表面を鏡面
研摩して用いることもできる。
In the above example, the double carbide film formed on the mold base material by the PVD method or CVD method is used as it is, but the double carbide film is formed relatively thick by this method, and then the surface is mirror-polished. It can also be used as

また、多数回のプレスにより表面に欠陥が生じた場合に
も、この様な研摩により良好な表面を再生することがで
きる。
In addition, even if defects occur on the surface due to multiple presses, a good surface can be regenerated by such polishing.

また複炭化膜を構成する金属のatom比率は、この実
施例の比率に限定されることなくターゲットの金属の混
合比率を変えることによって適宜比率を変えることがで
きる。
Further, the atom ratio of the metals constituting the double carbide film is not limited to the ratio of this embodiment, but can be changed as appropriate by changing the mixing ratio of the metals in the target.

実施例2 な して    か  された の  二上記No、2
7及びNo、28について、第3図に示した装置を用い
て反応性スパッタリング法によりを母材の成形面上に、
中間層(TaTiHfJを介して、炭化タンクルトチク
ンハフニウム(25丁a(ニー25TiC−50HfC
)層を被覆した。
Example 2 What was done No. 2 above
7, No. 28, on the molding surface of the base material by reactive sputtering method using the apparatus shown in FIG.
intermediate layer (TaTiHfJ, 25TiC-50HfC
) layer was coated.

但し、第3図において、ターゲット32として面積比タ
ンクル:チタン:ハフニウム=1:2:2の割合に混合
したタンタルチタンハフニウムターゲットを用いた。
However, in FIG. 3, a tantalum titanium hafnium target mixed in an area ratio of tantalum:titanium:hafnium=1:2:2 was used as the target 32.

上記の様にして得られた型母材26をアセトンで洗浄し
、支持体24により支持した後気密室20内をI X 
10−’Torrまで減圧した0次に、バイブ34から
アルゴンガス(3X 10−”Torr)を導入し、コ
イル28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25により型母材26に負バイアス(−50
V)を印加してアルゴンイオンによるスパッタクリーニ
ングを行う。その後、バイブ34からアルゴンガスを導
入しながらカソード電極31に高周波電界(13,56
MHz 、 0.5kW−hr)を印加しタンタルチタ
ンハフニウムターゲット32の近傍にアルゴンのグロー
放電を発生させ、ターゲット32にアルゴンイオンの衝
撃を与えてスパッタリングを行う、まず、シャッター3
5を開けて中間層を0.2μmの厚さで形成した0次に
、バイブ27により炭化水素ガス(メタン及びアセチレ
ン)をl X 10−”Torr導入し型母材26の近
傍に吹き付け、コイル28に高周波電界(13,56M
Hz、0.5に訃hr)を印加して炭素プラズマを形成
させ、バイアス電極25により型母材26に負バイアス
(−50V)を印加して炭素イオンを型母材26に引込
みながらタンタルチタンハフニウムの反応性スパッタリ
ングを行って型母材26の表面に炭化タンタルチタンハ
フニウム層を形成した。このとき型母材の温度は300
℃であった。得られた炭化タンクルチタンハフニウム層
中の金属含有率は50atom%であった。また、該複
炭化膜の膜厚は1μmであった。前記実施例において、
カソード電極に高周波電界の代りにDC電圧を印加して
も同様な炭化タンタルチタンハフニウム層が得られた。
After cleaning the mold base material 26 obtained as described above with acetone and supporting it with the support body 24, the inside of the airtight chamber 20 was cleaned with IX.
After the pressure was reduced to 10-'Torr, argon gas (3X 10-'Torr) was introduced from the vibrator 34, and a high-frequency electric field (13.56MHz, 0.2kW) was applied to the coil 28.
・hr) is applied to generate an argon glow discharge, and the bias power supply 25 applies a negative bias (-50
V) is applied to perform sputter cleaning with argon ions. Thereafter, while introducing argon gas from the vibrator 34, a high frequency electric field (13, 56
First, the shutter 3
5 was opened to form an intermediate layer with a thickness of 0.2 μm.Next, hydrocarbon gas (methane and acetylene) was introduced at 1×10-” Torr using a vibrator 27 and sprayed near the mold base material 26, and the coil 28 is a high frequency electric field (13,56M
Hz, 0.5 hr) is applied to form a carbon plasma, and a negative bias (-50V) is applied to the mold base material 26 by the bias electrode 25 to draw carbon ions into the mold base material 26 while injecting tantalum titanium. A tantalum titanium hafnium carbide layer was formed on the surface of the mold base material 26 by reactive sputtering of hafnium. At this time, the temperature of the mold base material is 300
It was ℃. The metal content in the obtained tank titanium hafnium carbide layer was 50 atom%. Further, the film thickness of the double-carbonized film was 1 μm. In the above embodiment,
A similar tantalum titanium hafnium carbide layer was obtained by applying a DC voltage instead of a high frequency electric field to the cathode electrode.

これらの型を実施例1と同様にして繰返しプレス成形に
使用すると、実施例1と同様に良好な表面精度を十分に
維持でき、良好な表面精度の光学素子が成形できた。
When these molds were repeatedly used for press molding in the same manner as in Example 1, good surface precision could be sufficiently maintained as in Example 1, and an optical element with good surface precision could be molded.

[発明の効果] 以上の様な本発明によれば、単一の金属の炭化膜に比較
して耐酸化性が良好な複炭化膜で成形面が被覆されてい
るので、繰返しプレス成形に際し精度劣化が少なく、更
に特に高温での使用においてもガラスとの融着な生ずる
ことのない長寿命の光学素子成形用型が提供される。
[Effects of the Invention] According to the present invention as described above, since the molding surface is coated with a double carbide film that has better oxidation resistance than a single metal carbide film, accuracy can be improved during repeated press forming. Provided is a mold for molding an optical element that has a long life, is less susceptible to deterioration, and does not cause fusion with glass even when used at high temperatures.

更に、複炭化膜はヌープ硬さHkが2400〜3000
kg7mm”程度であり、単一の金属の炭化膜と比較し
て高硬度であるため傷が付きにくく、このため使用時に
おいてクリーニングを繰返しても傷付きにくく、それ故
に良好な表面精度の光学素子を長期にわたって製造する
ことができる。
Furthermore, the Knoop hardness Hk of the double carbonized film is 2400 to 3000.
It is approximately 7 mm" in weight and has a high hardness compared to a single metal carbide film, so it is less likely to be scratched. Therefore, it is less likely to be scratched even after repeated cleaning during use, and therefore has a good surface precision. can be manufactured over a long period of time.

また、本発明の型は型母材として加工性の良好なものを
幅広く選択することができるので、製造が容易である。
Furthermore, the mold of the present invention is easy to manufacture because a wide range of materials with good workability can be selected as the mold base material.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図は本発明に係る光学素子成形用型の
一実施態様を示す断面図で、第1図はプレス成形前の状
態、第2図はプレス成形後の状態を示す。第3図は本発
明の型を製造するため使用したスパッタリング装置の模
式図である。第4図は本発明に係る光学素子成形用型を
使用するレンズの成形装置を示す断面図である。第5図
はレンズ成形の際の時間温度関係図である。 1.2・・・型母材、 1−a、2−a・・・複炭化膜、 3・・・ガラス素材、   4・・・成形されたレンズ
、20・・・気密室、   21・・・排気口、22・
・・加熱ヒータ、  23・・・ヒータ電源、24・・
・型母材支持体、25・・・バイアス電源、26・・・
型母材、 27・・・炭化水素ガス導入用バイブ、28・・・グロ
ー放電発生用コイル、 29・・・整合回路、  30・・・高周波電源、31
・・・カソード電極、 32・・・ターゲット、 33・・・冷却水用バイブ、 34・・・アルゴンガス導入用バイブ、35・・・シャ
ッター 51・・・真空槽本体、 52・・・フタ、53・・・
上型、    54・・・下型、55・・・上型おさえ
、 56・・・用型、57・・・型ホルダ−、58・・
・ヒーター59・・・つき上げ棒、  60・・・エア
シリンダ、61・・・油回転ポンプ、62.63.64
・・・バルブ、65・・・流入バイブ、 66・・・バ
ルブ、67・・・流出バイブ、 68・・・バルブ、6
9・・・温度センサー、70・・・水冷バイブ、71・
・・台。
1 and 2 are cross-sectional views showing one embodiment of the mold for molding an optical element according to the present invention, with FIG. 1 showing the state before press molding, and FIG. 2 showing the state after press molding. FIG. 3 is a schematic diagram of the sputtering apparatus used to manufacture the mold of the present invention. FIG. 4 is a sectional view showing a lens molding apparatus using the optical element mold according to the present invention. FIG. 5 is a time-temperature relationship diagram during lens molding. 1.2... Mold base material, 1-a, 2-a... Double carbide film, 3... Glass material, 4... Molded lens, 20... Airtight chamber, 21...・Exhaust port, 22・
...Heating heater, 23...Heater power supply, 24...
- Mold base material support, 25...bias power supply, 26...
Mold base material, 27... Vibrator for introducing hydrocarbon gas, 28... Coil for generating glow discharge, 29... Matching circuit, 30... High frequency power supply, 31
... Cathode electrode, 32 ... Target, 33 ... Vibrator for cooling water, 34 ... Vibrator for introducing argon gas, 35 ... Shutter 51 ... Vacuum chamber body, 52 ... Lid, 53...
Upper mold, 54...Lower mold, 55...Upper mold presser, 56...Mold, 57...Mold holder, 58...
・Heater 59... Lifting rod, 60... Air cylinder, 61... Oil rotary pump, 62.63.64
...Valve, 65...Inflow vibe, 66...Valve, 67...Outflow vibe, 68...Valve, 6
9...Temperature sensor, 70...Water cooling vibe, 71.
...stand.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 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、型母材の少なくとも成形面に、
複炭化膜が被覆されていることを特徴とする光学素子成
形用型。 2、複炭化膜を構成する金属が、チタン(Ti)、タン
タル(Ta)、ホウ素(B)、ハフニウム(Hf)、ジ
ルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、アルミニウム
(Al)、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、モリ
ブデン(Mo)、クロム(Cr)からなる群より選ばれ
た少なくとも2種である請求項1記載の光学素子成形用
型。 3、複炭化膜が、中間層を介して被覆されている請求項
1記載の光学素子成形用型。 4、中間層が、複炭化膜を構成する金属と同一の金属か
らなるものである請求項3記載の光学素子成形用型。
[Claims] 1. In an optical element molding mold used for press molding an optical element made of glass, at least the molding surface of the mold base material,
A mold for molding an optical element characterized by being coated with a double-carbonized film. 2. The metals that make up the double carbide film are titanium (Ti), tantalum (Ta), boron (B), hafnium (Hf), zirconium (Zr), vanadium (V), aluminum (Al), and tungsten (W). 2. The mold for molding an optical element according to claim 1, wherein the mold is at least two selected from the group consisting of , niobium (Nb), molybdenum (Mo), and chromium (Cr). 3. The mold for molding an optical element according to claim 1, wherein the double-carbonized film is coated with an intermediate layer interposed therebetween. 4. The mold for molding an optical element according to claim 3, wherein the intermediate layer is made of the same metal as the metal constituting the double carbide film.
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