JPH04170331A - 光学ガラス素子成形用型及びその製造方法並びに光学ガラス素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明！戴　光学機器に使用されるレン黒　プリズム等
の高精度光学ガラス素子を超精密ガラス成形法により形
成するための光学ガラス素子成形用型及びその製造方法
並びに光学ガラス素子の製造方法に関するものであム 従来の技術　　　“ 近蝦　高精度光学レンλ　特に非球面ガラスレンズ等の
製造法として、光学研磨法を用いず、研磨工程無しの一
発成形により形成する試みが多くなされつつあも その成形法の一つとして、ガラス素材を変形可能な温嵐
　例えば　軟化点温度近傍の温度に加熱し　押圧成形な
どの手段を用いて成形する方法があム これらの成形に用いられる光学ガラス素子成形型は当然
に非常に高精度な面形状　品質が要求されも この成形型には高温度のもとてガラスに対して化学的に
不活性であること、型のガラスプレス面が十分硬く摩擦
等の損傷を受けにくいこと、また高温度でのプレスで型
が塑性変形をおこさないこと、さらに型の加工性が良く
、精密加工が可能なことなどが必要であム これらの要求を満たすため（ミ　例えばシリコンカーバ
イト、シリコンナイトライドを用いたプレス成形用型（
例えば特開昭５２−４５６１３号公報）やタングステン
カーバイド、サーメット、ジルコニアを母材とし　この
母材上に貴金属合金膜を形成して構成したプレス成形用
型などが提案されている。

この場合、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド
、タングステンカーバイド、ジルコニア、サーメットお
よび貴金属合金膜を所望の面形状に仕上げるにはダイヤ
モンド砥石による研削加工を用いて仕上げることになａ しかし　前記のような構成の成形型では材料の硬度は極
めて硬いためダイヤモンド砥石の摩耗が激しく高精度な
加工が困難て　要求精度を満たすのに非常に長時間を要
すも 例えば　大口径の成形型の加工の場合には　砥石の摩耗
量を確認しながら加工しなければ満足できる精度が得ら
れなし さらに一個の砥石での成形型を加工できる面数も少なり
〜　また　小口径の場合では曲率半径が極めて小さいと
加工できる砥石がなり〜 このような加工上の制限があるためへ　作成できる金型
形状の範囲が狭いうえに加工時間などが長く成形型は非
常に高価なものとなってい九一方加工性のみを考慮した
材料を用いれば加工時間は短縮され　形状精度の良い型
ができるが型寿命が短いという問題が生じも そこゑ　本願発明者らは　特開平１−１８４０７０号公
報において、これらの問題点を解決することを目的とし
て、以下のような提案を行なっ九すなわ板　成形用型の
母材として、炭化タングステンを主成分とした超硬合金
、　または炭化チタン、窒化チタン、炭化クロムまたは
アルミナを主成分とするサーメットを用ＣＸ、研削によ
りこれら母材を所望する形状に近い状態に加工した後、
前記母材上に研醜　切削加工性に優れ　高融点で化学的
に安定なニッケル金風　ニッケルーリンを主成分とする
合金、　またはニッケルーホウ素を主成分とする合金を
中間層として形成し　この中間層を所望する形状に切削
加工または研削加工によって精密に加工した徴　該中間
層上に保護膜として、金属窒化法　金属棚化私　金属炭
化轍　イリジウム−タングステン合へ　ルテニウム−タ
ングステン合金、　イリジウム−タンタル合金、　イリ
ジュウムーレニウム合へ　あるいはルテニウム−レニウ
ム合金膜を形成して光学ガラス素子成形用型を作成する
というものであも こうして作成された成形用型の一実施例を、第３図に示
す。

発明が解決しようとする課題 特開平１−１８４０７０号公報に記載の方法によれば型
の加工時間は短縮され　形状精度の良い型カー（得られ
　上記の型加工時間の問題　型製造コストの問題を十分
に解決できるものであム しかしなが叙　中間層２として用いたニッケル金風　ニ
ッケルーリンを主成分とする合へ　またはニッケルーホ
ウ素を主成分とする合金力（使用前　あるいは使用中へ
　型の外周部で剥離や亀裂をおこすこと場合があっ九 すなわち第３図の成形用型を用いて成形を続けて行くと
、中間層と保護膜の組合せに係わらず、成形型の外周部
の角の部分に亀裂や剥離が発生することがあっ九　つま
り、成形型の最外周から凹面が始まるあたりにかけて中
間層の剥離あるいは亀裂が発生することがあった　これ
ζよ　成形型の角の部分に中間層内で応力集中がおこり
易いためと考えられも 本発明（友　本願発明者らによってなされた先行技術で
ある特開平１−１８４０７０号公報に記載の発明を更に
発展させて上記課題を解決し　更に優れた光学ガラス素
子成形用型及びその製造方法並びに光学ガラス素子の製
造方法を提供することを目的とすも 課題を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するた亀　成形用型の母材と
して、炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬合
斂　あるいは窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（Ｔｉ
Ｃ）、炭化クロム（Ｃｒ＊Ｃ−）、またはアルミナ（Ａ
Ｉｔｏｓ）を主成分とするサーメットを母材とし　前記
母材を所望する形状に近似した形状に加工する１毘　中
間層としてニッケル（Ｎｉ）金入　ニッケル（Ｎｉ）−
リン（Ｐ）を主成分とする合金を形成する１毘　前記中
間層を所望する形状に高精度に加工する１毘　前記母材
の外周部の前記中間層を除去する１毘　前記母材及び前
記中間層上に保護膜として金属窒化憔金属炭化帳　金属
棚化株　イリジウム（Ｉ　ｒ）　−タングステン（Ｗ）
合金、　ルテニウム（Ｒｕ）−タングステン（Ｗ）合金
、　イリジウム（Ｉ　ｒ）　−タンタル（Ｔａ）合へ　
ルテニウム（Ｒｕ）−タンタル（Ｔａ）合金、　イリジ
ウム（Ｉ　ｒ）−レニウム（Ｒｅ）合金あるいはルテニ
ウム（Ｒｕ）−レニウム（Ｒｅ）合金膜を型の形状を崩
さないように被膜して作製する工程により光学ガラス素
子成形用型を作成する手段を用いるものであ４作用 本発明は上述した手段により、成形用型の外周部を取り
去ったたべ　中間層内の応力集中や成形温度サイクルに
よる伸縮の繰り返しによる剥離や亀裂をおこすことが使
用中になくなった　そのことにより、研肖ル　切削加工
性に優れた中間層の高精度な面形状を容易に得ることが
可能となっ九また　極めて硬い材質を加工する必要がな
いたム　ダイヤモンドバイトや砥石の摩耗がほとんどな
く、ダイヤモンドバイト、砥石の寿命も長くなり大口径
の成形型を一つのバイト及び砥石で数多く作成できるよ
うになａ　また　ダイヤモンドバイトによる切削加工が
可能になったため小曲率半径の成形型の加工もでき加工
範囲も広がった　さらく　母材、保護膜は面品質、耐色
　耐衝撃性が優れた材質を用いていることか収　良好な
加工性と成形型寿命を兼ね備えた成形型が容易に作成で
献　その型でプレス成形すると高精度な面形状を有した
安価な光学ガラス素子を得ることが可能となム 実施例 以下、本発明の一実施例の光学ガラス゛素子成形用型の
作成方法及び光学ガラス素子の製造方法について添付図
面と共に説明すも 先ず最初に中間層として用いる材料の加工性の実験を行
った　実験では各種材料を直径８ｍｍ。

曲率半径７．５ｍｍの凹形状に仕上げることとじ丸材料
によって前記のような大きさの物が得られないのでそれ
らは母材に超硬合金を用い所望の形状に近い形状にした
徽　母材上に材料を形成し加工を行うこととした 加工方法として（よ　ダイヤモンドバイトを用いた切削
加工とダイヤモンド砥石を用いた研削加工を各種材料で
行ｔ＼　評価方法は干渉針を用いて表面形状の測定を行
いその加工精度により加工精度を確認した その実験結果を第１表に示も 第１表より、ニッケノｋ　ニッケルーリン合金、ニッケ
ルーホウ素合金は切削が可能でかつ加工精度も良好なも
のが得られた　その他の材料は硬度が掻めて高いた八　
ダイヤモンドバイトの摩耗が瞬時にして起こり切削加工
は不可能であっデらまた　研削加工でも同様に摩耗が生
じており、非常に多くの時間を要すも　加工後の面形状
も充分なものではなＩ、％ （以下、余白） 第１表 第１表（続き） 次に母材に超硬合金を用１．Ｘ、その上にニッケルを形
成した型表面を連続して切削加工した場合の表面形状と
、超硬合金上にイリジウム−タングステン合金を形成し
た後連続して研削加工を行った場合の表面形状の推移を
確認する実験を行った作成した型の形状は直径４２ｍｍ
、　　曲率半径１８．３ｍｍの凹形状になるように母材
を予め近い形状に加工を施してから行った その結果を第２表に示す。

第２表 第２表（続き） 第２表（続き） ニッケル表面を加工した場合、高精度の面形状を得るこ
とができる五　ダイヤモンド砥石の摩耗がなく、多くの
成形面を作成できることが分か４　′−Ｘ　　イリジウ
ム−タングステン合金膜の加工では１個目の型こそ精度
を満たしている力（加工数が増す毎に精度が悪くなり、
　５個目には加工ができなくなってしまっ九 第１爽　第２表からも分かるように　中間層としてニッ
ケ７ｋ　　ニッケルーリン合血　ニッケルーホウ素合金
を用いることにより、加工性がよく、ダイヤモンドバイ
トの摩耗がなく寿命が長いことが実験により確認でき九
　また　加工時間も他の材料と比較して大幅に短縮でき
も この様へ　上記材質であれば　大口径の型も一つのダイ
ヤモンドバイトで多数の成形型を高精度で加工できも　
また　切削加工では研削加工に比ベダイヤモンドバイト
の加工先端半径が小さくでき、曲率半径の小さな面を有
する型の加工もでき加工範囲が大きく広かも ここでは記載しなかったがニッケ／ｋ　　ニッケルーリ
ン合血　ニッケルーホウ素合金と同様以上の加工性と高
融点で化学的に安定なニッケルーリンを主成分とする合
血　ニッケルーホウ素を主成分とする合金を用いても問
題はなｔ〜 次に本発明の成形用型の作成方法と光学ガラス素子の製
造方法について説明すム 第１図は本発明の成形用型の作成方法の工程概略図であ
も　１は母材、　２は中間層　３は保護膜であム 第１図（ａ）に示す様へ　直径３０ｍＢ　　厚さ６ｍｍ
の超硬合血　サーメットを曲率半径１４ｍｍおよび２０
ｍｍの凹面形状の上成形監　下成形型からなる一対の成
形型の母材として研削により粗加工を施し　最終形状か
らのズレ量１０μｍ以下にした 次に第１図（ｂ）に示す如く、これらの母材１上にニッ
ケ／ｋ　　ニッケルーリンを主成分とする舎監　ニッケ
ルーホウ素を主成分とする合金のいずれかを中間層２と
してイオンブレーティング法により厚さ１５μｍで形成
した その抵　第１図（Ｃ）に示す様にダイヤモンドバイトに
より中間層２を切削加工して、その面形状を高精度に所
望の形状に仕上げ島 さら＆ミ　第１図（ｄ）に示す様に　母材の中間層の外
周部を研削あるいは旋削法により除去した最後へ　第１
図（ｅ）に示す様く　前記中間層２上に金属窒化法　金
属炭化私　金属機素化物またはイリジウム（Ｉ　ｒ）−
タングステン（Ｗ）合也　ルテニウム（Ｒｕ）−タング
ステン（Ｗ）合へ　イリジウム（Ｉ　ｒ）−タンタル（
Ｔａ）合金、ルテニウム（Ｒｕ）−タンタル（Ｔａ）合
金、　イリジウム（Ｉ　ｒ）−レニウム（Ｒｅ）合金あ
るいはルテニウム（Ｒｕ）−レニウム（Ｒｅ）合金を成
膜した いずれの成形型においても光学ガラス素子に必要な形状
精度（ＲＭ８０．０４λ以下）を容易に達成することが
可能であも 以上のように切削加工の容易な中間層を設けることによ
り、極めて硬い材質を加工する必要がなく、加工時間が
大幅に短縮され　かつ高精度の面形状を有した成形用型
が安価に作成できも言うまでもない力文　中間層　保護
膜の形成方法はスパッタ法も　イオンブレーティング法
以外の方法で形成しても問題なし〜 また　母材の中間層の外周部を研削あるいは旋削法によ
り除去したた数　成形型の角の部分に中間層内で応力集
中がおこり易いことからよく発生していた剥離や亀裂力
（金型使用の初期及び長期使用中を含めて発生しなくな
った これら上下一対の成形型をプレスマシンにセットした状
態を第３図に示も ４は上成形監　５は下成形監　６は上成形型用加熱ヒー
久　７は下成形型用加熱ヒー久　８は上成形型用加圧機
ＩＬ　９は下成形型用加圧機ＩＬＩＯは供給ガラス　１
１はガラス供給用治具１２はプレス成形された光学ガラ
ス素子の取りａしユ１３は供給ガラスの予備加熱ｉ１４
はチャンバーであム プレス実験では酸化鉛（ＰｂＯ）を７０重量翅シリカ（
Ｓ　ｉ　Ｏ２）を２７重量瓢　残りが微量成分からなる
酸化鉛系光学ガラスを半径１０ｍｍの球形状に加工した
硝材を予備加熱炉１０で加熱した徴　５５０℃に保持さ
れた上下の型４．５の下型の上におき、窒素ガス雰囲気
中で上型４でプレス圧５Ｋｇ／ｍｍ”を力筒す、硝材を
変形させも変形終了紘　上型４、下型５、硝材を３８０
℃まで冷却すも　そして、取り出し口１２より成形され
た光学ガラス素子を取り出し　常温まで冷却すも 以上のような成形工程を各材質の成形型で５０００回繰
り返した喪　型４、５をプレスマシンから取り出Ｌ　型
表面の形状精嵐　表面粗さを測定し型の優劣を評価した 母材に超硬合金を用（＼　中間層としてニツケノ＜ニッ
ケルーリン合金を形成した檄　中間層上に金属窒化憔　
金属炭化撫　金属棚化轍　その他の合金を形成して構成
した成形型のプレス成形後の評価結果を第３表に示も 表中の○印＆友　剥板　形状変化等がないことを示すも
のであム いずれの構成の成形型においても５０００回の成形徽　
型に表面荒れや形状の変化は見られなかった　母材と中
間層と保護膜の接着性は良好で成形による膜の剥離はな
かった また　各保護膜ともガラスとの反応も見られなｔ〜　ま
た　成形された光学ガラス素子の形状も型形状を良好に
転写しており光学ガラス素子性能を充分に満たしていも 第３表 第３表（続き） 第３表（続き） 第３表（続き） 実施例では中間層をニッケ）ｋ　　ニッケルーリン合金
及びニッケルーホウ素合金であったがニッケルーリンを
主成分とする合へ　ニッケルーホウ素を主成分とする合
金の中間層を設けても問題はなＩＩ〜 上記のようく　予め成形型の外周部の中間層を除去して
から保護膜を形成した構成の本実施例の成形型の場合（
戴　使用の初期はもちろん　５０００回を越える使用に
対しても剥離袋　亀裂の発生がない状態が続き、光学ガ
ラス素子成形用型としていままで以上の長寿命を持つよ
う・になった発明の効果 以上のように本発明の光学ガラス素子成形用型の作成方
法Ｃ′！、、成形用型の外周部を取り去ったた数　中間
層内の応力集中や成形温度サイクルによる伸縮の繰り返
しによる剥離や亀裂をおこすことが使用中になくなっ九
　そのことにより、研肖ル切削加工性に優れた中間層の
高精度な面形状を容易に得ることが可能となった また　極めて硬い材質を加工する必要がないたべ　ダイ
ヤモンドバイトや砥石の摩耗がほとんどなく、ダイヤモ
ンドバイト、砥石の寿命も長くなり大口径の成形型を一
つのバイト及び砥石で数多く作成できるようにな４　ま
た　ダイヤモンドバイトによる切削加工が可能になった
ため小曲率半径の成形型の加工もでき加工範囲も広がっ
九　さら１　母株　保護膜は面品覧　耐臥　耐衝撃性が
優れた材質を用いていることか収　良好な加工性と成形
型寿命を兼ね備えた成形型が容易に作成でき、その型で
プレス成形すると高精度な面形状を有した安価な光学ガ
ラス素子を得ることが可能となム

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における光学ガラス素子成形
用型の作成工程を示す概略断面図　第２図は本発明の一
実施例における光学ガラス素子成形用型で成形を行って
いる成形装置の一部を示す概略断面図　第３図は本願発
明者の先行例における光学ガラス素子成形用型の作成工
程を示す概略断面図であも ｌ・・・母株　２・・・中間凰　３・・・保護ＩＬ４・
・・上成形監　５・・・下成形監　６・・・上成形型加
熱用ヒー久７・・・下成形型加熱用ヒー久　８・・・上
成形型用加圧機４１Ｌ９・・・下成形型用加圧機１１１
１０・・・供給ガラ入　１１・・・光学ガラス素子取り
出し０．　１３・・・供給ガラス予備加熱恢　１４・・
・チャンバー。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ほか２名し ／　−一丑材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬合
   金、あるいは窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（Ｔｉ
   Ｃ）、炭化クロム（Ｃｒ＿２Ｃ＿３）、またはアルミナ
   （Ａｌ＿２Ｏ＿３）を主成分とするサーメットを母材と
   し、前記母材を所望する形状に近似した形状に加工する
   工程、中間層としてニッケル（Ｎｉ）金属、ニッケル（
   Ｎｉ）−リン（Ｐ）を主成分とする合金を形成する工程
   、前記中間層を所望する形状に高精度に加工する工程、
   前記母材の外周部の前記中間層を除去する工程、前記母
   材及び前記中間層上に保護膜として金属窒化物、金属炭
   化物、金属棚化物、イリジウム（Ｉｒ）−タングステン
   （Ｗ）合金、ルテニウム（Ｒｕ）−タングステン（Ｗ）
   合金、イリジウム（Ｉｒ）−タンタル（Ｔａ）合金、ル
   テニウム（Ｒｕ）−タンタル（Ｔａ）合金、イリジウム
   （Ｉｒ）−レニウム（Ｒｅ）合金あるいはルテニウム（
   Ｒｕ）−レニウム（Ｒｅ）合金膜を型の形状を崩さない
   ように被膜して作製する工程からなることを特徴とする
   光学ガラス素子成形用型の製造方法。
2. （２）炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬合
   金、あるいは窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（Ｔｉ
   Ｃ）、炭化クロム（Ｃｒ＿２Ｃ＿３）、またはアルミナ
   （Ａｌ＿２Ｏ＿３）を主成分とするサーメットを母材と
   し、前記母材には、所望の転写面形状に近似した形状が
   加工されており、前記近似面上に、ニッケル（Ｎｉ）金
   属、ニッケル（Ｎｉ）−リン（Ｐ）を主成分とする合金
   層が形成され前記合金層上に金属窒化物、金属炭化物、
   金属棚化物、イリジウム（Ｉｒ）−タングステン（Ｗ）
   合金、ルテニウム（Ｒｕ）−タングステン（Ｗ）合金、
   イリジウム（Ｉｒ）−タンタル（Ｔａ）合金、ルテニウ
   ム（Ｒｕ）−タンタル（Ｔａ）合金、イリジウム（Ｉｒ
   ）−レニウム（Ｒｅ）合金あるいはルテニウム（Ｒｕ）
   −レニウム（Ｒｅ）合金の膜が形成されたことを特徴と
   する光学ガラス素子成形用型。
3. （３）請求項（２）記載の光学ガラス素子成形用型を用
   いてプレス成形することを特徴とする光学ガラス素子の
   製造方法。