JPH06183755A - 光学ガラス素子の成形用金型及びその作製方法 - Google Patents

光学ガラス素子の成形用金型及びその作製方法

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JPH06183755A
JPH06183755A JP34000592A JP34000592A JPH06183755A JP H06183755 A JPH06183755 A JP H06183755A JP 34000592 A JP34000592 A JP 34000592A JP 34000592 A JP34000592 A JP 34000592A JP H06183755 A JPH06183755 A JP H06183755A
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JP
Japan
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thin film
mold
alloy thin
optical glass
amorphous alloy
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JP34000592A
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English (en)
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Makoto Umetani
梅谷  誠
Masaki Aoki
正樹 青木
Hidenao Kataoka
秀直 片岡
Yoshinari Kashiwagi
吉成 柏木
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • C03B11/084Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor
    • C03B11/086Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor of coated dies
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00Press-moulding glass
    • C03B2215/02Press-mould materials
    • C03B2215/08Coated press-mould dies
    • C03B2215/14Die top coat materials, e.g. materials for the glass-contacting layers
    • C03B2215/16Metals or alloys, e.g. Ni-P, Ni-B, amorphous metals

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切削加工が可能で、しかも、SK−14の様
な高融点ガラスを繰り返しプレス成形しても劣化のな
い、耐久性の良いプレス成形用金型を得ることを目的と
する。 【構成】 荒加工した金型母材11のプレス面に非晶質
合金薄膜12を形成して切削加工により、その表面14
を高精度に光学ガラス素子形状に加工した後、薄膜12
の結晶化処理を行ってプレス成形用金型を得る。 【効果】 上記構成によれば、高精度を必要とする金型
表面14を切削加工でき、更に非晶質合金薄膜を結晶化
処理して耐熱性を著しく向上させることによって、SK
−14の様な高融点のガラスを繰り返しプレス成形して
も、表面荒れの全くない金型を提供できるようになっ
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高精度な形状を有する光
学ガラス素子の成形用金型に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高精度の光学ガラス素子を加圧成形して
製造するためには良好な像形成品質が要求される。この
ため金型材料としては高温度でもガラスに対して化学的
に不活性であり、ガラスの成形面となる部分が充分に硬
く、擦傷等の損傷を受けにくく、高温での成形により成
形面が塑性変形や粒成長を起こさず、繰り返し成形が行
えるように耐熱衝撃性が優れ、さらに、超精密加工が行
えるように加工性に優れていることが必要である。
【0003】これらの必要条件をある程度満足する金型
材料として、SiCまたはSi34が報告されている
(例えば、特開昭52−45613号公報)。
【0004】また、最近では超硬合金母材上に白金族合
金薄膜をコーティングした金型も提案されている(例え
ば、特開昭60−246230号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SiC
またはSi34を金型材料に用いた場合、これらの材料
は極めて硬度が高いために、所望の形状の成形用金型に
加工することが非常に困難である。さらに、これらの材
料はいずれも高温でガラスとの反応性に富んでいるの
で、繰り返しプレス成形を行なうと、ガラスが金型に付
着し、高精度な光学素子が成形できなくなるという欠点
があった。
【0006】また、超硬合金母材上に白金族合金薄膜を
コーティングした金型は、超硬合金母材を高精度に研削
加工した後、保護層として白金族合金薄膜をコーティン
グして作製されるが、研削加工に長時間を要し、小径レ
ンズやサグ量の多いレンズ用金型の研削加工は非常に困
難である。
【0007】又、回折格子や、軸非対称レンズ形状の加
工は研削加工ではできないので、切削加工が必要となる
が、超硬合金母材をダイヤモンドバイトで切削加工する
とダイヤモンドバイトが摩耗し精密加工が出来ず、この
ような構成の金型では回折格子や、軸非対称レンズの金
型は作製できないという課題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するために、光学ガラス素子の反転形状に近い形状に
荒加工したWCを主成分とする超硬合金、TiCあるい
はTiNを主成分とするサーメットまたはWC焼結体か
らなる母材の成形面に非晶質合金薄膜を形成し、該非晶
質合金薄膜を切削加工により高精度に加工した後、該非
晶質合金薄膜の結晶化温度以上で熱処理することにより
高精度に加工した非晶質合金薄膜を結晶化させることに
よって、高強度で高耐熱性の光学ガラス素子のプレス成
形用金型を提供したものである。
【0009】
【作用】本発明では、母材にWCを主成分とする超硬合
金、TiCあるいはTiNを主成分とするサーメットま
たはWC焼結体を用いることによって、光学ガラス素子
のプレス成形用金型に必要な金型全体の強度並びに耐熱
性を確保し、該母材の成形面を光学ガラス素子の反転形
状に近い形状に放電加工等により荒加工し、該母材の成
形面にPt、Rh、Ir、Ru、Re、W、Taあるい
はOsの中から少なくとも1種類以上含有する非晶質合
金薄膜を形成し、該非晶質合金薄膜を切削加工すること
によって、容易に高精度な加工が可能な光学ガラス素子
のプレス成形用金型を提供したものである。
【0010】このような非晶質合金薄膜を保護層として
形成した金型では、SK−14のような高融点のガラス
を成形する場合、成形温度が非晶質合金薄膜の結晶化温
度以上となるために、成形時の急熱急冷により非晶質合
金薄膜が結晶化し、結晶化に伴う体積収縮により保護層
に発生する応力により膜に亀裂が発生する。
【0011】従って、保護層が非晶質合金薄膜のままで
は非晶質合金薄膜の結晶化温度以上の成形温度となるガ
ラスは成形できない。
【0012】そこで、本発明では、精密加工を施した非
晶質合金薄膜を結晶化温度以上で熱処理し、亀裂が発生
しないように徐冷することにより、金型の耐熱性を向上
させ、SK−14のような高融点のガラスも、精度良く
繰り返しプレス成形できるようにしたものである。従っ
て、本発明では切削加工性を備えた、耐久性の良い、非
常に耐熱性の良い、高強度な光学ガラス素子のプレス成
形用金型を容易に作製できるようになる。
【0013】
【実施例】以下、本願発明の実施例について詳細に述べ
る。
【0014】まず、図1に示す、曲率半径2.5mm、サ
グ量(深さ)1.5mmの凹球面形状のプレス面を有する
光学ガラスレンズのプレス成形用金型の作製方法につい
て述べる。
【0015】直径10mm、厚さ6mmのWCを主成分とす
る超硬合金母材11のプレス面13を曲率半径2.5m
m、サグ量1.5mmの凹球面形状に研削加工により、形
状精度約10μmまで粗加工を行ない、この粗加工面に
スパッタリング法により厚さ約30μmの非晶質Ir−
Ta合金薄膜、非晶質Rh−W合金薄膜、非晶質Re−
Os−W合金薄膜あるいは非晶質Pt−Ru−Ta合金
の薄膜12を形成した。続いて、これらの非晶質合金薄
膜12の表面14を、ダイヤモンドバイトを用いて、形
状精度約0.5μmまで高精度に切削加工を行なった。
【0016】このように精密加工を施したこれらの金型
を窒素雰囲気中、800℃において2時間熱処理を行な
った後、徐冷して、非晶質合金薄膜12を結晶化させ
た。このような方法で金型を作製すると、従来の超硬合
金母材を研削加工によって、最終形状まで加工した後、
保護膜を形成した金型に比べて、金型作製時間が著しく
短くなり、本実施例の金型において、従来の約1/4の
作製時間で金型が作製できた。
【0017】従って、金型コストも約1/4となった。
また、保護膜は結晶化されているので、非晶質膜に比べ
て耐熱性が向上した。
【0018】また、本発明の方法によれば、回折格子な
どの従来研削加工で加工できない形状のプレス成形用金
型の作製も可能となる。
【0019】続いて、本発明の金型のプレス成形実験の
結果について述べる。上記の金型を図2に示したプレス
成形機にセットする。図2に於て、21は上型用固定ブ
ロック、22は上型用加熱ヒーター、23は上型、24
はガラス塊、25は下型、26は下型用加熱ヒーター、
27は下型用固定ブロック、28は上型用熱電対、29
は下型用熱電対、210はプランジャー、211は位置
決めセンサー、212はストッパー、213は覆いであ
る。
【0020】次に、半径2.3mmの球面形状に加工し
たSK−14ガラス塊24を上下の型23及び25の下
型25の上に置き、その上に上型23を置いて、そのま
ま700℃まで昇温し、窒素雰囲気で約40Kg/cm
2のプレス圧により2分間圧力を保持し、その後、その
ままの状態で600℃まで冷却して、成形された光学ガ
ラスレンズ素子を取り出して、光学ガラス素子のプレス
成形工程を完了する。
【0021】以上の工程を繰り返して、10000回目
のプレス終了時に上下の金型23及び25を成形機より
取り外して、プレス面の表面粗さ(rms値、Å)を測
定して、それぞれの型精度を評価した。
【0022】また、比較実験として、従来使用されてい
たSiC焼結体の金型と非晶質保護膜を結晶化させない
金型を用い、同様に10000回プレス成形を行い、型
精度を評価した。
【0023】プレス試験の結果を表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】比較試料No.9のSiC焼結体で作製し
た金型は3回のプレス成形によって、金型表面にガラス
が付着しそれ以上ガラスをプレスすることができなくな
った。
【0026】比較試料No.5〜No.8の結晶化処理
をしていない金型は、プレス成形前の表面粗さは、RM
S値で9.5Å〜12.3Åで非常に良好な表面をして
いるが、10000回のプレス後の金型表面粗さは10
3.9Å〜155.6Åとなり、かなり面荒れが進んで
いることが分かる。これは、プレス成形による加熱と冷
却の熱サイクルが非常に早いために急激に結晶化が進む
ために、結晶化に伴う体積収縮が大きく、保護層に非常
に大きな内部応力が発生し、保護層の破壊が進んだため
であると考えられる。
【0027】これらの比較試料に比べて、本発明の金型
は結晶化処理を施しているために、プレス成形前の表面
粗さは19.1Å〜24.0Åとなり、少し表面荒れを
起こすが、10000回プレス後でも、表面粗さの変化
は全く認められなかった。このことは、成形温度に比べ
て十分高い温度で結晶化処理を行い、保護層に内部応力
が発生しないように、徐冷を行っているので保護層の耐
熱性が著しく向上したためである。
【0028】以上のように、本発明の方法でプレス成形
用金型を作製すれば、従来に比べて著しく加工時間が短
くなり、さらには、金型の耐熱性が著しく向上し、SK
−14の様な高融点のガラスを繰り返しプレス成形を行
っても、全く劣化の無い金型を提供できるようになる。
【0029】なお、本発明を説明するために、実施例に
於て、プレス成形用金型の母材として、WCを主成分と
する超硬合金を用いたが、TiNを主成分とするサーメ
ット、TiCを主成分とするサーメットまたはWC焼結
体を母材に用いても全く同様の結果が得られた。
【0030】また、非晶質膜には非晶質Ir−Ta合金
薄膜、非晶質Rh−W合金薄膜、非晶質Re−Os−W
合金薄膜あるいは非晶質Pt−Ru−Ta合金薄膜を示
したが、非晶質合金薄膜としてPt、Rh、Ir、R
u、Re、W、TaあるいはOsの中から少なくとも1
種類以上含有する非晶質合金薄膜を用いても同様の結果
が得られることは言うまでもない。
【0031】さらに、本発明の実施例ではガラスレンズ
の成形金型について説明したが、本発明では切削加工に
よって金型加工ができるので、回折格子や軸非対称レン
ズの成形金型にも応用できることは言うまでもない。
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明は光学ガラス素子
の反転形状に近い形状に荒加工したWCを主成分とする
超硬合金、TiCあるいはTiNを主成分とするサーメ
ットまたはWC焼結体からなる母材の成形面に形成され
た非晶質合金薄膜を切削加工により高精度に加工するこ
とによって、金型作製時間を短縮し、研削では加工でき
ない形状の金型の加工を可能とし、さらには、精密加工
した非晶質合金薄膜を結晶化処理を行うことにより耐熱
性を著しく向上させ、SK−14の様な高融点のガラス
を繰り返しプレス成形しても、表面荒れの全くない金型
を提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプレス成形用金型の一実施例の構成を
示す断面図
【図2】同実施例金型を組み込んだプレス成形機の構成
【符号の説明】
11 超硬合金母材 12 非晶質合金薄膜 13 粗加工面 14 精密切削加工面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏木 吉成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光学ガラス素子の反転形状に近い形状に荒
    加工したタングステンカーバイド(WC)を主成分とす
    る超硬合金、チタンカーバイド(TiC)あるいはチタ
    ンナイトライド(TiN)を主成分とするサーメットま
    たはWC焼結体からなる母材の成形面に非晶質合金薄膜
    を形成し、該非晶質合金薄膜を切削加工により高精度に
    加工した後、該非晶質合金薄膜の結晶化温度以上で熱処
    理することにより高精度に加工した非晶質合金薄膜を結
    晶化させることを特徴とする光学ガラス素子の成形用金
    型の作製方法。
  2. 【請求項2】光学ガラス素子の反転形状に近い形状に荒
    加工された表面を有する、WCを主成分とする超硬合金
    の金型母材若しくはTiCあるいはTiNを主成分とす
    るサーメットまたはWC焼結体からなる金型母材の前記
    表面上に、切削加工により高精度に加工された非晶質合
    金薄膜を結晶化させた合金薄膜を具備することを特徴と
    する光学ガラス素子の成形用金型。
  3. 【請求項3】非晶質合金膜が白金(Pt)、ロジウム
    (Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、
    レニウム(Re)、タングステン(W)、タンタル(T
    a)あるいはオスミウム(Os)の中から少なくとも1
    種類以上含有する合金膜であることを特徴とする請求項
    1記載の光学ガラス素子の成形用金型の作製方法。
  4. 【請求項4】非晶質合金膜がPt、Rh、Ir、Ru、
    Re、W、TaあるいはOsの中から少なくとも1種類
    以上含有する合金膜であることを特徴とする請求項2記
    載の光学ガラス素子の成形用金型。
JP34000592A 1992-12-21 1992-12-21 光学ガラス素子の成形用金型及びその作製方法 Pending JPH06183755A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7383701B2 (en) 2001-02-28 2008-06-10 Konica Corporation Method of makeing a molding die
JP2013147682A (ja) * 2012-01-17 2013-08-01 Canon Inc アモルファス合金、成形用型および光学素子の成形方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7383701B2 (en) 2001-02-28 2008-06-10 Konica Corporation Method of makeing a molding die
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