JPH0710561A - 光学素子成形用型 - Google Patents

光学素子成形用型

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JPH0710561A JP17754793A JP17754793A JPH0710561A JP H0710561 A JPH0710561 A JP H0710561A JP 17754793 A JP17754793 A JP 17754793A JP 17754793 A JP17754793 A JP 17754793A JP H0710561 A JPH0710561 A JP H0710561A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、光学素子を高精度に成形で
き、超寿命で、しかも従来プレス成形が困難であったリ
ン酸ガラスの成形が容易にできる光学素子成形用型を提
供することにある。 【構成】 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おいて、型母材の少な
くとも成形面に、貴金属又は貴金属合金からなる中間層
を介して、炭素膜が被覆されている光学素子成形用型で
ある。 【効果】 本発明は、光学素子を高精度に成形でき、超
寿命で、しかも従来プレス成形が困難であったリン酸ガ
ラスの成形が容易にできる光学素子成形用型を可能にし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学素子成形用型に関
し、特に高温での離型性が良好で容易に高精度を実現で
きしかも耐久性が良好な光学素子成形用型に関するもの
である。
【0002】
【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あるい
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。
【0003】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、一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。
【0004】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
用型内に光学素子材料を収容して加熱しながら加圧する
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。この方法は、
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
間に成形できるものであり、光学素子の連続製造に適す
る。
【0005】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、良好な鏡面加工性及び成形時において光学素子材料
と融着を起さないこと等が挙げられる。
【0006】そこで、従来、この様なプレス成形用型部
材としては金属、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、数多くの提案がされてい
る。例えば、特公昭63−11285号公報には酸化ジ
ルコニウムに貴金属をコーティングした材料が、特開昭
63−103836号公報には超硬合金に貴金属や希金
属をコーティングした材料が、また特開昭63−134
526号公報には各種母材にPt−Niをコーティング
した材料が提案されている。
【0007】また、特公昭62−28091号公報には
超硬合金に貴金属層をコーティングした材料が、特公昭
62−28092号公報にはサーメットに貴金属層をコ
ーティングした材料が、特開平2−157129号公報
には白金、珪素(Si)、窒素をコーティングした材料
が提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、貴金属
層をコーティングした材料は、通常の光学ガラスとは融
着は起こしにくいが、リン酸を主成分とする光学ガラス
(例えば住田光学ガラス製PSK50)に対しては良好
な離型性を示さない。また、極めて軟かいため、傷がつ
きやすくまた変形しやすいという欠点がある。また、高
温のガラスと長時間接触すると粒成長する傾向があるた
め膜の耐久性が劣る。
【0009】貴金属と他の元素との合金化によって硬度
は多少はアップするものの、実用レベルには達していな
い。
【0010】また、本提案の最表面にコートする炭素膜
を用いた型は、型とガラスの離型性が良くガラスとの融
着を起こさないが、成形操作を数百回以上繰り返し行な
うに従い、前記膜が部分的に剥離し、又は消耗し薄くな
り過ぎてその下地が融着し易い材料の場合、融着、離型
不良を起こすことがある。
【0011】また、前記炭素膜をコーティングする際に
型との密着性を上げるため成膜時のミキシングを行なう
ことが多いが、ミキシングにより炭素膜の下地の材料の
成分が、炭素膜中に拡散する。
【0012】炭素膜中に拡散した下地成分が酸化されや
すい成分(例えば窒化チタン)の場合には、成形時に酸
化し、膜の劣化とガラスとの融着を引き起こす。
【0013】また、下地成分がガラスとの密着性のよい
材料(例えばチタン(Ti)、シリコン(Si))の場
合には、膜が炭素膜本来の良離型性を示さず、下地成分
と炭素膜の中間の離型性を示すという欠点があり、最悪
の場合、ガラスとの融着を引き起こしたり、ガラス中の
成分と反応し析出物を生じ耐久性の劣化を引き起こす。
【0014】以上の様に、成形性、耐久性、経済性に優
れた光学素子成形用型を実現するに至っていない。
【0015】従って、本発明の目的は、型母材上にダイ
ヤモンド膜、DLC膜、a−C:H膜、硬質炭素膜のい
ずれかの膜が形成され、これらの膜が密着力、硬度に優
れ、ガラスの成形に際してガラスの融着や含有成分の反
応析出物を生じることのない、離型性、耐久性に優れた
光学素子成形用型を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】即ち、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
型において、型母材の少なくとも成形面に、貴金属又は
貴金属合金からなる中間層を介して、炭素膜が被覆され
ていることを特徴とする光学素子成形用型である。
【0017】本発明に用いられる型母材材料は、超硬合
金、炭化珪素(SiC)、窒化珪素(Si3 4 )、サ
ーメット等から選ばれる。これらの型母材の成形面に真
空蒸着、スパッタ、イオンプレーティング、イオンビー
ム・スパッタ等のPVD法や熱CVD、プラズマCVD
(PCVD)等のCVD法により、貴金属又は貴金属合
金からなる中間層を形成する。
【0018】中間層の膜厚は、10nm〜10μm程度
が好ましい。膜厚の下限は、型母材成分の炭素膜への拡
散を容易に防止できる最低の膜厚であり、上限は膜の内
部応力を効率よく緩和できる最大の膜厚である。
【0019】また、前記中間層の下に窒化チタン(Ti
N)を第2の中間層として設けることにより、よりいっ
そうの型母材成分の炭素膜への拡散を防止することがで
きる。また、TiNは硬度が高くキズがつきにくいた
め、型母材の保護する機能もある。万一、型を再生する
際にも、物理的に炭素膜及び前記中間層膜を剥してTi
Nの上から再コートすればよいなどのメリットがある。
【0020】次に、炭素膜をコートする。炭素膜は、ダ
イヤモンド膜、ダイヤモンド状炭素膜(DLC膜)、水
素化アモルファス炭素膜(a−C:H膜)、硬質炭素膜
等である。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。実施例1 図1及び図2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。
【0022】図1は光学素子のプレス成形面の状態を示
し、図2は光学素子成形後の状態を示す。図1中1は型
母材、2,5は該型母材のガラス素材の接触する成形面
に形成されたそれぞれ炭素膜、中間層、3はガラス素材
であり、図2中4は光学素子である。図1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、図2に示すようにレンズ等の光学素子4が成形
される。
【0023】次に、本発明の光学素子成形用型について
詳細に説明する。型母材としてWC−Co(超硬合金の
1種)を所定の形状に加工し、成形面を鏡面研磨した。
このときの面精度はλ/20、表面粗さはRmax =0.
02μmであった。
【0024】この型母材上に表1に示すような中間層及
び炭素膜を成膜した。
【0025】次に、本発明による光学素子成形用型によ
ってガラスレンズのプレス成形を行なった例を示す。
【0026】図4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は上型をおさえるための上型おさえ、56は胴
型、57は型ホルダー、58はヒータ、59は下型をつ
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は不活性ガス流入パイプ、66はバルブ、
67はリークパイプ、68はバルブ、69は温度セン
サ、70は水冷パイプ、71は真空槽を支持する台を示
す。
【0027】レンズを製作する工程を次に述べる。
【0028】シリカ(SiO2 )46重量%、酸化バリ
ウム(BaO)22重量%、ホウ酸(B2 3 )12重
量%、酸化リチウム(Li2 O)8重量%、残部が微量
成分からなるホウケイ酸バリウムガラスを所定の量に調
整し、球状にしたガラス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。
【0029】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、水冷パイプ70に
水を流し、ヒータ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。
【0030】バルブ62を開け排気をはじめ10-2To
rr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(570℃)になったらエアシリンダ60を作動させ
て80kg/cm2 の圧力で1分間加圧する。圧力を除
去した後、冷却を行ない、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52を開け上型おさ
えをはずして成形物を取り出す。
【0031】上記のようにして、ホウケイ酸バリウムガ
ラス(ガラス転移点Tg=491℃)を使用して、図2
に示すレンズ4を成形した。
【0032】成形結果を表1に示す。いずれのサンプル
も膜剥離や反応生成物の析出、ガラスの融着が見られ
ず、成形面の劣化はなかった。同様に成形品について
も、表面粗さ、透過率、形状精度等のいずれにも問題が
なかった。
【0033】以上の結果から明らかなように、本発明に
よる型材はガラスとの離型性に優れ、繰り返しの成形に
対しても剥離やキズの発生といった表面劣化を生じない
耐久性に優れた型である。
【0034】
【表1】
【0035】実施例2 サーメットを実施例1と同様の形状に加工して、成形面
を鏡面研磨した。面精度はλ/20、表面粗さはRmax
=0.02であった。
【0036】この型母材上に表2に示すような中間層及
び炭素膜を成膜し、実施例1と同様の方法で、酸化ニオ
ブ(Nb2 5 )43重量%、リン酸(P2 5 )23
重量%、酸化ナトリウム(Na2 O)9重量%、酸化カ
リウム(K2 O)8重量%、酸化チタン(TiO2 )9
重量%、残部が微量成分からなるリン酸ガラスを成形温
度640℃、他は実施例1と同じ条件で成形した。
【0037】成形結果を表2に示す。実施例1と同様、
良好な結果が得られた。
【0038】
【表2】
【0039】実施例1及び2では母材として超硬合金及
び、サーメットを用いたが、SiC、Si3 4 を母材
として用いても同様に良好な結果が得られた。
【0040】また、貴金属合金組成は、本発明の実施例
1及び2で用いた合金組成に限定されるものではなく、
その他の合金組成の場合でも同様の結果が得られた。
【0041】また実施例1及び2では、炭素膜として水
素化アモルファス炭素膜及びDLC膜を用いたが、ダイ
ヤモンド膜、硬質炭素膜を用いても同様に良好な結果が
得られた。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の光学ガラス素子の成形方法に比べて成形が難しか
ったリン酸ガラスの成形が可能となる他、その他のガラ
スについても非常に高精度に、成形できる。
【0043】また、5000回のプレス成形が可能な長
寿命な成形用型により、型の交換回数が大幅に減り、高
精度な光学ガラス素子の大量生産を可能にし、生産性の
向上と製造コストの低減に著しい効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光学素子成形用型(成形前の状
態)の一例を示す断面図である。
【図2】本発明に係る光学素子成形用型(成形後の状
態)の一例を示す断面図である
【図3】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。
【符号の説明】
1 型母材 2 炭素膜 3 ガラス素材 4 成形されたレンズ 5 中間層 51 真空槽 52 真空槽のフタ 53 上型 54 下型 55 上型おさえ 56 胴型 57 型ホルダー 58 ヒータ 59 下型をつき上げるつき上げ棒 60 エアシリンダ 61 油回転ポンプ 62,63,64 バルブ 65 不活性ガス導入パイプ 66 バルブ 67 リークパイプ 68 バルブ 69 温度センサ 70 水冷パイプ 71 真空槽を支持する台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑原 鉄夫 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 横田 正明 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、貴金属又は貴金属合金からなる中間層を介し
    て、炭素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. 【請求項2】 前記型母材の材質が超硬合金、炭化珪
    素、窒化珪素又はサーメットである請求項1記載の光学
    素子成形用型。
  3. 【請求項3】 前記貴金属合金層が白金(Pt)、レニ
    ウム(Re)、イリジウム(Ir)、オスミウム(O
    s)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)及びルテ
    ニウム(Ru)からなる群より選ばれた少なくとも1種
    の元素を主成分として含有し、かつ白金(Pt)、レニ
    ウム(Re)、イリジウム(Ir)、オスミウム(O
    s)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)及びルテ
    ニウム(Ru)からなる群より選ばれた少なくとも1種
    の元素を含有する請求項1記載の光学素子成形用型。
  4. 【請求項4】 上記貴金属合金層が白金(Pt)、レニ
    ウム(Re)、イリジウム(Ir)、オスミウム(O
    s)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)及びルテ
    ニウム(Ru)からなる群より選ばれた少なくとも1種
    の元素を主成分として60〜99重量%含有し、かつ残
    部として白金(Pt)、レニウム(Re)、イリジウム
    (Ir)、オスミウム(Os)、パラジウム(Pd)、
    ロジウム(Rh)及びルテニウム(Ru)からなる群よ
    り選ばれた少なくとも1種の元素を含有する請求項3記
    載の光学素子成形用型。
  5. 【請求項5】 前記貴金属合金層が白金(Pt)、シリ
    コン(Si)及び窒素(N)からなる混合物である請求
    項1記載の光学素子成形用型。
  6. 【請求項6】 上記貴金属合金層が白金(Pt)を主成
    分とし、シリコン(Si)の含有率が1〜35原子%か
    つ窒素(N)の含有率が1〜35原子%である請求項5
    記載の光学素子成形用型。
  7. 【請求項7】 前記貴金属合金層と母材との間に、更に
    窒化チタン(TiN)からなる中間層が設けられている
    請求項1記載の光学素子成形用型。
  8. 【請求項8】 前記炭素膜がダイヤモンド膜、ダイヤモ
    ンド状炭素膜、水素化アモルファス炭素膜又は硬質炭素
    膜である請求項1記載の光学素子成形用型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007169098A (ja) * 2005-12-21 2007-07-05 Sumita Optical Glass Inc 光学ガラス素子成形用型
WO2011092794A1 (ja) * 2010-01-28 2011-08-04 独立行政法人産業技術総合研究所 微細構造形成のための金型用離型膜およびそれを用いた金型
US8523690B2 (en) 2009-01-09 2013-09-03 Ntn Corporation Boot for constant velocity universal joint, and constant velocity universal joint

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