JPH07157318A - 光学素子成形用の成形型の製造方法 - Google Patents
光学素子成形用の成形型の製造方法Info
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- JPH07157318A JPH07157318A JP30559093A JP30559093A JPH07157318A JP H07157318 A JPH07157318 A JP H07157318A JP 30559093 A JP30559093 A JP 30559093A JP 30559093 A JP30559093 A JP 30559093A JP H07157318 A JPH07157318 A JP H07157318A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
- C03B11/06—Construction of plunger or mould
- C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
- C03B11/084—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor
- C03B11/086—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor of coated dies
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2215/00—Press-moulding glass
- C03B2215/02—Press-mould materials
- C03B2215/08—Coated press-mould dies
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 母材と被膜との密着力が高く、歪がなく、耐
熱性、耐酸化性及び耐ぬれ性に優れた被膜を有する長寿
命の成形型を製造しうる方法の開発。 【構成】 一対の成形型及び胴型の間で光学素子材料を
加熱押圧することにより光学素子を成形する成形型を製
造するため、成形型母材とその少なくとも成形面に施し
た１層以上の被膜層から成り、母材１上に被膜２を形成
した後、被膜側からイオン注入を行って界面部分にミキ
シング層５を形成させ、次いで加熱処理を施すことを特
徴とする成形型の製造方法である。
熱性、耐酸化性及び耐ぬれ性に優れた被膜を有する長寿
命の成形型を製造しうる方法の開発。 【構成】 一対の成形型及び胴型の間で光学素子材料を
加熱押圧することにより光学素子を成形する成形型を製
造するため、成形型母材とその少なくとも成形面に施し
た１層以上の被膜層から成り、母材１上に被膜２を形成
した後、被膜側からイオン注入を行って界面部分にミキ
シング層５を形成させ、次いで加熱処理を施すことを特
徴とする成形型の製造方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一対の成形型及び胴型
の間で光学素子材料を加熱押圧することにより光学素子
を成形する成形型の製造方法に関する。
の間で光学素子材料を加熱押圧することにより光学素子
を成形する成形型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来記述及びその問題点】従来のガラスモールド法に
おける成形型は、耐熱合金、超硬合金、各種セラミック
スなどを母材とし、母材成形面を所望形状に加工した
後、耐熱性、耐酸化性及び光学素子材料との耐ぬれ性の
改善を目的として真空蒸着、スパッタリング、化学的気
相成長法（ＣＶＤ）等の手段により被膜を施し、成形型
としていた。
おける成形型は、耐熱合金、超硬合金、各種セラミック
スなどを母材とし、母材成形面を所望形状に加工した
後、耐熱性、耐酸化性及び光学素子材料との耐ぬれ性の
改善を目的として真空蒸着、スパッタリング、化学的気
相成長法（ＣＶＤ）等の手段により被膜を施し、成形型
としていた。
【０００３】しかしながら、このような成形型を使用
し、光学素子を押圧成形すると、成形型より被膜が剥離
してしまうことが多々あった。剥離時期、剥離量は、母
材及び被膜の材質、洗浄方法、コーティング方法、成形
条件などによって相違するが、成形開始直後で剥がれる
場合もあれば、１００００回の成形回数を超えた頃に剥
がれる場合もある。また、全面がきれいに剥がれること
は稀で、一部分のみ剥がれることがほとんどである。原
因としては、母材と被膜との密着力不足で光学素子と被
膜の密着力が勝ってしまったり、母材と被膜の熱膨張係
数が違いすぎ、熱履歴によって剥がれてしまうことが考
えられる。このような場合に、成形型を再生するには、
非剥離部の被膜除去を行う必要があるが、これが困難を
究める。この被膜除去の際に、母材表面を荒らしてしま
うのを回避できず、再び加工からやり直し、その後再び
被膜形成という再生手順を経なければならない。そのた
め、多大な時間と労力を要し、光学素子のコストアップ
につながってしまった。
し、光学素子を押圧成形すると、成形型より被膜が剥離
してしまうことが多々あった。剥離時期、剥離量は、母
材及び被膜の材質、洗浄方法、コーティング方法、成形
条件などによって相違するが、成形開始直後で剥がれる
場合もあれば、１００００回の成形回数を超えた頃に剥
がれる場合もある。また、全面がきれいに剥がれること
は稀で、一部分のみ剥がれることがほとんどである。原
因としては、母材と被膜との密着力不足で光学素子と被
膜の密着力が勝ってしまったり、母材と被膜の熱膨張係
数が違いすぎ、熱履歴によって剥がれてしまうことが考
えられる。このような場合に、成形型を再生するには、
非剥離部の被膜除去を行う必要があるが、これが困難を
究める。この被膜除去の際に、母材表面を荒らしてしま
うのを回避できず、再び加工からやり直し、その後再び
被膜形成という再生手順を経なければならない。そのた
め、多大な時間と労力を要し、光学素子のコストアップ
につながってしまった。
【０００４】そこで、母材と被膜との密着性を改善する
検討がなされ、特公昭６３−６５６１３号公報には、ジ
ルコニア母材上に白金合金から成る被膜を形成し、アル
ゴン又は窒素イオンを注入した後、再び白金合金被膜を
形成する方法が開示されている。しかしながら、この方
法でも密着性が必ずしも充分ではなく、また、イオン注
入時に内部応力による歪が生じるという問題点があっ
た。
検討がなされ、特公昭６３−６５６１３号公報には、ジ
ルコニア母材上に白金合金から成る被膜を形成し、アル
ゴン又は窒素イオンを注入した後、再び白金合金被膜を
形成する方法が開示されている。しかしながら、この方
法でも密着性が必ずしも充分ではなく、また、イオン注
入時に内部応力による歪が生じるという問題点があっ
た。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、上記従来技術の問題点を解消
し、母材と被膜との密着力が高く、歪がなく、耐熱性、
耐酸化性及び耐ぬれ性に優れた被膜を有する長寿命の成
形型を製造しうる方法を提供することを目的とする。
し、母材と被膜との密着力が高く、歪がなく、耐熱性、
耐酸化性及び耐ぬれ性に優れた被膜を有する長寿命の成
形型を製造しうる方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】本発明は、所望形状に加工した母材上に
被膜を形成した後、被膜側からイオン注入を行い、その
後加熱処理を施すことによって上記目的を達成したもの
である。すなわち、本発明による成形型の製造方法は、
成形型母材とその少なくとも成形面に施した１層以上の
被膜層から成り、母材上に被膜を形成した後、被膜側か
らイオン注入を行い、次いで加熱処理を施すことを特徴
とする。
被膜を形成した後、被膜側からイオン注入を行い、その
後加熱処理を施すことによって上記目的を達成したもの
である。すなわち、本発明による成形型の製造方法は、
成形型母材とその少なくとも成形面に施した１層以上の
被膜層から成り、母材上に被膜を形成した後、被膜側か
らイオン注入を行い、次いで加熱処理を施すことを特徴
とする。
【０００７】本発明の方法においては、上記のように、
成形型となる母材を所望形状に加工し、その上に被膜を
施した後、被膜側からイオン注入を行う。このイオン注
入により、注入されたイオンは被膜及び母材中に拡散
し、その際に被膜中の原子も注入イオンの衝突によりは
じき飛ばされ、母材の表面部分にも拡散し、母材と被膜
の界面部分にミキシング層が形成される。本発明におい
ては、イオン注入によってミキシング層を形成させた
後、その被膜の側から加熱処理をすることにより、注入
イオン及び被膜イオンの拡散を促進させ、結局、被膜と
母材とが明確な界面を持たず、いわば傾斜材料的な部分
を生じさせて密着力を強化する。
成形型となる母材を所望形状に加工し、その上に被膜を
施した後、被膜側からイオン注入を行う。このイオン注
入により、注入されたイオンは被膜及び母材中に拡散
し、その際に被膜中の原子も注入イオンの衝突によりは
じき飛ばされ、母材の表面部分にも拡散し、母材と被膜
の界面部分にミキシング層が形成される。本発明におい
ては、イオン注入によってミキシング層を形成させた
後、その被膜の側から加熱処理をすることにより、注入
イオン及び被膜イオンの拡散を促進させ、結局、被膜と
母材とが明確な界面を持たず、いわば傾斜材料的な部分
を生じさせて密着力を強化する。
【０００８】本発明の方法において、イオン注入には、
不活性ガスや金属イオンなどが用いられ、さらに具体的
には窒素ガス、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クセノン
ガス、チタンイオン、ニッケルイオンなどが用いられ
る。イオンは、通常、数十〜数百ｋｅＶ加速電圧で１０
14〜１０17イオン／ｃｍ2 の量となるように注入され
る。
不活性ガスや金属イオンなどが用いられ、さらに具体的
には窒素ガス、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クセノン
ガス、チタンイオン、ニッケルイオンなどが用いられ
る。イオンは、通常、数十〜数百ｋｅＶ加速電圧で１０
14〜１０17イオン／ｃｍ2 の量となるように注入され
る。
【０００９】注入されるイオンの侵入深さ及び被膜構成
原子の侵入深さは、イオン種、母材材質、被膜材質、イ
オン注入加速エネルギーなどによって変動する。そこ
で、侵入深さが短い場合には、被膜の厚さを薄くする必
要があるが、それでは被膜の目的である耐熱性、耐酸化
性及び耐ぬれ性が低下してしまう場合には、イオン注入
後に、再度被膜を形成することにより密着力が充分で被
膜の特性も損なわず、長寿命な成形型が得られる。この
再被膜形成は、加熱処理の前に行っても、後に行っても
よい。すなわち、本発明の方法において、成形型母材上
に１層以上の被膜を形成し、被膜側からイオン注入を行
った後、加熱処理を施し、その後再び被膜を形成する
か、又はイオン注入を行った後、再び被膜を形成した
後、加熱処理を施すことができる。
原子の侵入深さは、イオン種、母材材質、被膜材質、イ
オン注入加速エネルギーなどによって変動する。そこ
で、侵入深さが短い場合には、被膜の厚さを薄くする必
要があるが、それでは被膜の目的である耐熱性、耐酸化
性及び耐ぬれ性が低下してしまう場合には、イオン注入
後に、再度被膜を形成することにより密着力が充分で被
膜の特性も損なわず、長寿命な成形型が得られる。この
再被膜形成は、加熱処理の前に行っても、後に行っても
よい。すなわち、本発明の方法において、成形型母材上
に１層以上の被膜を形成し、被膜側からイオン注入を行
った後、加熱処理を施し、その後再び被膜を形成する
か、又はイオン注入を行った後、再び被膜を形成した
後、加熱処理を施すことができる。
【００１０】本発明の方法において、加熱処理は、通
常、２００℃以上、好ましくは２００〜１０００℃の温
度で５〜１００分間行う。加熱温度が２００℃より低い
と、イオンの拡散が充分に促進されず、密着力の向上が
充分に達成されない。また、加熱処理後に徐冷すること
によりイオン注入時に生じた内部応力による歪を軽減さ
せることができる。徐冷は、２０℃／分より遅い降温速
度で行うのが好ましい。降温速度がこれより速いと、内
部応力の軽減が充分に行われない。
常、２００℃以上、好ましくは２００〜１０００℃の温
度で５〜１００分間行う。加熱温度が２００℃より低い
と、イオンの拡散が充分に促進されず、密着力の向上が
充分に達成されない。また、加熱処理後に徐冷すること
によりイオン注入時に生じた内部応力による歪を軽減さ
せることができる。徐冷は、２０℃／分より遅い降温速
度で行うのが好ましい。降温速度がこれより速いと、内
部応力の軽減が充分に行われない。
【００１１】本発明の方法において、成形型の母材とし
ては、特に制限はなく、各種のものを使用することがで
き、例えば、ステンレス鋼、各種の耐熱合金、炭化タン
グステン（ＷＣ）、炭化珪素、窒化珪素、各種セラミッ
クスなどから成るものを用いることができる。また、被
膜は、スパッタリング、イオンプレーティング法、化学
的気相成長法（ＣＶＤ）など、公知の方法で貴金属、貴
金属合金、セラミックス又は貴金属とセラミックスとの
混合物を用いて形成される。
ては、特に制限はなく、各種のものを使用することがで
き、例えば、ステンレス鋼、各種の耐熱合金、炭化タン
グステン（ＷＣ）、炭化珪素、窒化珪素、各種セラミッ
クスなどから成るものを用いることができる。また、被
膜は、スパッタリング、イオンプレーティング法、化学
的気相成長法（ＣＶＤ）など、公知の方法で貴金属、貴
金属合金、セラミックス又は貴金属とセラミックスとの
混合物を用いて形成される。
【００１２】
【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて図面を参照
しながら説明するが、本発明はこれによって制限される
ものではない。
しながら説明するが、本発明はこれによって制限される
ものではない。
【００１３】実施例１ 図１は、本発明の方法によって得られる成形型の断面説
明図である。母材１を構成する超硬合金炭化タングステ
ン（ＷＣ）を超精密旋盤で所望の非球面形状に削った
後、ダイヤモンド研磨材を用いて表面粗さＲmax が０．
０２μｍ以下になるように研磨した。この母材の成形面
上にスパッタリングにより耐熱性、耐酸化性及び耐ぬれ
性の向上を目的とした被膜２としてアモルファス状カー
ボン膜を０．１５μｍの膜厚で形成させた。その後、イ
オン注入装置によりアルゴンイオン（Ａｒ+ ）を２００
ｋｅＶの加速電圧で１０15イオン／ｃｍ3 の注入量とな
るように被膜２の側から注入した。これにより注入イオ
ン（Ａｒ+ ）３が被膜及び母材中に拡散してゆき、その
際に被膜構成原子に衝突し、被膜構成原子４をはじき飛
ばし、その被膜構成原子４を母材中に拡散させ、被膜と
母材との界面にミキシング層５が形成されることにな
る。その後、４００℃に１５分間加熱した後、５℃／分
の降温速度で徐冷した。
明図である。母材１を構成する超硬合金炭化タングステ
ン（ＷＣ）を超精密旋盤で所望の非球面形状に削った
後、ダイヤモンド研磨材を用いて表面粗さＲmax が０．
０２μｍ以下になるように研磨した。この母材の成形面
上にスパッタリングにより耐熱性、耐酸化性及び耐ぬれ
性の向上を目的とした被膜２としてアモルファス状カー
ボン膜を０．１５μｍの膜厚で形成させた。その後、イ
オン注入装置によりアルゴンイオン（Ａｒ+ ）を２００
ｋｅＶの加速電圧で１０15イオン／ｃｍ3 の注入量とな
るように被膜２の側から注入した。これにより注入イオ
ン（Ａｒ+ ）３が被膜及び母材中に拡散してゆき、その
際に被膜構成原子に衝突し、被膜構成原子４をはじき飛
ばし、その被膜構成原子４を母材中に拡散させ、被膜と
母材との界面にミキシング層５が形成されることにな
る。その後、４００℃に１５分間加熱した後、５℃／分
の降温速度で徐冷した。
【００１４】このようにして作製した成形型を用いて、
下記の方法で光学素子を成形した。まず、成形型母材と
同じ材質のＷＣから成る胴型６と下型７を組み合わせた
後、Ｆ２ガラス（株式会社オハラ製）から成る光学素子
材料８を下型上に置き、その上に上型９をゆっくりセッ
トし、成形部材ブロックとした。このブロックを雰囲気
密閉室１０内に置き、ヒーター１１により加熱した。こ
の密閉室１０内にはガス導入口１２より窒素ガスを導入
した。熱電対１３により検出した温度がＦ２ガラスの屈
伏点より高い５００℃になった時点で、上部油圧シリン
ダー１５を硬化させ、光学素子を押圧成形した。成形量
は、スペーサ１４により微調整可能である。その後、ヒ
ーター１１をオフとし、ガラス転移点以下である３９０
℃まで冷却させた後、上部油圧シリンダー１５を上昇さ
せ、上型を胴型から抜き、成形品を取り出した。成形品
は、型形状が精密に転写されたきれいな非球面レンズで
あった。この方法で１００００回の成形を繰り返した
が、成形型表面の被膜は剥離を生じることなく、成形す
ることが可能であった。
下記の方法で光学素子を成形した。まず、成形型母材と
同じ材質のＷＣから成る胴型６と下型７を組み合わせた
後、Ｆ２ガラス（株式会社オハラ製）から成る光学素子
材料８を下型上に置き、その上に上型９をゆっくりセッ
トし、成形部材ブロックとした。このブロックを雰囲気
密閉室１０内に置き、ヒーター１１により加熱した。こ
の密閉室１０内にはガス導入口１２より窒素ガスを導入
した。熱電対１３により検出した温度がＦ２ガラスの屈
伏点より高い５００℃になった時点で、上部油圧シリン
ダー１５を硬化させ、光学素子を押圧成形した。成形量
は、スペーサ１４により微調整可能である。その後、ヒ
ーター１１をオフとし、ガラス転移点以下である３９０
℃まで冷却させた後、上部油圧シリンダー１５を上昇さ
せ、上型を胴型から抜き、成形品を取り出した。成形品
は、型形状が精密に転写されたきれいな非球面レンズで
あった。この方法で１００００回の成形を繰り返した
が、成形型表面の被膜は剥離を生じることなく、成形す
ることが可能であった。
【００１５】実施例２ 実施例１と同じ成形型母材の成形面にスパッタリングに
より膜厚０．０５μｍの白金膜を形成させた。その後、
白金膜側からイオン注入装置でネオンイオン（Ｎｅ+ ）
を２００ｋｅＶの加速電圧で、１０15イオン／ｃｍ2 の
量となるようにイオン注入を行った。このとき、表面の
白金被膜が薄く、被膜の目的を充分に発揮できない可能
性があるため、イオン注入後、再びスパッタリングによ
って白金膜を０．２μｍの膜厚で形成させた。その後、
５００℃で５分間加熱し、１０℃／分の降温速度で徐冷
して成形型を作製した。得られた成形型で、実施例１と
同様にして１００００回の成形を繰り返したが、膜の剥
離は起こらず、きれいな成形が可能であった。
より膜厚０．０５μｍの白金膜を形成させた。その後、
白金膜側からイオン注入装置でネオンイオン（Ｎｅ+ ）
を２００ｋｅＶの加速電圧で、１０15イオン／ｃｍ2 の
量となるようにイオン注入を行った。このとき、表面の
白金被膜が薄く、被膜の目的を充分に発揮できない可能
性があるため、イオン注入後、再びスパッタリングによ
って白金膜を０．２μｍの膜厚で形成させた。その後、
５００℃で５分間加熱し、１０℃／分の降温速度で徐冷
して成形型を作製した。得られた成形型で、実施例１と
同様にして１００００回の成形を繰り返したが、膜の剥
離は起こらず、きれいな成形が可能であった。
【００１６】
【発明の効果】本発明の方法によれば、母材と被膜の界
面に両者のミキシング層が形成し、さらに加熱によって
イオンの拡散を促進させて充分な被膜構成原子が母材中
に入り込んだミキシング層が形成し、徐冷することによ
りイオン注入時に生じた内部応力による歪が解消され、
母材と被膜との密着力に優れ、被膜本来の特性を損なわ
ず、しかも歪のない長寿命の成形型を得ることができ
る。本発明によって得られた成形型を用れば、実施例に
示したとおり、膜剥離を起こすことなく、したがって型
の再生を行うことなく１組の成形型で１００００回以上
の成形が可能となり、大幅なコスト低減を達成すること
ができる。
面に両者のミキシング層が形成し、さらに加熱によって
イオンの拡散を促進させて充分な被膜構成原子が母材中
に入り込んだミキシング層が形成し、徐冷することによ
りイオン注入時に生じた内部応力による歪が解消され、
母材と被膜との密着力に優れ、被膜本来の特性を損なわ
ず、しかも歪のない長寿命の成形型を得ることができ
る。本発明によって得られた成形型を用れば、実施例に
示したとおり、膜剥離を起こすことなく、したがって型
の再生を行うことなく１組の成形型で１００００回以上
の成形が可能となり、大幅なコスト低減を達成すること
ができる。
【図１】本発明の実施例１で作製した成形型の断面説明
図である。
図である。
【図２】実施例１で作製した成形型を用いて光学素子の
押圧成形中の状態で示す成形装置の概略説明図である。
押圧成形中の状態で示す成形装置の概略説明図である。
【符号の説明】 １ 母材 ２ 被膜 ３ 注入イオン ４ 被膜構成原子 ５ ミキシング層 ６ 胴型 ７ 下型 ８ 光学素子材料 ９ 上型 １０ 密閉室 １１ ヒーター １４ スペーサー
Claims (6)
- 【請求項１】 一対の成形型及び胴型の間で光学素子材
料を加熱押圧することにより光学素子を成形する成形型
を製造するため、成形型母材とその少なくとも成形面に
施した１層以上の被膜層から成り、母材上に被膜を形成
した後、被膜側からイオン注入を行い、次いで加熱処理
を施すことを特徴とする成形型の製造方法。 - 【請求項２】 成形型母材上に１層以上の被膜を形成し
た後、被膜側からイオン注入を行い、次いで加熱処理を
施し、その後再び被膜を形成する請求項１記載の成形型
の製造方法。 - 【請求項３】 成形型母材上に１層以上の被膜を形成し
た後、被膜側からイオン注入を行い、その後再び被膜を
形成した後、加熱処理を施す請求項１記載の成形型の製
造方法。 - 【請求項４】 イオン注入を、不活性ガスあるいは金属
イオンを用いて行う請求項１、２又は３記載の成形型の
製造方法。 - 【請求項５】 加熱処理を２００℃以上の温度で行う請
求項１〜４のいずれか１項に記載の成形型の製造方法。 - 【請求項６】 加熱処理の後、２０℃／分よりも遅い降
温速度で徐冷する請求項１〜５のいずれか１項に記載の
成形型の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30559093A JPH07157318A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 光学素子成形用の成形型の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30559093A JPH07157318A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 光学素子成形用の成形型の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07157318A true JPH07157318A (ja) | 1995-06-20 |
Family
ID=17946976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30559093A Pending JPH07157318A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 光学素子成形用の成形型の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07157318A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001009406A1 (fr) * | 1999-07-29 | 2001-02-08 | Yasuaki Sakamoto | Procede de modification de surface pour produit metallique |
| KR100970346B1 (ko) * | 2008-02-29 | 2010-07-16 | 한국원자력연구원 | 이온빔 믹싱을 이용한 금속모재 표면에 세라믹층의코팅방법 |
| JP2013203568A (ja) * | 2012-03-27 | 2013-10-07 | Olympus Corp | 光学素子成形用型の製造方法および光学素子の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-06 JP JP30559093A patent/JPH07157318A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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