JPH0717726A - 光学素子成形用型 - Google Patents

光学素子成形用型

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JPH0717726A
JPH0717726A JP18318293A JP18318293A JPH0717726A JP H0717726 A JPH0717726 A JP H0717726A JP 18318293 A JP18318293 A JP 18318293A JP 18318293 A JP18318293 A JP 18318293A JP H0717726 A JPH0717726 A JP H0717726A
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鉄夫 桑原
Sunao Miyazaki
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Masaki Omori
正樹 大森
Yasushi Taniguchi
靖 谷口
Keiji Hirabayashi
敬二 平林
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  • Organic Chemistry (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、安定した離型性を保って外
観の良好な成形品を得ることが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、所定の形状に加工した型母材の少
なくとも成形面上に、窒化物、炭化物および酸化物のう
ちの一種類以上と炭素が混合した組成の層を有する光学
素子成形用型である。 【効果】 本発明は、安定した離型性を保って外観の良
好な成形品を得ることができ、成形装置の稼動率向上お
よび良品率の向上によりコスト低減を図った光学素子成
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、レンズ、プリズム等の
ガラスよりなる光学素子をガラス素材のプレス成形によ
り製造する場合に使用される成形用型に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】研磨工程を必要としないで、ガラス素材
のプレス成形によってレンズを製造する技術は、従来の
レンズの製造において必要とされた複雑な工程をなく
し、簡単かつ安価にレンズを製造することを可能とし、
今日レンズのみならずプリズムその他のガラスよりなる
光学素子の製造に使用されるようになった。
【0003】このようなガラスの光学素子のプレス成形
に使用される型材に要求される性能として、耐擦傷性、
耐熱性、離型性、鏡面加工性および成形に適した熱物性
に優れていることがあげられる。
【0004】従来、この種の型材料として、金属、合
金、セラミックスおよびそれらをコーティングした材料
等、数多くの提案がされている。
【0005】いくつかの例を挙げるならば、特開昭49
−51112号公報には13Crマルテンサイト鋼が、
特開昭52−45613号公報にはSiCおよびSi3
4が、特開昭60−246230号公報には超硬合金
に貴金属を形成した材料が提案されている。
【0006】特開昭61−136928号公報には金属
とセラミックスからなる複合材母材に窒化物、炭化物、
酸化物および金属の中間層を介して貴金属を形成した材
料が提案されている。
【0007】また、特開昭60−81032号公報には
ガラス状カーボン、炭化珪素、窒化珪素、サイアロンの
型材が提案されている。
【0008】更に、近年の薄膜技術の進歩に従い、特開
昭61−183134号公報には超硬合金上にダイヤモ
ンドあるいはダイヤモンド状炭素膜を形成して成形型と
した提案がなされている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
49−51112号公報に開示されている13Crマル
テンサイト鋼は加工性の点で優れているが、耐擦傷性、
耐熱性、離型性が不十分なため良好な型材とはいえな
い。
【0010】特開昭52−45613号公報に開示され
ているSiCおよびSi3 4 は耐擦傷性、耐熱性の点
で優れているが、加工性、離型性の点で問題がある。
【0011】また、特開昭60−81032号公報に開
示されているガラス状カーボンは、離型性の点で優れて
いるが、鏡面性および素材の強度の点に問題がある。
【0012】以上の様に、型材単一材料では、ガラスの
成形型として要求される性能を十分満足することができ
ず、特開昭60−246230号公報に開示されている
ように、型母材の超硬合金に不足している離型性を貴金
属の型表面処理により補っているが、耐擦傷性の点で改
善が必要である。
【0013】また、特開昭61−183134号公報に
開示されている超硬合金上にダイヤモンドあるいはダイ
ヤモンド状炭素膜を形成して、離型性を損なわずに耐擦
傷性の改善を試みているが、ダイヤモンド膜は表面粗さ
が大きく、成膜後に鏡面研磨を要することおよびその鏡
面研磨が難しいという問題があり、他方のダイヤモンド
状炭素膜は、高温下でのプレス成形過程において、膜質
変化および応力変化を生じ耐擦傷性低下および型母材と
の密着性低下を示すという欠点があった。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、型材に
要求される性能として、鏡面加工性、成形に適した熱物
性は成形プロセスを考慮して選定した型母材にその性能
を持たせ、耐擦傷性および離型性については型母材上に
窒化物、炭化物および酸化物のうちの一種類以上と炭素
が混合した組成の層(水素を含んでも可)を形成してそ
の性能を持たせることにより、全体として良好な成形型
にしたものである。
【0015】つまり、例えばダイヤモンド状炭素膜の高
温下での膜質変化および応力変化を、本発明では炭素と
安定性の高い酸化物、窒化物、炭化物とを混合した組成
の膜にすることにより、前記欠点を軽減した。
【0016】成形プロセスにより必要とされる離型性能
は異なるため、混合組成比は目的に合わせて決定する。
【0017】
【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は本発明の第一の実施例を示し、同図
において1は型母材である超硬合金、6は型母材1の成
形表面に形成した窒化物、炭化物、酸化物のうちの一種
類以上と炭素が混合した組成をもつ薄膜である。
【0018】つぎに上記構成の光学素子成形用型の製作
方法について述べる。
【0019】型母材である超硬合金を所定の型形状に加
工し、成形面を鏡面研磨して表面粗さを0.02μmに
して型母材1とした。
【0020】この型母材1を清浄化し2元蒸着可能な蒸
着装置の基板ホルダーにセットし、1×10-5Torr
迄真空排気した後、高純度炭素とTiO2 を各々の蒸発
源から電子線蒸着した。膜厚は水晶振動子膜厚計を用
い、約80nm厚さの膜6を形成して成形用型10とし
た。このとき得られた膜の組成は、電子銃のエミッショ
ン電流を変えることにより変化し、成形評価および型と
ガラスの密着力測定結果に基づき、良好な成形を行うた
めの炭素とTiの組成比になるようエミッション電流値
を選ぶ必要がある。
【0021】表1は炭素とTiの組成比と型とガラスの
離型性の関係を示す。なお、組成比はatom%比であ
る。
【0022】
【0023】組成比C/Ti〜約11.0は型離れは良
好だが、膜質変化により耐擦傷性が低くなるため、成形
型の表面としては好ましくない。
【0024】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について詳
述する。
【0025】使用したレンズの成形装置は図3に示す。
【0026】図3中、21は真空槽本体、22はそのフ
タ、23は光学素子を成形する為の上型、24はその下
型、25は上型をおさえるための上型おさえ、26は胴
型、27は型ホルダー、28はヒータ、29は下型をつ
き上げるつき上げ棒、30は該つき上げ棒を作動するエ
アシリンダ、31は油回転ポンプ、32,33,34は
バルブ、35は不活性ガス流入バルブ、36はバルブ、
37はリークパイプ、38はバルブ、39は温度セン
サ、40は水冷パイプ、41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。フリ
ント系光学ガラスSF14(オハラ製、転移点Tg=4
85℃、軟化点Sp=586℃)を球状にし所定の量に
調整したガラス素材を型のキャビティー内に入れる。
【0028】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21のフタ22を閉じ、水冷パイプ40に
水を流し、ヒーター28に電流を通す。この時窒素ガス
用バルブ36及び38は閉じ、排気系バルブ32,3
3,34も閉じている。尚、油回転ポンプ31は常に回
転している。
【0029】バルブ32を開け排気をはじめ10-2To
rr以下になったらバルブ32を閉じ、バルブ36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30を作動させて10kg/
cm2 の圧力で5分間加圧する。圧力を除去した後、冷
却速度を−5℃/minで転位点以下になるまで冷却
し、その後は−20℃/min以上の速度で冷却を行な
い、200℃以下に下がったらバルブ36を閉じ、リー
クバルブ33を開いて真空槽21内に空気を導入する。
それからフタ22を開け上型おさえをはずして成形物を
取り出す。
【0030】上記のようにして、フリント系光学ガラス
SF14を使用して、レンズを成形した。
【0031】〔実施例2〕図2は本発明の第二の実施例
を示し、同図において1は型母材である超硬合金、3は
型母材1の成形面に形成した窒化物、炭化物、酸化物の
うちの一種類以上の組成からなる中間層であり、6は中
間層3上に形成した窒化物、炭化物、酸化物のうちの一
種類以上と炭素が混合した組成をもつ薄膜である。
【0032】つぎに上記構成の光学素子成形用型の製作
方法について述べる。
【0033】型母材である超硬合金を所定の型形状に加
工し、成形面を鏡面研磨して表面粗さを0.02μm以
下にして型母材1とした。
【0034】この型母材1を清浄化し、高加速電圧印加
可能なイオンガンを備えたイオンプレーティング装置の
基板ホルダーにセットし、1×10-5Torr迄真空排
気した後、イオンガン内にArガスを導入して放電さ
せ、1kVの加速電圧を印加して型成形面をイオンスパ
ッタクリーニングした。
【0035】その後、N2 ガスを5×10-4Torr迄
導入して活性化反応蒸着によりTiN膜を約2μm成膜
して中間層3を形成し、引き続きイオンガン内にCH4
ガスを導入して放電を行い加速電圧2kVを印加して炭
素とTiNの混合した組成の膜6を約80nm形成して
成形型20とした。
【0036】本実施例の成形用型の離型性は実施例1と
同様であるが、超硬合金母材の表面強度を高める効果お
よび化学的安定性を高める効果がある。
【0037】この効果は、最表面の窒化物、炭化物、酸
化物のうちの一種類以上と炭素が混合した組成をもつ薄
膜6を除去して再生することも可能である。
【0038】また、本実施例の膜中には多少の水素を含
むが、実成形における弊害は認められなかった。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、成形面に窒化物、
炭化物および酸化物のうちの一種類以上と炭素(水素を
含んでも可)が混合した組成の層を有する成形用型を用
いて光学素子を成形することにより、安定した離型性を
保って外観の良好な成形品を得ることができ、成形装置
の稼動率向上および良品率の向上によりコスト低減の効
果がある。
【0040】炭素と混合する窒化物、炭化物、酸化物
は、その構成金属元素が、B,Al,Si,Ti,V,
Cr,Zr,Nb,Hf,Taの場合、多少の差はある
ものの、安定性の高い窒化物、炭化物、酸化物を形成す
るため、成形用型として安定性の高い成形表面層とな
る。
【0041】型母材は、超硬合金、サーメット、焼結S
3 4 、焼結SiC(表面CVDSiCコーティング
も含む)、ステンレス鋼など熱物性の異なる材料を成形
光学素子形状、成形プロセス対応して最適材を選び精度
の高い光学素子を得ることができる。
【0042】成形表面層の組成として、炭素と窒化物、
炭化物、酸化物が混合した組成にすることにより、成形
時における膜剥離の問題は無くなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した成形用型の構成を示す模式図
である。
【図2】本発明を実施した他の成形用型の構成を示す模
式図である。
【図3】本発明の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 3 中間層 6 成形表面層 10 成形表面層を備えた成形用型 20 中間層上に成形表面層を備えた成形用型 21 真空槽本体 22 フタ 23 上型 24 下型 25 上型おさえ 26 胴型 27 型ホルダー 28 ヒーター 29 つき上げ棒 30 エアシリンダ 31 油回転ポンプ 32,33,34 バルブ 35 流入パイプ 36 バルブ 37 流出パイプ 38 バルブ 39 温度センサ 40 水冷パイプ 41 台
フロントページの続き (72)発明者 谷口 靖 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 平林 敬二 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 (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の形状に加工した型母材の少なくと
    も成形面上に、窒化物、炭化物および酸化物のうちの一
    種類以上と炭素が混合した組成の層を有することを特徴
    とする光学素子成形用型。
  2. 【請求項2】 前記炭素と窒化物、炭化物および酸化物
    のうちの一種類以上に含まれる金属元素との組成比がa
    tom%比で炭素/金属=2〜10である請求項1記載
    の光学素子成形用型。
  3. 【請求項3】 前記窒化物、炭化物および酸化物の構成
    金属元素がB,Al,Si,Ti,V,Cr,Zr,N
    b,Hf,TaおよびWのうちの1種以上である請求項
    1記載の光学素子成形用型。
  4. 【請求項4】 前記型母材が超硬合金、サーメット、焼
    結Si3 4 、焼結SiCまたはステンレス鋼である請
    求項1記載の光学素子成形用型。
  5. 【請求項5】 前記型母材と窒化物、炭化物、酸化物の
    うちの一種類以上と炭素が混合した組成の層との間に、
    窒化物、炭化物および酸化物のうちの一種類以上の組成
    をもち、かつ該窒化物、炭化物および酸化物の構成金属
    元素がB,Al,Si,Ti,V,Cr,Zr,Nb,
    Hf,TaおよびWのうちの1種以上である中間層を有
    する請求項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
JPWO2005115933A1 (ja) * 2004-05-27 2008-03-27 コニカミノルタオプト株式会社 光学素子形成用成形型並びにその製造方法及び再生方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0524865A (ja) * 1991-07-15 1993-02-02 Konica Corp 光学ガラス素子成形用金型

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