JPH10194754A - 光学素子成形用型 - Google Patents

光学素子成形用型

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JPH10194754A
JPH10194754A JP9004644A JP464497A JPH10194754A JP H10194754 A JPH10194754 A JP H10194754A JP 9004644 A JP9004644 A JP 9004644A JP 464497 A JP464497 A JP 464497A JP H10194754 A JPH10194754 A JP H10194754A
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molding
surface layer
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sintered body
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JP9004644A
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Jun Takano
潤 高野
Kazuo Kitazawa
和雄 北沢
Mitsumasa Negishi
光正 根岸
Hiroaki Iguchi
裕章 井口
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Nikon Corp
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    • 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
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B2215/02Press-mould materials
    • C03B2215/08Coated press-mould dies
    • C03B2215/14Die top coat materials, e.g. materials for the glass-contacting layers
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    • C03B2215/32Intermediate layers, e.g. graded zone of base/top material of metallic or silicon material

Abstract

(57)【要約】 【課題】成形型の基材中のバインダが、成形型表面の離
型用膜と相互拡散することを防止することのできる光学
素子成形型を提供する。 【解決手段】成形すべき光学素子に対応した形状の成形
面を有する基材101と、光学素子と基材101との融
着を防ぐために、基材101の成形面103に配置され
た融着防止膜102とを有する成形型。基材101は、
表面層301と、表面層301を支持する主部303と
を有する。表面層301および主部303は、いずれ
も、粒子を焼結することによって形成された焼結体から
構成される。このとき主部303を構成する焼結体に
は、強度を高めるためのバインダを含まれるが、表面層
301を構成する焼結体には、バインダが含まれない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子用ガラス
材料を変形可能な温度まで加熱し軟化させた後、一対の
成形型を押しつけて面形状を転写させ、これを冷却する
ことにより光学素子を製造する方法に用いる成形型に関
する。特に、成形後に、光学素子表面の研削、研磨を必
要としない成形方法に用いられる成形型に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、各種各様の形状を有する光学
素子、特に、非球面形状を有する光学素子を得る方法と
して、光学素子用ガラス材料を変形可能な温度まで加熱
し軟化させ、一対の成形型を上下から光学素子用ガラス
材料に加圧することにより型の面形状をガラス材料に転
写して成形し、その後、成形型を成形した光学素子から
離し、光学素子が取り出せる温度まで冷却する製造方法
が用いられている。
【0003】上述した成形方法に用いられる光学素子用
成形型は、高温に耐えられ、転写面を鏡面研磨加工する
ことができ、摩擦に強く、しかも、光学素子用ガラス材
料との離型性がよい等の性質が要求される。
【0004】これらの要求に応えるべく、従来、成形型
の基材しては、炭化タングステン等の超微粒子にコバル
ト(Co)等のバインダを混合して加圧焼結した超硬合
金が用いられている。そして、成形型の転写面には、光
学ガラス材料との融着を防止するため白金膜、もしく
は、白金を含む合金膜が成膜されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、基材の
超微粒子超硬合金には、コバルト(Co)に代表される
バインダが含まれるが、繰り返し成形を行った場合、成
形型温度の上昇下降によって、成形型材料内のバインダ
が、転写面に配置されている白金膜、もしくは、白金を
含む合金膜と相互拡散するという問題がある。バインダ
と白金膜等が相互拡散すると、これらの膜表面の粗さが
粗くなるため、成形した光学素子の表面の粗さも粗くな
る。
【0006】この問題に対しては、バインダの拡散を防
ぐ保護膜を成形型材料と白金膜との間に中間膜として配
置する構成が特開平4−310529で提示されてい
る。
【0007】本発明は、成形型の基材中のバインダが、
成形型表面の離型用膜と相互拡散することを防止するこ
とのできる光学素子成形型を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、本発明では、以下のような光学素子成形用型を提供
する。
【0009】すなわち、成形すべき光学素子に対応した
形状の成形面を有する基材と、前記光学素子と前記基材
との融着を防ぐために、前記基材の成形面上に配置され
た融着防止膜とを有し、前記基材は、前記成形面の表面
に位置する表面層と、前記表面層を支持する主部とを有
し、前記表面層および前記主部は、いずれも、粒子を焼
結することによって形成された焼結体から構成され、前
記主部を構成する焼結体には、強度を高めるためのバイ
ンダが含まれ、前記表面層を構成する焼結体には、前記
バインダが含まれないことを特徴とする光学素子成形用
型を提供する。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態の光学素子
用成形型について説明する。
【0011】本実施の形態の光学素子用成形型は、図5
に示したように、成形面103が鏡面加工された基材1
01と、成形面103に配置された白金膜102とから
なる。白金膜102は、光学素子材料であるガラス材料
と基材101との融着を防ぐために配置されている。
【0012】成形面103の形状は、成形すべき光学素
子の形状に対応している。本実施の形態では、図3に示
すような、一方の面の曲率半径9(mm)、他方の面の
曲率半径11(mm)、厚さ6(mm)、口径13(m
m)の球面レンズを成形するため、一対の成形型を用い
る。一方の成形型は、成形面103を曲率半径を11
(mm)で口径13(mm)の凹面としている。他方の
成形型は、成形面103を曲率半径9(mm)で口径1
3(mm)の凹面としている。
【0013】基材101は、炭化タングステン(WC)
を主成分とし、バインダとしてCoを含む超硬合金から
なる。このとき、本実施の形態では、図4のように、基
材101の表面近傍において、バインダ濃度が傾斜濃度
勾配をもつように形成している。具体的には、成形面1
03側の基材101の表面層301は、炭化タングステ
ンのバインダを含まない。そして、表面層301に隣接
して、深さ方向にバインダ濃度が徐々に高くなる傾斜層
302を設けている。傾斜層302よりも内側の主部3
03は、一定の濃度のバインダを含むように形成してい
る。
【0014】ここで、本実施の形態の成形型の製造方法
について説明する。
【0015】まず、図6のように、製造すべき成形型形
状の凹部を形成したカーボン製の焼結ダイ601を用意
する。そして、焼結ダイ601の底部にCoを含まない
WC超微粒子を充填することにより第1層602を形成
する。この上に、Coを0.2%配合したWC超微粒子
を充填し第2層603とする。WC超微粒子の大きさ
は、本実施の形態では1μm以下にした。そして、放電
プラズマ焼結機を用い、焼結ダイ601内の第1層60
2および第2層603を上下方向から加圧しながら、第
1層602および第2層603にパルス電圧を印加し、
第1層602および第2層603を構成する超微粒子間
の接触部に放電プラズマを生じさせ、互いに融着させ
る。このとき、第1層602と第2層603との間に
は、Coの拡散が生じるため、第1層602と第2層6
03との間に、Co濃度が傾斜した層が形成される。こ
れにより、Coを含まない表面層301と傾斜層302
と主部303とからなる基材101を形成することがで
きる。なお、図6の第1層602の厚さは、Coの拡散
と必要とされる表面層301の厚さとを考慮して、予め
実験により求めておく。
【0016】この後、焼結ダイ601から基材101を
取り出し、基材101の成形面を、研削および研磨加工
することにより、表面粗さRmax5nm以下の鏡面に
仕上げ、スパッタリングにより、厚さ1μm程度以下の
白金膜102を形成する。これにより、本実施の形態の
成形型を製造することができる。
【0017】なお、プラズマ焼結法に限らず、通常の焼
結法によって基材101を製造することもできる。この
場合、焼結の前に、予め第1層602および第2層60
3に圧縮成形を施す。
【0018】このような本実施の形態の成形型は、基材
101が表面層にバインダCoを含んでいないため、繰
り返し成形を行った場合にも、基材101中のCoが白
金層102と相互拡散しにくい。このため、相互拡散に
よって白金層102の粗さが粗くなる現象が起こりにく
い。よって、成形型の寿命を大幅に改善することができ
る。また、本実施の形態の成形型は、従来のように白金
膜と基材との間に中間膜を成膜する必要がないため、焼
結によって基材を成形した後、白金膜を成膜するのみの
簡単な工程で製造できるため、成形型の製造コストの低
減を図ることができる。
【0019】また、基材101のバインダは、基材の強
度を高めるために用いられるが、本実施の形態の成形型
は、バインダを含まない表面層301の厚さが薄く、主
部303は、バインダを含んでいるため、基材101の
強度として、成形型に必要な強度を十分に達成すること
ができる。また、表面層301と主部303との間に、
傾斜層302を設けて、表面層301と主部303とを
傾斜層302により連続的に接続しているため、表面層
301の膜はがれを防ぐことができる。
【0020】以下、本実施の形態の成形型を用いて、光
学素子を形成する手順について以下説明する。
【0021】図1を用いて、光学素子を成形するための
装置の構成を説明する。
【0022】載せ台5には、スリーブ4が配置され、ス
リーブ4内に成形型2、3が配置されている。成形型
2、3は、上下方向に成形面が向かい合うように配置さ
れている。スリーブ4は、成形型2、3を上下方向に可
動に支持している。成形型の間には、光学素子用ガラス
材料1が配置されている。なお、成形型2、3は、図5
の成形型である。
【0023】この状態において、装置全体を不活性ガス
雰囲気中に配置し、不図示の加熱装置により、装置全体
を光学素子用ガラス材料が変形可能な温度まで加熱す
る。そして、成形時には、押し込みロッド6を図示して
いない機械の駆動によって押し込む。これにより成形型
2が下方に移動して、光学素子用ガラス材料1を押圧
し、成形動作を行う。成形動作が完了すると、光学素子
が取り出し可能な温度まで全体を冷却する。また、光学
素子を取り出した後は、再度、図1のようにセットし、
成形を繰り返す。
【0024】成形条件の一例を図2に示す。図2におい
て、横軸は時間(単位:分)、縦軸は温度(単位:℃)
である。
【0025】まず、図1で示した装置を、不活性ガス雰
囲気中において、10分間で480(℃)まで加熱す
る。そして、成形型2、3、ガラス材料1等が十分に熱
均衡がとれた時間(成形開始後20分)で、加圧加重1
00(kgf/cm2)で5分間(成形開始後25分ま
で)成形を行う。すなわち、押し込みロッド6を駆動し
て、上型2を下方に移動する。その後、430(℃)ま
で下げた点(成形開始後29分)で除圧し、離型したの
ち、室温まで冷却する。
【0026】これによって、図3に示した形状の球面レ
ンズを成形することができる。
【0027】本実施の形態の成形型を用いて成形した球
面レンズの表面を、光学式表面粗さ計と走査型プローブ
顕微鏡で測定した結果、表面粗さはRmax5(nm)
以下を実現していた。また、同様の成形を500回行
い、表面粗さを測定したが、結果は同様であった。
【0028】比較のため、バインダが表面層に含まれる
超微粒子超硬合金製の成形型を用いて同様の成形を繰り
返し行った。その結果、成形回数10回で、成形型の白
金膜表面の劣化を確認することができた。
【0029】なお、本実施の形態の成形型の基材101
のバインダとしてCoを含むWCの焼結体を用いている
が、バインダとしてFeやNi等を含むWCの焼結体を
用いることも可能である。また、WCの焼結体に限ら
ず、一般にサーメットと呼ばれるセラミックス粉末と金
属粉末との焼結体を用いることも可能である。これらの
材料を用いる場合にも、本実施の形態の製造方法を用い
ることにより、表面層に金属粉末を含まない成形型基材
を製造することができる。これにより、金属と白金膜と
の層が拡散を防止することができるため、白金膜の劣化
を防止できる。
【0030】また、本実施の形態では、成形面に白金膜
を用いているが、白金膜に限らず光学ガラス材料との融
着を防止できる材料の膜を用いることができる。たとえ
ば、白金を含む合金膜を用いることができる。
【0031】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、成形型の基材中のバインダが成形型表面の離型用膜
と相互拡散することを防止することのでき、しかも、成
形型の強度を劣化させることのない光学素子成形用型を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態において、光学ガラス材
料の成形を行うための装置の構成を示すを示す説明図で
ある。
【図2】本発明の一実施の形態の光学素子の成形の一成
形条件を示すためのグラフである。
【図3】本発明の一実施の形態で成形する光学素子の形
状の示す説明図である。
【図4】本発明の一実施の形態の成形型の基材のバイン
ダ含有量を示したグラフである。
【図5】本発明の一実施の形態の成形型の構造を示す断
面図である。
【図6】本発明の一実施の形態の成形型の一製造工程を
示す断面図である。
【符号の説明】
1 ガラスブランク 2 成形上型 3 成形下型 4 スリーブ 5 載せ台 6 押し込みロッド 101 基材 102 白金膜 301 表面層 302 傾斜層 303 主部 601 焼結ダイ 602 第1層 603 第2層
フロントページの続き (72)発明者 井口 裕章 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】成形すべき光学素子に対応した形状の成形
    面を有する基材と、前記光学素子と前記基材との融着を
    防ぐために、前記基材の成形面上に配置された融着防止
    膜とを有し、 前記基材は、前記成形面の表面に位置する表面層と、前
    記表面層を支持する主部とを有し、 前記表面層および前記主部は、いずれも、粒子を焼結す
    ることによって形成された焼結体から構成され、 前記主部を構成する焼結体には、強度を高めるためのバ
    インダが含まれ、 前記表面層を構成する焼結体には、前記バインダが含ま
    れないことを特徴とする光学素子成形用型。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記基材の表面層と主
    部との間には、前記バインダを厚さ方向に濃度勾配をも
    って含む濃度傾斜層が配置され、 前記濃度傾斜層は、前記表面層側に近い部分ほど、前記
    バインダの濃度が低く、前記主部に近い部分ほど、前記
    バインダの濃度が高いことを特徴とする光学素子成形用
    型。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記主部を構成する焼
    結体と前記表面層を構成する焼結体とは、焼結体の主成
    分が同じであることを特徴とする光学素子成形用型。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記融着防止膜は、白
    金を含む材料からなることを特徴とする光学素子成形用
    型。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記表面層および主部
    を構成する焼結体は、炭化タングステンを主成分とする
    焼結体であり、 前記主部に含まれるバインダは、コバルトであることを
    特徴とする光学素子成形用型。
  6. 【請求項6】光学素子材料を変形可能な温度まで加熱す
    る第1のステップと、 所望の光学素子に対応する形状の成形面を有する成形型
    を、前記光学素子材料に押しつけることにより、前記成
    形面の形状を前記光学素子材料に転写する第2のステッ
    プとを有する光学素子の製造方法であって、 前記第2のステップにおいて、前記成形型として、 基材と、前記光学素子と前記基材との融着を防ぐため
    に、前記基材の成形面上に配置された融着防止膜とを有
    し、 前記基材は、前記成形面側の表面に位置する表面層と、
    前記表面層を支持する主部とを有し、 前記表面層および前記主部は、いずれも、粒子を焼結す
    ることによって形成された焼結体から構成され、 前記主部を構成する焼結体には、強度を高めるためのバ
    インダを含まれ、 前記表面層を構成する焼結体には、前記バインダが含ま
    れない成形型を用いることを特徴とする光学素子製造方
    法。
JP9004644A 1997-01-14 1997-01-14 光学素子成形用型 Pending JPH10194754A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001277252A (ja) * 2000-03-30 2001-10-09 Suwa Netsukogyo Kk キャビティ形成金型の製造方法、キャビティ形成金型および樹脂成型品
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