JPH11157851A - 光学素子成形用金型および光学素子の製造方法 - Google Patents

光学素子成形用金型および光学素子の製造方法

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JPH11157851A
JPH11157851A JP33063597A JP33063597A JPH11157851A JP H11157851 A JPH11157851 A JP H11157851A JP 33063597 A JP33063597 A JP 33063597A JP 33063597 A JP33063597 A JP 33063597A JP H11157851 A JPH11157851 A JP H11157851A
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mold
optical element
molding
glass
protective film
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Hidenao Kataoka
秀直 片岡
Makoto Umetani
梅谷　　誠
Kunio Hibino
邦男 日比野
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Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光学素子形状に加工されたプレス面を有し、ガ
ラス製金型本体(2)と、前記金型本体に固定されたリン
グ(1)を含むことにより、プレス時の応力および衝撃荷
重によるガラスの割れ、欠けを防止し、耐酸化性、高温
強度に優れ、加工性に優れ、精密加工容易で、形状バラ
ツキが少なく、光学性能良好な光学素子を大量かつ安価
に製造できる金型とプレス成形方法を提供する。 【解決手段】金型本体(2)にガラスを用い、超硬合金ま
たはサーメット、セラミックス、金属、または、合金の
いずれかよりなるリング(1)を設けることにより、金型
の加工性、強度、熱伝導性を向上する。また、光学素子
材料との離型性を向上させるために、ガラス製金型本体
の少なくともプレス面上に耐酸化性、高温強度に優れ、
光学素子材料に対して不活性な保護膜(10)を形成する。
金型本体と保護膜との密着性が良好でない場合には、両
者の間に中間層(15)を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、安価に高精度で光
学性能の良好な光学素子をプレス成形により製造する方
法及び光学素子成形用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高精度な光学素子を直接プレス成形する
ためには、金型材料として熱伝導性、耐酸化性に優れ、
プレス成形する光学素子材料に対して不活性であり、プ
レスしたときに金型のプレス面形状が崩れないような高
温強度を有するものが必要である。しかし、その反面、
加工性に優れ、精密加工が容易で、かつ安価に製造でき
なくてはならない。
【０００３】以上のような光学素子成形用金型に必要な
条件をある程度満足するものとして、特公昭６２−２８
０９１号公報に記載されているＷＣを主成分とする超硬
合金、または、サーメットを金型素材に用い、前記金型
素材上に貴金属系保護膜をコーティングした金型があ
り、この金型を用いることによって、光学素子のプレス
成形による量産が可能となっている。
【０００４】また、特開昭６４−３３０２２号公報、特
開平１−２３９０３０号公報に記載されているように、
プレス面形状が光学素子形状に精密加工されたマスター
型でガラス材料を加熱、プレス転写させることにより得
られるガラス材のみからなる光学素子成形用金型や、特
開平１−１４８７１４号公報に記載されているように、
ガラス材のみからなる型本体と、そのプレス面に形成さ
れる薄膜とで構成される光学素子成形用金型、特開平１
−１０２１３６号公報に記載されているような、ガラス
よりなる成形用型本体と、耐熱性を有する金属またはセ
ラミックスからなる接合体とを融着接合させることによ
り得られる光学素子成形用金型等が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
型材料、型構成では前記の条件を全て満足するものは得
られていない。例えば、特公昭６２−２８０９１号公報
に記載のようにＷＣを主成分とする超硬合金、または、
サーメットを金型素材に用い、前記金型素材上に貴金属
系保護膜をコーティングして構成される金型は、金型素
材に用いる超硬合金、または、サーメットの精密加工が
困難であり、そのために、加工には特別な加工装置を必
要とし、加工後も場合によっては面粗さ向上のため研磨
加工を必要とする。また、その加工は、主にダイヤモン
ド砥石による研削加工によるため、砥石磨耗のため加工
時の切り込み量を大きくできず、加工時間も長く、加工
コストが非常に高いという問題がある。また、加工の難
しさゆえに金型形状のバラツキが大きく、その結果、成
形された光学素子に形状のバラツキが発生し光学性能が
不安定である。
【０００６】また、このような問題を解決するために提
案されている、特開昭６４−３３０２２号公報、特開平
１−２３９０３０号公報での、ガラス材のみからなる光
学素子成形用金型は、ガラスの加工性は良好であるが、
ガラスが脆性材料であるため、プレス時に、プレスヘッ
ドとの接触によりエッジの割れ、欠けが発生し、光学素
子の光学性能が劣化するという問題がある。また、ガラ
スの熱伝導性が、超硬合金やサーメット、金属、合金と
比較して非常に悪いため、ヒーターからの熱伝達が悪く
成形に要する時間が長く、光学素子の生産性が悪い。
【０００７】また、特開平１−１０２１３６号公報に記
載されているような、ガラスよりなる成形用型本体と、
耐熱性を有する金属またはセラミックスからなる接合体
とにより融着接合されることにより得られる光学素子成
形用金型は、繰り返しのプレス時の応力、またはプレス
ヘッドと金型との接触による衝撃荷重に、成形用型本体
と結合体との結合が耐えきれず接合面から分離するとい
う問題がある。
【０００８】本発明は、このような点に鑑み、ガラスの
低熱伝導性を改善し、プレス時の応力および衝撃荷重に
よるガラスの割れ、欠けを防止し、耐酸化性、高温強度
に優れ、プレス成形する光学素子材料に対して不活性で
あり、かつ、加工性に優れ、精密加工容易な光学素子成
形用金型と、その金型を用い、形状バラツキが少なく、
光学性能良好な光学素子を大量、安価に製造する方法を
提供することをを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の光学素子成形用金型は、光学素子形状に加
工されたプレス面を有し、ガラス製金型本体と、前記金
型本体に固定されたリングとを含むことを特徴とする。
【００１０】次に本発明の光学素子の製造方法は、光学
素子形状に加工されたプレス面を有し、ガラス製金型本
体と、前記金型本体に固定されたリングとを含む光学素
子成形用金型を用いて、光学素子材料をプレス成形する
ことを特徴とする。
【００１１】前記金型及び方法においては、前記リング
が、高温強度の高い材料で構成されていることが好まし
い。前記金型及び方法においては、前記リングが、タン
グステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、
サーメット、セラミックス、金属及び合金から選ばれる
少なくとも一つの材料で構成されるていることが好まし
い。
【００１２】前記金型及び方法においては、前記リング
の表面に耐酸化性及び高温強度の高い薄膜を形成したこ
とが好ましい。前記金型及び方法においては、ガラス製
金型本体の少なくとも前記プレス面上に、耐酸化性及び
高温強度があり、かつ光学素子材料に対して不活性な保
護膜を形成したことが好ましい。
【００１３】前記金型においては、前記保護膜が、白金
（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、
ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム
（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、及
びタンタル（Ｔａ）から選ばれる少なくとも一つの金属
を含む合金であることが好ましい。
【００１４】また前記金型及び方法においては、プレス
成形する光学素子材料がガラスまたは樹脂であることが
好ましい。前記金型及び方法においては、前記金型本体
と前記保護膜との間に、前記金型本体と前記保護膜の両
方に対して密着性のある中間膜を形成したことが好まし
い。
【００１５】前記金型及び方法においては、前記中間膜
が、前記保護膜に含まれる成分、または前記金型本体に
含まれる成分を含む材料よりなる薄膜であることが好ま
しい。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明によれば、金型としては、
光学素子形状に精密に加工されたプレス面を有し、かつ
ガラス材よりなる金型本体と、高温強度に優れ、前記金
型本体の一端に挿入固定されたリングとにより構成し、
その金型を用い光学素子材料を加熱、プレス成形するこ
とにより光学素子を製造することができる。これにより
本発明は、ガラスの低熱伝導性を改善し、プレス時の応
力および衝撃荷重によるガラスの割れ、欠けを防止し、
耐酸化性、高温強度に優れ、プレス成形する光学素子材
料に対して不活性であり、かつ、加工性に優れ、精密加
工容易な光学素子成形用金型と、その金型を用い、形状
バラツキが少なく、光学性能良好な光学素子を大量、安
価に製造することができる。
【００１７】また、金型本体のガラス材が、プレス成形
する光学素子材料に対して活性（融着する、または離型
しない）な時には、前記金型本体の少なくとも前記プレ
ス面上に耐酸化性、高温強度に優れ、光学素子材料に対
して不活性な保護膜を形成する。
【００１８】また、金型本体のガラス材とプレス面上に
形成された保護膜との密着性が悪く、成形時の応力に耐
えきれず、保護膜が膜剥離する場合には、両者の密着性
を向上させるために前記金型本体と前記保護膜との間
に、前記金型本体と前記保護膜の両方に対して密着性に
優れた中間膜を形成する。
【００１９】ここで、保護膜としては、望ましくは、白
金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニ
ウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン
（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）のうち、少なくとも１種類以
上の金属を含むものとし、また、前記リングの材料とし
て、望ましくは、タングステンカーバイト（ＷＣ）を主
成分とする超硬合金、またはサーメット、セラミック
ス、ステンレス、金属、または、合金のいずれか、また
はそれら表面に耐酸化性、および、高温強度の優れた薄
膜を形成したものを用いる。
【００２０】また、中間層としては、望ましくは、保護
膜に含まれる成分、または金型本体に含まれる成分を含
む材料を用いる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の各実施例について図面を参照
しながら説明する。 （実施例１）図１に示す金型は、リング１として直径：
６．６ｍｍの内穴を有し、両端面（リング表面１ａとリ
ング裏面１ｂ）の平行度１μm以下、表面粗さ０．０１
μm以下のステンレス製（ＳＵＳ３１６、熱膨張係数１
７．５×１０-6）のリング（外径直径：１４．０ｍｍ、
厚み：３ｍｍ）と、その内穴に挿入、固定された円柱形
状のホウケイ酸ガラス（ガラス転移点（Ｔｇ）：５１６
℃、軟化点（Ｔｓ）：６０７℃、熱膨張係数：９．３×
１０-6）の金型本体２（外径直径：６．６ｍｍ、長さ：
１０．２ｍｍ）よりなる。
【００２２】また、金型本体２の一端２ａは、高精度加
工機を用い、ダイヤモンド砥石により曲率半径３．２ｍ
ｍ、加工径５．６ｍｍの軸対称球面に鏡面研削加工され
ており、研削加工後のプレス面２ａの形状精度は、±
０．０８μm、表面粗さ０．０１μm以下である。また、
金型本体２の外周面２ｂは、円筒研削盤により、真円度
１μm以下に精密加工され、リング裏面１ｂに対して直
角度１μm以内に挿入し、固定されている。
【００２３】図２に本金型を用いて光学素子を成形する
際に使用する成形機の概略図を示す。３は上下プレスヘ
ッド（上下プレスヘッド面３ａ）、４は上下プレスヘッ
ド３に内蔵されたヒーター、５ａ、５ｂは上下金型、６
は胴型、７は光学素子材料である。成形方法は、胴型６
の内穴に、そのプレス面２ａを対向させて挿入した上型
５ａ、下型５ｂ間に、光学素子材料７を供給した後、ヒ
ーター４が内蔵された上下プレスヘッド３にて、加熱、
プレスした後、冷却し、成形された光学素子を取り出
す。
【００２４】本実施例においては、上型５ａとして、上
記した本発明実施例１の金型（図１）を用い、下型５ｂ
としては、上型５ａと同じ材料（金型本体：ガラス（ホ
ウケイ酸系ガラス）、リング：ステンレス（ＳＵＳ３１
６））、構成の金型でプレス面の形状のみが異なる（近
似曲率半径：２．６ｍｍ、加工直径：５．０ｍｍ）、軸
対称非球面のものを用い、また、光学素子材料７として
は、球状（直径：６．０）のポリメチルメタアクリレー
ト樹脂（ＰＭＭＡ）を使用し、成形温度１８０℃、プレ
ス荷重８０ｋｇｆにて繰り返し成形を実施した。
【００２５】また、本実施例の金型に対する比較とし
て、プレス面２ａの形状および金型本体２の材料は、５
ａ、５ｂと同じであるが、金型構成として、リング１を
有しない、つまり、金型本体２のみからなる金型８（図
３）を、また、別の比較として、プレス面２ａの形状お
よび金型本体２の材料は、５ａ、５ｂと同じであるが、
リングも金型本体と同様、ガラス材料よりなる金型９
（図４）を用い、図２に示す成形機により繰り返し成形
を実施した。
【００２６】その結果、リング１のない金型本体２のみ
からなる金型８、および、リング１も金型本体２と同じ
ガラス材料よりなる金型９は、成形回数１００ショット
前後にてプレスヘッド面３ａと接触するガラス端面８
ａ、９ａ近傍に割れ、欠けが発生したが、本発明の実施
例の金型（図１）は、プレスヘッド面３ａと接する金型
本体２の端面が、ステンレス製のリング１に挿入、固定
保護されているため、成形時の上下プレスヘッド面３ａ
とリング裏面１ｂとに僅かの傾きが存在し両者が点接触
しても、接触点は、リング裏面１ｂのエッジ１ｃになる
ため、金型本体部２のガラスに直接、応力集中による割
れや欠けが発生せず、成形回数１０００ショットにおい
ても問題なく、光学性能良好な光学素子が得られた。ま
た、ガラス端面８ａ、９ａ近傍に割れ、欠け（特にエッ
ジに割れ及び欠けが多発）が発生した金型８、金型９に
よりプレス成形した際、金型の熱分布が不均一となり、
また、上下プレスヘッド面３ａとガラス端面８ａ、９ａ
との接触が不完全で金型の固定が不安定になり得られた
光学素子の光学性能が悪かった。
【００２７】また、リング１のないガラス製金型本体２
のみからなる金型８に比べ、プレスヘッド面３ａとリン
グ裏面１ｂとの接触面積が大きいため、たとえ、両者の
面（プレスヘッド面３ａとリング裏面１ｂ）が傾き、プ
レス開始時に点接触しても、プレス加重の増加とともに
容易にリング裏面１ａがプレスヘッド面３ａに従い、面
接触するようになり、両者の傾きが解消され、その結
果、上下金型５ａ、５ｂのプレス面の傾きが解消され、
平行に対向し、また、その角度が常に安定で、繰り返し
の成形においても、得られた光学素子の光学性能（ティ
ルト：レンズにおける２つの面の傾き）が常に平行で光
学性能良好な光学素子が得られた。ここで、上下プレス
ヘッド面３ａは、予め調整され高精度に平行に対向設置
されている。
【００２８】また、リング１のないガラス製の金型本体
２のみからなる金型８、リング１も金型本体２も熱伝導
性の低い同一のガラス材料よりなる金型９に比べ、ＳＵ
Ｓ製のリング１を有する本実施例の金型は、プレスヘッ
ドからの熱を伝達する面積が広くまた、熱伝導性が高
く、成形時間が約２／３（通常成形時間約４分、本実施
例の金型使用時約３分弱）に短縮された。
【００２９】また、ＷＣを主成分とする超硬合金を使用
した金型に比べ、加工性に優れたガラス材（ホウケイ酸
系ガラス）を用いたことにより、加工時間が短縮され
（３／４）、かつ、加工精度が向上し（超硬合金を素材
とした金型の形状精度±０．１μｍ、本実施例の金型の
形状精度±０．８μｍ）、また、加工形状のバラツキが
小さく、複数の金型を使用して光学素子を生産しても光
学性能のバラツキが小さかった。
【００３０】また、本実施例の金型は、リング１と金型
本体２とが両者の熱膨張差を利用して強固に挿入固定さ
れているため、成形による応力により、リング１と金型
本体２が分離するという問題は発生しなかった。
【００３１】ここで、光学素子を成形する際に、成形温
度１８０℃においては、金型本体２のガラス材（ホウケ
イ酸系ガラス）は、プレス荷重に耐えうる十分な強度を
有しており、プレス圧力により変形するという問題はな
かった。
【００３２】（実施例２）図５に示される金型は、リン
グ１として直径：５．１ｍｍの内穴を有し、両端面（リ
ング表面１ａ、リング表面１ｂ）の平行度１μm以下、
表面粗さ０．０１μm以下のＷＣを主成分とする超硬合
金（熱膨張係数：６．５×１０-6）製のリング（外径直
径：１４．０ｍｍ、厚み：３ｍｍ）と、その内穴に挿
入、固定された円柱形状のガラス（石英製、ガラス転移
点：１０６０℃、軟化点：１５８０℃、熱膨張係数：５
×１０-7）製の金型本体２（外径直径：５．１ｍｍ、長
さ１０．２ｍｍ）よりなる。ここで、リングの表面に
は、高温強度に優れ、耐酸化性を有する薄膜１６（Ｐｔ
−Ｗ）が膜厚約０．８μmにて形成されている。また、
金型本体２の一端２ａは、高精度加工機を用い、ダイヤ
モンド砥石により曲率半径５．１ｍｍ、加工径４．８ｍ
ｍの軸対称球面に鏡面研削加工されており、研削加工後
のプレス面２ａの形状精度は、±０．０７μm、表面粗
さ０．０１μm以下である。
【００３３】また、金型本体部２の外周面２ｂは、円筒
研削盤により、真円度１μm以下に精密加工され、リン
グ裏面１ｂに対して直角度１μm以内に挿入、固定され
ている。
【００３４】そして、加工後のプレス面２ａには、耐酸
化性、高温強度に優れ、プレス成形する光学素子材料に
対して不活性な保護膜１０（Ｐｔ−Ｔａ）が、スパッタ
リング法により膜厚約１μｍにて形成されている。
【００３５】この金型を用い、図２に示す成形機を使用
して繰り返し成形を行った。本実施例においては、上型
５ａとして、上記した本発明実施例２（図５）の金型を
用い、下型５ｂとしては、上型５ａと同じ材料、構成の
金型で、プレス面の形状のみが異なる（近似曲率半径：
８．１ｍｍ、加工径：４．８ｍｍ）軸対称非球面のもの
を用い、また、光学素子材料７としては、円柱状（直
径：４．５、長さ：３ｍｍ）の重フリントガラス（転移
点：４３０℃、軟化点：５６７℃）を使用し、窒素中で
成形温度５５０℃、プレス荷重３００ｋｇｆにて繰り返
し成形を実施した。
【００３６】また、本実施例の金型に対する比較とし
て、接合体１１（ＷＣを主成分としたＮｉ基超硬合金、
熱膨張係数６．５×１０-6）上に融着接合されたガラス
製の成形用型本体１２（重ランタンフリントガラス、Ｌ
ａＳＦ０１６）からなる成形用金型１４を用いた。ま
た、プレス面形状１２ａは、本発明の実施例１の金型と
同様の形状で、プレス面１２ａには、真空蒸着法により
膜厚０．１μｍにて離型膜１３（フッ化マグネシウム
ＭｇＦ2）が形成されている。
【００３７】検討の結果、本実施例２の金型５ａ、５ｂ
および比較としての成形用金型１４いずれの金型も実施
例１の成形用金型８および９において発生したガラス端
面の割れ、欠けは発生しなかった。
【００３８】しかし、プレスヘッド面３ａと接合体１１
の端面１１ａの僅かな傾きにより、プレス開始時に両者
が点接触し、成型用型本体１２および結合体１１が、胴
型６の内穴に対して斜めに挿入され、胴型６の内穴内面
と接合体１１及び成形用型本体１２が接触し、結合体１
１と成形用型本体１２との接合面に垂直応力以外の応力
が発生し、結合体１１と成形用型本体１２が分離すると
いう問題や、成形用型本体１２から離型膜１３が剥離す
るという問題が発生した。
【００３９】一方、本発明の実施例の金型は、金型本体
２とリング１が、比較例の結合体１１と成型用型本体１
２とにおける両者の融着による付着結合ではなく、熱膨
張差を利用した、また、リング構造による強固な固定で
挿入一体化されているため、成形回数７００ショットに
おいてもこの様な問題が発生しなかった。
【００４０】また、プレス面２ａには耐酸化性、高温強
度に優れ、プレス成形する光学素子材料に対して不活性
な保護膜１０（Ｐｔ−Ｔａ）が、形成されているため、
光学素子材料が融着するという問題も発生せず、また、
リング１表面には、高温強度に優れ、耐酸化性を有する
薄膜１６（Ｐｔ−Ｗ）が形成されているため、成形時の
基準面１ｂの高温酸化による面荒れ、または摩耗、変形
もなく光学性能良好な光学素子が大量に安定に得られ
た。
【００４１】また、比較のために、金型本体２のプレス
面２ａに保護膜１０の形成されていない状態で、同様の
成形を実施したが、成形温度が高温であるため、光学素
子材料がプレス面２ａに融着してしまい、離型不可能で
あった。
【００４２】また、実施例１における金型８においても
述べたように、成形用金型１４はリング１のない金型で
あるため、プレスヘッド面３ａとの接触面積が、本実施
例の金型と比較して小さいため、金型の裏面１１ａとの
固定が安定せず、その結果、得られた光学素子の光学性
能（ティルト）が悪く、安定しなかったが、本実施例の
金型は、そのような問題もなく、光学性能良好な光学素
子を安定して成形できた。
【００４３】また、結合体１１と成型用型本体１２から
なる成形用金型１４は、加工性の悪いＷＣ−Ｎｉ系合金
からなる結合体１１の加工に時間を要すが、本実施例の
金型は、リング１の材料としてＷＣを主成分とする超硬
合金を使用しているものの、そのリング両端面１ａ、１
ｂの加工は、平面研磨のみで短時間に加工可能（リング
の内穴は、焼結時に形成し、後加工不要）で、金型本体
２は、加工性に優れたガラスを使用しているため容易
に、かつ、短時間に、加工形状のバラツキが少なく均一
に安価に製作でき、また、得られる光学素子の形状が均
一で、光学性能が良好であった。
【００４４】ここで、、光学素子を成形する際に、金型
本体２のガラス材（石英、転移点１０６０℃、軟化点１
５８０℃）は、成形温度４９０℃においては、プレス荷
重に耐えうる十分な強度を有しており、プレス圧力によ
り変形するという問題はなかった。
【００４５】（実施例３）図７に示される金型は、リン
グ１として直径：６．８ｍｍの内穴を有し、両端面（リ
ング表面１ａ、リング裏面１ｂ）の平行度１μm以下、
表面粗さ０．０１μm以下のクロムカーバイド（Ｃｒ3Ｃ
2）を主成分とするサーメット（熱膨張係数１０．２×
１０-6）製のリング（外径直径：１５．０ｍｍ、厚み３
ｍｍ）を用い、その内穴に挿入、固定された円柱形状の
ガラス（ホウケイ酸ガラス、転移点：５６２℃、軟化
点：８１５℃、熱膨張係数：５×１０-7）製の金型本体
２（外径直径：６．８ｍｍ、長さ：９．５ｍｍ）よりな
る。
【００４６】また、金型本体２の一端２ａには、高精度
加工機を用い、ダイヤモンド砥石により光学素子形状
（曲率半径５．７ｍｍ、加工径５．８ｍｍの軸対称球
面）に鏡面研削加工された後、加工面上にガラス融着防
止のために貴金属膜（Ｐｔ−Ｒｅ）を形成したマスター
型を用い、加熱プレス成形（温度：７９０℃、プレス
圧：４００ｋｇｆ）することによりプレス面２ａが形成
されている。ここで、プレス面２ａの形状精度は、±
０．０９μm、表面粗さ０．０１μm以下である。
【００４７】そして、成形後のプレス面２ａには、中間
層１５としてＣｒがスパッタリング法により膜厚約０．
５μｍ形成されている。また、その中間層１５上には、
耐酸化性、高温強度に優れ、プレス成形する光学素子材
料に対して不活性な保護膜１０（Ｐｔ−Ｉｒ）が、スパ
ッタリング法により膜厚１μｍにて形成されている。
【００４８】この金型を用い、図２に示す成形機を使用
して繰り返し成形を行った。本実施例においては、上型
５ａとして、上記した実施例３の金型を用い、下型５ｂ
としては、上型５ａと同じ材料、構成の金型で、プレス
面２ａの形状のみが異なる（近似曲率半径１０．１ｍ
ｍ、加工径５．４ｍｍ）軸対称非球面のものを用い、ま
た、光学素子材料７としては、円柱状（直径：４．５、
長さ３ｍｍ）の重リン酸クラウンガラス（転移点３８２
℃、軟化点４４０℃）を使用し、成形温度４３０℃、プ
レス荷重３５０ｋｇｆにて繰り返し成形を実施した。
【００４９】また、本実施例の金型に対する比較とし
て、中間層１５の形成されていない成形用金型を用い
た。検討の結果、本実施例の金型は、成形回数２０００
ショットにおいても割れや欠けはなく、また、プレス面
２ａには耐酸化性、高温強度に優れ、プレス成形する光
学素子材料７に対して不活性な保護膜１０（Ｐｔ−Ｉ
ｒ）が形成されているため、光学素子材料７との離型性
も良好であった。また、、中間層１５のない金型は、保
護膜１０と全型本体２との密着力が弱く、成形回数約２
００ショットにおいて、全型本体２から保護膜１０が剥
離したが、本実施例の金型は、中間層１５の形成によ
り、金型本体２と保護膜１０との密着性が強くそのよう
な問題が発生しなかった。
【００５０】また、本実施例の金型の場合、高精度に加
工されたマスター型によりプレス面２ａを形成、加工す
るため、金型の形状バラツキが一層小さく、また、金型
加工時間が従来の１／８以下に大幅に短縮され、金型素
材が安価であることもあり、金型コストが従来の１／１
０以下となった。
【００５１】ここで、光学素子を成形する際に、金型本
体２のガラス材（ホウケイ酸ガラス、転移点５６２℃、
軟化点８１５℃）は、成形温度４３０℃においては、プ
レス荷重に耐えうる十分な強度を有しており、プレス圧
力により変形するという問題はなかった。
【００５２】尚、本発明の実施例において、金型本体部
２として、石英、ホウケイ酸ガラスを、また、リング１
として、ステンレス、ＷＣを主成分とする超硬合金上に
薄膜（Ｐｔ−Ｗ）を形成したもの、クロムカーバイド
（Ｃｒ3Ｃ2）を主成分とするサーメット、また、保護膜
１０として、Ｐｔ−Ｔａ、Ｐｔ−Ｉｒを、中間層１５と
してＣｒを用いたが、金型本体２として、光学素子材料
７をプレス成形する成形温度において十分な機械強度を
有する。その他のガラスを用いても同様の効果が得ら
れ、また、リング１として、その他のタングステンカー
バイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、サーメット、
セラミックス、金属、または、合金のいずれか、または
それらの表面に薄膜を形成したものを、保護膜１０とし
て、その他の耐酸化性、高温強度に優れ、光学素子材料
に対して不活性な白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、
イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム
（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タ
ングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）のうち、少なくと
も１種類以上の金属を含む合金を、中間層１５として、
その他の、保護膜に含まれる成分、または前記金型本体
に含まれる成分を含む材料よりなる薄膜を用いても何ら
効果は変わらなかった。
【００５３】また、リング１の形状は、本実施例におい
て、内穴を有する円板や、外形に段付き形状を有するも
のを使用したが、金型本体２が挿入、固定される内穴を
有するものであれば上記に限ったものでなく、同様の効
果が得られる。
【００５４】
【発明の効果】以上のように本発明は、光学素子成形用
金型の構成において、プレスヘッド面と金型が接触する
部分にリングを設けているため、金型本体のガラスに割
れや欠けが発生せず、かつ、プレスヘッド面と金型との
接触する面積が大きく、リングが金型本体に対して精密
に挿入固定されているため、繰り返しの成形により得ら
れる光学素子の光学性能が良好、かつ、常に安定であ
る。
【００５５】また、そのリングは、ガラスに比べ熱伝導
性に優れているものを用いているため、金型本体と同
様、リングもガラスにより構成される金型よりも成形時
間を大幅に短縮できる。
【００５６】また、金型本体の少なくともプレス面に
は、耐酸化性、高温強度に優れ、光学素子材料に対して
不活性な保護膜を形成しているため、長時間成形に使用
しても変形、酸化、ガラスの融着といった問題は発生し
ない。
【００５７】そして、金型本体と保護膜との密着性が良
好でない場合には、両者の間に中間層を形成することに
より、繰り返しの成形に耐えうる密着力を得ることがで
きる。
【００５８】また、金型本体の材料ととして、加工性の
優れたガラス材を採用したことにより、加工時間が短
縮、金型コストが低減でき、かつ、金型形状のバラツキ
が少ないため、同一形状の光学素子が大量に、安価に得
られる。
【００５９】また、金型本体にガラスを用いたことによ
り、プレス面の加工として、研削加工によるもの以外
に、マスター型によるプレス転写を実施することが出
来、金型および光学素子をより一層低コスト、かつ、形
状のバラツキが小さなものを実現することが可能となっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における光学素子成形用金型
の構成を示す模式的断面図。
【図２】本発明の実施例の金型を用いて光学素子を成形
する際に用いる成形機を示す模式的断面図。
【図３】本発明の実施例１においての比較対照金型の構
成を示す模式的断面図。
【図４】本発明の実施例１においての比較対照金型の構
成を示す模式的断面図。
【図５】本発明の実施例２における光学素子成型用金型
の構成を示す模式的断面図。
【図６】本発明の実施例２においての比較対照金型の構
成を示す模式的断面図。
【図７】本発明の実施例３における光学素子成型用金型
の構成を示す模式的断面図。
【符号の説明】
１ リング １ａ リング表面 １ｂ リング裏面 １ｃ エッジ ２ 金型本体 ２ａ 金型本体プレス面 ２ｂ 金型本体外周面 ３ 上下プレスヘッド ３ａ 上下プレスヘッド面 ４ ヒーター ５ａ 上型 ５ｂ 下型 ６ 胴型 ７ 光学素子材料 ８ 金型本体のみから成る金型 ８ａ 端面 ９ 金型本体とリングが同一材料より成る金型 ９ａ 端面 １０ 保護膜 １１ 結合体 １２ 成形用型本体 １２ａ プレス面 １３ 離型膜 １４ 結合体と成型用型本体とによる融着結合型 １５ 中間膜 １６ 薄膜（Ｐｔ−Ｗ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ０３Ｂ 11/08 Ｃ０３Ｂ 11/08 // Ｂ２９Ｋ 101:12 Ｂ２９Ｌ 11:00

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学素子形状に加工されたプレス面を有
    し、ガラス製金型本体と、前記金型本体に固定されたリ
    ングとを含む光学素子成形用金型。
  2. 【請求項２】 前記リングが、高温強度の高い材料で構
    成されている請求項１に記載の光学素子成形用金型。
  3. 【請求項３】 前記リングが、タングステンカーバイト
    （ＷＣ）を主成分とする超硬合金、サーメット、セラミ
    ックス、金属及び合金から選ばれる材料で構成される請
    求項１または２に記載の光学素子成形用金型。
  4. 【請求項４】 前記リングの表面に耐酸化性及び高温強
    度の高い薄膜を形成した請求項１〜３のいずれかに記載
    の光学素子成形用金型。
  5. 【請求項５】 ガラス製金型本体の少なくとも前記プレ
    ス面上に、耐酸化性及び高温強度があり、かつ光学素子
    材料に対して不活性な保護膜を形成した請求項１〜４の
    いずれかに記載の光学素子成形用金型。
  6. 【請求項６】 前記保護膜が、白金（Ｐｔ）、パラジウ
    ム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、
    オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム
    （Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、及びタンタル（Ｔａ）
    から選ばれる少なくとも一つの金属を含む合金である請
    求項５に記載の光学素子成形用金型。
  7. 【請求項７】 前記金型本体と前記保護膜との間に、前
    記金型本体と前記保護膜の両方に対して密着性のある中
    間膜を形成した請求項５又は６に記載の光学素子成形用
    金型。
  8. 【請求項８】 前記中間膜が、前記保護膜に含まれる成
    分、または前記金型本体に含まれる成分を含む材料より
    なる薄膜である請求項７に記載の光学素子成形用金型。
  9. 【請求項９】 光学素子形状に加工されたプレス面を有
    し、ガラス製金型本体と、前記金型本体に固定されたリ
    ングとを含む光学素子成形用金型を用いて、光学素子材
    料をプレス成形する光学素子の製造方法。
  10. 【請求項１０】 プレス成形する光学素子材料が樹脂で
    ある請求項９に記載の光学素子の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記リングが、タングステンカーバイ
    ト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、サーメット、セラ
    ミックス、金属及び合金から選ばれる材料で構成される
    請求項９に記載の光学素子の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記リングの表面に耐酸化性及び高温
    強度の高い薄膜を形成した請求項９〜１１のいずれかに
    記載の光学素子の製造方法。
  13. 【請求項１３】 ガラス製金型本体の少なくとも前記プ
    レス面上に、耐酸化性及び高温強度があり、かつ光学素
    子材料に対して不活性な保護膜を形成した請求項９〜１
    ２のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記保護膜が、白金（Ｐｔ）、パラジ
    ウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒ
    ｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニ
    ウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、及びタンタル（Ｔ
    ａ）から選ばれる少なくとも一つの金属を含む合金であ
    る請求項１３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
  15. 【請求項１５】 プレス成形する光学素子材料がガラス
    または樹脂である請求項１３または１４に記載の光学素
    子の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記金型本体と前記保護膜との間に、
    前記金型本体と前記保護膜の両方に対して密着性のある
    中間膜を形成した請求項１３または１４のいずれかに記
    載の光学素子の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記中間膜が、前記保護膜に含まれる
    成分、または前記金型本体に含まれる成分を含む材料よ
    りなる薄膜である請求項１６に記載の光学素子の製造方
    法。
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Cited By (2)

* 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
JP2014203899A (ja) * 2013-04-03 2014-10-27 日本電気硝子株式会社 波長変換材料、波長変換部材及び発光デバイス

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