JPS63185834A - 光学素子成形用型部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光学素子成形装置に用いられる型部材に関し、
特に容易に高精度を実現でき且つ耐久性良好な光学素子
成形用型部材に関する。この様なに利用される。

［従来の技術及びその問題点］ 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及び／または反射する
面を研摩して光学面とすることにより製造されている。

しかして、以上の様な光学素子の製造においては、研削
及び研摩により所望の表面精度（即ち表面形状及び表面
粗さ等の精度）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１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摩の技術が要求され
且つ加工時間も長くならざるを得なかった。

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金型内に光
学素子材料を収容して加熱及び加圧することによりプレ
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。これによれば、ａ
俺面が非球面である場合でさえも比較的簡単且つ短時間
で光学素子を製造することができる。そして１以上の様
なプレス成形法は光学素子の連続製造に適する。

この様な連続的なプレス成形では、特に型部材の表面精
度の経時変化の少ないことが要求される。従って、従来
、型部材としてはたとえば炭化タングステン（ＷＣ）を
主成分とする超硬合金、アルミナ（Ａ１２０３）、窒化
けい素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化けい素（Ｓ　ｉ　Ｃ）やこ
れらを母材として該母材の表面に窒化物や炭化物や貴金
属をコーティングした高硬度のものが検討されている。

ところが、以上の様な材料からなる型部材は、硬度は十
分であり連続的プレス成形に際しても経時変化が少ない
が、高硬度の故に製造時に加工性が極めて悪く、このた
め型製造に極めて長い時間がかかるという難点がある。

また、母材上にコーティングを行なって型部材を製造し
た場合は、せっかく母材の表面に形成した良好な表面精
度を低下させるという不利がある。

一方、加工性の良好な高融点材料としてモリブデン（Ｍ
ｏ）、タングステン（Ｗ）及びタンタル（Ｔ　ａ）があ
り、これらを型部材として用いることにより良好な加工
性にて十分な表面精度を有する型部材を得ることができ
る（たとえば、特開昭５９−１２１１２４号公報参照）
。

しかしながら、これら材料はガラスよりも硬度が低いの
で、成形前または成形済のガラスにより傷付けられやす
く、プレス成形を長期間継続するうちに表面精度が低下
するという問題点がある。

そこで１本発明は、上記従来技術に鑑み、容易にに高精
度で製造でき且つプレス成形に際し精度劣化の少ない長
寿命の光学素子成形用型部材を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば１以上の如き目的を達成するものとして
、 実質的にモリブデン、タングステンまたはタンタルから
なる母材の少なくとも成形面表層にほう化処理により形
成されたほう化物層を有することを特徴とする、光学素
子成形用型部材、が提供される。

［実施例］ 以下１図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

本発明においては、型部材の母材としてＭｏ。

ＷまたはＴａが用いられる。これら材料はそれぞれ融点
が２６２０℃、３４１０℃、２８５０℃であり、通常の
光学ガラスの一一−Ｔｈプレス成形時の温度４００〜８
００℃と比べ十分に高いので、耐熱性は十分である。尚
、これら母材中には実質上無視し得る割合の不純物が含
まれていてもよい。

母材としてはたとえば焼結体が用いられるが、光学面形
成のための型表面には高い表面精度が要求されるので、
十分に小さな表面粗さを得べく焼結体母材は高圧印加に
よりボアがない状態とした上で、切削等により所定の形
状精度に形成する。

上記母材は硬度が低い（ＭｏはＨｖ２００程度、Ｗは）
ｉｖ４００程度、ＴａはＨｖｌＯＯ程度）ので、切削等
の加工は容易である。

母材の表面にほう化処理によりほう化物層を形成する方
法としては、気体はう化法、固体はう化υ：あるいは溶
融塩浸漬法等が採用される（たとえば、特公昭５１−２
５２２３号公報、ｒ「金属表面技術ＪＶｏ１．３７．Ｎ
ｏ１０，１９８６ｊ参照）。

はう化物層の厚さは処理条件により適宜設定されるが、
使用時の所望の特性に鑑みて十分な耐久性が得られる様
な厚さとすればよい。

以上の様にして形成されるほう化物層は十分に高い硬度
（たとえばＨｖ２３００程度）を有するので、本発明に
よる型部材はプレス成形を繰返しても経時的表面精度劣
化が少ない、更に、表面に形成されているほう化物層は
ガラスとは反応しにくいので、プレス成形時にガラスが
型部材に融着離型剤等を用いることができず、型部材と
ガラスとの良好な離型性は大きな利点である。

以下、本発明による型部材の製造及びそれを用いたガラ
ス成形の実施例を示す。

製　　び　形のり施例１： モリブデン焼結体に高圧をかけることにより製造された
表面にボアのない緻密なモリブデン棒材を切削加工によ
り第１図に示される型母材３，４の形状に加工した。

次に、光学素子の機能面（光学面）に対応する成形面３
ａ　、４ａを所望の表面精度に加工した。

即ち、該成形面はいづれも凸面であり、先ずダイヤモン
ド砥石による研削で所望の曲率半径（成形ｒｒ＋ｉ　３
　ａは２０．３７ｍｍ、成形面４ａは５４．５１ｎｍ）
に加工し、次いで粒径１ｐｍのダイヤモンドパウダーを
用いた研摩を行ない、ニュートンリング１本の表面形状
精度及びＲｍａｘｏ、０２ｐｍの表面粗さ精度に仕上げ
た。これによりを母材３，４が得られた。

次に、第２図に示される様に、ステンレス（ＳＵＳ３１
６）製の処理槽５４中に、はう酸２０重量％、はう酸カ
リウム４０重量％、ぶつ化ナトリウム１５重量％、炭酸
カリウム１５重量％、マグネシウム粉末ｉｏｚ、１％か
らなる塩浴剤５３を収容し、該塩浴剤中に上記型母材３
（及び４）を浸漬した。そして、ヒーター５５により全
体を９００℃に加熱し、この温度で５時間維持した。

以上の様な処理後のを母材の表面には塩浴剤が付着して
いるため、粒径１ｇｍのダイヤモンドパウダーを用いて
約３分間表面を軽く研摩した。

かくして得られた型部材の表層部分の断面図を第３図に
示す、母材５６の表層部に、該母材と塩浴剤中のほう素
との結合により生じたほう化モリブデン（ＭｏＢ）のＮ
５７が形成されていた。該層の厚さは約８ｇｍであった
。該層の硬度はＨｖ２３００であり、ガラスの硬度Ｈｖ
６００程度よりも十分に硬かった。更に、該層の表面形
状精度はニュートンリング１本であり、はう化処理前の
精度を維持していた。これは、はう化処理により形成さ
れたほう化物層５７が、コーティングの様に母材表面へ
の付加により形成されるのではなしに、母材表層部への
ほう素の浸入に基づき母材表層内部に形成されるからで
ある。

次に、以上の様にして製造された型部材を用いて、光学
ガラスのプレス成形を行なった。

第４図はプレス成形に用いた装Ｎを示す断面図である。

第４図において、ｌは密閉容器であり、２はその蓋であ
り、３，４は光学素子（両凹レンズ）を成形するための
上記型部材であり、３は上型部材であり、４は下型部材
である。５は上型押えであり、６は調型部材であり、７
は型ホルダーであり、８はヒーターであり、９は下型突
き上げ棒であり、１０は線棒を駆動させるエアーシリン
ダーである。１１は油回転ポンプであり、１２．１３．
１４はバルブであり、１５は窒素ガス導入パイプであり
、１６はバルブであり、１７は排出パイプであり、１８
はバルブであり、１９は温度センサーであり、２０は水
冷パイプであり、２１は密閉容器１の台である。

フリント系光学ガラス（Ｓ　Ｆ　１４、軟化点５ｐ＝５
８６℃、ガラス転移点Ｔｇ＝４８５℃）を外径１号、８
ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状にしたものの両面を研摩して
成形のためのブランクを作成した。

密閉容器ｌのＭ２を開き、上型部材３及び上型押え５を
取外して下型部材４上に上記ブランクを載せて、上型部
側３及び上型押え５を取付けた。

更にＭ２を閉じてから、水冷パイプ２ｏに水を流し、ヒ
ーター８に通電した。この時、窒素ガス用バルブ１６、
バルブ１８及び排気系バルブ１２゜１３．１４を閉じて
おいた０次に、油回転ポンプ１１を作動させ、バルブ１
２を開き、容器ｌ内を排気した。容器ｌ内の真空度が１
Ｏ−２Ｔｏｒｒとなった後に、バルブ１２を閉じ、バル
ブ１６゜１８を開いて窒素ガスをボンベから密閉容器１
内へと導入した。温度が６５０℃になった後にエアーシ
リンダー１０を作動させて１０Ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプ
レス成形を行なった。この加圧状態を温度がガラス転移
点以下になるまで継続し、この間冷却速度を約り０℃／
分に制御し、その後２０℃／分以上の速度で冷却を行な
い、温度が２００℃以下に下った後に、バルブ１６．１
８を閉じ、リークバルブ１３を開いて密閉容器ｌ内に空
気を導入した０次に、蓋２を開き、上型部材３及び上型
押え５を取外して成形済光学素子（両凹レンズ）を取出
した。

第５図はかくして成形された光学素子の形状及び寸法を
示す図である。

この光学素子の光学面（両凹面）の表面粗さを測定した
ところ、第６図に示される様に、Ｒｍａｘｏ、０２ｐｍ
であった。また、該光学素子の表面形状精度はニュート
ンリング１本であった。

以下の様な成形を縁返し行ない、　７０００個の光学素
子を成形したが、上型部材３及び下型部材４とガラスと
の融着等のトラブルはなく、また該型部材表面が損傷を
受けることはなく、良好な表面精度の光学素子が成形で
きた。

製造及び成形の実施例２： はう化処理の条件を１０００℃、２時間としたこと以外
は上記実施例１と同様の工程を行なった。

はう化処理により形成されたほう化物層の厚さは２０ｇ
ｍであった。また、はう化物としては、Ｍ　ｏ　Ｂ　（
７）他にＭｏ２Ｂｇも観察された。

本実施例の成形により得られた光学素子は上記実施例１
の場合と同等の精度を有していた。

以上の実施例では母材としてＭｏを用いた場合が示され
ているが、母材としてＷまたはＴａを用いた場合にも、
上記実施例と類似の手法により、同様な特性を有する型
部材が得られる。

また、上記実施例では成形される光学ガラスとしてフリ
ント系のものが用いられているが、その他のクラウン系
等のガラスについても同様に良好な精度での成形が可能
である。

［発明の効果］ 以上の様な本発明によれば、母材として高融点且つ加工
性の良好なものを使用し且つその表層部に高硬度且つガ
ラスとの反応性の低いほう化物層を形成するので、製造
が容易で且つ耐久性の良好な長寿命の光学素子成形用型
部材が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は型母材を示す図である。 第２図はほう化処理工程を示す図である。 第３図は型部材の表層部分の図である。 第４図は光学素子のプレス成形装置の断面図である。 第５図は成形済光学素子の形状及び寸法を示す図である
。 第６図は成形済光学素子の表面粗さの図である。 ３．４：母材、　　３ａ、４ａ：成形面。 ５６：母材、　　　　５７：はう化物層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学素子成形用型部材において、実質的にモリブ
   デン、タングステンまたはタンタルからなる母材の少な
   くとも成形面表層にほう化処理により形成されたほう化
   物層を有することを特徴とする、光学素子成形用型部材
   。