WO2007102519A1 - 光学ガラス用成形型およびそれを用いた光学ガラスのプレス成形法 - Google Patents

光学ガラス用成形型およびそれを用いた光学ガラスのプレス成形法 Download PDF

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    • C03B2215/32Intermediate layers, e.g. graded zone of base/top material of metallic or silicon material

Definitions

  • the present invention relates to a mold for optical glass, and more particularly to a mold for optical glass used for high-precision press molding that does not require a polishing step after press molding.
  • Patent Document 1 or Patent Document 2 has proposed that a surface layer made of a noble metal alloy such as platinum is formed on a mold base material.
  • the mold described in 1 is easy to adhere to the optical glass, and the releasability is not sufficient, so the optical glass element such as a lens adheres firmly to the mold and the product cannot be taken out, and the product can be cracked when taken out. There is a point.
  • Patent Document 3 describes that a noble metal alloy has 0.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-36128
  • Patent Document 2 JP 2001-322827 A
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No. 40780
  • the present invention is an optical glass composition that is excellent in releasability and durability and suitable for precision press molding.
  • the purpose is to provide the shape.
  • the inventors of the present invention have intensively studied to examine the above-mentioned problems, and have found that the above object can be achieved by the following optical glass mold, optical glass mold manufacturing method, and optical glass press molding method.
  • the headline and the present invention were completed.
  • the outermost surface layer contains at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, S, Se and Te in an amount of 1 to 70 atom%.
  • a molding die for optical glass according to (3) comprising 30 to 99 atom% of a noble metal element.
  • the noble metal element is composed of one or more metal elements selected from the group consisting of Ir, Re, Os, Pd, Pt, Au, Rh, Ru, Ta, and W (2), (3 ) Or (4) A mold for optical glass.
  • the mold for optical glass of the present invention (hereinafter referred to as the present mold) has a mold base material and a protective film composed of one or more layers on the mold base material, and the protective film
  • This outermost surface layer contains one or more elements selected from the group force consisting of Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, S, Se and Te. Since this mold has low reactivity with optical glass, releasability with optical glass is remarkably improved. In addition, the inclusion of the above elements improves the characteristics such as scratch resistance and abrasion resistance as a mold, and can extend the durability time. Furthermore, by adopting cemented carbide or carbonized carbide as the mold base material, it becomes a molding die with excellent mechanical properties, accuracy of shape, etc., and suitable molding die for precision press molding method. Can provide.
  • FIG. 1 Schematic cross-sectional view of the lower mold of this mold
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the press forming apparatus used in the examples.
  • the present mold is a mold for molding an optical glass element such as a lens, which includes a mold base material and a protective film having one or two or more layer forces on the mold base material.
  • This type is an element group consisting of Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, S, Se, and Te forces of the protective film (hereinafter referred to as elements such as A1). It is characterized by containing one or more elements selected from (abbreviated as a group).
  • the outermost surface layer of the protective film refers to a layer including a surface in contact with the optical glass at the time of molding.
  • the outermost layer is the outermost layer.
  • the protective film on the mold base consists of two layers
  • the second layer from the mold base is the outermost layer.
  • the nth layer is the outermost surface layer counted from the mold base material.
  • the layer in contact with the mold base material that is, the first layer counted from the mold base material may be a layer for improving the adhesion between the mold base material and the protective layer.
  • a layer containing Ti is preferable.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a lower mold of a press mold.
  • (1) is the case where the protective film force S1 layer on the mold base material is formed
  • (2) is the case where the protective film on the mold base material has a two-layer force.
  • 1 is a mold base material
  • 2 is a protective film
  • 3 is the outermost surface layer of the protective film.
  • the protective film 2 is also the outermost surface layer 3 of the protective film.
  • the element group such as A1 has low reactivity with the optical glass, it is included in the outermost surface layer, so that the optical glass element does not adhere to the mold and is easily released.
  • the addition of Sn, Pb, As, Sb, Bi, and Te elements to the outermost surface layer is preferable because the release property of the product from the mold is good. Is preferred.
  • the element group such as A1 is contained in the outermost surface layer, the hardness of the outermost surface layer is increased, and the abrasion resistance and the wear resistance of the mold are remarkably improved.
  • the group of elements such as A1 Al, Ga, In, Tl, Ge and the like are preferable in terms of mechanical properties such as hardness.
  • the outermost surface layer contains a noble metal element in addition to one or more elements selected from the group of elements such as A1, since the mechanical characteristics are improved.
  • the outermost surface layer is substantially composed of a noble metal element and one or more elements selected from the group of elements such as A1, it is more preferable for the same reason.
  • the presence of the element makes the noble metal element particles in the outermost surface layer finer, It is considered that the mechanical properties are improved by making the structure of the outermost surface of the protective film finer.
  • substantially means that the total of precious metal elements and elements such as A1 is 99 atom% or more.
  • the element in the outermost surface layer is set to:! To 70 atom%, 30 ⁇ 99atom of precious metal element. / o is preferred. If the content of the element is less than latom%, there is a possibility that the effect of reducing the adhesion to the optical glass and the effect of increasing the hardness of the protective film cannot be obtained sufficiently.
  • the lower limit of the element content is preferably 5 atom%, more preferably 10 atom%.
  • the content of the element exceeds 70 atom%, the structure of the outermost surface layer of the protective film becomes coarse, and the mirror surface property of the press-molded surface cannot be ensured, and the film is easily peeled off.
  • the upper limit of the element content is more preferably 50 atom%, preferably 40 atom%.
  • the content of the noble metal element exceeds 99 atom%, there is a possibility that the effect of reducing the adhesion to the optical glass and the effect of increasing the hardness of the protective film cannot be obtained sufficiently.
  • the upper limit of the content of noble metal elements is preferably 95 atom%, more preferably 90 atom%.
  • the content of the noble metal element is less than 30 atom%, the structure of the outermost surface layer of the protective film becomes coarse, and the mirror surface property of the press-molded surface cannot be secured, and the film is easily peeled off.
  • the lower limit of the content of the noble metal element is more preferably 60 atom%, preferably 50 atom%.
  • the outermost surface layer is a layer containing one or more elements selected from the group of elements such as A1
  • the layer adjacent to the outermost surface layer is a layer made of a noble metal element
  • the outermost surface layer is substantially
  • the same effect can be obtained as when it consists of a noble metal element and one or more elements selected from the group of elements such as A1.
  • the noble metal element is not particularly limited as long as it is a metal element belonging to Group 5 to Group 11 of the Periodic Table.
  • the noble metal element at least one selected from a metal element group consisting of Ir, Re, ⁇ s, Pd, Pt, Au, Rh, Ru, Ta, and W (hereinafter abbreviated as a metal element group such as Ir). These metal elements are preferable because the desired characteristics are balanced. It should contain at least one of Ir, Re, Pt, Rh, and Ru among metal elements such as Ir. In this case, the scratch resistance of the molding die is preferable in terms of wear resistance and durability. Even more preferably, Ir may be included.
  • the method for forming the protective film is not particularly limited, but a sputtering method using a sputtering target, a vacuum deposition method, an ion implantation method, and the like can be mentioned as suitable methods.
  • a layer in which Te or Bi is deposited or a layer containing Te or Bi is formed on the element layer.
  • an element in the group of elements such as A1 is deposited as the outermost surface layer of the protective film.
  • a layer or a layer containing an element in the element group such as A1 may be formed on a layer of a noble metal element.
  • main component means that the content of the target component is 80% by mass or more.
  • composition is mass% (hereinafter simply referred to as% d
  • the method of creating the evaluated mold is described.
  • An optical glass lens mold for press molding was obtained.
  • the upper mold and the lower mold press surfaces are polished to a mirror surface using diamond abrasive grains having a particle size of 0.1 / im, and this mirror surface is then sputtered to a thickness of 50 nm as the first layer of the protective film.
  • an outermost surface layer having a film thickness of 250 nm and a composition shown in Table 1 (the number next to the element is atom%) was formed to obtain a mold for evaluation.
  • the film composition of the outermost surface layer was controlled by placing a desired number of chips of each metal on the Ir target so as to have a desired composition.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the press molding equipment used in the test.
  • 24 is a chamber
  • 25 is an upper shaft
  • 26 is a lower shaft
  • 27 and 28 are blocks containing a heater (heater block)
  • 29 is an upper die
  • 30 is a lower die
  • 31 is a workpiece.
  • Optical glass, 32 is a hydraulic cylinder.
  • the object to be molded 31 is shown as a lens shape after molding.
  • an abrasive ball preform (ball lens) having a diameter of 8 mm was used.
  • the lower shaft 26 was raised by the hydraulic cylinder 32, and the ball lens was pressed with a force of 3000 N for 1 minute between the upper mold 29 and the lower mold 30. Then, it is cooled at 100 ° C / min, and when the temperature of the upper and lower molds reaches the desired temperature (SK5: 515 ° C, LaSFO3: 600 ° C), the lower mold 30 is lowered, not shown The molded product 31 on the lower mold 30 was taken out with an automatic hand, and then the molded product 31 was taken out from the chamber 24 through a substitution device (not shown). With the above as one cycle, 1000 shots of press molding were performed.
  • Example 27 and Example 28 the uppermost layer 29 and lower mold 30 are not added with an element group such as A1 in the outermost surface layer. It is an example. Many of the molded products molded using these molds were observed to have cracks.
  • Example 29 is an example in which the loading amount of the element group such as A1 on the outermost surface layer is less than latom%.
  • the degree of occurrence of cracks was low and the degree to which it was mild was judged to be slightly good.
  • Example 30 and Example 31 are examples in which the addition amount of the element group such as A1 to the outermost surface layers of the upper die 29 and the lower die 30 is over 7 Oatom%.
  • the addition amount of the element group such as A1 to the outermost surface layers of the upper die 29 and the lower die 30 is over 7 Oatom%.
  • the noble metal alloy film shown in Table 2 as the second layer was sputtered to a thickness of 250 nm.
  • the third layer that is, the outermost surface layer, is a type in which an alloy (composite) film of Bi and / or Te and a noble metal element with a thickness of 50 nm is formed by sputtering.
  • a molding test was conducted in the same manner as in Experiment A. The results of the molding test are shown in Table 2 as Examples 32 to 44 together with the film composition.
  • a noble metal alloy film having a thickness of 250 nm was formed as the second layer by sputtering.
  • the outermost surface layer was formed by pre-forming optical glass containing Bi and Te elements as components. Specifically, optical glass containing Bi and Te elements in the amounts shown in Table 3 was used as an abrasive ball preform having a diameter of 8 mm, and this was preliminarily molded into 5 shots under the same press conditions as in Experiment A. After that, when the outermost surface part of the mold was analyzed by ESCA (X-ray photoelectron spectroscopy), it was confirmed that the total amount of Bi and Te elements was 5 to 80 atom%, although it varied depending on the measurement location. It was. Preliminarily mold a 5-shot mold. The results of molding experiments similar to those in Experiment A are shown in Table 3 as Examples 45 to 50. In all cases, good molding test results were obtained.
  • Experiment C instead of using an 8 mm diameter abrasive ball preform, a 18 mm diameter and 2 mm thick polished cylinder was used, and instead of pre-forming 5 shots under the same press conditions as in Experiment A, the top and bottom A molding test was conducted in the same manner as in Experiment C, except that only the temperature cycle of Experiment A was preliminarily performed 3 times without pressing between the molds. The molding test results were all good.
  • the outermost surface of the mold was analyzed by ESCA, the total amount of Bi and Te elements in the flat part of the mold was 5 to 80 atom%, and in the part with the curvature of the mold, Bi and Te The total amount of elements was 0-5 atom%. It is probable that the Bi and Te elements had less force in the curved part, and that the glass was not in contact during the thermal cycle and only a small amount of volatile matter was deposited.
  • a mold for optical glass suitable for a precision press molding method excellent in durability and releasability from optical glass can be provided. Also, press molding optical glass using this mold. Thus, since various optical elements can be manufactured without being polished after molding, an optical element manufacturing method which is excellent in mass productivity and advantageous in terms of cost can be provided.

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Abstract

 本発明は、型母材と、該型母材上に、1または2以上の層を有する保護膜とを有する光学ガラスを成形するための金型であって、前記保護膜の最表面層が、Al、Ga、In、Tl、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi、S、SeおよびTeからなる群から選ばれる1種以上の元素を含む光学ガラス用成形型、この成形型の製造方法、及び、この成形型を用いたプレス成形法を提供する。

Description

明 細 書
光学ガラス用成形型およびそれを用いた光学ガラスのプレス成形法 技術分野
[0001] 本発明は、光学ガラスの成形型、特に、プレス成形後、磨き工程等を必要としない 高精度のプレス成形に使用される光学ガラス用成形型に関する。
背景技術
[0002] 近年、ガラスレンズなどの光学ガラス素子をプレス成形し、成形面を研磨等せずに そのまま使用する精密プレス成形法が注目されている。精密プレス成形法に使用さ れる金型は、形状精度、表面の平滑性において高レベルものが要求されるほか、約 400〜800°Cの高温において光学ガラスと反応、密着せずに離型性に優れているこ と、耐擦傷性、耐熱性、耐熱衝撃性があること、などの量産時の耐久性に優れている ことも要求される。
[0003] このような光学ガラス用金型として特許文献 1または特許文献 2には、型母材上に 白金などの貴金属合金からなる表面層を形成したものが提案されているが、これら文 献に記載の金型は光学ガラスと密着しやすく離型性が充分でないため、レンズなど の光学ガラス素子が金型に強固に付着して製品を取り出せない、製品取出し時にク ラックができる等の問題点がある。
[0004] また、特許文献 3には、耐擦傷性ゃ耐摩耗性の良好な型として貴金属合金中に 0.
01〜: 10質量%の Zr、 Tほたは Hf元素を添カ卩した薄膜をコーティングした型が提案 されている。しかし、この文献にて提案された型でも、 Tiなどは光学ガラスとの反応性 が高ぐ離型性の点では依然として問題がある。
[0005] 特許文献 1 :特開平 10— 36128号公報
特許文献 2:特開 2001— 322827号公報
特許文献 3:特公平 1 40780号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 本発明は、離型性と耐久性に優れた、精密プレス成形法に好適な光学ガラス用成 形型の提供を目的とする。
課題を解決するための手段
本発明者らは、前記課題を検討すべく鋭意検討したところ、以下に示す光学ガラス 用成形型、光学ガラス用成形型の製造方法、及び、光学ガラスのプレス成形法により 上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
(1) 型母材と、該型母材上に、 1または 2以上の層を有する保護膜とを有する光学 ガラスを成形するための金型であって、前記保護膜の最表面層が、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Ge、 Sn、 Pb、 As、 Sb、 Bi、 S、 Seおよび Teからなる群力 選ばれる 1種以上の元素 を含む光学ガラス用成形型。
(2) 前記保護膜が 2以上の層から構成され、最表面層に隣接する層が貴金属系 元素を含む(1)に記載の光学ガラス用成形型。
(3) 前記最表面層が、貴金属系元素を含む請求項 1記載の光学ガラス用成形型
(4) 前記最表面層が、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Ge、 Sn、 Pb、 As、 Sb、 Bi、 S、 Seおよび Teからなる群から選ばれる 1種以上の元素を l〜70atom%と、貴金属系元素を 30 〜99atom%とを含む(3)に記載の光学ガラス用成形型。
(5) 前記貴金属系元素が Ir、 Re、 Os、 Pd、 Pt、 Au、 Rh、 Ru、 Taおよび Wからな る群から選ばれる 1種以上の金属元素で構成される(2)、(3)または (4)記載の光学 ガラス用成形型。
(6) 前記型母材が超硬合金質または炭化ケィ素質である(1)〜(5)のいずれかに 記載の光学ガラス用成形型。
(7) 型母材と、該型母材上に、 1または 2以上の層を有する保護膜とを有する光学 ガラスを成形するための金型の製造法であって、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Ge、 Sn、 Pb、 As
、 Sb、 Bi、 S、 Seおよび Teからなる群力 選ばれる 1種以上の元素を含むガラスを予 備的に成形することで、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Ge、 Sn、 Pb、 As、 Sb、 Bi、 S、 Seおよび Te 力 なる群から選ばれる 1種以上の元素を含む層を前記保護膜の最表面層として形 成する光学ガラス用成形型の製造法。
(8) 上型と下型とを有するプレス成形型を用いて光学ガラスをプレス成形する方 法であって、前記上型または前記下型の少なくともいずれか片方が(1)〜(6)のいず れかひとつに記載の光学ガラス用成形型である光学ガラスのプレス成形法。
発明の効果
[0008] 本発明の光学ガラス用成形型(以下、本型という)は、型母材と、該型母材上に、 1 または 2以上の層からなる保護膜とを有し、前記保護膜の最表面層が、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Ge、 Sn、 Pb、 As、 Sb、 Bi、 S、 Seおよび Teからなる群力、ら選ばれる 1種以上の 元素を含む。本型は、光学ガラスとの反応性が低いため、光学ガラスとの離型性が著 しく改善される。また、前記元素を含むことにより、成形型としての耐擦傷性、耐磨耗 性等の特性が向上し、耐久時間が長期化できる。さらに、型母材として超硬合金質ま たは炭化ケィ素質を採用することにより、さらに機械的特性、形状等の精度にも優れ た成形用型となり、精密プレス成形法の好適な成形用型を提供できる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本型の下型の断面概略図
[図 2]実施例で用いたプレス成形装置の断面概略図
符号の説明
[0010] 1 :型母材
2 :保護膜
3 :最表面層
10 :下型
24 :チャンバ一
25 :プレス上軸
26 :プレス下軸
27、 28 :ヒーターブロック
29 :上型
30 :下型
31:被成形物である光学ガラス
32 :油圧シリンダー。 発明を実施するための最良の形態
[0011] 本型は、型母材と、該型母材上に、 1または 2以上の層力もなる保護膜とを有する、 レンズなどの光学ガラス素子を成形するための型である。本型は、前記保護膜の最 表面層力 Al、 Ga、 In、 Tl、 Ge、 Sn、 Pb、 As、 Sb、 Bi、 S、 Seおよび Te力、らなる元 素群(以下、 A1等元素群と略す)から選ばれる 1種以上の元素を含むことを特徴とす る。
[0012] ここで、保護膜の最表面層とは、成形時に光学ガラスと接する面を含む層をいい、 型母材上の保護膜が 1層からなる場合は、該 1層が最表面層となり、型母材上の保 護膜が 2層からなる場合は、型母材から数えて 2層目が最表面層となる。同様にして 、保護膜力 層からなる場合は、型母材から数えて n層目が最表面層となる。保護膜 力 ¾層以上からなる場合には、型母材と接する層、すなわち、型母材から数えて 1層 目を型母材と保護層との密着性を上げるための層としてもよい。このような層としては 、 Tiを含む層が好ましいものとして挙げられる。
[0013] 本型の一例を図 1に示す。図 1は、プレス成形型の下型の縦断面図である。図 1中 、(1)は型母材上の保護膜力 S1層からなる場合であり、(2)は型母材上の保護膜が 2 層力 なる場合である。図中、 1は型母材を、 2は保護膜を、 3は保護膜の最表面層を 、それぞれ示す。図 1の(1)の場合、保護膜 2は、保護膜の最表面層 3でもある。
[0014] A1等元素群は、光学ガラスとの反応性が低いため、最表面層に含まれていることで 、型に光学ガラス素子が付着せずに離型しやすくなる。前記 A1等元素群の中でも Sn 、 Pb、 As、 Sb、 Bi、 Te元素を最表面層に添加すると、金型からの製品の離型性が良 いので好ましぐ特には、 Bi、 Te元素が好ましい。
[0015] また、 A1等元素群が最表面層に含まれていることで、最表面層の硬度が高くなり、 成形用型の耐擦傷性ゃ耐磨耗性が著しく向上する。 A1等元素群の中でも Al、 Ga、 I n、 Tl、 Geなどは、硬度などの機械的特性の点で好ましい。最表面層が、 A1等元素 群から選ばれる 1種以上の元素以外に貴金属系元素を含むものであると、機械的特 性が向上して好ましい。最表面層が実質的に、貴金属系元素と A1等元素群から選ば れる 1種以上の元素とからなる場合には、同様の理由でさらに好ましい。この場合に は、当該元素の存在により最表面層の貴金属系元素の粒子が微細化し、その結果、 保護膜の最表面の組織が微細化することにより機械的特性が向上するものと思われ る。尚、ここで、 "実質的に"とは、貴金属系元素と A1等元素との合計が 99atom%以 上であることを意味する。
[0016] 前記最表面層が、実質的に、貴金属系元素と前記 A1元素群から選ばれる 1種以上 の元素とからなる場合は、最表面層中、前記元素を:!〜 70atom%とし、貴金属系元 素を 30〜99atom。/oとするのが好ましレ、。前記元素の含有量が、 latom%未満であ ると、光学ガラスとの密着力を下げる効果や保護膜の硬度を上げる効果が充分に得 られないおそれがある。前記元素の含有量の下限としては、 5atom%が好ましぐよ り好ましくは 10atom%である。
[0017] 一方、前記元素の含有量が、 70atom%を超えると、保護膜の最表面層の組織が 粗大化して、プレス成形面の鏡面性が確保できないほか、膜が剥離し易くなる。前記 元素の含有量の上限としては、 50atom%が好ましぐ 40atom%とするとさらに好ま しい。
[0018] 同様に、貴金属系元素の含有量が 99atom%を超えると、光学ガラスとの密着力を 下げる効果や保護膜の硬度を上げる効果が充分に得られないおそれがある。貴金 属系元素の含有量の上限としては、 95atom%が好ましぐより好ましくは 90atom% である。一方、前記貴金属系元素の含有量が 30atom%未満であると、保護膜の最 表面層の組織が粗大化して、プレス成形面の鏡面性が確保できないほか、膜が剥離 し易くなる。前記貴金属系元素の含有量の下限としては、 50atom%が好ましぐ 60 atom%とするとさらに好ましい。なお、最表面層を A1等元素群から選ばれる 1種以上 の元素を含む層とし、その最表面層に隣接する層を貴金属系元素からなる層とした 場合でも、前記の最表面層が実質的に貴金属系元素と A1等元素群から選ばれる 1 種以上の元素とからなる場合と同様の効果が得られる。
[0019] 本型において、前記貴金属系元素としては、周期律表の第 5族〜第 11族に属する 金属元素であれば、特に、制限されなレ、。前記貴金属系元素として、 Ir、 Re、〇s、 P d、 Pt、 Au、 Rh、 Ru、 Taおよび Wからなる金属元素群(以下、 Ir等金属元素群と略 す)から選ばれる 1種以上の金属元素であれば、所望の特性がバランスして好ましい 。 Ir等金属元素群の中でも Ir、 Re、 Pt、 Rh、 Ruのいずれか 1種以上を含むようにす ると、成形用型の耐擦傷性ゃ耐摩耗性、耐久性の点で好ましい。さらにより好ましく は、 Irを含むようにするとよい。
[0020] 本型において、前記保護膜の形成法としては、特に、制限されないが、スパッタタ 一ゲットを使用するスパッタリング法、真空蒸着法、イオン注入法などが好適な方法と して挙げられる。
[0021] また、型母材に貴金属系元素の保護膜を付けた型で、 A1等元素群の中の元素、例 えば、 Te、 Biなどを含むガラスをプレス成形することで、当該貴金属系元素の層の上 に、該 Te、 Biが析出した層または該 Te、 Biを含む層を形成して、結果として、保護膜 の最表面層として、 A1等元素群の中の元素が析出した層または A1等元素群の中の 元素を含む層を貴金属系元素の層等の上に形成してもよレ、。
[0022] 本型にぉレ、て、型母材としては、 WCを主成分とする超硬合金質材または SiCを主 成分とする炭化ケィ素質材を選択すると、機械的特性、耐熱性、鏡面性、製作性など の点で好ましい。尚、ここで、 "主成分とする"とは、対象とする成分の含有量が 80質 量%以上であることを意味する。
実施例
[0023] 以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれ らの実施例に限定されるものではない。
[0024] 以下に本発明の実施例を説明する。
[0025] テストに使用した光学ガラスは、ホウケィ酸ガラス SK5 (屈折率 n = 1. 589、アッベ d
数 V =61. 2、転移点 Tg = 527°C、屈伏点 = 567°C、組成は質量% (以下、単に% d
と略す)で、 Si〇 :44%、 B〇 :11 %、A1〇 :4%、 Li〇:7%、 Sr〇:16%、 Ca〇:
2 2 3 2 3 2
7%、 Ba〇:l %、 Zn〇:4%、 Zr〇 :4%)、および、ランタン系ガラス LaSF03 (屈折
2
率 n = 1. 806、アッベ数 v =40. 9、転移点 Tg = 610。C、屈伏点 = 637。C、組成 d a
は、 Si〇 :6%、B〇 : 21 %, WO : 4%、 Ba〇:3%、 Al〇 : 1%、 Zn〇: 12%、 Zr〇
2 2 3 3 2 3
: 4%、La〇 :39%、Nb O : 10%)の 2種類である。
2 2 3 2 5
[0026] [実験 A]
評価した金型の作成法を述べる。直径 18mm X高さ 50mmの超硬合金製円柱を 加工して曲率半径が 16mmの凹形状のプレス面を有する上下の型からなる一対の 光学ガラスレンズのプレス成形用型とした。前記上型、前記下型のプレス面を粒径 0 . 1 /i mのダイヤモンド砥粒を用いて鏡面に研磨後、この鏡面に、スパッタリング法に より、保護膜の第 1層として 50nmの厚さの Ti層を形成後、膜厚が 250nmで表 1に示 す組成(元素の横の数字は atom%)の最表面層を形成して、評価用の型とした。尚 、最表面層の膜組成は、 Irターゲットの上に所望の組成になるように各金属のチップ を所望の枚数置くことで制御した。
[0027] 次に、これらの型を使用してガラス光学素子(レンズ)の成形を行って、離型性、コ 一ティング膜の剥離等を評価した。テストに用いたプレス成形装置の断面概略図を 図 2に示す。図中、 24はチャンバ一、 25は上軸、 26は下軸、 27、 28はヒーターを内 蔵したブロック(ヒーターブロック)、 29は上型、 30は下型、 31は被成形物である光学 ガラス、 32は油圧シリンダーである。図 2では被成形物 31は、成形後のレンズ形状と して示してあるが、成形前の材料としては、直径 8mmの研磨ボールプリフォーム(ボ ールレンズ)を使用した。
[0028] プレス成形の手順は以下のとおりである。チャンバ一 24を不図示の真空ポンプによ つて真空引きした後、 Nガスを導入し、チャンバ
2 一 24内を N雰囲気にした後、ヒータ
2
一ブロック 27、 28により上型 29、下型 30を加熱し、成形するガラスの粘度で 10_9dP a ' sに対応する温度(SK5 : 596°C、 LaSF03: 660°C)になったら、油圧シリンダー 3 2により、下軸 26を引き下げ、下型 30の上に不図示のオートハンドにより被成形物( ボールレンズ)をセットした。
[0029] そのままの型温度で 3分間保持後、油圧シリンダー 32により下軸 26を上昇させ、上 型 29と下型 30とでボールレンズを 3000Nの力で 1分間プレスした。その後、 100°C /分で冷却し、上型、下型の温度が所望の温度(SK5 : 515°C、 LaSFO3 : 600°C) になった時点で下型 30を下降させ、不図示のオートハンドで下型 30上の成形品 31 を取り出し、続いて不図示の置換装置を通して成形品 31をチャンバ一 24より取り出 した。以上を 1サイクルとして、 1000ショットのプレス成形を行った。
[0030] 例 1〜例 26の型を用いて成形した成形品では、成形品 31にはクラック等の成形不 良は観察されず、また、金型にも変化は観察されなかった。
例 27と例 28は、上型 29と下型 30の最表面層に A1等元素群が添加されていない 例である。これらの型を用いて成形した成形品には、クラックのあるものが多数観察さ れた。
例 29は、最表面層への A1等元素群の添力卩量を latom%未満とした例である。この 型を用いて成形した場合には離型性の低下が観察され、また得られた成形品にはク ラックの発生が散発した。しかし、例 27及び例 28と比較すると、クラックの発生率が低 ぐその程度も軽度のため、やや良好と判定した。
[0031] また、例 30と例 31は、上型 29と下型 30の最表面層への A1等元素群の添加量を 7 Oatom%超とした例である。これらの型を用いて成形した場合には、離型性の低下 は観察されな力、つたものの、型表面の鏡面性がやや低下した。しかし、鏡面性の低 下はあるものの、得られた成形体は光学素子として使用できないレベルではないの で、やや良好と判定した。
[0032] なお、上記の離型性、鏡面性、クラック発生率について、硝材による差は認められ なかった。
[0033] [実験 B]
実験 Aと同様にして、型母材に保護膜の第 1層として 50nmの厚さの Ti層を形成後 、第 2層として第 2表に示す貴金属系合金膜をスパッタリング法で 250nmの厚さで形 成し、第 3層、すなわち、最表面層として、 50nmの厚さで Biおよび/または Teと貴 金属系元素との合金 (複合)膜をスパッタリングで成膜した型を使用するほかは、実 験 Aと同様にして成形試験を実施した。成形試験結果を膜組成と共に表 2に例 32〜 例 44として示す。
[0034] [実験 C]
実験 Bと同様にして、第 2層として貴金属系合金膜をスパッタリング法で 250nmの 厚さで形成した。最表面層は、成分として Bi、 Te元素を含む光学ガラスを予備的に 成形することによって形成した。具体的には、 Bi、 Te元素を表 3に示す量だけ含む光 学ガラスを直径 8mmの研磨ボールプリフォームとし、これを実験 Aと同様のプレス条 件で、予備的に 5ショット成形した。この後、型の最表面部分を ESCA (X線光電子分 光法)により分析したところ、 Bi、 Te元素が、測定場所によりばらつきがあるものの、合 量で 5〜80atom%であることが確認された。予備的に 5ショット成形した型をそのま ま使用して、実験 Aと同様の成形実験を行った結果を表 3に例 45〜例 50として示す 。いずれも良好な成形試験結果が得られた。
[0035] [実験 D]
実験 Cにおいて、直径 8mmの研磨ボールプリフォームの代わりに直径 18mm、厚 さ 2mmの 2面研磨した円柱を使用し、実験 Aと同様のプレス条件で予備的に 5ショッ ト成形する代わりに、上下型の間に挟んで実質的に加圧しないで実験 Aの温度サイ クルのみ予備的に 3回行った以外は、実験 Cと同様に成形試験を行った。成形試験 結果は、いずれも良好であった。なお、実験 Cと同様に、型の最表面を ESCAにより 分析したところ、型の平面部分では、 Bi、 Te元素が合量で 5〜80atom%、型の曲率 のついた部分では、 Bi、 Te元素が合量で 0〜5atom%であった。曲率の付いた部分 で Bi、 Te元素が少な力、つたのは、熱サイクル時にガラスが接触しておらず、わずかな 揮発分のみが堆積したことによるものと思われる。
なお、この結果から、少なくとも型の平面部を本型の膜とすれば良好な結果が得ら れることが分力る。これは、外周部に平面部を有するレンズを成形する場合、レンズ の平面部は型で拘束されるためクラックが発生しやすぐこのクラックの発生を本発明 の膜が抑制するためである。
[0036] [表 1]
N o . 最表面層の膜構成 成形試験結果 例 1 I r 6 6 -R e 33— T e 1 良好 例 2 I r 60 -R e 1 0— T e 30 良好 例 3 I r 20— R e l 0— T e 70 良好 例 4 I r 6 6— R e 33_B i 1 良好 例 5 I r 60-R e l 0-B i 30 良好 例 6 I r 20— R e l O_B i 70 良好 例 7 I r 9 5— T e 5 良好 例 8 I r 50 -T e 50 良好 例 9 I r 90 -B i 1 0 良好 例 1 0 I r 60 -B i 1 0— T e 30 良好 例 1 1 I r 50 -R u 1 0— T e 40 良好 例 1 2 I r 60-P t 30-T e l 0 良好 例 1 3 I r 30— R h 1 0— T e 6 0 良好 例 1 4 I r 6 6— R e 33— S n l 良好 例 1 5 I r 60— R e l O— P b 30 良好 例 1 6 I r 20 -R e 1 0一 A s 70 良好 例 1 7 I r 6 6 -R e 3 3— S b 1 良好 例 1 8 I r 60-R e l 0-S 30 良好 例 1 9 I r 20-R e l 0-S e 70 良好 例 20 I r 95 -A 1 5 良好 例 2 1 I r 95 -G a 5 良好 例 22 I r 90 - I n 1 0 良好 例 23 I r 95 -T 1 5 良好 例 24 I r 50 -Ru 30— Ge 20 良好 例 2 5 I r 60 - P t 30 -A s 1 0 良好 例 2 6 I r 30-Rh l 0-S b 60 良好 例 2 7 I r 6 6 -R e 34 クラック品あり 例 28 I r 8 5 -R e 1 5 クラック品あり 例 29 I r 6 6 -R e 33. 5— T e O. 5 やや良好 例 30 I r 20 -R e 5-T e 75 やや良好 例 3 1 I r l O— R e 5— T e 8 5 やや良好 ] N o . 2層目の膜組成 最表面層 (3眉目) の膜組成 成形試験結果 例 32 I r 66-R e 34 I r 66— R e 33 -T e 1 良好 例 33 I r 85-R e l 5 I r 60-R e l O-T e 30 良好 例 34 I r 66-R e 34 I r 20— R e l O— Te 70 良好 例 35 I r 85— R e l 5 I r 66 -R e 33— B i 1 良好 例 36 I r 66— Re 34 I r 60 -R e 10— B i 30 良好 例 37 I r 85-Re l 5 I r 20— R e l O— B i 70 良好 例 38 I r 66 -R e 34 I r 95 -T e 5 良好 例 39 I r 85-R e l 5 I r 50— T e 50 良好 例 40 I r 66-R e 34 I r 90 -B i 10 良好 例 41 I r 85— R e l 5 I r 6 O-B i 10— T e 30 良好 例 42 I r 66-Re 34 I r 5 O-Ru 10— T e 40 良好 例 43 I r 66-Re 34 I r 60— P t 30— T e l O 良好 例 44 I r 85-Re l 5 I r 30— Rh l O— T e 60 良好
[0038] [表 3]
Figure imgf000013_0001
[0039] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲 を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明ら かである。
[0040] 本出願は、 2006年 3月 7日出願の日本特許出願(特願 2006— 061193)に基づく ものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
産業上の利用可能性
[0041] 本発明により、耐久性や光学ガラスとの離型性に優れた精密プレス成形法に好適 な光学ガラス用成形型を提供できる。また、本型を使用して光学ガラスをプレス成形 することにより、各種光学素子を成形後に研磨等することなく製造できるため、量産性 に優れ、かつ、原価面でも有利な光学素子製造法を提供できる。

Claims

請求の範囲
[1] 型母材と、該型母材上に、 1または 2以上の層を有する保護膜とを有する光学ガラ スを成形するための金型であって、
前記保護膜の最表面層が、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Ge、 Sn、 Pb、 As、 Sb、 Bi、 S、 Seお よび Teからなる群から選ばれる 1種以上の元素を含む光学ガラス用成形型。
[2] 前記保護膜が 2以上の層から構成され、最表面層に隣接する層が貴金属系元素を 含む請求項 1記載の光学ガラス用成形型。
[3] 前記最表面層が、貴金属系元素を含む請求項 1記載の光学ガラス用成形型。
[4] 前記最表面層が、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Ge、 Sn、 Pb、 As、 Sb、 Bi、 S、 Seおよび Te力 らなる群力 選ばれる 1種以上の元素を l〜70atom%と、貴金属系元素を 30〜99a tom%とを含む請求項 3記載の光学ガラス用成形型。
[5] 前記貴金属系元素が Ir、 Re、 Os、 Pd、 Pt、 Au、 Rh、 Ru、 Taおよび Wからなる群 から選ばれる 1種以上の金属元素で構成される請求項 2、 3または 4記載の光学ガラ ス用成形型。
[6] 前記型母材が超硬合金質または炭化ケィ素質である請求項 1〜5のいずれかに記 載の光学ガラス用成形型。
[7] 型母材と、該型母材上に、 1または 2以上の層を有する保護膜とを有する光学ガラ スを成形するための金型の製造法であって、
Al、 Ga、 In、 Tl、 Ge、 Sn、 Pb、 As、 Sb、 Bi、 S、 Seおよび Te力らなる群力ら選ばれ る 1種以上の元素を含むガラスを予備的に成形することで、 Al、 Ga、 In、 Tl、 Ge、 Sn 、 Pb、 As、 Sb、 Bi、 S、 Seおよび Teからなる群力、ら選ばれる 1種以上の元素を含む 層を前記保護膜の最表面層として形成する光学ガラス用成形型の製造法。
[8] 上型と下型とを有するプレス成形型を用いて光学ガラスをプレス成形する方法であ つて、
前記上型または前記下型の少なくともいずれか片方が請求項:!〜 6のいずれか一 項に記載の光学ガラス用成形型である光学ガラスのプレス成形法。
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