JP2612621B2 - Mold for optical element molding - Google Patents
Mold for optical element moldingInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はガラスよりなる光学素子のプレス成形に用い
る光学素子成形用型に関し、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に関する。この
様な光学素子成形用型は例えば直接光学面を形成する高
精度成形のための型として好適に利用される。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element molding die used for press molding of an optical element made of glass, and in particular, an optical element which can easily realize high precision and has good durability. It relates to a molding die. Such an optical element molding die is suitably used, for example, as a high precision molding die for directly forming an optical surface.
[従来の技術] 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
面を研磨して光学面とすることにより製造されている。[Prior Art] Generally, optical elements such as lenses, prisms, mirrors, and filters are formed by grinding a material such as glass into a desired outer shape, and then polishing a functional surface, that is, a surface through which light is transmitted and / or reflected. To produce an optical surface.
以上の様な光学素子の製造においては、研削及び研磨
により所望の表面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、
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磨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。In the manufacture of the optical element as described above, it is necessary for a skilled worker to perform processing for a considerable time in order to obtain a desired surface accuracy by grinding and polishing. Also,
In the case of manufacturing an optical element having an aspherical functional surface, more advanced grinding and polishing techniques are required and the processing time has to be prolonged.
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しながら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、
機能面が非球面である場合でさえも比較的簡単かつ短時
間で光学素子の連続製造に適する。Therefore, recently, instead of the traditional optical element manufacturing method as described above, the optical element material is housed in a molding die having a predetermined surface accuracy, and the material is heated and pressed while being heated, thereby immediately performing press molding. A method for forming an overall shape including a functional surface is being used. According to this,
Even when the functional surface is aspherical, it is suitable for the continuous production of optical elements in a relatively simple and short time.
以上の様なプレス成形において使用される型に要求さ
れる性質としては、十分な硬度、良好な耐熱性、耐酸化
性、良好な鏡面加工性及び成形時において光学素子材料
と融着を起さず、反応析出物を生じにくいこと等があげ
られる。The properties required of the mold used in press molding as described above include sufficient hardness, good heat resistance, oxidation resistance, good mirror workability, and fusion with the optical element material during molding. And it is difficult to form a reaction precipitate.
そこで、従来、この様なプレス成形用型としては金
属、セラミックス、及びこれらに適宜の材料をコーティ
ングした材料等数多くの種類が提案されている。Therefore, conventionally, many types of press forming dies have been proposed, such as metals, ceramics, and materials obtained by coating these materials with appropriate materials.
たとえば、特開昭49−51112号公報には13Crマルテン
サイト鋼を用いた型が開示されており、特開昭52−4561
3号公報には炭化ケイ素(SiC)を用いた型及び窒化ケイ
素(Si3N4)を用いた型が開示されており、特開昭60−2
46230号公報には超硬合金に貴金属をコーティングした
型が開示されている。For example, JP-A-49-51112 discloses a mold using 13Cr martensitic steel.
No. 3 discloses a mold using silicon carbide (SiC) and a mold using silicon nitride (Si 3 N 4 ).
No. 46230 discloses a mold in which a hard metal is coated with a noble metal.
[発明が解決しようとしている課題] しかしながら、上記13Crマルテンサイト鋼は酸化しや
すく更に高温のプレス成形時においてFeがガラス材料中
に拡散してガラスが着色する難点がある。また、上記Si
CやSi3N4は一般的には酸化されにくいのであるが、高温
ではある程度の酸化が生じ型表面にSiO2の膜が形成され
るためガラスとの融着を生じやすく更に硬度が高すぎる
ため加工性が極めて悪いという難点がある。[Problems to be Solved by the Invention] However, the above 13Cr martensitic steel is liable to be oxidized, and there is a problem that Fe diffuses into the glass material during press forming at a high temperature and the glass is colored. In addition, the above Si
C and Si 3 N 4 are generally hard to be oxidized, but at high temperatures, a certain degree of oxidation occurs and a SiO 2 film is formed on the mold surface, so that fusion with glass tends to occur and the hardness is too high Therefore, there is a disadvantage that workability is extremely poor.
更に、表面に貴金属をコーティングした材料は硬度が
低いために傷付きやすく且つ変形しやすいという難点が
ある。Further, a material having a surface coated with a noble metal has a disadvantage that it is easily damaged and easily deformed due to low hardness.
そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、容易に高精
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を提供することを目的とする。In view of the above, it is an object of the present invention to provide a long-life optical element molding die that can be easily manufactured with high precision and has less deterioration in precision during press molding.
[課題を解決するための手段] 本発明に従って、ガラスよりなる光学素子のプレス成
形に用いる光学素子成形用型において、型母材の少なく
とも成形面に、タンタル(Ta)、ホウ素(B)、ハフニ
ウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、
アルミニウム(Al)、ニオブ(Nb)、モリブデン(M
o)、クロム(Cr)からなる群より選ばれた少なくとも
2種の金属の複炭化膜が被覆されていることを特徴とす
る光学素子成形用型が提供される。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, in an optical element molding die used for press molding of an optical element made of glass, at least a molding surface of a mold base material has tantalum (Ta), boron (B), hafnium. (Hf), zirconium (Zr), vanadium (V),
Aluminum (Al), niobium (Nb), molybdenum (M
o), a mold for forming an optical element, characterized by being coated with a double carbonized film of at least two metals selected from the group consisting of chromium (Cr).
本発明において「複炭化膜」とは、複数の金属が結晶
質および/または非晶質の炭化物の状態で混在した膜で
あり、これには、例えばTaCとTiCからなる膜の他にTaTi
C,(TaTi)2C等所謂侵入型炭化物の構造が混在している
膜や、金属元素あるいは炭素が他の元素と結合しない状
態で混在している膜なども含まれる。以下、TaC−TiC等
はこれらの膜を総称する意味の複炭化膜の金属組成を主
に表わすものとする。In the present invention, a “multi-carbide film” is a film in which a plurality of metals are mixed in a crystalline and / or amorphous carbide state, and includes, for example, a film made of TaC and TiC,
A film in which a so-called interstitial carbide structure such as C and (TaTi) 2 C is mixed, and a film in which a metal element or carbon is mixed without being bonded to another element are also included. Hereinafter, TaC-TiC and the like mainly represent the metal composition of the double carbonized film meaning these films collectively.
複炭化膜に含有される炭化物の形態としては、通常の
TaC,B4C,HfC,ZrC,VC,Al4C3,NbC,Mo2C,Cr3C2等や、これ
らの所謂侵入型炭化物などが挙げられる。As the form of the carbide contained in the multiple carbonized film, the usual
TaC, B 4 C, HfC, ZrC, VC, Al 4 C 3, NbC, Mo 2 C, and Cr 3 C 2, etc., etc. These so-called interstitial carbides and the like.
複炭化膜は、その組成において金属と炭素との原子比
率をかなりの範囲で変化させることができるが、実用的
範囲としては、金属含有率が30〜50atom%程度のものが
好のましい。The composition of the double carbonized film can change the atomic ratio between metal and carbon within a considerable range. However, as a practical range, a metal content of about 30 to 50 atom% is preferable.
複炭化膜の膜厚は製造条件により適宜設定されるが、
使用時に所望の特性が発揮できる様な膜厚(好ましくは
0.1〜10μm、より好ましくは1μm程度)とすればよ
い。The thickness of the multiple carbonized film is appropriately set according to the manufacturing conditions.
A film thickness (preferably,
0.1 to 10 μm, more preferably about 1 μm).
型母材の材料としては、例えば超硬合金や焼結SiCを
用いることができる。これらの材料を切削、研削、研摩
等の加工により所望の外形とし、特に成形面は所望の表
面精度に仕上げて型母材に用いる。As a material of the mold base material, for example, a cemented carbide or sintered SiC can be used. These materials are formed into a desired outer shape by processing such as cutting, grinding, and polishing, and the molding surface is finished to a desired surface accuracy, and used as a mold base material.
型母材の表面に複炭化膜を被覆するには、例えばスパ
ッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法
(PVD法)やプラズマCVD法等の化学蒸着法(CVD法)を
用いる。In order to coat the double carbonized film on the surface of the mold base material, for example, a physical vapor deposition method (PVD method) such as a sputtering method or an ion plating method or a chemical vapor deposition method (CVD method) such as a plasma CVD method is used.
複炭化膜は、型母材との密着性を向上させる上で、中
間層を介して被覆されることが好ましく、またこの中間
層が複炭化膜を構成する金属と同一の金属からなること
がより好ましい。In order to improve the adhesion to the mold base material, the multiple carbonized film is preferably coated via an intermediate layer, and the intermediate layer is preferably made of the same metal as the metal constituting the multiple carbonized film. More preferred.
このようにして被覆された複炭化膜は、特に高温での
耐酸化性も高くガラスとの融着性が著しく低く離型性が
良好であるので、これまで型との融着のために高精度成
形を工業的に実施することが困難であるとされている高
融点のガラスを用いる成形にも良好に適用でき、更には
一次成形されたガラスまたは溶融ガラスを型装置内に収
容してプレス成形する光学素子製造に適用して繰返し使
用しても良好な精度の光学素子を得ることができるとい
う利点がある。The double carbonized film coated in this way has high oxidation resistance, especially at high temperatures, has extremely low adhesion to glass, and has good mold release properties. It can be applied well to molding using high melting glass, which is considered to be difficult to carry out precision molding industrially.Furthermore, the primary molded glass or molten glass is housed in a mold device and pressed. There is an advantage that an optical element with good accuracy can be obtained even when used repeatedly for manufacturing an optical element to be molded.
[実施例] 本発明を図面を参照しながら実施例により説明する。[Examples] The present invention will be described by examples with reference to the drawings.
実施例1 第1図及び第2図は本発明に係る光学素子成形用型の
1つの実施態様を示すものである。Example 1 FIGS. 1 and 2 show one embodiment of an optical element molding die according to the present invention.
第1図は光学素子のプレス成形前の状態を示し、第2
図は光学素子成形後の状態を示す。第1図中1,2は型母
材、1−a,2−aは該型母材のガラス素材の接触する成
形面に形成された複炭化膜、3はガラス素材であり、第
2図中4は光学素子である。第1図に示すように型の間
に置かれたガラス素材3をプレス成形することによっ
て、第2図に示すようにレンズ等の光学素子4が成形さ
れる。FIG. 1 shows a state of the optical element before press molding, and FIG.
The figure shows the state after molding of the optical element. In FIG. 1, reference numerals 1 and 2 denote a mold base material, 1-a and 2-a denote double carbonized films formed on a molding surface of the mold base material in contact with a glass material, and 3 denotes a glass material. Reference numeral 4 denotes an optical element. By pressing the glass material 3 placed between the molds as shown in FIG. 1, an optical element 4 such as a lens is formed as shown in FIG.
複炭化膜が被覆された型の製造: 型母材は、超硬合金[WC(90%)+Co(10%)],焼
結SiCからなり、所定の形状に加工され、レンズ成形面
が鏡面加工されている。該型母材の成形面に複炭化膜を
被覆して、以下の通り本発明による型を製造した。ま
た、比較のために上記型母材の成形面に被覆を行なわな
い型及び該成形面にSiC層を形成した型を製造した。製
造した型の一覧表を第1表に示す。尚、表1において、
No.1〜No.30は本発明実施例である。Manufacture of mold coated with multiple carbonized film: The mold base material is made of cemented carbide [WC (90%) + Co (10%)] and sintered SiC, processed into a predetermined shape, and the lens molding surface is mirror-finished It has been processed. A mold according to the present invention was manufactured as follows by coating a forming surface of the mold base material with a double carbonized film. For comparison, a mold having no coating on the molding surface of the mold base material and a mold having an SiC layer formed on the molding surface were produced. Table 1 shows a list of the manufactured molds. In Table 1,
No. 1 to No. 30 are examples of the present invention.
次に、上記No.1及びNo.2については、第3図に示され
る装置を用いて反応性スパッタリング法により型母材の
成形面上に炭化チタンタンタル層(TaC−TiC)膜を形成
した。Next, for the above Nos. 1 and 2, a titanium tantalum carbide layer (TaC-TiC) film was formed on the molding surface of the mold base material by a reactive sputtering method using the apparatus shown in FIG. .
第3図において、20はスパッタリング装置の気密室で
ある。気密室20には排気口21が接続されており、排気口
21は不図示の減圧源に接続されている。気密室20内の上
部には加熱ヒータ22が配置されており、該ヒータにはヒ
ータ電源23が接続されている。ヒータ22の下方に型母材
支持体24が配置されており、該支持体には型母材バイア
ス電源25が接続されている。支持体24には型母材26が成
形面を下向きにして支持される。支持体24の下方にメタ
ン及びアセチレンガス導入用パイプ27、グロー放電発生
用コイル28が配置されており、該コイルには整合回路29
を介して高周波電源30が接続されている。気密室20の下
部にはカソード電源31が配置されている。電源31の上部
には面積比約1:1の割合に混合したチタンとタンタルの
混合ターゲット32が設けられており、下部には冷却水用
パイプ33が接続されている。電極31の上方にアルゴンガ
ス導入用パイプ34が配置されており、ターゲット32の上
方の近傍にはシャター35が配置されている。In FIG. 3, reference numeral 20 denotes an airtight chamber of the sputtering apparatus. An exhaust port 21 is connected to the hermetic chamber 20, and the exhaust port 21
Reference numeral 21 is connected to a pressure reducing source (not shown). A heater 22 is disposed in an upper portion of the hermetic chamber 20, and a heater power supply 23 is connected to the heater. A mold base support 24 is disposed below the heater 22, and a mold base bias power supply 25 is connected to the support. The support base 24 supports a mold base material 26 with the molding surface facing downward. Below the support 24, a methane and acetylene gas introduction pipe 27 and a glow discharge generating coil 28 are arranged.
The high-frequency power supply 30 is connected via the. A cathode power supply 31 is disposed below the hermetic chamber 20. A mixed target 32 of titanium and tantalum mixed at an area ratio of about 1: 1 is provided at an upper portion of the power supply 31, and a cooling water pipe 33 is connected to a lower portion. An argon gas introduction pipe 34 is disposed above the electrode 31, and a shutter 35 is disposed in the vicinity of above the target 32.
炭化チタンタンタル(TaC−TiC)膜の形成時には、上
前の様にして得られた型母材26をアセトンで洗浄し、支
持体24により支持した後、気密室20内を1×10-5Torrま
で減圧した。次に、パイプ34からアルゴンガス(3×10
-3Torr)を導入し、コイル28に高周波電界(13.56MHz、
0.2kW・hr)を印加しアルゴンのグロー放電を発生さ
せ、バイアス電源25により型母材26に負バイアス(−50
V)を印加してアルゴンイオンによるスパッタクリーニ
ングを行う。その後、パイプ34からアルゴンガスを導入
しながらカソード電極31に高周波電界(13.56MHz、0.5k
W・hr)を印加しチタン・タンタル混合物ターゲット32
の近傍にアルゴンのグロー放電を発生させ、チタン・タ
ンタル混合物ターゲットにアルゴンイオンの衝撃を与え
てスパッタリングを行う。シャッター35を開いて、同時
にパイプ27により炭化水素ガス(メタン及びアセチレ
ン)を1×10-3Torr導入し型母材26の近傍に吹き付け、
コイル28に高周波電界(13.56MHz、0.5kW・hr)を印加
して炭素プラズマを形成させ、バイアス電極25により型
母材26に負バイアス(−50V)を印加して炭素イオンを
型母材26に引込みながらチタン・タンタル混合物の反応
性スパッタリングを行って型母材26の表面に炭化チタン
タンタル層を形成した。このとき型母材の温度は300℃
であった。得られた炭化チタンタンタル層の厚さは1μ
mであった。前記実施例において、カソード電極に高周
波電界の代りにDC電圧を印加しても同様な炭化チタンタ
ンタル層が得られた。When forming a titanium tantalum carbide (TaC-TiC) film, the mold base material 26 obtained as described above is washed with acetone and supported by the support 24, and then the inside of the hermetic chamber 20 is 1 × 10 −5. The pressure was reduced to Torr. Next, argon gas (3 × 10
-3 Torr) and a high frequency electric field (13.56 MHz,
0.2 kW · hr) to generate an argon glow discharge, and a bias power supply 25 applies a negative bias (−50) to the mold base material 26.
V) is applied to perform sputter cleaning using argon ions. Thereafter, a high-frequency electric field (13.56 MHz, 0.5 k
W · hr) to apply a titanium / tantalum mixture target 32
, A glow discharge of argon is generated in the vicinity of the target, and sputtering is performed by bombarding the titanium / tantalum mixture target with argon ions. The shutter 35 is opened, and at the same time, hydrocarbon gas (methane and acetylene) is introduced at 1 × 10 −3 Torr through the pipe 27 and sprayed near the mold base material 26,
A high-frequency electric field (13.56 MHz, 0.5 kW · hr) is applied to the coil 28 to form carbon plasma, and a negative bias (−50 V) is applied to the mold base material 26 by the bias electrode 25 to remove carbon ions from the mold base material 26. Then, reactive sputtering of a titanium / tantalum mixture was performed to form a titanium tantalum carbide layer on the surface of the mold base material 26. At this time, the temperature of the mold base material is 300 ° C
Met. The thickness of the obtained titanium tantalum carbide layer is 1 μm.
m. In the above example, a similar titanium tantalum carbide layer was obtained even when a DC voltage was applied to the cathode electrode instead of the high-frequency electric field.
以下同様にしてNo.3〜No.30の複炭化膜を形成した。 Thereafter, the multiple carbonized films No. 3 to No. 30 were formed in the same manner.
また比較例については、第3図に示される装置を用い
て同様にして型母材の成形面上に炭化ケイ素層を形成し
た。この際に、チタン・アルミ混合物ターゲットの代り
にケイ素ターゲットを用いた。炭化ケイ素層の厚さは1
μmであった。In the comparative example, a silicon carbide layer was formed on the molding surface of the mold base material in the same manner using the apparatus shown in FIG. At this time, a silicon target was used instead of the titanium / aluminum mixture target. The thickness of the silicon carbide layer is 1
μm.
複炭化膜被覆型によるレンズのプレス成形: このよにして得られた型を用いて第4図に示す成形装
置によりレンズの成形試験を行なった。Press molding of lens by double carbonized film coating mold: Using the mold thus obtained, a lens molding test was conducted by a molding apparatus shown in FIG.
第4図中、51は真空槽本体、52はそのフタ、53は光学
素子を成形する為の上型、54はその下型、55は上型をお
さえるための上型おさえ、56は胴型、57は型ホルダー、
58はヒーター、59は下型をつき上げるつき上げ棒、60は
該つき上げ棒を作動するエアシリンダ、61は油回転ポン
プ、62,63,64はバルブ、65は不活性ガス流入パイプ、66
はバルブ、67はリークパイプ、68はバルブ、69は温度セ
ンサー、70は水冷パイプ、71は真空槽を支持する台を示
す。In FIG. 4, reference numeral 51 denotes a vacuum chamber main body, 52 denotes a lid thereof, 53 denotes an upper die for molding an optical element, 54 denotes a lower die thereof, 55 denotes an upper die holder for holding down an upper die, and 56 denotes a trunk die. , 57 is a mold holder,
58 is a heater, 59 is a lifting rod for lifting the lower mold, 60 is an air cylinder for operating the lifting rod, 61 is an oil rotary pump, 62, 63, 64 are valves, 65 is an inert gas inflow pipe, 66
Denotes a valve, 67 denotes a leak pipe, 68 denotes a valve, 69 denotes a temperature sensor, 70 denotes a water cooling pipe, and 71 denotes a base for supporting a vacuum tank.
レンズを製作する工程を次に述べる。 The steps for manufacturing the lens will be described below.
まず、フリント系光学硝子(SF14)を所定の量に調整
し、球状にした硝子素材を型のキャビティー内に置き、
これを装置内に設置する。First, adjust the flint optical glass (SF14) to a predetermined amount, place the spherical glass material in the mold cavity,
This is installed in the device.
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51のフタ52を閉じ、水冷パイプ70に水を流し、ヒータ
ー58に電流を通す。この時窒素ガス用のバルブ66及び68
は閉じ、排気系バルブ62,63,64も閉じている。尚油回転
ポンプ61は常に回転している。After placing the mold in which the glass material has been charged into the apparatus, the lid 52 of the vacuum chamber 51 is closed, water is flowed through the water-cooled pipe 70, and current is passed through the heater 58. At this time, valves 66 and 68 for nitrogen gas
Is closed, and the exhaust system valves 62, 63, 64 are also closed. The oil rotary pump 61 is always rotating.
バルブ62を開け排気をはじめ10-2Torr以下になったら
バルブ62を閉じ、バルブ66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60を作動させて80kg/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で転移点以下に
なるまで冷却し、その後は−20℃/min以上の速度で冷却
を行い、200℃以下に下がったらバルブ66を閉じ、リー
クバルブ63を開いて真空槽51内に空気を導入する。それ
からフタ52を開け上型おさえをはずして成形物を取り出
す。The valve 62 is opened and exhaust is started. When the pressure becomes 10 -2 Torr or less, the valve 62 is closed, the valve 66 is opened, and nitrogen gas is introduced from the cylinder into the vacuum chamber. When the temperature reaches a predetermined temperature, the air cylinder 60 is operated and pressurized at a pressure of 80 kg / cm 2 for 5 minutes. After the pressure was removed, the cooling rate was cooled at -5 ° C / min to the transition point or lower, and then cooling was performed at a rate of -20 ° C / min or higher.When the temperature dropped to 200 ° C or lower, the valve 66 was closed. The air is introduced into the vacuum chamber 51 by opening the leak valve 63. Then, the lid 52 is opened, the upper mold retainer is removed, and the molded product is taken out.
上記のようにして、フリント系光学硝子SF14(軟化点
Sp=586℃、転位点Tg=485℃)を使用して、第2図に示
すレンズ4を成形した。この時の成形条件すなわち時間
−温度関係図を第5図に示す。As described above, the flint optical glass SF14 (softening point
Sp = 586 ° C., dislocation point Tg = 485 ° C.) were used to mold the lens 4 shown in FIG. FIG. 5 shows a molding condition, that is, a time-temperature relationship diagram at this time.
以上の様なプレス成形(n=5000)の前後における型
部材53(上型),54(下型)の成形面の表面粗さ及び成
型された光学素子の光学面の表面粗さ、ならびに成型光
学素子と型部材53,54との離型性について表1に示す。The surface roughness of the molding surfaces of the mold members 53 (upper mold) and 54 (lower mold) before and after the above press molding (n = 5000), the surface roughness of the optical surface of the molded optical element, and the molding Table 1 shows the releasability of the optical element and the mold members 53 and 54.
以上の様に、本発明実施例においては、繰返しプレス
成型に使用しても良好な表面精度を十分に維持でき、良
好な表面精度の光学素子が成形できた。 As described above, in the examples of the present invention, even when repeatedly used for press molding, good surface accuracy was sufficiently maintained, and an optical element having good surface accuracy was formed.
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。In the above embodiment, a flint-based optical glass is used as the optical glass to be molded. However, other types of glass such as a crown-based glass can be similarly molded with good accuracy.
上記実施例では型母材として超硬及び焼結SiCを用い
ているが、型母材はこの2つに限定されることなく高温
高強度な材料であればよい。In the above-described embodiment, the cemented carbide and sintered SiC are used as the mold base material. However, the mold base material is not limited to these two, and may be any material having high temperature and high strength.
上記実施例では、PVD法やCVD法で型母材上に形成され
た複炭化膜をそのまま用いているが、該方法により複炭
化膜を比較的厚く形成しておき、その後表面を鏡面研摩
して用いることもできる。また、多数回のプレスにより
表面に欠陥が生じた場合にも、この様な研摩により良好
な表面を再生することができる。In the above embodiment, the double carbonized film formed on the mold base material by the PVD method or the CVD method is used as it is.However, the double carbonized film is formed relatively thick by the method, and then the surface is mirror-polished. Can also be used. Further, even when a defect is generated on the surface by a number of presses, a good surface can be reproduced by such polishing.
また複炭化膜を構成する金属のatom比率は、この実施
例の比率に限定されることなくターゲットの金属の混合
比率を変えることによって適宜比率を変えることができ
る。Further, the atom ratio of the metal constituting the multiple carbonized film is not limited to the ratio of this embodiment, and can be changed as appropriate by changing the mixing ratio of the target metal.
実施例2 中間層を介して複炭化膜が被覆された型の製造: 上記No.27及びNo.28について、第3図に示した装置を
用いて反応性スパッタリング法により型母材の成形面上
に、中間層(TaTiHf)を介して、炭化タンタルチタンハ
フニウム(25TaC−25TiC−50HfC)層を被覆した。Example 2 Manufacture of a mold coated with a multiple carbonized film via an intermediate layer: For No. 27 and No. 28, the molding surface of the mold base material by a reactive sputtering method using the apparatus shown in FIG. On top, a tantalum titanium hafnium carbide (25TaC-25TiC-50HfC) layer was coated via an intermediate layer (TaTiHf).
但し、第3図において、ターゲット32として面積比タ
ンタル:チタン:ハフニウム=1:2:2の割合に混合した
タンタルチタンハフニウムターゲットを用いた。However, in FIG. 3, a tantalum titanium hafnium target mixed in a ratio of tantalum: titanium: hafnium = 1: 2: 2 was used as the target 32.
上記の様にして得られた型母材26をアセトンで洗浄
し、支持体24により支持した後気密室20内を1×10-5To
rrまで減圧した。次に、パイプ34からアルゴンガス(3
×10-3Torr)を導入し、コイル28に高周波電界(13.56M
Hz、0.2kW・hr)を印加しアルゴンのグロー放電を発生
させ、バイアス電源25により型母材26に負バイアス(−
50V)を印加してアルゴンイオンによるスパッタクリー
ニングを行う。その後、パイプ34からアルゴンガスを導
入しながらカソード電極31に高周波電界(13.56MHz、0.
5kW・hr)を印加しタンタルチタンハフニウムターゲッ
ト32の近傍にアルゴンのグロー放電を発生させ、ターゲ
ット32にアルゴンイオンの衝撃を与えてスパッタリング
を行う。まず、シャッター35を開けて中間層を0.2μm
の厚さで形成した。次に、パイプ27により炭化水素ガス
(メタン及びアセチレン)を1×10-3Torr導入し型母材
26の近傍に吹き付け、コイル28に高周波電界(13.56MH
z、0.5kW・hr)を印加して炭素プラズマを形成させ、バ
イアス電極25により型母材26に負バイアス(−50V)を
印加して炭素イオンを型母材26に引込みながらタンタル
チタンハフニウムの反応性スパッタリングを行って型母
材26の表面に炭化タンタルチタンハフニウム層を形成し
た。このとき型母材の温度は300℃であった。得られた
炭化タンタルチタンハフニウム層中の金属含有率は50at
om%であった。また、該複炭化膜の膜厚は1μmであっ
た。前記実施例において、カソード電極に高周波電界の
代りにDC電圧を印加しても同様な炭化タンタルチタンハ
フニウム層が得られた。The mold base material 26 obtained as described above was washed with acetone, and after being supported by the support 24, the inside of the airtight chamber 20 was filled with 1 × 10 −5 To
The pressure was reduced to rr. Next, argon gas (3
× 10 -3 Torr) and a high frequency electric field (13.56M
Hz, 0.2 kW · hr) to generate an argon glow discharge, and a bias power supply 25 applies a negative bias (−
50V) is applied to perform sputter cleaning using argon ions. After that, a high-frequency electric field (13.56 MHz, 0.5 μm) was applied to the cathode electrode 31 while introducing argon gas from the pipe 34.
5 kW · hr) is applied to generate a glow discharge of argon in the vicinity of the tantalum titanium hafnium target 32, and the target 32 is bombarded with argon ions to perform sputtering. First, open the shutter 35 to make the middle layer 0.2 μm
The thickness was formed. Next, 1 × 10 −3 Torr of hydrocarbon gas (methane and acetylene) was introduced through the pipe 27 and the mold base material was introduced.
26, and a high-frequency electric field (13.56 MH)
z, 0.5 kW · hr) to form a carbon plasma, and apply a negative bias (−50 V) to the mold base material 26 by the bias electrode 25 to draw carbon ions into the mold base material 26 while applying tantalum titanium hafnium. A tantalum titanium hafnium carbide layer was formed on the surface of the mold base material 26 by performing reactive sputtering. At this time, the temperature of the mold base material was 300 ° C. The metal content in the obtained tantalum carbide titanium hafnium layer is 50 at
om%. The thickness of the multiple carbonized film was 1 μm. In the above embodiment, a similar tantalum titanium hafnium carbide layer was obtained even when a DC voltage was applied to the cathode electrode instead of the high-frequency electric field.
これらの型を実施例1と同様にして繰返しプレス成形
に使用すると、実施例1と同様に良好な表面精度を十分
に維持でき、良好な表面精度の光学素子が成形できた。When these molds were repeatedly used for press molding in the same manner as in Example 1, good surface accuracy could be sufficiently maintained as in Example 1, and an optical element having good surface accuracy could be molded.
[発明の効果] 以上の様な本発明によれば、単一の金属の炭化膜に比
較して耐酸化性が良好な複炭化膜で成形面が被覆されて
いるので、繰返しプレス成形に際し精度劣化が少なく、
更に特に高温での使用においてもガラスとの融着を生ず
ることのない長寿命の光学素子成形用型が提供される。[Effects of the Invention] According to the present invention as described above, since the forming surface is covered with a double carbonized film having better oxidation resistance than a single metal carbonized film, the accuracy in repeated press forming is improved. Less degradation,
Further, there is provided a mold for molding an optical element having a long life which does not cause fusion with glass even when used at a particularly high temperature.
更に、複炭化膜はヌープ硬さHkが2400〜3000kg/mm2程
度であり、単一の金属の炭化膜と比較して高硬度である
ため傷が付きにくく、このため使用時においてクリーニ
ングを繰返しても傷付きにくく、それ故に良好な表面精
度の光学素子を長期にわたって製造することができる。Furthermore, double carbide film is Knoop hardness Hk is 2400~3000kg / mm 2 approximately, as compared with carbide film of a single metal hardly scratched because of high hardness, repeated cleaning in use for this Even when the optical element is hardly damaged, an optical element having good surface accuracy can be manufactured for a long period of time.
また、本発明の型は型母材として加工性の良好なもの
を幅広く選択することができるので、製造が容易であ
る。In addition, the mold of the present invention can be easily manufactured because a mold having good workability can be widely selected as a mold base material.
第1図および第2図は本発明に係る光学素子成形用型の
一実施態様を示す断面図で、第1図はプレス成形前の状
態、第2図はプレス成形後の状態を示す。第3図は本発
明の型を製造するため使用したスパッタリング装置の模
式図である。第4図は本発明に係る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。第5図
はレンズ成形の際の時間温度関係図である。 1,2……型母材、 1−a,2−a……複炭化膜、 3……ガラス素材、4……成形されたレンズ、 20……気密室、21……排気口、 22……加熱ヒータ、23……ヒータ電源、 24……型母材支持体、25……バイアス電源、 26……型母材、 27……炭化水素ガス導入用パイプ、 28……グロー放電発生用コイル、 29……整合回路、30……高周波電源、 31……カソード電源、 32……ターゲット、 33……冷却水用パイプ、 34……アルゴンガス導入用パイプ、 35……シャッター、 51……真空槽本体、52……フタ、 53……上型、54……下型、 55……上型おさえ、56……胴型、 57……型ホルダー、58……ヒーター、 59……つき上げ棒、60……エアシリンダ、 61……油回転ポンプ、62,63,64……バルブ、 65……流入パイプ、66……バルブ、 67……流出パイプ、68……バルブ、 69……温度センサー、70……水冷パイプ、 71……台。1 and 2 are sectional views showing one embodiment of the optical element molding die according to the present invention. FIG. 1 shows a state before press molding, and FIG. 2 shows a state after press molding. FIG. 3 is a schematic view of a sputtering apparatus used for manufacturing the mold of the present invention. FIG. 4 is a sectional view showing a lens molding apparatus using the optical element molding die according to the present invention. FIG. 5 is a time-temperature relationship diagram during lens molding. 1,2 ... mold base material, 1-a, 2-a ... double carbonized film, 3 ... glass material, 4 ... molded lens, 20 ... airtight chamber, 21 ... exhaust port, 22 ... ... heater, 23 ... heater power supply, 24 ... mold base material support, 25 ... bias power supply, 26 ... mold base material, 27 ... hydrocarbon gas introduction pipe, 28 ... glow discharge generating coil 29 Matching circuit 30 High-frequency power supply 31 Cathode power supply 32 Target 33 Pipe for cooling water 34 Argon gas introduction pipe 35 Shutter 51 Vacuum Tank body, 52 ... Lid, 53 ... Upper mold, 54 ... Lower mold, 55 ... Upper mold retainer, 56 ... Body mold, 57 ... Mold holder, 58 ... Heater, 59 ... Lifting rod , 60 ... Air cylinder, 61 ... Oil rotary pump, 62, 63, 64 ... Valve, 65 ... Inflow pipe, 66 ... Valve, 67 ... Outflow pipe, 68 ... Valve, 69 ... Temperature Nsa, 70 ...... water-cooled pipe, 71 ...... table.
Claims (1)
いる光学素子成形用型において、型母材の少なくとも成
形面に、タンタル(Ta)、ホウ素(B)、ハフニウム
(Hf)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、アル
ミニウム(Al)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ク
ロム(Cr)からなる群より選ばれた少なくとも2種の金
属の複炭化膜が被覆されていることを特徴とする光学素
子成形用型。1. An optical element molding die used for press molding an optical element made of glass, wherein at least a molding surface of a mold base material has tantalum (Ta), boron (B), hafnium (Hf), zirconium (Zr). , Vanadium (V), aluminum (Al), niobium (Nb), molybdenum (Mo), and chromium (Cr). For forming optical elements.
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