JP2501633B2 - 光学素子成形用型 - Google Patents
光学素子成形用型Info
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- JP2501633B2 JP2501633B2 JP63307934A JP30793488A JP2501633B2 JP 2501633 B2 JP2501633 B2 JP 2501633B2 JP 63307934 A JP63307934 A JP 63307934A JP 30793488 A JP30793488 A JP 30793488A JP 2501633 B2 JP2501633 B2 JP 2501633B2
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- JP
- Japan
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- molding
- mold
- optical element
- diamond
- glass
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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、レンズ、プリズム等のガラスよりなる光学
素子を、ガラス素材のプレス成形により製造するのに使
用される型に関するものである。
素子を、ガラス素材のプレス成形により製造するのに使
用される型に関するものである。
[従来の技術] 研摩工程を必要としないでガラス素材のプレス成形に
よってレンズを製造する技術は従来のレンズの製造にお
いて必要とされた複雑な工程をなくし、簡単且つ安価に
レンズを製造することを可能とし、近来、レンズのみな
らずプリズムその他のガラスよりなる光学素子の製造に
使用されるようになってきた。
よってレンズを製造する技術は従来のレンズの製造にお
いて必要とされた複雑な工程をなくし、簡単且つ安価に
レンズを製造することを可能とし、近来、レンズのみな
らずプリズムその他のガラスよりなる光学素子の製造に
使用されるようになってきた。
このようなガラスの光学素子のプレス成形に使用され
る型材に要求される性質としては、硬さ、耐熱性、離型
性、鏡面加工性等に優れている事が挙げられる。従来、
この種の型材としして、金属、セラミックス、及びそれ
らをコーティングした材料等、数多くの提案がされてい
る。いくつかの例を挙げるならば、特開昭49-51112には
13Crマルテンサイト鋼が、特開昭52-45613にはSiC及びS
i3N4が、特開昭60-246230には超硬合金に貴金属をコー
ティングした材料が提案されている。
る型材に要求される性質としては、硬さ、耐熱性、離型
性、鏡面加工性等に優れている事が挙げられる。従来、
この種の型材としして、金属、セラミックス、及びそれ
らをコーティングした材料等、数多くの提案がされてい
る。いくつかの例を挙げるならば、特開昭49-51112には
13Crマルテンサイト鋼が、特開昭52-45613にはSiC及びS
i3N4が、特開昭60-246230には超硬合金に貴金属をコー
ティングした材料が提案されている。
また、特開昭61-183134には、ダイヤモンド薄膜又は
ダイヤモンド状炭素膜をコーティングした材料も提案さ
れている。
ダイヤモンド状炭素膜をコーティングした材料も提案さ
れている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、13Crマルテンサイト鋼は酸化しやす
く、さらに高温でFeが硝子中に拡散して硝子が着色する
欠点をもつ。又、SiC、Si3N4は一般的に酸化されにく
いとされているが、高温ではやはり酸化がおこり表面に
SiO2の膜が形成される為硝子と融着を起こし、さらに高
硬度の為型自体の加工性が極めて悪いという欠点を持
つ。又、貴金属をコーティングした材料は融着は起こし
にくいが、極めて軟らかい為、傷がつきやすく又変形し
やすい欠点を持つ。
く、さらに高温でFeが硝子中に拡散して硝子が着色する
欠点をもつ。又、SiC、Si3N4は一般的に酸化されにく
いとされているが、高温ではやはり酸化がおこり表面に
SiO2の膜が形成される為硝子と融着を起こし、さらに高
硬度の為型自体の加工性が極めて悪いという欠点を持
つ。又、貴金属をコーティングした材料は融着は起こし
にくいが、極めて軟らかい為、傷がつきやすく又変形し
やすい欠点を持つ。
また、ダイヤモンド薄膜をコートしたものは、その表
面が数1000Å〜数μm程度の凹凸を有し、平坦でないた
めに、面精度の良好なレンズが得られないという欠点が
ある。更に、特開昭61-183134のようにイオンビーム・
スパッタによって形成した単なる均一組成のダイヤモン
ド状炭素膜は窒素雰囲気下で成形すると、ガラス中の酸
化鉛が還元されて鉛となって析出し、型の面精度や耐久
性を低下させたり、成形したレンズの面精度を低下させ
るという問題があった。
面が数1000Å〜数μm程度の凹凸を有し、平坦でないた
めに、面精度の良好なレンズが得られないという欠点が
ある。更に、特開昭61-183134のようにイオンビーム・
スパッタによって形成した単なる均一組成のダイヤモン
ド状炭素膜は窒素雰囲気下で成形すると、ガラス中の酸
化鉛が還元されて鉛となって析出し、型の面精度や耐久
性を低下させたり、成形したレンズの面精度を低下させ
るという問題があった。
[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、該成形面に(100)面が配向しているダ
イヤモンド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、さらに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、SiC,TiC,TaC,HfCおよびZrCから選ばれる
中間層を介して、該形成面に(100)面が配向している
ダイヤモンド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。
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、該成形面に(100)面が配向しているダ
イヤモンド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、さらに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、SiC,TiC,TaC,HfCおよびZrCから選ばれる
中間層を介して、該形成面に(100)面が配向している
ダイヤモンド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。
本発明は、光学素子成形用型にコーティングされる材
料として優れた性質を有するダイヤモンド膜に関して従
来問題とされていた表面の平坦性を改善することによ
り、光学素子成形用型として耐久性、成形性に優れた実
用に供し得る光学素子成形用型を提供するものである。
料として優れた性質を有するダイヤモンド膜に関して従
来問題とされていた表面の平坦性を改善することによ
り、光学素子成形用型として耐久性、成形性に優れた実
用に供し得る光学素子成形用型を提供するものである。
ダイヤモンド膜は、化学的に安定かつ不活性であるた
め高温度においても鉛またはアルカリ元素を大量に含む
光学素子と反応することなく、また膜硬度が非常に高
く、型表面にすり傷等を発生したりプレス成形に際し塑
性変形を引き起こしたりしない。従って、ダイヤモンド
膜の表面がガラス素子成形において像形成品質が良好に
得られる程度に平坦であれば、光学素子成形用型材料と
してこれ程優れたものはない。
め高温度においても鉛またはアルカリ元素を大量に含む
光学素子と反応することなく、また膜硬度が非常に高
く、型表面にすり傷等を発生したりプレス成形に際し塑
性変形を引き起こしたりしない。従って、ダイヤモンド
膜の表面がガラス素子成形において像形成品質が良好に
得られる程度に平坦であれば、光学素子成形用型材料と
してこれ程優れたものはない。
ところで、ダイヤモンドを気相合成する方法は、特開
昭58-51100、特開昭58-110494、特公告61-2632等により
公知である。
昭58-51100、特開昭58-110494、特公告61-2632等により
公知である。
また、ダイヤモンド砥粒を用いて基板に微小な傷を形
成することによりダイヤモンド結晶の核発生密度を向上
させ膜状にする方法(特公告62-27039)が知られてい
る。これらの方法により形成されるダイヤモンド膜の表
面は、一般に数1000Å〜数μmの凹凸を有している。
成することによりダイヤモンド結晶の核発生密度を向上
させ膜状にする方法(特公告62-27039)が知られてい
る。これらの方法により形成されるダイヤモンド膜の表
面は、一般に数1000Å〜数μmの凹凸を有している。
一方、ダイヤモンド結晶の合成において合成条件によ
り結晶面方位を制御できることが知られている(小橋、
佐藤、雪野、加茂、瀬高:33回応物要旨集)p285(1986
春))。
り結晶面方位を制御できることが知られている(小橋、
佐藤、雪野、加茂、瀬高:33回応物要旨集)p285(1986
春))。
従って、光学素子成形用の型材料に前述の手法を用い
てダイヤモンド膜を形成する。このとき、合成条件を調
整し、型表面に平行にダイヤモンド結晶の(100)面が
型表面に向くように結晶面方位を制御する。ダイヤモン
ドの(100)面は(100),(111),(110)面のうちも
っとも柔らかい面であることは良く知られている。(10
0)面を研摩あるいはエッチングにより表面粗さがRmax
で0.03μm以下になるように平坦化する。なお(100)
面が完全に型表面に平行である必要はなく多少傾いても
良い。また余り多くなければ(111),(110)が存在し
てもさしつかえない。
てダイヤモンド膜を形成する。このとき、合成条件を調
整し、型表面に平行にダイヤモンド結晶の(100)面が
型表面に向くように結晶面方位を制御する。ダイヤモン
ドの(100)面は(100),(111),(110)面のうちも
っとも柔らかい面であることは良く知られている。(10
0)面を研摩あるいはエッチングにより表面粗さがRmax
で0.03μm以下になるように平坦化する。なお(100)
面が完全に型表面に平行である必要はなく多少傾いても
良い。また余り多くなければ(111),(110)が存在し
てもさしつかえない。
まず、プレス成形用型の母材として精密加工が容易
で、耐熱性、耐熱衝撃性のある材料、例えば、タングス
テン・カーバイド、サーメット、ジルコニアを球面形状
もしくは非球面形状に高精度に加工した母材を、ダイヤ
モンド砥粒を分散したアルコール溶液中に入れ超音波洗
浄器を用いて傷付け処理する。次に、マイクロ波プラズ
マCVD法、熱フィラメントCVD法、プラズマ・ジェット
法、ECRプラズマCVD法等によりダイヤモンド薄膜を形成
する。このとき使用するガスは含炭素ガスであるメタ
ン、エタン、プロパン、エチレン、ベンゼン、アセチレ
ンなどの炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素、クロロ
ホルム、トリクロールエタンなどのハロゲン化炭素、メ
チルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、
(CH3)2CO,(C6H6)2COなどのケトン類やCO,CO2など
のガスとN2,H2,O2,H2O,Ar等の不活性ガスである。特
に、CH4とH2を用いた系では使用する装置パラメーター
により異なるが、我々が用いた装置系ではメタン濃度を
1〜3%とすることにより(100)面が母材表面に平行
に成長したダイヤモンド膜を形成することができる。
で、耐熱性、耐熱衝撃性のある材料、例えば、タングス
テン・カーバイド、サーメット、ジルコニアを球面形状
もしくは非球面形状に高精度に加工した母材を、ダイヤ
モンド砥粒を分散したアルコール溶液中に入れ超音波洗
浄器を用いて傷付け処理する。次に、マイクロ波プラズ
マCVD法、熱フィラメントCVD法、プラズマ・ジェット
法、ECRプラズマCVD法等によりダイヤモンド薄膜を形成
する。このとき使用するガスは含炭素ガスであるメタ
ン、エタン、プロパン、エチレン、ベンゼン、アセチレ
ンなどの炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素、クロロ
ホルム、トリクロールエタンなどのハロゲン化炭素、メ
チルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、
(CH3)2CO,(C6H6)2COなどのケトン類やCO,CO2など
のガスとN2,H2,O2,H2O,Ar等の不活性ガスである。特
に、CH4とH2を用いた系では使用する装置パラメーター
により異なるが、我々が用いた装置系ではメタン濃度を
1〜3%とすることにより(100)面が母材表面に平行
に成長したダイヤモンド膜を形成することができる。
次に、この面を従来よりダイヤモンドの研摩法として
知られているダイヤモンド粉末とラップ盤の1種である
スカイフ盤を用いる方法や、水素雰囲気下で600℃〜850
℃加熱した鋳鉄板とダイヤモンド膜を摺り合わせること
により平坦化する方法や、イオンビームエッチング(IB
E)、イオンビームアシストエッチング(IBAE)、反応
性イオンエッチング(RIE)、反応性イオンビームエッ
チング(RIBE)等のドライエッチングにより平坦化す
る。例えば、酸素によりエッチング(アッシング)を行
なう場合を考えると、(100)面は他の(111),(11
0)面に比較し酸化されにくいためエッチングレートの
制御性が高く平坦化を行なう上で他の面よりも優れてい
る。
知られているダイヤモンド粉末とラップ盤の1種である
スカイフ盤を用いる方法や、水素雰囲気下で600℃〜850
℃加熱した鋳鉄板とダイヤモンド膜を摺り合わせること
により平坦化する方法や、イオンビームエッチング(IB
E)、イオンビームアシストエッチング(IBAE)、反応
性イオンエッチング(RIE)、反応性イオンビームエッ
チング(RIBE)等のドライエッチングにより平坦化す
る。例えば、酸素によりエッチング(アッシング)を行
なう場合を考えると、(100)面は他の(111),(11
0)面に比較し酸化されにくいためエッチングレートの
制御性が高く平坦化を行なう上で他の面よりも優れてい
る。
次に、上述した研摩を行なう場合、特に、機械的研摩
により平坦化するようなときには、ダイヤモンド膜と型
母材との密着性が充分でないと、膜が剥離したり、カケ
たりする問題が発生する。また、ダイヤモンド膜を研摩
するためにはダイヤモンドの膜厚は厚い方が好ましい
が、一方、膜厚が厚くなると、膜の内部応力が大きくな
るため基体となる型母材との密着性が劣化する傾向があ
る。そこで、研摩するために必要、十分な膜厚を有し、
しかも機械的な研摩を行なってもも基体である型母材と
十分な密着性を維持するダイヤモンド膜を形成するた
め、基体とダイヤモンド層の間に密着性を向上させるた
めの中間層を設けることが好ましい。ここで、中間層は
ダイヤモンド膜の内部応力を緩和したり、熱膨張係数の
違いを緩和したり、基体と中間層とダイヤモンド層間の
結合力(密着力)の高いことにより総合的にダイヤモン
ド膜と型母材との密着性を高めるものである。こうした
観点から選ばれる中間層の材質としては、周期律表4a,5
aおよび6a族の金属:SiおよびAlの炭化物、窒化物、炭窒
化物、炭酸窒化物、硼化物、硼窒化物および硼炭化物;
並びにB(硼素)の炭化物および窒化物から選ばれる1
種以上の組成を有する単層または2層以上の複層からな
るものであれば良い。
により平坦化するようなときには、ダイヤモンド膜と型
母材との密着性が充分でないと、膜が剥離したり、カケ
たりする問題が発生する。また、ダイヤモンド膜を研摩
するためにはダイヤモンドの膜厚は厚い方が好ましい
が、一方、膜厚が厚くなると、膜の内部応力が大きくな
るため基体となる型母材との密着性が劣化する傾向があ
る。そこで、研摩するために必要、十分な膜厚を有し、
しかも機械的な研摩を行なってもも基体である型母材と
十分な密着性を維持するダイヤモンド膜を形成するた
め、基体とダイヤモンド層の間に密着性を向上させるた
めの中間層を設けることが好ましい。ここで、中間層は
ダイヤモンド膜の内部応力を緩和したり、熱膨張係数の
違いを緩和したり、基体と中間層とダイヤモンド層間の
結合力(密着力)の高いことにより総合的にダイヤモン
ド膜と型母材との密着性を高めるものである。こうした
観点から選ばれる中間層の材質としては、周期律表4a,5
aおよび6a族の金属:SiおよびAlの炭化物、窒化物、炭窒
化物、炭酸窒化物、硼化物、硼窒化物および硼炭化物;
並びにB(硼素)の炭化物および窒化物から選ばれる1
種以上の組成を有する単層または2層以上の複層からな
るものであれば良い。
なお、ダイヤモンド層中に、窒素、酸素、水素、フッ
素が数10000ppm以下の範囲で微量含まれていてもさしつ
かえない。
素が数10000ppm以下の範囲で微量含まれていてもさしつ
かえない。
[実施例] 以下図面を参照しながら、本発明の具体的な実施例を
説明する。
説明する。
実施例1 第1図に示すマイクロ波プラズマCVD装置を用い、WC-
10%Coからなる型母材上にダイヤモンド薄膜を5μm析
出させた。このとき、型母材の表面は成形面形状に鏡面
加工した後ダイヤモンド核発生密度を上げるため、粒径
15μmのダイヤモンド砥粒をエチルアルコールに分散し
た溶液中で1時間超音波洗浄器中で傷付け処理する。鏡
面加工の程度によっては、前述の傷付け処理を行なわな
くても良い。ダイヤモンド薄膜の形成は、第1図のマイ
クロ波プラズマCVD装置により、まず排気系1により1
×10-7Torrまで排気した後、ガス供給系2により、CH42
SCCM、H2=98SCCMの流量で反応室に送り、反応室内の
圧力を35Torrとした。次に、2.45GHzのマイクロ波3を
用いマイクロ波のパワーを400Wとして約5μm厚のダイ
ヤモンド多結晶膜を型母材上に形成した。このとき、型
母材の温度は、850℃とした。得られたダイヤモンド薄
膜の表面粗さを触針式の表面粗さ計により測定したとこ
ろRmax0.3μmであった。またX線回折により(100)
面が、ほぼ基体表面に平行に配向していることを確認し
た。
10%Coからなる型母材上にダイヤモンド薄膜を5μm析
出させた。このとき、型母材の表面は成形面形状に鏡面
加工した後ダイヤモンド核発生密度を上げるため、粒径
15μmのダイヤモンド砥粒をエチルアルコールに分散し
た溶液中で1時間超音波洗浄器中で傷付け処理する。鏡
面加工の程度によっては、前述の傷付け処理を行なわな
くても良い。ダイヤモンド薄膜の形成は、第1図のマイ
クロ波プラズマCVD装置により、まず排気系1により1
×10-7Torrまで排気した後、ガス供給系2により、CH42
SCCM、H2=98SCCMの流量で反応室に送り、反応室内の
圧力を35Torrとした。次に、2.45GHzのマイクロ波3を
用いマイクロ波のパワーを400Wとして約5μm厚のダイ
ヤモンド多結晶膜を型母材上に形成した。このとき、型
母材の温度は、850℃とした。得られたダイヤモンド薄
膜の表面粗さを触針式の表面粗さ計により測定したとこ
ろRmax0.3μmであった。またX線回折により(100)
面が、ほぼ基体表面に平行に配向していることを確認し
た。
次に、このダイヤモンド薄膜の表面を所望する球面形
状を有する鋳鉄皿と摺り合わせることにより研摩した。
このとき、研摩の周速は、平均約20cm/min、研摩荷重60
0g/cm2、雰囲気は水素ガスで約300Torrとし、鋳鉄皿の
温度は800℃とした。なお、この研摩装置は真空装置内
にあり、研摩する前には1×10-5Torrまで排気した後、
前述の圧力まで、水素を供給するものである。この研摩
により、膜表面の表面粗さがRmaxで0.03μm、膜厚は
4μmであった。このときの研摩速度は1μm/hであっ
た。
状を有する鋳鉄皿と摺り合わせることにより研摩した。
このとき、研摩の周速は、平均約20cm/min、研摩荷重60
0g/cm2、雰囲気は水素ガスで約300Torrとし、鋳鉄皿の
温度は800℃とした。なお、この研摩装置は真空装置内
にあり、研摩する前には1×10-5Torrまで排気した後、
前述の圧力まで、水素を供給するものである。この研摩
により、膜表面の表面粗さがRmaxで0.03μm、膜厚は
4μmであった。このときの研摩速度は1μm/hであっ
た。
比較例 前述の型母材を用い、第1図のマイクロ〜プラズマCV
D装置により、同様に排気した後、ガス供給系2によ
り、CH4を0.5SCCM、H2を99.5SCCM流し、反応室内の圧
力を35Torrとし、同条件のマイクロ波放電により、約5
μm厚のダイヤモンド薄膜を型母材上に形成した。この
とき型母材の温度は850℃とした。得られた膜の表面粗
さはRmaxで1μmであった。またX線回折により(11
1),(110)ピークが得られ、特に(111)面が、主体
の膜であることがわかった。次に、前述と同様にして膜
表面を研摩したところ、研摩後の膜表面の表面粗さは、
Rmaxで0.5μm、膜厚は3μmであった。このときの研
摩速度は0.4μm/hであった。
D装置により、同様に排気した後、ガス供給系2によ
り、CH4を0.5SCCM、H2を99.5SCCM流し、反応室内の圧
力を35Torrとし、同条件のマイクロ波放電により、約5
μm厚のダイヤモンド薄膜を型母材上に形成した。この
とき型母材の温度は850℃とした。得られた膜の表面粗
さはRmaxで1μmであった。またX線回折により(11
1),(110)ピークが得られ、特に(111)面が、主体
の膜であることがわかった。次に、前述と同様にして膜
表面を研摩したところ、研摩後の膜表面の表面粗さは、
Rmaxで0.5μm、膜厚は3μmであった。このときの研
摩速度は0.4μm/hであった。
このようにダイヤモンド膜厚が型母材表面に対し(10
0)面を平行に配向させた場合、そうでない場合と比べ
研摩速度が格段に速くできるだけでなく、研摩後の表面
粗さも、良好にすることができる。
0)面を平行に配向させた場合、そうでない場合と比べ
研摩速度が格段に速くできるだけでなく、研摩後の表面
粗さも、良好にすることができる。
第2図及び第3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。
1つの実施態様を示すものである。
第2図は光学素子のプレス成形前の状態を示し、第3
図は光学素子成形後の状態を示す。第2図中4は型母
材、5は該型母材のガラス素材の接触する成形面に形成
されたダイヤモンド層、6はガラス素材であり、第3図
中7は光学素子である。第2図に示すように型の間に置
かれた硝子素材6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7が成形される。
図は光学素子成形後の状態を示す。第2図中4は型母
材、5は該型母材のガラス素材の接触する成形面に形成
されたダイヤモンド層、6はガラス素材であり、第3図
中7は光学素子である。第2図に示すように型の間に置
かれた硝子素材6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7が成形される。
次に、本発明による光学素子成形用型によって硝子レ
ンズのプレス成形を行なった例について、詳述する。下
記の表1は実験に供した型材の種類を示す。
ンズのプレス成形を行なった例について、詳述する。下
記の表1は実験に供した型材の種類を示す。
No.1〜3は比較材であり、No.4は本発明で提案する材
料である。母材として超硬合金WC(90%)+Co(10%)
を使用した。上記の例に使用したレンズの成形装置を第
4図に示す。
料である。母材として超硬合金WC(90%)+Co(10%)
を使用した。上記の例に使用したレンズの成形装置を第
4図に示す。
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、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、70は水冷パイプ、71は真空槽を支持する台を示
す。
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、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、70は水冷パイプ、71は真空槽を支持する台を示
す。
レンズを製作する工程を次に述べる。
フリント光学硝子(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。
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。
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
58に電流を通す、この時窒素ガス用バルブ66及び68は閉
じ、排気バルブ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。
槽51のフタ52を閉じ、水冷パイプ70に水を流し、ヒータ
58に電流を通す、この時窒素ガス用バルブ66及び68は閉
じ、排気バルブ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。
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10kg/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で転位点以下に
なるまで冷却し、その後は−20℃/min以上の速度で冷却
を行ない、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。
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10kg/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で転位点以下に
なるまで冷却し、その後は−20℃/min以上の速度で冷却
を行ない、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。
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3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。
Sp=586℃、転位点Tg=485℃)を使用して、第3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。
次に成形したレンズの表面粗さ及び成形前後での型の
表面粗さを測定した。その結果を表2に示す。
表面粗さを測定した。その結果を表2に示す。
次に融着をおこないNo.1,4について同じ型を用いて20
0回の成形を行なった後表面粗さを測定した。その結果
を表3に示す。
0回の成形を行なった後表面粗さを測定した。その結果
を表3に示す。
上述の表2,表3の結果から明らかなように本発明によ
る型材は硝子との離型性にすぐれ、くり返し使用しても
従来の型材に比較して表面の劣化が極めて少ない。
る型材は硝子との離型性にすぐれ、くり返し使用しても
従来の型材に比較して表面の劣化が極めて少ない。
実施例2 型母材としてWC(90%)+Co(10%)を用い、型表面
を成形面形状に鏡面加工した後、SiCを約1μmスパッ
タした。この後実施例1と同様の方法条件によりダイヤ
モンド膜20μm形成した。この膜表面粗さはRmax0.5μ
mで、X線回折より(100)面が基体表面に平行に配向
していることを確認した。
を成形面形状に鏡面加工した後、SiCを約1μmスパッ
タした。この後実施例1と同様の方法条件によりダイヤ
モンド膜20μm形成した。この膜表面粗さはRmax0.5μ
mで、X線回折より(100)面が基体表面に平行に配向
していることを確認した。
次に、実施例1と同様の方法により膜表面を研摩し、
表面粗さがRmax0.03μmの鏡面を得た。TiC,TaC,HfC,Z
rCを中間層に用いても、同様に(100)面が配向し、R
max0.03μmの鏡面を得ることができた。
表面粗さがRmax0.03μmの鏡面を得た。TiC,TaC,HfC,Z
rCを中間層に用いても、同様に(100)面が配向し、R
max0.03μmの鏡面を得ることができた。
次に、実施例1と同様にフリント系光学硝子(SF14)
を成形した。この結果、成形されたレンズ、成形前の
型、成形後の型の表面粗さは、それぞれRmax0.03μ
m、0.03μm、0.03μmであった。また、離型性も良好
であった。
を成形した。この結果、成形されたレンズ、成形前の
型、成形後の型の表面粗さは、それぞれRmax0.03μ
m、0.03μm、0.03μmであった。また、離型性も良好
であった。
更に、表4に示す型部材を用いて光学ガラスのプレス
成形を行なった。
成形を行なった。
第6図において、104は取入れ用置換室であり、106は
成形室であり、108は蒸着室であり、110は取出し用置換
室である。112,114,116はゲートバルブであり、118はレ
ールであり、120は該レール上を矢印A方向に搬送せし
められるパレットである。124,138,140,150はシリンダ
であり、126,152はバルブである。128は成形室106内に
おいてレール118に沿って配列されているヒータであ
る。
成形室であり、108は蒸着室であり、110は取出し用置換
室である。112,114,116はゲートバルブであり、118はレ
ールであり、120は該レール上を矢印A方向に搬送せし
められるパレットである。124,138,140,150はシリンダ
であり、126,152はバルブである。128は成形室106内に
おいてレール118に沿って配列されているヒータであ
る。
成形室106内はパレット搬送方向に沿って順に加熱ゾ
ーン106−1、プレスゾーン106−2および徐冷ゾーン10
6−3とされている。プレスゾーン106−2において、上
記シリンダ138のロッド134の下端には成形用上型部材13
0が固定されており、上記シリンダー140のロッド136の
上端には成形用下型部材132が固定されている。これら
上型部材130及び下型部材132は、上記第2図の本発明に
よる型部材である。蒸着室108内においては、蒸着物質1
46を収容した容器142及び該容器を加熱するためのヒー
タ144が配置されている。
ーン106−1、プレスゾーン106−2および徐冷ゾーン10
6−3とされている。プレスゾーン106−2において、上
記シリンダ138のロッド134の下端には成形用上型部材13
0が固定されており、上記シリンダー140のロッド136の
上端には成形用下型部材132が固定されている。これら
上型部材130及び下型部材132は、上記第2図の本発明に
よる型部材である。蒸着室108内においては、蒸着物質1
46を収容した容器142及び該容器を加熱するためのヒー
タ144が配置されている。
フリント系光学ガラス(SF14、中点Sp=586℃、ガラ
ス転位点Tg=485℃)を所定の形状及び寸法に粗加工し
て、成形のためのブランクを得た。
ス転位点Tg=485℃)を所定の形状及び寸法に粗加工し
て、成形のためのブランクを得た。
ガラスブランクをパレット120に装置し、取入れ置換
室104内の120−1の位置へ入れ、該位置のパレットをシ
リンダ124のロッド122によりA方向に押してゲートバル
ブ112を越えて成形室106内の120−2の位置へと搬送
し、以下同様に所定のタイミングで順次新たに取入れ置
換室104内にパレットを入れ、このたびにパレットを成
形室106内で120−2→…120−8の位置へと順次搬送し
た。この間に、加熱ゾーン106−1ではガラスブランク
をヒータ128により徐々に加熱し120−4の位置で軟化点
以上とした上で、プレスゾーン106−2へと搬送し、こ
こでシリンダ138,140を作動させて上型部材130及び下型
部材132により10kg/cm2の圧力で5分間プレスし、その
後加圧力を解除しガラス転位点以下まで冷却し、その後
シリンダ138,140を作動させて上型部材130及び下型部材
132をガラス成形品から離型した。該プレスに際しては
上記パレットが成形用胴型部材として利用された。しか
る後に、徐冷ゾーン106−3ではガラス成形品を徐々に
冷却した。尚、成形室106内には不活性ガスを充満させ
た。
室104内の120−1の位置へ入れ、該位置のパレットをシ
リンダ124のロッド122によりA方向に押してゲートバル
ブ112を越えて成形室106内の120−2の位置へと搬送
し、以下同様に所定のタイミングで順次新たに取入れ置
換室104内にパレットを入れ、このたびにパレットを成
形室106内で120−2→…120−8の位置へと順次搬送し
た。この間に、加熱ゾーン106−1ではガラスブランク
をヒータ128により徐々に加熱し120−4の位置で軟化点
以上とした上で、プレスゾーン106−2へと搬送し、こ
こでシリンダ138,140を作動させて上型部材130及び下型
部材132により10kg/cm2の圧力で5分間プレスし、その
後加圧力を解除しガラス転位点以下まで冷却し、その後
シリンダ138,140を作動させて上型部材130及び下型部材
132をガラス成形品から離型した。該プレスに際しては
上記パレットが成形用胴型部材として利用された。しか
る後に、徐冷ゾーン106−3ではガラス成形品を徐々に
冷却した。尚、成形室106内には不活性ガスを充満させ
た。
成形室106内において120−8の位置に到達したパレッ
トを、次の搬送ではゲートバルブ114を越えて蒸着室108
内の120−9の位置へと搬送した。通常、ここで真空蒸
着を行なうのであるが、本実施例では該蒸着を行なわな
かった。そして、次の搬送ではゲートバルブ116を越え
て取出し置換室110内の120-10の位置へと搬送した。そ
して、次の搬送時にはシリンダ150を作動させてロッド1
48によりガラス成形品を成形装置102外へと取出した。
トを、次の搬送ではゲートバルブ114を越えて蒸着室108
内の120−9の位置へと搬送した。通常、ここで真空蒸
着を行なうのであるが、本実施例では該蒸着を行なわな
かった。そして、次の搬送ではゲートバルブ116を越え
て取出し置換室110内の120-10の位置へと搬送した。そ
して、次の搬送時にはシリンダ150を作動させてロッド1
48によりガラス成形品を成形装置102外へと取出した。
以上の様なプレス成形の前後における型部材130,132
の成形面の表面粗さ及び成形された光学素子の光学面の
表面粗さ、ならびに成形光学素子と型部材130,132との
離型性について表5に示す。
の成形面の表面粗さ及び成形された光学素子の光学面の
表面粗さ、ならびに成形光学素子と型部材130,132との
離型性について表5に示す。
次に融着が起きないNo1,4について同一型部材を用い
て連続1万回のプレス成形を行なった。この際の型部材
130,132の成形面の表面粗さおよび成形された光学素子
の光学面の表面粗さについて表6に示す。
て連続1万回のプレス成形を行なった。この際の型部材
130,132の成形面の表面粗さおよび成形された光学素子
の光学面の表面粗さについて表6に示す。
以上の様に本発明実施例においては、繰返しプレス成
形に使用しても良好な表面精度を十分に維持でき、融着
を生ずることなく良好な表面精度の光学素子が成形でき
た。
形に使用しても良好な表面精度を十分に維持でき、融着
を生ずることなく良好な表面精度の光学素子が成形でき
た。
特に型母材(WC:α=5.5×10-6)と、ダイヤモンド膜
(α=4.5×10-6)の熱膨張係数の中間的な熱膨張係数
を持つSiC(α=4.7×10-6)を中間層にすることによ
り、前述の成形条件においても高耐久性を有することが
確認された。また、中間層を形成しないでダイヤモンド
層を20μmと厚くした場合にあったダイヤモンド層の研
摩あるいは光学素子の連続成形時の膜の一部剥離やカケ
といった問題も解決された。
(α=4.5×10-6)の熱膨張係数の中間的な熱膨張係数
を持つSiC(α=4.7×10-6)を中間層にすることによ
り、前述の成形条件においても高耐久性を有することが
確認された。また、中間層を形成しないでダイヤモンド
層を20μmと厚くした場合にあったダイヤモンド層の研
摩あるいは光学素子の連続成形時の膜の一部剥離やカケ
といった問題も解決された。
[発明の効果] 本発明によれば、型の成形面と平行にダイヤモンドの
(100)面を配向させることにより、この成形面に形成
されたダイヤモンド膜を容易に鏡面研磨することがで
き、従来実用化困難であったダイヤモンド膜を被覆した
型を実用化することができた。特に、ダイヤモンド膜を
用いることにより、高温でガラスと融着を起こしたり、
ガラス中に含有される鉛やアルカリ元素と反応すること
なく耐久性に優れた光学素子成形用型を得ることができ
た。
(100)面を配向させることにより、この成形面に形成
されたダイヤモンド膜を容易に鏡面研磨することがで
き、従来実用化困難であったダイヤモンド膜を被覆した
型を実用化することができた。特に、ダイヤモンド膜を
用いることにより、高温でガラスと融着を起こしたり、
ガラス中に含有される鉛やアルカリ元素と反応すること
なく耐久性に優れた光学素子成形用型を得ることができ
た。
第1図は本発明のダイヤモンド膜を形成するために用い
た成膜装置の概略断面図である。 第2図および第3図は本発明に係る光学素子成形用型の
実施態様を示す断面図で、第2図はプレス成形前の状
態、第3図はプレス成形後の状態を示す。 第4図および第6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、第4図は非
連続成形タイプ、第6図は連続成形タイプである。第5
図レンズ成形の際の時間温度関係図である。 1……排気系、2……ガス供給系、3……マイクロ波発
振器、3′……基体、4……型の母材、5……ダイヤモ
ンド膜、6……ガラス素材、7……成形されたレンズ、
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、70……水冷パイプ、71
……台、102……成形装置、104……取入れ用置換室、10
6……成形室、108……蒸着室、110……取出し用置換
室、112……ゲートバルブ、114……ゲートバルブ、116
……ゲートバルブ、118……レール、120……パレット、
122……ロッド、124……シリンダ、126……バルブ、128
……ヒータ、130……上型、132……下型、134……ロッ
ド、136……ロッド、138……シリンダ、140……シリン
ダ、142……容器、144……ヒータ、146……蒸着物質、1
48……ロッド、150……シリンダ、152……バルブ。
た成膜装置の概略断面図である。 第2図および第3図は本発明に係る光学素子成形用型の
実施態様を示す断面図で、第2図はプレス成形前の状
態、第3図はプレス成形後の状態を示す。 第4図および第6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、第4図は非
連続成形タイプ、第6図は連続成形タイプである。第5
図レンズ成形の際の時間温度関係図である。 1……排気系、2……ガス供給系、3……マイクロ波発
振器、3′……基体、4……型の母材、5……ダイヤモ
ンド膜、6……ガラス素材、7……成形されたレンズ、
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、70……水冷パイプ、71
……台、102……成形装置、104……取入れ用置換室、10
6……成形室、108……蒸着室、110……取出し用置換
室、112……ゲートバルブ、114……ゲートバルブ、116
……ゲートバルブ、118……レール、120……パレット、
122……ロッド、124……シリンダ、126……バルブ、128
……ヒータ、130……上型、132……下型、134……ロッ
ド、136……ロッド、138……シリンダ、140……シリン
ダ、142……容器、144……ヒータ、146……蒸着物質、1
48……ロッド、150……シリンダ、152……バルブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生駒 圭子 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 松島 正明 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 山本 潔 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−151628(JP,A)
Claims (2)
- 【請求項1】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、型母材の少なくも成形
面に、該成形面に(100)面が配向しているダイヤモン
ド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。 - 【請求項2】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、型母材の少なくも成形
面に、SiC,TiC,TaC,HfCおよびZrCから選ばれる中間層を
介して、該成形面に(100)面が配向しているダイヤモ
ンド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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63307934A JP2501633B2 (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 光学素子成形用型 |
US08/226,106 US5380349A (en) | 1988-12-07 | 1994-04-11 | Mold having a diamond layer, for molding optical elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63307934A JP2501633B2 (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 光学素子成形用型 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02243523A JPH02243523A (ja) | 1990-09-27 |
JP2501633B2 true JP2501633B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=17974930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63307934A Expired - Fee Related JP2501633B2 (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 光学素子成形用型 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2501633B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5102516B2 (ja) * | 2007-03-06 | 2012-12-19 | 株式会社神戸製鋼所 | 成形金型 |
CN115893815A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-04-04 | 中南林业科技大学 | 一种用于玻璃元件快速成型的模压装置及方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63151628A (ja) * | 1986-12-15 | 1988-06-24 | Canon Inc | 光学素子成形用型 |
-
1988
- 1988-12-07 JP JP63307934A patent/JP2501633B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02243523A (ja) | 1990-09-27 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |