JP2001089164A - Form block for optical element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスからなる光
学素子をプレス成形するのに用いられる光学素子用成形
型に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mold for an optical element used for press-molding an optical element made of glass.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光学ガラス材を加熱し、押圧手段により
所望形状にプレス成形して、光学素子とする方法は以前
より一般的に知られている。特に、近年は、光学系の高
性能化に伴い、非球面形状のみならず自由曲面形状等の
複雑な形状の光学素子を大量で安く生産することが望ま
れている。光学素子を安価に生産するためには、成形型
の長寿命化が必須の条件であるが、様々な金属酸化物や
アルカリ成分などを含む反応性の高いガラスを高温下で
使用するため、型の劣化が激しくなっている。2. Description of the Related Art A method of heating an optical glass material and pressing it into a desired shape by a pressing means to obtain an optical element has been generally known for some time. In particular, in recent years, with the improvement in the performance of optical systems, it has been desired to produce inexpensively large quantities of optical elements having complex shapes such as free-form surfaces as well as aspheric surfaces. In order to produce optical elements at low cost, it is essential to extend the life of the mold.However, since highly reactive glass containing various metal oxides and alkali components is used at high temperatures, Has become severely degraded.
【０００３】光学ガラス材をプレス成形する温度は、ガ
ラスの転移点にもよるが、一般的に４００℃〜８００℃
である。この温度での成形では、元素の拡散が生じ易
く、特に光学ガラス材に含まれるアルカリ金属等の成分
や雰囲気中の酸素分子は化学反応や粒界拡散し易い。そ
のため型とガラスが接触する成形面の劣化が成形型の寿
命を左右しており、これに対向するため、成形型の表面
には硬質膜等の処理が行われている。[0003] The temperature at which an optical glass material is pressed is generally 400 ° C to 800 ° C, although it depends on the transition point of the glass.
It is. In molding at this temperature, the diffusion of elements is apt to occur, and in particular, components such as alkali metals contained in the optical glass material and oxygen molecules in the atmosphere are liable to undergo chemical reaction and grain boundary diffusion. For this reason, the deterioration of the molding surface where the mold and glass come into contact determines the life of the molding die. Since the life of the molding die is opposed to this, the surface of the molding die is treated with a hard film or the like.
【０００４】従来、このようなガラス成形に用いられる
成形型に対しては、特開昭５９−１２３６２９号公報に
記載されるように、型基材の表面にＴｉＮ層を形成した
り、特開昭６２−３０３１号公報に記載されるように、
白金系合金膜を被覆することがなされている。Conventionally, as described in JP-A-59-123629, a TiN layer is formed on the surface of a mold base for a mold used for such glass molding. As described in JP-A-62-3031,
A coating with a platinum-based alloy film has been made.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする裸題】しかしながら、型基材
の表面にＴｉＮ層を形成したものは、型温度が高くなる
と雰囲気中の酸素やガラス中の酸化物からの酸素供給に
より、ＴｉＮが酸化する。特に高温下（５００℃以上）
での連続成形においては、酸化の影響によりガラスとの
離型性が悪くなり、その結果としてガラスとの融着が生
じ、離型性が低下している。However, in the case where a TiN layer is formed on the surface of a mold substrate, TiN is oxidized by supplying oxygen in the atmosphere or oxygen from oxides in the glass when the mold temperature becomes high. I do. Especially under high temperature (500 ° C or higher)
In the continuous molding of, the releasability from the glass is deteriorated due to the effect of oxidation, and as a result, fusion with the glass occurs, and the releasability is reduced.
【０００６】一方、白金系合金膜を被覆した型において
は、がラスとの離型性は良好である反面、連続成形にお
いては膜剥離が生じている。白金系合金には酸素やガラ
ス成分元素が粒界拡散により侵入し易く、拡散侵入した
成分が中間層や基材の元素と反応して化合物を生成する
ためである。これにより、白金系合金膜下で反応した化
合物成分の反応成長と、ガラス成形時の熱サイクルとに
より膜剥離が生じている。On the other hand, a mold coated with a platinum-based alloy film has good releasability from a lath, but film peeling occurs in continuous molding. This is because oxygen and a glass component element easily enter the platinum-based alloy by grain boundary diffusion, and the component that has diffused and entered reacts with an element of the intermediate layer or the base material to form a compound. As a result, film separation occurs due to the reaction growth of the compound component reacted under the platinum-based alloy film and the heat cycle during glass forming.
【０００７】以上により、いずれの従来の成形型におい
ても、連続成形の際には酸素やガラス成分との反応によ
り型が劣化するため、成形型の寿命が非常に短い問題を
有している。As described above, any conventional mold has a problem that the life of the mold is extremely short because the mold is deteriorated due to a reaction with oxygen or a glass component during continuous molding.
【０００８】本発明はこのような従来の問題点を考慮し
てなされたものであり、高温下での成形において離型性
が良好であり、且つ長寿命の光学素子用成形型を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides a mold for optical elements which has good releasability in molding under high temperature and has a long service life. With the goal.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、ガラスからなる光学素子のプレ
ス成形に用いる光学素子用成形型において、型母材の少
なくとも成形面がイリジウム酸化物を主成分とする膜層
からなることを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention is directed to an optical element molding die used for press molding of an optical element made of glass, wherein at least a molding surface of a mold base material is made of iridium oxide. It is characterized by being composed of a film layer containing a substance as a main component.
【００１０】ガラス成形においては、主に成形型とガラ
スが接触する成形面の劣化が寿命を左右する。この発明
では、イリジウム酸化物（ＩｒＯ２）の作用に着目し、
この物質を成形面に形成することによって延命化を図っ
ている。成形型の劣化要因としては、雰囲気中の酸素に
よる型表面の酸化があるが、イリジウム酸化物は元来安
定な酸化物であるため、酸化進行による劣化はない。In glass molding, deterioration of a molding surface where a molding die and glass come into contact mainly determines the life. In the present invention, attention is paid to the action of iridium oxide (IrO 2 ),
The life is extended by forming this material on the molding surface. As a cause of deterioration of the mold, oxidation of the mold surface by oxygen in the atmosphere is involved. However, since iridium oxide is originally a stable oxide, there is no deterioration due to progress of oxidation.
【００１１】また酸素の粒界からの拡散に対し、イリジ
ウム酸化物は酸素を含む化学元素の拡散をブロックする
作用を有している。このブロック作用については未だ原
理的に解明されていないが、現象としては、光学素子の
成形型以外にも、強誘電体メモリー用の薄膜等でも確認
されている。さらに、イリジウム酸化物は非常に安定な
物質であり、高温下のガラス成分との反応も見られず、
ガラスとの離型性が非常に良好である。In contrast to diffusion of oxygen from the grain boundaries, iridium oxide has an effect of blocking diffusion of a chemical element containing oxygen. Although this blocking action has not been clarified in principle, a phenomenon has been confirmed not only in a mold for an optical element but also in a thin film for a ferroelectric memory. In addition, iridium oxide is a very stable substance, no reaction with glass components under high temperature,
Very good releasability from glass.
【００１２】従って、この発明の光学素子用成形型によ
れば、成形面にイリジウム酸化物を形成することによ
り、ガラスの離型性が良く、酸化やガラスとの化学反応
や元素拡散に伴う劣化が改善されるため、型寿命を延ば
すことができる。又、型寿命が延びることにより、光学
素子を安価に提供することが可能となる。Therefore, according to the mold for an optical element of the present invention, by forming iridium oxide on the molding surface, the mold releasability of the glass is good, and deterioration due to oxidation, chemical reaction with the glass, and element diffusion. Is improved, so that the life of the mold can be extended. In addition, it is possible to provide the optical element at low cost by extending the mold life.
【００１３】請求項２の発明は、請求項１記載の発明で
あって、前記イリジウム酸化物の膜層が５０ｎｍ以上の
厚さであることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the iridium oxide film layer has a thickness of 50 nm or more.
【００１４】成形型の成形面に用いる膜としてのイリジ
ウム酸化物の膜層は、５０ｎｍ以上の厚さであれば十分
にその作用効果を得ることができる。しかし５０ｎｍ以
下の厚さでは、膜厚が結晶粒の大きさと非常に近くなる
ため、粒子脱落などによる部分欠陥の可能性が大きくな
り好ましくない。If the thickness of the iridium oxide film layer used as the film used on the molding surface of the mold is 50 nm or more, the function and effect can be sufficiently obtained. However, if the thickness is less than 50 nm, the film thickness becomes very close to the size of the crystal grains, so that the possibility of partial defects due to dropout of particles increases, which is not preferable.
【００１５】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
発明であって、前記成形面から型母材方向に向けてイリ
ジウム酸化物の濃度が低減するような分布としたことを
特徴とする。The invention of claim 3 is the invention of claim 1 or 2, wherein the distribution is such that the concentration of iridium oxide decreases from the molding surface toward the mold base material. I do.
【００１６】このようにイリジウム酸化物の濃度を成形
面から型母材側に徐々に減少させるように傾斜させるこ
とにより、下地との密着力が向上する。By thus inclining the iridium oxide concentration from the molding surface to the mold base material side gradually, the adhesion to the base is improved.
【００１７】以上の発明において、成形面のイリジウム
酸化物の濃度をＸＰＳによるプロファイルによって成形
面から５０ｎｍの範囲で測定し、ガラス成形性の評価と
比較すると、イリジウム酸化物が７０モル％（以下、モ
ル％はモル比を示す。）以上で酸素の拡散低下の作用に
よる延命効果が確認されている。In the above invention, the concentration of iridium oxide on the molding surface is measured in a range of 50 nm from the molding surface by an XPS profile and compared with the evaluation of glass moldability. The mol% indicates a molar ratio.) From the above, the life extension effect due to the effect of reducing oxygen diffusion has been confirmed.
【００１８】また、イリジウム酸化物の下層にイリジウ
ムまたはイリジウム合金或いは酸化物層を形成すること
により、イリジウム酸化物と型母材との密着力を向上さ
せることができる。Further, by forming iridium, an iridium alloy, or an oxide layer below the iridium oxide, the adhesion between the iridium oxide and the mold base material can be improved.
【００１９】以上の発明において、成形面に形成された
イリジウム酸化物の作用及び効果は型母材の材質に関わ
らず得られるため、型母材の材質は限定されないが、成
形型の母材として用いられている超硬合金、炭化ケイ
素、窒化ケイ素、アルミナ、クロミア、ジルコニアが高
温時の硬度が高く好ましい。In the above invention, since the function and effect of the iridium oxide formed on the molding surface can be obtained regardless of the material of the mold base material, the material of the mold base material is not limited. Cemented carbides, silicon carbide, silicon nitride, alumina, chromia, and zirconia are preferred because of their high hardness at high temperatures.
【００２０】成形型としての膜形成は、型母材の成形面
側を研磨し、十分に平滑かつ形状精度を良好に仕上げた
後、酸素ガス雰囲気下でイリジウム片をターゲットとし
た反応性スバッタリングを行うことにより、所望の厚さ
の膜が得られる。これに代えて、成形型の成形面にイリ
ジウムを主成分とした薄膜をスパッタリングやその他の
ＰＶＤ法で成膜した後、その膜に酸素イオンを注入した
り、大気雰囲気や酸素雰囲気下で高温に加熱して表面酸
化を促進し、これにより成形面に酸化イリジウムを形成
しても良い。また、成膜時にイオンビームミキシングを
用いて成膜することができる。又、必要に応じて研磨を
行い、粗さや形状などの表面品質を向上させても良い。In forming a film as a molding die, the molding surface side of the mold base material is polished to obtain a sufficiently smooth and good shape accuracy, and then a reactive sputtering target targeting iridium pieces in an oxygen gas atmosphere is used. By performing the ring, a film having a desired thickness is obtained. Instead, a thin film containing iridium as a main component is formed on the molding surface of the mold by sputtering or another PVD method, and then oxygen ions are implanted into the film, or the film is heated to a high temperature in an air atmosphere or an oxygen atmosphere. Heating may promote surface oxidation, thereby forming iridium oxide on the molding surface. Further, the film can be formed by using ion beam mixing at the time of film formation. Further, polishing may be performed as necessary to improve surface quality such as roughness and shape.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１に示すよう
に、型母材１として超硬合金（ＷＣ９９％ ＴｉＣ１
％）からなる基材を所望の最終製品に対応した形状と概
略近い形状に加工した後、その成形面１ａをダイヤモン
ド砥石を用いた研削加工により所望の最終形状に対応し
た形状に加工し、その後、鏡面研磨を施した。これによ
り、直径φが１５ｍｍ、曲率半径Ｒが３２ｍｍの成形面
１ａを有した四面形状の型母材１を作製した。(Embodiment 1) As shown in FIG. 1, a cemented carbide (WC99% TiC1)
%) Is processed into a shape substantially similar to the shape corresponding to the desired final product, and then the molding surface 1a is processed into a shape corresponding to the desired final shape by grinding using a diamond grindstone. And mirror-polished. Thus, a four-sided mold base material 1 having a molding surface 1a having a diameter φ of 15 mm and a radius of curvature R of 32 mm was produced.
【００２２】この型部材１の成形面１ａに対し、イリジ
ウム（Ｉｒ）をターゲットとして酸素雰囲気中でＲＦス
パックリングを行い、膜厚０．２μｍの酸化イリジウム
（ＩｒＯ２ ）膜２を形成した。酸化イリジウム膜２を
成膜した後は、この膜の表面がガラスの成形面となる。
酸化イリジウム膜２の膜層の表面粗さＲａは０．００５
μｍであった。この膜層をオージェ分光分析により元素
分析を行ったところ、Ｉｒが３８ａｔ％（以下、ａｔ％
は原子比を示す。）、Ｏが６２ａｔ％存在し、多くのＩ
ｒＯ２ が存在していることが確認された。次に、以上
のようにして成膜された成形型を大気雰囲気中で６００
℃まで加熱した後、徐冷して膜の残留応力を取り除い
た。RF molding was performed on the molding surface 1a of the mold member 1 in an oxygen atmosphere using iridium (Ir) as a target to form an iridium oxide (IrO 2 ) film 2 having a thickness of 0.2 μm. After the iridium oxide film 2 is formed, the surface of this film becomes a glass molding surface.
The surface roughness Ra of the film layer of the iridium oxide film 2 is 0.005.
μm. Elemental analysis of this film layer by Auger spectroscopy revealed that Ir was 38 at% (hereinafter, at%).
Represents an atomic ratio. ), O is present at 62 at% and many I
It was confirmed that rO 2 was present. Next, the mold formed as described above is placed in an air atmosphere for 600 minutes.
After heating to ℃, the film was gradually cooled to remove the residual stress of the film.
【００２３】このようにして得られた光学素子用成形型
を用いてＳｉＯ２ 、ＢａＯを主成分とした硝材Ａを大
気雰囲気下で６００℃に加熱してプレス成形した。Using the molding die for an optical element thus obtained, a glass material A containing SiO 2 and BaO as main components was heated to 600 ° C. in an air atmosphere and press-molded.
【００２４】比較例１としてこの実施の形態と同様の型
母材にＲＦスパッタリングにより白金（Ｐｔ）を０．２
μｍ成膜した成形型を用いて硝材Ａをプレス成形した。
比較例１の成形型は２８６ショット目で白金膜に膜剥が
れが生じた。膜剥がれの部分を観察、分析したところ、
型母材の超硬合金中のタングステンが酸化されて酸化タ
ングステン（ＷＯ３ ）が析出していた。タングステン
の酸化で生じる酸化タングステンは酸化時に体積膨張す
るため、その膨張によって膜が剥がれ易くなったものと
考えられる。酸化の原因となる酸素は白金膜からの粒界
拡散によるものである。またオージェ分光分析によりプ
ロファイルを撮ったところ、ガラス成分のバリウム（Ｂ
ａ）が膜中の型母材付近まで侵入していることが確認さ
れた。これによっても、白金膜が他の元素を拡散し易い
ことが確認された。As Comparative Example 1, platinum (Pt) was added to a mold base material similar to that of this embodiment by RF sputtering.
The glass material A was press-formed using a mold having a thickness of μm.
In the mold of Comparative Example 1, the platinum film was peeled off at the 286th shot. Observing and analyzing the part of the film peeling,
Tungsten in the cemented carbide of the mold base material was oxidized, and tungsten oxide (WO 3 ) was precipitated. Tungsten oxide generated by oxidation of tungsten expands in volume at the time of oxidation, and it is considered that the film is easily peeled off by the expansion. Oxygen causing oxidation is due to grain boundary diffusion from the platinum film. When a profile was taken by Auger spectroscopy, barium (B
It was confirmed that a) penetrated into the vicinity of the mold base material in the film. This also confirms that the platinum film easily diffuses other elements.
【００２５】これに対して、この実施の形態の成形型
は、離型時のガラス貼り付きも全くなく、１０００ショ
ット成形後も膜剥がれは見られなかった。この膜につい
てオージェ分光分析によりプロファイルを撮ったとこ
ろ、バリウムは最表層のみに存在するだけであり、比較
例１で見られたように深部まで拡散していないことが確
認された。On the other hand, in the molding die of this embodiment, there was no sticking of glass at the time of mold release, and no film peeling was observed even after the formation of 1000 shots. When a profile of this film was taken by Auger spectroscopy, it was confirmed that barium was present only in the outermost layer and was not diffused to a deep portion as seen in Comparative Example 1.
【００２６】従って、この実施の形態の成形型では、雰
囲気中の酸素やガラス成分中の元素の拡散が抑制され、
膜剥がれによる劣化を防止することができ、型寿命を長
くすることが可能となっている。Therefore, in the mold of this embodiment, diffusion of oxygen in the atmosphere and elements in the glass component is suppressed,
Deterioration due to film peeling can be prevented, and the mold life can be extended.
【００２７】（実施の形態２）図２及び図３は実施の形
態２を示す。この実施の形態では、実施の形態１と同様
の超硬合金からなる型母材３の成形面３ａ上に対し、不
活性ガス雰囲気中でＲＦスパッタリングを行ってクロム
（Ｃｒ）を中間層４として０．４μｍ成膜し、更にイリ
ジウムを最表層５として０．８μｍの膜厚で成膜した。(Embodiment 2) FIGS. 2 and 3 show Embodiment 2. FIG. In this embodiment, chromium (Cr) is used as the intermediate layer 4 by performing RF sputtering in the inert gas atmosphere on the molding surface 3a of the mold base material 3 made of the same hard metal as in the first embodiment. A film having a thickness of 0.4 μm was formed, and iridium was further formed as the outermost layer 5 with a film thickness of 0.8 μm.
【００２８】こうして得られた成形型の最表層５に対し
て、酸素イオンを加速電圧１２０ｋＶで１０１６ｉｏｎ
ｓ／ｃｍ２ 注入して成形面に酸化イリジウムを形成し
た。そして、この成形型を大気雰囲気下で６００℃まで
加熱した後、徐冷した。Oxygen ions were applied to the outermost layer 5 of the thus obtained mold at an acceleration voltage of 120 kV for 10 16 ions.
By injecting s / cm 2 , iridium oxide was formed on the molding surface. Then, the mold was heated to 600 ° C. in an air atmosphere and then gradually cooled.
【００２９】図３はこの成形型をＸＰＳにより探さ方向
のプロファイルを行った結果である。。同図において、
縦軸に組成比、横軸に膜の表面からの深さをプロットし
てある。表面近傍では、酸素とイリジウムがほぼ２：１
で存在し、酸化イリジウム（ＩｒＯ２ ）が形成されて
いると推定される。この酸化イリジウムの層５の表面が
ガラス成形の成形面となる。FIG. 3 shows the profile of this molding die in the search direction by XPS. . In the figure,
The vertical axis plots the composition ratio, and the horizontal axis plots the depth from the film surface. Near the surface, oxygen and iridium are almost 2: 1
It is presumed that iridium oxide (IrO 2 ) is formed. The surface of the iridium oxide layer 5 becomes a molding surface for glass molding.
【００３０】このようにして得られた光学素子用成形型
を用いて、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びアルカリ金属酸化物
を主成分とした硝材Ｂを酸素雰囲気下で５６０℃に加熱
してプレス成形したところ、離型時のガラス貼り付きが
全く見られず、１０００ショット成形後も膜剥がれは見
られなかった。Using the mold for an optical element thus obtained, a glass material B containing SiO 2 , TiO 2 and an alkali metal oxide as main components was heated to 560 ° C. in an oxygen atmosphere and press-molded. However, no sticking of glass was observed at the time of mold release, and no film peeling was observed even after the formation of 1000 shots.
【００３１】比較例２としてＴｉＮを超硬合金上に０．
８μｍの膜厚で成膜した成形型を用いて同条件で成形し
たところ、１１０ショット目からガラスの貼り付きが見
られ、その後も頻繁に貼り付くようになり１３８ショッ
トで全くガラスが剥がれなくなった。ＴｉＮの表面を観
察したところ、ガラスが接触する部分が初期の金色から
酸化によって紫色に変色しており、この酸化物ＴｉＯ
２ がガラス成分と同じためガラスとの親和力が高く、
貼り付きの原因となったことが判明した。As Comparative Example 2, TiN was added on a cemented carbide in an amount of 0.
When molding was performed under the same conditions using a mold formed with a film thickness of 8 μm, sticking of the glass was observed from the 110th shot, and the glass adhered frequently thereafter, and the glass did not come off at all at 138 shots. . Observation of the surface of TiN revealed that the portion in contact with the glass had changed from an initial gold color to a purple color due to oxidation.
2 has the same affinity for glass because it is the same as the glass component,
It turned out that it caused sticking.
【００３２】このような実施の形態では、成形型が元来
酸化物であるため、酸化による経時変化が無く、初期の
離型性が継続して保たれている。また、酸化イリジウム
を用いた実施の形態１と同様の効果に加え、更に中間層
にクロムを用いたことにより、膜応力が低減して密着力
が高まっている。In such an embodiment, since the mold is originally an oxide, there is no change with time due to oxidation, and the initial mold releasability is maintained. Further, in addition to the effect similar to that of the first embodiment using iridium oxide, the use of chromium in the intermediate layer further reduces the film stress and increases the adhesion.
【００３３】この実施の形態に使用した各材料の熱線膨
張係数は、型母材３の超硬合金が５．４×１０−６／
Ｋ、中間層４であるクロムが６．７×１０−６／Ｋ、イ
リジウムが９．８×１０−６／Ｋであり、クロムを用い
ることで、型母材３に直接イリジウム層を成膜するのに
比べて 熱線膨張係数の差を低減することができてい
る。The coefficient of linear thermal expansion of each material used in this embodiment is as follows: the cemented carbide of the mold base material 3 is 5.4 × 10 −6 /
K, chromium as the intermediate layer 4 is 6.7 × 10 −6 / K, iridium is 9.8 × 10 −6 / K, and the iridium layer is formed directly on the mold base material 3 by using chromium. The difference in the coefficient of linear thermal expansion can be reduced.
【００３４】更に、クロムは高温下でイリジウムと相互
拡散するため、クロム、イリジウム膜層間の密着力をさ
らに向上させることができる。なお、熱線膨張係数の差
が低減する作用効果は、熱線膨張係数がイリジウムと型
母材との間であるものであれば、その組合せで同様の効
果を得ることができ、例えば基材に超碩合金を用いた場
合には、中間層がニッケル（Ｎｉ）でも同様の効果を得
ることができる。Further, since chromium interdiffuses with iridium at a high temperature, the adhesion between the chromium and iridium film layers can be further improved. In addition, the effect of reducing the difference in the coefficient of linear thermal expansion can be obtained as long as the coefficient of linear thermal expansion is between iridium and the mold base material. When a high-grade alloy is used, the same effect can be obtained even when the intermediate layer is nickel (Ni).
【００３５】この実施の形態では、表層から型母材３の
方向に向けてイオン注入によりイリジウム酸化層を形成
しており、イリジウム酸化物の濃度が徐々に低下する傾
斜層となっているため、イリジウムとの境界からの剥離
の可能性を低減させることができている。さらには、こ
れらの作用の結果、この実施の形態の成形型は離型性が
良いだけでなく、膜剥離に対する長寿命化も可能となっ
ている。In this embodiment, the iridium oxide layer is formed by ion implantation from the surface layer to the direction of the mold base material 3, and the iridium oxide concentration is a graded layer in which the iridium oxide concentration gradually decreases. The possibility of separation from the boundary with iridium can be reduced. Furthermore, as a result of these actions, the mold of the present embodiment not only has good releasability, but also can have a long life against film peeling.
【００３６】（実施の形態３）この実施の形態では、実
施の形態１と同様の超硬合金からなる型母材上に対し、
中間層として不活性ガス雰囲気中でのＲＦスパッタリン
グによりクロムを０．２μｍ成膜し、更に白金とイリジ
ウムを組成比で白金２０ａｔ％、イリジウム８０ａｔ％
の割合で０．３μｍの膜厚で成膜した。この膜の表面粗
さＲａは０．００７μｍであった。(Embodiment 3) In this embodiment, a mold base material made of a cemented carbide similar to that of Embodiment 1 is used.
As an intermediate layer, chromium is formed in a thickness of 0.2 μm by RF sputtering in an inert gas atmosphere, and platinum and iridium are further composed of 20 at% of platinum and 80 at% of iridium in a composition ratio of platinum and iridium.
At a rate of 0.3 μm. The surface roughness Ra of this film was 0.007 μm.
【００３７】こうして得られた成形型を酸素雰囲気中で
１０００℃に加熱して１時間保持し、表面酸化を促進さ
せて表面にイリジウム酸化物を生成させ、その後、放冷
した。得られた成形型の表面粗さＲａは０．０１μｍと
粗くなったものの、成形型として求められる粗さとして
はまだ十分な鏡面を有している。The thus obtained mold was heated to 1000 ° C. in an oxygen atmosphere and held for 1 hour to promote surface oxidation to generate iridium oxide on the surface, and then allowed to cool. Although the surface roughness Ra of the obtained mold was as coarse as 0.01 μm, it still has a mirror surface sufficient for the roughness required for the mold.
【００３８】この光学素子用成形型を用いてＳｉ
Ｏ２ 、ＢａＯを主成分とした硝材Ａを大気雰囲気中で
６００℃に加熱してプレス成形したところ、離型時のガ
ラス貼り付きが全く見られず、１０００ショット成形後
も膜剥がれは見られなかった。また、成形面の粗さも初
期からの変化していなかった。Using this mold for optical elements,
When glass material A containing O 2 and BaO as main components was heated to 600 ° C. in the air atmosphere and press-molded, no glass sticking was observed at the time of mold release, and film peeling was observed even after 1000 shot molding. Did not. Further, the roughness of the molding surface did not change from the initial stage.
【００３９】この実施の形態の成形型をオージェ分光分
析によるプロファイルにより成形面から５０ｎｍの範囲
で測定したところ、酸素とイリジウムと白金の組成比
が、酸素５６ａｔ％、イリジウム３２ａｔ％、白金１２
ａｔ％となっていた。イリジウムは白金と比べると非常
に酸化され易い物質であり、検出された酸素は全てイリ
ジウムの酸化に消費されている。ここでイリジウム酸化
物のＩｒＯ２ と他元素の割合を算出すると、イリジウ
ム酸化物が７０ａｔ％存在していることが確認された。
このイリジウム酸化物と白金からなる膜の表面がガラス
成形の成形面となる。When the mold of this embodiment was measured in a range of 50 nm from the molding surface by a profile by Auger spectroscopy, the composition ratio of oxygen, iridium, and platinum was 56 at% for oxygen, 32 at% for iridium, and 12 for platinum.
at%. Iridium is a substance that is much more easily oxidized than platinum, and all the detected oxygen is consumed for the oxidation of iridium. Here, when the ratio of IrO 2 and other elements of the iridium oxide was calculated, it was confirmed that the iridium oxide was present at 70 at%.
The surface of the film made of iridium oxide and platinum becomes a molding surface of glass molding.
【００４０】比較例３として、この実施の形態と同様の
超硬合金からなる型母材上に不活性ガス雰囲気中でのＲ
Ｆスパッタリングによりクロムを中間層として０．２μ
ｍ成膜し、さらに白金を０．３／μｍの膜厚で成膜した
成形型を作製した。この成形型を用いて、ＳｉＯ２ 、
ＢａＯを主成分とした硝材Ａを酸素雰囲気下で６００℃
に加熱してプレス成形したところ、１００ショット時点
でクロムの表面析出が確認され、６２５ショット目で膜
剥離が生じた。この型を破壊して元素分析したところ、
中間層のクロムを酸化していると推測される酸素が検出
され、特に膜が剥離した付近では多くの酸素と一部ガラ
ス成分であるバリウムが検出された。この成形型では酸
素、バリウムの拡散が中間層と白金層との界面に影響を
与えて膜剥離を生じたものである。As Comparative Example 3, R in an inert gas atmosphere was placed on a mold base material made of the same cemented carbide as in this embodiment.
0.2μ with chromium as intermediate layer by F sputtering
m, and a mold was formed in which platinum was formed to a thickness of 0.3 / μm. Using this mold, SiO 2 ,
Glass material A containing BaO as a main component is heated to 600 ° C. in an oxygen atmosphere.
Then, press forming was carried out, and chromium surface precipitation was confirmed at the 100th shot, and film peeling occurred at the 625th shot. When this mold was destroyed and subjected to elemental analysis,
Oxygen presumably oxidizing the chromium in the intermediate layer was detected. In particular, a large amount of oxygen and barium, which is a part of a glass component, were detected near the peeled film. In this mold, diffusion of oxygen and barium affects the interface between the intermediate layer and the platinum layer, resulting in film peeling.
【００４１】一方、この実施の形態の成形型を破壊して
元素分析したところ、中間層には酸素はほとんど検出さ
れず、バリウムは全く検出されなかった。これにより元
素の拡散防止の効果があることが確認された。On the other hand, when the mold of this embodiment was broken and subjected to elemental analysis, almost no oxygen was detected in the intermediate layer and no barium was detected. It was confirmed that this had the effect of preventing element diffusion.
【００４２】このような実施の形態では、イリジウム酸
化物は表層において元素拡散を防止しており、長寿命化
が可能となっている。In such an embodiment, iridium oxide prevents element diffusion in the surface layer, and can extend the life.
【００４３】（実施の形態４）実施の形態１と同形状に
加工されたジルコニア（ＺｒＯ２ ）からなるの型母材
の成形面を、超微細ダイヤモンド砥粒を用いて面粗さＲ
ａが０．００２μｍとなるように仕上げた。この成形面
に対し、イリジウム（Ｉｒ）をターゲットとして酸素雰
囲気中でのＲＦスパッタリングを行い、膜厚０．０５μ
ｍの酸化イリジウム（ＩｒＯ２ ）膜を成膜した。この
酸化イリジウムの膜の表面がガラス成形の成形面とな
る。(Embodiment 4) A molding surface of a die base material made of zirconia (ZrO 2 ) processed into the same shape as that of Embodiment 1 is subjected to surface roughness R using ultrafine diamond abrasive grains.
It was finished so that a became 0.002 μm. RF sputtering was performed on this molded surface in an oxygen atmosphere using iridium (Ir) as a target to form a film having a thickness of 0.05 μm.
m iridium oxide (IrO 2 ) film was formed. The surface of the iridium oxide film becomes a molding surface for glass molding.
【００４４】この光学素子用成形型を用いてＳｉ
Ｏ２ 、ＢａＯを主成分とした硝材Ａを大気雰囲気下で
６００℃に加熱してプレス成形したところ、離型時のガ
ラス貼り付きが全く見られず、１０００ショット成形後
も膜剥がれは見られなかった。Using this mold for optical element,
When the glass material A containing O 2 and BaO as main components was heated to 600 ° C. in the air atmosphere and press-molded, no glass sticking was observed at the time of mold release, and film peeling was observed even after 1000 shot molding. Did not.
【００４５】（実施の形態５）図４は実施の形態５を示
す。型母材６として炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる基材
を所望の最終製品に対応した形状と概略近い形状に加工
した後、成形面６ａをダイヤモンド砥石を用いた研削加
工により所望の最終形状に対応した形状に加工し、鏡面
研磨を施した。これにより、直径φが１８ｍｍ、曲率半
径Ｒが４５ｍｍの凸面形状の成形面６ａを有した型母材
６が得られた。(Fifth Embodiment) FIG. 4 shows a fifth embodiment. After processing a substrate made of silicon carbide (SiC) as the mold base material 6 into a shape approximately similar to the shape corresponding to the desired final product, the forming surface 6a is processed to a desired final shape by grinding using a diamond grindstone. It was processed into a polished shape and mirror-polished. As a result, a mold base material 6 having a convex molding surface 6a having a diameter φ of 18 mm and a curvature radius R of 45 mm was obtained.
【００４６】そして、鏡面となっている型母材６の成形
面６ａに対し、酸素イオンを加速電圧１００ｋＶで１０
１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２ 注入して表面に二酸化ケイ素層
（ＳｉＯ２ ）７を形成した。この二酸化ケイ素層７に
対し、イリジウム（Ｉｒ）をターゲットとした酸素雰囲
気中でのＲＦスパッタリングを行い、膜厚０．２μｍの
酸化イリジウム（ＩｒＯ２ ）の膜層８を形成した。こ
の酸化イリジウムの膜の表面がガラス成形の成形面とな
る。Then, oxygen ions are applied to the molding surface 6a of the mold base material 6, which is a mirror surface, at an acceleration voltage of 100 kV for 10 minutes.
By implanting 16 ions / cm 2, a silicon dioxide layer (SiO 2 ) 7 was formed on the surface. The silicon dioxide layer 7 was subjected to RF sputtering in an oxygen atmosphere using iridium (Ir) as a target to form a 0.2 μm-thick iridium oxide (IrO 2 ) film layer 8. The surface of the iridium oxide film becomes a molding surface for glass molding.
【００４７】この光学素子用成形型を用いて、Ｌａ２Ｏ
３を主成分とした硝材Ｃを大気雰囲気下で６８０℃に加
熱してプレス成形したところ、離型時のガラス貼り付き
が全く見られず、１０００ショット成形後も膜剥離は見
られなかった。Using this optical element molding die, La 2 O
When glass material C containing 3 as a main component was heated to 680 ° C. in an air atmosphere and press-molded, no sticking of glass was observed at the time of mold release, and no film peeling was observed even after 1000 shot molding.
【００４８】[0048]
【発明の効果】請求項１の発明の光学素子用成形型によ
れば、ガラスの離型性が良好で、高温での耐久性に優
れ、しかも酸化やガラスとの化学反応や元素拡散に伴う
劣化が改善され、型寿命を延ばすことができる。According to the mold for an optical element of the present invention, the mold releasability of the glass is good, the durability at a high temperature is excellent, and it is accompanied by oxidation, chemical reaction with the glass and element diffusion. Deterioration is improved and mold life can be extended.
【００４９】請求項２の発明によれば、イリジウム酸化
物の膜層が５０ｎｍ以上の厚さのため、ガラスの離型性
が良好で、型寿命を延ばすことができる。According to the second aspect of the present invention, since the iridium oxide film layer has a thickness of 50 nm or more, the mold releasability of the glass is good, and the life of the mold can be extended.
【００５０】請求項３の発明によれば、イリジウム酸化
物の濃度を成形面から型母材側に徐々に減少させるよう
に傾斜させるため、下地との密着力が向上する。According to the third aspect of the present invention, since the concentration of iridium oxide is inclined so as to gradually decrease from the molding surface toward the mold base material, the adhesion to the base is improved.
【図１】本発明の実施の形態１における成形型の断面図
である。FIG. 1 is a sectional view of a molding die according to Embodiment 1 of the present invention.
【図２】実施の形態２の成形型の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a molding die according to a second embodiment.
【図３】実施の形態２の成形型をＸＰＳ分析の特性図で
ある。FIG. 3 is a characteristic diagram of an XPS analysis of the mold according to the second embodiment.
【図４】実施の形態５の成形型の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a molding die according to a fifth embodiment.
１ ３ ６ 型母材 １ａ ３ａ ６ａ 成形面 ２ ５ ８ 酸化イリジウム膜 13 6 type base material 1a 3a 6a Forming surface 25 8 iridium oxide film
フロントページの続き (72)発明者 菊地 健次 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G015 HA01 Continued on the front page (72) Inventor Kenji Kikuchi 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo F-term in Olympus Optical Co., Ltd. 4G015 HA01
Claims (3)
用いる光学素子用成形型において、型母材の少なくとも
成形面がイリジウム酸化物を主成分とする膜層からなる
ことを特徴とする光学素子用成形型。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 is made of a film layer containing iridium oxide as a main component. Mold.
以上の厚さであることを特徴とする請求項１記載の光学
素子用成形型。2. The iridium oxide film layer has a thickness of 50 nm.
2. The mold for an optical element according to claim 1, wherein said mold has the above thickness.
ジウム酸化物の濃度が低減するような分布としたことを
特徴とする請求項１又は２記載の光学素子用成形型。3. The molding die for an optical element according to claim 1, wherein the distribution is such that the concentration of iridium oxide decreases from the molding surface toward the mold base material.
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