JP2002348129A - ガラス光学素子成型金型の製造方法及びガラス光学素子の成形方法 - Google Patents
ガラス光学素子成型金型の製造方法及びガラス光学素子の成形方法Info
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- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温で成形されるガラス光学素子の金型を精
密な形状に加工することができ、かつ、クラックの無い
金型を提供する。 【解決手段】 超硬合金、サーメット、セラミックス、
鉄系合金等の母材上に切削加工層としてＮｉ−Ｐからな
る真空蒸着層をもうけ、前記切削加工層をダイヤモンド
バイトを用いた超精密切削により光学面形状を所望の精
度に仕上げ加工後、成形温度より１０度以上高い温度で
熱処理をして、さらに、前記光学面、すなわち成形面に
窒化物もしくは炭化物セラミックス等からなる中間層
と、その上面にＤＬＣ膜（ダイヤモンド状炭素膜）の離
型層をもうけたガラス光学素子成形用金型を用いて、成
形温度が３９０℃〜４９０℃の範囲のガラス光学素子を
成形することにより、連続成形においても十分実用に耐
えうる光学素子が成形できるようになった。
密な形状に加工することができ、かつ、クラックの無い
金型を提供する。 【解決手段】 超硬合金、サーメット、セラミックス、
鉄系合金等の母材上に切削加工層としてＮｉ−Ｐからな
る真空蒸着層をもうけ、前記切削加工層をダイヤモンド
バイトを用いた超精密切削により光学面形状を所望の精
度に仕上げ加工後、成形温度より１０度以上高い温度で
熱処理をして、さらに、前記光学面、すなわち成形面に
窒化物もしくは炭化物セラミックス等からなる中間層
と、その上面にＤＬＣ膜（ダイヤモンド状炭素膜）の離
型層をもうけたガラス光学素子成形用金型を用いて、成
形温度が３９０℃〜４９０℃の範囲のガラス光学素子を
成形することにより、連続成形においても十分実用に耐
えうる光学素子が成形できるようになった。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス光学素子の
プレス成型用金型の製造方法、及び、ガラス光学素子の
プレス成形方法に関する。
プレス成型用金型の製造方法、及び、ガラス光学素子の
プレス成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、自由曲面形状や微細格子形状等の
プラスチックレンズの成形においては、成形用金型とし
て、超精密切削が可能なＮｉとＰからなる無電解ニッケ
ルメッキ層をダイヤモンドバイトにより切削加工で光学
鏡面を得ている。また更に高精度な光学面が必要なもの
は研磨加工により光学鏡面を得ている。この場合はプラ
スチックの成形温度が２００℃以下であるため、切削お
よび研磨加工前に２００℃〜２５０℃の範囲で熱処理を
行っていた。
プラスチックレンズの成形においては、成形用金型とし
て、超精密切削が可能なＮｉとＰからなる無電解ニッケ
ルメッキ層をダイヤモンドバイトにより切削加工で光学
鏡面を得ている。また更に高精度な光学面が必要なもの
は研磨加工により光学鏡面を得ている。この場合はプラ
スチックの成形温度が２００℃以下であるため、切削お
よび研磨加工前に２００℃〜２５０℃の範囲で熱処理を
行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、プラスチックのように成形温度が２００℃以
下である場合においては可能であるが、ガラスのプレス
成形においては、高温耐久性を得るために加工層として
Ｎｉ−Ｐから構成される真空蒸着膜を高い温度で熱処理
する必要がある。しかし、Ｎｉ−Ｐから構成される膜
は、３００℃以上に熱処理温度を上げると結晶化が進
み、切削前に熱処理を行うとダイヤモンドバイトによる
超精密切削では刃物の磨耗の進行が早く良好に切削する
ことができなかった。又、母材の熱膨張係数がＮｉ−Ｐ
から構成される膜と大きく違うと昇温後冷却する時点
で、熱収縮量の違いからクラックが発生するという問題
点があった。
来例では、プラスチックのように成形温度が２００℃以
下である場合においては可能であるが、ガラスのプレス
成形においては、高温耐久性を得るために加工層として
Ｎｉ−Ｐから構成される真空蒸着膜を高い温度で熱処理
する必要がある。しかし、Ｎｉ−Ｐから構成される膜
は、３００℃以上に熱処理温度を上げると結晶化が進
み、切削前に熱処理を行うとダイヤモンドバイトによる
超精密切削では刃物の磨耗の進行が早く良好に切削する
ことができなかった。又、母材の熱膨張係数がＮｉ−Ｐ
から構成される膜と大きく違うと昇温後冷却する時点
で、熱収縮量の違いからクラックが発生するという問題
点があった。
【０００４】従って、本発明の目的は、高温で成形され
るガラス光学素子の金型を精密な形状に加工することが
でき、かつ、クラックの無い金型を提供することにある
るガラス光学素子の金型を精密な形状に加工することが
でき、かつ、クラックの無い金型を提供することにある
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、熱膨張係数が１０×１０−６〜１６×
１０−６である型母材上にＮｉ−Ｐから構成される加工
層をダイヤモンドバイトを用いた超精密切削により光学
面形状を所望の精度に仕上げ加工をした後に、成形温度
より１０度以上高い温度で４００℃〜５００℃の温度範
囲で熱処理を行う工程を有することを特徴とするガラス
光学素子成形金型の製造方法である。
に、本発明では、熱膨張係数が１０×１０−６〜１６×
１０−６である型母材上にＮｉ−Ｐから構成される加工
層をダイヤモンドバイトを用いた超精密切削により光学
面形状を所望の精度に仕上げ加工をした後に、成形温度
より１０度以上高い温度で４００℃〜５００℃の温度範
囲で熱処理を行う工程を有することを特徴とするガラス
光学素子成形金型の製造方法である。
【０００６】又、上記方法で形成された成形面に窒化物
もしくは炭化物セラミックス等からなる中間層と、その
上面にＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）の離
型層をもうけ、成形温度が３９０℃〜４９０℃の範囲の
ガラスを成形することを特徴とするガラス光学素子の成
形方法である。
もしくは炭化物セラミックス等からなる中間層と、その
上面にＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）の離
型層をもうけ、成形温度が３９０℃〜４９０℃の範囲の
ガラスを成形することを特徴とするガラス光学素子の成
形方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】（金型製作）図５に示すように、
光学素子成形面の形状要求精度（曲率半径２０ｍｍの凹
面形状）から±１０μｍ以内に加工された成形面４１を
もつ、鉄を主成分とした熱膨張係数が１３×１０−６で
ある熱処理された鉄系合金型母材４２の前記成形面に、
加工層としてＮｉ−Ｐから構成されるスパッタリング膜
を膜厚５０μｍ付けた金型を２０型準備した。
光学素子成形面の形状要求精度（曲率半径２０ｍｍの凹
面形状）から±１０μｍ以内に加工された成形面４１を
もつ、鉄を主成分とした熱膨張係数が１３×１０−６で
ある熱処理された鉄系合金型母材４２の前記成形面に、
加工層としてＮｉ−Ｐから構成されるスパッタリング膜
を膜厚５０μｍ付けた金型を２０型準備した。
【０００８】そのうち、１０型はそのまま単結晶精密ダ
イヤモンドバイトで形状要求精度から±０．１μｍ以内
の精密切削加工をして、他の１０型は４５０℃／１時
間、非酸化性雰囲気中で熱処理後に前記同様の精密切削
加工をした。その時の、ダイヤモンドバイトの摩耗状態
及び加工された加工層の表面状態を観察した。加工結果
を表１に示す。
イヤモンドバイトで形状要求精度から±０．１μｍ以内
の精密切削加工をして、他の１０型は４５０℃／１時
間、非酸化性雰囲気中で熱処理後に前記同様の精密切削
加工をした。その時の、ダイヤモンドバイトの摩耗状態
及び加工された加工層の表面状態を観察した。加工結果
を表１に示す。
【０００９】
【表１】無電解ニッケルメッキの切削加工結果
【００１０】表１からわかるように、熱処理無しのＮｉ
−Ｐから構成されるスパッタリング加工層の加工では１
型目も１０型目も加工されたスパッタリング加工層の表
面粗さは良好でダイヤモンドバイトの摩耗も発生しなか
った。しかし、４５０℃／１時間の熱処理をした前記ス
パッタリング加工層の加工では１型目はバイト摩耗は発
生しなかったが、表面粗さは熱処理していない型に比べ
てわずかに粗くなった。さらに１０型目ではバイト摩耗
が発生して表面粗さも極端に劣化した。原因は、４５０
℃／１時間熱処理によりＮｉ−Ｐから構成されるスパッ
タリング加工層のＮｉが桔晶化したためと考えられる。
図３に熱処理の有無によるＮｉ−Ｐから構成されるスパ
ッタリング加工層の結晶化の様子をＸ線回折分析結果で
示す。図３より熱処理無しではＮｉの結晶化は見られな
いが、４５０℃／１時間熱処理でＮｉ（２００）の鋭い
ピーク、すなわち結晶化が認められた。
−Ｐから構成されるスパッタリング加工層の加工では１
型目も１０型目も加工されたスパッタリング加工層の表
面粗さは良好でダイヤモンドバイトの摩耗も発生しなか
った。しかし、４５０℃／１時間の熱処理をした前記ス
パッタリング加工層の加工では１型目はバイト摩耗は発
生しなかったが、表面粗さは熱処理していない型に比べ
てわずかに粗くなった。さらに１０型目ではバイト摩耗
が発生して表面粗さも極端に劣化した。原因は、４５０
℃／１時間熱処理によりＮｉ−Ｐから構成されるスパッ
タリング加工層のＮｉが桔晶化したためと考えられる。
図３に熱処理の有無によるＮｉ−Ｐから構成されるスパ
ッタリング加工層の結晶化の様子をＸ線回折分析結果で
示す。図３より熱処理無しではＮｉの結晶化は見られな
いが、４５０℃／１時間熱処理でＮｉ（２００）の鋭い
ピーク、すなわち結晶化が認められた。
【００１１】次ぎに、前記の熱処理しないで切削加工し
た金型と熱処理後切削加工した金型を４５０℃／１時
間、非酸化性雰囲気中で熱処理して、面形状と表面粗さ
の変化および膜剥離の有無を確認した。その結果、どち
らの型とも面形状変化（図４参照）、表面粗さの変化と
もに認められなかった。また、膜剥離も認められなかっ
た。
た金型と熱処理後切削加工した金型を４５０℃／１時
間、非酸化性雰囲気中で熱処理して、面形状と表面粗さ
の変化および膜剥離の有無を確認した。その結果、どち
らの型とも面形状変化（図４参照）、表面粗さの変化と
もに認められなかった。また、膜剥離も認められなかっ
た。
【００１２】前記２通りの方法で製作した金型でガラス
成形をする準備として、前記金型のガラス成形面、すな
わち前記スパッタリング加工層の精密切削加工面に真空
蒸着法によリＴｉＮを１μｍ形成し、その上にＤＬＣ膜
を０．５μｍ形成した。ここで、前記２種類の薄膜形成
による面形状の狂いは、認められなかった。前記方法で
製作した本発明のガラス成形用金型の構成図を図１に、
製作手順を図２に示す。図１において、１１はＤＬＣ
膜、１２はＴｉＮ膜、１３は精密切削されたスパッタリ
ング加工層、１４は型母材である。以上述べてきた、２
種類の金型処理方法を表２に示す。
成形をする準備として、前記金型のガラス成形面、すな
わち前記スパッタリング加工層の精密切削加工面に真空
蒸着法によリＴｉＮを１μｍ形成し、その上にＤＬＣ膜
を０．５μｍ形成した。ここで、前記２種類の薄膜形成
による面形状の狂いは、認められなかった。前記方法で
製作した本発明のガラス成形用金型の構成図を図１に、
製作手順を図２に示す。図１において、１１はＤＬＣ
膜、１２はＴｉＮ膜、１３は精密切削されたスパッタリ
ング加工層、１４は型母材である。以上述べてきた、２
種類の金型処理方法を表２に示す。
【００１３】
【表２】ガラス成形用金型製作方法
【００１４】（成形テスト）前記２通りの方法で製作し
たそれぞれの型で成形温度が４００℃のガラスで連続１
００回の成形テストをして、型変形、表面状態、膜剥
離、成形品表面状態をチェックした。
たそれぞれの型で成形温度が４００℃のガラスで連続１
００回の成形テストをして、型変形、表面状態、膜剥
離、成形品表面状態をチェックした。
【００１５】ここで連続成形の成形状態の概略図を図６
に示す。５１、５２は曲率半径２０ｍｍの上型および下
型である。５３は、所望の体積に調整してある球形状の
ガラス素材である。５４は、上型が取り付けてあるプレ
ス軸であり、２００Ｋｇｆの荷重でプレスできるように
なっている。さらに、図示しないヒーター、ガラス素材
及び成形品ストッカー及びハンドリング機構を備えてお
り、下型成形面上にガラス素材をハンドで供給、加熱し
て、４００℃で５分間プレスした後、３００℃で離型し
て成形品をハンドで排出する。この工程を１００回繰り
返した。表３は、前記連続１００回の成形テスト結果で
ある。
に示す。５１、５２は曲率半径２０ｍｍの上型および下
型である。５３は、所望の体積に調整してある球形状の
ガラス素材である。５４は、上型が取り付けてあるプレ
ス軸であり、２００Ｋｇｆの荷重でプレスできるように
なっている。さらに、図示しないヒーター、ガラス素材
及び成形品ストッカー及びハンドリング機構を備えてお
り、下型成形面上にガラス素材をハンドで供給、加熱し
て、４００℃で５分間プレスした後、３００℃で離型し
て成形品をハンドで排出する。この工程を１００回繰り
返した。表３は、前記連続１００回の成形テスト結果で
ある。
【００１６】
【表３】ガラス連続成形結
【００１７】表３からわかるように、本発明の型、比較
用型ともに連続成形による劣化、すなわち型成形面形状
変化、表面粗さの増加、スパッタリング膜の剥離亀裂な
どの発生は認められなかった。しかしながら、前述した
ように比較用型の表面粗さは５０ｎｍであり、この粗さ
がそのまま成形品に転写して成形品の粗さも５０ｎｍの
うすぐもり状態であり、光学素子の実用に耐えるレベル
の２０ｎｍよりも粗く、実用に耐えられない成形品とな
った。
用型ともに連続成形による劣化、すなわち型成形面形状
変化、表面粗さの増加、スパッタリング膜の剥離亀裂な
どの発生は認められなかった。しかしながら、前述した
ように比較用型の表面粗さは５０ｎｍであり、この粗さ
がそのまま成形品に転写して成形品の粗さも５０ｎｍの
うすぐもり状態であり、光学素子の実用に耐えるレベル
の２０ｎｍよりも粗く、実用に耐えられない成形品とな
った。
【００１８】一方、本発明の型による成形品は１００シ
ョット目でも表面粗さが１０ｎｍであり十分実用に耐え
ることができた。
ョット目でも表面粗さが１０ｎｍであり十分実用に耐え
ることができた。
【００１９】
【発明の効果】以上述べてきたように、熱膨張係数が１
０×１０−６〜１６×１０−６の超硬合金、サーメッ
ト、セラミツクス、鉄系合金等の母材上に切削加工層と
してＮｉとＰから構成されるスパッタリングもしくはイ
オンプレーティングによる蒸着層をもうけ、前記切削加
工層をダイヤモンドバイトを用いた超精密切削により光
学面形状を所望の精度に仕上げ加工後、成形温度より１
０度以上高い温度で熱処理をして、さらに前記光学面、
すなわち成形面に窒化物もしくは炭化物セラミックス等
からなる中間層と、その上面にＤＬＣ膜（ダイヤモンド
状炭素膜）の離型層をもうけたガラス光学素子成形用金
型を用いて、成形温度が３９０℃〜４９０℃の範囲のガ
ラス光学素子を成形したところ、連続成形においても十
分実用に耐えうる光学素子が成形できた。
０×１０−６〜１６×１０−６の超硬合金、サーメッ
ト、セラミツクス、鉄系合金等の母材上に切削加工層と
してＮｉとＰから構成されるスパッタリングもしくはイ
オンプレーティングによる蒸着層をもうけ、前記切削加
工層をダイヤモンドバイトを用いた超精密切削により光
学面形状を所望の精度に仕上げ加工後、成形温度より１
０度以上高い温度で熱処理をして、さらに前記光学面、
すなわち成形面に窒化物もしくは炭化物セラミックス等
からなる中間層と、その上面にＤＬＣ膜（ダイヤモンド
状炭素膜）の離型層をもうけたガラス光学素子成形用金
型を用いて、成形温度が３９０℃〜４９０℃の範囲のガ
ラス光学素子を成形したところ、連続成形においても十
分実用に耐えうる光学素子が成形できた。
【図1】本発明によるガラス成形用金型の構成図であ
る。
る。
【図２】本発明によるガラス成形用金型の製作手順を示
す図である。
す図である。
【図３】ＮｉとＰから構成されるスパッタリング膜のＸ
線回折分析結果である。
線回折分析結果である。
【図４】熱処理前後の面形状の変化を示す説明図であ
る。
る。
【図５】母材上に精密切削されたスパッタリング加工層
を持つ金型を示す図である。
を持つ金型を示す図である。
【図６】連続成形状態の概略図である。
１１ ＤＬＣ膜 １２ ＴｉＮ膜 １３ 精密切削されたスパッタリング加工層 １４ 型母材 ４２ 鉄系合金母材 ４３ 精密切削されたスパッタリング加工層 ５１ 曲率半径２０ｍｍの上型 ５２ 曲率半径２０ｍｍの下型 ５３ 球形状のガラス素材 ５４ 上型が取り付けてあるプレス軸
Claims (3)
- 【請求項１】 ＮｉとＰから構成される加工層を真空蒸
着法により形成するガラス光学素子成形用金型の製造方
法において、前記加工層を切削加工により所望の形状精
度の光学面に加工した後に、成形温度より１０℃以上高
く、４００℃・５００℃の範囲で熱処理を行なうことを
特徴とするガラス光学素子成形用金型の製造方法。 - 【請求項２】 上記加工層の母材として超硬合金、サー
メット、セラミックス、鉄系合金等の材料で熱膨張係数
が１０×１０−６〜１６×１０−６であることを特徴と
するガラス光学素子成形用金型の製造方法。 - 【請求項３】 上記方法で加工された光学面に窒化物も
しくは炭化物セラミックス等からなる中間層と、その上
面にＤＬＣ膜（ダイヤモンド状炭素膜）の離型層をもう
け、成形温度が３９０℃〜４９０℃の範囲のガラスを成
形するガラス光学素子の成型方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001156348A JP2002348129A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | ガラス光学素子成型金型の製造方法及びガラス光学素子の成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001156348A JP2002348129A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | ガラス光学素子成型金型の製造方法及びガラス光学素子の成形方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002348129A true JP2002348129A (ja) | 2002-12-04 |
Family
ID=19000370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001156348A Withdrawn JP2002348129A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | ガラス光学素子成型金型の製造方法及びガラス光学素子の成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002348129A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7290751B2 (en) * | 2005-06-24 | 2007-11-06 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Composite mold and method for manufacturing the same |
| WO2008126645A1 (ja) * | 2007-04-10 | 2008-10-23 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | ガラス成形用金型及びその製造方法 |
| JP2008280236A (ja) * | 2007-04-10 | 2008-11-20 | Toshiba Mach Co Ltd | ガラス成形用金型及びその製造方法 |
| JP2009215156A (ja) * | 2008-02-15 | 2009-09-24 | Toshiba Mach Co Ltd | ガラス成形用金型及びその製造方法 |
| US8206518B2 (en) | 2005-06-24 | 2012-06-26 | Toshiba Kakai Kabushiki Kaisha | Die for press forming of glass and manufacturing method thereof |
-
2001
- 2001-05-25 JP JP2001156348A patent/JP2002348129A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN100581773C (zh) * | 2005-06-24 | 2010-01-20 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 模仁及其制备方法 |
| US8206518B2 (en) | 2005-06-24 | 2012-06-26 | Toshiba Kakai Kabushiki Kaisha | Die for press forming of glass and manufacturing method thereof |
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