JP3134583B2 - 光学ガラス素子のプレス成形用型及びその製造方法 - Google Patents

光学ガラス素子のプレス成形用型及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学ガラス素子の成形に
関し、高精度な光学ガラス素子をプレス成形する際に用
いる光学ガラス素子のプレス成形用型及びその金型の作
製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高精度な光学ガラス素子をプレス成形に
より、繰り返し成形するためには、型材料として高温で
も安定で、耐酸化性に優れ、ガラスに対して不活性であ
り、プレスした時に形状精度が崩れないような機械的強
度の優れたものが必要であるが、その反面、加工性に優
れ、精密加工が容易にできなくてはいけない。
【0003】以上のような光学ガラス素子のプレス成形
用型に必要な条件を、ある程度満足する型材として、チ
タンカーバイド(TiC)及び金属の混合材料(特開昭
59−121126号公報)や超硬合金母材上に貴金属
薄膜を形成したもの(特開昭62−96331号公報)
などが検討されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
型材料では、上記の条件を全て満足するものは得られて
いない。例えば型材としてTiC及び金属の混合材料を
用いた場合では、非常に硬く、機械的強度は優れている
ものの、加工性に劣り、高精度な加工が困難である。さ
らには、光学ガラス素子の構成成分である鉛(Pb)や
アルカリ元素と反応しやすいという欠点を有している。
【0005】また、超硬合金母材上に貴金属薄膜を形成
した型では、超硬合金をダイヤモンド砥石を用いて加工
を行うと、ダイヤモンド砥石の摩耗が激しく、精密な形
状加工が困難であり、特別な加工装置が必要である。ま
た、加工時間も長く、金型コストが非常に高いという問
題があった。
【0006】以上のように、従来の型材料では前述の型
材料としての必要条件を全て満足するには至っていな
い。
【0007】本発明はこのような従来の課題を解消し、
機械加工では困難な形状の光学ガラス素子を、繰り返し
プレス成形することが可能なプレス成形用型を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【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WCを主成分とする超硬合金、TiCあ
るいはTiNを主成分とするサーメット、またはWC焼
結体からなる母材上に加工層としてSiまたはSiO2
薄膜を形成し、ドライエッチング法によって精密加工を
行った後、該薄膜上に保護層としてPt、Pd、Ir、
Rh、Os、Ru、Re、W、Taのうち少なくとも1
種類以上の金属を含む貴金属系合金薄膜を形成して構成
される金型を作製することによって、機械加工では困難
な形状の光学ガラス素子を成形するためのプレス成形用
型を提供するものである。
【0009】
【作用】本発明では、型母材にWCを主成分とする超硬
合金、TiCあるいはTiNを主成分とするサーメッ
ト、またはWC焼結体を用いることにより、プレス成形
に充分耐える強度を持たせ、加工層にSiまたはSiO
2薄膜を用い、該薄膜をドライエッチング法によって微
細加工することにより、加工層を機械加工では困難な形
状に加工することを可能とした。
【0010】さらに、保護層としてPt、Pd、Ir、
Rh、Os、Ru、Re、W、Taのうち少なくとも1
種類以上の金属を含む貴金属系合金薄膜を用いることに
よって、ガラスとの融着を防止したものである。従っ
て、本発明の型は、前記した型材料として要求される必
要条件を全て満足したものとなる。
【0011】このようにして作製した本発明の型を用い
て、ガラスをプレス成形すると、機械加工では困難な形
状の光学ガラス素子を大量に製造することが可能とな
る。しかも、この型は、従来に比べて繰り返し使用可能
回数が大幅に増大しているので、従来プレス成形では得
られなかった光学ガラス素子を安価に、かつ大量に製造
することを可能にしたものである。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。
【0013】図1は、本発明のプレス成形用型の一実施
例である回折格子のプレス成形用型を、その製造方法と
共に示すものである。
【0014】まず、同図(a)に示すように直径20m
m、厚さ5mmの円板状の、WCを主成分とする超硬合
金母材11のプレス面となる一平面を、超微細なダイヤ
モンド砥粒を用いて鏡面に研磨した。
【0015】次に、同図(b)に示すようにこの鏡面上
にスパッタ法により1μmの厚みでSi薄膜12をコー
ティングし、その後、同図(c)に示すように、Si薄
膜12上にノボラック系フォトレジスト13を均一な厚
みで塗布し、プリベークを行なった。
【0016】次に、同図(d)に示す様にラインとスペ
ースの比が1対1で、ピッチ100μmのラインアンド
スペースパターンのフォトマスク14をフォトレジスト
13上に密着させ、水銀ランプを用いてフォトレジスト
を露光した後、現像、ポストベークにより、同図(e)
に示すようにフォトレジストのマスクを形成した。この
状態の型をRFプラズマドライエッチング装置の陰極上
に配置した。
【0017】そして、CF4のエッチングガスのRFプ
ラズマを発生させ、プラズマ中のCF3 +等のイオンを、
陰極上に配置した型に衝突させることで、フォトレジス
トマスクのない部分のSi薄膜12をエッチングした。
残ったレジストをO2プラズマアッシングにより除去
し、同図(f)に示すようにSi薄膜12に100μm
ピッチの凹凸の溝を形成した。
【0018】次に、同図(g)に示すように、この凹凸
上に、スパッタ法によりPt−Ir合金薄膜15を3μ
mの厚みでコーティングして回折格子のプレス成形用型
を作製した。また中間層にSiO2薄膜を用いた型も同
様の方法で作製した。
【0019】以上のようにして、機械加工では作製する
ことが非常に困難である形状の回折格子のプレス成形用
型を容易に作製することができた。
【0020】次に、作製した回折格子のプレス成形用型
を用いて、ガラスを成形素材としてプレス成形する方法
について述べる。
【0021】図2に本実施例で用いたプレス成形機の概
略図を示した。図2において21は上型用固定ブロッ
ク、22は上型用加熱ヒーター、23は上型、24はガ
ラス素材、25は下型、26は下型用加熱ヒーター、2
7は下型用固定ブロック、28は上型用熱電対、29は
下型用熱電対、210はプランジャー、211は位置決
め用センサー、212はストッパー、213は覆いであ
る。
【0022】前述の方法で作製した回折格子のプレス成
形用型を上型23とし、下型25には、直径20mm、
厚さ5mmのWCを主成分とする超硬合金円板の平面部
分を鏡面に研磨した母材の表面に、スパッタ法により3
μmの厚みでPt−Ir合金薄膜を保護層として形成し
た平面型を用いた。この下型25の上に半径10mm、
厚さ1mmの円板形状に加工したSF系平板ガラス24
を置き、その上に上型23を置いて、そのまま500℃
まで昇温し、窒素雰囲気中で約40kg/cm2のプレス
圧により2分間圧力を保持し、その後、そのままの状態
で400℃まで冷却して、成形された光学ガラス素子を
取り出して、光学ガラス素子のプレス成形の工程を完了
する。
【0023】以上の工程を繰り返して10000回目の
プレス終了時に、上下の型23及び25をプレス成形機
より取りはずして、プレス面の状態を光学顕微鏡で観察
し、その時のプレス面の表面粗さ(RMS値、Å)を測
定して、それぞれの型精度を評価した。
【0024】比較実験として、従来の型材料では本実施
例に示した高精度な回折格子形状に直接加工することが
できないので、従来使用されていたSiC焼結体の平板
型及び超硬合金母材上にPt薄膜を形成した型を作製
し、図2に示したプレス成形機にセットし、上述のプレ
ス成形の工程を10000回繰り返し行い、同様の型精
度の評価を行った。これらの結果を(表1)に示した。
【0025】
【表1】
【0026】試料No.3のSiC焼結体で作製した型
は、50回のプレス成形によって上下両方の型共に表面
にガラスが付着し、それ以上ガラスをプレスすることが
できなかった。すなわちNo.3の型では、光学素子を
量産出来ないことがわかる。
【0027】また、試料No.4のようにPtスパッタ
膜でコーティングした型では、ガラス付着は起こらない
が、10000回プレス後には、表面粗さ(RMS値)
で264.3Åと非常に粗くなり、表面が白濁し実用的でな
いことがわかる。
【0028】一方、試料No.1及びNo.2の本実施
例の成形型は、繰り返し10000回プレスした時で
も、表面状態はほとんど変化せず、表面粗さはほとんど
プレス前と変化がなかった。すなわち、本発明の方法で
得られた回折格子のプレス成形用型を用いてガラス平板
をプレス成形することによって、回折格子のような機械
加工では作製することが困難な形状の光学ガラス素子を
大量にプレス成形することが可能となった。
【0029】以上のように、本発明の型は前述した高精
度な光学ガラス素子を直接プレス成形するための必要条
件を全て満たし、これまで成形で作製できなかった回折
格子のような形状の光学ガラス素子を、大量にプレス成
形することが可能となった。
【0030】なお、本発明を説明するために、実施例に
おいて回折格子のプレス成形用型を用いたが、回折格子
以外の微細光学素子(例えばマイクロレンズアレイ、マ
イクロフレネルレンズなど)も成形可能となることは言
うまでもない。またプレス成形用型の母材として、WC
を主成分とする超硬合金を用いたが、TiNあるいはT
iCを主成分とするサーメットあるいはWC焼結体を母
材に用いてもまったく同様の結果が得られた。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明は光学ガラス素子
のプレス成形用型を作製するにあたり、母材として超硬
合金、サーメット及びWC焼結体を用い、該母材上に中
間層としてSiまたはSiO2薄膜を形成し、該薄膜を
ドライエッチング法により所望の形状に精密加工した
後、該薄膜上に保護層としてPt、Pd、Ir、Rh、
Os、Ru、Re、W、Taのうち少なくとも1種類以
上の金属を含む貴金属系合金薄膜を形成することによ
り、ガラス成形用型材料に要求される必要条件をすべて
満たした機械加工では作製することが困難な形状の光学
ガラス素子のプレス成形用型を提供したものであり、こ
の型を用いて光学ガラスを繰り返しプレス成形すること
によって、従来プレス成形では得られなかった形状の光
学ガラス素子を安価に、かつ、大量に製造することが可
能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回折格子のプレス成形用型
の製造工程図
【図2】同回折格子の成形型を用いた回折格子のプレス
成形機の概略図
【符号の説明】
11 超硬合金母材 12 Si薄膜 13 フォトレジスト 14 フォトマスク 15 Pt−Ir合金薄膜 21 上型用固定ブロック 22 上型用加熱ヒーター 23 上型 24 ガラス素材 25 下型 26 下型用加熱ヒーター 27 下型用固定ブロック 28 上型用熱電対 29 下型用熱電対 210 プランジャー 211 位置決め用センサー 212 ストッパー 213 覆い
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片岡 秀直 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−191863(JP,A) 特開 平5−24865(JP,A) 特開 平4−170331(JP,A) 特開 昭60−264333(JP,A) 特開 昭62−96331(JP,A) 特開 昭59−121126(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 11/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】母材にタングステンカーバイド(WC)を
    主成分とする超硬合金、チタンカーバイド(TiC)あ
    るいはチタンナイトライド(TiN)を主成分とするサ
    ーメット、またはWC焼結体を用い、該母材上に中間層
    としてSiまたはSiO2薄膜を備え、該中間層上に白
    金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(I
    r)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、ルテニ
    ウム(Ru)、レニウム(Re)、タングステン
    (W)、タンタル(Ta)のうち少なくとも1種類以上
    の金属を含む貴金属系合金薄膜が形成されたことを特徴
    とする光学ガラス素子のプレス成形用型。
  2. 【請求項2】母材のタングステンカーバイド(WC)を
    主成分とする超硬合金、チタンカーバイド(TiC)あ
    るいはチタンナイトライド(TiN)を主成分とするサ
    ーメット、またはWC焼結体上に、SiまたはSiO2
    薄膜を形成し、該薄膜をドライエッチング法により所望
    の形状に精密加工した後、該薄膜上に保護層としてP
    t、Pd、Ir、Rh、Os、Ru、Re、W、Taの
    うち少なくとも1種類以上の金属を含む貴金属系合金薄
    膜を形成して作製することを特徴とする光学ガラス素子
    のプレス成形用型の製造方法。
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