JP5948071B2 - Optical element molding die, optical element manufacturing method, and optical element molding die manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子成形用型、光学素子の製造方法、および光学素子成形用型の製造方法に関する。   The present invention relates to an optical element molding die, an optical element manufacturing method, and an optical element molding die manufacturing method.

従来、光学素子成形用型は、離型性を向上するために、成形品の表面形状に沿う形状に形成された鏡面に離型膜が成膜される場合がある。また、離型膜と本体部材との密着強度を向上し、離型膜の耐久性を向上するため、中間層を介して離型膜を形成することが知られている。
例えば、ガラス製の光学素子をプレス成形する光学素子成形用型の分野では、特許文献１に示すように、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金を型母材とする場合に、金属チタン（Ｔｉ）で形成された下地層、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）で形成された中間層、プラズマソースイオンインプラテーション法により成膜された、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で形成された密着層、およびフィルタードアークカソーディックバキュームアーク法（ＦＣＶＡ法）により成膜されたテトラヘドラルアモルファスカーボン（ｔａＣ）による離型層が、型母材上に順次積層された光学素子成形用型等が提案されている。 Conventionally, in an optical element molding die, a release film may be formed on a mirror surface formed in a shape that conforms to the surface shape of a molded product in order to improve mold release properties. It is also known to form a release film via an intermediate layer in order to improve the adhesion strength between the release film and the main body member and improve the durability of the release film.
For example, in the field of an optical element molding die for press molding a glass optical element, as shown in Patent Document 1, when a cemented carbide having tungsten carbide (WC) as a main component is used as a mold base material, An underlayer formed of titanium metal (Ti), an intermediate layer formed of titanium aluminum nitride (TiAlN), an adhesion layer formed of silicon carbide (SiC) formed by a plasma source ion implantation method, and A mold for optical element molding in which a release layer of tetrahedral amorphous carbon (taC) formed by a filtered arc cathodic vacuum arc method (FCVA method) is sequentially laminated on a mold base material has been proposed. Yes.

特開２０１０−１５９１７４号公報JP 2010-159174 A

しかしながら、上記のような従来の光学素子成形用型には、以下のような問題があった。
中間層に用いる材料は、本体部材および離型膜の双方との密着性がよい材料を用いる必要があるが、このような中間層の選択肢は少ないため、本体部材または離型膜に用いることができる材料の選択肢が狭くなっていた。
例えば、ガラス製の光学素子のプレス成形では、ガラスに対する離型性が良好な離型膜に対して、本体部材が超硬合金である場合には良好な中間層の材料が見出されているが、この中間層は、本体部材が炭化ケイ素の焼結体とは良好な密着性が得られない場合がある。このため、例えば、本体部材に炭化ケイ素の焼結体を使用して、同様な離型膜を用いるためには、炭化ケイ素に適する中間層が必要となる。
このような中間層は、従来の中間層に比べて膜構成が複雑になるため、プロセス数が増えて製造時間が増大してしまうという問題がある。また、プロセス数が増えることで、膜剥離、異物混入などの不具合の原因になりやすいという問題がある。 However, the conventional optical element molding die as described above has the following problems.
The material used for the intermediate layer needs to be a material having good adhesion to both the main body member and the release film, but since there are few choices for such an intermediate layer, it should be used for the main body member or the release film. The choice of materials that can be made was narrow.
For example, in the press molding of a glass optical element, a good intermediate layer material has been found when the main body member is a cemented carbide, whereas the mold release film has a good mold releasability. However, this intermediate layer may not have good adhesion to the sintered body of the silicon carbide body member. For this reason, for example, in order to use a silicon carbide sintered body for the main body member and use a similar release film, an intermediate layer suitable for silicon carbide is required.
Such an intermediate layer has a problem that the number of processes increases and the manufacturing time increases because the film configuration is more complicated than the conventional intermediate layer. Moreover, there is a problem that the number of processes is likely to cause problems such as film peeling and foreign matter mixing.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、膜構成を複雑化することなく、離型膜と本体部材との密着性を向上することができる光学素子成形用型および光学素子成形用型の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an optical element molding die and an optical that can improve the adhesion between the release film and the main body member without complicating the film configuration. It aims at providing the manufacturing method of the element shaping die.

上記の課題を解決するために、本発明の光学素子成形用型は、成形品の表面形状に沿う形状に形成された表面部に、粒成長により、表面粗さが最大高さ（Ｒ Ｚ ）で０．１μｍ以上、２μｍ以下の凹凸部が形成されている本体部材と、該本体部材の前記表面部に前記凹凸部を介して積層され、成形材料と離型可能に密着する成形面を構成する離型膜と、を備える構成とする。 In order to solve the above problems, an optical element molding die of the present invention, the surface portion formed in a shape along the surface shape of the molded article, and more grain growth, the surface roughness is the maximum height (R Z ) And a molding surface that is laminated on the surface portion of the main body member via the projections and depressions and is in close contact with the molding material so as to be releasable. And a release film to be configured.

また、本発明の光学素子成形用型では、前記凹凸部は、表面粗さが、最大高さ（ＲＺ）で、０．２μｍ以上、１μｍ以下であることが可能である。 Further, in the optical element molding die of the present invention, the uneven portion has a surface roughness of a maximum height (R Z ) of 0. It can be 2 μm or more and 1 μm or less.

また、本発明の光学素子成形用型では、前記離型膜は、前記凹凸部に積層される最下層と、前記成形面を形成する最外層とを、少なくとも含む多層膜であることが可能である。   In the optical element molding die of the present invention, the release film can be a multilayer film including at least a lowermost layer laminated on the uneven portion and an outermost layer forming the molding surface. is there.

また、本発明の光学素子成形用型では、前記本体部材の前記表面部および前記凹凸部は、炭化ケイ素からなることが可能である。   In the optical element molding die of the present invention, the surface portion and the concavo-convex portion of the main body member can be made of silicon carbide.

本発明の光学素子の製造方法は、本発明の光学素子成形用型成形用型を用いて前記成形材料を成形して前記成形品を得る方法である。   The method for producing an optical element of the present invention is a method for obtaining the molded product by molding the molding material using the mold for molding an optical element molding of the present invention.

本発明の光学素子成形用型の製造方法は、本体部材の表面部に、成形品の表面形状に沿う形状の鏡面を形成する鏡面形成工程と、前記鏡面に粒成長させて前記鏡面に、表面粗さが最大高さ（Ｒ Ｚ ）で０．１μｍ以上、２μｍ以下の凹凸部を形成する粒成長工程と、前記本体部材の表面部に前記凹凸部を介して離型膜を成膜する離型膜形成工程と、を備える方法とする。
The method for producing an optical element molding die of the present invention includes a mirror surface forming step for forming a mirror surface having a shape along the surface shape of a molded product on a surface portion of a main body member, and grain growth on the mirror surface to form a surface on the mirror surface. A grain growth step for forming an uneven portion having a roughness of a maximum height (R Z ) of 0.1 μm or more and 2 μm or less, and a separation film for forming a release film on the surface portion of the main body member via the uneven portion. And a mold film forming step.

本発明の光学素子成形用型および光学素子成形用型の製造方法によれば、本体部材の表面部に粒成長による凹凸部を形成し、凹凸部を介して離型膜を成膜するため、膜構成を複雑化することなく、離型膜と本体部材との密着性を向上することができるという効果を奏する。   According to the optical element molding die of the present invention and the method for manufacturing the optical element molding die, an uneven portion due to grain growth is formed on the surface portion of the main body member, and a release film is formed through the uneven portion. There is an effect that the adhesion between the release film and the main body member can be improved without complicating the film configuration.

本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the optical element shaping | molding die of the 1st Embodiment of this invention. 図１におけるＡ（Ｂ）部の模式的な部分拡大図、およびこの部分断面図のＣ部、Ｄ部の模式的な部分拡大図である。FIG. 2 is a schematic partial enlarged view of an A (B) portion in FIG. 1 and schematic partial enlarged views of a C portion and a D portion of the partial sectional view. 本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型に用いる離型膜の膜構成の一例を示す模式的な部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view which shows an example of the film structure of the mold release film used for the optical element shaping | molding die of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process flow of the manufacturing method of the optical element shaping | molding die of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の鏡面形成工程、粒成長工程の模式的な工程説明図である。It is typical process explanatory drawing of the mirror surface formation process of the manufacturing method of the optical element shaping | molding die of the 1st Embodiment of this invention, and a grain growth process. 本発明の第２の実施形態の光学素子成形用型の主要部を示す模式的な断面図およびそのＪ部の模式的な部分拡大図である。It is a typical sectional view showing the principal part of the optical element fabrication die of a 2nd embodiment of the present invention, and a typical partial enlarged view of the J section. 本発明の第１および第２の実施形態の変形例の光学素子成形用型の主要部を示す模式的な断面図およびそのＫ部の模式的な部分拡大図である。It is a typical sectional view showing the principal part of the optical element fabrication die of the modification of the 1st and 2nd embodiments of the present invention, and the typical partial enlarged view of the K section.

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and common description is omitted.

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の一例を示す模式的な断面図である。図２（ａ）は、図１におけるＡ（Ｂ）部の模式的な部分拡大図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図２（ａ）におけるＣ部、Ｄ部の模式的な部分拡大図である。図３は、本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型に用いる離型膜の膜構成の一例を示す模式的な部分断面図である。 [First Embodiment]
An optical element molding die according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an optical element molding die according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a schematic partial enlarged view of a portion A (B) in FIG. 2B and 2C are schematic partial enlarged views of a C part and a D part in FIG. 2A, respectively. FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of a film configuration of a release film used in the optical element molding die according to the first embodiment of the present invention.

本実施形態の光学素子成形用型は、ガラス材料をプレス加工して、レンズ等のガラス製光学素子を製造する金型組立体の一部を構成するものであり、光学素子の光学面の形状をガラス材料に転写する成形面を備える。
光学素子の種類としては、ガラス製であれば、特に限定されず、例えば、レンズ、プリズム、ミラー、フィルタ、基板などの適宜の種類を採用することができる。光学素子が曲率を有する場合には、凸面でも凹面でもよい。
以下では、光学素子の一例として、凸レンズ面と凹レンズ面とを有するメニスカス形状のレンズ（不図示）を成形する場合の例で説明する。 The mold for molding an optical element according to the present embodiment constitutes a part of a mold assembly for manufacturing a glass optical element such as a lens by pressing a glass material, and the shape of the optical surface of the optical element. A molding surface for transferring the material to the glass material.
The type of the optical element is not particularly limited as long as it is made of glass. For example, an appropriate type such as a lens, a prism, a mirror, a filter, or a substrate can be adopted. When the optical element has a curvature, it may be convex or concave.
Hereinafter, as an example of an optical element, an example in the case of molding a meniscus lens (not shown) having a convex lens surface and a concave lens surface will be described.

このレンズを成形するための金型組立体１は、図１に示すように、下型２（光学素子成形用型）、上型３（光学素子成形用型）、および胴型４を備える。
下型２は、円筒状の側面２ｂを有する略円柱状部材であり、軸方向の一端部（図１の下側）に側面２ｂから外周方向に突出するフランジ部２ｃが形成され、軸方向の他端部（図１の上側）に、凸レンズ面の形状をガラス材料に転写する凹面形状を有する成形面２ａが形成されている。 A mold assembly 1 for molding the lens includes a lower mold 2 (optical element molding mold), an upper mold 3 (optical element molding mold), and a body mold 4 as shown in FIG.
The lower die 2 is a substantially columnar member having a cylindrical side surface 2b. A flange portion 2c protruding from the side surface 2b in the outer peripheral direction is formed at one axial end portion (lower side in FIG. 1). A molding surface 2a having a concave shape that transfers the shape of the convex lens surface to the glass material is formed at the other end (upper side in FIG. 1).

側面２ｂ、フランジ部２ｃは、高硬度で耐熱性が良好な材料で形成された基材２Ａの表面によって形成されている。
基材２Ａの材質としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の焼結体を採用することができる。 The side surface 2b and the flange portion 2c are formed by the surface of the substrate 2A formed of a material having high hardness and good heat resistance.
As a material of the base material 2A, for example, a sintered body of silicon carbide (SiC) can be employed.

基材２Ａの軸方向の他端側には、図２（ａ）に示すように、成形面２ａの形状に沿う凹面として形成された基材表面Ｓ２Ａ上に、鏡面形成層２Ｂ、離型膜２Ｃがこの順に積層され、離型膜２Ｃの最外面によって、成形面２ａが構成されている。 On the other end side in the axial direction of the substrate 2A, as shown in FIG. 2 (a), the molding surface 2a of the along formed as a concave surface of the substrate on S 2A-shaped, the specular layer 2B, releasing The film 2C is laminated in this order, and the molding surface 2a is constituted by the outermost surface of the release film 2C.

鏡面形成層２Ｂは、基材表面Ｓ２Ａの凹凸形状を平滑化するとともに、離型膜２Ｃと接する表面部に、成形面２ａの形状に沿う鏡面ｓ２（図２（ｂ）の二点鎖線参照）を形成した後、離型膜２Ｃとの密着性を向上するための凹凸部Ｓ２Ｂ（図２（ｂ）参照）を形成するものである。
凹凸部Ｓ２Ｂは、鏡面形成層２Ｂの表面部を構成する鏡面ｓ２に粒成長して形成された凹凸形状である。
凹凸部Ｓ２Ｂの凹凸の大きさとしては、離型膜２Ｃの密着強度が良好となるとともに、成形面２ａの面精度が許容値以下となる適宜の凹凸量を採用することができる。
成形品のレンズ面に必要な面精度にもよるが、例えば、カメラに用いるレンズの場合、好適な凹凸の大きさとして、表面粗さ（ＪＩＳ B ０６０１−２００１）の最大高さＲＺが、０．１μｍ以上、２μｍ以下を挙げることができる。
ＲＺが、０．１μｍより小さいと、離型膜２Ｃに対するアンカー効果が得られにくいため、密着強度が低下してしまう。また、結晶が粗大化して、ＲＺが２を越えると、表面積が小さくなり、アンカー効果が低減してしまうため、離型膜との密着性が不十分になってしまう。また、表面の凹凸が大きすぎて、成形面２ａの面精度が悪化し、成形面２ａの形状が転写される成形品の凸レンズ面の面精度が悪くなってしまう。
このため、ＲＺは、０．１μｍ以上、２μｍ以下の範囲でより狭い範囲であることがより好ましい。例えば、ＲＺは、０．２μｍ以上、１μｍ以下の範囲であることがより好ましい。 Mirror forming layer 2B, as well as to smooth the uneven shape of the substrate surface S 2A, the surface portion in contact with the release film 2C, the two-dot chain line in specular s 2 along the shape of the molding surface 2a (FIG. 2 (b) After forming (see FIG. 2B ), an uneven portion S 2B (see FIG. 2B ) for improving the adhesion to the release film 2C is formed.
Uneven portion S 2B is a concavo-convex shape formed by grain growth specular s 2 constituting the surface portion of the mirror layer 2B.
As the size of the concavo-convex portion of the concavo-convex portion S2B, an appropriate concavo-convex amount can be employed in which the adhesion strength of the release film 2C is good and the surface accuracy of the molding surface 2a is not more than an allowable value.
Depending on the molded article the lens surface surface accuracy required to, for example, if the lens used in the camera, as the magnitude of a suitable unevenness, the maximum height R Z of the surface roughness (JIS B 0601-2001) is, Examples thereof include 0.1 μm or more and 2 μm or less.
R Z is, for 0.1μm smaller than, less likely anchor effect is obtained for the release film 2C, the adhesion strength is lowered. The crystal is coarsened, when R Z exceeds 2, the surface area is reduced, the anchor effect will be reduced, adhesion between the release film becomes insufficient. Moreover, the surface unevenness | corrugation is too large, the surface accuracy of the molding surface 2a will deteriorate, and the surface accuracy of the convex lens surface of the molded product to which the shape of the molding surface 2a will be transferred will deteriorate.
Therefore, R Z is, 0.1 [mu] m or more, and more preferably a narrower range in the range of 2 [mu] m. For example, R Z is more preferably in the range of 0.2 μm or more and 1 μm or less.

ここで、最大高さＲＺは、断面曲線から基準長さだけ抜き取った部分（以下，抜き取り部分という）の平均線に平行な2直線で抜き取り部分をはさんだとき，この２直線の間隔を断面曲線の縦倍率の方向に計測して，その値をマイクロメートル単位（μm）で表したものである。 Here, the maximum height R Z, the portion withdrawn by reference length from a cross-sectional curve (hereinafter, referred to as extraction portion) when sandwiching the extracted portion in two straight lines parallel to the average line of the cross-section the distance between the two straight lines It is measured in the direction of the vertical magnification of the curve, and the value is expressed in micrometer units (μm).

鏡面形成層２Ｂの材質は、基材表面Ｓ２Ａの凹凸形状を平滑化可能で基材表面Ｓ２Ａと密着しやすい材料であって、粒成長により凹凸部Ｓ２Ｂを形成することができれば、特に限定されない。
鏡面形成層２Ｂの成膜方法は、鏡面形成層２Ｂの材質に応じて適宜の成膜方法、例えば、スパッタリング法、分子線エピタキシャル法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等を採用することができる。 The material of the specular layer 2B is a material easy close contact with irregularities capable smoothing a substrate surface S 2A of the substrate surface S 2A, if it is possible to form the uneven portion S 2B by grain growth, especially It is not limited.
As a method for forming the mirror surface forming layer 2B, an appropriate film forming method, for example, a sputtering method, a molecular beam epitaxial method, a chemical vapor deposition method (CVD method), or the like may be employed depending on the material of the mirror surface forming layer 2B. it can.

離型膜２Ｃは、最外層が、成形に用いるガラス材料との離型性が良好な材料であれば、適宜の材料による適宜の層構成を採用することができる。層構成は、例えば、単層構成でも、多層構成でもよい。
一般に、基材がタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金からなる場合に好適な離型膜の構成は、ＳｉＣの焼結体に対しては良好な密着強度を有しないが、本実施形態では、鏡面形成層２Ｂに凹凸部Ｓ２Ｂが形成されているため、このような超硬合金を基材とする場合の離型膜も好適である。このように、本実施形態の凹凸部Ｓ２Ｂは、従来の基材の鏡面に形成しただけでは、良好な密着強度が得られない周知の離型膜の構成であっても、密着強度を向上することができる。したがって、離型膜２Ｃとしては、超硬合金用の離型膜に限らず、周知の他の離型膜も好適である。
本実施形態では、離型膜２Ｃの一例として、このような超硬合金に好適な膜構成を採用している。
すなわち、離型膜２Ｃの膜構成は、図３に示すように、鏡面形成層２Ｂの凹凸部Ｓ２Ｂから、下地層５（最下層）、金属層６、窒化物層７、および表面層８（最外層）がこの順に積層されている。
離型膜２Ｃの成膜方法は、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などを用いることができるが、膜密度、膜組成の純度などからイオンビームスパッタ法が特に好適である。 The release film 2C can adopt an appropriate layer configuration of an appropriate material as long as the outermost layer is a material having a good releasability from the glass material used for molding. The layer configuration may be, for example, a single layer configuration or a multilayer configuration.
In general, when the substrate is made of a cemented carbide whose main component is tungsten carbide (WC), the structure of the release film suitable for the sintered body of SiC does not have good adhesion strength. In the embodiment, since the concavo-convex portion S2B is formed in the mirror surface forming layer 2B, a release film in the case of using such a cemented carbide as a base material is also suitable. As described above, the unevenness S 2B of the present embodiment improves the adhesion strength even if it is a well-known release film configuration in which good adhesion strength cannot be obtained only by forming it on the mirror surface of a conventional base material. can do. Therefore, the release film 2C is not limited to the release film for cemented carbide, but other known release films are also suitable.
In the present embodiment, a film configuration suitable for such a cemented carbide is employed as an example of the release film 2C.
That is, as shown in FIG. 3, the film configuration of the release film 2C is from the uneven portion S2B of the mirror surface forming layer 2B to the base layer 5 (lowermost layer), the metal layer 6, the nitride layer 7, and the surface layer 8. (Outermost layer) are laminated in this order.
As a method for forming the release film 2C, for example, an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, or the like can be used, but an ion beam sputtering method is particularly preferable from the viewpoint of the film density and the purity of the film composition.

下地層５は、凹凸部Ｓ２Ｂを覆って密着する層状部分であり、タングステン（Ｗ）、および炭化タングステン（ＷＣ）のうち少なくとも１種類の材料から非晶質状態に形成されている。
金属層６は、下地層５との密着強度が良好な材料からなる層状部分であり、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、およびモリブデン（Ｍｏ）のうち少なくとも１種類の金属材料からなる。
窒化物層７は、金属層６との密着強度が良好な材料からなる層状部分であり、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＭｏのうち少なくとも１種類の元素を含む窒化物からなる。
表面層８は、窒化物層７との密着強度が良好であって、成形に用いるガラス材料に対する離型性が良好となる材料からなる層状部分である。
表面層８の表面は成形面２ａを構成するため、表面粗さが小さい鏡面とされる。例えば、算術平均粗さＲａで０．００５μｍ以下とする。
表面層８に好適な材料としては、貴金属類を挙げることができる。特に好適な材料としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、およびレニウム（Ｒｅ）から構成される元素群の中の少なくとも１種類の元素、または前記元素群の中の少なくとも１種類の元素を含む合金、また前記元素群の中の少なくとも１種類の元素を含む化合物を挙げることができる。 The underlayer 5 is a layered portion that covers and adheres to the concavo-convex portion S2B , and is formed in an amorphous state from at least one material of tungsten (W) and tungsten carbide (WC).
The metal layer 6 is a layered portion made of a material having good adhesion strength with the base layer 5 and made of at least one metal material of chromium (Cr), titanium (Ti), and molybdenum (Mo).
The nitride layer 7 is a layered portion made of a material having good adhesion strength with the metal layer 6 and is made of a nitride containing at least one element of Cr, Ti, and Mo.
The surface layer 8 is a layered portion made of a material that has good adhesion strength with the nitride layer 7 and has good releasability from the glass material used for molding.
Since the surface of the surface layer 8 constitutes the molding surface 2a, it is a mirror surface with a small surface roughness. For example, the arithmetic average roughness Ra is 0.005 μm or less.
Examples of suitable materials for the surface layer 8 include noble metals. Particularly suitable materials include at least one element selected from the group consisting of platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), osmium (Os), ruthenium (Ru), and rhenium (Re). Examples thereof include an element, an alloy containing at least one element in the element group, and a compound containing at least one element in the element group.

このような離型膜２Ｃの構成において、下地層５は、鏡面形成層２Ｂの凹凸部Ｓ２Ｂに積層される最下層を構成しており、表面層８は、成形面２ａを形成する最外層を構成している。 Outermost in the structure of such a release film 2C, the base layer 5 constitutes the bottom layer is laminated to the uneven portion S 2B of the mirror forming layer 2B, the surface layer 8, which forms a molding surface 2a Is configured.

離型膜２Ｃの特に好適な膜構成の例としては、以下の膜構成を挙げることができる。
下地層５がＷＣ、金属層６がＣｒ、窒化物層７がＣｒＮからなる場合、またはこれらを主成分とする場合には、表面層８として、ＰｔとＩｒとの合金、ＩｒとＲｅとの合金、またはＰｔからなる金属が特に好適である。
また、下地層５がＷＣ、金属層６がＴｉ、窒化物層７がＴｉNからなる場合、またはこれらを主成分とする場合には、表面層８としては、ＰｔとＩｒとの合金、ＩｒとＲｅとの合金、Ｐｔからなる金属が特に好適である。 Examples of particularly suitable film configurations of the release film 2C include the following film configurations.
When the underlayer 5 is made of WC, the metal layer 6 is made of Cr, and the nitride layer 7 is made of CrN, or these are the main components, the surface layer 8 is made of an alloy of Pt and Ir, Ir and Re. An alloy or a metal made of Pt is particularly suitable.
Further, when the underlayer 5 is made of WC, the metal layer 6 is made of Ti, and the nitride layer 7 is made of TiN, or these are the main components, the surface layer 8 is made of an alloy of Pt and Ir, Ir and An alloy with Re and a metal made of Pt are particularly suitable.

上型３は、下型２の側面２ｂと同一の外径の筒状の側面３ｂを有する略円柱状部材であり、軸方向の一端部（図１の上側）に側面３ｂから外周方向に突出するフランジ部３ｃが形成され、軸方向の他端部（図１の下側）に光学素子の凹レンズ面の形状をガラス材料に転写する凸面形状を有する成形面３ａが形成されている。   The upper die 3 is a substantially columnar member having a cylindrical side surface 3b having the same outer diameter as that of the side surface 2b of the lower die 2, and protrudes from the side surface 3b to the outer circumferential direction at one axial end (upper side in FIG. 1). A flange 3c is formed, and a molding surface 3a having a convex shape for transferring the shape of the concave lens surface of the optical element to the glass material is formed at the other end in the axial direction (lower side in FIG. 1).

側面３ｂ、フランジ部３ｃは、下型２と同様の材質からなる基材３Ａの表面によって形成されている。
基材３Ａの軸方向の他端側には、図２（ａ）に示すように、成形面３ａの形状に沿う凹面として形成された基材表面Ｓ３Ａ上に、鏡面形成層３Ｂ、離型膜３Ｃがこの順に積層され、離型膜３Ｃの最外面によって、成形面３ａが構成されている。
鏡面形成層３Ｂは、下型２の鏡面形成層２Ｂと同様な構成を有し、同様な材料で形成されている。このため、鏡面形成層３Ｂは、凹凸部Ｓ２Ｂと同様な凹凸部Ｓ３Ｂが形成されている。
また、離型膜３Ｃは、離型膜２Ｃと同様な構成を有し、同様な材料で形成されている。このため、離型膜３Ｃは、凹凸部Ｓ３Ｂを介して、鏡面形成層３Ｂを覆うように形成されている。 The side surface 3b and the flange portion 3c are formed by the surface of the base material 3A made of the same material as that of the lower mold 2.
On the other end side in the axial direction of the base material 3A, as shown in FIG. 2A, on the base material surface S3A formed as a concave surface along the shape of the molding surface 3a, the mirror surface forming layer 3B, the mold release The film 3C is laminated in this order, and the molding surface 3a is constituted by the outermost surface of the release film 3C.
The mirror surface forming layer 3B has the same configuration as the mirror surface forming layer 2B of the lower mold 2 and is formed of the same material. For this reason, the mirror surface forming layer 3 </ b> B has the concavo-convex portion S <b > 3 </ b> B similar to the concavo-convex portion S <b> 2 </ b> B.
The release film 3C has the same configuration as the release film 2C and is formed of the same material. For this reason, the release film 3C is formed so as to cover the mirror surface forming layer 3B via the uneven portion S3B .

このような構成により、下型２において、基材２Ａと鏡面形成層２Ｂとは、本体部材を構成している。また、上型３において、基材３Ａと鏡面形成層３Ｂとは、本体部材を構成している。   With such a configuration, in the lower mold 2, the base material 2 </ b> A and the mirror surface forming layer 2 </ b> B constitute a main body member. In the upper mold 3, the base material 3 </ b> A and the mirror surface forming layer 3 </ b> B constitute a main body member.

胴型４は、図１に示すように、下型２の側面２ｂの外径および上型３の側面３ｂの外径に等しい内径を有する内周面４ａを有し、下型２の側面２ｂ、および上型３の側面３ｂを、それぞれ軸方向に摺動可能に嵌合する円筒状部材である。
これにより、胴型４の一端部（図１の下側）を下型２のフランジ部２ｃに係止した状態で、下型２に外嵌され、他端部（図１の上側）には、成形面３ａを成形面２ａと対向させた状態で、上型３が着脱可能に挿入できるようになっている。
このように、胴型４の両端部に下型２、上型３が挿入された状態では、互いに対向する成形面２ａ、３ａの間に成形空間が形成される。
胴型４の材質は、炭化ケイ素、超硬合金を採用することができる。 As shown in FIG. 1, the body mold 4 has an inner peripheral surface 4 a having an inner diameter equal to the outer diameter of the side surface 2 b of the lower mold 2 and the outer diameter of the side surface 3 b of the upper mold 3, and the side surface 2 b of the lower mold 2. , And the side surface 3b of the upper mold 3 are cylindrical members that are slidably fitted in the axial direction.
As a result, one end portion (lower side in FIG. 1) of the body die 4 is fitted to the lower die 2 in a state where the one end portion (lower side in FIG. 1) is engaged with the flange portion 2c of the lower die 2, and the other end portion (upper side in FIG. The upper mold 3 can be removably inserted with the molding surface 3a facing the molding surface 2a.
Thus, in the state where the lower mold 2 and the upper mold 3 are inserted at both ends of the body mold 4, a molding space is formed between the molding surfaces 2a and 3a facing each other.
Silicon carbide and cemented carbide can be used as the material of the trunk mold 4.

次に、このような構成の金型組立体１における下型２、上型３の製造方法について、成形面２ａ、３ａの形成に関する製造工程を中心に説明する。
また、これらの製造工程は、下型２と上型３の外形状の違いを除いて同一であり、成形面２ａの形成に関する製造工程の説明は、成形面３ａの形成に関する製造工程にも同様に適用できる。したがって、以下では、下型２に成形面２ａを形成する場合の例で説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。図５（ａ−１）、（ｂ−１）は、本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の鏡面形成工程の模式的な工程説明図である。図５（ａ−２）、（ｂ−２）は、それぞれ図５（ａ−１）、（ｂ−１）におけるＥ部、Ｆ部の模式的な部分拡大図である。図５（ｃ−１）、（ｄ−１）は、本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の粒成長工程の模式的な工程説明図である。図５（ｃ−２）、（ｄ−２）は、それぞれ図５（ｃ−１）、（ｄ−１）におけるＧ部、Ｈ部の模式的な部分拡大図である。 Next, the manufacturing method of the lower mold 2 and the upper mold 3 in the mold assembly 1 having such a configuration will be described focusing on the manufacturing process relating to the formation of the molding surfaces 2a and 3a.
Moreover, these manufacturing processes are the same except for the difference in the outer shape of the lower mold 2 and the upper mold 3, and the description of the manufacturing process relating to the formation of the molding surface 2a is the same as the manufacturing process relating to the formation of the molding surface 3a. Applicable to. Therefore, hereinafter, an example in which the molding surface 2a is formed on the lower mold 2 will be described.
FIG. 4 is a flowchart showing a process flow of the method for manufacturing an optical element molding die according to the first embodiment of the present invention. 5 (a-1) and 5 (b-1) are schematic process explanatory views of a mirror surface forming process of the method for manufacturing an optical element molding die according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 5A-2 and 5B-2 are schematic partial enlarged views of the E part and the F part in FIGS. 5A-1 and 5B-1, respectively. FIGS. 5C-1 and 5D-1 are schematic process explanatory views of a grain growth process of the method for manufacturing an optical element molding die according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 5C-2 and 5D-2 are schematic partial enlarged views of the G and H portions in FIGS. 5C-1 and 5D-1, respectively.

本実施形態の光学素子成形用型の製造方法は、図４に示すように、鏡面形成工程Ｓ１、粒成長工程Ｓ２、および離型膜形成工程Ｓ３を備える。   As shown in FIG. 4, the method for manufacturing an optical element molding die according to this embodiment includes a mirror surface forming step S1, a grain growth step S2, and a release film forming step S3.

まず、鏡面形成工程Ｓ１を行う。本工程は、本体部材の表面部である鏡面形成層２Ｂに、成形品の表面形状に沿う形状の鏡面を形成する工程である。
本実施形態では、まず、ＳｉＣ粒子を焼結して基材２Ａを形成する。基材２Ａの基材表面Ｓ２Ａは、成形品の表面形状に略沿う形状に形成するが、図５（ａ−１）、（ａ−２）に模式的に示すように、ＳｉＣの焼結体では、焼結粒子の粒径が、例えば、５μｍ〜１０μｍのような大きさを有するため、基材表面Ｓ２Ａにも同程度の凹凸が残り、鏡面を形成することはできない。
そこで、図５（ｂ−１）、（ｂ−２）に模式的に示すように、基材表面Ｓ２Ａ上に、例えば、ＣＶＤによりＳｉＣ層２Ｂ１を形成する。ＳｉＣ層２Ｂ１を構成するＳｉＣは、β−ＳｉＣである。 First, the mirror surface forming step S1 is performed. This step is a step of forming a mirror surface having a shape along the surface shape of the molded product on the mirror surface forming layer 2B which is the surface portion of the main body member.
In the present embodiment, first, the substrate 2A is formed by sintering SiC particles. The base material surface S2A of the base material 2A is formed in a shape substantially conforming to the surface shape of the molded product. As schematically shown in FIGS. 5 (a-1) and (a-2), SiC is sintered. in the body, the grain size of the sintered particles, for example, because having a size such as 5 m to 10 m, the remaining irregularities of the same degree to the substrate surface S 2A, it is impossible to form a mirror surface.
Therefore, FIG. 5 (b-1), ( b-2) in as shown schematically, on the substrate surface S 2A, for example, to form a SiC layer 2B 1 by CVD. The SiC constituting the SiC layer 2B 1 is β-SiC.

ＣＶＤによるＳｉＣ粒子は、粒径が、例えば、１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度と、焼結粒子に比べて格段に粒径が小さくなっている。このため、鏡面形成層２Ｂ１の表面ｓ１は、基材表面Ｓ２Ａの凹凸に対応する凹凸形状が残っているが、研磨加工によって、平滑化することが可能である。
そこで、図５（ｃ−１）、（ｃ−２）に示すように、表面ｓ１を研磨加工して、成形品の表面形状に沿う形状の鏡面ｓ２を最外面に有する鏡面形成層２Ｂ２を形成する。鏡面ｓ２の表面粗さは、Ｒａで０．００５μｍ以下となるようにすることが好ましい。
以上で、鏡面形成工程Ｓ１が終了する。 The SiC particles by CVD have a particle size that is significantly smaller than that of sintered particles, for example, about 10 nm to 300 nm. For this reason, the surface s 1 of the mirror surface forming layer 2B 1 has an uneven shape corresponding to the unevenness of the substrate surface S 2A , but can be smoothed by polishing.
Therefore, FIG. 5 (c-1), as shown in (c-2), and polished surfaces s 1, mirror layer 2B having a mirror surface s 2 of a shape along the surface shape of the molded article on the outermost surface 2 is formed. The surface roughness of the mirror surface s 2 is preferably 0.005 μm or less in terms of Ra .
This completes the mirror surface forming step S1.

次に、粒成長工程Ｓ２を行う。本工程は、鏡面ｓ２に粒成長させて鏡面ｓ２に凹凸部Ｓ２Ｂを形成する工程である。
すなわち、鏡面ｓ２を形成した状態の下型２を、例えば、窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスを充填して非酸化雰囲気とした電気炉内に配置して、加熱を行う。
β−ＳｉＣは、加熱されると、α−ＳｉＣとして粒成長を起こす。このため、鏡面ｓ２から種々方向に結晶が成長して、微小突起が集まった凹凸形状による凹凸部Ｓ２Ｂが形成される（図５（ｄ−１）、（ｄ−２）参照）。 Next, a grain growth step S2 is performed. This step is a step of forming a concave-convex portion S 2B mirror s 2 by grain growth specular s 2.
That is, the lower mold 2 in a state where the mirror surface s 2 is formed is placed in an electric furnace filled with an inert gas such as nitrogen gas (N 2 ) to form a non-oxidizing atmosphere and heated.
When β-SiC is heated, it grows as α-SiC. For this reason, the crystal grows in various directions from the mirror surface s 2 to form the concavo-convex portion S 2B having a concavo-convex shape in which minute protrusions gather (see FIGS. 5D-1 and 5D-2).

粒成長は、ＳｉＣ素材の作製プロセスの中では起こることが知られていた。特に結晶粒サイズが数十μｍ以上に巨大化する場合は異常結晶粒成長と呼ばれ、材料の均質性、物性を損なうことから、粒成長は可能な限り抑制されていた。
本発明者は鋭意研究を重ねた結果、この粒成長を制御することで、離型膜を成膜する際のアンカー効果を奏し、かつ、成形面の鏡面性を確保できる範囲の凹凸部Ｓ２Ｂの好適な範囲を見出し、本発明に到った。
すなわち、加熱温度および加熱時間を好適な範囲に設定することで、離型膜形成工程Ｓ３で形成する離型膜２Ｃに対する密着強度が良好となり、かつ離型膜２Ｃの最外面の面精度が良好となる凹凸形状の大きさを有する凹凸部Ｓ２Ｂを形成することができる。 Grain growth has been known to occur during the SiC material fabrication process. In particular, when the crystal grain size is enlarged to several tens of μm or more, it is called abnormal crystal grain growth, and the homogeneity and physical properties of the material are impaired. Therefore, grain growth is suppressed as much as possible.
As a result of extensive research, the present inventor achieved an anchor effect when forming a release film by controlling this grain growth, and an uneven portion S 2B in a range where the specularity of the molding surface can be secured. The present inventors have found a suitable range of the present invention and have arrived at the present invention.
That is, by setting the heating temperature and the heating time within suitable ranges, the adhesion strength to the release film 2C formed in the release film forming step S3 becomes good, and the surface accuracy of the outermost surface of the release film 2C is good. The concavo-convex part S2B having the size of the concavo-convex shape can be formed.

ここで、鏡面形成層２Ｂ２の鏡面ｓ２の表面粗さがＲＺで０．００５μｍの場合に、加熱温度と加熱時間の組合せによる表面粗さの変化を実験した結果の一例を、下記の表１として示す。 Here, in the case where the surface roughness of the mirror surface s 2 of the mirror surface forming layer 2B 2 is 0.005 μm in R Z , an example of the result of experimenting the change in surface roughness depending on the combination of the heating temperature and the heating time is as follows: Shown in Table 1.

Figure 0005948071
Figure 0005948071

上記表１に示すように、ＳｉＣの場合、加熱温度が１６００℃〜２４００℃の範囲では、加熱時間を０．５時間〜３時間の間で適宜設定することによって、表面粗さがＲＺで、０．０７μｍ〜１０μｍまで変化していることが分かる。
すなわち、粒成長の成長速度は加熱温度が低いほど遅くなるため、加熱温度と加熱時間との組合せを適宜設定すれば、粒成長が進みすぎることなく一定のＲＺを得ることが可能である。
上記の温度範囲で適宜の加熱時間をかければ、異常粒成長を発生させることとなく、凹凸部Ｓ２ＢのＲＺの好ましい範囲０．１μｍ〜２μｍや、より好ましい範囲０．２μｍ〜１μｍを実現することが可能である。
また、ガラスのプレス成形における成形温度は、例えば、４００℃〜８００℃と、本工程の加熱温度よりも充分低いため、光学素子の成形中にＳｉＣが粒成長することはない。このため、プレス成形を繰り返しても成形面２ａの表面形状の面精度は維持される。 As shown in Table 1 above, in the case of SiC, when the heating temperature is in the range of 1600 ° C. to 2400 ° C., the surface roughness is R Z by appropriately setting the heating time between 0.5 hours and 3 hours. , 0.07 μm to 10 μm.
That is, the growth rate of grain growth because the heating temperature is slow enough low, be set as appropriate combinations of the heating temperature and the heating time, it is possible to obtain a constant R Z without grain growth progresses excessively.
By multiplying an appropriate heating time at the above temperature range, without the possible cause abnormal grain growth, the preferred range 0.1μm~2μm or R Z of the concave-convex portion S 2B, a more preferred range 0.2μm~1μm realized Is possible.
Moreover, since the molding temperature in the glass press molding is, for example, 400 ° C. to 800 ° C., which is sufficiently lower than the heating temperature in this step, SiC does not grow during the molding of the optical element. For this reason, even if press molding is repeated, the surface accuracy of the surface shape of the molding surface 2a is maintained.

予め設定した加熱時間が経過したら、加熱を停止し、冷却した後、下型２を電気炉から搬出する。
以上で粒成長工程Ｓ２が終了する。 When the preset heating time has elapsed, heating is stopped, and after cooling, the lower mold 2 is taken out of the electric furnace.
This is the end of the grain growth step S2.

なお、鏡面形成層２Ｂの材質が異なる場合でも、予め、加熱温度および加熱時間とＲＺの大きさとを、同様にして実験によって調べておくことにより、好適な加熱温度および加熱条件の条件を設定することが可能である。 Even if the material of the mirror layer 2B is different, in advance, by the magnitude of the heating temperature and the heating time and the R Z, previously examined by experiments in the same manner, sets the suitable heating temperature and heating conditions Condition Is possible.

次に、離型膜形成工程Ｓ３を行う。本工程は、本体部材の表面部に凹凸部Ｓ２Ｂを介して離型膜２Ｃを成膜する工程である。
本実施形態では、図３に示すように、凹凸部Ｓ２Ｂ上に、下地層５、金属層６、窒化物層７、および表面層８をこの順に順次成膜する。成膜はイオンビームスパッタリングにより行う。
表面層８の表面粗さＲａが０．００５μｍより大きい場合は、表面を鏡面研磨して、Ｒａを０．００５μｍより小さくする。
以上で、離型膜形成工程Ｓ３が終了する。
このようにして下型２が製造される。 Next, a release film forming step S3 is performed. This step is a step of forming the release film 2C on the surface portion of the main body member via the uneven portion S2B .
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the base layer 5, the metal layer 6, the nitride layer 7, and the surface layer 8 are sequentially formed in this order on the concavo-convex portion S 2B . Film formation is performed by ion beam sputtering.
When the surface roughness R a of the surface layer 8 is larger than 0.005μm, the surface was mirror-polished, smaller than 0.005μm and R a.
Thus, the release film forming step S3 is completed.
In this way, the lower mold 2 is manufactured.

本実施形態の下型２によれば、基材２Ａの表面部に、凹凸部Ｓ２Ｂを有する鏡面形成層２Ｂを形成し、凹凸部Ｓ２Ｂを介して離型膜２Ｃを成膜しているため、離型膜２Ｃの密着性を向上することができる。このため、下型２の離型膜２Ｃの耐久性を向上することができる。
また、離型膜２Ｃとして、例えば、従来広く用いられている、基材が超硬合金の場合の離型膜の構成を、基材がＳｉＣの焼結体の場合に適用しても、良好な密着強度が得られる。このため、離型膜の膜構成を複雑化することなく、離型膜２Ｃと本体部材との密着性を向上することができる。 According to the lower die 2 of the present embodiment, the surface portion of the substrate 2A, to form a mirror layer 2B having a concave-convex portion S 2B, are formed the mold release film 2C through the uneven portion S 2B Therefore, the adhesion of the release film 2C can be improved. For this reason, the durability of the release film 2C of the lower mold 2 can be improved.
Further, as the release film 2C, for example, the configuration of the release film in the case where the base material is a cemented carbide, which is widely used in the past, is good even when the base material is a sintered body of SiC. High adhesion strength. For this reason, the adhesiveness between the release film 2C and the main body member can be improved without complicating the film configuration of the release film.

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の光学素子成形用型について説明する。
図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態の光学素子成形用型の主要部を示す模式的な断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＪ部の模式的な部分拡大図である。 [Second Embodiment]
An optical element molding die according to the second embodiment of the present invention will be described.
Fig.6 (a) is typical sectional drawing which shows the principal part of the optical element shaping | molding die of the 2nd Embodiment of this invention. FIG. 6B is a schematic partial enlarged view of a portion J in FIG.

本実施形態の金型組立体１１は、図１に示すように、上記第１の実施形態の金型組立体１１の下型２、上型３に代えて、下型１２（光学素子成形用型）、上型１３（光学素子成形用型）を備える。
下型１２（上型１３）は、図６（ａ）に示すように、上記第１の実施形態の下型２（上型３）の鏡面形成層２Ｂ（３Ｂ）を削除したものである。このため、本実施形態では、基材２Ａ（３Ａ）が本体部材を構成する。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。 As shown in FIG. 1, a mold assembly 11 of this embodiment is replaced with a lower mold 12 (for optical element molding) instead of the lower mold 2 and the upper mold 3 of the mold assembly 11 of the first embodiment. Mold) and upper mold 13 (optical element molding mold).
As shown in FIG. 6A, the lower mold 12 (upper mold 13) is obtained by deleting the mirror surface forming layer 2B (3B) of the lower mold 2 (upper mold 3) of the first embodiment. For this reason, in this embodiment, base material 2A (3A) comprises a main body member.
Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

本実施形態の下型１２（上型１３）は、基材２Ａ（３Ａ）の表面に鏡面ｓ１２（本体部材の表面部、図６（ｂ）の二点鎖線参照）を形成することができるとともに、鏡面ｓ１２からの粒成長によって凹凸部Ｓ１２（Ｓ１３）を形成することができる場合の実施形態である。
このような基材２Ａ（３Ａ）の材質としては、例えば、超硬合金、サーメット、窒化ケイ素、窒化アルミ、窒化ホウ素等を挙げることができる。 Lower die 12 of the present embodiment (upper die 13) can form a mirror surface s 12 (the surface portion of the body member, see the two-dot chain lines in FIG. 6 (b)) on the surface of the substrate 2A (3A) In addition, this is an embodiment in which the uneven portion S 12 (S 13 ) can be formed by grain growth from the mirror surface s 12 .
Examples of the material of the base material 2A (3A) include cemented carbide, cermet, silicon nitride, aluminum nitride, and boron nitride.

本実施形態の下型１２（上型１３）は、上記第１の実施形態と略同様にして製造することができる。以下では、上記第１の実施形態と同様に、下型１２を製造する場合の例で説明する。
本実施形態の鏡面形成工程Ｓ１は、基材２Ａの表面に成形品の表面形状に沿う形状の鏡面ｓ２を形成する工程である。超硬合金を構成するＷＣ粒子の粒径は、例えば、０．５μｍ〜１．５μｍとＳｉＣの焼結体粒子に比べて小さい。このため、焼結により基材２Ａの外形を形成した後、成形品の表面形状に沿う面を研磨加工することにより、表面粗さがＲａで０．００５μｍ以下程度の鏡面ｓ２を形成することができる。
以上で、鏡面形成工程Ｓ１が終了する。 The lower mold 12 (upper mold 13) of the present embodiment can be manufactured in substantially the same manner as in the first embodiment. Hereinafter, as in the first embodiment, an example in which the lower mold 12 is manufactured will be described.
Mirror forming step S1 of this embodiment is a step of forming a mirror surface s 2 of a shape along the surface shape of the molded article on the surface of the substrate 2A. The particle size of the WC particles constituting the cemented carbide is, for example, 0.5 μm to 1.5 μm, which is smaller than the sintered particles of SiC. For this reason, after forming the outer shape of the base material 2A by sintering, the mirror surface s 2 having a surface roughness Ra of about 0.005 μm or less is formed by polishing the surface along the surface shape of the molded product. be able to.
This completes the mirror surface forming step S1.

次に、本実施形態の粒成長工程Ｓ２を行う。本工程は、鏡面ｓ２に粒成長させて鏡面ｓ２に凹凸部Ｓ１２を形成する工程である。
すなわち、鏡面ｓ２を形成した状態の下型１２を、非酸化雰囲気の電気炉に入れて、予め設定した加熱温度、加熱時間で熱処理して、鏡面ｓ２から粒成長させる。
以上で、粒成長工程Ｓ２が終了する。 Next, the grain growth step S2 of this embodiment is performed. This step is a step of forming a concave-convex portion S 12 mirror s 2 by grain growth specular s 2.
That is, the lower mold 12 in a state where the mirror surface s 2 is formed is put in an electric furnace in a non-oxidizing atmosphere and heat-treated at a preset heating temperature and heating time to grow grains from the mirror surface s 2 .
This is the end of the grain growth step S2.

離型膜形成工程Ｓ３は、基材２Ａの表面部に凹凸部Ｓ１２を介して離型膜２Ｃを成膜する工程である。離型膜２Ｃは、上記第１の実施形態と同様にして成膜することができる。
このようにして、本実施形態の下型１２を製造することができる。 Release film forming process S3 is a step of forming a release film 2C through the uneven portion S 12 on the surface portion of the substrate 2A. The release film 2C can be formed in the same manner as in the first embodiment.
In this way, the lower mold 12 of this embodiment can be manufactured.

本実施形態の下型１２は、基材２Ａの表面に直に凹凸部Ｓ１２を形成しているため、上記第１の実施形態に比べて製造工程を簡素化することができる。 Lower die 12 of the present embodiment, forming the direct uneven portion S 12 on the surface of the substrate 2A, it is possible to simplify the manufacturing process as compared with the first embodiment.

なお、上記各実施形態の説明では、光学素子成形用型として、光学素子を製造する金型であって、光学素子の光学面の形状を転写する成形面を有する場合の例で説明したが、光学面以外の成形品の形状を形成する成形面を同様な構成とすることも可能である。
また、光学素子成形用型は、面精度が良好な成形面を要する適宜の成形品を製造することが可能である。 In the description of each of the embodiments described above, the optical element molding die is a mold for manufacturing an optical element, and has been described as an example in the case of having a molding surface that transfers the shape of the optical surface of the optical element. The molding surface that forms the shape of the molded product other than the optical surface can be configured similarly.
The optical element molding die can produce an appropriate molded product that requires a molding surface with good surface accuracy.

また、上記第１の実施形態の説明では、基材２Ａと鏡面形成層２Ｂとが、同種類の材料で構成されている場合の例で説明したが、基材２Ａと鏡面形成層２Ｂとは、互いに良好に密着することができる材料であれば、異なる種類の材料を組み合わせることが可能である。   In the description of the first embodiment, the base material 2A and the mirror surface forming layer 2B have been described as an example of the case where the base material 2A and the mirror surface forming layer 2B are made of the same kind of material. Different types of materials can be combined as long as they can adhere well to each other.

また、上記各実施形態の説明では、電気炉による加熱処理を行うことで粒成長工程を行った場合の例で説明したが、加熱処理は電気炉の加熱には限定されず、適宜のエネルギー印加手段を採用することが可能である。例えば、イオンビーム、プラズマ、レーザー照射などによって、エネルギーを印加することによって粒成長させてもよい。   In the description of each of the above embodiments, an example in which the grain growth process is performed by performing a heat treatment using an electric furnace has been described. However, the heat treatment is not limited to heating of the electric furnace, and appropriate energy application is performed. Means can be employed. For example, the grains may be grown by applying energy by ion beam, plasma, laser irradiation or the like.

また、上記各実施形態の説明では、粒成長工程Ｓ２を電気炉内で行い、専用の成膜装置で離型膜形成工程Ｓ３を行う場合の例で説明した。粒成長工程Ｓ２の後に、金型を成膜装置に移動する際、粒成長した成形面に浮遊有機物などの異物が付着することがある。このような場合、異物により粒成長した成形面と、離型膜との密着性を損なう恐れがある。
粒成長工程Ｓ２と離型膜形成工程Ｓ３とを連続的に実施できるような装置を用いることで、上記のような障害を避けることが可能である。
また、連続的に工程を実施することにより、粒成長した直後に離型膜を設けることで、粒成長で活性化された状態の表面に離型膜が成膜され、より密着力を増すことが期待できる。 In the description of each of the above embodiments, the grain growth step S2 is performed in an electric furnace, and the release film forming step S3 is performed using a dedicated film forming apparatus. When the mold is moved to the film forming apparatus after the grain growth step S2, foreign matter such as floating organic matter may adhere to the grain-grown molding surface. In such a case, there is a risk of impairing the adhesion between the molding surface in which grains have grown due to foreign matter and the release film.
By using an apparatus capable of continuously performing the grain growth step S2 and the release film forming step S3, it is possible to avoid the above obstacles.
In addition, by performing the process continuously, a release film is formed immediately after the grain growth, so that the release film is formed on the surface activated by the grain growth and the adhesion force is further increased. Can be expected.

また、上記の各実施形態の説明では、離型膜２Ｃの膜構成は、本体部材がＳｉＣの焼結体であっても、凹凸部Ｓ２Ｂを介すことにより超硬合金基材向けの離型膜を設けることができることを示すため、下地層５、金属層６、窒化物層７、および表面層８がこの順に積層されている４層構成の場合の例で説明した。
このような構成によれば、本体部材の表面部の材質が、超硬合金以外の場合でも、従来の超硬合金基材向け離型膜、および離型膜を形成する製造工程を、変更無しにそのまま使うことができる。このため、離型膜を変えることなく、光学素子成形用型の本体部材の表面部との密着強度を向上することができる。これにより、本体部材の基材のみを、例えば、超硬合金とＳｉＣとに使い分けることが容易になるという利点がある。
しかし、このような離型膜の膜構成は一例であり、離型膜は、必要に応じて、適宜の膜構成を構成することができる。すなわち、上記各実施形態の膜構成は、最外層である表面層８と、その他の中間層である下地層５、金属層６、および窒化物層７という構成を有しているが、中間層の材質、層構成（層の組合せや順序）は、最外層の材質や必要な密着強度に応じて適宜の材質、層構成を採用することができる。
例えば、これらの中間層の一部の層を削除したり、それぞれを材質や組成を変えて複数設けるようにしたり、他の異なる中間層を挿入したり、層の積層順序を変えたりしてもよい。
また、離型膜の中間層は、少なくとも一部が、材料の組成が層厚方向に変化する材料傾斜層であってもよい。
また、離型膜は、同一材質が均質に分布した単層であってもよいが、材料傾斜層からなる単層でもよい。 In the description of each embodiment described above, the film structure of the release film 2C is also the body member is a sintered body of SiC, away for the cemented carbide substrate by the intervention of an uneven portion S 2B In order to show that a mold film can be provided, an example in the case of a four-layer structure in which the base layer 5, the metal layer 6, the nitride layer 7, and the surface layer 8 are laminated in this order has been described.
According to such a configuration, even when the material of the surface portion of the main body member is other than the cemented carbide, the conventional release film for the cemented carbide substrate and the manufacturing process for forming the release film are not changed. Can be used as is. For this reason, the adhesive strength with the surface part of the main body member of the optical element molding die can be improved without changing the release film. Thereby, there exists an advantage that it becomes easy to selectively use only the base material of a main body member, for example to a cemented carbide alloy and SiC.
However, such a film configuration of the release film is an example, and the release film can have an appropriate film configuration as needed. That is, the film configuration of each of the above embodiments has a configuration of the surface layer 8 being the outermost layer and the base layer 5, the metal layer 6, and the nitride layer 7 being other intermediate layers. As the material and layer structure (combination and order of layers), an appropriate material and layer structure can be adopted according to the material of the outermost layer and the required adhesion strength.
For example, some of these intermediate layers may be deleted, each may be provided with a plurality of different materials and compositions, another different intermediate layer may be inserted, or the layer stacking order may be changed. Good.
Further, at least a part of the intermediate layer of the release film may be a material gradient layer in which the material composition changes in the layer thickness direction.
The release film may be a single layer in which the same material is uniformly distributed, or may be a single layer formed of a material gradient layer.

ここで、このような離型膜の膜構成の変形例について説明する。
図７は、本発明の第１および第２の実施形態の変形例の光学素子成形用型の主要部を示す模式的な断面図およびそのＫ部の模式的な部分拡大図である。
本変形例の下型２０は、図７（ａ）に示すように、上記第１の実施形態の下型２における離型膜２Ｃと鏡面形成層２Ｂとの間に、中間層２１が挿入された膜構成を有する離型膜２０Ｃを備えるもの、または、上記第２の実施形態の下型１２における離型膜２Ｃと基材２Ａとの間に、中間層２１が挿入された膜構成を有する離型膜２０Ｃを備えるものである。
これらの変形例では、中間層２１は、離型膜２Ｃを構成する下地層５、金属層６、窒化物層７とともに、離型膜２０Ｃにおける中間層の一部を構成する。このため、下地層５は、離型膜２０Ｃにおいては最下層を構成しておらず、中間層２１が最下層を構成している。
中間層２１によれば、離型膜２Ｃと同様の多層膜を、さらに強固に、凹凸部Ｓ２Ｂまたは凹凸部Ｓ１２に接合することが可能である。
このような中間層２１の材質としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる元素群のうちのいずれかの金属、または、前記元素群のうちの少なくとも１つを含む合金、または前記元素群のうちのいずれかを含む化合物、または窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、 窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、窒化アルミクロム（ＡｌＣｒＮ）のうちのいずれかを含む構成が好適である。
このような下型２０の製造方法は、粒成長工程と前記離型膜形成工程との間に、このような中間層形成工程を備えることで実現される。 Here, a modified example of the film configuration of such a release film will be described.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a main part of an optical element molding die according to a modification of the first and second embodiments of the present invention, and a schematic partial enlarged view of the K part.
As shown in FIG. 7A, in the lower mold 20 of this modification, an intermediate layer 21 is inserted between the release film 2C and the mirror surface forming layer 2B in the lower mold 2 of the first embodiment. Or a film configuration in which an intermediate layer 21 is inserted between the mold release film 2C and the base material 2A in the lower mold 12 of the second embodiment. A release film 20C is provided.
In these modifications, the intermediate layer 21 constitutes a part of the intermediate layer in the release film 20 </ b> C together with the base layer 5, the metal layer 6, and the nitride layer 7 constituting the release film 2 </ b> C. For this reason, the underlayer 5 does not constitute the lowermost layer in the release film 20C, and the intermediate layer 21 constitutes the lowermost layer.
According to the intermediate layer 21, the same multilayer film and the release film 2C, the more robust and can be joined to the concave-convex portion S 2B or raised portion S 12.
Examples of the material of the intermediate layer 21 include aluminum (Al), chromium (Cr), tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium (Zr), niobium (Nb), cobalt (Co), copper ( Cu), titanium (Ti), iron (Fe), nickel (Ni), any metal element group, an alloy containing at least one of the element groups, or the element group A structure containing any of the above compounds or titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiCN), titanium aluminum nitride (TiAlN), or aluminum nitride chromium (AlCrN) is preferable.
Such a manufacturing method of the lower mold | type 20 is implement | achieved by providing such an intermediate | middle layer formation process between a grain growth process and the said mold release film formation process.

また、上記の実施形態で説明した構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。   In addition, the components described in the above embodiments can be implemented by being appropriately combined or deleted within the scope of the technical idea of the present invention.

以下では、上記第１の実施形態の具体的な実施例について、評価結果とともに説明する。
［実施例１］
実施例１の下型２は、本体部材はＳｉＣ焼結体で形成され、成形レンズの凸レンズ面に沿う形状の表面に、ＣＶＤによって厚さ０．５ｍｍのＳｉＣが成膜されている（ＣＶＤ−ＳｉＣ）。このＣＶＤ−ＳｉＣの表面を研磨して、表面粗さＲａが約０．００５μｍの鏡面Ｓ２を形成した（鏡面形成工程Ｓ１）。
次に、鏡面Ｓ２が形成されたこの本体部材を、窒素パージした電気炉に搬入して、加熱温度１９００℃で３０分間熱処理して、鏡面ｓ２のＳｉＣを粒成長させ、ＲＺが約０．４μｍの凹凸部Ｓ２Ｂを形成した（粒成長工程Ｓ２）。
次に、凹凸部Ｓ２Ｂを介して、ＷＣ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｉｒ−Ｒｅを順次成膜し、下地層５、金属層６、窒化物層７，表面層８を形成した。これにより、離型膜２Ｃが形成された（離型膜形成工程Ｓ３）。 Below, the specific Example of the said 1st Embodiment is demonstrated with an evaluation result.
[Example 1]
In the lower mold 2 of Example 1, the main body member is formed of a SiC sintered body, and a SiC film having a thickness of 0.5 mm is formed on the surface of the molded lens along the convex lens surface by CVD (CVD- SiC). By polishing the surface of the CVD-SiC, the surface roughness Ra to form a mirror S 2 of about 0.005 .mu.m (mirror formation step S1).
Next, this main body member on which the mirror surface S2 is formed is carried into an electric furnace purged with nitrogen and heat-treated at a heating temperature of 1900 ° C. for 30 minutes to grow SiC on the mirror surface s 2 so that R Z is about 0. to form the uneven portion S 2B of .4Myuemu (grain growth step S2).
Then, through the uneven portion S 2B, WC, Cr, sequentially formed CrN, the Ir-Re, the base layer 5, the metal layer 6, a nitride layer 7, to form a surface layer 8. Thereby, the release film 2C was formed (release film forming step S3).

［実施例２］
実施例２の下型２は、実施例１と同様の鏡面形成工程Ｓ１、粒成長工程Ｓ２を行った後、イオンビームスパッタリング装置へ移動した。真空中で凹凸部Ｓ２Ｂにアルゴンイオンビームを５分間照射し、続けてＩｒ−Ｒｅを成膜して離型膜２Ｃを形成した。
このため、実施例２における離型膜２Ｃは、単層構成の離型膜になっている。 [Example 2]
The lower mold 2 of Example 2 was moved to the ion beam sputtering apparatus after performing the mirror surface forming step S1 and the grain growth step S2 as in Example 1. In the vacuum, the concavo-convex portion S2B was irradiated with an argon ion beam for 5 minutes, and then Ir-Re was deposited to form a release film 2C.
For this reason, the release film 2C in Example 2 is a release film having a single layer structure.

［比較例］
比較例として、実施例１において、粒成長工程Ｓ２を省略した下型を作成した。 [Comparative example]
As a comparative example, a lower mold in which the grain growth step S2 was omitted in Example 1 was created.

［評価］
実施例１、２、比較例の光学素子成形用型の各離型膜の膜密着力の評価を行った。
測定機として膜密着力測定機（（株）レスカ製 ＣＳＲ−２０００）を用い、臨界剥離強度の測定を行った。
臨界剥離強度の測定値は、比較例が１３０ｍＮであったのに対し、実施例１では２００ｍＮ、実施例２では２４０ｍＮとなった。
これらの結果から、実施例１、２では、凹凸部Ｓ２Ｂを有することにより、凹凸部を有しない比較例に比べて、離型膜の臨界剥離強度が格段に高くなっており、離型膜の本体部材の表面部に対する密着力が向上していることが分かる。 [Evaluation]
The film adhesion of each release film of the optical element molding die of Examples 1 and 2 and Comparative Example was evaluated.
The critical peel strength was measured using a film adhesion measuring machine (CSR-2000 manufactured by Resuka Co., Ltd.) as a measuring machine.
The measured critical peel strength was 130 mN in the comparative example, 200 mN in the example 1, and 240 mN in the example 2.
From these results, in Examples 1 and 2, by having the concavo-convex part S 2B , the critical peel strength of the release film is significantly higher than that of the comparative example having no concavo-convex part. It turns out that the adhesive force with respect to the surface part of the main-body member is improving.

１、１１ 金型組立体
２、１２ 下型（光学素子成形用型）
２Ａ、３Ａ 基材（本体部材）
２Ｂ、３Ｂ 鏡面形成層（本体部材）
２Ｃ、３Ｃ 離型膜
２ａ、３ａ 成形面
３、１３ 上型（光学素子成形用型）
４ 胴型
５ 下地層（最下層）
６ 金属層
７ 窒化物層
８ 表面層（最外層）
２１ 中間層（最下層）
ｓ２、ｓ１２ 鏡面（本体部材の表面部）
Ｓ２Ａ、Ｓ３Ａ 基材表面
Ｓ２Ｂ、Ｓ３Ｂ、Ｓ１２、Ｓ１３ 凹凸部
Ｓ１ 鏡面形成工程
Ｓ２ 粒成長工程
Ｓ３ 離型膜形成工程 1,11 Mold assembly 2,12 Lower mold (Optical element molding mold)
2A, 3A Base material (main body member)
2B, 3B Mirror surface forming layer (main body member)
2C, 3C Release film 2a, 3a Molding surface 3, 13 Upper mold (optical element molding mold)
4 Body type 5 Underlayer (lowermost layer)
6 Metal layer 7 Nitride layer 8 Surface layer (outermost layer)
21 Middle layer (lowermost layer)
s 2 , s 12 mirror surface (surface part of main body member)
S 2A , S 3A substrate surface S 2B , S 3B , S 12 , S 13 concavo-convex part S1 mirror surface forming step S2 grain growing step S3 release film forming step

Claims (6)

成形品の表面形状に沿う形状に形成された表面部に、粒成長により、表面粗さが最大高さ（Ｒ Ｚ ）で０．１μｍ以上、２μｍ以下の凹凸部が形成されている本体部材と、
該本体部材の前記表面部に前記凹凸部を介して積層され、成形材料と離型可能に密着する成形面を構成する離型膜と、
を備えることを特徴とする、光学素子成形用型。 A surface portion formed in a shape along the surface shape of the molded article, and more grain growth, the surface roughness is the maximum height (R Z) at 0.1μm or more, body member following uneven portion 2μm is formed When,
A mold release film constituting a molding surface that is laminated on the surface portion of the main body member via the concave and convex portions, and is in close contact with the molding material so that the mold can be released;
An optical element molding die comprising: 前記凹凸部は、表面粗さが、最大高さ（ＲＺ）で、０．２μｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子成形用型。 The uneven portion has a surface roughness, the maximum height (R Z), 0. The optical element molding die according to claim 1, wherein the mold is 2 μm or more and 1 μm or less. 前記離型膜は、前記凹凸部に積層される最下層と、前記成形面を形成する最外層とを、少なくとも含む多層膜である
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の光学素子成形用型。 3. The optical element according to claim 1, wherein the release film is a multilayer film including at least a lowermost layer laminated on the uneven portion and an outermost layer forming the molding surface. Mold for molding. 前記本体部材の前記表面部および前記凹凸部は、炭化ケイ素からなる
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子成形用型。 The optical element molding die according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface portion and the concavo-convex portion of the main body member are made of silicon carbide. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子成形用型を用いて前記成形材料を成形して前記成形品を得る、光学素子の製造方法。   The manufacturing method of the optical element which shape | molds the said molding material using the optical element shaping | molding die of any one of Claims 1-4, and obtains the said molded article. 本体部材の表面部に、成形品の表面形状に沿う形状の鏡面を形成する鏡面形成工程と、
前記鏡面に粒成長させて前記鏡面に、表面粗さが最大高さ（Ｒ Ｚ ）で０．１μｍ以上、２μｍ以下の凹凸部を形成する粒成長工程と、
前記本体部材の表面部に前記凹凸部を介して離型膜を成膜する離型膜形成工程と、
を備えることを特徴とする、光学素子成形用型の製造方法。 A mirror surface forming step for forming a mirror surface having a shape along the surface shape of the molded product on the surface portion of the main body member;
A grain growth step in which grain growth is performed on the mirror surface to form an uneven portion having a surface roughness of 0.1 μm or more and 2 μm or less at a maximum height (R Z ) on the mirror surface ;
A release film forming step of forming a release film on the surface portion of the main body member via the uneven portion;
A method for producing an optical element molding die, comprising:
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