JPH05294642A - 光学ガラス素子の成形用金型及び光学ガラス素子の製造方法 - Google Patents

光学ガラス素子の成形用金型及び光学ガラス素子の製造方法

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JPH05294642A
JPH05294642A JP10117692A JP10117692A JPH05294642A JP H05294642 A JPH05294642 A JP H05294642A JP 10117692 A JP10117692 A JP 10117692A JP 10117692 A JP10117692 A JP 10117692A JP H05294642 A JPH05294642 A JP H05294642A
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Makoto Umetani
梅谷  誠
Kiyoshi Kuribayashi
清 栗林
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高温度でもガラスに対して化学的に不活性であ
り、ガラスの成形面となる部分が充分硬く、擦傷等の損
傷を受けにくく、高温での成形により成形面が塑性変形
や粒成長を起こさず、繰り返し成形が行えるように耐熱
衝撃性が優れ、超精密加工が行えるように加工性に優れ
ている光学ガラス素子の製造。 【構成】金型母材11のプレス面に窒化膜、炭化膜ある
いはほう化膜と白金族合金膜とを交互に積層した多層膜
12を形成して光学ガラス素子のプレス成形用金型を作
製し、この金型を用いて高融点のガラスをプレス成形す
る。窒化膜、炭化膜あるいはほう化膜と白金族合金膜と
を交互に積層することによって、窒化膜、炭化膜あるい
はほう化膜の優れた耐熱性と白金族合金膜のガラスに対
する非反応性を兼ね備えた金型を提供し、高融点ガラス
を繰り返しプレス成形し、高精度の光学ガラス素子を作
製することを可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高精度な形状を有する光
学ガラス素子を製造するための光学ガラス素子の製造方
法と、そのために必要な成形用金型に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】高精度の光学ガラス素子を、加圧成形し
て製造する場合良好な像形成品質が要求される。このた
め金型材料としては高温度でもガラスに対して化学的に
不活性であり、また、ガラスの成形面となる部分が、充
分硬く、擦傷等の損傷を受けにくく、高温での成形によ
り成形面が塑性変形や粒成長を起こさず、繰り返し成形
が行えるように耐熱衝撃性が優れ、さらに、超精密加工
が行えるように加工性に優れていることが必要である。
従来知られている金型材料としては、SiCまたはSi
34が報告されている(特開昭52−45613号公報
参照)。
【0003】また、最近では超硬合金母材上に白金族合
金薄膜をコーティングした金型も提案されている(特開
昭60−246230)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うなSiCまたはSi34を金型材料に用いた場合、こ
れらの材料は極めて硬度が高いために、所望の形状の成
形用金型に加工すること自体が非常に困難であり、さら
に、これらの材料はいずれも高温でガラスとの反応性に
富んでいるので、繰り返しプレス成形を行なうと、ガラ
スが金型に付着し、高精度な光学ガラス素子が成形でき
なくなるという課題が存在する。
【0005】また、超硬合金母材上に白金族合金薄膜を
コーティングした金型は加工性に優れ、低融点ガラスで
あれば繰り返しプレス成形を行なっても高精度の光学ガ
ラス素子を成形できるが、高融点ガラスをプレス成形す
ると粒成長により面荒れが生じ、高精度な光学ガラス素
子が成形できなくなるという課題があった。
【0006】本発明は、このような従来の高融点の光学
ガラス素子の製造方法の課題を考慮し、高温度でもガラ
スに対して化学的に不活性であり、また、ガラスの成形
面となる部分が、充分硬く、擦傷等の損傷を受けにく
く、高温での成形により成形面が塑性変形や粒成長を起
こさず、繰り返し成形が行えるように耐熱衝撃性が優
れ、さらに、超精密加工が行えるように加工性に優れて
いる光学ガラス素子の成形用金型を提供することを目的
とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、光学ガラス素
子の形状に高精度に加工した、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焼結体からなる母材の
成形面に、窒化膜、炭化膜あるいはほう化膜と白金族合
金膜とを交互に積層した多層膜が形成されている光学ガ
ラス素子の成形用金型である。
【0008】また、本発明は、光学ガラス素子の形状に
高精度に加工した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
結体からなる母材の成形面に、窒化膜、炭化膜あるいは
ほう化膜と、白金族合金膜とを交互に積層した多層膜を
形成してなる上下一対の成形用金型の間に、成型対象の
ガラス塊を設置し、そのガラスの軟化点以上に加熱した
後、加圧成形して光学ガラス素子を製造する光学ガラス
素子の製造方法である。
【0009】
【作用】本発明では、耐熱性に優れた窒化物、炭化物あ
るいはほう化物と、溶融ガラスとの反応性の乏しい白金
族合金とを交互に積層した多層膜を金型表面に形成する
ことによって、窒化物、炭化物あるいはほう化物の欠点
であるガラスとの反応性を改善し、さらに、白金族合金
の欠点である耐熱性を著しく向上させ、両方の利点を兼
ね備えた金型を製造出来る。従って、本発明の金型を用
いることによって、従来成形が困難であった、BK−
7、SK系、La系等の高融点光学ガラスをプレス成形
できるようになる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0011】先ず、本発明の光学ガラス素子の製造方法
の一実施例に付いて説明する。まず、直径20mm、厚さ
6mmのTiNを主成分とするサーメットを、曲率半径が
それぞれ46mm及び200mmの凹面形状のプレス面を有
する上下の型からなる一対の光学ガラスレンズのプレス
成形用型に加工した。これらの型のプレス面を超微細な
ダイヤモンド砥粒を用いて鏡面に研磨した。次に、この
鏡面状に研磨したプレス面にスパッタリング法によって
多層膜を形成した。この多層膜はTiNとPt−Ir合
金をそれぞれ300Åずつ交互に積層し、全体の膜厚を
約1μmとした。
【0012】図1は、このようにして作製した金型の片
方の断面図である。TiNを主成分とするサーメットを
レンズの反転形状に精密に加工した母材11の表面に、
TiNとPt−Ir合金をそれぞれ300Åずつ交互に
積層した多層膜12が形成されている。
【0013】このような上下型を図2に示したプレス成
形機にセットする。図2に於て、上型用固定ブロック2
1は、上型23を固定するためのブロックであり、その
中に上型用加熱ヒーター22が埋設されている。下型用
固定ブロック27は、下型25を固定するためのブロッ
クであり、その中に下型用加熱ヒーター26が埋設され
ている。その上型23内には、上型用熱電対28が、ま
た、下型25内には下型用熱電対29が埋設されてい
る。そして、上型23と下型25の間には、加工しよう
とするガラス塊24が挟まれている。なお、210はプ
ランジャー、211は位置決めセンサー、212はスト
ッパー、213は覆いである。
【0014】このようなプレス成形機を用いて成形す
る。すなわち、半径10mmの球面形状に加工したSK
−14ガラス塊24を下型25の上に置き、その上に上
型23を置いて、そのまま700℃まで昇温し、窒素雰
囲気で約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600℃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工程を完了する。
【0015】以上の工程を繰り返して、10,000回
目のプレス終了時に上下の金型23及び25を成形機よ
り取り外して、プレス面の状態を光学顕微鏡により観察
し、同時に、その時の表面粗さ(rms値、Å)を測定
して、それぞれの型精度を評価した。比較実験として、
従来使用されていたSiC焼結体の金型およびWCを主
成分とする超硬合金母材にPt−Ir合金膜を形成した
金型を作製し、同様に10,000回プレス成形を行い
型精度を評価した。
【0016】プレス試験の結果を表1に示す。
【0017】
【表1】 試料No.2のSiC焼結体で作製した従来の金型は数
回のプレス成形によって、上下両方の金型ともに、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
きなくなった。
【0018】試料No.3のWC母材のPt−Ir合金
膜を形成した従来の金型では、プレス成形回数が増すに
従い、表面粗さが徐々に大きくなり、10,000回の
プレス後には上型が57.9Å、下型が68.1Åとな
り、プレス前に比べてかなり表面が荒れてしまうことが
わかる。これらの表面を顕微鏡によって観察すると、粒
成長が認められ、耐熱性が良くないことがわかる。
【0019】以上のように、従来のガラスのプレス成形
に使用されていた金型ではSK−14ガラスのような高
融点ガラスを、繰り返し高精度にプレス成形することが
できなかった。
【0020】これらの金型に比べて、試料No.1の本
発明の金型はSK−14ガラスを繰り返しプレス成形し
ても、表面状態はまったく変化せず、10000回プレ
ス後も、表面粗さの変化は認められなかった。すなわ
ち、TiNとPt−Ir合金をそれぞれ300Åずつ交
互に積層することによって、TiNの欠点である、ガラ
スとの反応性を抑制し、Pt−Ir合金の欠点である、
耐熱性を向上させることができた。
【0021】このように、本発明の金型を用いることに
よってSK−14ガラスのような高融点ガラスでも非常
に精度良く、繰り返しプレス成形することができるよう
になった。
【0022】なお、本発明を説明するために、実施例に
於て、プレス成形用金型の母材として、TiNを主成分
とするサーメットを用いたが、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焼結体を母材に用いて
も全く同様の結果が得られた。
【0023】また、多層膜にはTiNとPt−Ir合金
をそれぞれ300Åずつ交互に積層した膜を示したが、
耐熱性のある他の窒化膜、炭化膜あるいはほう化膜と、
ガラスとの反応性の乏しい他の白金族合金膜とを交互に
積層した多層膜を用いても同様の結果が得られた。更
に、その窒化膜の例としては、TiN、シリコンナイト
ライド(Si34)、アルミニウムナイトライド(Al
N)、タンタルナイトライド(TaN)、ジルコニウム
ナイトライド(ZrN)あるいはチタンアルミニウムナ
イトライド(TiAlN)等が可能である。また、炭化
膜の例としては、TiC、シリコンカーバイド(Si
C)、タンタルカーバイド(TaC)、ジルコニウムカ
ーバイド(ZrC)あるいはクロムカーバイド(Cr2
3)が可能である。また、ほう化膜の例としては、ジ
ルコニウムボライド(ZrB2)、ニオビウムボライド
(NbB2)あるいはタンタルボライド(TaB2)等が
可能である。また、白金族合金膜の例としては、白金
(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ル
テニウム(Ru)あるいはオスミウム(Os)の中から
少なくとも1種類以上含有する合金膜等が可能である。
【0024】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、光学ガラス素子の形状に高精度に加工した、
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
の成形面に、窒化膜、炭化膜あるいはほう化膜と白金族
合金膜とを交互に積層した多層膜を形成することによっ
て、耐熱性が良く、ガラスと反応しない光学ガラス素子
のプレス成形用金型を提供出来る。
【0025】従って、本発明の金型を用いることによっ
て、SK−14のような高融点のガラスも、精度良く繰
り返しプレス成形が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のプレス成形用金型の概略断
面図である。
【図2】本発明の光学ガラス素子のプレス成形用金型を
組み込んだプレス成形機の概略図である。
【符号の説明】
11 TiNを主成分とするサーメットをレンズの反転
形状に精密に加工した母材 12 TiNとPt−Ir合金をそれぞれ300Åずつ
交互に積層した多層膜 24 ガラス材料

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学ガラス素子の形状に高精度に加工し
    た、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焼結体からなる母材の成形面に、窒化膜、炭化膜あ
    るいはほう化膜と白金族合金膜とを交互に積層した多層
    膜が形成されていることを特徴とする光学ガラス素子の
    成形用金型。
  2. 【請求項2】 窒化膜が、TiN、シリコンナイトライ
    ド(Si34)、アルミニウムナイトライド(Al
    N)、タンタルナイトライド(TaN)、ジルコニウム
    ナイトライド(ZrN)あるいはチタンアルミニウムナ
    イトライド(TiAlN)であることを特徴とする請求
    項1記載の光学ガラス素子の成形用金型。
  3. 【請求項3】 炭化膜が、TiC、シリコンカーバイド
    (SiC)、タンタルカーバイド(TaC)、ジルコニ
    ウムカーバイド(ZrC)あるいはクロムカーバイド
    (Cr23)であることを特徴とする請求項1記載の光
    学ガラス素子の成形用金型。
  4. 【請求項4】 ほう化膜が、ジルコニウムボライド(Z
    rB2)、ニオビウムボライド(NbB2)あるいはタン
    タルボライド(TaB2)であることを特徴とする請求
    項1記載の光学ガラス素子の成形用金型。
  5. 【請求項5】 白金族合金膜が、白金(Pt)、ロジウ
    ム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)
    あるいはオスミウム(Os)の中の、少なくとも1種類
    以上の金属を含有する合金膜であることを特徴とする請
    求項1記載の光学ガラス素子の成形用金型。
  6. 【請求項6】 光学ガラス素子の形状に高精度に加工し
    た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
    材の成形面に、窒化膜、炭化膜あるいはほう化膜と、白
    金族合金膜とを交互に積層した多層膜を形成してなる上
    下一対の成形用金型の間に、成型対象のガラス塊を設置
    し、そのガラスの軟化点以上に加熱した後、加圧成形し
    て光学ガラス素子を製造することを特徴する光学ガラス
    素子の製造方法。
JP10117692A 1992-04-21 1992-04-21 光学ガラス素子の成形用金型及び光学ガラス素子の製造方法 Pending JPH05294642A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116179884A (zh) * 2022-12-28 2023-05-30 吉林大学 一种真空感应熔炼法制备钛包覆NbB2纳米颗粒增强TiAl合金的方法

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