JPH11157852A - ガラス光学素子成形用金型の製造方法及びガラス光学素子の成形方法 - Google Patents
ガラス光学素子成形用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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- JPH11157852A JPH11157852A JP31811497A JP31811497A JPH11157852A JP H11157852 A JPH11157852 A JP H11157852A JP 31811497 A JP31811497 A JP 31811497A JP 31811497 A JP31811497 A JP 31811497A JP H11157852 A JPH11157852 A JP H11157852A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温で成形されるガラス光学素子に用いる金
型を精密な形状にかつクラックを生じさせないで加工す
ることができるプレス成形用金型の製造方法、及び、該
型を用いたガラス光学素子のプレス成形方法を提供す
る。 【解決手段】 超硬合金、サーメット、セラミックス及
び鉄系合金からなる群より選ばれた母材上に、切削加工
層としてＮｉとＰからなる無電解ニッケルメッキ層を設
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する
工程と、加工後熱処理を行う工程を有するガラス光学素
子成形用金型の製造方法、並びに、該成形用金型の成形
面に、窒化物または炭化物セラミックスからなる中間層
と、その上面にＤＬＣ膜の離型層を設け、成形温度が３
９０〜４９０℃の範囲のガラスを成形するガラス光学素
子の成形方法。
型を精密な形状にかつクラックを生じさせないで加工す
ることができるプレス成形用金型の製造方法、及び、該
型を用いたガラス光学素子のプレス成形方法を提供す
る。 【解決手段】 超硬合金、サーメット、セラミックス及
び鉄系合金からなる群より選ばれた母材上に、切削加工
層としてＮｉとＰからなる無電解ニッケルメッキ層を設
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する
工程と、加工後熱処理を行う工程を有するガラス光学素
子成形用金型の製造方法、並びに、該成形用金型の成形
面に、窒化物または炭化物セラミックスからなる中間層
と、その上面にＤＬＣ膜の離型層を設け、成形温度が３
９０〜４９０℃の範囲のガラスを成形するガラス光学素
子の成形方法。
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
レス成形用金型の製造方法、及び、ガラス光学素子のプ
レス成形方法に関する。
レス成形用金型の製造方法、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、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の層をダイヤモンドバイ
トによる切削によって光学鏡面を加工することが一般的
である。この場合は成形温度が２００℃以下であるた
め、切削前に２００〜２５０℃の範囲で熱処理を行って
いた。
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の層をダイヤモンドバイ
トによる切削によって光学鏡面を加工することが一般的
である。この場合は成形温度が２００℃以下であるた
め、切削前に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、高い温度での熱処理が必要である。し
かし、無電解ニッケルメッキは、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摩耗の
進行が速く良好に切削することができなかった。また、
母材の熱膨張係数が無電解ニッケルメッキと大きく違う
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、高い温度での熱処理が必要である。し
かし、無電解ニッケルメッキは、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摩耗の
進行が速く良好に切削することができなかった。また、
母材の熱膨張係数が無電解ニッケルメッキと大きく違う
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
るガラス光学素子に用いる金型を精密な形状にかつクラ
ックを生じさせないで加工することができるプレス成形
用金型の製造方法、及び、該型を用い連続成形において
も面形状精度及び表面粗さに優れたガラス光学素子が得
られるプレス成形方法を提供することにある。
るガラス光学素子に用いる金型を精密な形状にかつクラ
ックを生じさせないで加工することができるプレス成形
用金型の製造方法、及び、該型を用い連続成形において
も面形状精度及び表面粗さに優れたガラス光学素子が得
られるプレス成形方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、 １．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する工程と、加工後熱処理を行う
工程を有する ２．上記母材の熱膨張係数が１０×１０-6〜１６×１０
-6である ３．上記熱処理温度が成形温度より１０度以上高い温度
である ４．上記熱処理温度が４００〜５００℃の範囲である 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
である。また、 １．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する工程と、加工後熱処理を行う
工程により製作された成形用金型の成形面に、窒化物ま
た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、ダイヤモンドライ
クカーボン膜）からなる離型層を設け、成形温度が３９
０℃〜４９０℃の範囲のガラスを成形する ２．上記母材の熱膨張係数が１０×１０-6〜１６×１０
-6である ３．上記熱処理温度が成形温度より１０度以上高い温度
である ４．上記熱処理温度が４００〜５００℃の範囲である ことを特徴とするガラス光学素子の成形方法である。
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する工程と、加工後熱処理を行う
工程を有する ２．上記母材の熱膨張係数が１０×１０-6〜１６×１０
-6である ３．上記熱処理温度が成形温度より１０度以上高い温度
である ４．上記熱処理温度が４００〜５００℃の範囲である 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
である。また、 １．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する工程と、加工後熱処理を行う
工程により製作された成形用金型の成形面に、窒化物ま
た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、ダイヤモンドライ
クカーボン膜）からなる離型層を設け、成形温度が３９
０℃〜４９０℃の範囲のガラスを成形する ２．上記母材の熱膨張係数が１０×１０-6〜１６×１０
-6である ３．上記熱処理温度が成形温度より１０度以上高い温度
である ４．上記熱処理温度が４００〜５００℃の範囲である ことを特徴とするガラス光学素子の成形方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】［金型製作］図４に示すように、
光学素子成形面の設計形状精度（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
持つ、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とＰからなる無電解ニッケルメッキ層４
３をメッキ厚５０μｍに付けた金型を総計２０型準備し
た。
光学素子成形面の設計形状精度（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
持つ、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とＰからなる無電解ニッケルメッキ層４
３をメッキ厚５０μｍに付けた金型を総計２０型準備し
た。
【０００７】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設計形状精度から±０．１μｍ以内
の精密切削加工をし、他の１０型は４５０℃／１時間、
非酸化性雰囲気中で熱処理した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
及び加工されたメッキ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設計形状精度から±０．１μｍ以内
の精密切削加工をし、他の１０型は４５０℃／１時間、
非酸化性雰囲気中で熱処理した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
及び加工されたメッキ層の表面状態を観察した。加工結
果を表１に示す。
【０００８】
【０００９】表１から分るように、熱処理無しの前記無
電解ニッケルメッキ層の加工では１型目も１０型目も加
工されたメッキ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電解ニッケルメッキ層の加工では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。更に、１
０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時間熱処理により無電解ニ
ッケルメッキ層のＮｉが結晶化したためと考えられる。
図３に熱処理の有無による前記無電解ニッケルメッキ層
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。
電解ニッケルメッキ層の加工では１型目も１０型目も加
工されたメッキ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電解ニッケルメッキ層の加工では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。更に、１
０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時間熱処理により無電解ニ
ッケルメッキ層のＮｉが結晶化したためと考えられる。
図３に熱処理の有無による前記無電解ニッケルメッキ層
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。
【００１０】次に、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
化及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（表４）、表面粗さの変化のいずれも認
められなかった。また、膜剥離も認められなかった。
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
化及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（表４）、表面粗さの変化のいずれも認
められなかった。また、膜剥離も認められなかった。
【００１１】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
ち前記無電解ニッケルメッキの精密切削加工面に真空蒸
着法により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は精密切削された無電解ニッケル
メッキ層、１４は型母材である。
成形をする準備として、前記金型のガラス成形面すなわ
ち前記無電解ニッケルメッキの精密切削加工面に真空蒸
着法により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は精密切削された無電解ニッケル
メッキ層、１４は型母材である。
【００１２】以上述べてきた、２種類の金型製作方法を
表２に示す。
表２に示す。
【００１３】
【００１４】［成形テスト］前記２通りの方法で製作し
たそれぞれの型を用い、成形温度が４００℃のガラスで
連続１００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。
たそれぞれの型を用い、成形温度が４００℃のガラスで
連続１００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
５に示す。５１，５２は曲率半径２０ｍｍの上型及び下
型。５３は所望の体積に調整してある球形状のガラス素
材。５４は上型が取り付けてあるプレス軸であり、２０
０Ｋｇｆの荷重でプレスできるようになっている。更
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。
５に示す。５１，５２は曲率半径２０ｍｍの上型及び下
型。５３は所望の体積に調整してある球形状のガラス素
材。５４は上型が取り付けてあるプレス軸であり、２０
０Ｋｇｆの荷重でプレスできるようになっている。更
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。
【００１６】表３は、前記連続１００ショットの成形テ
スト結果である。
スト結果である。
【００１７】
【００１８】表３から分るように、本発明の型、比較用
型共に連続成形による劣化、すなわち型成形面の形状変
化、表面粗さの増加、メッキ膜の剥離、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２０ｎ
ｍよりも粗く、実用に耐えられない成形品となった。
型共に連続成形による劣化、すなわち型成形面の形状変
化、表面粗さの増加、メッキ膜の剥離、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２０ｎ
ｍよりも粗く、実用に耐えられない成形品となった。
【００１９】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。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、高温で成形されるガラス光学素子に用いる金型を精
密な形状にかつクラックを生じさせないで加工すること
ができ、該型を用いたガラス光学素子のプレス成形方法
により連続成形においても面形状精度及び表面粗さに優
れたガラス光学素子を成形できた。
ば、高温で成形されるガラス光学素子に用いる金型を精
密な形状にかつクラックを生じさせないで加工すること
ができ、該型を用いたガラス光学素子のプレス成形方法
により連続成形においても面形状精度及び表面粗さに優
れたガラス光学素子を成形できた。
【００２２】好ましくは、熱膨張係数が１０×１０-6〜
１６×１０-6の超硬合金、サーメット、セラミックス及
び鉄系合金から選ばれた母材上に切削加工層としてＮｉ
とＰからなる無電解ニッケルメッキ層を設け、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、更に前記光学面す
なわち成形面に窒化物また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膜からなる離型層を設
けたガラス光学素子成形用金型を用いて、成形温度が３
９０〜４９０℃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得る光学素子が
成形できた。
１６×１０-6の超硬合金、サーメット、セラミックス及
び鉄系合金から選ばれた母材上に切削加工層としてＮｉ
とＰからなる無電解ニッケルメッキ層を設け、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、更に前記光学面す
なわち成形面に窒化物また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膜からなる離型層を設
けたガラス光学素子成形用金型を用いて、成形温度が３
９０〜４９０℃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得る光学素子が
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。
【図２】本発明によるガラス成形用金型の製作手順。
【図３】無電解ニッケルメッキのＸ線回折分析結果。
【図４】無電解ニッケルメッキを付けたガラス成形用金
型の構成図。
型の構成図。
【図５】連続成形状態の概略図。
Claims (8)
- 【請求項１】 超硬合金、サーメット、セラミックス及
び鉄系合金からなる群より選ばれた母材上に、切削加工
層としてＮｉとＰからなる無電解ニッケルメッキ層を設
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する
工程と、加工後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用金型の製造方法。 - 【請求項２】 上記母材の熱膨張係数が１０×１０-6〜
１６×１０-6であることを特徴とする請求項１記載のガ
ラス光学素子成形用金型の製造方法。 - 【請求項３】 上記熱処理温度が成形温度より１０度以
上高い温度であることを特徴とする請求項１記載のガラ
ス光学素子成形用金型の製造方法。 - 【請求項４】 上記熱処理温度が４００〜５００℃の範
囲であることを特徴とする請求項１記載のガラス光学素
子成形用金型の製造方法。 - 【請求項５】 超硬合金、サーメット、セラミックス及
び鉄系合金からなる群より選ばれた母材上に、切削加工
層としてＮｉとＰからなる無電解ニッケルメッキ層を設
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する
工程と、加工後熱処理を行う工程により製作された成形
用金型の成形面に、窒化物または炭化物セラミックスか
らなる中間層と、その上面にＤＬＣ膜からなる離型層を
設け、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。 - 【請求項６】 上記母材の熱膨張係数が１０×１０-6〜
１６×１０-6であることを特徴とする請求項５記載のガ
ラス光学素子の成形方法。 - 【請求項７】 上記熱処理温度が成形温度より１０度以
上高い温度であることを特徴とする請求項５記載のガラ
ス光学素子の成形方法。 - 【請求項８】 上記熱処理温度が４００〜５００℃の範
囲であることを特徴とする請求項５記載のガラス光学素
子の成形方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31811497A JPH11157852A (ja) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | ガラス光学素子成形用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 |
|---|---|---|---|
| JP31811497A JPH11157852A (ja) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | ガラス光学素子成形用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 |
|---|---|
| JPH11157852A true JPH11157852A (ja) | 1999-06-15 |
Family
ID=18095656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31811497A Pending JPH11157852A (ja) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | ガラス光学素子成形用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) | JPH11157852A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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