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JP5042769B2 - OPTICAL ELEMENT MOLDING MANUFACTURING METHOD AND OPTICAL ELEMENT MOLDING MOLD - Google Patents
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JP5042769B2 - OPTICAL ELEMENT MOLDING MANUFACTURING METHOD AND OPTICAL ELEMENT MOLDING MOLD - Google Patents

OPTICAL ELEMENT MOLDING MANUFACTURING METHOD AND OPTICAL ELEMENT MOLDING MOLD Download PDF

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Description

本発明は、光学素子成形用金型の製造方法、及びこれらの製造方法または加工方法によって製造または加工された光学素子成形用金型に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing an optical element molding die, for manufacturing or machined optical element molding die by beauty method or processing method for their preparation.

研磨工程を必要とすることなく、ガラス素材をプレス成形して直接レンズやプリズム等の光学素子を製造する技術が提供されている。この技術は、従来の方法において必要とされていた複雑な工程をなくし、簡単かつ安価に光学素子を製造することができるとして、近年では光学素子の製造に多く適用されるようになってきている。   There is provided a technique for directly manufacturing an optical element such as a lens or a prism by press-molding a glass material without requiring a polishing process. In recent years, this technique has been widely applied to the manufacture of optical elements because it can eliminate the complicated steps required in the conventional method and can easily and inexpensively manufacture optical elements. .

ところで、このような成形に用いられる光学素子成形用金型としては、ガラスとの溶着が起こらず離型性に優れた層として、クロムと酸素との混合層を、基材(型母材)の表面に形成したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、超硬合金もしくは炭化ケイ素からなる型母材の表面に白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウムからなる表面層を形成し、この表面層と基材との間に中間層を備えることにより、ガラス素材に接触する表面層の粗さが増加することを防止したもの(例えば、特許文献2参照)も知られている。
特開平9−48622号公報 特開2004−244306号公報
By the way, as an optical element molding die used for such molding, a mixed layer of chromium and oxygen is used as a base material (mold base material) as a layer excellent in releasability without welding with glass. What was formed in the surface of this is known (for example, refer patent document 1).
Also, a surface layer made of platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium is formed on the surface of the mold base material made of cemented carbide or silicon carbide, and an intermediate layer is provided between the surface layer and the substrate. Is also known in which the roughness of the surface layer in contact with the glass material is prevented from increasing (for example, see Patent Document 2).
JP 9-48622 A JP 2004-244306 A

しかしながら、特許文献1のクロムと酸素との混合層を形成した成形用金型は、成形素材として成形温度が高い高融点ガラス等が用いられた場合、特に高温による加熱条件では基材の酸化劣化が促進されてしまう。すると、ヒートサイクルの中で繰り返し使用されることによって基材に歪が蓄積されてしまい、金型の耐久性等が低下し、成形性も低下するおそれがある。
また、特許文献2の成形用金型では、成形中にガラス素材からこの素材中の酸素が成形用金型の表面層に移行(拡散)し、表面層が酸化反応を起こすため、成形中にガラス素材と表面層との間の反応性が高くなってしまう。すると、このような反応によって成形中にガラス素材が表面層に溶着してしまい、成形後、成形品の離型性が悪くなって金型から成形品を取り出しにくくなり、極端な場合には成形不良が発生してしまうおそれもある。
However, the molding die in which the mixed layer of chromium and oxygen of Patent Document 1 is formed, when refractory glass having a high molding temperature is used as a molding material, particularly when the base material is oxidized and deteriorated under high temperature heating conditions. Will be promoted. Then, by repeatedly using it in the heat cycle, strain is accumulated on the base material, and the durability and the like of the mold may be lowered, and the moldability may also be lowered.
Further, in the molding die of Patent Document 2, oxygen in this material migrates (diffuses) from the glass material to the surface layer of the molding die during molding, and the surface layer causes an oxidation reaction. The reactivity between the glass material and the surface layer is increased. Then, due to such a reaction, the glass material is welded to the surface layer during molding, and after molding, it becomes difficult to take out the molded product from the mold due to poor releasability of the molded product. There is also a risk that defects will occur.

本発明はこのような従来の課題を解決し、ガラスの溶着が発生せず、成形を安定的に繰り返すことができる光学素子成形用金型の製造方法、加工方法、及び光学素子成形用金型を提供することを目的としている。   The present invention solves such a conventional problem, and does not cause glass welding, and can be stably repeated. Manufacturing method and processing method of optical element molding die, and optical element molding die The purpose is to provide.

上記目的を達成するため本発明の光学素子成形用金型の製造方法は、ガラス素材をプレス成形して光学素子を成形するための光学素子成形用金型の製造方法であって、超硬合金もしくは炭化ケイ素からなる型母材に、プレス成形の際に上記ガラス素材に接触する表面層を形成する工程と、上記表面層を加熱してその表面部に加熱酸化層を形成する加熱工程と、を有し、上記表面層を、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも一種類の元素を含む合金で形成し、上記加熱工程では、上記型母材が実質的に酸化しない温度で加熱処理を施すことにより、上記表面部に加熱酸化層を形成することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing an optical element molding die of the present invention is a method for manufacturing an optical element molding die for press molding a glass material to mold an optical element. Alternatively, in the mold base material made of silicon carbide, a step of forming a surface layer that contacts the glass material during press molding, and a heating step of heating the surface layer to form a heated oxide layer on the surface portion thereof, It has a, the surface layer, platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, an alloy containing at least one kind of element selected from tantalum, in the above heating step, the basic material is A heat-oxidized layer is formed on the surface portion by performing heat treatment at a temperature that does not substantially oxidize .

この光学素子成形用金型の製造方法によれば、表面層を加熱してその表面部に加熱酸化層を形成する加熱工程を有しているので、得られる成形用金型はその表面層の表面部に加熱酸化層が形成されたものとなる。したがって、このような成形用金型を用いてガラス素材を成形した際、その最表面に加熱酸化層があるため、ガラス素材から成形用金型に酸素が移行(拡散)することが抑えられ、これによって表面層での酸化反応が起こらず、成形中にガラス素材と表面層との間で反応が生じにくくなる。よって、この製造方法によれば、成形後、成形品の離型性が悪くなって金型から成形品が取り出しにくくなるといった不都合を防止し、さらに成形不良の発生も防止できる成形用金型を、製造することができる。
また、得られる成形用金型は成形時に酸化されにくくなり、したがって、成形後成形品の離型性が悪くなって金型から成形品が取り出しにくくなる、といった不都合が防止される。
According to this method for manufacturing an optical element molding die, since the surface layer is heated and a heating oxide layer is formed on the surface portion, the molding die to be obtained is formed of the surface layer. A heated oxide layer is formed on the surface portion. Therefore, when a glass material is molded using such a molding die, since there is a heating oxide layer on the outermost surface, it is possible to suppress oxygen migration (diffusion) from the glass material to the molding die, As a result, the oxidation reaction in the surface layer does not occur, and the reaction hardly occurs between the glass material and the surface layer during molding. Therefore, according to this manufacturing method, after the molding, a mold for molding that prevents the inconvenience that the mold releasability of the molded product becomes worse and it becomes difficult to take out the molded product from the mold, and further, the occurrence of molding defects can be prevented. Can be manufactured.
In addition, the obtained molding die is difficult to be oxidized during molding, and therefore, inconveniences such that the mold release property of the molded product after molding is deteriorated and it is difficult to take out the molded product from the mold are prevented.

また、上記光学素子成形用金型の製造方法においては、上記加熱工程では、上記型母材が実質的に酸化しない温度で加熱処理を施すことにより、上記表面部に加熱酸化層を形成するのが好ましい。
このようにすれば、上記加熱工程において型母材の酸化劣化が生じないため、耐久性に優れ、さらに酸化劣化に起因して成形性の低下なども抑制された、良好な成形用金型を製造することができる。なお、ここで言う「実質的に酸化しない」とは、この加熱工程の前後で生じる型母材の酸化の度合い変化が、加熱工程を行うことなく単に大気中に放置した場合の酸化の度合いの変化に比べて、実使用上ほとんど差が無いことを意味している。
In the method for manufacturing an optical element molding die, in the heating step, a heating oxide layer is formed on the surface portion by performing a heat treatment at a temperature at which the mold base material is not substantially oxidized. Is preferred.
In this way, since there is no oxidative deterioration of the mold base material in the heating step, a good mold that has excellent durability and further suppresses deterioration of formability due to oxidative deterioration is obtained. Can be manufactured. Here, “substantially not oxidize” means that the change in the degree of oxidation of the mold base material that occurs before and after the heating step is the degree of oxidation when left alone in the atmosphere without performing the heating step. This means that there is almost no difference in actual use compared to changes.

また、上記光学素子成形用金型の製造方法においては、上記表面層を、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも種類の元素を含む合金で形成するのが好ましい。
また、上記表面層を、白金とイリジウムとの合金で形成するのが好ましい。
このようにすれば、得られる成形用金型は成形時に酸化されにくくなり、したがって、成形後成形品の離型性が悪くなって金型から成形品が取り出しにくくなる、といった不都合が防止される。
The formation in the method of manufacturing the optical element molding die, the said surface layer, platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, an alloy containing at least two types of elemental selected from tantalum It is preferable to do this.
The surface layer is preferably formed of an alloy of platinum and iridium.
In this way, the molding die to be obtained is less likely to be oxidized at the time of molding, and therefore the inconvenience that the mold release property of the molded product after molding becomes worse and it becomes difficult to take out the molded product from the mold is prevented. .

本発明の光学素子成形用金型は、上記発明の光学素子成形用金型の製造方法で製造されたことを特徴としている。
この光学素子成形用金型によれば、上記製造方法で製造されているため、成形後、成形品の離型性が悪くなって金型から成形品が取り出しにくくなるといった不都合を防止し、さらに成形不良の発生も防止できる成形用金型とすることができる。
The optical element molding die of the present invention is manufactured by the method for manufacturing an optical element molding die of the above invention.
According to this optical element molding die, since it is manufactured by the above-described manufacturing method, after molding, it is possible to prevent the inconvenience that the molded product has poor releasability and it is difficult to take out the molded product from the die. It can be set as the metal mold | die which can also prevent generation | occurrence | production of a molding defect.

本発明の光学素子成形用金型の製造方法にあっては、表面層の表面部を酸化させる工程を有し、得られる成形用金型の表面層の表面部に加熱酸化層を形成するようにしているので、成形後、成形品の離型性が悪くなって金型から成形品が取り出しにくくなるといった不都合を防止し、さらに成形不良の発生も防止できる成形用金型を製造することができる。したがって、この成形用金型を用いることにより、光学素子を効率良く安定的に成形することができ、これによって生産性の向上を図ることができる。   In the method for manufacturing an optical element molding die according to the present invention, the method includes a step of oxidizing the surface portion of the surface layer, and a heating oxide layer is formed on the surface portion of the surface layer of the molding die to be obtained. Therefore, after molding, it is possible to prevent the inconvenience that the mold releasability of the molded product becomes worse and it becomes difficult to take out the molded product from the mold, and it is possible to produce a molding die that can prevent the occurrence of molding defects. it can. Therefore, by using this molding die, the optical element can be efficiently and stably molded, thereby improving the productivity.

また、本発明の光学素子成形用金型にあっては、最表面に加熱酸化層を有しているので、成形後、成形品の離型性が悪くなって金型から成形品が取り出しにくくなるといった不都合を防止し、さらに成形不良の発生も防止することができる。したがって、光学素子を効率良く安定的に成形することができ、これによって生産性の向上を図ることができる。   In addition, since the optical element molding die of the present invention has a heated oxide layer on the outermost surface, after the molding, the release property of the molded product becomes worse and it is difficult to take out the molded product from the die. It is possible to prevent the inconvenience of becoming and further to prevent the occurrence of molding defects. Therefore, the optical element can be molded efficiently and stably, thereby improving the productivity.

以下、本発明を詳しく説明する。
まず、本発明の光学素子成形用金型について説明する。図1、図2は本発明の光学素子成形用金型の一実施形態を示す図であり、これらの図において符号1は光学素子成形用金型(以下、成形用金型と記す)である。この成形用金型1は、プレス成形によって凸レンズ(光学素子)を製造するためのもので、本実施形態では、図1に示すように一対の成形用金型1、1間にガラス素材Mを挟持し、その状態でプレス成形するようにしたものである。
The present invention will be described in detail below.
First, the optical element molding die of the present invention will be described. 1 and 2 are views showing an embodiment of an optical element molding die of the present invention. In these drawings, reference numeral 1 denotes an optical element molding die (hereinafter referred to as a molding die). . This molding die 1 is for manufacturing a convex lens (optical element) by press molding. In this embodiment, a glass material M is placed between a pair of molding dies 1 and 1 as shown in FIG. It is sandwiched and press-molded in that state.

この成形用金型1は、図2に示すように型母材2と、型母材2の表面2a上に形成されて、プレス成形の際にガラス素材Mに接触する成形面3aを有する表面層3と、これら型母材2と表面層3との間に形成された中間層4とを備え、表面層3の表面部、すなわち上記の成形面3aに、加熱酸化層5を形成したものである。   As shown in FIG. 2, the molding die 1 is formed on a mold base material 2 and a surface 2a of the mold base material 2, and has a molding surface 3a that comes into contact with the glass material M during press molding. A layer 3 and an intermediate layer 4 formed between the mold base material 2 and the surface layer 3, and a heating oxide layer 5 is formed on the surface portion of the surface layer 3, that is, the molding surface 3 a described above. It is.

型母材2は、図1に示したようにその表面2aが、凸レンズの曲率半径に合わせた凹面状に形成されたもので、焼結された超硬合金または炭化ケイ素などからなるものである。なお、この型母材2の材質としては、特に、タングステンカーバイド(WC)を主成分とする超硬合金が、耐久性に優れているなどの点で好適とされ、したがって本実施形態では、このタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金によって形成されているものとする。   As shown in FIG. 1, the mold base material 2 has a surface 2a formed in a concave shape matching the radius of curvature of the convex lens, and is made of sintered cemented carbide or silicon carbide. . In addition, as the material of the mold base material 2, in particular, a cemented carbide containing tungsten carbide (WC) as a main component is suitable in terms of excellent durability. It is assumed that it is made of a cemented carbide whose main component is tungsten carbide.

中間層4は、図2に示すように、型母材2の表面2aに接触して形成された金属層6と、金属層6の表面6aに接して形成された窒化物層7とからなっている。金属層6は、クロム、チタン、アルミニウム、モリブデンのうちの少なくとも1種類の金属材料からなっている。このような金属層6を型母材2と表面層3との間に形成しておくことにより、これら型母材2と表面層3との間で十分な密着力が得られ、また、プレス成形時の熱サイクルによって発生する応力を緩和することができる。したがって、プレス成形を繰り返し行っても、表面層3の剥離を確実に防止できるようになっている。なお、このような金属層6としては、特にクロムが好適とされ、したがって本実施形態では、クロムによって金属層6が形成されているものとする。   As shown in FIG. 2, the intermediate layer 4 is composed of a metal layer 6 formed in contact with the surface 2 a of the mold base 2 and a nitride layer 7 formed in contact with the surface 6 a of the metal layer 6. ing. The metal layer 6 is made of at least one metal material of chromium, titanium, aluminum, and molybdenum. By forming such a metal layer 6 between the mold base material 2 and the surface layer 3, sufficient adhesion can be obtained between the mold base material 2 and the surface layer 3. The stress generated by the thermal cycle during molding can be relaxed. Therefore, even if press molding is repeated, peeling of the surface layer 3 can be reliably prevented. As such a metal layer 6, chromium is particularly suitable. Therefore, in this embodiment, the metal layer 6 is formed of chromium.

窒化物層7は、上記金属層6と上記表面層3との間に形成されたもので、クロム、チタン、アルミニウム、モリブデンのうちの少なくとも1種類の元素を含む窒化物、例えば、窒化クロム、窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化モリブデンなどからなっている。このような窒化物から形成される窒化物層7は、耐熱性、耐酸化性に優れているため、繰り返しプレス成形を行っても、酸素が表面層3の成形面3a(加熱酸化層5)から中間層4内部にまで拡散することを抑制することができる。このため、酸素がクロムやチタン等から形成される金属層6に到達することが抑えられ、金属層6の酸化による密着力の低下が防止される。したがって、表面層6の剥離を長期間に亘って防止することができる。なお、このような窒化物層7としては、特に金属層6がクロムによって形成されていることから、本実施形態では、クロム(金属層6)との間で密着性等が良好な窒化クロムによって、窒化物層7が形成されているものとする。   The nitride layer 7 is formed between the metal layer 6 and the surface layer 3, and includes a nitride containing at least one element of chromium, titanium, aluminum, molybdenum, for example, chromium nitride, It is made of titanium nitride, aluminum nitride, aluminum nitride titanium, molybdenum nitride or the like. Since the nitride layer 7 formed of such a nitride is excellent in heat resistance and oxidation resistance, even if repeated press molding is performed, oxygen is formed on the molding surface 3a of the surface layer 3 (heated oxide layer 5). To the inside of the intermediate layer 4 can be suppressed. For this reason, it is suppressed that oxygen reaches | attains the metal layer 6 formed from chromium, titanium, etc., and the fall of the adhesive force by the oxidation of the metal layer 6 is prevented. Therefore, peeling of the surface layer 6 can be prevented over a long period of time. As such a nitride layer 7, since the metal layer 6 is formed of chromium in particular, in this embodiment, the nitride layer 7 is made of chromium nitride having good adhesion to chromium (metal layer 6). It is assumed that the nitride layer 7 is formed.

表面層3は、窒化物層7の表面7aに接して形成されたもので、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)、レニウム(Re)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)から選択された少なくとも一種類の元素、もしくはこれら元素を含む合金などで形成されている。このような元素やこれを含む合金からなっていることにより、表面層3は成形時に酸化されにくく、したがって、成形後成形品の離型性が悪くなって金型から成形品が取り出しにくくなる、といった不都合が防止される。なお、このような表面層3としては、特に白金またはこれを含む合金が好適とされ、したがって本実施形態では、白金とイリジウムとの合金(Pt−Ir)によって表面層3が形成されているものとする。   The surface layer 3 is formed in contact with the surface 7a of the nitride layer 7, and is composed of platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), osmium (Os), ruthenium (Ru), rhenium (Re). , At least one element selected from hafnium (Hf) and tantalum (Ta), or an alloy containing these elements. By being made of such an element or an alloy containing the element, the surface layer 3 is not easily oxidized during molding, and therefore, the release property of the molded product after molding becomes poor, and the molded product is difficult to be taken out from the mold. Such inconvenience is prevented. In addition, as such a surface layer 3, platinum or an alloy containing this is particularly suitable. Therefore, in this embodiment, the surface layer 3 is formed of an alloy of platinum and iridium (Pt—Ir). And

加熱酸化層5は、表面層3の成形面3a、すなわち最表面となる表面部に形成されたもので、後述するように型母材2の表面2a上に中間層4を介して表面層3が形成された後、この表面層3に対して加熱処理が施されたことにより、形成されたものである。この加熱酸化層5は、表面層3を構成する金属元素と酸素とが化学的に結合してなる金属酸化物からなっていてもよく、また、金属元素と酸素とが混在してなる混在層であってもよく、さらには、これら金属酸化物と混在層とを両方含む層であってもよい。このような加熱酸化層5は、表面層3に比べて内部に酸素を多く含むため、後述するようにガラス素材を成形する際、ガラス素材から酸素が移行(拡散)してくるのを抑制するように機能する。なお、このような加熱酸化層5は、表面層3の最表面側において、例えば数nm〜数十nm程度の厚さ(深さ)に形成されている。   The heating oxide layer 5 is formed on the molding surface 3a of the surface layer 3, that is, the outermost surface portion. As will be described later, the surface layer 3 is formed on the surface 2a of the mold base material 2 via the intermediate layer 4. After the surface layer is formed, the surface layer 3 is formed by heat treatment. The heating oxide layer 5 may be made of a metal oxide formed by chemically bonding a metal element constituting the surface layer 3 and oxygen, or a mixed layer containing a mixture of the metal element and oxygen. Further, a layer including both of these metal oxides and mixed layers may be used. Since such a heat-oxidized layer 5 contains more oxygen than the surface layer 3, it suppresses oxygen from migrating (diffusing) from the glass material when the glass material is molded as described later. To function. Such a heating oxide layer 5 is formed on the outermost surface side of the surface layer 3 to have a thickness (depth) of, for example, about several nm to several tens of nm.

次に、このような構成の成形用金型の製造方法に基づき、本発明の光学素子成形用金型の製造方法の一実施形態について説明する。
まず、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を所望形状に加工して型母材2とし、さらに成形面3a側となる表面を図1に示した凹面状に仕上げ表面2aとする。
次に、クロムをターゲットとするイオンビームスパッタ法によって上記型母材2の表面2aにクロムを成膜し、厚さ200nm(2000Å)のクロム膜からなる金属層6を形成する。
Next, based on the manufacturing method of the molding die of such a configuration, an embodiment of the manufacturing method of the optical element molding die of the present invention will be described.
First, a cemented carbide containing tungsten carbide as a main component is processed into a desired shape to form a mold base material 2, and the surface on the molding surface 3a side is formed into a concave surface as shown in FIG.
Next, chromium is deposited on the surface 2a of the mold base 2 by ion beam sputtering using chromium as a target to form a metal layer 6 made of a chromium film having a thickness of 200 nm (2000 mm).

次いで、窒化クロムをターゲットとするイオンビームスパッタ法によって上記金属層6上に窒化クロムを成膜し、厚さ100nm(1000Å)の窒化クロム膜からなる窒化物層7を形成する。
次いで、白金とイリジウムとの合金をターゲットとするイオンビームスパッタ法により、上記窒化物層7上に白金とイリジウムとの合金(Pt−Ir)を成膜し、厚さ300nm(3000Å)の表面層3を形成する。
その後、表面層3を均一に研磨し、光学素子に望ましいとされる表面粗さRa(0.5μm以下)に仕上げる。
なお、上記の金属層6、窒化物層7、表面層3の形成については、イオンビームスパッタ法以外にも、例えばRFスパッタ法や蒸着等のPVD(物理的気相成長法)法、CVD(化学的気相成長法)等を用いることもできる。
Next, chromium nitride is deposited on the metal layer 6 by ion beam sputtering using chromium nitride as a target to form a nitride layer 7 made of a chromium nitride film having a thickness of 100 nm (1000 Å).
Subsequently, an alloy of platinum and iridium (Pt—Ir) is formed on the nitride layer 7 by ion beam sputtering using a platinum and iridium alloy as a target, and a surface layer having a thickness of 300 nm (3000 3). 3 is formed.
Thereafter, the surface layer 3 is uniformly polished and finished to a surface roughness Ra (0.5 μm or less) desired for the optical element.
In addition to the ion beam sputtering method, the metal layer 6, the nitride layer 7, and the surface layer 3 are formed, for example, by a PVD (Physical Vapor Deposition) method such as RF sputtering or vapor deposition, CVD ( Chemical vapor deposition method) can also be used.

その後、表面層3まで形成した型母材2に対し、その表面層3を加熱することにより、その表面部を酸化させて加熱酸化層5を形成する。これにより、図1、図2に示した成形用金型1が得られる。
この加熱工程では、大気加熱炉を用いて大気雰囲気中で型母材2を加熱し、その表面部(表面層3の成形面3a側)を加熱酸化するが、その際の加熱温度としては、型母材2が実質的に酸化しない温度とするのが好ましい。ここで、「実質的に酸化しない」とは、前述したように、この加熱処理による型母材2の酸化が、単に大気中に放置した場合の酸化と同程度にしか進まないことを意味している。
このようにすれば、この加熱工程において型母材2が酸化劣化しないため、得られる成形用金型1は、特に型母材2について耐久性に優れたものとなり、したがって、型母材2の酸化劣化に起因する成形性の低下なども抑制された、良好なものとなる。
Thereafter, the surface layer 3 is heated with respect to the mold base material 2 formed up to the surface layer 3 to oxidize the surface portion to form the heated oxide layer 5. Thereby, the molding die 1 shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
In this heating step, the mold base material 2 is heated in an air atmosphere using an air heating furnace, and the surface portion (the molding surface 3a side of the surface layer 3) is heated and oxidized. The temperature is preferably set so that the mold base material 2 is not substantially oxidized. Here, “substantially does not oxidize” means that the oxidation of the mold base material 2 by this heat treatment proceeds only to the same extent as the oxidation when left in the atmosphere, as described above. ing.
In this way, since the mold base material 2 is not oxidized and deteriorated in this heating step, the resulting molding die 1 is particularly excellent in durability with respect to the mold base material 2. The deterioration of moldability due to oxidative degradation is suppressed, and the quality is improved.

本実施形態では、型母材2を構成するタングステンカーバイド(WC)が酸化する温度より低い温度である200℃で、10時間加熱を行った。ここで、この加熱温度としては、タングステンカーバイドが実質的に酸化しない温度範囲である150℃以上300℃以下とするのが最も有効である。150℃未満では表面層3に対する酸化が不十分なため、成形時にガラス素材の溶着が発生し易くなるからである。また、300℃を越えると、型母材2の酸化劣化が促進されて、型母材2の耐久性が低下し、結果的に得られる成形用金型1の耐久性が低下してしまうからである。   In this embodiment, heating was performed for 10 hours at 200 ° C., which is lower than the temperature at which tungsten carbide (WC) constituting the mold base material 2 is oxidized. Here, the most effective heating temperature is 150 ° C. or more and 300 ° C. or less, which is a temperature range in which tungsten carbide is not substantially oxidized. This is because, when the temperature is lower than 150 ° C., the surface layer 3 is not sufficiently oxidized, so that the glass material is easily welded during molding. Further, when the temperature exceeds 300 ° C., the oxidative deterioration of the mold base material 2 is promoted, the durability of the mold base material 2 is lowered, and the durability of the resulting molding die 1 is lowered. It is.

なお、このような加熱工程で形成する加熱酸化層5については、前述したように、表面層3を構成する金属元素と酸素とが化学的に結合してなる金属酸化物からなっていてもよく、また、金属元素と酸素とが混在してなる混在層であってもよく、さらには、これら金属酸化物と混在層とを両方含む層であってもよい。   The heating oxide layer 5 formed in such a heating process may be made of a metal oxide formed by chemically bonding a metal element constituting the surface layer 3 and oxygen as described above. In addition, a mixed layer in which a metal element and oxygen are mixed may be used, and further, a layer including both of the metal oxide and the mixed layer may be used.

次に、このような成形用金型1を用いた光学素子の製造工程について説明する。
まず、図1に示したように、上記製造方法で得られた成形用金型1を一対用意し、これらの成形面3a(加熱酸化層5)を互いに対向させる。そして、これら成形面3a、3a間にガラス素材Mを配し、成形用金型1、1によって所定の加圧力でプレス成形することにより、光学素子(凸レンズ)を得る。このとき、ガラス素材Mを軟化させるべく、ヒータ等の加熱手段(図示せず)によって成形用金型1を加熱する。
Next, the manufacturing process of the optical element using such a molding die 1 will be described.
First, as shown in FIG. 1, a pair of molding dies 1 obtained by the above manufacturing method is prepared, and these molding surfaces 3a (heated oxide layers 5) are opposed to each other. An optical element (convex lens) is obtained by placing a glass material M between the molding surfaces 3a and 3a and press-molding the molding material 1 and 1 with a predetermined pressure. At this time, in order to soften the glass material M, the molding die 1 is heated by a heating means (not shown) such as a heater.

このようにしてガラス素材をプレス成形し、光学素子を製造すると、ガラス素材Mが成形面3a(加熱酸化層5)に溶着することがなく、したがって、成形後成形品の離型性が悪くなって金型から成形品が取り出しにくくなるといったことがなく、成形品を容易に成形用金型1から取り出すことができる。すなわち、成形用金型1にはその最表面に加熱酸化層5があるため、ガラス素材Mから成形用金型1に酸素が移行(拡散)することが抑えられ、これによって表面層3での酸化反応が起こらず、成形中にガラス素材Mと表面層3との間で反応が生じにくくなり、溶着が起こらないようになっているのである。また、成形不良の発生もなくなり、光学素子を良好に製造することができる。
したがって、加熱酸化層5を形成しない従来の成形用金型を用いた場合では、ガラス素材Mの成形面3a(表面層3)への溶着が多く確認されていたのに対し、本実施形態の方法で作製された成形用金型1を用いた場合では、ガラス素材Mの溶着がないため、光学素子を効率良く安定的に成形することができ、これによって生産性の向上を図ることができる。
When the glass material is press-molded in this way to produce an optical element, the glass material M is not welded to the molding surface 3a (heated oxide layer 5), and therefore, the release property of the molded product after molding is deteriorated. Thus, it is not difficult to take out the molded product from the mold, and the molded product can be easily taken out from the molding die 1. That is, since the molding die 1 has the heating oxide layer 5 on the outermost surface, it is possible to prevent oxygen from migrating (diffusing) from the glass material M to the molding die 1. The oxidation reaction does not occur, the reaction is less likely to occur between the glass material M and the surface layer 3 during molding, and no welding occurs. Further, the occurrence of molding defects is eliminated, and the optical element can be manufactured satisfactorily.
Therefore, in the case of using a conventional molding die that does not form the heating oxide layer 5, a lot of welding of the glass material M to the molding surface 3a (surface layer 3) has been confirmed. In the case where the molding die 1 manufactured by the method is used, since the glass material M is not welded, the optical element can be molded efficiently and stably, thereby improving the productivity. .

しかしながら、このようにして成形を何回も繰り返すと、加熱酸化層5を形成した表面層3が酸化劣化や成形摩耗を起こし、成形品の離型性が低下してガラスの溶着が発生し易くなる。そこで、本発明の光学素子成形用金型の加工方法では、成形を所定回数行った後に、成形用金型1の表面部(加熱酸化層5)の表面側を除去する。例えば、酸化劣化した表面部(加熱酸化層5)の表面側を研磨加工し、該表面部を10nm以上除去する。そして、このようにして表面部の表面側を除去した表面層3を、再度加熱処理してその表面部を酸化させ、新たに加熱酸化層5を形成する。   However, if the molding is repeated many times in this way, the surface layer 3 on which the heated oxide layer 5 is formed is subject to oxidation deterioration and molding wear, and the mold releasability of the molded product is lowered and glass welding is likely to occur. Become. Therefore, in the method for processing an optical element molding die according to the present invention, after the molding is performed a predetermined number of times, the surface side of the surface portion (heated oxide layer 5) of the molding die 1 is removed. For example, the surface side of the oxidized surface portion (heated oxide layer 5) is polished and the surface portion is removed by 10 nm or more. And the surface layer 3 which removed the surface side of the surface part in this way is heat-processed again, the surface part is oxidized, and the heating oxide layer 5 is newly formed.

このようにして再度加熱処理し、新たに加熱酸化層5を形成した成形用金型1を用いて再度光学素子の製造を行ったところ、製造直後の成形用金型1を用いて成形を行ったときと同様に、ガラス素材の溶着がなく、光学素子を効率良く安定的に成形することができた。
したがって、この光学素子成形用金型の加工方法によれば、成形を所定回数行った後に、成形用金型1の表面部の表面側を除去し、さらにこの表面層3を再度加熱するので、所定回数の成形を行うたびに表面層3に新たな加熱酸化層5を形成することができ、これにより、常に成形品の離型性が良好であり、成形不良の発生が防止された状態で、成形を行うことができる。
When the optical element was manufactured again using the molding die 1 in which the heat treatment was again performed in this manner and the heating oxide layer 5 was newly formed, molding was performed using the molding die 1 immediately after the production. As in the case of the above, the glass element was not welded, and the optical element could be molded efficiently and stably.
Therefore, according to this optical element molding die processing method, after the molding is performed a predetermined number of times, the surface side of the surface portion of the molding die 1 is removed, and the surface layer 3 is heated again. A new heat-oxidized layer 5 can be formed on the surface layer 3 every time a predetermined number of times of molding is performed, so that the releasability of the molded product is always good and the occurrence of molding defects is prevented. Molding can be performed.

本発明に係る成形用金型1の表面層3の表面部(成形面3a)について、その表面の酸素濃度を、X線光電子分光分析(XPS)を用いて調べた。得られた結果を図3に示す。
図3のグラフに示すように、表面層3の形成直後(成膜直後)では酸素濃度が30数%であったのに対し、加熱を行って加熱酸化層5を形成した後(加熱後)では、50数%と、20%程度上昇した。
その後、成形を繰り返した後(成形後)には60%近くにまでなり、酸化劣化が起こり易くなる。そこで、表面研磨を行うことで、一旦20数%程度にまで酸素濃度を落とし、その後再度加熱(再加熱)を行うことにより、50%近くまで酸素濃度を上げることができる。
また、成形を繰り返し続けると、酸素濃度が70%を越え、酸化劣化に起因するガラスの溶着が起こり易くなることが分かる。
For the surface portion (molding surface 3a) of the surface layer 3 of the molding die 1 according to the present invention, the oxygen concentration of the surface was examined using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The obtained results are shown in FIG.
As shown in the graph of FIG. 3, after the surface layer 3 was formed (immediately after the film formation), the oxygen concentration was 30%, whereas after the heating, the heated oxide layer 5 was formed (after the heating). Then, it increased by about 20% by 50%.
Thereafter, after the molding is repeated (after molding), it becomes close to 60%, and oxidative deterioration is likely to occur. Therefore, by performing surface polishing, the oxygen concentration can be increased to nearly 50% by once decreasing the oxygen concentration to about 20% and then heating again (reheating).
Further, it can be seen that if the molding is repeated, the oxygen concentration exceeds 70%, and the glass is likely to be welded due to oxidative degradation.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では凸レンズを成形する成形用金型に本発明を適用しているが、他のレンズやプリズムなど、光学素子であれば他のものにも本発明を適用できるのはもちろんである。
また、型母材2や表面層3を構成する材料についても、上記の材料以外にも種々のものが使用可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, the present invention is applied to a molding die for molding a convex lens, but the present invention can be applied to other optical elements such as other lenses and prisms. is there.
In addition to the above materials, various materials can be used as the material constituting the mold base material 2 and the surface layer 3.

本発明に係る光学素子成形用金型の一実施形態を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows one Embodiment of the optical element shaping die concerning this invention. 図1に示した光学素子成形用金型の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the optical element shaping die shown in FIG. 本発明に係る光学素子成形用金型の状態と、その表面層の表面の酸素濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the state of the optical element shaping | molding die concerning this invention, and the oxygen concentration of the surface of the surface layer.

符号の説明Explanation of symbols

1…光学素子成形用金型、2…型母材、3…表面層、3a…成形面、4…中間層、5…加熱酸化層、6…金属層、7…窒化物層、M…ガラス素材   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical element shaping | molding die, 2 ... Mold base material, 3 ... Surface layer, 3a ... Molding surface, 4 ... Intermediate | middle layer, 5 ... Heating oxidation layer, 6 ... Metal layer, 7 ... Nitride layer, M ... Glass Material

Claims (4)

ガラス素材をプレス成形して光学素子を成形するための光学素子成形用金型の製造方法であって、
超硬合金もしくは炭化ケイ素からなる型母材に、プレス成形の際に上記ガラス素材に接触する表面層を形成する工程と、
上記表面層を加熱してその表面部に加熱酸化層を形成する加熱工程と、を有し、
上記表面層を、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも一種類の元素を含む合金で形成し、
上記加熱工程では、上記型母材が実質的に酸化しない温度で加熱処理を施すことにより、上記表面部に加熱酸化層を形成することを特徴とする光学素子成形用金型の製造方法。
A method of manufacturing an optical element molding die for press molding a glass material to mold an optical element,
Forming a surface layer in contact with the glass material at the time of press molding on a mold base material made of cemented carbide or silicon carbide;
A heating step of forming a thermal oxidation layer on the surface portion by heating the surface layer, was closed,
The surface layer is formed of an alloy containing at least one element selected from platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, and tantalum,
In the heating step, a heating oxide layer is formed on the surface portion by performing a heat treatment at a temperature at which the mold base material does not substantially oxidize .
上記表面層を、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも種類の元素を含む合金で形成することを特徴とする請求項1に記載の光学素子成形用金型の製造方法。 The surface layer, platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, hafnium, optical element according to claim 1, characterized in that an alloy containing at least two types of elemental selected from tantalum molding Mold manufacturing method. 上記表面層を、白金とイリジウムとの合金で形成することを特徴とする請求項2に記載の光学素子成形用金型の製造方法。3. The method for manufacturing an optical element molding die according to claim 2, wherein the surface layer is formed of an alloy of platinum and iridium. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学素子成形用金型の製造方法によって製造されたことを特徴とする光学素子成形用金型。   An optical element molding die manufactured by the method for manufacturing an optical element molding die according to any one of claims 1 to 3.
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