JPH0329012B2 - - Google Patents
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- JPH0329012B2 JPH0329012B2 JP60038144A JP3814485A JPH0329012B2 JP H0329012 B2 JPH0329012 B2 JP H0329012B2 JP 60038144 A JP60038144 A JP 60038144A JP 3814485 A JP3814485 A JP 3814485A JP H0329012 B2 JPH0329012 B2 JP H0329012B2
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- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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- C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
- C03B11/084—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor
- C03B11/086—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor of coated dies
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- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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- C03B2215/02—Press-mould materials
- C03B2215/08—Coated press-mould dies
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- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は、光学ガラス素子成形用金型に係り、
特に光学ガラスを加熱プレスにより所望の成形品
にするための光学ガラス素子成形用金型とその製
造方法に関する。
従来技術
従来から光学ガラスを加熱プレスにより所望の
成形品にすることは、特公昭55−11624号公報に
より知られている。しかし、該公報における金型
による場合は、ガラス素子と加熱プレス用金型と
の離型性に問題があり、特に像形成用光学レンズ
に要求される厳密な表面形状および表面特性を満
足することは困難である。これは、離型性がプレ
ス金型の材質に起因するガラス濡れ性に大きく依
存していることによる。
上記離型性の向上を図る手段として、金型の材
料にガラス状炭素、タングステン合金または石英
ガラスを用いたものが米国特許第4098596号およ
びオランダ国特許第80030号明細書に開示されて
おり、また、金型材料にSUS400系ステンレス鋼
を用いたものが米国特許第316861号明細書に開示
されている。
しかし、上記ステンレス鋼等の金属からなる金
型は、ガラスの成形および熱間加圧の各行程にお
ける温度サイクルにより結晶粒の成長を生じて結
晶構造が変化し、この結晶金型の表面が肌荒れし
たものとなり、ひいては成形品の表面形状や離型
性を劣化せしめ成形早期に製品の平滑度や光沢を
損なうとともに、金型寿命を非常に短くするとい
う問題がある。
また、ガラス状炭素からなる金型は、酸化しや
すくかつ構造的に弱く成形面に損傷を受けやすい
という問題があり、しかも、熱伝導度が低くかつ
耐破壊衝撃力も低いという問題がある。このこと
は、ガラスを加熱軟化して加圧成形するのに好ま
しくないものである。
さらに、石英ガラスからなる金型は、高い濡れ
性を有するとともに、熱伝導性が低いので、上記
ガラス状炭素からなる金型と同様の問題を有して
いる。
また、金型材料にTiNを用いたものも、特開
昭59−123629号公報に提案されているが、金型温
度が500℃以上になると酸化してしまい、高温の
成形加工に適さないという問題を有している。
発明の目的
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、
高温時における離型性および表面特性の向上を図
ることができかつ寿命の長い光学ガラス素子成形
用金型を提供することを目的とするものである。
発明の構成
上記目的を達成するため本発明に係る光学ガラ
ス素子成形用金型は、所望の成形物にプレス成形
するために形成された所定形状を有する成形面に
AlNからなる被着膜を形成したことをその特徴
とするとともに上記AlNからなる被着膜の形成
に当り、PVD法（物理的蒸着法）により蒸着膜
を蒸着して形成することをその特徴とするもので
ある。
実施例
以下、本発明の実施例を第１図乃至第３図を参
照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を示したもので、金
型１は、上面に所望の成形物に対応する形状すな
わち本実施例においては球面状に形成された成形
面２を有しており、この金型１は、Cr、Mo、Ｗ
を含有し約0.02％以下の極低炭素含有のNi基合金
を鍜造圧延し、硬度をHRC40以上に高めたものを
所定形状に加工したものである。
そして、上記成形面２には、AlNの被着膜３
が形成されており、この被着膜３は、上記成形面
２をダイヤモンドペーストにより最終的に＃8000
〜14000の細かいもので研磨し、さらに、SiO2系
の微粒研磨材で仕上げ研磨を行ない表面粗さを
Rmax＝0.02μｍ以下とした後に、イオンビーム
スパツタリング装置により蒸着形成されるもので
ある。このイオンビームスパツタリング装置は、
第２図に示すように、真空チヤンバ４にはイオン
ビーム源５が連通して設けられ、真空チヤンバ４
内には、上記イオンビーム源５からのイオンビー
ム照射方向に対してほぼ45°の角度を有するよう
に、AlNの焼結体からなるターゲツト６が配設
されている。また、上記真空チヤンバ４の内部で
あつて上記ターゲツト６に対してほぼ45°の角度
を有するように対向する位置には、金型１を支持
する基台７が配設され、この基台７の内部には、
冷却水菅８およびヒータ９が導通され、基台７に
接続された熱電対１０の測定温度に応じて基台７
の温度を高精度に制御するようになされている。
さらに、真空チヤンバ４には、排気系接続用の排
気口１１が設けられている。
上記装置においては、基台７に金型１をその成
形面２がターゲツト６に対向するように取付け、
真空チヤンバ４を排気系により排気口１１を介し
て真空排気する。そして、イオンビーム源５から
ArイオンビームあるいはＮイオンビームをター
ゲツト６に照射し、ターゲツト材であるAlNを
飛散させ金型１の成形面２に堆積させることによ
り、AlNの被着膜３を形成するようになされる。
この装置を用いて下表の条件に従つてスパツタ
リングを行なつたところ、1.5μｍ厚のAlN膜を得
ることができた。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to a mold for molding an optical glass element.
In particular, the present invention relates to a mold for molding an optical glass element and a method for manufacturing the same, for molding optical glass into a desired molded product by hot pressing. Prior Art It has been known from Japanese Patent Publication No. 55-11624 to form optical glass into a desired molded product by hot pressing. However, when using the mold described in this publication, there is a problem in the releasability between the glass element and the hot press mold, and in particular, it is difficult to satisfy the strict surface shape and surface characteristics required for an optical lens for image forming. It is difficult. This is because the mold releasability largely depends on the glass wettability caused by the material of the press mold. As a means for improving the above-mentioned mold releasability, methods using glassy carbon, tungsten alloy, or quartz glass as the mold material are disclosed in US Pat. No. 4,098,596 and Dutch Patent No. 80,030. Further, US Pat. No. 316,861 discloses a mold using SUS400 series stainless steel as the mold material. However, with molds made of metals such as stainless steel, the crystal structure changes due to the growth of crystal grains due to the temperature cycles during glass forming and hot pressing, resulting in rough surfaces on the surface of the crystal mold. This results in a problem of deteriorating the surface shape and mold releasability of the molded product, impairing the smoothness and gloss of the product in the early stage of molding, and extremely shortening the life of the mold. Furthermore, molds made of glassy carbon have the problem of being easily oxidized, structurally weak, and susceptible to damage to the molding surface, and furthermore having low thermal conductivity and low fracture impact resistance. This is not preferable when glass is softened by heating and pressure molded. Furthermore, molds made of quartz glass have high wettability and low thermal conductivity, so they have the same problems as the molds made of glassy carbon. In addition, a mold material using TiN has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 123629/1982, but it oxidizes when the mold temperature exceeds 500°C, making it unsuitable for high-temperature molding. I have a problem. Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above points, and
The object of the present invention is to provide a mold for molding an optical glass element that can improve mold releasability and surface properties at high temperatures and has a long life. Structure of the Invention In order to achieve the above object, a mold for molding an optical glass element according to the present invention has a molding surface having a predetermined shape formed for press molding into a desired molded product.
The feature is that a deposited film made of AlN is formed, and the feature is that the deposited film is formed by PVD method (physical vapor deposition method) in forming the deposited film made of AlN. It is something to do. Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a mold 1 has a molding surface 2 formed on its upper surface in a shape corresponding to a desired molded product, that is, in this embodiment, a spherical shape. This mold 1 is made of Cr, Mo, W.
This is a Ni-based alloy containing extremely low carbon of approximately 0.02% or less, which is rolled and hardened to a hardness of H R C40 or higher, and then processed into a predetermined shape. Then, on the molding surface 2, an AlN coating film 3 is formed.
is formed, and this deposited film 3 is made by coating the molded surface 2 with #8000 diamond paste.
- Polished with a fine grain of ~14,000, and then finished polished with a SiO 2 -based fine grain abrasive to improve surface roughness.
After setting Rmax to 0.02 μm or less, it is formed by vapor deposition using an ion beam sputtering device. This ion beam sputtering device is
As shown in FIG. 2, an ion beam source 5 is provided in communication with the vacuum chamber 4.
A target 6 made of a sintered body of AlN is disposed within the ion beam source 5 so as to form an angle of approximately 45° with respect to the ion beam irradiation direction from the ion beam source 5. A base 7 for supporting the mold 1 is provided inside the vacuum chamber 4 at a position facing the target 6 at an angle of approximately 45°. Inside the
The cooling water pipe 8 and the heater 9 are connected to each other, and the base 7
The temperature is controlled with high precision.
Further, the vacuum chamber 4 is provided with an exhaust port 11 for connection to an exhaust system. In the above device, the mold 1 is mounted on the base 7 so that its molding surface 2 faces the target 6,
The vacuum chamber 4 is evacuated through the exhaust port 11 by an exhaust system. Then, from the ion beam source 5
The target 6 is irradiated with an Ar ion beam or a N ion beam, and AlN, which is the target material, is scattered and deposited on the molding surface 2 of the mold 1, thereby forming the AlN coating 3. When sputtering was performed using this apparatus according to the conditions shown in the table below, an AlN film with a thickness of 1.5 μm could be obtained.
【表】
このAlN膜は極めて密であり、従来のものと
比較して高温（500℃以上）における離型性が著
しく向上していることが確認され、さらに、表面
粗さについても、従来のものが高温時に劣化して
Rmax＝0.04〜0.05μｍであるのに対して、向上し
ていることがわかつた。
なお、AlN膜を形成する手段として、ターゲ
ツトをAlにより形成し、真空チヤンバ内をN2ガ
スまたはNH3ガスの雰囲気としてスパツタリン
グを行なうようにしてもよい。また、上記金型を
WC−Co合金やFe基耐熱合金により形成するよ
うにしてもよく、上述のNi基合金やWC−Co合
金からなる金型の場合には、N2ガスやNH3ガス
雰囲気中でAlN粒子の活性化をプラズマ放電で
行なう活性化イオンプレーテイング法により
AlN膜を形成するようにすれば、速い蒸着速度
でかつ化学量論比を有する膜形成が可能となる。
また本発明の他の実施例として、金型１をセラ
ミツク材により形成してもよい。この場合、セラ
ミツク材としてAlN焼結体を用い、上述の実施
例と同様、成形面２をダイヤモンドペーストによ
り研磨した後、成形面２にRFスパツタリング装
置によりAlNからなる被着膜３を形成させる。
このRFスパツタリング装置は、第３図に示すよ
うに、真空チヤンバ１２の内部上面には、このチ
ヤンバ上板と一体に形成されたホルダ１３が設け
られ、真空チヤンバ１２の内部下面には、上記ホ
ルダ１３に対向するAlN焼結体により形成され
たターゲツト電極１４が設けられている。また、
真空チヤンバ１２には、図示しない排気系に接続
される排気口１５およびガス導入口１６がそれぞ
れ設けられており、さらに、アースされたホルダ
１３とターゲツト電極１４との間に高周波電圧を
印加する高周波電源１７が設けられている。さら
に、ホルダ１３とダーゲツト電極１４との間に
は、開閉自在にシヤツタ１８が配設されている。
上記装置においては、真空チヤンバ１２を真空
排気しガス導入口１６からAr等の不活性ガスを
導入して所定圧のガス雰囲気とした後、ダーゲツ
ト電極１４とホルダ１３との間に高周波電源１７
により数KVの高周波電圧を印加してプラズマを
発生させ、ターゲツト材料を飛散させることによ
り、ホルダ１３に取付けられた金型にAlN膜を
形成するようになされる。これにより、金型１の
成形面２に3μｍ厚のAlNの被着膜３が形成され、
他結晶体であるAlN結晶体により形成された金
型に研磨後も残留する段差を除去することができ
る。
本実施例に係る金型を用いてSF系ガラスとの
濡れ角を測定した結果、550℃において濡れ角θ
＝110°という値を得ることができ、これは、
Si3N4（シリコンナイトライド）、TiNに比べて同
等以上に濡れ性の低いことを示しており、したが
つて、高い離型性を得ることが可能となる。さら
に、本実施例においては、金型材料と被着膜とが
同じ材質で構成されるので、密着度が極めて高く
剥離等を生じることがない。
なお、上記セラミツク材としてSi3N4を用いる
ようにしてもよく、この場合は、AlNを被着源
とした電子ビームスパツタリングと金型の成形面
に対するＮイオンビーム照射とを同時に行なう手
段により、AlN膜を形成させるようにすればよ
い。発明の効果
以上述べたように本発明は、所望の成形物をプ
レス成形するための成形面にAlNの被着膜を形
成して構成したので、成形面が高い温度において
も高硬度を有しかつ酸化しにくくなり、したがつ
て高温時（600℃以上）での離型性の向上および
表面粗さの向上を図ることができる。その結果、
高い型温度を必要とするプレス成形を高い面精度
で行なうことができ、さらに、低い型温度では金
型寿命を著しく長くすることが可能となる等の効
果を奏する。特に本発明の第２発明によれば、第
１発明の光学ガラス素子成形用金型を適確に製造
することができる。[Table] This AlN film is extremely dense, and it has been confirmed that the mold releasability at high temperatures (over 500℃) is significantly improved compared to conventional ones.Furthermore, the surface roughness is also lower than that of conventional ones. Things deteriorate at high temperatures
It was found that this was improved compared to Rmax=0.04 to 0.05 μm. Note that as a means for forming the AlN film, the target may be formed of Al, and sputtering may be performed in a vacuum chamber with an atmosphere of N 2 gas or NH 3 gas. In addition, the above mold
The mold may be made of a WC-Co alloy or a Fe-based heat-resistant alloy. In the case of a mold made of the above-mentioned Ni-based alloy or WC-Co alloy, AlN particles are formed in an N 2 gas or NH 3 gas atmosphere. Using the activated ion plating method, which uses plasma discharge for activation.
By forming an AlN film, it becomes possible to form a film having a high deposition rate and a stoichiometric ratio. Further, as another embodiment of the present invention, the mold 1 may be made of ceramic material. In this case, an AlN sintered body is used as the ceramic material, and after polishing the molding surface 2 with diamond paste as in the above-described embodiment, a deposited film 3 made of AlN is formed on the molding surface 2 using an RF sputtering device.
As shown in FIG. 3, this RF sputtering apparatus is provided with a holder 13 formed integrally with the upper plate of the chamber on the inner upper surface of the vacuum chamber 12, and a holder 13 formed integrally with the inner lower surface of the vacuum chamber 12. A target electrode 14 formed of an AlN sintered body and facing the target electrode 13 is provided. Also,
The vacuum chamber 12 is provided with an exhaust port 15 and a gas inlet 16 that are connected to an exhaust system (not shown), and is further provided with a high-frequency power source that applies a high-frequency voltage between the grounded holder 13 and the target electrode 14. A power source 17 is provided. Further, a shutter 18 is provided between the holder 13 and the target electrode 14 so as to be openable and closable. In the above device, the vacuum chamber 12 is evacuated and an inert gas such as Ar is introduced from the gas inlet 16 to create a gas atmosphere at a predetermined pressure.
By applying a high frequency voltage of several kilovolts to generate plasma and scattering the target material, an AlN film is formed on the mold attached to the holder 13. As a result, a 3 μm thick AlN coating 3 is formed on the molding surface 2 of the mold 1.
It is possible to remove steps that remain on a mold made of AlN crystal, which is another crystal, even after polishing. As a result of measuring the wetting angle with SF glass using the mold according to this example, wetting angle θ at 550°C
= 110°, which is
Compared to Si 3 N 4 (silicon nitride) and TiN, the wettability is lower than that of Si 3 N 4 (silicon nitride) and TiN, and therefore it is possible to obtain high mold release properties. Furthermore, in this example, since the mold material and the deposited film are made of the same material, the degree of adhesion is extremely high and no peeling occurs. Note that Si 3 N 4 may be used as the ceramic material, and in this case, it is possible to use Si 3 N 4 as the ceramic material. , an AlN film may be formed. Effects of the Invention As described above, the present invention is constructed by forming an AlN coating on the molding surface for press-molding a desired molded product, so that the molding surface has high hardness even at high temperatures. In addition, it becomes difficult to oxidize, and therefore, it is possible to improve mold releasability and surface roughness at high temperatures (600°C or higher). the result,
Press molding that requires high mold temperatures can be performed with high surface accuracy, and further, the mold life can be significantly extended at low mold temperatures. In particular, according to the second aspect of the present invention, the mold for molding an optical glass element according to the first aspect can be manufactured accurately.
第１図乃至第３図はそれぞれ本発明の一実施例
を示したもので、第１図は金型の縦断面図、第２
図はイオンビームスパツタリング装置の概略構成
図、第３図はRFスパツタリング装置の概略構成
図である。
１……金型、２……成形面、３……被着膜、
４，１２……真空チヤンバ、５……イオンビーム
源、６……ターゲツト、７……基台、８……冷却
水管、９……ヒータ、１０……熱電対、１１，１
５……排気口、１３……ホルダ、１４……ターゲ
ツト電極、１６……ガス導入口、１７……高周波
電源、１８……シヤツタ。
Figures 1 to 3 each show an embodiment of the present invention, with Figure 1 being a vertical sectional view of the mold, Figure 2
The figure is a schematic diagram of an ion beam sputtering device, and FIG. 3 is a schematic diagram of an RF sputtering device. 1...Mold, 2...Molding surface, 3...Deposited film,
4,12...Vacuum chamber, 5...Ion beam source, 6...Target, 7...Base, 8...Cooling water pipe, 9...Heater, 10...Thermocouple, 11,1
5...Exhaust port, 13...Holder, 14...Target electrode, 16...Gas inlet, 17...High frequency power supply, 18...Shutter.
Claims (1)
の成形面が形成された光学ガラス素子成形用金型
において、上記成形面にAlNのみからなる被着
膜を形成したことを特徴とする光学ガラス素子成
形用金型。 ２ 上記金型をNi基合金、Fe基耐熱合金あるい
はWC−Co系合金のいずれかの金属材料により形
成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の光学ガラス素子成形用金型。 ３ 上記金型をAlNあるいはSi3N4のいずれかを
主成分とするセラミツク材料により形成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学ガ
ラス素子成形用金型。 ４ 所望の成形物にプレス成形するため所定形状
の成形面が形成された光学ガラス素子成形用金型
の製造方法において、 上記金型の成形面にPVD法（物理的蒸着法）
によりAlNのみからなる蒸着膜を蒸着すること
を特徴とする光学ガラス素子成形用金型の製造方
法。 ５ 上記PVD法はイオンビームスパツタリング
またはRFスパツタリング等のスパツタリングを
用いることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
載の光学ガラス素子成形用金型の製造方法。 ６ 上記PVD法はイオンプレーテイング法を用
いることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
の光学ガラス素子成形用金型の製造方法。 ７ 上記成形面は、Rmaxで0.05μｍ以下の面粗
さに加工した後、上記蒸着膜を蒸着することを特
徴とする特許請求の範囲第４項記載の光学ガラス
素子成形用金型の製造方法。[Claims] 1. In a mold for molding an optical glass element in which a molding surface of a predetermined shape is formed for press-molding into a desired molded product, a coating film consisting only of AlN is formed on the molding surface. Features a mold for molding optical glass elements. 2. The mold for molding an optical glass element according to claim 1, wherein the mold is made of a metal material such as a Ni-based alloy, a Fe-based heat-resistant alloy, or a WC-Co-based alloy. 3. The mold for molding an optical glass element according to claim 1, wherein the mold is made of a ceramic material containing either AlN or Si 3 N 4 as a main component. 4. In a method for manufacturing a mold for molding an optical glass element in which a molding surface of a predetermined shape is formed for press-molding into a desired molded product, a PVD method (physical vapor deposition method) is applied to the molding surface of the mold.
1. A method for manufacturing a mold for molding an optical glass element, characterized by depositing a deposited film consisting only of AlN. 5. The method of manufacturing a mold for molding an optical glass element according to claim 4, wherein the PVD method uses sputtering such as ion beam sputtering or RF sputtering. 6. The method of manufacturing a mold for molding an optical glass element according to claim 4, wherein the PVD method uses an ion plating method. 7. The method for manufacturing a mold for molding an optical glass element according to claim 4, wherein the molding surface is processed to have a surface roughness of 0.05 μm or less in Rmax, and then the deposited film is deposited on the molding surface. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60038144A JPS61197430A (en) | 1985-02-27 | 1985-02-27 | Mold for molding optical glass element and production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP60038144A JPS61197430A (en) | 1985-02-27 | 1985-02-27 | Mold for molding optical glass element and production thereof |
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| JPS61197430A JPS61197430A (en) | 1986-09-01 |
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ID=12517222
Family Applications (1)
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