JP2009073693A - Optical element-molding die, and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス光学素子をプレス成形してレンズ成形品を作る光学素子成形用金型、及び、その製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element molding die for producing a lens molded product by press molding a glass optical element, and a manufacturing method thereof.
従来、ガラスレンズをプレス成形するための金型は、タングステンカーバイト(WC)を主成分とする超硬合金、又は、チタンカーバイド(TiC)又はチタンナイトライド(TiN)を主成分とするサーメットを母材として、これに砥石を用いて研削加工により製造されている。しかし、超硬合金やサーメットは極めて硬度が高いため、研削加工に長時間を要し、金型のコストが高くなってしまっていた。また、研削加工では光学面の面形状によっては所望の精度に加工することが困難な場合があった。 Conventionally, a mold for press-molding a glass lens is a cemented carbide mainly composed of tungsten carbide (WC), or a cermet mainly composed of titanium carbide (TiC) or titanium nitride (TiN). As a base material, it is manufactured by grinding using a grindstone. However, cemented carbides and cermets have extremely high hardness, which requires a long time for grinding and increases the cost of the mold. Also, in grinding, it may be difficult to process to a desired accuracy depending on the surface shape of the optical surface.
そこで、超硬合金からなる母材上に、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、その切削加工層を、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となるように所望の精度に加工している(特許文献1)。 Therefore, an electroless nickel plating layer made of Ni and P is provided as a cutting layer on a base material made of a cemented carbide, and the cutting layer is formed into an optical surface shape by ultra-precise cutting using a diamond bite. Are processed to a desired accuracy (Patent Document 1).
また、母材の表面に、非晶質の金属または合金からなる切削加工層を放電プラズマ焼結法により形成した後、その切削加工層に切削加工を施して所望の光学面にすることも知られている(特許文献2)。 It is also known that a cutting layer made of an amorphous metal or alloy is formed on the surface of a base material by a discharge plasma sintering method, and then the cutting layer is cut to obtain a desired optical surface. (Patent Document 2).
ところで、ガラスレンズのプレス成形では、金型を約400℃付近又はそれ以上に熱してガラス成形素材を加熱する。このため、プレス成形用の金型には、高温下における使用に耐えられるように高温強度、耐熱性及び耐酸化性が、所望の形状、寸法精度でレンズを成形することができるように加工性が、長期間の使用に耐えられるように耐久性が要求される。また、成型時においてガラスと付着することがないように離型性が、それぞれ要求される。 By the way, in press molding of a glass lens, the glass molding material is heated by heating the mold to around 400 ° C. or higher. For this reason, press molds have high temperature strength, heat resistance and oxidation resistance so that they can withstand use at high temperatures, so that the lens can be molded with the desired shape and dimensional accuracy. However, durability is required to withstand long-term use. In addition, releasability is required so as not to adhere to the glass during molding.
そのために、金型では、切削加工層の上に、耐熱性、離型性を確保するために、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)等の貴金属合金膜を表面保護膜として被覆したり(特許文献2)、窒化物又は炭化物セラミックからなる中間層と、その上面にDLC膜(Diamond Like Carbonの略:カーボン硬質膜)からなる離型層を設けたりする(特許文献1)することも知られている。 Therefore, in the mold, a noble metal alloy film such as platinum (Pt), iridium (Ir), osmium (Os), rhenium (Re), etc. is provided on the cutting layer to ensure heat resistance and releasability. As a surface protective film (Patent Document 2), an intermediate layer made of nitride or carbide ceramic, and a release layer made of a DLC film (abbreviated as Diamond Like Carbon: carbon hard film) are provided on the upper surface of the intermediate layer. (Patent Document 1) is also known.
ところで、レンズ用の成形用金型においては、成形面における寸法交差は数〔μm〕オーダーであり、成形面の面粗さはRaで10〜20〔nm〕又はそれより平滑であることが要求されるが、プレス成形を例えば4000ショット位使用することで表面保護膜が、劣化、又は、面荒れ、あるいは、部分的な剥(はく)離等を起こし、金型を使用することができなくなってしまう。 By the way, in the molding die for lenses, the dimension crossing on the molding surface is of the order of several [μm], and the surface roughness of the molding surface is required to be 10 to 20 [nm] or smoother than that. However, when the press molding is used, for example, about 4000 shots, the surface protective film deteriorates, roughens, or partially peels off, and the mold can be used. It will disappear.
そこで、金型の成形面をフッ酸(HF)に浸漬して表面保護膜を除去して、再び表面保護膜を設けることによって成形用金型を再生するようにしている。
ところで、金型の再生方法として、例えば、中間層に無電解ニッケルメッキ層を用いた金型をフッ酸(HF)に浸漬して再生する場合、表面保護膜の傷等から侵入して無電解ニッケルメッキ層や母材までも溶解して面荒れ等が生じるため、金型に対して精密切削加工、研磨等を行う必要が生じ、金型の再生コストが高くなってしまう。 By the way, as a mold regeneration method, for example, when a mold using an electroless nickel plating layer as an intermediate layer is dipped in hydrofluoric acid (HF) and regenerated, it enters the surface protection film from scratches, etc. Since even the nickel plating layer and the base material are melted to cause surface roughness and the like, it is necessary to perform precision cutting, polishing, etc. on the mold, and the mold regeneration cost increases.
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、面荒れ等が発生するのを防止して、低コストで再生することができる光学素子成形用金型、及び、そ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 consideration of such conventional problems, and prevents the occurrence of surface roughness and the like, and an optical element molding die that can be reproduced at low cost, and It aims at providing the manufacturing method.
上記目的を達成するために、本発明では、超硬合金、サーメット、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、及び、ステンレス鋼のいずれかからなる母材と、母材の上に切削加工層として設けられる無電解ニッケルメッキ層と、この無電解ニッケルメッキ層と離型層との間に設けられる中間層とを設け、前記中間層を、白金属系の金属コート層と、前記金属コート層の上設けられるチタンアルミナイトライド(TiAlN)からなる表面保護膜層と、で構成したものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a base material made of any one of cemented carbide, cermet, silicon carbide, silicon nitride, and stainless steel, and a non-cut layer provided on the base material. An electrolytic nickel plating layer and an intermediate layer provided between the electroless nickel plating layer and the release layer are provided, and the intermediate layer is provided on the white metal-based metal coating layer and the metal coating layer. And a surface protective film layer made of titanium aluminum nitride (TiAlN).
無電解ニッケルメッキ層は、切削加工層となる。そして、白金属系の金属コート層が、再生時に表面保護膜の傷等からフッ酸が入り込むのを防止する。白金属系の金属のコーティングは薄い層、例えば0.5〜2μmの位の厚みが好適である。なお、白金属系の金属としては、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、及び、イリジウムのうちの少なくとも1種、又はこれらの混合物を主成分とする金属であればよい。また、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、及び、他の物質との混合物としては、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウムの合計含有率が50重量%以上であればよい。さらに、白金属系の金属としては、白金、ロジウム、ルテニウム、及び、イリジウムのうちのいずれか1種又はこれらの混合物、又はいずれか1種又はこれらの混合物を主成分とする他の物質との混合物を用いてもよい。この他の物質との混合物としては、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウムの合計含有率が50重量%以上であればよい。さらに、白金属系の金属の代わりに、金を利用してもよい。 The electroless nickel plating layer becomes a cutting layer. The white metal-based metal coat layer prevents the entry of hydrofluoric acid from scratches on the surface protective film during reproduction. The white metal-based metal coating is preferably a thin layer, for example, a thickness of about 0.5 to 2 μm. The white metal-based metal may be a metal mainly composed of at least one of platinum, rhodium, palladium, ruthenium, and iridium, or a mixture thereof. Moreover, as a mixture with platinum, rhodium, palladium, ruthenium, iridium, and other substances, the total content of platinum, rhodium, palladium, ruthenium, and iridium may be 50% by weight or more. Further, as the white metal-based metal, any one of platinum, rhodium, ruthenium, and iridium, or a mixture thereof, or any one of these substances or a mixture of these substances as a main component Mixtures may be used. As a mixture with this other substance, the total content of platinum, rhodium, palladium, ruthenium and iridium may be 50% by weight or more. Furthermore, gold may be used instead of the white metal.
また、切削加工層としては、無電解ニッケルメッキ層の代わりに、白金属系の金属メッキ層を設けてもよい。この場合には、白金属系の金属メッキ層が切削加工層となり、かつ、再生時に表面保護膜の傷等からフッ酸が入り込むのを防止する。白金属系の金属メッキ層のメッキ厚みとしては、例えば、80〜200μm位が好適である。白金属系の金属メッキ層としては、前述したように、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、及び、イリジウムのうちの少なくとも1種、又はこれらの混合物を主成分とする金属メッキ層が望ましい。また、母材としては、超硬合金、サーメット、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、及び、ステンレス鋼のいずれかを用いることができる。 As the cutting layer, a white metal-based metal plating layer may be provided instead of the electroless nickel plating layer. In this case, the white metal-based metal plating layer serves as a cutting layer, and prevents the entry of hydrofluoric acid from scratches on the surface protective film during reproduction. The plating thickness of the white metal-based metal plating layer is preferably about 80 to 200 μm, for example. As described above, the white metal-based metal plating layer is preferably a metal plating layer mainly composed of at least one of platinum, rhodium, palladium, ruthenium, and iridium, or a mixture thereof. As the base material, any of cemented carbide, cermet, silicon carbide, silicon nitride, and stainless steel can be used.
チタンアルミナイトライドからなる表面保護膜層は、PVD処理、例えば真空蒸着により被覆される。なお、チタンアルミナイトライドの代わりに、アルミナ、窒化チタン(TiN)、炭化チタン(TiC)、炭窒化チタン(TiCN)、二酸化珪素、酸化ジルコニウムなどのいずれかを用いてもよい。なお、離型層としては、DLC膜が好適である。 The surface protective film layer made of titanium aluminum nitride is coated by PVD treatment, for example, vacuum deposition. Note that alumina, titanium nitride (TiN), titanium carbide (TiC), titanium carbonitride (TiCN), silicon dioxide, zirconium oxide, or the like may be used instead of titanium aluminum nitride. As the release layer, a DLC film is suitable.
本発明によれば、中間層に白金属系の金属層を設けたので、再生時に表面保護膜の傷等からフッ酸が入り込むのを確実に防止するため、表面保護膜のみ再生が可能になる。 According to the present invention, since the white metal-based metal layer is provided in the intermediate layer, it is possible to regenerate only the surface protective film in order to surely prevent entry of hydrofluoric acid from scratches on the surface protective film during reproduction. .
ガラス光学素子成形用金型10は、図1に示すように、上型11及び下型12で構成されている。下型12には、所望の体積に調整してある球形状のガラス素材13が成形面12aの中心に移載される。上型11は、加圧機構14に昇降自在になっている。上型11を加圧位置に下降することで、下型12との間でガラス素材13に約200Kgfの荷重をかけてプレス成形を行ってレンズ成形品を作る。なお、下型が昇降自在な構造であってもよい。
As shown in FIG. 1, the glass optical element molding die 10 includes an
なお、図示していないが、加熱機構、冷却機構、及び、ハンドリング用のロボットを備えており、下型12の成形面上にロボットによりガラス素材13を供給した後に、加熱機構により上型11及び下型12を加熱して、ガラス素材13が屈伏温度(At)を越える所定の温度に達した後に約5分間プレス成形を行い、その後に、冷却機構によりガラス転移温度(Tg)以下まで冷やしてから上型11を離型してロボットにより成形品を下型12から排出する。
Although not shown, a heating mechanism, a cooling mechanism, and a handling robot are provided. After the
[実施形態1]
下型12は、図2に示すように、ステンレス鋼からなる母材15の仮成形面(光学面の概略形状となる面)15a上に、切削加工層として無電解ニッケルメッキ層16が形成され、また、この無電解ニッケルメッキ層16の上に白金属系の金属コート層17を設け、さらに、白金属系の金属コート層17の上に、チタンアルミナイトライドからなる表面保護膜層18を形成し、その上に離型層22を設けた構成になっている。つまり、この実施形態では、母材15と、その上に設けた無電解ニッケルメッキ層16と、この無電解ニッケルメッキ層16と離型層22との間の中間層を、白金属系の金属コート層17、及び、表面保護膜層18とで構成している。
[Embodiment 1]
As shown in FIG. 2, the
マルテンサイト系ステンレス鋼からなる母材15を用いる場合には、図3に示すように、母材15を予め、切削・研磨することによって仮成形面15aを作製する工程、その後、この仮成形面15a上に無電解ニッケルメッキ層16を形成する工程、その後に、無電解ニッケルメッキ層16を、ダイヤモンドバイトを用いた精密切削加工によって球面又は非球面形状等の所望の面形状に加工して加工面16aを作る工程、その後に、無電解ニッケルメッキ層16の加工面16a上に白金属系の金属コート層17を設ける工程、白金属系の金属コート層17の上にチタンアルミナイトライドからなる表面保護膜層18を真空蒸着により形成する工程、最後に、表面保護膜層18の上に離型層22を形成する工程を経て下型12が製造される。この実施形態では、ニッケルを用いるため、加工性が良好であり、金型を安価に作ることができる。なお、白金属系の金属コート層17としは、0.5〜2μm位の厚みで施すのが好適である。
In the case of using a
再生方法としては、図4に示すように、使用済みの下型12の成形面12aをフッ酸に浸漬して表面保護膜層18を除去する。このとき、表面保護膜層18の傷等からフッ酸が入り込むのを白金属系の金属コート層17が防止する。よって、無電解ニッケルメッキ層16に面荒れ等の不都合が生じることを確実に防ぐことができる。その後に、新たに表面保護膜層18を真空蒸着により形成し、その後に表面保護膜層18の上に離型層22を形成する。このように、所望の形状に超精密加工を施した無電解ニッケルメッキ層16がフッ酸などによって侵食されることがないので、再生に当たって超精密加工層を作り直す必要がなく、下型12を低コストで再生することができる。
As a regeneration method, as shown in FIG. 4, the surface
なお、白金属系の金属コート層の代わりに、金をコーティングしてもよい。なお、白金属系の金属としては、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、及び、ルテニウムのうちの1種、又はこれらの混合物を主成分とする金属が好適である。ここで、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム及び他の物質との混合物としては、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウムの合計含有率が50重量%以上であればよい。さらに、白金、ロジウム、ルテニウム、及び、イリジウムのうちのいずれか1種又はこれらの混合物、又はいずれか1種又はこれらの混合物を主成分とする他の物質との混合物を用いてもよい。この、他の物質との混合物としては、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウムの合計含有率が50重量%以上であればよい。さらに、白金属系の金属の代わりに、金を利用してもよい。 Instead of the white metal-based metal coat layer, gold may be coated. In addition, as a white metal-type metal, the metal which has 1 type in platinum, iridium, palladium, rhodium, and ruthenium, or these mixtures as a main component is suitable. Here, as a mixture with platinum, rhodium, palladium, ruthenium, iridium and other substances, the total content of platinum, rhodium, palladium, ruthenium and iridium may be 50% by weight or more. Further, any one of platinum, rhodium, ruthenium, and iridium, or a mixture thereof, or a mixture with any one of these substances or a mixture of these substances as a main component may be used. As a mixture with this other substance, the total content of platinum, rhodium, palladium, ruthenium and iridium may be 50% by weight or more. Furthermore, gold may be used instead of the white metal.
また、母材15としては、ステンレス鋼を用いているが、ステンレス鋼の代わりに、タングステンカーバイト(WC)を主成分とする超硬合金、サーメット、シリコンカーバイド、及び、シリコンナイトライドのいずれを用いてもよい。離型層22としては、カーボン硬質膜であるDLC膜が好適である。
Moreover, although stainless steel is used as the
[第2実施形態]
下型19は、図5に示すように、ステンレス鋼(SUS)からなる母材15の仮成形面15a上に、切削加工層として白金属系の金属メッキ層20を形成し、その白金属系の金属メッキ層20の上に、チタンアルミナイトライドからなる表面保護膜層21をコーティングし、表面保護膜層21の上に離型層22を設けた構成となっている。この実施形態では、母材15と離型層22との間の中間層を、切削加工層である白金属系の金属メッキ層20と表面保護膜層21とで構成している。
[Second Embodiment]
As shown in FIG. 5, the
マルテンサイト系ステンレス鋼からなる母材15を用いる場合には、図6に示すように、母材15を予め、切削・研磨することによって仮成形面15aを作製する工程、その後、この仮成形面15a上に白金属系の金属メッキ層20を形成する工程、その後に、白金属系の金属メッキ層20を、ダイヤモンドバイトを用いた精密切削加工によって所望する球面又は非球面形状に加工して加工面20aを作る工程、白金属系の金属メッキ層20の加工面20a上にチタンアルミナイトライドからなる表面保護膜層21を真空蒸着により形成し、最後に、表面保護膜層21の上に離型層22を形成する工程を経て下型19が製造される。この実施形態では、第1実施形態に比べて1層少ないので、工程が少なくて済む。
In the case of using a
再生方法としては、図4で説明したように、使用済みの下型19の成形面をフッ酸に浸漬して表面保護膜層21を除去する。このとき、表面保護膜層21の傷等からフッ酸が入り込んでも白金属系の金属メッキ層20はフッ酸に侵食されないため、所望の形状に超精密加工された面はそのままの形状が維持される。また、母材15が侵食されるのを防止することができる。よって、その後に、新たに表面保護膜層21を真空蒸着により形成し、その上に離型層22を形成するだけで下型19を低コストで再生することができる。
As a regeneration method, as described with reference to FIG. 4, the surface
白金属系の金属メッキ層20は、耐熱性が高い点、切削が容易である点、メッキ層を厚くできる点、母材15との密着性がよい点、メッキの緻密性が良好である点、メッキ層の硬度がビッカース硬度(Hv)で300〜1000である点などの特性を有しているので、切削加工層としては好適である。
The white metal-based
また、白金属系の金属メッキ層20では厚みを80〜200μm程度まで厚くして作ることができる。これにより、所望の光学面の形状に応じた形状に加工するのに十分な切削加工層の厚さが得られる。さらに、白金属系の金属メッキ層20は切削性が良いので切削加工により曲率半径の小さい湾曲面や非球面形状など研削加工では加工が難しい形状の精密加工も行うことができる。
Further, the white metal-based
なお、母材15としては、ステンレス鋼の代わりに、タングステンカーバイト(WC)を主成分とする超硬合金、サーメット、シリコンカーバイド、及び、シリコンナイトライドのいずれを用いてもよい。また、白金属系の金属メッキ層20で用いる金属としては、段落[0021]で説明したと同じ構成のものを用いることができる。
In addition, as the
また、上記各実施形態では、本発明を用いて下型12を作っているが、上型11も本発明を用いて作ってもよい。
Moreover, in each said embodiment, although the lower mold |
10 金型
11 上型
12,19 下型
13 ガラス素材
15 母材
16 無電解ニッケルメッキ層
17 白金属系の金属コート層
18,21 表面保護膜層
20 白金属系の金属メッキ層
22 離型層
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記中間層は、
前記無電解ニッケルメッキ層の上に設けられる白金属系の金属コート層と、
前記金属コート層の上に設けられるチタンアルミナイトライドからなる表面保護膜層と、
で構成されていることを特徴とするガラス光学素子成形用金型。 An intermediate layer is provided between the electroless nickel plating layer provided as a cutting layer on the base material made of cemented carbide, cermet, silicon carbide, silicon nitride, and stainless steel, and the release layer. In the provided glass optical element molding die,
The intermediate layer is
A white metal-based metal coating layer provided on the electroless nickel plating layer;
A surface protective film layer made of titanium aluminum nitride provided on the metal coat layer;
A glass optical element molding die comprising:
前記中間層は、
前記母材の上に切削加工層として設けられる白金属系の金属メッキ層と、
前記金属メッキ層の上に保護層として設けられるチタンアルミナイトライドからなる表面保護膜層と、
で構成されていることを特徴とするガラス光学素子成形用金型。 In a mold for glass optical element molding in which an intermediate layer is provided between a base material made of cemented carbide, cermet, silicon carbide, silicon nitride, and stainless steel, and a release layer,
The intermediate layer is
A white metal-based metal plating layer provided as a cutting layer on the base material;
A surface protective film layer made of titanium aluminum nitride provided as a protective layer on the metal plating layer;
A glass optical element molding die comprising:
前記無電解ニッケルメッキ層を超精密切削により光学面形状として所望の精度に仕上げる工程と、
前記無電解ニッケルメッキ層の切削加工面上に白金属系の金属コート層を設ける工程と、
前記金属コート層の上に保護層としてチタンアルミナイトライドからなる表面保護膜層を設ける工程と、
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。 Providing an electroless nickel plating layer on a base material made of any one of cemented carbide, cermet, silicon carbide, silicon nitride, and stainless steel;
Finishing the electroless nickel plating layer to a desired accuracy as an optical surface shape by ultra-precision cutting;
Providing a white metal-based metal coating layer on the cut surface of the electroless nickel plating layer;
Providing a surface protective film layer made of titanium aluminum nitride as a protective layer on the metal coat layer;
A method for producing a mold for molding a glass optical element, comprising:
前記白金属系の金属メッキ層を超精密切削により光学面形状として所望の精度に仕上げる工程と、
前記白金属系の金属メッキ層の切削加工面上に保護層としてチタンアルミナイトライドからなる表面保護膜層を設ける工程と、
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。 Providing a white metal-based metal plating layer on a base material made of any one of cemented carbide, cermet, silicon carbide, silicon nitride, and stainless steel;
Finishing the white metal-based metal plating layer to the desired accuracy as an optical surface shape by ultra-precision cutting;
Providing a surface protective film layer made of titanium aluminum nitride as a protective layer on the cut surface of the white metal-based metal plating layer;
A method for producing a mold for molding a glass optical element, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007244079A JP2009073693A (en) | 2007-09-20 | 2007-09-20 | Optical element-molding die, and method for producing the same |
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---|---|---|---|---|
JP2015516928A (en) * | 2011-11-23 | 2015-06-18 | コーニング インコーポレイテッド | Reconditioning of glass molds with surface oxidized titanium nitride aluminum glass release coating |
CN109104839A (en) * | 2017-06-20 | 2018-12-28 | 谢孟修 | Ceramic heat sink and its manufacturing method |
-
2007
- 2007-09-20 JP JP2007244079A patent/JP2009073693A/en active Pending
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