(57)【要約】【課題】金型の再生を低コストで行う。【解決手段】母材１５の上に、切削加工層として白金属系の金属メッキ層２０を設ける。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所望の光学面形状を高精度に仕上げる。その上に、表面保護膜層２１、離型層２２を設ける。成形の工程に用いて加熱・冷却を繰り返し、離型層２２、表面保護膜層２１が劣化した金型は、成形面をフッ酸に浸漬して、劣化した表面保護膜層２１、離型層２２を除去し、新たに表面保護膜層２１、離型層２２を付けて再生する。白金属系の金属メッキ層２０は、フッ酸に侵食されないので、超精密加工された光学面はその形状が維持される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、離型層との間に中間層を設けたガラス光学素子成形用金型において、
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。
【請求項２】
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、離型層との間に中間層を設けたガラス光学素子成形用金型において、
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。
【請求項３】
前記白金属系の金属は、白金、ロジウム、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となっていることを特徴とする請求項１又は２記載のガラス光学素子成形用金型。
【請求項４】
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の上に無電解ニッケルメッキ層を設ける工程と、
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。
【請求項５】
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の上に白金属系の金属メッキ層を設ける工程と、
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。
【請求項６】
前記白金属系の金属は、白金、ロジウム、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になっていることを特徴とする請求項４又は５記載のガラス光学素子成形用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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）。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【特許文献１】特開平１１−１５７８５２号公報
【特許文献２】特開２００３−２４６６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
[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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
[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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】成型用金型を示す断面図である。
【図２】図１で説明した下型を示す断面図である。
【図３】下型を製造する手順を示すフローチャート図である。
【図４】下型を再生する手順を示すフローチャート図である。
【図５】別の実施形態の下型を示す断面図である。
【図６】図５で説明した下型を製造する手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３１】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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