光学元件成形用的模具和光学元件制造技术

本发明专利技术提供一种用冲压成形制造光学元件的光学元件成形用的模具，即使连续地进行冲压成形，也能制成表面精度很高的光学元件。这种光学元件成形用的模具具有下列各部分：用烧结而成的超硬合金或者碳化硅制成的模具母材；在该模具母材的表面上形成，在冲压成形的过程中与玻璃原料接触的表面层；以及在模具母材与表面层之间形成的中间层。表面层是从下列元素中选择的至少一种元素：白金、钯、铱、锇、钌、铼，或者由含有这些元素的合金、化合物形成的。中间层具有由非晶粒状态的，或者是由晶粒直径比构成模具母材的晶粒直径小的晶粒形成的结晶状态的，钨、碳、碳化钨、碳化硅中的至少一种材料构成的母材表面层。母材表面层与模具母材的表面接触。

Mold and optical element for forming optical elements

The invention provides a die for forming an optical element for forming an optical element by stamping forming, and even if a continuous stamping process is made, an optical component with high surface accuracy can be made. This optical element forming mould has the following parts: the mold base material for sintering of super hard alloy or silicon carbide; formed on the surface of the mold base material, the surface layer is in contact with the glass material in the process of forming in the middle layer; and formed between the mold base material and surface layer the. The surface layer is at least one of the elements selected from the following elements: platinum, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, or alloys and compounds formed from these elements. The middle layer is composed of non grain state, or crystalline state of grain by grain diameter than the grain composition mold base material of small diameter formed the base material surface layer composed of at least one material of tungsten, tungsten carbide, silicon carbide and carbon in the. The surface layer of the base metal contacts the surface of the die base metal.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用玻璃原料进行冲压成形来制造透镜、棱镜等光学元件的光学元件成形用的模具，以及由此而形成的光学元件。
技术介绍
近年来，作为这种用玻璃原料制造光学元件的方法，有使用成形模具的冲压成形法。用这种制造方法，由于不需要研磨加工，具有能简单而廉价地制造光学元件的优点。以往，一直在对这种用于冲压成形的光学元件成形用的模具进行种种研究，以使其在成形过程中与玻璃原料接触的成形面能保持表面的粗糙度，从而它能长时间地用于光学元件的成形。即，这种光学元件成形用的模具，具有模具母材，贵金属层和中间层。模具母材用铬、钛等金属材料作为粘接材料烧结而成的超硬合金和金属陶瓷制成；贵金属层在制造光学元件的过程中直接与玻璃原料接触；中间层在模具母材与贵金属层中间形成(例如，请参阅专利文献特公昭62-28093号公报)。贵金属层是用白金、铱等贵金属材料形成的，用来防止玻璃原料的熔接。此外，中间层是从下列各种材料中选择一种以上的材料形成的氮化钛、碳化铬、碳化钛、碳化铌、碳化钽、碳化硅、氧化铝、锆、钛、铬。形成以上所述的含有钛、铬等金属材料的中间层的目的，是防止模具母材中所含有的金属成分向成形面方向析出。此外，形成这种中间层的目的，还有提高模具母材与贵金属层的结合力，防止贵金属层剥离，以及借助于缓和冲压成形时的热循环应力，抑制成形面粗糙度的增大。可是，在上述以往的光学元件成形用的模具中，中间层是用含有钛、铬等金属材料的化合物形成的。这样，在反复进行冲压成形的过程中，金属材料会在成形面上，即贵金属层的表面上析出，会发生玻璃原料熔接那样的问题。此外，微量的氧会从贵金属层侵入中间层的内部，还有上述微量的氧会使中间层氧化，降低结合力的问题。还有，由于冲压成形时的热量，会使得在成形面上析出的金属材料氧化，还会在贵金属层的成形面上产生不均匀的晶粒生长，所以还存在成形面的表面粗糙度会逐渐增大的问题。从以上这些事实可知，由于反复地进行冲压成形，就会发生所成形的光学元件的表面精度下降，以及由于玻璃原料的粘连而不能脱模等不良情况。另外，本专利技术人等经过精心研究后，明白了由于冲压成形时的热量而使贵金属层的成形面产生不均匀结晶的生长的主要原因。即，本专利技术人等发现，在成形光学元件的过程中所产生的成形面粗糙度的增大，与中间层和贵金属层的成形面上成膜的结晶状态有关。此外，还发现，形成表面层的白金、铱等贵金属材料，要受到在其正下方形成的中间层和模具母材的各个晶粒的结晶方位的影响。还发现，在中间层中使用钛、铬等金属材料的情况下，中间层的晶粒的各自的结晶方位要受到在其正下方的模具母材的各个晶粒的结晶方位的影响。因此，从上述内容可知，使用直径比构成模具母材的材料的晶粒直径还大的晶粒来形成中间层，而且用贵金属材料来形成中间层的情况下，贵金属层的各个结晶的结晶方位，要受到中间层本身的各个晶粒的结晶方位，和隔着中间层的模具母材的各个晶粒的结晶方位的影响。此外，还发现，在冲压成形的过程中，各个模具母材的晶粒，由于受热而使晶粒生长和氧化的速度，进行的程度，是各不相同的。本专利技术人等从以上两点发现，各个母材晶粒的结晶生长和氧化速度，进行程度，分别给予贵金属层各个结晶各不相同的影响，由于贵金属层的各个结晶的结晶生长和氧化速度，进行程度各不相同，就会产生不均匀的结晶生长等，并导致成形面的粗糙度增大。
技术实现思路
本专利技术就是有鉴于上述情况而提出来的，其目的是，提供一种在用冲压成形反复地成形光学元件时，防止成形面表面粗糙度的增大，能加工出表面精度很高的光学元件的光学元件成形用的模具，以及用这种模具形成的光学元件。为达到上述目的，本专利技术提出了以下各种手段。权利要求1中的专利技术是一种光学元件成形用的模具，它是把玻璃原料冲压成形为透镜、棱镜等光学元件用的光学元件成形用的模具，其特征在于，它具有下列各部分用烧结的超硬合金或者碳化硅制成的模具母材；在上述模具母材的表面上形成，在冲压成形的过程中与上述玻璃原料接触的表面层；以及，在上述模具母材与表面层之间形成的中间层。上述表面层是从下列元素中选择的至少一种元素形成的白金、钯、铱、锇、钌、铼，或者是由含有这些元素的合金、化合物形成的。上述中间层具有母材表面层，它是由非晶粒状态的，或者是由晶粒直径比构成上述模具母材的晶粒直径小的晶粒形成的结晶状态的，钨、碳、碳化钨、碳化硅中的至少一种材料构成的。上述母材表面层与上述模具母材的表面接触。按照本专利技术的光学元件成形用的模具，之所以母材表面层形成非晶粒状态，或者形成由晶粒直径比构成上述模具母材的晶粒直径小的晶粒形成的结晶状态，是因为要在冲压成形的过程中不让模具母材的各个晶粒不同的结晶方位对表面层产生影响。这一点是根据以上所述的本专利技术人的研究中的发现而提出来的，即，当中间层是在由晶粒比构成模具母材的材料的晶粒还要大的晶粒构成的结晶状态下形成时，表面层和中间层的结晶方位会受到模具母材中的各个晶粒的结晶方位的影响，从而成为在冲压成形的过程中加热光学元件成形用的模具时，发现与玻璃原料接触的表面层的成形面粗糙度增大的原因。因此，在按照本专利技术的构成的情况下，即使由于对光学元件成形用的模具加热而使模具母材中的结晶发生生长和氧化，也不会让模具母材的晶粒和晶粒边界的影响波及表面层，从而能防止与玻璃原料接触的成形面粗糙度的增大。权利要求2中的本专利技术所提出来的光学元件成形用的模具，是在权利要求1所记载的光学元件成形用的模具中，还有这样的特征，即，上述结晶状态的晶粒的直径在2μm以下。按照这一专利技术的光学元件成形用的模具，母材表面层的晶粒的直径之所以要在2μm以下，是因为用烧结而成的超硬合金，或者碳化硅做成的模具母材的晶粒直径，至少大于2μm。权利要求3中的本专利技术所提出来的光学元件成形用的模具，是在权利要求1或2所记载的光学元件成形用的模具中，还有这样的特征，即，上述中间层还具有在上述母材表面层与上述表面层之间的，由铬、钛、铝、钼中至少一种金属材料构成的金属层。按照这一专利技术的光学元件成形用的模具，由于在母材表面层与表面层之间形成了由铬、钛、铝、钼中至少一种金属材料构成的金属层，能获得充分的结合力，同时还能缓和在冲压成形时由于热循环而产生的应力。因此，即使反复地进行冲压成形，也能可靠地防止表面层的剥离。权利要求4中的本专利技术所提出来的光学元件成形用的模具，是在权利要求3所记载的光学元件成形用的模具中，还有这样的特征，即，上述中间层还具有在上述金属层与上述表面层之间的，由含有铬、钛、铝、钼中至少一种金属材料的氮化物构成的氮化物层。按照这一专利技术的光学元件成形用的模具，由于用氮化铬、氮化钛、氮化铝、氮化铝钛、氮化钼等那样的氮化物所形成的氮化物层，具有优良的耐热性能和耐氧化性能，所以，即使反复地进行冲压成形，也能防止氧从表面层的成形面侵入中间层的内部。这样，氧就到达不了由铬和钛等所形成的金属层，从而能防止由于金属层的氧化而导致结合力的下降。因此，能在长时间内防止表面层的剥离。此外，由于这种氮化物层是很稳定的化合物，所以金属层的钛、铬等金属材料不会在表面层的成形面上析出。因此，能够防止由于析出的金属材料的氧化而使成形面的粗糙度增大，同时还能防止冲压成形过程中玻璃原料熔接在成形面上。权利要求5中的本专利技术所提出来的光学元件成形用的模具，是在权利要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对玻璃原料进行冲压成形的光学元件成形用的模具，其特征在于，它具有下列各个部分：用烧结的超硬合金或者碳化硅制成的模具母材；在上述模具母材的表面上形成，在冲压成形的过程中与上述玻璃原料接触的表面层；以及，在上述模具母材与表面层之 间形成的中间层，　上述表面层是从下列元素中选择的至少一种元素形成的：白金、钯、铱、锇、钌、铼，或者是由含有这些元素的合金、化合物形成的；上述中间层具有母材表面层，它是由非晶粒状态的，或者是由材料的晶粒直径比构成上述模具母材的 晶粒直径小的晶粒形成的结晶状态的，钨、碳、碳化钨、碳化硅中的至少一种材料构成的；上述母材表面层与上述模具母材的表面接触。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：葛西广明，
申请(专利权)人：奥林巴斯株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]