CN1868941B - 光学元件成形模具及其制造方法以及制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学元件成形模具，通过注入离子提高了在注入离子后所形成的膜与成形面的附着强度，并且通过采用与之不相同的方法而使其具有平滑的成膜面和高附着强度。该光学元件成形模具的制造方法包括第一工序(S01)和第二工序(S02)，在第一工序(S01)中，在设置在真空容器(4)内的母材(2)的周围产生含有作为贵重金属离子的Pt离子，通过对母材(2)施加脉冲电压，从母材(2)周围的等离子中只吸引出离子，将该离子注入母材(2)的成形面(2A)；在第二工序(S02)中，在第一工序(S01)后的成形面(2A)上，用溅射法形成由Pt构成的膜。

Description

光学元件成形模具及其制造方法以及制造装置

技术领域

本发明涉及光学元件成形模具及其制造方法以及制造装置。

背景技术

在光学元件的制造中，由于在高温下使用包含各种金属氧化物和碱成分等的高反应性的玻璃，因而会使模具产生快速的劣化。

因此，为了延长模具的寿命、提高玻璃的脱模性等，对成形模具的母材的成形面实施覆盖金属类膜以及碳类等膜的表面处理。

例如在专利文献1中公开有一种表面处理方法，该方法是在成形模具的周围产生包含成膜元素离子的等离子，通过对成形模具施加负脉冲电压，从该等离子中把成膜元素离子注入或是附着(成膜)在成形面上。

[专利文献1]特开2001-322828号公报

然而，在上述现有的光学元件成形模具的制造方法中，在产生电弧等离子、并在成形面上进行附着(成膜)时，有时会产生如下的问题，即：等离子供给时间越长(等离子发生反复次数越多)，在电弧放电时所产生的液滴越容易附着在形成于成形面上的成膜面上，因而不能得到平滑的成膜面。

发明内容

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的是提供一种光学元件成形模具，通过注入离子来提高注入离子后所形成的膜与成形面之间的附着强度，并且采用不同于上述的方法使其具有平滑的成膜面和高附着强度。

为了解决上述问题，本发明采用以下的方法。

本发明的光学元件成形模具的制造方法，其特征在于，包括：第一工序，使用离子注入机构，在设置在真空容器内的上述光学元件成形模具的母材的周围，产生至少包含一种贵重金属离子的等离子，通过对上述母材施加脉冲电压，从上述母材周围的上述等离子中只吸引出离子，至少在上述母材的成形面上注入或附着、或者注入并附着该离子；第二工序，在该第一工序后的上述成形面上，使用能采用基于离子束的溅射法、蒸镀法、CVD法、或离子镀法的任意一种成膜方法成膜的成膜机构，形成由与上述第一工序中使用的上述贵重金属相同或不同的至少一种贵重金属构成的膜，其中：在上述第一工序中，使用屏蔽装置，在上述母材与上述成膜机构之间进行屏蔽；在上述第二工序中，使用上述屏蔽装置，在上述母材与上述离子注入机构之间进行屏蔽。

由于通过第一工序至少在母材的成形面上注入第一贵重金属离子，所以可在已注入的表面上形成混合有母材和第一贵重金属两种成分的层，这样，该光学元件成形模具的制造方法可提高贵重金属膜与母材间的结合性和膜的耐久性。

此外，在第二工序中，由于使用不同于第一工序的方法，在第一工序后的成形面上形成含有第二贵重金属的膜，所以可防止附着在第一工序中当电弧等离子发生时产生的液滴，可作成抑制了凹凸的成膜面。

一种光学元件成形模具的制造方法，其特征在于，包括：第一工序，在设置在真空容器内的上述光学元件成形模具的母材的周围，产生至少包含一种贵重金属离子的等离子，通过对上述母材施加脉冲电压，从上述母材周围的上述等离子中只吸引出离子，至少在上述母材的成形面上注入或附着、或者注入并附着该离子；以及第二工序，在该第一工序后的上述成形面上，采用基于离子束的溅射法、蒸镀法、CVD法、或离子镀法的任意一种成膜方法，形成由与上述第一工序中使用的上述贵重金属相同或不同的至少一种贵重金属构成的膜，其中：上述第二工序在与进行上述第一工序的真空容器不同的真空容器内进行。

此外，本发明的光学元件成形模具的制造方法，其特征在于，上述第一贵重金属以及第二贵重金属至少包括Pt、Au、Ir、Re、Ag、Os、Ta、Ru、Pd、Rh中的任意一种。

此外，本发明的光学元件成形模具的制造方法，其特征在于，上述母材是超硬合金、碳化硅、或碳中的任意一种。

本发明的光学元件成形模具的制造装置，其特征在于，包括：真空容器，配置有光学元件成形模具的母材；脉冲电压施加机构，用于对上述母材上施加脉冲电压；离子注入机构，在上述母材的成形面上产生至少包含一种贵重金属的离子的等离子，通过上述脉冲电压施加机构，能够从上述母材周围的上述等离子中只吸引出离子；成膜机构，其使用基于离子束的溅射法、蒸镀法、CVD法、或离子镀法的任意一种成膜方法，能形成由与在上述离子注入机构中产生等离子的上述贵重金属相同或不同的至少一种贵重金属构成的膜；和屏蔽装置，在上述母材与上述离子注入机构之间，或在上述母材与上述成膜机构之间选择性地进行屏蔽。

这种光学元件成形模具的制造装置可用来制造具有成膜面的光学元件成形模具，所述成膜面平滑、且与母材高度结合，并且可较少附着注入离子时的电弧等离子发生时产生的液滴。

本发明的光学元件成形模具，其特征在于，它是由本发明的光学元件成形模具的制造方法、或本发明的光学元件成形模具的制造装置来制造的。

该光学元件成形模具，由于是采用本发明的光学元件成形模具的制造方法、或制造装置来制造的，所以具有平滑、且和母材高度结合，并且可较少附着注入离子时的电弧等离子发生时产生的液滴的成膜面，从而可延长模具的寿命、提高玻璃的脱模性。

根据本发明，可以获得具有平滑的成膜面和高结合强度的、寿命长且提高了与玻璃的脱模性等的光学元件成形模具及其制造方法和制造装置。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的光学元件成形模具的立体图。

图2是表示用于制造本发明一实施方式的光学元件成形模具的制造装置的剖面图。

图3是表示用于制造本发明一实施方式的光学元件成形模具的制造装置的剖面图。

图4是表示用于制造本发明一实施方式的光学元件成形模具的制造方法的流程图。

图中：1-光学元件成形模具；2-母材；2A-成形面；3-制造装置；4-真空容器；A-离子注入机构；B-溅射机构。

具体实施方式

下面，结合附图1～附图4，对本发明的一实施方式进行说明。

如图1所示，本发明实施方式中的光学元件成形模具1的整体由超硬合金形成的母材2构成。母材2的成形面2A，例如其开口直径为8mm、曲率半径为5mm，并进行了镜面研磨。

图2以及图3表示光学元件成形模具1的制造装置3，该制造装置3进行包括离子注入的成膜。制造装置3具有真空容器4，在真空容器4内设有母材2。

真空容器4与地连接，在真空容器4内的上部设有导电性试料保持架5。作为成膜对象的母材2被保持在试料保持架5上，并通过试料保持架5与直流脉冲偏压电源6连接。由试料保持架5和直流脉冲偏压电源6构成对母材2施加脉冲电压的机构。

在试料保持架5的下方设置有固体铂(Pt)的靶7、触发电极8和电弧电极9。靶7用于通过对母材2施加脉冲电压，在母材2的成形面2A上产生包含铂(第一贵重金属)离子的等离子。此外，触发电极8用于激发为了产生等离子的初始放电，电弧电极9用于通过对固体靶7进行放电来产生等离子。

触发电极8隔着未图示的绝缘体设置在与固体靶7非常接近的位置，其不与固体靶7电导通，而只在外加高电压时通过放电与固体靶7导通。触发电极8与触发电源10相连接，电弧电极9与电弧电源11相连接。这样，由试料保持架5、直流脉冲偏压电源6、靶7、触发电极8、电弧电极9、触发电源10、以及电弧电源11构成离子注入机构A。离子注入机构A在母材2的成形面2A上产生含有Pt离子的等离子，通过对母材2施加脉冲电压，可从母材2周围的等离子中只取出Pt离子。

在未图示的计算机的控制下，直流脉冲偏压电源6在电弧电极9开始放电的同时或之后，产生负电压。4a、4b是用于从真空容器4内排气的排气口。

在真空容器4内，作为用于采用与离子注入机构A的方法不同的方法进行成膜的溅射机构B，配置有：可设置成膜用的多个靶的靶保持架12；安装在靶保持架12上的成膜用靶13；为了从成膜用靶13中放出溅射粒子14而产生照射离子束15的离子源16；以及对离子束15的加速电压和束电流量进行控制的未图示的控制器。

此外，在真空容器4内设置有屏蔽装置17。该屏蔽装置17具有移动机构17A，通过在母材2和离子注入机构A、或母材2和溅射机构B中的任何一方之间进行选择性的屏蔽，能够在离子注入机构A的成膜和溅射机构B的成膜之间转换。

如图2所示，当屏蔽装置17被设置在试料保持架5上的母材2和成膜用靶13之间时(此时为关闭位置)，该屏蔽装置17可屏蔽溅射粒子14，使其不会到达母材2。此外，如图3所示，当屏蔽装置17被配置在母材2与靶7之间时(此时为打开位置)，可屏蔽电弧电极9所产生的等离子，使其不会到达母材2。

在本实施方式中，作为成膜用靶13的材料使用了Pt(第二贵重金属)。Pt是构成靶7以及成膜用靶13的材料，例如其纯度可为99.99％。

下面，对本实施方式中的光学元件成形模具1的制造方法、以及其作用和效果进行说明。

如图4所示，本实施方式中的光学元件成形模具1的制造方法包括第一工序(SO1)和第二工序(SO2)。第一工序(SO1)是，在真空容器内所设置的母材2的周围产生含有作为贵重金属离子的Pt(第一贵重金属)，通过在母材2上施加脉冲电压，从母材2的周围的等离子中只取出离子，并将该离子注入母材2的成形面2A上。此外，第二工序(SO2)是，在第一工序(SO1)后的成形面2A上，用溅射法(不同于第一工序的成膜方法)形成由Pt(第二贵重金属)构成的膜。

在第一工序(SO1)中，首先把母材2装在试料保持架5上，然后驱动移动机构17A，将屏蔽装置17移动到关闭位置上。然后，从真空容器4内通过排气口4a以及4b进行排气，减压到1×10^-4Pa以下，再对电弧电极9施加60V的电压，在触发电极8上瞬间外加4.5KV的电压，从而可引起触发放电。

受该触发放电的激发，使电弧电极9产生对固体靶7的放电，这样从固体靶7的表面产生Pt的等离子。在该瞬间，等离子到达真空容器4内的母材2的周围。同时由直流脉冲偏压电源6，以12sec宽度、13sec间隔的脉冲对母材2施加100次电压为-15kV的直流脉冲偏电压。这样在母材2周围的等离子中所包含的离子，会被直流脉冲偏压引出来，并被注入到母材2。反复进行100次至1000次这种注入操作。此时，由于被吸引出的离子受到电性力的作用，所以即使是三维形状，也可以在全部的表面上，沿着此面的垂直方向注入。

这样，在母材2的成形面2A的表面上形成由Pt和母材2的基材构成的倾斜注入层。

下面，进入到第二工序(SO2)。

首先进行预溅射，以除掉附着在成膜用靶13表面上的杂质。

即，为了通过预溅射而防止带有溅射杂质的溅射粒子14附着在母材2上，先要使屏蔽装置17处于关闭位置的状态，然后将由未图示的控制器把加速能量和束电流量控制为希望值的离子束15从离子源16照射在成膜用靶13上。这样就可除掉成膜用靶13表面的杂质。

在经过一定时间之后，将屏蔽装置17移动到打开位置。此时，通过离子束15的照射从成膜用靶13所溅射的溅射粒子14到达并附着在母材2的表面上，这样就形成了由Pt构成的成形膜。

并且，在经过了形成所希望的膜厚的时间后，关闭屏蔽装置17，结束成膜。

根据本光学元件成形模具1的制造方法，由于在第一工序(SO1)中是把Pt离子注入在母材2的成形面2A上，所以可在已注入的表面上形成混合有母材2和Pt两种成分的层，可提高Pt膜与母材2间的结合性和膜的耐久性。

此外，在第二工序(SO2)中，由于在第一工序(SO1)后的成形面2A上通过溅射法来形成含有Pt的膜，所以可防止附着在第一工序(SO1)中当电弧等离子发生时产生的液滴，并可作成抑制了防凹凸的成膜面。

由此，可通过这两个工序来延长模具的寿命、并提高玻璃的脱模性，从而可制造出成膜面平滑且具有高附着强度的光学元件成形模具1。

另外，本发明的技术范围并不限于上述实施方式，可以在不脱离本发明的技术构思的范围内进行各种变形。

例如，在上述实施方式中，靶7以及成膜用靶13使用了Pt，但是并不限于Pt，也可以使用AU、Ir、Re、Ag、Os、Ta、Ru、Pd、Rh等贵重金属以及它们的合金。

并且，作为靶7以及成膜用靶13是使用了同一种贵重金属，但也可以使用种类不同的贵重金属。

此外，母材2虽然为超硬合金，但并不限于超硬合金，也可以使用碳化硅、或碳。

此外，第二工序的成膜方法并不限于溅射法，也可以是蒸镀法、CVD法、或是离子镀法之中任一种方法。

并且，本实施方式是在单一的真空容器中，接着第一工序进行第二工序，但是并不限于此，也可以在其它的真空容器中分别进行第一工序和第二工序。这样，虽然会使母材一时暴露在大气中，但可简化装置的结构。

Claims (7)

1.一种光学元件成形模具的制造方法，其特征在于，包括：

第一工序，使用离子注入机构，在设置在真空容器内的上述光学元件成形模具的母材的周围，产生至少包含一种贵重金属离子的等离子，通过对上述母材施加脉冲电压，从上述母材周围的上述等离子中只吸引出离子，至少在上述母材的成形面上注入或附着、或者注入并附着该离子；第二工序，在该第一工序后的上述成形面上，使用能采用基于离子束的溅射法、蒸镀法、CVD法、或离子镀法的任意一种成膜方法成膜的成膜机构，形成由与上述第一工序中使用的上述贵重金属相同或不同的至少一种贵重金属构成的膜，其中：

在上述第一工序中，使用屏蔽装置，在上述母材与上述成膜机构之间进行屏蔽；

在上述第二工序中，使用上述屏蔽装置，在上述母材与上述离子注入机构之间进行屏蔽。

2.根据权利要求1所述的光学元件成形模具的制造方法，其特征在于，在上述第一工序和上述第二工序中使用的上述贵重金属至少包括Pt、Au、Ir、Re、Ag、Os、Ta、Ru、Pd、Rh中的任意一种。

3.根据权利要求1或2所述的光学元件成形模具的制造方法，其特征在于，上述母材是超硬合金、碳化硅、或碳中的任意一种。

4.一种光学元件成形模具的制造方法，其特征在于，包括：

第一工序，在设置在真空容器内的上述光学元件成形模具的母材的周围，产生至少包含一种贵重金属离子的等离子，通过对上述母材施加脉冲电压，从上述母材周围的上述等离子中只吸引出离子，至少在上述母材的成形面上注入或附着、或者注入并附着该离子；以及

第二工序，在该第一工序后的上述成形面上，采用基于离子束的溅射法、蒸镀法、CVD法、或离子镀法的任意一种成膜方法，形成由与上述第一工序中使用的上述贵重金属相同或不同的至少一种贵重金属构成的膜，其中：

上述第二工序在与进行上述第一工序的真空容器不同的真空容器内进行。

5.根据权利要求4所述的光学元件成形模具的制造方法，其特征在于，在上述第一工序和上述第二工序中使用的上述贵重金属至少包括Pt、Au、Ir、Re、Ag、Os、Ta、Ru、Pd、Rh中的任意一种。

6.根据权利要求4或5所述的光学元件成形模具的制造方法，其特征在于，上述母材是超硬合金、碳化硅、或碳中的任意一种。

7.一种光学元件成形模具的制造装置，其特征在于，包括：

真空容器，配置有光学元件成形模具的母材；

脉冲电压施加机构，用于对上述母材上施加脉冲电压；

离子注入机构，在上述母材的成形面上产生至少包含一种贵重金属的离子的等离子，通过上述脉冲电压施加机构，能够从上述母材周围的等离子中只吸引出离子；

成膜机构，其使用基于离子束的溅射法、蒸镀法、CVD法、或离子镀法的任意一种成膜方法，能形成由与在上述离子注入机构中产生等离子的上述贵重金属相同或不同的至少一种贵重金属构成的膜；和

屏蔽装置，在上述母材与上述离子注入机构之间，或在上述母材与上述成膜机构之间选择性地进行屏蔽。

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