JP2000211931A

JP2000211931A - 光学素子成形用位置決め治具及びその製造方法並びに光学素子の成形方法

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Publication number: JP2000211931A
Application number: JP11013581A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Negishi; 広明根岸
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2000-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】上下の型及び上下の型を位置決めする光学素
子成形用位置決め治具の酸化による劣化を防止し、高精
度に光学素子を成形する。【解決手段】光学素子成形用位置決め治具３は加熱軟
化した光学素材を一対の成形型で押圧する際に、一対の
成形型の位置決めを行う。光学素子成形用位置決め治具
３の少なくとも母材１４の外周面を薄膜層１７によって
被覆することにより、光学素子成形用位置決め治具の酸
化劣化を防止すると共に、内部の一対の成形型の酸化劣
化を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加熱軟化した光学素
材から光学素子を成形する成形型の位置決め治具及びそ
の製造方法並びに光学素子の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子は加熱軟化したガラス素材など
の光学素材を加熱した成形型によって押圧することによ
り成形されている。このような光学素子の成形におい
て、近年、高精度な画質が要求されるレンズ系のニーズ
が高まると共に、レンズ単体の精度も高品質なものが要
求されている。特に転写精度は要求が厳しく、設計値か
らのズレ量で０．２μｍ以下が望まれている。高品質の
レンズを成形するためには、型温度の正確な制御が不可
欠であり、温度分布の生じにくい赤外線ランプを用いた
輻射によって成形用型を加熱することが多用されてい
る。例えば、特開平６−２６３４６３号公報には、赤外
線ランプを用いて成形用型を加熱するのにあたって、上
型、下型のそれぞれに温度検出器を備えることにより、
上下の型に対して別個に出力制御して温度を制御するこ
とが記載されている。

【０００３】一方、光学素子成形用型としては、耐熱性
や加工性等の観点から、タングステン基の超硬合金が多
く用いられている。光学素子の成形時においては、成形
用型を位置決めする位置決め治具が用いられるが、この
位置決め治具としては、高温での膨張差等を考慮し、光
学素子成形用型と同材料を用いるのが良好である。従っ
て、光学素子成形用型がタングステン基の超硬合金の場
合は、タングステン基の超硬合金の位置決め治具を用い
ている。この場合、光学素子成形用型のガラスに接触す
る部分には、それぞれガラスとの相性に応じて、必要な
離型膜が施されるが、その他の部分は基材のままで使用
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】成形用型を加熱するヒ
ータとしての赤外線ランプは、大出力でその立上がりが
早いため、昇温時間の短縮ができ、多量生産にも有効と
なっている。その反面、物体の表面温度を、一時的に数
千度まで上昇させる。そのため、光学素子の成形用型や
位置決め治具等の表面は、窒素で置換した非酸化性雰囲
気内においても劣化し、僅か１００ｐｐｍの微量の酸素
濃度であっても酸化が進行する。

【０００５】そして、酸化によって、成形用型やその位
置決め治具の表面が変色し、温度条件が変化すること
で、成形品質にバラツキを生じる問題点がある。また、
位置決め治具の寿命が短くなって、交換頻度が高くな
る。さらに、この交換においては、難加工性の超硬合金
等で高精度に仕上げる必要があるため、コスト高ともな
っている。

【０００６】本発明は、このような従来の技術の問題点
を考慮してなされたものであり、変色を防止して成形時
の温度条件を安定させ、安定した成形品質を得ることが
でき、しかも交換頻度を低くすることが可能な光学素子
成型用位置決め治具及び光学素子の成形方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の光学素子成形用位置決め治具は、
加熱軟化した光学素材を一対の成形型で押圧する際に、
一対の成形型の位置決めを行う光学素子成形用位置決め
治具において、少なくとも母材の外周面が薄膜層によっ
て被覆されていることを特徴とする。

【０００８】母材を薄膜層で被覆することにより、一時
的に数千度以上になる表面はその薄膜層になる。この場
合、薄膜層として耐酸化性が良好なものを用いると、酸
化はその薄膜層によって遮断され、母材へ進行すること
がない。耐酸化性の良い薄膜層は、通常、最表層に緻密
な酸化皮膜を形成することにより、雰囲気の酸素を遮断
し、酸化の進行を防止するためである。

【０００９】母材表面の薄膜層は、ランプヒータによっ
て加熱され易いように、熱吸収が良い色が適しており、
黒、灰色、紫色、青色、茶色、緑色の色とすることが好
ましい。又、黒、濃い灰色、深い紫色、深い青色、濃い
茶色、深い緑色が特に好ましい。薄膜層の色は、成形さ
れる光学素子の面精度を左右し、熱吸収が悪い色では、
成形のための加熱時間が長くなるばかりでなく、放熱性
も悪く、冷却時間の制御も困難になる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載の発明で
あって、上記薄膜層は、窒化チタンアルミニウム、窒化
アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化クロム、炭化ク
ロム、酸化クロム、窒化チタン、酸化チタン、窒化チタ
ンクロム、窒化硼素、炭化硼素、酸化硼素、炭化タング
ステン、酸化タングステン又はダイヤモンドライクカー
ボンの少なくとも１種を含んでいることを特徴とする。

【００１１】窒化チタン、窒化アルミニウム、酸化アル
ミニウム、窒化クロム、炭化クロム、酸化クロム、窒化
チタン、酸化チタン、窒化チタンクロム、炭化硼素、窒
化硼素、酸化硼素、炭化タングステン、ダイヤモンドラ
イクカーボンの少なくとも１種からなる薄膜層は、それ
自体が劣化することがない。

【００１２】すなわち、薄膜層が窒化チタンアルミニウ
ム、窒化アルミニウムの場合には、高温に曝されること
により、最表層は酸化され、酸化アルミニウムの層が形
成される。この層は緻密であり、酸化の進行を防止する
ことができる。

【００１３】同様に窒化クロム，炭化クロムの場合は、
酸化クロムが形成され、窒化チタンの場合は、酸化チタ
ンが形成され、窒化チタンクロムの場合は、酸化チタン
と酸化クロムが形成され、炭化硼素，窒化硼素の場合に
は、酸化硼素が形成され、炭化タングステンの場合に
は、酸化タングステンが形成される。酸化アルミニウ
ム、酸化クロム、酸化チタン、酸化硼素、酸化タングス
テンの場合には、予め最表層を酸化物によって形成する
ことにより、酸化の進行を防止する。また、予め最表層
を強制的に酸化しても良く、最表層を酸素を過飽和の状
態にする事で、外部の酸素の影響で、酸化が進行するこ
とを防止することも可能である。

【００１４】ダイヤモンドライクカーボンの場合には、
表面を昇華性の薄膜層で覆うため、徐々に薄膜層は減少
するが、母材が表面に露出する前に、薄膜層を再度形成
することにより、酸化劣化が母材に及ばないようにする
ことができる。通常、薄膜層の除去は、切削、研削加工
によって除去するのが一般的であるが、切削、研削加工
を行うとコストがかかるばかりか、薄膜層のみを加工で
除去することが困難で、寸法も小さくなる。これに対
し、昇華性の膜は、真空中で強制的に薄膜層を除去する
ことができ、加工無しで薄膜層を再度形成することが可
能であるため、コストも安価となる。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
光学素子成形用位置決め治具の製造方法において、ＰＶ
Ｄ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオン注入法、ダ
イナミックイオンミキシング法、熱酸化処理および窒化
処理の少なくとも１種を用いて前記母材の外周面に薄膜
層を形成することを特徴とする。

【００１６】この発明では、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、プラ
ズマＣＶＤ法、イオン注入法、ダイナミックイオンミキ
シング法、熱酸化処理、窒化処理の少なくとも１種によ
って薄膜層を形成するものである。

【００１７】ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法は
真空中で薄膜を形成する方法であり、この方法では、蒸
着物質、導入ガス、雰囲気等をそれぞれ変化させること
により、多種多様の薄膜を形成することが可能となる。

【００１８】イオン注入は、イオンを強制的に母材表面
に打ち込む方法である。イオン注入は、注入するイオン
を選択することにより、多種多様の表面を得ることがで
きる。また、イオン注入によれば、注入されるイオンと
母材表面の原子との衝突によって母材原子が励起される
ため、注入されるイオンと母材原子との合成が可能とな
る。

【００１９】熱酸化処理は、酸素を含む雰囲気中で加熱
することによって、表面を酸化させる方法である。この
方法では、雰囲気の酸素濃度と加熱条件（温度、時間）
を変化させることによって、表面の酸化物の形成を制御
できる。

【００２０】窒化処理は、窒素を母材の表面に浸み込ま
せる方法である。この方法により、表面に窒化物を形成
することができる。窒化処理は窒素を含む雰囲気で加熱
することが一般的であるが、プラズマ窒化、ガス窒化、
ガス軟窒化、浸硫窒化、プラズマ浸硫窒化、塩浴浸硫窒
化等でも同様である。

【００２１】ダイナミックイオンミキシング法とは、イ
オン注入とＰＶＤ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法のい
ずれかの成膜を同時に行う方法である。この方法によれ
ば、成膜中にイオンが打ち込まれることによって、母材
と薄膜の明確な界面が存在しない。従って、薄膜層の密
着性を向上させることができる。また、注入するイオン
と成膜の速度を調整することにより、傾斜的に物質を形
成することができる。

【００２２】請求項３の発明では、これらのいずれか１
種の方法、或いは、これらの組み合わせにより、光学素
子成形用位置決め治具の母材表面に薄膜層を形成するこ
とができる。

【００２３】請求項４の発明は、請求項１又は２記載の
光学素子成形用位置決め治具を用いた光学素子の成形方
法において、加熱軟化した光学素材を上記光学素子成形
用位置決め治具で位置決めした一対の成形型により押圧
して、光学素子を成形することを特徴とする。

【００２４】外周面を薄膜層で被覆した光学素子成形用
位置決め治具を使用することにより、光学素子成形用位
置決め治具の酸化劣化がないため、光学素子の成形条件
を変化を少なくすることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１はガラス製の光学素子を成形
する成形装置を示し、上型１と、下型２と、光学素子成
形用位置決め治具３とにより成形部４０が構成されてい
る。上型１及び下型２はガラスプリフォーム１２を押圧
して光学素子に成形するものである。このため、下型２
が主軸９を介して基台４１上に固定される一方、上型１
が押圧シリンダー１１によって押圧されてガラスプリフ
ォーム１２の荷重を作用させるようになっている。光学
素子成形用位置決め治具３は上型１及び下型２が嵌合状
態で挿入されることにより、これらの一対の型を同軸上
に位置決めする。

【００２６】上型１、下型２及び光学素子成形用位置決
め治具３の周囲には、上下の型１，２を加熱するための
赤外線ランプヒータからなる上ヒータ６及び下ヒータ７
が配置されている。又、上型１及び下型２には、それぞ
れの型の温度を検知するための熱電対からなる上センサ
４及び下センサ５が挿入されており、これらのセンサ
４，５によって型１，２の加熱温度が制御される。

【００２７】成形部４０は石英管カバー８で気密に保た
れており、内部は窒素で置換することにより酸素を除去
している。成形部４０は主軸９上にセットされ、主軸９
がシリンダー１０によって上下動可能となっている。こ
の上下動によって、成形部４０の全体が成形装置から出
し入れ可能となっており、これによりガラスプリフォー
ム１２の取り入れや成形した光学素子の取り外しが行わ
れる。

【００２８】図２は光学素子成形用位置決め治具３を示
す。光学素子成形用位置決め治具３は、円筒状に加工さ
れており、その内径部３ａに上型１及び下型２が挿入さ
れる。又、側面には縦長楕円状の切り欠き１３が円周方
向に沿って等間隔で３箇所に貫通している。切り欠き１
３は上下の一対の型１，２をセットした際の上下の型
１，２と光学素子成形用位置決め治具３とで構成される
キャビティーの内部を、窒素で置換する際の貫通口とし
て作用すると共に、型１，２を上下のヒータ６，７で加
熱する際に、上下の型１，２に赤外線が直接に当たるた
めの通過孔としても作用する。

【００２９】切り欠き１３の数は、３箇所に限定される
ものではなく、３箇所以上であっても、３箇所以下であ
っても良い。又、キャビティー内部の酸素の影響が少な
ければ、切り欠き１３は無くても良く、上下の型１，２
の型温度の影響が大きい場合には、切り欠き１３を大き
くしても良く、数を増やしても良い。なお、切り欠き１
３を設ける場合には、上下の型１，２の外周面に対して
も後述する薄膜層を被覆する必要がある。

【００３０】図３は光学素子成形用位置決め治具３の外
周面の表層に被覆した薄膜層の構成を示す。光学素子成
形用位置決め治具３の母材１４としては、タングステン
基の超硬合金が使用されており、その最表層の薄膜層１
７としては窒化チタンアルミニウムが被覆されている。
これらの間に設けられている中間層１５，１６は、薄膜
層１７と母材１４との密着力を向上させるために設けら
れるものであり、中間層１５は炭化チタン，中間層１６
は窒化チタンが使用されている。中間層１５，１６とし
ては、形成される最表層１７と母材１４とによって選択
され、材質及び熱線膨張係数によって決定される。な
お、本実施の形態では、薄膜層１７及び中間層１５，１
６は、プラズマＣＶＤ法によって成膜するものである。

【００３１】図４は光学素子成形用位置決め治具３に対
して、薄膜層１７及び中間層１５，１６を被覆するプラ
ズマＣＶＤ装置を示す。外枠１８の内部には、真空容器
１９及び真空容器１９の周囲を囲むヒータ２０が設置さ
れている。真空容器１９はバルブ２３を介して真空ポン
プ２２によって高度の真空状態に保持される。光学素子
成形用位置決め治具３は、回転可能な支持台２４の上に
載置され、支持台２４に直流電源が接続されている。ま
た、複数のボンベ２６からはバルブ２５を介して、真空
容器１９内に反応用のガスが導入される。

【００３２】この実施の形態における光学素子成形用位
置決め治具３の製造は、金属バインダー成分を含まない
タングステン基の超硬合金からなる母材１４を円筒状に
加工し、切り欠き１３を加工して、ブランク２１とす
る。この時、ブランクの表面は薄膜層１７の密着性を向
上させるために、３μｍ以下の最大表面粗さに仕上げ
る。

【００３３】このブランク２１を図４に示すプラズマＣ
ＶＤ装置の支持台２４上にセットし、真空ポンプ２２に
よって、真空容器１９を真空にする。一方、ボンベ２６
として窒素、アルゴン、水素、四塩化チタン、三塩化ア
ルミニウム、エチレンガスを用意し、バルブ２５を介し
て真空容器１９にこれらの各種ガスを導入する。その
後、ヒータ２０による加熱と、電圧を印加することによ
って成膜を行う。この成膜時の成膜条件を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】膜構成は、図３に示すように、母材１４側
から表面に向かって、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＡ１Ｎの順
でであり、膜厚はそれぞれ、ＴｉＣが１μｍ，ＴｉＮが
２μｍ、ＴｉＡ１Ｎが１．５μｍであった。

【００３６】このようにして成膜した光学素子成形用位
置決め治具３を用いて光学素子を成形する場合を、図１
により説明する。上型１及び下型２は光学素子成形用位
置決め治具３と同様の材料である金属バインダーを含ま
ないタングステン基の超硬合金によって作られており、
その成形面は、ダイヤモンド砥粒等を用いて、最大表面
粗さＲｍａｘが０．０３μｍ以下となるように鏡面研磨
加工する。この上下型間に、ガラス素材であるガラスプ
リフォーム１２を挟み込み、ＴｉＡ１Ｎからなる薄膜層
１７が被覆された光学素子成形用位置決め治具３によっ
て上下の型１，２を同軸上に固定する。上型１、下型２
と位置決め治具３の摺動クリアランスは、その必要精度
から、１５μｍの高精度に加工してある。

【００３７】以上のようにして上型１、下型２、位置決
め治具３を組み立てた成形部４０を主軸９上に設置し、
シリンダ１０によって主軸９上に設置された成形部４０
を主軸９と共に上昇させる。その後、石英管カバー８で
囲まれた内部を窒素で置換し、酸素濃度を２００ｐｐｍ
以下にする。そして、上ヒータ６及び下ヒータ７によ
り、成形部４０を所望の温度まで加熱する。

【００３８】上下のヒータ６，７に用いられている赤外
線ランプヒータは、立ち上がりが非常に速く、位置決め
治具３の外周面は短時間で所望の温度以上の高温にな
る。この実施の形態では、３分間で上センサ、下センサ
が５３０℃を示す温度まで加熱し、この加熱状態でガラ
スプリフォーム１２を押圧した。

【００３９】上下のヒータ６，７による昇温工程で、位
置決め治具３の外周面は非常に高温度になる。すなわ
ち、ヒータの特性や位置的にヒータに近接しているこ
と、直接にランプヒータからの赤外線が当たること等か
ら、初期的に表面温度は７００℃程度まで上昇し、３分
後には、１０００℃近くまで上昇する。そのため、位置
決め治具３の外周表面は、２００ｐｐｍ以下の酸素濃度
でも酸化が進行するような状態となる。

【００４０】この実施の形態では、位置決め治具３の表
面にＴｉＡ１Ｎからなる薄膜層１７を形成しているた
め、３００００ショットの成形後でも、位置決め治具３
の表面の酸化による劣化は無かった。これに対し、薄膜
層を形成していない金属バインダーを含まないタングス
テン基の超硬合金の位置決め治具では、３００ショット
前後から酸化による表面の変色が始まり、位置決め治具
３の熱吸収率が変化することにより、成形条件が変化
し、必要以上にガラスが軟化した。そのため、上下の型
１，２の成形面の傾斜の大きな部分に十分な圧力をかけ
ることができず、外周面の面精度が悪化する傾向となっ
た。

【００４１】その結果、１０００ショット前後から、位
置決め治具の表面変色に合わせて成形条件の見直しを頻
繁に行う必要があり、生産性が悪く、且つ品質のバラツ
キも多くなった。さらに、位置決め治具の表面劣化が進
行すると母材のタングステンが酸化して酸化粒子が生成
され、この粒子が脱落して光学素子に付着することによ
り、外観上及び性能上の不良となる。このような状態と
なった場合には、位置決め治具を交換或いは追加工する
必要があった。

【００４２】このような実施の形態では、光学素子成形
用位置決め治具３の外周面に、高温度でも酸化劣化しに
くいＴｉＡ１Ｎからなる薄膜層１７を被覆したことによ
り、低酸素濃度での酸化劣化が極端に少なくなり、光学
素子成形用位置決め治具３の寿命を延命化できる。ま
た、酸化劣化による変色を押さえることができるため、
初期状態での成形条件と、３００００ショット後の成形
条件とは、ほとんど変化が無く、安定した生産が可能と
なる。さらに、ＴｉＡ１Ｎからなる薄膜層１７は茶紫色
であり、薄膜層が無い状態に比較して、熱吸収が良い。
これにより、所望の温度に達するまでの時間を短縮する
ことができ、成形のサイクルタイムを短縮することがで
きる。

【００４３】なお、この実施の形態では、ＴｉＡ１Ｎか
らなる薄膜層をプラズマＣＶＤ法によって成膜したが、
これに限らず、各種ＣＶＤ法、各種イオンプレーティン
グ法、イオン注入法、ダイナミックイオンミキシング法
の成膜方法であっても、同様の効果が得られる。かかる
成膜方法は、母材の種類と形成する薄膜層の種類によっ
て決定されるものであって、密着性が高い成膜方法を選
択することが望ましい。また、この実施の形態では、位
置決め治具３の母材として、金属バインダー成分を含ま
ないタングステン基の超硬合金を使用したが、ＳｉＣ焼
結体やその他のセラミック或いはニッケル基の合金や金
属バインダーを含むタングステン基の超硬合金、ステン
レス鋼でも同様の効果が得られる。

【００４４】（実施の形態２）本実施の形態では、光学
素子成形用位置決め治具３に被覆した種々の薄膜層１７
の表面の劣化状況を比較し、表２にその結果を示すもの
である。

【００４５】

【表２】

【００４６】この実施の形態では、光学素子成形用位置
決め治具の母材は、一般的に光学素子成形用の型材とし
て使用されるタングステン基の超硬合金と、タングステ
ン合金と比較して安価な材料としてのステンレス鋼を使
用した。また、薄膜層の形成方法は、母材と形成する薄
膜層の種類から最も適正と思われるものを選択した。例
えば、Ｃｒ₂Ｏ₃はスパッタリングによって、密着性の
良いＣｒ膜を成膜し、その後、電気炉で加熱酸化処理を
行って形成したことにより安価で、且つ密着性の優れた
薄膜層の形成ができた。また、ＷＯ₃は、通常の酸化で
は、劣化してしまうものをイオン注入によって強制的に
酸素を注入することにより、緻密な且つ均一な酸化被膜
を形成した。

【００４７】また、サイクルタイムの短縮が有るものと
無いものの差は、形成された薄膜層の表面の色の違いに
よるものであり、熱吸収が良いものは、サイクルタイム
の短縮が可能となり、逆に熱吸収の悪いものは、サイク
ルタイムの短縮はできなかった。

【００４８】表２のＤＬＣの薄膜層に関しては、その他
の薄膜層と異なり、熱的に弱いＤＬＣを優先的に酸化さ
せることにより、母材の酸化を防止するものであり、Ｄ
ＬＣは酸素と結びつくことによってＣＯ₂の気体として
存在し、表面から徐々に昇華していく。そのため、ＤＬ
Ｃが存在している間は、色の変化が無く、母材への酸化
の進行もない。このＤＬＣは薄膜層が全て昇華する前に
再度成膜する必要がある。この実施の形態では、１００
００ショットでＤＬＣを強制的に除去し、再度成膜を行
い成形実験を継続した。そのため、１００００ショット
後は、まだ、劣化が始まっていなかったが、それ以上成
形を継続することは、酸化劣化防止のメカニズムから不
可能であるため、表２の耐久性欄には「１００００ショ
ット」と記載した。

【００４９】かかるＤＬＣは昇華性の物質であるため、
研削加工等の機械加工を行わなくても薄膜層を除去する
ことができ、このために安価に再生が可能になるもので
ある。このようなことから、最終的な光学素子成形用位
置決め治具のコストを算出した場合、ＤＬＣを用いたも
のが最も安価になる場合も発生してくる。これらの材料
の選択は、成形する光学素子の生産数や光学素子成形用
位置決め治具の単価及び納期等を考慮して選択すること
ができる。

【００５０】この実施の形態では、表２に示すように、
無処理の場合と比較して、全ての薄膜層で、１００００
ショット後の色の変化が無くなり、成形初期から１００
００ショットまでは、安定した成形条件で成形を行うこ
とができ、成形条件の変更を行わなくても成形が可能と
なった。また、光学素子成形用位置決め治具の寿命を無
処理の場合と比較して、大幅に延命化することができ
た。この実施の形態の副次的な効果として、形成した薄
膜層の熱吸収率が良いものでは、光学素子の成形のサイ
クルタイムを短縮することが可能となる。

【００５１】（実施の形態３）図５は実施の形態３の光
学素子成形用位置決め治具３を示し、母材２７は金属バ
インダーを含まないタングステン基の超硬合金で作製さ
れており、この母材２７の外周面にイオン注入によって
酸素イオンを注入することにより、酸化タングステンの
薄膜層２８を形成している。酸化タングステンの薄膜層
２８は、母材２７から表面に向かって、傾斜的に酸素の
含有量が増大している。

【００５２】図６はこの実施の形態の薄膜層２８の形成
に使用したイオン注入装置を示す。同図において、予め
所望の形状に加工した光学素子成形用位置決め治具の母
材２７は真空容器３５内に設けられたホルダ３０によっ
て保持される。ホルダ３０は図示しない冷却板に固定さ
れることにより、ホルダ３０が冷却水によって冷却され
る。

【００５３】真空容器３５には、イオンを照射させるイ
オン源３１が連通しており、このイオン源３１にはイオ
ン化するガスを導入するガス導入口３２が設けられてい
る。又、母材２７に近接した位置には、母材２７に照射
されるイオンの個数を測定するためのイオン電流測定器
３３が配置されている。真空容器３５は真空ポンプ３４
によって所定の圧力に減圧されるものである。

【００５４】このイオン注入装置によって薄膜層を形成
する場合、まず母材２７をホルダ３０に保持した状態
で、真空容器３５を排気して６×１０^-4Ｐａ以下の高真
空とする。そして母材２７の所望の面に対してイオン源
３１からイオン３６を照射する。この実施の形態ではガ
ス導入口３２より酸素を３ＳＣＣＭ導入した。イオン源
３１内部に高周波を印加して、挿入した酸素ガスをイオ
ン化する。照射する酸素イオンの加速エネルギーを３０
ｋｅＶ、イオンのビーム電流密度を３５μＡ／ｃｍ²と
した。更に、イオン照射量を、１×１０¹⁸ｉｏｎｓ／ｃ
ｍ²とした。

【００５５】まず母材２７の表面が酸素イオンの照射に
よって改質され、母材２７の元素であるタングステンと
カーボンと酸素との混合層である薄膜層２８が形成され
る。この場合、照射するイオンの加速エネルギーは５ｋ
ｅＶ以上が望ましい。加速エネルギーが５ｋｅＶ未満の
場合には、表面がエッチング効果によって処理面の損傷
が過大になるので好ましくない。また、加速エネルギー
が２００ｋｅＶ以上の場合あるいはビーム電流密度が３
００μＡ／ｃｍ²以上の場合には、処理面が加熱されて
母材に悪影響を及ぼすため、好ましくない。また、ビー
ム電流密度が２００μＡ／ｃｍ²以上の場合には、処理
面が粗れてくるため、好ましくない。

【００５６】このようなイオン注入処理では、タングス
テン、カーボン、酸素が単体で存在する他に、酸素イオ
ンとタングステン原子との衝突によって励起されるため
酸化タングステンの合成が可能である。なお、母材２７
を支持するホルダ３０に設けた冷却板に水を流すことに
よって、イオン注入中の母材２７を冷却することが可能
で、これにより成膜中の母材２７の熱変形を防ぐことが
可能となる。

【００５７】以上のようなイオン注入による薄膜層２８
は、母材２７の表面に被覆するのではなく、母材２７に
酸素イオンが注入されて進入する構成になるため、剥離
の発生はない。このため、剥離の箇所から酸化劣化が進
行することがなくなり、光学素子成形用位置決め治具３
の寿命が向上する。なお、この実施の形態でイオン注入
を使用したのは、以上の効果の他に、通常の酸化処理で
は、酸化物の形成が過度になる他、変色がまだらに発生
するという問題を考慮したものである。この実施の形態
では、イオン注入で処理された表面は、均一な青色にな
り、且つ適切な酸化物の形成量を得ることができる。

【００５８】以上の説明から、本発明は以下の発明を包
含している。

【００５９】（１）加熱軟化した光学素材を成形する光
学素子の成形装置において、加熱手段と、上記加熱手段
に対向している外周面に薄膜層が形成されている筒状の
光学素子成形用位置決め治具と、この位置決め治具内を
摺動し、位置決め治具内の光学素材を押圧する一対の成
形型と、を具備することを特徴とする光学素子の成形装
置。

【００６０】この発明では、光学素子成形用位置決め治
具が劣化することがないため、安定した成形品質とする
ことができる。

【００６１】（２）上記光学素子成形用位置決め治具
は、上記加熱手段からの輻射熱が通過する少なくとも１
つの切り欠きを有することを特徴とする（１）項記載の
光学素子の成形装置。

【００６２】この発明では、切り欠きを輻射熱が通過す
るため、内部の成形型を迅速に加熱することができる。

【００６３】（３）上記成形型は、上記輻射熱が上記位
置決め治具の切り欠きを通過して直接加熱される部分
に、上記薄膜層が形成されていることを特徴とする
（２）項記載の光学素子の成形装置。

【００６４】この発明では、薄膜層によって成形型の劣
化を防止することができる。

【００６５】（４）上記薄膜層は、耐酸化性を有するこ
とを特徴とする（１）〜（３）項のいずれかに記載の光
学素子の成形装置。

【００６６】耐酸化性の薄膜層は、雰囲気の酸素を遮断
するため、光学素子成形用位置決め治具及び成形型の酸
化の進行を防止できる。

【００６７】（５）上記耐酸化性を有する薄膜層は、窒
化チタンアルミニウム、窒化アルミニウム、酸化アルミ
ニウム、窒化クロム、炭化クロム、酸化クロム、窒化チ
タン、酸化チタン、窒化チタンクロム、窒化硼素、炭化
硼素、酸化硼素、炭化タングステン、酸化タングステン
およびダイヤモンドライクカーボンの少なくとも１種を
含んでいることを特徴とする（４）項記載の光学素子の
成形装置。

【００６８】これらの材質とすることにより、酸化の進
行を確実に防止できる。

【００６９】（６）上記薄膜層は、昇華性を有すること
を特徴とする付記（１）〜（３）項のいずれかに記載の
光学素子の成形装置。

【００７０】昇華性の薄膜層は、真空中で強制的に除去
することができるため、薄膜層の再形成を簡単に行うこ
とができる。

【００７１】（７）上記昇華性を有する薄膜層は、ダイ
ヤモンドライクカーボンであることを特徴とする付記
（６）項記載の光学素子の成形装置。

【００７２】ダイヤモンドライクカーボンが良好な昇華
性を備えているため、その再形成が簡単となる。

【００７３】（８）上記薄膜層は、熱吸収が良い色であ
ることを特徴とする（１）〜（３）項のいずれかに記載
の光学素子の成形装置。

【００７４】熱吸収が良い色とすることにより、加熱時
間を短縮することができる。

【００７５】（９）上記熱吸収が良い色は、黒、灰色、
紫色、茶色および緑色のいずれかであることを特徴とす
る（８）項記載の光学素子の成形装置。

【００７６】これらの色とすることにより、加熱時間を
短縮することができる。

【００７７】（１０）ガラス素材を加熱軟化させ、加熱
された一対の型によりガラス素材を押圧して光学素子を
成形する光学素子成形方法で使用する光学素子成形用位
置決め治具において、少なくとも外周面が薄膜層により
被覆されていることを特徴とする光学素子成形用位置決
め治具。

【００７８】この発明では、光学素子成形用位置決め治
具が薄膜層によって被覆されるため、光学素子成形用位
置決め治具が劣化することがなく、光学素子の成形品質
を向上させることができる。

【００７９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、光学素子成形
用位置決め治具の外周面に薄膜層を被覆しているため、
酸化劣化を防止でき、成形初期と変わらない条件で光学
素子の連続成形が可能となると共に、母材の酸化物の粒
子脱落がなくなり、光学素子の外観上、性能上の不具合
がなくなり、さらに、光学素子成形用位置決め治具の寿
命を延命化することができる。

【００８０】請求項２の発明によれば、光学素子成形用
位置決め治具に被覆される薄膜層の酸化劣化を防止で
き、あるいは酸化の進行を防止できる。また、昇華性の
薄膜層では、その再形成を簡単に行うことができる。

【００８１】請求項３の発明によれば、密着性に優れた
薄膜層を効率良く形成することができる。

【００８２】請求項４の発明によれば、光学素子成形用
位置決め治具表面の酸化劣化による変色がなく、成形条
件の変化を少なくした状態で光学素子の成形を継続する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学素子の成形装置を部分破断した正面図であ
る。

【図２】光学素子成形用治具を示し、（ａ）はその平面
図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図
である。

【図３】実施の形態１の光学素子成形用位置決め治具の
断面図である。

【図４】薄膜層を形成するプラズマＣＶＤ装置の断面図
である。

【図５】実施の形態３の光学素子成形用位置決め治具の
断面図である。

【図６】薄膜層を形成するイオン注入装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１上型２下型３光学素子成形用位置決め治具６上ヒータ７下ヒータ１２ガラスプリフォーム１４母材１７薄膜層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱軟化した光学素材を一対の成形型で
押圧する際に、一対の成形型の位置決めを行う光学素子
成形用位置決め治具において、少なくとも母材の外周面が薄膜層によって被覆されてい
ることを特徴とする光学素子成形用位置決め治具。
【請求項２】上記薄膜層は、窒化チタンアルミニウ
ム、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化クロ
ム、炭化クロム、酸化クロム、窒化チタン、酸化チタ
ン、窒化チタンクロム、窒化硼素、炭化硼素、酸化硼
素、炭化タングステン、酸化タングステン又はダイヤモ
ンドライクカーボンの少なくとも１種を含んでいること
を特徴とする請求項１記載の光学素子成形用位置決め治
具。
【請求項３】請求項１又は２記載の光学素子成形用位
置決め治具の製造方法において、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオン注入
法、ダイナミックイオンミキシング法、熱酸化処理およ
び窒化処理の少なくとも１種を用いて前記母材の外周面
に薄膜層を形成することを特徴とする光学素子成形用位
置決め治具の製造方法。
【請求項４】請求項１又は２記載の光学素子成形用位
置決め治具を用いた光学素子の成形方法において、加熱軟化した光学素材を上記光学素子成形用位置決め治
具で位置決めした一対の成形型により押圧して、光学素
子を成形することを特徴とする光学素子の成形方法。