JP2002114526A - Method for manufacturing molding die for optical element - Google Patents
Method for manufacturing molding die for optical elementInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、主として、ガラス
素材のプレス成形により、レンズ、プリズムなどのガラ
スよりなる光学素子を製造する際に使用される光学素子
成形用型の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an optical element molding die used for producing an optical element made of glass such as a lens or a prism by press molding a glass material. .
【0002】[0002]
【従来の技術】研磨工程を必要としないで、ガラス素材
のプレス成形によってレンズを製造する技術は、従来の
製造において必要とされた複雑な工程をなくし、簡単か
つ安価にレンズを製造することを可能とし、近年レンズ
のみならず、プリズム、その他のガラスよりなる光学素
子の製造に使用されるようになった。2. Description of the Related Art The technology of manufacturing a lens by press molding a glass material without the need for a polishing step eliminates the complicated steps required in conventional manufacturing, and makes it easy and inexpensive to manufacture a lens. In recent years, it has been used for manufacturing not only lenses but also optical elements made of prisms and other glasses.
【0003】このような、ガラスの光学素子のプレス成
形に使用される型材に要求される性質としては、硬度、
耐熱性、離型性、鏡面加工性などに優れていることが挙
げられる。従来、この種の型材として、金属、セラミッ
クス、および、それらをコーティングした材料など、数
多くの提案がなされている。[0003] The properties required of such a mold used for press molding of a glass optical element include hardness,
It is excellent in heat resistance, mold release properties, mirror workability and the like. Conventionally, many proposals have been made for this type of mold material, such as metals, ceramics, and materials coated with them.
【0004】幾つかの例を挙げるならば、特開昭49−
51112号公報には、13Crマルテンサイト鋼が、
特開昭52−45613号公報には、SiC及びSi3
N4が、特開昭60−246230号公報には、超硬合
金に貴金属をコーティングした材料が、また、特開昭6
1−183134号公報、特開昭61−281030号
公報、特開平1−301864号公報には、それぞれ、
ダイヤモンド薄膜もしくはダイヤモンド状炭素膜が、特
開昭64−83529号公報には、硬質炭素膜をコーテ
ィングした材料が提案されている。[0004] To give some examples, see JP-A-49-49
No. 51112 discloses a 13Cr martensitic steel,
JP-A-52-45613 discloses SiC and Si 3
N 4 is, in JP-A-60-246230, the coating material of the noble metal in cemented carbide, also, JP 6
1-1183134, JP-A-61-281030 and JP-A-1-301864, respectively,
JP-A-64-83529 proposes a material in which a diamond thin film or a diamond-like carbon film is coated with a hard carbon film.
【0005】また、特公平2−31012号公報には、
レンズまたは型のどちらか一方に5〜500nmの炭素
膜を形成することが提案されている。更に、本発明者ら
による出願の、特開平6−72728号公報によれば、
高イオンエネルギーの炭素イオンビームを用いて、炭素
と型母材もしくは母材表面に形成した中間層を構成す
る、少なくとも一種類以上の元素よりなるミキシング層
を形成することにより、膜の剥離およびクラックの発生
を生じない型を製造する方法が記載されている。In Japanese Patent Publication No. 2-31012,
It has been proposed to form a carbon film of 5 to 500 nm on either the lens or the mold. Further, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-72728 filed by the present inventors,
By using a carbon ion beam of high ion energy to form a mixing layer made of carbon and at least one or more elements constituting an intermediate layer formed on the mold base material or the base material surface, peeling and cracking of the film It describes a method for producing a mold that does not cause the occurrence of.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、13マ
ルテンサイト鋼は酸化し易く、更に、高温でFeがガラ
ス中に拡散して、ガラスが着色する欠点を持つ。SiC
及びSi3 N4 は、一般的に酸化されにくいとされてい
るが、高温では酸化が起こり、表面にSiO2 が形成さ
れ、ガラスの融着を生じる。貴金属をコーティングした
材料は、融着を起こしにくいが、極めて柔らかいため
に、傷がつき易く、変形し易いという欠点をもってい
る。However, 13 martensitic steel has a disadvantage that it is easily oxidized, and furthermore, Fe diffuses into the glass at a high temperature and the glass is colored. SiC
And Si 3 N 4 are generally considered to be hardly oxidized. However, at high temperatures, oxidation occurs, SiO 2 is formed on the surface, and glass fusion occurs. A material coated with a noble metal does not easily fuse, but has a disadvantage that it is easily damaged and easily deformed because it is extremely soft.
【0007】また、一般的にダイヤモンド状炭素膜、a
−C:H膜、硬質炭素膜を用いた型は、型とガラスとの
離型性が良く、ガラスとの融着を起こしにくいが、型と
膜の密着性が一般に低く、成形操作を、数百回以上繰り
返して行うと、前記膜が部分的に剥離し、成形品におい
て、十分な成形性能が得られないことがあるなど、耐久
性に問題があった。また、ダイヤモンド薄膜は、高硬度
で、熱的安定性にも優れているが、前記ダイヤモンド状
炭素膜、a−C:H膜、硬質炭素膜など、非晶質の炭素
膜に比べると、型とガラスとの離型性が悪く、更なる離
型性の向上が望まれていた。In general, a diamond-like carbon film, a
-C: The mold using the H film and the hard carbon film has good mold-releasability between the mold and the glass and is unlikely to cause fusion with the glass. However, the adhesion between the mold and the film is generally low, and the molding operation is difficult. When repeated several hundred times or more, the film is partially peeled off, and there is a problem in durability such that a molded product may not have sufficient molding performance. Further, the diamond thin film has high hardness and excellent thermal stability, but has a smaller shape than amorphous carbon films such as the diamond-like carbon film, aC: H film and hard carbon film. The mold releasability between glass and glass is poor, and further improvement in mold releasability has been desired.
【0008】また、特開平1−301864号公報にお
いて、炭素源ガス濃度を3%以上として、ダイヤモンド
結晶、グラファイト結晶、アモルファス状カーボンより
なる膜を形成し、最大面粗さ20nm以下とすることが
提案されているが、膜中のグラファイト結晶の存在は、
硬度と耐酸化性の劣化を生じ、型の耐久性を劣化させる
原因となる。In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-301864, a film made of diamond crystal, graphite crystal and amorphous carbon is formed at a carbon source gas concentration of 3% or more, and the maximum surface roughness is set to 20 nm or less. Although it has been proposed, the presence of graphite crystals in the film
Deterioration of hardness and oxidation resistance occurs, which causes deterioration of mold durability.
【0009】また、特公平2−31012号公報の実施
例で用いられている形成方法(真空蒸着法)で得られる
炭素膜は、一般的には、膜と基板との密着力が弱く、成
形中に膜が剥離するなどの耐久性に問題がある場合があ
る。Further, the carbon film obtained by the forming method (vacuum vapor deposition method) used in the example of Japanese Patent Publication No. 2-31012 generally has a weak adhesion between the film and the substrate, and is difficult to form. There may be a problem in durability such as peeling of the film inside.
【0010】また、特開平6−72728号公報に記載
の方法は、他の光学素子成型用型の製造方法に比べて好
適な方法であるが、一般のダイヤモンド状炭素膜、a−
C:H膜、硬質炭素膜を用いた型に比べると、離型性に
劣る場合があり、強度の弱いガラスや大口径で薄いレン
ズ、肉厚比の大きなレンズなどでは、ガラスの割れなど
が生じ、更なる、離型性の向上が望まれていた。The method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-72728 is a preferable method as compared with other methods for manufacturing a mold for molding an optical element.
C: Compared to a mold using an H film or a hard carbon film, the mold releasability may be inferior, and glass with low strength, a thin lens with a large diameter, a lens with a large thickness ratio, etc. may cause glass breakage. It has been desired to further improve the releasability.
【0011】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
で、その目的とするところは、問題の離型性を一層向上
させることにある。The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to further improve the releasability of the problem.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
イオンビーム蒸着法により、成形面に少なくとも硬質炭
素膜を離型層として形成する光学素子成形用型の形成方
法において、該硬質炭素膜を成膜初期に加速電圧を6〜
21kVとし、成膜終期に加速電圧を0.4〜4kVと
して印加し、成膜することを特徴とする。Therefore, in the present invention,
In a method of forming an optical element molding die in which at least a hard carbon film is formed as a release layer on a molding surface by an ion beam evaporation method, an acceleration voltage of 6 to
It is characterized in that a film is formed by applying an acceleration voltage of 0.4 to 4 kV at the end of the film formation at 21 kV.
【0013】この場合、本発明の実施の形態としては、
成膜初期に加速電圧を6〜21kVとして成膜する際
の、膜厚を、10〜80nmとすること、成膜終期に加
速電圧を0.4〜4kVとして成膜する厚さを、5〜5
0nmとすること、更に、加速電圧を2段階以上に変化
させることは有効である。In this case, as an embodiment of the present invention,
When forming the film at an acceleration voltage of 6 to 21 kV at the initial stage of film formation, the film thickness is set to 10 to 80 nm, and at the end of the film formation, the film thickness at the acceleration voltage of 0.4 to 4 kV is set to 5 to 5
It is effective to set the acceleration voltage to 0 nm and to change the acceleration voltage in two or more steps.
【0014】[0014]
【作用】次に、本発明の作用を、本発明をなすに際して
得た知見と併せて、以下に説明する。本発明者は、従来
の光学素子成形用型の問題点に鑑み、イオンビーム蒸着
法により離型層として形成される硬質炭素膜の形成条件
について、詳細な実験を続けた結果、イオンビーム蒸着
法の加速電圧の成形性能への関与を明らかにすることが
できた。Next, the operation of the present invention will be described below, together with the knowledge obtained when the present invention is carried out. In view of the problems of the conventional optical element molding die, the present inventor continued detailed experiments on the formation conditions of the hard carbon film formed as the release layer by the ion beam evaporation method. The effect of the acceleration voltage on the molding performance was clarified.
【0015】すなわち、イオンビーム蒸着法により、成
形面に少なくとも硬質炭素膜を離型層として形成する光
学素子成形用型の製造方法において、該硬質炭素膜を成
膜初期に加速電圧を6〜21kVとし、成膜終期に加速
電圧を0.4〜4kVとして印加し、成膜することによ
り、ガラスとの融着がなく、高硬度で、表面平滑性に優
れ、更に、型耐久性の高い、光学素子成形用型を実現で
きることを見出したのである。That is, in a method of manufacturing an optical element molding die in which at least a hard carbon film is formed as a release layer on a molding surface by an ion beam evaporation method, an acceleration voltage of 6 to 21 kV is applied at the initial stage of forming the hard carbon film. By applying an accelerating voltage of 0.4 to 4 kV at the end of film formation and forming a film, there is no fusion with glass, high hardness, excellent surface smoothness, and high mold durability. They have found that an optical element molding die can be realized.
【0016】従来の、非晶質を主成分とする硬質炭素膜
及びダイヤモンド結晶薄膜は、他のセラミックスおよび
金属薄膜よりは、ガラスとの密着力が小さく、離型性に
優れているが、型母材と膜の密着力が弱く、膜の応力
や、熱膨張係数の差、更に、成形時の圧力により、膜の
剥離が生じることがあった。これは、硬質炭素膜および
ダイヤモンド結晶薄膜のような炭素材料は、ガラスとの
離型性が良好であるが、これらの膜は一般的に大きな膜
応力があり、熱や成形時の力により、容易に剥離が生じ
るためと考えられる。Conventional hard carbon films and diamond crystal thin films containing an amorphous component as a main component have smaller adhesion to glass and are superior in releasability than other ceramic and metal thin films. The adhesion between the base material and the film was weak, and the film was sometimes peeled off due to the stress of the film, the difference in the coefficient of thermal expansion, and the pressure during molding. This is because carbon materials such as hard carbon film and diamond crystal thin film have good releasability from glass, but these films generally have large film stress, and due to heat and molding force, It is considered that peeling easily occurs.
【0017】また、特開平6−72728号公報に記載
の方法により、炭素イオンをイオン注入して、膜と型母
材との密着力を上げることができるが、離型性の悪化を
生じる場合があった。これは、イオン注入により、炭素
原子が型母材の内部まで進入することにより、膜と型母
材との密着力が向上するが、型の最表面に存在する炭素
原子の割合が減少するために、ガラスとの離型性が悪化
するためと考えられる。According to the method described in JP-A-6-72728, carbon ions can be ion-implanted to increase the adhesion between the film and the mold base material. was there. This is because, due to the ion implantation, carbon atoms penetrate into the mold base material, thereby improving the adhesion between the film and the mold base material, but the proportion of carbon atoms present on the outermost surface of the mold decreases. In addition, it is considered that the releasability from glass deteriorates.
【0018】そこで、本発明者らは、イオンビーム蒸着
法による硬質炭素膜の形成条件に関して、再度、検討を
重ねた結果、硬質炭素膜を、成膜初期に加速電圧を6〜
21kVとし、成膜終盤に加速電圧を0.4〜4kVと
して印加し、成膜することにより、高い離型性と高い膜
密着力とが同時に実現されることを見出した。The inventors of the present invention have repeatedly studied the conditions for forming the hard carbon film by the ion beam evaporation method.
It has been found that high releasability and high film adhesion are simultaneously realized by applying a voltage of 21 kV and applying an acceleration voltage of 0.4 to 4 kV at the end of film formation to form a film.
【0019】これにより、本発明は、特に、大口径ガラ
スレンズ、強度の弱いガラスレンズ、肉厚の薄いガラス
レンズ、肉厚比の大きいガラスレンズなど、従来、離型
性、耐久性に問題のあったレンズの成形に最適である。As a result, the present invention has been problematic in terms of mold releasability and durability, particularly in the case of large-diameter glass lenses, low-strength glass lenses, thin-wall glass lenses, and high-thickness glass lenses. It is most suitable for the molding of the lens.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら、具体的に説明する。ここで、本発明
の光学素子成形用型の模式的断面を図1に示す。図にお
いて、11は成形面に硬質炭素膜13がある型母材であ
る。なお、図1では、凸面レンズ成形用型を示したが、
本発明では、凸面レンズ成形用型に限定されるものでな
く、凹面レンズ成形用型、非球面レンズ成形用型、シリ
ンドリカルレンズ成形用型などにも使用可能である。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Here, FIG. 1 shows a schematic cross section of the optical element molding die of the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes a mold base material having a hard carbon film 13 on a molding surface. Although FIG. 1 shows the convex lens molding die,
In the present invention, the present invention is not limited to a convex lens molding die, but can be used for a concave lens molding die, an aspherical lens molding die, a cylindrical lens molding die, and the like.
【0021】本発明で言う、硬質炭素膜とは、基本的に
は非晶質であり、硬度が高く、赤外領域で透明性が高い
ことから、ダイヤモンド状炭素膜とも呼ばれているもの
である。この硬質炭素膜は、非晶質であるため、非常に
平滑な表面を有しており、型母材表面に形成することに
より、型母材の表面の平滑性と同様、あるいは、それ以
上の平滑性を得ることができる。The hard carbon film referred to in the present invention is also called a diamond-like carbon film because it is basically amorphous, has high hardness and high transparency in the infrared region. is there. Since this hard carbon film is amorphous, it has a very smooth surface, and by being formed on the surface of the mold base material, it has the same or higher surface smoothness as that of the mold base material. Smoothness can be obtained.
【0022】また、硬質炭素膜は、通常、いかなる結晶
性も有していないが、電子顕微鏡などで、微小領域(n
mオーダー)を詳細に観察すると、数nm程度の大きさ
の、微結晶のダイヤモンドまたはグラファイトが観察さ
れることがある。これらの微結晶の量も、見積もるのは
非常に困難であるが、全体積のせいぜい数%以下であろ
うと思われる。Although the hard carbon film usually does not have any crystallinity, it can be measured in a fine region (n
When observing (m order) in detail, microcrystalline diamond or graphite having a size of about several nm may be observed. The amount of these crystallites is also very difficult to estimate, but seems to be at most a few percent of the total volume.
【0023】なお、本発明で言うところの「硬質炭素
膜」とは、ほとんど無視できる量以下の炭素結晶相(ダ
イヤモンド、グラファイト)のみを含有する炭素膜であ
る。この硬質炭素膜の形成には、イオンビーム蒸着法を
用いる。イオンビーム蒸着法は、炭素源ガス、および、
水素、酸素、塩素、フッ素、希ガスなどの希釈ガスを、
熱フィラメントまたは高周波、更には、磁場などを印加
することで、プラズマ化し、このプラズマから、電界を
用いてイオンを加速し、イオンビームを形成し、このイ
オンビームを型母材上に照射して、その成形面に硬質炭
素膜を形成する方法である。The "hard carbon film" referred to in the present invention is a carbon film containing only a carbon crystal phase (diamond or graphite) of almost negligible amount or less. For forming this hard carbon film, an ion beam evaporation method is used. The ion beam deposition method uses a carbon source gas and
Diluent gas such as hydrogen, oxygen, chlorine, fluorine, rare gas,
By applying a hot filament or high frequency, and further applying a magnetic field, etc., it is turned into plasma, and from this plasma, ions are accelerated using an electric field to form an ion beam, and this ion beam is irradiated onto a mold base material. And forming a hard carbon film on the molding surface.
【0024】この時、加速電圧を、成膜初期に6〜21
kVとし、成膜終期に0.4〜4kVとして印加し、硬
質炭素膜を成膜する。成膜初期にイオンビームの加速電
圧を高くすることにより、型母材と硬質炭素膜との密着
力を上げ、膜の剥離を防止することができ、成膜終期に
加速電圧を下げることにより、成形表面の炭素濃度を増
加させ、離型性を向上する。例えていえば、成膜終期に
形成した硬質炭素膜が「離型層」となり、成膜初期に形
成した硬質炭素膜の層は、この「離型層」と型母材との
密着性を良くするための「中間層」の役割を果たす。At this time, the acceleration voltage is set to 6 to 21 at the beginning of the film formation.
A voltage of 0.4 to 4 kV is applied at the end of film formation to form a hard carbon film. By increasing the acceleration voltage of the ion beam at the early stage of film formation, the adhesion between the mold base material and the hard carbon film can be increased, and peeling of the film can be prevented. By lowering the acceleration voltage at the end of film formation, It increases the carbon concentration on the molding surface and improves the releasability. For example, the hard carbon film formed at the end of film formation becomes a “release layer”, and the layer of the hard carbon film formed at the beginning of film formation has a good adhesion between the “release layer” and the mold base material. It acts as an “intermediate layer” for
【0025】ここでの、成膜初期の加速電圧は、6〜2
1kV、望ましくは7〜18kV、最適には8〜15k
Vとする。また、成膜初期の加速電圧が6kVより低い
と、型母材と硬質炭素膜との密着力が低く、膜の剥離を
生じる畏れがある。また、21kVより高いと、炭素原
子の存在量の少ない層が形成され、成膜初期に形成され
た硬質炭素膜と成膜終期に形成された硬質炭素膜との間
で、剥離が生じることがある。更に、成膜初期に加速電
圧を6〜21kVとして成膜する際の、膜厚を、10〜
80nm、望ましくは20〜50nmとする。10nm
未満では、十分な密着力が得られず、また80nmより
大きい場合では型材の表面粗さが悪化することがある。The accelerating voltage at the initial stage of film formation is 6 to 2
1 kV, preferably 7-18 kV, optimally 8-15 k
V. If the acceleration voltage at the initial stage of film formation is lower than 6 kV, the adhesion between the mold base material and the hard carbon film is low, and there is a fear that the film may peel off. If the voltage is higher than 21 kV, a layer having a small amount of carbon atoms is formed, and peeling may occur between the hard carbon film formed at an early stage of the film formation and the hard carbon film formed at the end of the film formation. is there. Further, the film thickness when forming the film at an acceleration voltage of 6 to 21 kV in the initial stage of film formation is 10 to 10 kV.
80 nm, preferably 20 to 50 nm. 10 nm
If it is less than 30, sufficient adhesion may not be obtained, and if it is more than 80 nm, the surface roughness of the mold material may be deteriorated.
【0026】膜厚が80nmより大きい場合で、型材の
表面粗さが悪化するのは、高い加速電圧で成膜を行って
いるため、成膜と共に型材表面のエッチングも同時に生
じ、型材表面の滑らかさが失われ、微細な荒れが発生す
るためである。これにより、特に高い表面性を必要とす
る光学素子に用いる場合に、十分な光学特性が得られな
い場合がある。When the film thickness is larger than 80 nm, the surface roughness of the mold material deteriorates because the film is formed at a high accelerating voltage. This is because fine roughness is generated. As a result, when used for an optical element that requires particularly high surface properties, sufficient optical characteristics may not be obtained.
【0027】また、成膜終期の加速電圧は、0.4〜4
kV、望ましくは0.5〜3kV、最適には0.8〜2
kVとする。成膜終期の加速電圧が0.4kVより低い
と、硬質炭素膜は十分な硬度が得られず、成形時に傷が
付きやすくなり、成形品の表面性が悪くなることがあ
る。また、4kVより大きいと、成形表面の炭素濃度が
低くなるために、離型性が悪くなり、ガラスの割れなど
を生じることがある。The accelerating voltage at the end of the film formation is 0.4 to 4
kV, preferably 0.5-3 kV, optimally 0.8-2
kV. If the acceleration voltage at the end of the film formation is lower than 0.4 kV, the hard carbon film cannot have sufficient hardness, is likely to be damaged during molding, and the surface properties of the molded product may be deteriorated. On the other hand, if it is larger than 4 kV, the carbon concentration on the molding surface becomes low, so that the releasability is deteriorated and the glass may be broken.
【0028】また、この硬質炭素膜の厚さは、20nm
以上、200nm以下、望ましくは30nm以上、10
0nm以下、最適には40nm以上、80nm以下であ
る。200nmより厚い場合は、膜剥離などが生じやす
く、型耐久性の劣化が生じる場合がある。20nmより
薄い場合は、十分な離型性が得られない場合がある。The thickness of the hard carbon film is 20 nm.
Not less than 200 nm, preferably not less than 30 nm and 10
0 nm or less, optimally 40 nm or more and 80 nm or less. If the thickness is more than 200 nm, film peeling or the like is likely to occur, and the mold durability may deteriorate. If the thickness is less than 20 nm, sufficient releasability may not be obtained.
【0029】また、成膜終期には、加速電圧を0.4〜
4kVとして、成膜する厚さは、5〜50nm、望まし
くは10〜40nm、最適には15〜35nmとする。
これは、5nmより薄い場合は、十分な離型性が得られ
ない場合があり、50nmより厚い場合は、膜剥離など
を生じやすく、型耐久性の劣化が生じる場合があるから
である。In the final stage of the film formation, the accelerating voltage is set to 0.4 to
At 4 kV, the film thickness is 5 to 50 nm, preferably 10 to 40 nm, and most preferably 15 to 35 nm.
This is because if the thickness is less than 5 nm, sufficient releasability may not be obtained, and if the thickness is more than 50 nm, film peeling or the like is likely to occur, and mold durability may deteriorate.
【0030】更に、加速電圧は2段階以上、最適には3
段階以上に変化させる。加速電圧を成膜初期に6〜21
kV、成膜終期に0.4〜4kVと、所謂、2段階とす
る他に、成膜初期と成膜終期の間で、段階的に、加速電
圧を減少させてもよい。例えば、加速電圧を15kV→
10kV→5kV→2kVと言うように、段階的に変化
させることもできる。Further, the accelerating voltage is set in two or more stages, optimally in three stages.
Change more than steps. The acceleration voltage is set to 6 to 21 at the beginning of film formation.
In addition to the so-called two steps of kV and 0.4 to 4 kV at the end of film formation, the acceleration voltage may be reduced stepwise between the initial stage and the end of film formation. For example, if the acceleration voltage is 15 kV
It can be changed stepwise, for example, 10 kV → 5 kV → 2 kV.
【0031】この事例のように、段階的に加速電圧を減
少させた方が型母材と膜との密着力が向上する傾向にあ
る。なお、加速電圧を段階的に変化する場合でも、途中
で加速電圧を上げるのは、密着力向上という点では問題
があり、逆に、膜の剥離を生じさせることがあるので避
ける方がよい。As in this case, when the acceleration voltage is gradually reduced, the adhesion between the mold base material and the film tends to be improved. Even when the accelerating voltage is changed stepwise, increasing the accelerating voltage on the way is problematic in terms of improving the adhesion, and conversely, it may cause peeling of the film, so it is better to avoid it.
【0032】本発明のイオンビーム蒸着法による硬質炭
素膜の形成では、炭素源として、種々の炭素含有ガスや
液体有機化合物を気化して用いることができる。液体有
機化合物としては、メタノール、エタノールなどのアル
コール類、アセトンなどのケトン類、ベンゼンなどの芳
香族炭化水素、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ギ
酸、酢酸などの有機酸を用いることができる。炭素含有
ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、アセチレン
などの炭化水素ガス、一酸化炭素、または、ハロゲン化
炭素などを用いることができる。In the formation of the hard carbon film by the ion beam evaporation method of the present invention, various carbon-containing gases and liquid organic compounds can be vaporized and used as a carbon source. As the liquid organic compound, alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as acetone, aromatic hydrocarbons such as benzene, ethers such as dimethyl ether, and organic acids such as formic acid and acetic acid can be used. As the carbon-containing gas, hydrocarbon gas such as methane, ethane, ethylene, and acetylene, carbon monoxide, and halogenated carbon can be used.
【0033】本発明で用いられる型母材は、アルミナ・
ジルコニアのような酸化物系セラミックス、炭化珪素・
窒化珪素・炭化チタン・窒化チタン・炭化タングステン
などの炭化物・窒化物系セラミックス、更に、WC系の
超硬合金、モリブデン・タングステン・タンタルなどの
金属を用いることができる。型母材(基体)の形状は、
成形装置や成形レンズの形状により任意に決めることが
できるが、例えば、レンズを成形する場合、成形面を、
そのレンズ径の曲率に合わせて、曲面形状にし、イオン
ビーム蒸着法を用いて、その曲面上に前記硬質炭素膜を
形成する。The mold base material used in the present invention is alumina
Oxide ceramics such as zirconia, silicon carbide
Carbide / nitride-based ceramics such as silicon nitride / titanium carbide / titanium nitride / tungsten carbide; furthermore, WC-based hard alloys and metals such as molybdenum / tungsten / tantalum can be used. The shape of the mold base material (substrate)
It can be arbitrarily determined depending on the shape of the molding device and the molded lens.For example, when molding a lens, the molding surface is
A curved surface is formed in accordance with the curvature of the lens diameter, and the hard carbon film is formed on the curved surface by using an ion beam evaporation method.
【0034】また、硬質炭素膜は、型母材上に直接形成
しても良いが、好しくは、型母材上に中間層を形成し、
その上に硬質炭素膜を形成するのがよい。これは、型母
材として用いられるWC−Coなどの超硬合金や、Si
C,Si3 N4 などの焼結体では、粒子の欠落や空孔が
避けられず、表面に数μm以上の穴が存在するから、こ
のような表面に硬質炭素膜を形成すると、これらの穴の
部分に、極端に膜厚の薄い部分が生じることがあるから
である。The hard carbon film may be formed directly on the mold base material, but preferably, an intermediate layer is formed on the mold base material,
It is preferable to form a hard carbon film thereon. This is because cemented carbide such as WC-Co used as a mold base material, Si
In a sintered body such as C and Si 3 N 4 , missing particles and voids are unavoidable, and holes of several μm or more are present on the surface. Therefore, when a hard carbon film is formed on such a surface, This is because an extremely thin portion may be formed in the hole.
【0035】こうした部分は、その上に形成した硬質炭
素膜の密着力が低下し、膜の剥離やクラックの発生起点
となりやすい。このため、型母材上に、表面の穴を埋め
るか、または、穴の深さを浅くするのに十分な厚さの中
間層を形成することが望ましい。この中間層の最適な厚
さは、型母材の表面状態によっても異なるが、一般的に
は0.5μm以上、望ましくは0.8μm以上である。
この中間層の材料として好適なのは、Ti,Ta,Si
の炭化物、窒化物、炭窒化物の、少なくとも一種類以上
の化合物、混合物である。これらの材料は、前述の型母
材表面の、穴埋めの効果の他にも、硬質炭素膜の密着力
を向上させる効果もある。In such a portion, the adhesion of the hard carbon film formed thereon is reduced, and the portion tends to be a starting point of peeling and cracking of the film. For this reason, it is desirable to fill the hole in the surface or to form an intermediate layer having a thickness sufficient to reduce the depth of the hole on the mold base material. The optimum thickness of the intermediate layer varies depending on the surface condition of the mold base material, but is generally 0.5 μm or more, preferably 0.8 μm or more.
Suitable materials for the intermediate layer are Ti, Ta, Si
At least one compound or mixture of carbides, nitrides, and carbonitrides. These materials have an effect of improving the adhesion of the hard carbon film, in addition to the effect of filling the hole on the surface of the mold base material.
【0036】[0036]
【実施例】次に、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。Next, the present invention will be described in detail with reference to examples.
【0037】(実施例1)図1および図2は、本発明に
係る光学素子成形用型の一つの実施様態を示すものであ
る。なお、図1は光学素子のプレス成形前の状態を示
し、図2は光学素子成形後の状態を示す。ここで、符号
11は型母材、12はガラス素材、13は本発明の硬質
炭素膜よりなる離型膜であり、また、図2での、符号2
1は光学素子である。図1に示すように、型の間に置か
れたガラス素材12をプレス成形することにより、レン
ズなどの光学素子21が形成される。(Embodiment 1) FIGS. 1 and 2 show one embodiment of an optical element molding die according to the present invention. FIG. 1 shows a state before press molding of the optical element, and FIG. 2 shows a state after molding the optical element. Here, reference numeral 11 denotes a mold base material, reference numeral 12 denotes a glass material, reference numeral 13 denotes a release film made of the hard carbon film of the present invention, and reference numeral 2 in FIG.
1 is an optical element. As shown in FIG. 1, an optical element 21 such as a lens is formed by press-molding a glass material 12 placed between molds.
【0038】次に、本発明の光学素子成形用型について
詳細に説明する。本実施例では、イオンビーム蒸着法を
用いて、硬質炭素膜を形成した。図3はイオンビーム蒸
着装置を示す模式図であり、31は真空チャンバー、3
2はイオン源、33は加速用グリッド、34はイオンビ
ームを模式的に示したもの、更に、35は型材である。
また、36はガス排気口で、バルブ、油拡散ポンプ、ロ
ータリーポンプ(何れも図示せず)が接続されている。
37はバルブで、38はガス流量調整器であり、39は
圧力調整器、310はガスボンベである(図中には、2
個のガスボンベしか記載されていないが、実際は、メタ
ン、水素、アルゴン、酸素、窒素など、各種ガスが接続
されている)。Next, the optical element molding die of the present invention will be described in detail. In this example, a hard carbon film was formed by using an ion beam evaporation method. FIG. 3 is a schematic diagram showing an ion beam evaporation apparatus, and 31 is a vacuum chamber, 3
2 is an ion source, 33 is an acceleration grid, 34 is an ion beam, and 35 is a mold.
A gas exhaust port 36 is connected to a valve, an oil diffusion pump, and a rotary pump (all not shown).
37 is a valve, 38 is a gas flow regulator, 39 is a pressure regulator, 310 is a gas cylinder (in the figure, 2 is a gas cylinder).
Although only one gas cylinder is described, various gases such as methane, hydrogen, argon, oxygen, and nitrogen are actually connected.)
【0039】型母材として、バインダーレスWC系超硬
合金焼結体(フジダイス製、商品名TJ−05)を所定
の形状に加工した後、成形面をRmax=0.04μm
に鏡面研磨し、その後、公知のイオンプレーティング法
で、窒化チタン膜を形成したものを用いた。この型母材
を良く洗浄した後、図3に示すイオンビーム蒸着装置に
設置した。ガス流量はメタン:10ml/min、水
素:20ml/minとし、基板温度は加熱無し(水
冷)で、圧力:5×10-2Paとした。また、加速電圧
を、15kVで5分、2kVで3分と変化させて、成膜
を行った。As a mold base material, after processing a binderless WC-based cemented carbide sintered body (trade name: TJ-05, manufactured by Fuji Dice) into a predetermined shape, the molding surface is Rmax = 0.04 μm.
Mirror-polished, and then a titanium nitride film was formed by a known ion plating method. After the mold base material was thoroughly washed, it was set in an ion beam evaporation apparatus shown in FIG. The gas flow rate was methane: 10 ml / min, hydrogen: 20 ml / min, the substrate temperature was no heating (water cooling), and the pressure was 5 × 10 −2 Pa. In addition, film formation was performed by changing the acceleration voltage to 15 kV for 5 minutes and 2 kV for 3 minutes.
【0040】なお、成形用型での成膜条件と同一条件
で、別途作成した評価用サンプルについて、膜厚を測定
したところ、全体で55nmであった。更に、加速電圧
2kVで3分間の成膜条件で、別途作成した評価用サン
プルについても、膜厚を測定したところ22nmであっ
た。The thickness of the evaluation sample separately prepared under the same conditions as the film forming conditions in the molding die was 55 nm as a whole. Further, the film thickness of the evaluation sample separately prepared under the film formation conditions of 3 kV at an acceleration voltage of 2 kV was 22 nm as measured.
【0041】成形ガラスは、クラウン系光学ガラスSK
12(軟化点Sp=672℃、転移点Tg=550℃)
で、直径半径:φ32mmで、中心部:2.5mmの厚
さ、最外周:1.4mmの厚さの、極薄の凸レンズを成
形する。成形条件は、窒素雰囲気下、プレス温度620
℃で行った。成形中、型と成形された光学素子との離型
性は良好であった。また、成形後の型表面を走査型電子
顕微鏡で観察した所、膜剥離、クラックの発生、更に
は、ガラスの融着が認められず、良好な型表面性を有し
ていた。また、成形ガラスレンズも、ガラスの割れが見
られず、良好な表面粗さであった。The molding glass is a crown type optical glass SK.
12 (softening point Sp = 672 ° C., transition point Tg = 550 ° C.)
Then, an extremely thin convex lens having a diameter radius of φ32 mm, a center portion having a thickness of 2.5 mm, and an outermost periphery having a thickness of 1.4 mm is formed. The molding conditions are a nitrogen atmosphere, a press temperature of 620.
C. During the molding, the mold releasability between the mold and the molded optical element was good. In addition, when the surface of the mold after molding was observed with a scanning electron microscope, no peeling of the film, no generation of cracks, and no fusion of glass were observed, indicating that the mold had good surface properties. Also, the molded glass lens did not show any cracks in the glass and had good surface roughness.
【0042】なお、加速電圧を15kV一定とする以外
は、上記と同様にして、光学素子成形用型を作成し、同
一のガラス素材および形状でガラス成形を行ったとこ
ろ、型とガラスとの離型力が大きく、ガラスの割れが発
生した。一般的には、硬質炭素膜はガラスとの離型性が
良く、レンズ径が小さく、肉厚が十分なレンズであれ
ば、光学素子成形用型として十分な特性を有する。しか
し、本実施例のような、大口径で極薄のレンズの場合、
ガラスの成形量が大きく、歪みが生じやすいなどの理由
により、ガラスの割れや、型耐久の劣化(膜剥離)など
が生じることがある。A mold for forming an optical element was prepared in the same manner as described above except that the acceleration voltage was fixed at 15 kV, and glass molding was performed using the same glass material and shape. The mold force was large, and the glass was broken. In general, a hard carbon film having sufficient releasability from glass, a lens with a small diameter, and a sufficient thickness has sufficient characteristics as an optical element molding die. However, in the case of a large-diameter and extremely thin lens as in this embodiment,
Due to the large molding amount of the glass and easy distortion, the glass may be broken or the durability of the mold may be deteriorated (film peeling).
【0043】(その他の実施例2−5および比較例1−
2)本実施例および比較例は、成膜初期の加速電圧を種
々変更し、その効果を評価したものである。型母材とし
て、WC系超硬合金を所定の形状に加工した後、成形面
をRmax=0.04μmに鏡面研磨し、その後、公知
のスパッタリング法により、中間層として、炭化ケイ素
(SiC)膜を0.8μm厚さで形成した。この型母材
を良く洗浄した後、図3の装置に設置し、硬質炭素膜形
成を行った。この際、原料ガス流量は、水素:10ml
/min、アセチレン:10ml/minとした。ま
た、他の成膜条件は、基板温度が加熱無し(水冷)で、
圧力:4.5×10-2Paとした。成膜初期の加速電圧
は、以下に示す表1のように変化させ、その時の膜形成
時間は、成膜初期7分間、その後、2kVで3分間とし
た。これにより、膜厚は、80から95nmの硬質炭素
膜が形成された。(Other Examples 2-5 and Comparative Example 1-
2) In this example and the comparative example, the acceleration voltage in the initial stage of film formation was variously changed, and the effect was evaluated. As a mold base material, after processing a WC-based cemented carbide into a predetermined shape, the formed surface is mirror-polished to Rmax = 0.04 μm, and thereafter, a silicon carbide (SiC) film is formed as an intermediate layer by a known sputtering method. Was formed with a thickness of 0.8 μm. After the mold base material was thoroughly washed, it was set in the apparatus shown in FIG. 3 to form a hard carbon film. At this time, the raw material gas flow rate was hydrogen: 10 ml.
/ Min, acetylene: 10 ml / min. The other film forming conditions are as follows: the substrate temperature is not heated (water cooling).
Pressure: 4.5 × 10 -2 Pa. The acceleration voltage at the initial stage of film formation was changed as shown in Table 1 below, and the film formation time at that time was 7 minutes at the beginning of film formation, and then 3 kV at 2 kV. As a result, a hard carbon film having a thickness of 80 to 95 nm was formed.
【0044】次に、この光学素子成形用型によって、ガ
ラスレンズのプレス成形を行った。プレス成形には、連
続成形装置を用い、成形ガラスは、クラウン系光学ガラ
スSK12(軟化点Sp=672℃、転移点Tg=55
0℃)とし、直径:φ32mmで、中心部:2.5mm
厚さ、最外周:1.4mm厚さの、極薄の凸レンズを成
形する。成形条件は、窒素雰囲気下、プレス温度620
℃であり、500回、プレス成形を行った。レンズ形状
は、実施例1と同様である。その結果を表1に示す。Next, press molding of a glass lens was performed using this optical element molding die. For the press molding, a continuous molding apparatus was used, and the molded glass was crown optical glass SK12 (softening point Sp = 672 ° C., transition point Tg = 55).
0 ° C), diameter: 32 mm, center: 2.5 mm
Thickness, outermost circumference: An extremely thin convex lens having a thickness of 1.4 mm is formed. The molding conditions are a nitrogen atmosphere, a press temperature of 620.
C. and 500 times of press molding. The lens shape is the same as in the first embodiment. Table 1 shows the results.
【0045】[0045]
【表1】 ◎;非常に良好 ○;良好 △;実用上可 ×;不可[Table 1] ◎; very good ○; good △; practically acceptable ×;
【0046】実施例2−5においては、成膜初期の加速
電圧を、本発明(請求項に記載の範囲)の6〜21kV
とすることにより、光学素子成型用型材として、十分な
成形品の表面性および成形耐久性が得られた。これに対
して、比較例1−2では、加速電圧が上記の範囲外のた
め、成形品の表面性および成形耐久性の劣化が確認され
た。比較例1−2では、硬質炭素膜の型との密着力が低
く、部分的な膜剥離が生じ、型の耐久性の劣化が確認さ
れた。In Example 2-5, the acceleration voltage in the initial stage of film formation was set to 6 to 21 kV according to the present invention (the range described in the claims).
By doing so, sufficient surface properties and molding durability of a molded product were obtained as a mold for optical element molding. On the other hand, in Comparative Example 1-2, since the acceleration voltage was out of the above range, deterioration of the surface properties and molding durability of the molded product was confirmed. In Comparative Example 1-2, the adhesion of the hard carbon film to the mold was low, partial film peeling occurred, and deterioration of the mold durability was confirmed.
【0047】なお、比較例1では、膜剥離は、硬質炭素
膜全体で、また、比較例2では、成膜初期の硬質炭素膜
と成膜終期の硬質炭素膜との界面で生じているのが観測
された。また、このため、比較例1では、成形ガラスの
表面性が劣化し、実用に適しないものも認められる。以
上、示したように、成膜初期に本発明の範囲である、加
速電圧とすることにより、光学素子成形用型材として、
十分な成形品の表面性および成形耐久性が得られた。In Comparative Example 1, the film peeling occurred on the entire hard carbon film, and in Comparative Example 2, it occurred at the interface between the hard carbon film at the early stage of film formation and the hard carbon film at the last stage of film formation. Was observed. For this reason, in Comparative Example 1, the surface properties of the molded glass were deteriorated, and some of them were not suitable for practical use. As described above, as shown, by setting the accelerating voltage, which is within the scope of the present invention at the initial stage of film formation, as an optical element molding die,
Sufficient molded product surface properties and molding durability were obtained.
【0048】(その他の実施例6−9および比較例3−
4)本実施例および比較例では、成膜終期の加速電圧を
種々変化させ、その効果について評価を行った。即ち、
硬質炭素膜の形成は、実施例1と同様のイオンビーム蒸
着法で行った。また、型母材として、WC系超硬合金を
所定の形状に加工した後、成形面をRmax=0.04
μmに鏡面研磨し、その後、公知のスパッタリング法に
より、中間層として、炭化チタン(TiC)膜を0.5
μm厚さで形成した。(Other Examples 6-9 and Comparative Example 3-
4) In this example and the comparative example, the acceleration voltage at the end of the film formation was changed variously, and the effect was evaluated. That is,
The hard carbon film was formed by the same ion beam evaporation method as in Example 1. Further, after working a WC cemented carbide into a predetermined shape as a mold base material, the forming surface was changed to Rmax = 0.04.
Then, a titanium carbide (TiC) film is formed as an intermediate layer by a known sputtering method to a thickness of 0.5 μm.
It was formed with a thickness of μm.
【0049】この型母材を良く洗浄した後、図3の装置
に設置し、硬質炭素膜の形成を行った。原料ガス流量
は、水素:10ml/min、メタン:10ml/mi
nとした。また、他の合成条件は、基板を加熱無しで
(水冷)、圧力:4×10-2Paとした。成膜終期の加
速電圧は、表2に示すように変化させるが、その時の合
成時間は、成膜初期の加速電圧を12kVで7分間、そ
の後、成膜終期を3分間とした。これにより、膜厚:約
80nmの硬質炭素膜が形成された。After the mold base material was thoroughly washed, it was set in the apparatus shown in FIG. 3 to form a hard carbon film. The raw material gas flow rates are as follows: hydrogen: 10 ml / min, methane: 10 ml / mi
n. The other synthesis conditions were such that the substrate was not heated (water-cooled) and the pressure was 4 × 10 −2 Pa. The acceleration voltage at the end of the film formation was changed as shown in Table 2, and the synthesis time at that time was an acceleration voltage of 12 kV at the beginning of the film formation for 7 minutes, and then the end of the film formation for 3 minutes. As a result, a hard carbon film having a thickness of about 80 nm was formed.
【0050】次に、この光学素子成形用型によってガラ
スレンズのプレス成形を行った。成形は、連続成形装置
を用い、成形ガラスとして、クラウン系光学ガラスSK
12(軟化点Sp=672℃、転移点Tg=550℃)
を用い、直径:φ32mm、中心部の厚さ:2.5m
m、最外周の厚さ:1.4mmの極薄の凸レンズを成形
する。この際の成形条件は、窒素雰囲気下において、プ
レス温度:620℃とし、500回プレス成形を行っ
た。結果を表2に示す。Next, press molding of a glass lens was performed using this optical element molding die. The molding is performed using a continuous molding device, and the crown-based optical glass SK is used as the molding glass.
12 (softening point Sp = 672 ° C., transition point Tg = 550 ° C.)
, Diameter: 32 mm, thickness at the center: 2.5 m
m, an extremely thin convex lens having an outermost thickness of 1.4 mm. The molding was performed 500 times under a nitrogen atmosphere at a press temperature of 620 ° C. Table 2 shows the results.
【0051】[0051]
【表2】 ◎;非常に良好 ○;良好 △;実用上可 ×;不可[Table 2] ◎; very good ○; good △; practically acceptable ×;
【0052】実施例6−9においては、硬質炭素膜形成
の成膜終期の加速電圧を0.4〜4kVとすることによ
り、光学素子成形用型材として、十分な成形品表面性お
よび成形耐久性が得られた。これに対して、比較例3、
4では、成膜終期の加速電圧が上記の範囲外のため、成
形品表面性および成形耐久性の劣化が確認された。比較
例3では、成膜終期の加速電圧が低いため、硬質炭素膜
の膜の硬度が低く、型にキズが発生し、成形品表面性と
成形耐久性の劣化が確認された。更に、比較例4では、
成膜終期の加速電圧が高く、離型性の悪化が見られた。
このため、成形ガラスの割れが発生し、更に、型にガラ
スが付着し、成形テスト中に型のクリーニングが必要と
なった。In Example 6-9, by setting the accelerating voltage at the final stage of the formation of the hard carbon film to 0.4 to 4 kV, sufficient molding surface property and molding durability as an optical element molding die were obtained. was gotten. On the other hand, Comparative Example 3,
In No. 4, since the accelerating voltage at the end of the film formation was out of the above range, deterioration of the molded product surface properties and molding durability was confirmed. In Comparative Example 3, since the acceleration voltage at the end of the film formation was low, the hardness of the hard carbon film was low, the mold was flawed, and the deterioration of the molded article surface properties and molding durability was confirmed. Further, in Comparative Example 4,
The acceleration voltage at the end of the film formation was high, and the releasability was deteriorated.
As a result, the molded glass was cracked, and the glass adhered to the mold, and the mold had to be cleaned during the molding test.
【0053】以上示したように、本発明で特定している
範囲で、即ち、硬質炭素膜の成膜終期の加速電圧を0.
4〜4kVとすることにより、光学素子成形用型材とし
て、十分な成形品表面性および成形耐久性が得られた。As described above, the acceleration voltage in the range specified in the present invention, that is, the acceleration voltage at the end of the formation of the hard carbon film is set to 0.1.
By setting the voltage to 4 to 4 kV, sufficient surface properties and molding durability of a molded product as an optical element molding material were obtained.
【0054】(その他の実施例10−13および比較例
5−6)本実施例および比較例では、硬質炭素膜中の成
膜終盤の加速電圧を0.4〜4kVとして、成膜した膜
厚を種々変化させ、その効果を評価した。なお、硬質炭
素膜の形成方法は、実施例1と同様のイオンビーム蒸着
法で行った。(Other Examples 10-13 and Comparative Examples 5-6) In this example and comparative examples, the acceleration voltage at the end of the film formation in the hard carbon film was set to 0.4 to 4 kV, and the film thickness was formed. Was changed variously, and the effect was evaluated. The hard carbon film was formed by the same ion beam deposition method as in Example 1.
【0055】所定の形状に加工された超硬材料製の型母
材を図3に示す装置に入れ、硬質炭素膜の形成を行う。
形成条件は、ガス流量がベンゼン:5ml/min、水
素:10ml/minとし、基板温度:室温、圧力:3
×10-2Pa、加速電圧は成膜初期の5分間を15kV
とし、成膜終期を1kVとした。成膜終期の合成時間を
種々変化させ、表3に示すように、膜厚を変化させた。
なお、成膜終期の膜厚は、成形用型材とは別に、別途作
成した分析用サンプルで測定した。A mold base material made of a super hard material processed into a predetermined shape is put into the apparatus shown in FIG. 3 to form a hard carbon film.
The formation conditions were as follows: gas flow rate: benzene: 5 ml / min, hydrogen: 10 ml / min, substrate temperature: room temperature, pressure: 3
× 10 -2 Pa, acceleration voltage is 15 kV for the first 5 minutes of film formation.
And the final stage of film formation was 1 kV. The synthesis time at the final stage of film formation was variously changed, and the film thickness was changed as shown in Table 3.
The film thickness at the final stage of film formation was measured on an analysis sample separately prepared separately from the molding die.
【0056】次に、この光学素子成形用型によってガラ
スレンズのプレス成形を行った。成形は、連続成形装置
を用い、成形ガラスには、クラウン系光学ガラスSK1
2(軟化点Sp=672℃、転移点Tg=550℃)を
用い、直径:φ32mmで、中心部の厚さ:2.5m
m、最外周の厚さ:1.4mmの、極薄の凸レンズを成
形する。成形条件は、窒素雰囲気下、プレス温度:62
0℃で、500回プレス成形を行った。結果を表3に示
す。Next, press molding of a glass lens was performed using this optical element molding die. The molding was performed using a continuous molding apparatus, and the crown glass optical glass SK1 was used as the molded glass.
2 (softening point Sp = 672 ° C., transition point Tg = 550 ° C.), diameter: φ32 mm, center thickness: 2.5 m
m, an extremely thin convex lens having an outermost thickness of 1.4 mm is formed. The molding conditions were as follows: under nitrogen atmosphere, press temperature: 62
Press molding was performed 500 times at 0 ° C. Table 3 shows the results.
【0057】[0057]
【表3】 ◎;非常に良好 ○;良好 △;実用上可 ×;不可[Table 3] ◎; very good ○; good △; practically acceptable ×;
【0058】実施例10−13においては、硬質炭素膜
形成の成膜終期の膜厚を5−50nmとすることによ
り、光学素子成形用型材として、十分な成形品表面性お
よび成形耐久性が得られた。これに対して、比較例5、
6では、成膜終期の膜厚が上記の範囲外のため、成形品
表面性及び成形耐久性の劣化が確認された。比較例5で
は、成膜終期の膜厚が薄いため、型とガラスの離型性が
悪く、離型性の悪化が見られた。このため、成形ガラス
の割れが発生し、更に型にガラスが付着し、成形テスト
中に型のクリーニングが必要となった。比較例6では、
成膜終期の膜厚が厚いため、硬質炭素膜の型への密着力
が低く、成膜終期で成膜した硬質炭素膜の部分で剥離が
生じた。このため、成形品表面性が悪化し、更に、型の
剥離部に微小なガラスの付着が発生し、成形テスト中に
型のクリーニングが必要となった。In Examples 10-13, by setting the film thickness at the final stage of the formation of the hard carbon film to 5 to 50 nm, sufficient molded article surface properties and molding durability as an optical element molding die were obtained. Was done. On the other hand, Comparative Example 5,
In No. 6, since the film thickness at the final stage of film formation was out of the above range, deterioration of the molded product surface properties and molding durability was confirmed. In Comparative Example 5, since the film thickness at the end of film formation was small, the mold releasability between the mold and the glass was poor, and the mold releasability was deteriorated. For this reason, cracks in the molded glass occurred, and the glass adhered to the mold, and the mold had to be cleaned during the molding test. In Comparative Example 6,
Since the film thickness at the end of film formation was large, the adhesion of the hard carbon film to the mold was low, and peeling occurred at the portion of the hard carbon film formed at the end of film formation. For this reason, the surface properties of the molded product were deteriorated, and fine glass adhered to the peeled portion of the mold, so that the mold had to be cleaned during the molding test.
【0059】以上示したように、本発明で特定した範囲
で、即ち、硬質炭素膜の成膜終期の膜厚を5−50nm
とすることにより、光学素子成形型用型材として、十分
な成形品表面性および成形耐久性が得られた。As described above, within the range specified in the present invention, that is, the thickness of the hard carbon film at the final stage of film formation is 5 to 50 nm.
As a result, sufficient mold surface properties and molding durability were obtained as a mold for an optical element molding die.
【0060】(その他の実施例14−17および比較例
7−8)本実施例および比較例では、硬質炭素膜中の成
膜初期の加速電圧を6〜21kVとして、成膜した膜厚
を種々変化させ、その効果を評価した。なお、硬質炭素
膜の形成方法は、実施例1と同様のイオンビーム蒸着法
で行った。(Other Examples 14-17 and Comparative Examples 7-8) In this example and comparative examples, the acceleration voltage in the initial stage of film formation in the hard carbon film was set to 6 to 21 kV, and the film thickness was varied. And evaluated its effect. The hard carbon film was formed by the same ion beam deposition method as in Example 1.
【0061】所定の形状に加工された超硬材料製の型母
材を図3に示す装置に入れ、硬質炭素膜の形成を行う。
形成条件は、ガス流量がベンゼン:10ml/min、
基板温度:200℃、圧力:3×10-2Pa、加速電圧
は成膜初期の5分間を12kVとし、成膜終期を2kV
とした。成膜初期の合成時間を種々変化させ、表4に示
すように、膜厚を変化させた。なお、成膜終期の膜厚
は、成形用型材とは別に、別途作成した分析用サンプル
で測定した。A mold base made of a super-hard material processed into a predetermined shape is put into the apparatus shown in FIG. 3 to form a hard carbon film.
The formation conditions are as follows: gas flow rate is benzene: 10 ml / min;
Substrate temperature: 200 ° C., pressure: 3 × 10 −2 Pa, acceleration voltage: 12 kV during the initial 5 minutes of film formation, 2 kV at the end of film formation
And The synthesis time in the initial stage of film formation was changed variously, and the film thickness was changed as shown in Table 4. The film thickness at the final stage of film formation was measured on an analysis sample separately prepared separately from the molding die.
【0062】次に、この光学素子成形用型によってガラ
スレンズのプレス成形を行った。成形は、連続成形装置
を用い、成形ガラスには、クラウン系光学ガラスSK1
2(軟化点Sp=672℃、転移点Tg=550℃)を
用い、直径:φ32mmで、中心部の厚さ:2.5m
m、最外周の厚さ:1.4mmの、極薄の凸レンズを成
形する。成形条件は、窒素雰囲気下、プレス温度:62
0℃で、500回プレス成形を行った。結果を表4に示
す。Next, press molding of a glass lens was performed using the optical element molding die. The molding was performed using a continuous molding apparatus, and the crown glass optical glass SK1 was used as the molded glass.
2 (softening point Sp = 672 ° C., transition point Tg = 550 ° C.), diameter: φ32 mm, center thickness: 2.5 m
m, an extremely thin convex lens having an outermost thickness of 1.4 mm is formed. The molding conditions were as follows: under nitrogen atmosphere, press temperature: 62
Press molding was performed 500 times at 0 ° C. Table 4 shows the results.
【0063】[0063]
【表4】 ◎;非常に良好 ○;良好 △;実用上可 ×;不可[Table 4] ◎; very good ○; good △; practically acceptable ×;
【0064】実施例14−17においては、硬質炭素膜
形成の成膜終期の膜厚を20−80nmとすることによ
り、光学素子成形用型材として、十分な成形品表面性お
よび成形耐久性が得られた。これに対して、比較例7、
8では、成膜初期の膜厚が上記の範囲外のため、成形品
表面性及び成形耐久性の劣化が確認された。比較例7で
は、成膜初期の膜厚が薄いため、硬質炭素膜の型への密
着力が低く、型と硬質炭素膜の界面部分で剥離が生じ
た。このため、成形品表面性が悪化し、更に、型の剥離
部に微小なガラスの付着が発生し、成形テスト中に型の
クリーニングが必要となった。比較例8では、成膜初期
の膜厚が厚いため、成形品の表面粗さが悪化して光学素
子として十分な特性が得られなかった。In Examples 14-17, by setting the film thickness at the final stage of the formation of the hard carbon film to 20-80 nm, sufficient mold surface properties and molding durability as an optical element molding die were obtained. Was done. In contrast, Comparative Example 7,
In No. 8, since the film thickness at the initial stage of film formation was out of the above range, deterioration of the molded product surface properties and molding durability was confirmed. In Comparative Example 7, since the film thickness at the initial stage of film formation was small, the adhesion of the hard carbon film to the mold was low, and peeling occurred at the interface between the mold and the hard carbon film. For this reason, the surface properties of the molded product were deteriorated, and fine glass adhered to the peeled portion of the mold, so that the mold had to be cleaned during the molding test. In Comparative Example 8, since the film thickness at the initial stage of film formation was large, the surface roughness of the molded product was deteriorated, and sufficient characteristics as an optical element could not be obtained.
【0065】以上示したように、本発明で特定した範囲
で、即ち、硬質炭素膜の成膜初期の膜厚を20−80n
mとすることにより、光学素子成形型用型材として、十
分な成形品表面性および成形耐久性が得られた。As described above, within the range specified in the present invention, that is, the film thickness of the hard carbon film at the initial stage of film formation is 20 to 80 n.
By setting it to m, sufficient molded article surface properties and molding durability were obtained as a mold material for an optical element molding die.
【0066】(実施例18)本実施例では、硬質炭素膜
形成の加速電圧を3段階に変化させた。まず、型母材と
して、インダーレスWC系超硬合金焼結体(フジダイス
製、商品名TJ−05)を所定の形状に加工した後、成
形面をRmax=0.04μmに鏡面研磨し、その後、
公知のイオンプレーティング法で、窒化チタン膜を形成
したものを用いた。この型母材を良く洗浄した後、図3
に示すイオンビーム蒸着装置に設置した。(Embodiment 18) In this embodiment, the acceleration voltage for forming the hard carbon film was changed in three stages. First, as a mold base material, after processing a sintered body of an inderless WC-based cemented carbide (trade name: TJ-05, manufactured by Fuji Die) into a predetermined shape, the formed surface is mirror-polished to Rmax = 0.04 μm,
A titanium nitride film formed by a known ion plating method was used. After thoroughly cleaning the mold base material, FIG.
Was installed in the ion beam evaporation apparatus shown in FIG.
【0067】この際のガス流量は、メタン:12ml/
min、水素:15ml/minとし、基板は、加熱無
し(水冷)の温度、圧力:4.8×10-2Paとした。
また、加速電圧を、図4に示すように、12kVで6分
間、6kVで2分間、1kVで2分間と変化させて、成
膜を行った。At this time, the gas flow rate was methane: 12 ml /
min, hydrogen: 15 ml / min, temperature of the substrate without heating (water cooling), pressure: 4.8 × 10 −2 Pa.
In addition, as shown in FIG. 4, film formation was performed by changing the acceleration voltage to 12 kV for 6 minutes, 6 kV for 2 minutes, and 1 kV for 2 minutes.
【0068】なお、成形用型の合成条件と同一条件で、
別途作成した評価用サンプルについて、膜厚を測定した
ところ、全体で110nmであった。更に、加速電圧1
kVで2分間の成膜条件で、別途作成した評価用サンプ
ルについても膜厚を測定したところ15nmであった。In addition, under the same conditions as the synthesis conditions of the molding die,
When the film thickness of the separately prepared evaluation sample was measured, it was 110 nm in total. Furthermore, acceleration voltage 1
The film thickness was measured for a separately prepared evaluation sample under a film forming condition of kV for 2 minutes, and it was 15 nm.
【0069】成形ガラスとしては、クラウン系光学ガラ
スSK12(軟化点Sp=672℃、転移点Tg=55
0℃)を用い、直径:φ32mmで、中心部の厚さ:
2.5mm、最外周の厚さ:1.4mmの、極薄の凸レ
ンズを成形する。成形条件は窒素雰囲気下、プレス温
度:620℃で行った。成形中、型と成形された光学素
子との離型性は非常に良好であった。また、成形後の型
表面を、走査型電子顕微鏡で観察した所、膜剥離、クラ
ックの発生、更には、ガラスの融着は認められず、非常
に良好な型表面性を有していた。また、成形ガラスレン
ズも、ガラスの割れが見られず、また、非常に良好な表
面粗さであった。また、成形耐久性についても非常に良
好で、実施例1のサンプルと比べても、1.3から1.
5倍の成形耐久性が得られた。As the molded glass, crown optical glass SK12 (softening point Sp = 672 ° C., transition point Tg = 55)
0 ° C), diameter: φ32 mm, thickness at the center:
An extremely thin convex lens having a thickness of 2.5 mm and an outermost thickness of 1.4 mm is formed. The molding was performed under a nitrogen atmosphere at a press temperature of 620 ° C. During molding, the mold releasability between the mold and the molded optical element was very good. When the surface of the mold after molding was observed with a scanning electron microscope, no exfoliation of the film, no generation of cracks, and no fusion of the glass were observed, and the mold had very good mold surface properties. Also, the molded glass lens did not show any cracks in the glass and had very good surface roughness. Further, the molding durability is also very good, and is 1.3 to 1.
Five times the molding durability was obtained.
【0070】[0070]
【発明の効果】本発明の光学素子成形用型の製造方法に
よれば、イオンビーム蒸着法により、成形面に少なくと
も硬質炭素膜を離型層として形成する光学素子成形用型
の形成方法において、該硬質炭素膜を成膜初期に加速電
圧を6〜21kVとし、成膜終期に加速電圧を0.4〜
4kVとして成膜することにより、低コストで、膜の劣
化や成形ガラスの表面粗さの劣化を生じない光学素子成
形用型を製造することができる。According to the method of manufacturing an optical element molding die of the present invention, the method of forming an optical element molding die in which at least a hard carbon film is formed as a release layer on a molding surface by ion beam evaporation is provided. The acceleration voltage of the hard carbon film is set to 6 to 21 kV at the initial stage of the film formation, and the acceleration voltage is set to 0.4 to 21 kV at the end of the film formation.
By forming a film at 4 kV, a mold for molding an optical element can be manufactured at low cost and without deterioration of the film or deterioration of the surface roughness of the formed glass.
【0071】その結果、上記製造法を用いた型を用い、
ガラス光学素子を成形すると、ガラスと型の離型性が極
めて良好であり、表面粗さ、面精度、透過率、形状精度
の良好な成形品が得られる。更に、これらの型を用い
て、プレス成形を長時間繰り返しても、膜剥離やクラッ
ク、傷の発生という欠陥が生じない、極めて耐久性の高
い光学素子成形用型が得られる。As a result, using a mold using the above-described manufacturing method,
When the glass optical element is molded, the mold releasability of the glass and the mold is extremely good, and a molded article having excellent surface roughness, surface accuracy, transmittance, and shape accuracy can be obtained. Furthermore, even if press molding is repeated using these molds for a long time, an extremely durable optical element molding die free from defects such as film peeling, cracking, and scratching can be obtained.
【0072】このように、本発明により得られた光学素
子成形用型およびその製造方法を用いることにより、生
産性の向上とコストダウンを実現することが可能となっ
た。As described above, by using the mold for molding an optical element obtained by the present invention and the method for producing the same, it has become possible to realize an improvement in productivity and a reduction in cost.
【図1】本発明に係る光学素子成形用型の一例を示す断
面図で、プレス成形前の状態を示す。FIG. 1 is a sectional view showing an example of an optical element molding die according to the present invention, showing a state before press molding.
【図2】本発明に係る光学素子成形用型の一例を示す断
面図で、プレス成形後の状態を示す。FIG. 2 is a sectional view showing an example of an optical element molding die according to the present invention, showing a state after press molding.
【図3】イオンビーム蒸着法による硬質炭素膜形成の模
式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of forming a hard carbon film by an ion beam evaporation method.
【図4】本発明に係る光学素子成型用型を製造する際
の、加速電圧の時間的変化の一例である。FIG. 4 is an example of a temporal change of an acceleration voltage when manufacturing an optical element molding die according to the present invention.
11 型母材 12 ガラス素材 13 硬質炭素膜 21 成形ガラス 31 真空容器 32 イオンビーム装置 33 加速電極 34 イオンビーム 35 基体 36 ガス排気口 37 バルブ 38 ガス流量計 39 圧力調整器 310 ガスボンベ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Type base material 12 Glass material 13 Hard carbon film 21 Molded glass 31 Vacuum container 32 Ion beam apparatus 33 Acceleration electrode 34 Ion beam 35 Base 36 Gas exhaust port 37 Valve 38 Gas flow meter 39 Pressure regulator 310 Gas cylinder
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 直 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 4G015 HA01 4K029 BA34 BA56 BB02 BD03 CA03 CA05 EA09 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Nao Miyazaki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo F-term in Canon Inc. (reference) 4G015 HA01 4K029 BA34 BA56 BB02 BD03 CA03 CA05 EA09
Claims (4)
なくとも硬質炭素膜を離型層として形成する光学素子成
形用型の製造方法において、該硬質炭素膜を成膜初期に
加速電圧を6〜21kVとし、成膜終期に加速電圧を
0.4〜4kVとして印加し、成膜することを特徴とす
る光学素子成形用型の製造方法。1. A method for producing an optical element molding die in which at least a hard carbon film is formed as a release layer on a molding surface by an ion beam vapor deposition method, wherein an acceleration voltage of 6 to 21 kV is applied at an early stage of forming the hard carbon film. And applying an accelerating voltage of 0.4 to 4 kV at the end of film formation to form a film.
て成膜する際の、膜厚を、10〜80nmとすることを
特徴とする、請求項1に記載の光学素子成形用型の製造
方法。2. The optical element molding die according to claim 1, wherein the film thickness is 10 to 80 nm when the film is formed at an acceleration voltage of 6 to 21 kV in the initial stage of film formation. Method.
して成膜する際の、膜厚を、5〜50nmとすることを
特徴とする、請求項1に記載の光学素子成形用型の製造
方法。3. The optical element molding die according to claim 1, wherein the film thickness is 5 to 50 nm when the film is formed at an acceleration voltage of 0.4 to 4 kV at the end of the film formation. Manufacturing method.
を特徴とする、請求項1に記載の光学素子成形用型の製
造方法。4. The method for manufacturing an optical element molding die according to claim 1, wherein the acceleration voltage is changed in two or more steps.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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