JP2009120447A - ガラスレンズ用成形型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高温成形において優れた密着性を有するガラスレンズ用成形型、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るガラスレンズ用成形型は、成膜面を有する基台と、成膜面に被覆され、Ｓｉ及びＣを含有する被膜と、を備え、被膜の層厚方向において、成膜面側におけるＳｉ及びＣの含有比率が、それとは反対の表面側におけるＳｉ及びＣの含有比率とは異なっており、しかも、表面側におけるＣの含有比率が、成膜面側におけるＣの含有比率よりも高い。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガラスレンズを成形する成形型、及びその製造方法に関する。

ガラスのレンズはガラス成形用金型を用い、通常３００〜７００℃の高温で成形される。このとき、高温下で酸化による、いわゆる肌荒れをせず、且つプレス成形後に、ガラスが成形型に融着しないことが必要である。そのため現状では、金型表面に被膜を形成する事によってガラスとの不親和性を確保しながらガラスの表面を保護する方法が採られている。このような被膜としては、一般に、白金を中心としたレアメタルの被膜、ＤＬＣ膜、及び炭素と水素を主成分とする非晶質薄膜（例えば、特許文献１）などがある。
特開平３−２４０９５７号公報

しかしながら、白金は入手が困難であり、また、その他の被膜も高温成形では被膜の劣化が激しく、金型からの剥離が起こりやすいという問題があった。したがって、現状のガラスレンズ用成形型には、改良の余地があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、高温成形において優れた密着性を有するガラスレンズ用成形型、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガラスレンズ用成形型は、上記問題を解決するためになされたものであり、成膜面を有する基台と、前記成膜面に被覆され、Ｓｉ及びＣを含有する被膜と、を備え、前記被膜の層厚方向において、前記成膜面と接する成膜面層におけるＳｉ及びＣの含有比率が、前記被膜の表面に露出する表面層におけるＳｉ及びＣの含有比率とは異なっており、しかも、前記表面層におけるＣの含有比率が、前記成膜面層におけるＣの含有比率よりも高い。

上記ガラスレンズ用成形型において、前記被膜は、成膜面側から配置された、前記成膜面層、中間層、及び前記表面層の層からなり、成膜面層及び表面層は、Ｓｉ及びＣの含有比率が略一定であり、中間層は、前記表面側にいくにしたがって、Ｃの含有率が増加していることが好ましい。

また、前記第３の層のＣの含有率は、７０〜８７原子％であることが好ましい。

また、前記第１の層のＣの含有率は、５２〜７０原子％であることが好ましい。

また、本発明に係るガラスレンズ用成形型の製造方法は、上記目的を達成するためになされたものであり、Ｓｉを含有するターゲットを準備し、不活性ガスと炭化水素ガスとが所定の割合で混合された混合ガスを供給してスパッタリングを所定時間行うことで、基台上の成膜面に、ＳｉとＣとを含有する被膜を形成する第１のステップと、前記混合ガスにおける炭化水素ガスの割合を増加させつつ、引き続きスパッタリングを行って被膜を形成する第２のステップと、前記混合ガスにおける炭化水素ガスの割合を一定にしつつ、スパッタリングを行って被膜を形成する第２のステップと、を備えている。

上記製造方法においては、第３のステップにおける炭化水素ガスの流量割合が１０〜１７％であることが好ましい。

また、第１のステップにおける炭化水素ガスの流量割合が、５〜１０％であることが好ましい。

本発明に係るガラスレンズ用成形型及びその製造方法によれば、高温成形において、成形型の基台に対する被膜の密着性を大きく向上することができる。

以下、本発明に係るガラスレンズ用成形型及びその製造方法の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るガラスレンズ用成形型の断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るガラスレンズ用成形型は、成形対象となるガラスレンズの成膜面１１を有する基台１を有しており、この基台１における成膜面１１に被膜２がコーティングされている。以下、基台１及び被膜２についてさらに詳細に説明する。

（基 台）
基台１を構成する材料としては、タングステンカーバイト（WC）、タングステンカーバイト（WC）−コバルト（Co）などの各種超硬材料、鉄または鉄合金など、炭化ケイ素、窒化ケイ素のセラミックス材料、カーボンを用いることができる。

成膜面１１は、基台の表面に形成されており、成形するガラスレンズの形状に沿うように形成されている。例えば、凸曲面状、凹曲面状、平面状にすることができる。そして、この成膜面１１は、一般的には、ダイヤモンドラッピング、などで鏡面加工されているが、表面粗さ（Ra）が0.001μm〜0.01μｍ程度であってもよい。

（被膜）
被膜２は、Ｓｉ及びＣを主成分とする材料で形成されている。そして、被膜２の層厚方向において、Ｓｉ及びＣの含有率が異なっている。すなわち、成膜面１１に接する成膜面層と、それとは反対の被膜２の表面で露出する表面層とで、上述した含有率が異なっており、表面側の領域でＣの含有率が大きくなっている。したがって、本実施形態においては、Ｓｉ及びＣの含有率が異なる少なくとも２つの層が形成されている。上記Ｓｉ及びＣ以外の成分として、例えば、ホウ素、窒素、水素、各種金属を添加することができる。

上記のような複数層からなる被膜としては、例えば、図２に示すように、被膜２を２層、つまり成膜面側の成膜面層２１、及び表面側の表面層２２で構成する。これらの層２１，２２の内部においては、ＳｉとＣの含有率は、ほぼ一定としてもよいし、或いは、層の内部において、厚さ方向で含有率が変化していてもよい。但し、いずれの場合でも、表面層２２のＣの含有率が、成膜面層２１の含有率よりも大きくなるようにする。

或いは、図３に示すように、被膜２を、成膜面１１側から並ぶ、成膜面層２１、中間層２３，及び表面層２２の３つの層で構成することもできる。そして、成膜面層２１及び表面層２２については、その内部におけるＳｉとＣの含有率は、ほぼ一定とし、表面層２２のＣの含有率が、成膜面層２１の含有率よりも大きくする。中間層２３については、成膜面層２１から表面層２２にいくにしたがって、Ｃの含有率が徐々に増大していくようにする。すなわち、中間層２３において、成膜面層２１と接する領域では、成膜面層２１とほぼ同じＣの含有率にし、表面層２２と接する領域では、表面層２２とほぼ同じ含有率となる。

ここで、図２及び図３のいずれの場合でも、成膜面層２１では、Ｃの含有率を、５２〜７０原子％とすることが好ましい。一方、表面層２２では、Ｃの含有率を、７０〜８７原子％とすることが好ましい。また、被膜２の層厚は、全体として０．１〜２μmであることが好ましい。
（被膜の製造方法）
成形型の製造方法としては、イオンプレーティング法、ＣＶＤ、等種々の方法を挙げることができるが、例えば、スパッタリングを採用することができる。この場合、ターゲットとしては、Ｓｉを含有する材料が使用される。

また、成膜雰囲気ガスは、メタン、エタン、エチレン、アセチレン等の炭化水素ガス、または一酸化炭素、ハロゲンか炭素等の炭素含有ガスを用いることができる。さらに、これらのガスに、適宜、ヘリウム、アルゴン、ネオンなどの不活性ガスを添加した混合ガスを成膜雰囲気ガスとすることができる。スパッタリングの種類としては、このほか、ターゲットの近傍に磁石を配置したマグネトロン・スパッタリングや、ターゲットを向かい合わせに配置する対向スパッタリングなどを用いることができる。

上述した３層からなる被膜を成膜する場合には、例えば、図４に示すように、３段階で成膜を行う。まず、炭化水素ガス及び不活性ガスの混合ガスを所定の流量割合で供給し、所定時間、スパッタリングを行う。これにより、上述した成膜面層２１が形成される。そして、所定時間経過後、炭化水素ガスの流量割合を徐々に増やしていきながら、引き続きスパッタリングを行う。この段階で上述した中間層２３が形成される。このとき、混合ガス全体の流量は一定にし、各ガスの流量の割合を変化させる。そして、炭化水素ガスの流量を所定の割合まで向上させた後、流量を一定として引き続き、所定時間、スパッタリングを継続する。これにより、上述した表面層２２が形成される。

続いて、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例には限定されない。ここでは、以下のように、スパッタリングにより、基台の成膜面に被膜を形成した。

Ａ．基台
基台は、超硬材であり、成膜面は、直径φ20.5ｍｍ、厚さ約５〜10ｍｍの円形とした。そして、成膜面は、ダイアモンドラッピングにより鏡面仕上げした。

Ｂ．成膜方法
以下のように、スパッタリングによる成膜を行う。
(1)ターゲット
純度９９．９９パーセントの金属Ｓｉターゲットを用いた。形状は、直径１５２．４ｍｍ、厚さ６ｍｍの円柱形である。
(2)成膜ガス雰囲気
アルゴンガスとメタンガスとの混合ガスの流量割合を３段階で変えつつ、スパッタリングを行う。すなわち、第１段階で3,600秒間、一定の流量割合で混合ガスを供給する。続いて、第２段階で600秒間でメタンガスの混合割合を上昇させた後、第３段階で600秒間、さらに一定割合で混合ガスを供給する。なお、混合ガスの全流量は、全工程に亘って一定とし、流量３９９ｓｃｃｍとした。評価試験のために、まず、第１段階での混合ガスの流量割合を一定とし、第３段階での混合ガスの流量割合を変化させて成膜を行った。さらに、第３段階での混合ガスの流量割合を一定と、第１段階での混合ガスの流量割合を変化させて成膜を行った。

・第１段階一定
第１段階では、アルゴンガス３６１ｓｃｃｍ，メタンガス３８ｓｃｃｍとし、第３段階の流量を下記のように変化させた。また、成膜された層におけるＣの含有率も測定した。なお、Cの含有率の測定はEDXにより行い、EDXで出たSiとCのAt%からC/(Si＋C)の計算式に基づき、Cの含有率を計算した。

・第３段階一定
第３段階では、アルゴンガス３５３ｓｃｃｍ，メタンガス４６ｓｃｃｍとし、第１段階の流量を下記のように変化させた。また、成膜された層におけるＣの含有率も測定した。

なお、上記試験No. ７，９では、被膜の全体に亘って、Ｃの含有率は一定である。
(3)成膜条件
出力１．５ｋＷとした。

Ｃ．評価試験
(1)密着性スクラッチ試験
上記の成膜後、６００℃で1,998秒間加熱した後、スクラッチ試験により、被膜の成膜面への密着性を評価した。用いた圧子は、円錐型ダイアモンド圧子であり、先端頂角１２０°、曲率半径０．２ｍｍである。この圧子により、荷重負荷速度１００Ｎ／ｍｉｎ，圧子走査速度１０ｍｍ／ｍｉｎの条件で被膜に対し、スクラッチ試験を行った。結果は、以下の通りである。

以上の試験の結果、成形膜層のＣの含有率を固定した試験No.２〜８においては、剥離荷重としては十分な結果が得られた。一方、表面層のＣの含有率を固定した試験No.９〜１５においては、試験No.９、１５以外は、良好な剥離荷重を得ることができた。

(2)離型性試験
上記試験No. ３，７，及び８において、以下の条件でガラスモールドプレス機による離型性試験を行った。この試験では、成膜した成形型の上に硝材ＢＫ−７をのせ、６７０℃で９９９秒間プレスした後の被膜の剥離等を目視によって評価した。

結果は、図５〜図７に示すように、試験No.３では、被膜が剥離することはなかったが、試験No.６，７においては、被膜がガラスに密着して剥離してしまった。

以上の結果より、成形膜層及び表面層で、Ｃの含有率が同じであるよりも、含有率が相違し、且つ表面層で含有率が高い方が良好な剥離荷重を得ることが分かった。特に、成形膜層のＣの含有率が、５２〜７０原子％であることが好ましく、表面層のＣの含有率が、これより大きく、７０〜８７原子％であることが好ましいと考えられる。

本発明の一実施形態に係るガラスレンズ用成形型の断面図である。 図１に示す被膜の一例を示す断面図である。 図１に示す被膜の他の例を示す断面図である。 成膜工程における炭化水素ガスの流量の割合の時間変化を示すグラフである。 離型性試験の結果を示す写真である。 離型性試験の結果を示す写真である。 離型性試験の結果を示す写真である。

符号の説明

１ 基台
１１ 成膜面
２ 被膜

Claims (7)

1. 成膜面を有する基台と、
   前記成膜面に被覆され、Ｓｉ及びＣを含有する被膜と、を備え、
   前記被膜の層厚方向において、前記成膜面と接する成膜面層におけるＳｉ及びＣの含有比率が、前記被膜の表面に露出する表面層におけるＳｉ及びＣの含有比率とは異なっており、しかも、前記表面層におけるＣの含有比率が、前記成膜面層におけるＣの含有比率よりも高い、ガラスレンズ用成形型。
2. 前記被膜は、成膜面側から配置された、前記成膜面層、中間層、及び前記表面層の層からなり、
   前記成膜面層及び表面層は、Ｓｉ及びＣの含有比率が略一定であり、
   前記中間層は、前記表面側にいくにしたがって、Ｃの含有率が増加している、請求項１に記載のガラスレンズ用成形型。
3. 前記表面層のＣの含有率が、７０〜８７原子％である、請求項１または２に記載のガラスレンズ用成形型。
4. 前記成膜面層のＣの含有率は、５２〜７０原子％である、請求項１から３のいずれかに記載のガラスレンズ用成形型。
5. Ｓｉを含有するターゲットを準備し、不活性ガスと炭化水素ガスとが所定の割合で混合された混合ガスを供給してスパッタリングを所定時間行うことで、基台上の成膜面に、ＳｉとＣとを含有する第１の層を形成する第１のステップと、
   前記混合ガスにおける炭化水素ガスの割合を増加させつつ、引き続きスパッタリングを行って第２の層を形成する第２のステップと、
   前記混合ガスにおける炭化水素ガスの割合を一定にしつつ、スパッタリングを行って第３の層を形成する第３のステップと、
   を備えている、ガラスレンズ用成形型の製造方法。
6. 前記第３のステップにおける炭化水素ガスの流量割合が１０〜１７％である、請求項５に記載のガラスレンズ用成形型の製造方法。
7. 前記第１のステップにおける炭化水素ガスの流量割合が、５〜１０％である、請求項５または６に記載のガラスレンズ用成形型の製造方法。