JP2815057B2 - 光学素子成形用型、その製造方法、光学素子及びレンズ - Google Patents
光学素子成形用型、その製造方法、光学素子及びレンズInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズ、プリズム等の
ガラスよりなる光学素子をガラス素材のプレス成形によ
り製造するのに使用される型に関するものである。
ガラスよりなる光学素子をガラス素材のプレス成形によ
り製造するのに使用される型に関するものである。
【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、簡単且つ安
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てきた。
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、簡単且つ安
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てきた。
【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、鏡面加工性等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、セラミックス及
びそれらをコーティングした材料等、数多くの提案がさ
れている。いくつかの例を挙げるならば、特開昭４９−
５１１１２には１３Ｃｒマルテンサイト鋼が、特開昭５
２−４５６１３にはＳｉＣ及びＳｉ3 Ｎ4 が、特開昭６
０−２４６２３０には超硬合金に貴金属をコーティング
した材料が、又、特開昭６１−１８３１３４，６１−２
８１０３０、特開平１−３０１８６４にはダイヤモンド
薄膜もしくはダイヤモンド状炭素膜、特開昭６４−８３
５２９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。
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、鏡面加工性等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、セラミックス及
びそれらをコーティングした材料等、数多くの提案がさ
れている。いくつかの例を挙げるならば、特開昭４９−
５１１１２には１３Ｃｒマルテンサイト鋼が、特開昭５
２−４５６１３にはＳｉＣ及びＳｉ3 Ｎ4 が、特開昭６
０−２４６２３０には超硬合金に貴金属をコーティング
した材料が、又、特開昭６１−１８３１３４，６１−２
８１０３０、特開平１−３０１８６４にはダイヤモンド
薄膜もしくはダイヤモンド状炭素膜、特開昭６４−８３
５２９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】
【発明が解決しようとしている課題】しかし、１３Ｃｒ
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 は一般的には酸化されにくいとされている
が、高温ではやはり酸化が起こり表面にＳｉＯ2 の膜が
形成されるためガラスの融着を生じる。更に、高硬度の
ため型自体の加工性が極めて悪いという欠点をもつ。貴
金属をコーティングした材料は融着は起こしにくいが、
極めて柔らかいため傷がつき易く変形し易いという欠点
を持つ。
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 は一般的には酸化されにくいとされている
が、高温ではやはり酸化が起こり表面にＳｉＯ2 の膜が
形成されるためガラスの融着を生じる。更に、高硬度の
ため型自体の加工性が極めて悪いという欠点をもつ。貴
金属をコーティングした材料は融着は起こしにくいが、
極めて柔らかいため傷がつき易く変形し易いという欠点
を持つ。
【０００５】又、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭
素膜（以下ＤＬＣ膜）、水素化アモルファス炭素膜（以
下ａ−Ｃ：Ｈ膜）、硬質炭素膜を用いた型は、型とガラ
スの離型性が良く、ガラスの融着を起こさないが、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。この原因として以下のことが考えられる。 前述の膜はいずれも非常に大きな圧縮応力を有してお
り、成形プロセスにおける急加熱−急冷却にともなう応
力解放の結果として剥離、クラック等が生じる。同様に
型母材と膜の熱膨張係数の違いと熱サイクルに起因する
熱応力によっても同様な現象が生じる。型母材によっ
ては、表面状態により膜が部分的に成形されなかった
り、膜厚が薄いことがある。例えば、ＷＣ−ＣｏやＳｉ
Ｃ，Ｓｉ3 Ｎ4 等の焼結体では、粒の欠落や焼結時のポ
アが避けられず、成形研磨面に数μｍ以上の穴が存在し
ている。こうした面に膜を形成したとき、これらの穴に
は膜が形成されなかったり、極端に膜厚の薄い状態にな
る。従って、こうした部分の膜の付着強度や、機械的強
度は著しく低下するため剥離やクラックの発生起点とな
りやすい。ＷＣ−ＣｏのＣｏに代表される焼結体中の
焼結助材と前述の膜の間で拡散による合金形成が生じ
る。こうした部分は成形時にガラスの融着が生じガラス
中に含有される成分と反応し析出物を生じる結果、耐久
性の劣化を招く。
素膜（以下ＤＬＣ膜）、水素化アモルファス炭素膜（以
下ａ−Ｃ：Ｈ膜）、硬質炭素膜を用いた型は、型とガラ
スの離型性が良く、ガラスの融着を起こさないが、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。この原因として以下のことが考えられる。 前述の膜はいずれも非常に大きな圧縮応力を有してお
り、成形プロセスにおける急加熱−急冷却にともなう応
力解放の結果として剥離、クラック等が生じる。同様に
型母材と膜の熱膨張係数の違いと熱サイクルに起因する
熱応力によっても同様な現象が生じる。型母材によっ
ては、表面状態により膜が部分的に成形されなかった
り、膜厚が薄いことがある。例えば、ＷＣ−ＣｏやＳｉ
Ｃ，Ｓｉ3 Ｎ4 等の焼結体では、粒の欠落や焼結時のポ
アが避けられず、成形研磨面に数μｍ以上の穴が存在し
ている。こうした面に膜を形成したとき、これらの穴に
は膜が形成されなかったり、極端に膜厚の薄い状態にな
る。従って、こうした部分の膜の付着強度や、機械的強
度は著しく低下するため剥離やクラックの発生起点とな
りやすい。ＷＣ−ＣｏのＣｏに代表される焼結体中の
焼結助材と前述の膜の間で拡散による合金形成が生じ
る。こうした部分は成形時にガラスの融着が生じガラス
中に含有される成分と反応し析出物を生じる結果、耐久
性の劣化を招く。
【０００６】以上のように、成形性、耐久性、経済性に
優れた光学素子成形用型を実現するに至っていない。
優れた光学素子成形用型を実現するに至っていない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１は、型母材
の成形面に形成された炭素膜と型母材の界面において、
型母材の構成元素と膜構成元素が酸素と結合した領域を
設けた型により上述の問題を解決したものである。
の成形面に形成された炭素膜と型母材の界面において、
型母材の構成元素と膜構成元素が酸素と結合した領域を
設けた型により上述の問題を解決したものである。
【０００８】炭素とガラスは馴染みが良くないためにガ
ラスの成形用型に炭素を用いることは古くから行われて
きた。これをより精密に行う必要のあるガラスモールド
では型母材の成形面に前述の硬質で滑らかな炭素膜を形
成する。しかしながら、これらの膜の内部応力が大きく
ガラスが成形される高温領域では熱安定性に欠けるた
め、成形回数が増えるに従い、型母材と膜の付着強度が
低下するという問題が発生する。すなわち、ガラスモー
ルドに於ける型表面材料としての炭素膜の問題は、主に
型母材と膜の付着強度に係わるものである。
ラスの成形用型に炭素を用いることは古くから行われて
きた。これをより精密に行う必要のあるガラスモールド
では型母材の成形面に前述の硬質で滑らかな炭素膜を形
成する。しかしながら、これらの膜の内部応力が大きく
ガラスが成形される高温領域では熱安定性に欠けるた
め、成形回数が増えるに従い、型母材と膜の付着強度が
低下するという問題が発生する。すなわち、ガラスモー
ルドに於ける型表面材料としての炭素膜の問題は、主に
型母材と膜の付着強度に係わるものである。
【０００９】この問題に関して、本発明は、ダイヤモン
ド膜、ＤＬＣ膜及びａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等の炭素
膜を型母材の成形表面に形成するに際し、型母材表面と
炭素膜の界面に、型母材と炭素膜に結合した酸素が存在
する領域を設けることにより型母材と膜の付着強度を改
善するものである。酸素の存在する領域は、型母材表面
に通常存在する自然酸化膜を構成するものではなく、こ
の自然酸化膜を除去したのち新たに形成するものであ
る。すなわち、酸素は型母材側では型母材構成元素と炭
素膜側では炭素もしくは水素、あるいは、その双方と結
合している。この様な酸素の存在する界面の形成は、炭
素膜を形成する際に、酸素イオンビームや酸素プラズマ
を照射したり、炭素膜形成に用いる原料ガスとしてその
初期段階に酸素を含有する原料を使用したり、あるい
は、炭素膜を形成した後適当な酸素量を有する雰囲気中
で熱処理を行う等の方法により実現することができる。
界面に形成する酸素層に於ける酸素量は、１〜１０ａｔ
ｏｍ％の範囲が適している。これは、酸素量が１０ａｔ
ｏｍ％を超えると型母材と膜の付着強度が逆に低下し、
１ａｔｏｍ％より少ないと付着強度の改善が見られない
からである。又、酸素の存在する界面の厚さとしては５
〜５００Åの範囲が適している。これは、酸素層の厚さ
が５００Åを超えると型母材と膜の付着強度が低下する
だけでなく膜硬度も低下し、５Åより薄と付着強度の改
善が見られないからである。
ド膜、ＤＬＣ膜及びａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等の炭素
膜を型母材の成形表面に形成するに際し、型母材表面と
炭素膜の界面に、型母材と炭素膜に結合した酸素が存在
する領域を設けることにより型母材と膜の付着強度を改
善するものである。酸素の存在する領域は、型母材表面
に通常存在する自然酸化膜を構成するものではなく、こ
の自然酸化膜を除去したのち新たに形成するものであ
る。すなわち、酸素は型母材側では型母材構成元素と炭
素膜側では炭素もしくは水素、あるいは、その双方と結
合している。この様な酸素の存在する界面の形成は、炭
素膜を形成する際に、酸素イオンビームや酸素プラズマ
を照射したり、炭素膜形成に用いる原料ガスとしてその
初期段階に酸素を含有する原料を使用したり、あるい
は、炭素膜を形成した後適当な酸素量を有する雰囲気中
で熱処理を行う等の方法により実現することができる。
界面に形成する酸素層に於ける酸素量は、１〜１０ａｔ
ｏｍ％の範囲が適している。これは、酸素量が１０ａｔ
ｏｍ％を超えると型母材と膜の付着強度が逆に低下し、
１ａｔｏｍ％より少ないと付着強度の改善が見られない
からである。又、酸素の存在する界面の厚さとしては５
〜５００Åの範囲が適している。これは、酸素層の厚さ
が５００Åを超えると型母材と膜の付着強度が低下する
だけでなく膜硬度も低下し、５Åより薄と付着強度の改
善が見られないからである。
【００１０】本発明において型母材として用いられる材
料は、ＷＣ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ，ＢＮ，ＴｉＮ，
ＡｌＮ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ
2 ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，サーメット，サイアロン，ムライ
ト，カーボン・コンポジット（Ｃ／Ｃ），カーボンファ
イバー（ＣＦ），ＷＣ−Ｃｏ合金等から選ばれる。これ
らの型母材の成形面に前述の炭素膜を形成する。ダイヤ
モンド膜は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、熱フィラメ
ントＣＶＤ法、プラズマ・ジェット法、電子サイクロト
ロン共鳴プラズマＣＶＤ法等により形成される。又、Ｄ
ＬＣ膜及びａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜は、プラズマＣＶ
Ｄ法、イオンビームスパッタ法、イオンビーム蒸着法、
プラズマスパッタ法等により形成される。膜の形成に用
いるガスとしては、含炭素ガスであるメタン、エタン、
プロパン、エチレン、ベンゼン、アセチレン等の炭化水
素；塩化メチレン、四塩化炭素、クロロホルム、トリク
ロルエタン等のハロゲン化炭化水素；メチルアルコー
ル、エチルアルコール等のアルコール類；（ＣＨ3 ）2
ＣＯ，（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＣＯ等のケトン類；ＣＯ，ＣＯ2
等のガス、及びこれらのガスにＮ2 ，Ｈ2 ，Ｏ2 ，Ｈ2
Ｏ，Ａｒ等のガスを混合したものが挙げられる。
料は、ＷＣ，ＳｉＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ，ＢＮ，ＴｉＮ，
ＡｌＮ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ
2 ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，サーメット，サイアロン，ムライ
ト，カーボン・コンポジット（Ｃ／Ｃ），カーボンファ
イバー（ＣＦ），ＷＣ−Ｃｏ合金等から選ばれる。これ
らの型母材の成形面に前述の炭素膜を形成する。ダイヤ
モンド膜は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、熱フィラメ
ントＣＶＤ法、プラズマ・ジェット法、電子サイクロト
ロン共鳴プラズマＣＶＤ法等により形成される。又、Ｄ
ＬＣ膜及びａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜は、プラズマＣＶ
Ｄ法、イオンビームスパッタ法、イオンビーム蒸着法、
プラズマスパッタ法等により形成される。膜の形成に用
いるガスとしては、含炭素ガスであるメタン、エタン、
プロパン、エチレン、ベンゼン、アセチレン等の炭化水
素；塩化メチレン、四塩化炭素、クロロホルム、トリク
ロルエタン等のハロゲン化炭化水素；メチルアルコー
ル、エチルアルコール等のアルコール類；（ＣＨ3 ）2
ＣＯ，（Ｃ6 Ｈ5 ）2 ＣＯ等のケトン類；ＣＯ，ＣＯ2
等のガス、及びこれらのガスにＮ2 ，Ｈ2 ，Ｏ2 ，Ｈ2
Ｏ，Ａｒ等のガスを混合したものが挙げられる。
【００１１】この様に、本発明の第１は、型母材の成形
面に形成されたダイヤモンド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ
膜、硬質炭素膜等の炭素膜と型母材の界面において、型
母材の構成元素と膜構成元素が酸素と結合した領域を設
けた型により型母材と膜の付着強度を改善し耐久性の向
上を実現するものである。
面に形成されたダイヤモンド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ
膜、硬質炭素膜等の炭素膜と型母材の界面において、型
母材の構成元素と膜構成元素が酸素と結合した領域を設
けた型により型母材と膜の付着強度を改善し耐久性の向
上を実現するものである。
【００１２】本発明の第２は、型母材の成形面にイオン
注入もしくはイオン打ち込みにより炭素イオンを注入し
た型もしくは注入後、炭素膜を形成した型により上述の
問題を解決したものである。
注入もしくはイオン打ち込みにより炭素イオンを注入し
た型もしくは注入後、炭素膜を形成した型により上述の
問題を解決したものである。
【００１３】イオン注入もしくはイオン打ち込みは、添
加を目的とする粒子をイオン化し超高真空中で数１０ｋ
ｅＶから数１００ｋｅＶに加速して固体基板に添加する
ことにより、バルクと異なった特定の性質を有する表面
層を形成する手法である。固体へ照射されたイオンが固
体に侵入すると基板原子との衝突を繰り返してエネルギ
ーを損失する。その結果、注入したイオンは固体基板内
に停止するが、このときの侵入深さは、通常のイオン注
入の場合、０．０１〜１μｍ程度である。注入したイオ
ンの固体内部での分布の仕方は、固体が非晶質の場合ほ
どんどの照射イオンと照射される固体においてＬＳＳ理
論によって求められる。又、侵入深さに関する最大濃度
の深さやその広がりは、基板、注入イオンとその加速エ
ネルギーによって決定される。
加を目的とする粒子をイオン化し超高真空中で数１０ｋ
ｅＶから数１００ｋｅＶに加速して固体基板に添加する
ことにより、バルクと異なった特定の性質を有する表面
層を形成する手法である。固体へ照射されたイオンが固
体に侵入すると基板原子との衝突を繰り返してエネルギ
ーを損失する。その結果、注入したイオンは固体基板内
に停止するが、このときの侵入深さは、通常のイオン注
入の場合、０．０１〜１μｍ程度である。注入したイオ
ンの固体内部での分布の仕方は、固体が非晶質の場合ほ
どんどの照射イオンと照射される固体においてＬＳＳ理
論によって求められる。又、侵入深さに関する最大濃度
の深さやその広がりは、基板、注入イオンとその加速エ
ネルギーによって決定される。
【００１４】前述の型母材と炭素膜の付着強度の問題に
関して、本発明は、成形面に炭素イオンを注入すること
により成形面の表層に炭素の注入層を形成することによ
り解決することができる。この注入層は、型母材との密
着性が良好であり、表面硬度も型母材と同等以上で高温
での熱安定性も良好である。又、注入量は、１０15ｉｏ
ｎｓ／ｃｍ2 〜１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 の範囲が好まし
い。これは、１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満ではガラスと
の離型性が悪く、１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 を超えると成
形面の表面がスパッタされ表面状態が悪くなるためであ
る。次に、注入中あるいは、注入後の型母材を熱処理す
ることにより、注入したイオンは増速拡散効果により分
布の広がり効果を生みだし、深い侵入が実現される。こ
の結果、型母材との密着性が更に向上すると共に熱的安
定性も増す。
関して、本発明は、成形面に炭素イオンを注入すること
により成形面の表層に炭素の注入層を形成することによ
り解決することができる。この注入層は、型母材との密
着性が良好であり、表面硬度も型母材と同等以上で高温
での熱安定性も良好である。又、注入量は、１０15ｉｏ
ｎｓ／ｃｍ2 〜１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 の範囲が好まし
い。これは、１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満ではガラスと
の離型性が悪く、１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 を超えると成
形面の表面がスパッタされ表面状態が悪くなるためであ
る。次に、注入中あるいは、注入後の型母材を熱処理す
ることにより、注入したイオンは増速拡散効果により分
布の広がり効果を生みだし、深い侵入が実現される。こ
の結果、型母材との密着性が更に向上すると共に熱的安
定性も増す。
【００１５】炭素イオンを注入した成形面上に前述の炭
素膜を形成するとイオン注入を行わない場合に比べて型
母材と膜の付着力が向上する効果がある。このとき、注
入した表面を水素プラズマ照射し、イオン注入した表層
のアモルファス化（グラファイト化）した部分を除去し
た後、前述の炭素膜を形成すると型母材と膜の付着力が
更に向上する。この場合、注入するイオン量の下限は、
１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満であってもよい。イオン注
入された成形面に形成される炭素膜は、ダイヤモンド
膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、ＤＬＣ膜、硬質炭素膜、あるいは、
これらの二種以上の混合膜である。又、型母材の材料、
これらの膜の形成法、用いるガスの具体例は前述と同じ
である。
素膜を形成するとイオン注入を行わない場合に比べて型
母材と膜の付着力が向上する効果がある。このとき、注
入した表面を水素プラズマ照射し、イオン注入した表層
のアモルファス化（グラファイト化）した部分を除去し
た後、前述の炭素膜を形成すると型母材と膜の付着力が
更に向上する。この場合、注入するイオン量の下限は、
１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満であってもよい。イオン注
入された成形面に形成される炭素膜は、ダイヤモンド
膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、ＤＬＣ膜、硬質炭素膜、あるいは、
これらの二種以上の混合膜である。又、型母材の材料、
これらの膜の形成法、用いるガスの具体例は前述と同じ
である。
【００１６】この様に、本発明の第２は、型母材の成形
面に炭素イオンを注入するか、もしくはイオン注入後に
ダイヤモンド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜
等の炭素膜を形成することにより型母材と膜の付着強度
を改善し耐久性の向上を実現するものである。
面に炭素イオンを注入するか、もしくはイオン注入後に
ダイヤモンド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜
等の炭素膜を形成することにより型母材と膜の付着強度
を改善し耐久性の向上を実現するものである。
【００１７】本発明の第３は、型母材の成形面に炭素膜
を形成時あるいは形成後にイオン注入を行った型により
上述の問題を解決したものである。
を形成時あるいは形成後にイオン注入を行った型により
上述の問題を解決したものである。
【００１８】型母材の成形面にダイヤモンド膜、ＤＬＣ
膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等の炭素膜を形成する
際、もしくは形成後に膜界面よりも大きい飛程を持つ高
エネルギーのイオンを好ましくは１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ
2 以上注入することにより、界面において型母材と膜の
原子をミキシングさせる。ビーム・ミキシングはビーム
の持つエネルギーにより膜と型母材の界面で原子を混合
し鋭い界面の消失や原子混合による化合物形成を目的と
している。
膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等の炭素膜を形成する
際、もしくは形成後に膜界面よりも大きい飛程を持つ高
エネルギーのイオンを好ましくは１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ
2 以上注入することにより、界面において型母材と膜の
原子をミキシングさせる。ビーム・ミキシングはビーム
の持つエネルギーにより膜と型母材の界面で原子を混合
し鋭い界面の消失や原子混合による化合物形成を目的と
している。
【００１９】数ｋｅＶ以上のイオンビームを固体基板に
照射すると基板表面層はスパッタリングにより削り取ら
れ、照射イオンは注入効果により固体表層に侵入する。
侵入したイオンは固体基板原子と衝突し、それによりエ
ネルギーを失って最終的に静止する。衝突には核的衝突
と電子的衝突があり、前者は基板原子の引き出し、後者
は励起を起こす。これらは構造変化の要因となるもの
で、イオンビーム照射は固体基板表層の組成や構造を変
化させ表層を巨視的にも改質することができる。又、薄
膜にイオンを照射する効果は、薄膜／母材界面を通過す
る条件でイオンビームを照射すると界面付近の原子の混
合が認められることであり、この原子混合は深さ方向の
みならずイオンビームの入射方向に垂直な方向において
も起こる。固体へ照射されたイオンは、固体に侵入する
と基板原子との衝突を繰り返してエネルギーを損失す
る。その結果、注入したイオンは固体基板内に停止する
が、このときの侵入深さは、通常のイオン注入の場合、
０．０１〜１μｍ程度である。注入したイオンの固体内
部での分布の仕方は、固体が非晶質の場合ほとんどの照
射イオンと照射される固体においてＬＳＳ理論によって
求められる。又、侵入深さに関する最大濃度の深さやそ
の広がりは、基板、注入イオンとそのエネルギーによっ
て決定される。
照射すると基板表面層はスパッタリングにより削り取ら
れ、照射イオンは注入効果により固体表層に侵入する。
侵入したイオンは固体基板原子と衝突し、それによりエ
ネルギーを失って最終的に静止する。衝突には核的衝突
と電子的衝突があり、前者は基板原子の引き出し、後者
は励起を起こす。これらは構造変化の要因となるもの
で、イオンビーム照射は固体基板表層の組成や構造を変
化させ表層を巨視的にも改質することができる。又、薄
膜にイオンを照射する効果は、薄膜／母材界面を通過す
る条件でイオンビームを照射すると界面付近の原子の混
合が認められることであり、この原子混合は深さ方向の
みならずイオンビームの入射方向に垂直な方向において
も起こる。固体へ照射されたイオンは、固体に侵入する
と基板原子との衝突を繰り返してエネルギーを損失す
る。その結果、注入したイオンは固体基板内に停止する
が、このときの侵入深さは、通常のイオン注入の場合、
０．０１〜１μｍ程度である。注入したイオンの固体内
部での分布の仕方は、固体が非晶質の場合ほとんどの照
射イオンと照射される固体においてＬＳＳ理論によって
求められる。又、侵入深さに関する最大濃度の深さやそ
の広がりは、基板、注入イオンとそのエネルギーによっ
て決定される。
【００２０】前述の型母材と炭素膜の付着強度の問題に
関して、本発明は、型母材の成形面にガラスとの馴染み
の悪い炭素系の膜であるダイヤモンド膜、ＤＬＣ膜、ａ
−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等の炭素膜を形成する際、もし
くは形成後に膜界面よりも大きい飛程を持つ高エネルギ
ーのイオンを照射することにより成形面と膜界面におい
て原子混合状態を形成することにより従来問題であった
膜の付着強度を改善することができる。このとき注入イ
オンの注入量が、１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上のとき基
板材料と膜の界面において十分なミキシングの効果が得
られる。注入量は１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上であれば
良いが１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 を超えると表面が荒れる
ことがあるので可能な限り１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2 〜１
０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 の範囲が好ましい。次に、ミキシ
ング中あるいは、ミキシング後に母材を熱処理すること
により、イオンは増速拡散効果により分布の広がり効果
を生みだし、深い侵入が実現されミキシングの効果があ
がる。この結果、型母材との密着性が更に向上すると共
に熱的安定性も増す。イオン注入された成形面に形成さ
れる炭素膜は、ダイヤモンド膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、ＤＬＣ
膜、硬質炭素膜、あるいは、これらの二種以上の混合膜
である。又、型母材の材料、これらの膜の形成法、用い
るガスの具体例は前述と同じである。
関して、本発明は、型母材の成形面にガラスとの馴染み
の悪い炭素系の膜であるダイヤモンド膜、ＤＬＣ膜、ａ
−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等の炭素膜を形成する際、もし
くは形成後に膜界面よりも大きい飛程を持つ高エネルギ
ーのイオンを照射することにより成形面と膜界面におい
て原子混合状態を形成することにより従来問題であった
膜の付着強度を改善することができる。このとき注入イ
オンの注入量が、１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上のとき基
板材料と膜の界面において十分なミキシングの効果が得
られる。注入量は１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上であれば
良いが１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 を超えると表面が荒れる
ことがあるので可能な限り１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2 〜１
０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 の範囲が好ましい。次に、ミキシ
ング中あるいは、ミキシング後に母材を熱処理すること
により、イオンは増速拡散効果により分布の広がり効果
を生みだし、深い侵入が実現されミキシングの効果があ
がる。この結果、型母材との密着性が更に向上すると共
に熱的安定性も増す。イオン注入された成形面に形成さ
れる炭素膜は、ダイヤモンド膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、ＤＬＣ
膜、硬質炭素膜、あるいは、これらの二種以上の混合膜
である。又、型母材の材料、これらの膜の形成法、用い
るガスの具体例は前述と同じである。
【００２１】この様に、本発明の第３は、型母材の成形
面にダイヤモンド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭
素膜等の炭素膜を形成時あるいは形成後にイオン注入を
することにより型母材と膜の付着強度を改善し耐久性の
向上を実現するものである。
面にダイヤモンド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭
素膜等の炭素膜を形成時あるいは形成後にイオン注入を
することにより型母材と膜の付着強度を改善し耐久性の
向上を実現するものである。
【００２２】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の具体的実
施例を説明する。
施例を説明する。
【００２３】［炭素膜と型母材の界面に酸素が存在する
例（実施例１〜６）］ （実施例１）図１及び図２は本発明に係わる光学素子成
形用型の一つの実施様態を示すものである。図１は光学
素子のプレス成形面の状態を示し、図２は光学素子成形
後の状態を示す。図１中１は型母材、２はガラス素材を
成形する成形面を有するＤＬＣ膜、３はガラス素材であ
り、図２中４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３をプレス成形することによっ
てレンズ等の光学素子４が形成される。
例（実施例１〜６）］ （実施例１）図１及び図２は本発明に係わる光学素子成
形用型の一つの実施様態を示すものである。図１は光学
素子のプレス成形面の状態を示し、図２は光学素子成形
後の状態を示す。図１中１は型母材、２はガラス素材を
成形する成形面を有するＤＬＣ膜、３はガラス素材であ
り、図２中４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３をプレス成形することによっ
てレンズ等の光学素子４が形成される。
【００２４】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。
詳細に説明する。
【００２５】型母材として焼結ＳｉＣを所定の形状に加
工した後、ＣＶＤ法により多結晶のＳｉＣ膜を形成した
後成形面を鏡面研磨したものを用いた。この型を良く洗
浄したのち、図３に示すＥＣＲプラズマＣＶＤ装置に設
置した。図中５はプラズマ発生室、６は型、７はガス供
給系、８はマイクロ波発振器及び導波管、９は排気系、
１０はサンプルホルダーである。まず、装置内を１×１
０-6Ｔｏｒｒに排気した後、ガス供給系よりＡｒ：５０
ｓｃｃｍを導入しガス圧を２×１０-2Ｔｏｒｒとした。
次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を８の発振器と導波
管によって５００Ｗ投入し、Ａｒプラズマにより表面酸
化膜を約３５０Å取り除く清浄化処理を行った。この
後、ガス供給系により０2 ：５０ｓｃｃｍを導入しガス
圧を３×１０-2Ｔｏｒｒとし、２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を７００Ｗ投入し酸素のＥＣＲプラズマを形成し型
母材表面に２分間照射した。更に、ガス供給系よりＣ6
Ｈ6：２５ｓｃｃｍを導入しガス圧力を２×１０-3Ｔｏ
ｒｒとした。次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を８の
発振器と導波管によって５００Ｗ投入した。このとき外
部の電磁石１２によりマイクロ波導入窓１１で１５００
Ｇａｕｓｓ，プラズマ室の出口で８７５ＧａｕｓｓのＥ
ＣＲ点、型母材位置で６５０Ｇａｕｓｓとなる発散磁場
を印加した。なお、不図示のバイアス電源により型母材
に−５００Ｖの負バイアスを印加して膜厚２０００Åの
ＤＬＣ膜を形成した。このとき型母材は３００℃に加熱
した。
工した後、ＣＶＤ法により多結晶のＳｉＣ膜を形成した
後成形面を鏡面研磨したものを用いた。この型を良く洗
浄したのち、図３に示すＥＣＲプラズマＣＶＤ装置に設
置した。図中５はプラズマ発生室、６は型、７はガス供
給系、８はマイクロ波発振器及び導波管、９は排気系、
１０はサンプルホルダーである。まず、装置内を１×１
０-6Ｔｏｒｒに排気した後、ガス供給系よりＡｒ：５０
ｓｃｃｍを導入しガス圧を２×１０-2Ｔｏｒｒとした。
次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を８の発振器と導波
管によって５００Ｗ投入し、Ａｒプラズマにより表面酸
化膜を約３５０Å取り除く清浄化処理を行った。この
後、ガス供給系により０2 ：５０ｓｃｃｍを導入しガス
圧を３×１０-2Ｔｏｒｒとし、２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を７００Ｗ投入し酸素のＥＣＲプラズマを形成し型
母材表面に２分間照射した。更に、ガス供給系よりＣ6
Ｈ6：２５ｓｃｃｍを導入しガス圧力を２×１０-3Ｔｏ
ｒｒとした。次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を８の
発振器と導波管によって５００Ｗ投入した。このとき外
部の電磁石１２によりマイクロ波導入窓１１で１５００
Ｇａｕｓｓ，プラズマ室の出口で８７５ＧａｕｓｓのＥ
ＣＲ点、型母材位置で６５０Ｇａｕｓｓとなる発散磁場
を印加した。なお、不図示のバイアス電源により型母材
に−５００Ｖの負バイアスを印加して膜厚２０００Åの
ＤＬＣ膜を形成した。このとき型母材は３００℃に加熱
した。
【００２６】次に、本発明による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例を示す。図４
中、５１は真空槽本体、５２はそのフタ、５３は光学素
子を成形するための上型、５４はその下型、５５は上型
を押さえるための上型おさえ、５６は胴型、５７は型ホ
ルダー、５８はヒーター、５９は下型を突き上げる突き
上げ棒、６０は該突き上げ棒を作動するエアシリンダ、
６１は油回転ポンプ、６２，６３，６４はバルブ、６５
は不活性ガス流入パイプ、６６はバルブ、６７はリーク
バルブ、６８はバルブ、６９は温度センサ、７０は水冷
パイプ、７１は真空槽を支持する台を示す。
ってガラスレンズのプレス成形を行った例を示す。図４
中、５１は真空槽本体、５２はそのフタ、５３は光学素
子を成形するための上型、５４はその下型、５５は上型
を押さえるための上型おさえ、５６は胴型、５７は型ホ
ルダー、５８はヒーター、５９は下型を突き上げる突き
上げ棒、６０は該突き上げ棒を作動するエアシリンダ、
６１は油回転ポンプ、６２，６３，６４はバルブ、６５
は不活性ガス流入パイプ、６６はバルブ、６７はリーク
バルブ、６８はバルブ、６９は温度センサ、７０は水冷
パイプ、７１は真空槽を支持する台を示す。
【００２７】レンズを製作する工程を次に述べる。
【００２８】フリント系光学ガラス（ＳＦ１４）を所定
の量に調整し、球状にしたガラス素材を型のキャビティ
ー内に置き、これを成形装置内に設置する。ガラス素材
を投入した型を装置内に設置してから真空槽５１の蓋５
２を閉じ、水冷パイプ７０に水を流し、ヒーター５８に
電流を流す。このとき窒素ガス用バルブ６６及び６８は
閉じ、排気系バルブ６２，６３，６４も閉じている。
尚、油回転ポンプ６１は常に回転している。バルブ６２
を開け排気を開始してから１０-2Ｔｏｒｒ以下になった
らバルブ６２を閉じ、バルブ６６を開いて窒素ガスをボ
ンベより真空槽内に導入する。所定の温度になったらエ
アシリンダ６０を作動させて２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力
で１分間加圧する。圧力を解除した後、冷却速度を−５
℃／ｍｉｎで転移点以下になるまで冷却し、その後は−
２０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却を行い２００℃以下に
下がったらバルブ６６を閉じ、リークバルブ６３を開い
て真空槽５１内に空気を導入する。それから蓋５２を開
け上型おさえを外して成形物を取り出す。上記のように
して、フリント系光学ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓｐ＝５
８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）を使用して図２に示す
レンズ４を成形した。このときの成形条件すなわち時間
−温度関係図を図５に示す。
の量に調整し、球状にしたガラス素材を型のキャビティ
ー内に置き、これを成形装置内に設置する。ガラス素材
を投入した型を装置内に設置してから真空槽５１の蓋５
２を閉じ、水冷パイプ７０に水を流し、ヒーター５８に
電流を流す。このとき窒素ガス用バルブ６６及び６８は
閉じ、排気系バルブ６２，６３，６４も閉じている。
尚、油回転ポンプ６１は常に回転している。バルブ６２
を開け排気を開始してから１０-2Ｔｏｒｒ以下になった
らバルブ６２を閉じ、バルブ６６を開いて窒素ガスをボ
ンベより真空槽内に導入する。所定の温度になったらエ
アシリンダ６０を作動させて２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力
で１分間加圧する。圧力を解除した後、冷却速度を−５
℃／ｍｉｎで転移点以下になるまで冷却し、その後は−
２０℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却を行い２００℃以下に
下がったらバルブ６６を閉じ、リークバルブ６３を開い
て真空槽５１内に空気を導入する。それから蓋５２を開
け上型おさえを外して成形物を取り出す。上記のように
して、フリント系光学ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓｐ＝５
８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）を使用して図２に示す
レンズ４を成形した。このときの成形条件すなわち時間
−温度関係図を図５に示す。
【００２９】前記型を用いて３００回成形を行った。成
形後の型は、傷や割れといった欠陥やガラス中に含まれ
るＰｂＯの還元析出物であるＰｂやガラスの融着が光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察されな
かった。又、成形品についても表面粗さ、面精度、透過
率、形状精度とも良好でＰｂの析出や成形時のガス残り
と言った問題もなかった。
形後の型は、傷や割れといった欠陥やガラス中に含まれ
るＰｂＯの還元析出物であるＰｂやガラスの融着が光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察されな
かった。又、成形品についても表面粗さ、面精度、透過
率、形状精度とも良好でＰｂの析出や成形時のガス残り
と言った問題もなかった。
【００３０】次に、この型を用いて図６に示す成形装置
により成形を行った。
により成形を行った。
【００３１】図６において、１０２は成形装置、１０４
は取入れ用置換室であり、１０６は成形室であり、１０
８は蒸着室であり、１１０は取り出し用置換室である。
１１２，１１４，１１６はゲートバルブであり、１１８
はレールであり、１２０は該レール上を矢印Ａ方向に搬
送せしめられるパレットである。１２４，１３８，１４
０，１５０はシリンダであり、１２６，１５２はバルブ
である。１２８は成形室１０６内においてレール１１８
に沿って配列されているヒータである。
は取入れ用置換室であり、１０６は成形室であり、１０
８は蒸着室であり、１１０は取り出し用置換室である。
１１２，１１４，１１６はゲートバルブであり、１１８
はレールであり、１２０は該レール上を矢印Ａ方向に搬
送せしめられるパレットである。１２４，１３８，１４
０，１５０はシリンダであり、１２６，１５２はバルブ
である。１２８は成形室１０６内においてレール１１８
に沿って配列されているヒータである。
【００３２】成形室１０６内はパレット搬送方向に沿っ
て順に加熱ゾーン１０６−１、プレスゾーン１０６−２
及び徐冷ゾーン１０６−３とされている。プレスゾーン
１０６−２において、上記シリンダ１３８のロッド１３
４の下端には成形用上型部材１３０が固定されており、
上記シリンダ１４０のロッド１３６の上端には成形用下
型部材１３２が固定されている。これら上型部材１３０
及び下型部材１３２は本発明による型部材である。蒸着
室１０８内においては、蒸着物質１４６を収容した容器
１４２及び該容器を加熱するためのヒータ１４４が配置
されている。
て順に加熱ゾーン１０６−１、プレスゾーン１０６−２
及び徐冷ゾーン１０６−３とされている。プレスゾーン
１０６−２において、上記シリンダ１３８のロッド１３
４の下端には成形用上型部材１３０が固定されており、
上記シリンダ１４０のロッド１３６の上端には成形用下
型部材１３２が固定されている。これら上型部材１３０
及び下型部材１３２は本発明による型部材である。蒸着
室１０８内においては、蒸着物質１４６を収容した容器
１４２及び該容器を加熱するためのヒータ１４４が配置
されている。
【００３３】クラウン系ガラスＳＫ１２（軟化点Ｓｐ＝
６７２℃、ガラス転移点Ｔｇ＝５５０℃）を所定の形状
及び寸法に粗加工して成形のためのブランクを得た。ガ
ラスブランクをパレット１２０に設置し、取入れ置換室
１０４内の１２０−１の位置へ入れ、該位置のパレット
をシリンダ１２４のロッド１２２によりＡ方向に押して
ゲートバルブ１１２を越えて成形室１０６内の１２０−
２の位置へと搬送し、以下同様に所定のタイミングで順
次新たに取り入れ置換室１０４内にパレットを成形室１
０６内で１２０−２→…→１２０−８の位置へと順次搬
送した。この間に、加熱ゾーン１０６−１ではガラスブ
ランクをヒータ１２８により徐々に加熱し１２０−４の
位置で軟化点以上とした上で、プレスゾーン１０６−２
へと搬送し、ここでシリンダ１３８，１４０を作動させ
て上型部材１３０及び下型部材１３２により２００ｋｇ
／ｃｍ2 の圧力でプレス温度６２０℃で一分間プレス
し、その後加圧力を解除しガラス転移点以下まで冷却
し、その後シリンダ１３８，１４０を作動させて上型部
材１３０及び下型部材１３２をガラス成形品から離型し
た。該プレスに際しては上記パレットが成形用胴型部材
として利用された。しかる後に、徐冷ゾーン１０６−３
ではガラス成形品を徐々に冷却した。なお、成形室１０
６内には不活性ガスを充満させた。成形室１０６内にお
いて１２０−８の位置に到達したパレットを、次の搬送
ではゲートバルブ１１４を越えて蒸着室１０８内の１２
０−９の位置へと搬送した。通常、ここで真空蒸着を行
うのであるが本実施例では該蒸着を行わなかった。そし
て、次の搬送ではゲートバルブ１１６を越えて取り出し
置換室１１０内の１２０−１０の位置へと搬送した。そ
して、次の搬送時にはシリンダ１５０を作動させてロッ
ド１４８によりガラス成形品を成形装置１０２外へと取
り出した。
６７２℃、ガラス転移点Ｔｇ＝５５０℃）を所定の形状
及び寸法に粗加工して成形のためのブランクを得た。ガ
ラスブランクをパレット１２０に設置し、取入れ置換室
１０４内の１２０−１の位置へ入れ、該位置のパレット
をシリンダ１２４のロッド１２２によりＡ方向に押して
ゲートバルブ１１２を越えて成形室１０６内の１２０−
２の位置へと搬送し、以下同様に所定のタイミングで順
次新たに取り入れ置換室１０４内にパレットを成形室１
０６内で１２０−２→…→１２０−８の位置へと順次搬
送した。この間に、加熱ゾーン１０６−１ではガラスブ
ランクをヒータ１２８により徐々に加熱し１２０−４の
位置で軟化点以上とした上で、プレスゾーン１０６−２
へと搬送し、ここでシリンダ１３８，１４０を作動させ
て上型部材１３０及び下型部材１３２により２００ｋｇ
／ｃｍ2 の圧力でプレス温度６２０℃で一分間プレス
し、その後加圧力を解除しガラス転移点以下まで冷却
し、その後シリンダ１３８，１４０を作動させて上型部
材１３０及び下型部材１３２をガラス成形品から離型し
た。該プレスに際しては上記パレットが成形用胴型部材
として利用された。しかる後に、徐冷ゾーン１０６−３
ではガラス成形品を徐々に冷却した。なお、成形室１０
６内には不活性ガスを充満させた。成形室１０６内にお
いて１２０−８の位置に到達したパレットを、次の搬送
ではゲートバルブ１１４を越えて蒸着室１０８内の１２
０−９の位置へと搬送した。通常、ここで真空蒸着を行
うのであるが本実施例では該蒸着を行わなかった。そし
て、次の搬送ではゲートバルブ１１６を越えて取り出し
置換室１１０内の１２０−１０の位置へと搬送した。そ
して、次の搬送時にはシリンダ１５０を作動させてロッ
ド１４８によりガラス成形品を成形装置１０２外へと取
り出した。
【００３４】以上のようなプレス工程により３０００回
成形した後の型部材の成形面及び成形された光学素子の
表面粗さ、並びに型部材と成形された光学素子との離型
性は良好であった。特に、型部材の成形面について光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察しても傷やク
ラック等の欠陥やＰｂの析出、ガラスの融着は見られな
かった。
成形した後の型部材の成形面及び成形された光学素子の
表面粗さ、並びに型部材と成形された光学素子との離型
性は良好であった。特に、型部材の成形面について光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察しても傷やク
ラック等の欠陥やＰｂの析出、ガラスの融着は見られな
かった。
【００３５】（実施例２）型母材として焼結のＳｉ3 Ｎ
4 を所定の形状に加工した後、ダイヤモンドの核発生密
度を増加させるために粒径５〜１０μｍのダイヤモンド
砥粒を分散させたアルコール中にいれ超音波振動により
成形面を傷つけ処理した。この型をよく洗浄した後、図
３に示す成膜装置に設置した。実施例１と同様に型表面
をＡｒイオンで清浄化した後酸素プラズマを照射した。
次にガス供給系よりＣＨ4 ：１．４ｓｃｃｍ，Ｈ2 ：３
００ｓｃｃｍ導入しガス圧を５０Ｔｏｒｒとした。２．
４５ＧＨｚのマイクロ波を１０００Ｗ投入し、型母材近
傍にＥＣＲプラズマを形成した。型母材は８００℃に加
熱し、膜厚１０μｍの多結晶ダイヤモンド膜を形成し
た。この膜の表面粗さは、Ｐ−Ｖ＝０．１μｍと粗いた
め図７に示す研磨装置によりダイヤモンド砥粒による共
摺りによって表面粗さＲmax.＝０．０２μｍに鏡面研磨
した。図７中１３は型、１４は空気軸受け、１５はスカ
イフ皿、１６はベアリング、１７は空気軸受け、１８は
スプリング、１９はモーターである。このとき、スカイ
フ皿を１０００ｒｐｍで回転させながら常に加工面の法
線方向に一致させるよう相対位置を決め、部分的に研磨
しながら前述の表面粗さになるよう非球面形状に研磨し
た。この型を用いて実施例１と同様の成形テストを行っ
た結果、実施例１と同様の結果が得られた。
4 を所定の形状に加工した後、ダイヤモンドの核発生密
度を増加させるために粒径５〜１０μｍのダイヤモンド
砥粒を分散させたアルコール中にいれ超音波振動により
成形面を傷つけ処理した。この型をよく洗浄した後、図
３に示す成膜装置に設置した。実施例１と同様に型表面
をＡｒイオンで清浄化した後酸素プラズマを照射した。
次にガス供給系よりＣＨ4 ：１．４ｓｃｃｍ，Ｈ2 ：３
００ｓｃｃｍ導入しガス圧を５０Ｔｏｒｒとした。２．
４５ＧＨｚのマイクロ波を１０００Ｗ投入し、型母材近
傍にＥＣＲプラズマを形成した。型母材は８００℃に加
熱し、膜厚１０μｍの多結晶ダイヤモンド膜を形成し
た。この膜の表面粗さは、Ｐ−Ｖ＝０．１μｍと粗いた
め図７に示す研磨装置によりダイヤモンド砥粒による共
摺りによって表面粗さＲmax.＝０．０２μｍに鏡面研磨
した。図７中１３は型、１４は空気軸受け、１５はスカ
イフ皿、１６はベアリング、１７は空気軸受け、１８は
スプリング、１９はモーターである。このとき、スカイ
フ皿を１０００ｒｐｍで回転させながら常に加工面の法
線方向に一致させるよう相対位置を決め、部分的に研磨
しながら前述の表面粗さになるよう非球面形状に研磨し
た。この型を用いて実施例１と同様の成形テストを行っ
た結果、実施例１と同様の結果が得られた。
【００３６】（実施例３）実施例１と同様の型母材を用
いＩＢＤ（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
装置によりａ−Ｃ：Ｈ膜を形成した。図８にＩＢＤ装置
の概略図を示す。図中２０は真空槽、２１はイオンビー
ム装置、２２はイオン化室、２３はガス導入口、２４は
イオンビーム引出しグリッド、２５はイオンビーム、２
６は型母材、２７は基板ホルダー及びヒーター、２８は
排気口を示す。まず、ガス導入口よりＡｒ：３０ｓｃｃ
ｍをイオン化室に導入しイオン化したのち、イオンビー
ム引出しグリッドに４５０Ｖの電圧を印加してイオンビ
ームを引出し型母材に５分間照射し成形表面の清浄化を
行った。次に、ＣＨ4 ：１５ｓｃｃｍ，Ａｒ：３０ｓｃ
ｃｍをイオン化室に導入し、ガス圧３×１０-4Ｔｏｒｒ
でａ−Ｃ：Ｈ膜を１５００Å形成した。このとき型母材
は３００℃に加熱した。同一条件で作成した３つの型に
ついて図９に示す雰囲気加熱炉において熱処理を行っ
た。雰囲気加熱炉２９を排気系３０により５×１０-6Ｔ
ｏｒｒまで排気した後、ガス導入口３１からＮ2 とＯ2
ガスを導入し１．２ａｔｏｍの加圧状態にした。このと
き、Ｏ2 の分圧を１×１０-6Ｔｏｒｒとした。型母材３
２を赤外線加熱炉３３により加熱温度６００℃で１時
間、１０時間熱処理した型と全く熱処理を行わない型を
作成した。この型と同一条件でＣＶＤ−ＳｉＣウェファ
ーに形成した膜について評価した。まず、ＥＳＣＡによ
りａ−Ｃ：Ｈ膜を深さ方向に界面まで分析した結果、各
試料における酸素の分布状態は表１の通りであった。
又、膜の付着強度をスクラッチ試験機により評価した結
果を表１に示した。
いＩＢＤ（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
装置によりａ−Ｃ：Ｈ膜を形成した。図８にＩＢＤ装置
の概略図を示す。図中２０は真空槽、２１はイオンビー
ム装置、２２はイオン化室、２３はガス導入口、２４は
イオンビーム引出しグリッド、２５はイオンビーム、２
６は型母材、２７は基板ホルダー及びヒーター、２８は
排気口を示す。まず、ガス導入口よりＡｒ：３０ｓｃｃ
ｍをイオン化室に導入しイオン化したのち、イオンビー
ム引出しグリッドに４５０Ｖの電圧を印加してイオンビ
ームを引出し型母材に５分間照射し成形表面の清浄化を
行った。次に、ＣＨ4 ：１５ｓｃｃｍ，Ａｒ：３０ｓｃ
ｃｍをイオン化室に導入し、ガス圧３×１０-4Ｔｏｒｒ
でａ−Ｃ：Ｈ膜を１５００Å形成した。このとき型母材
は３００℃に加熱した。同一条件で作成した３つの型に
ついて図９に示す雰囲気加熱炉において熱処理を行っ
た。雰囲気加熱炉２９を排気系３０により５×１０-6Ｔ
ｏｒｒまで排気した後、ガス導入口３１からＮ2 とＯ2
ガスを導入し１．２ａｔｏｍの加圧状態にした。このと
き、Ｏ2 の分圧を１×１０-6Ｔｏｒｒとした。型母材３
２を赤外線加熱炉３３により加熱温度６００℃で１時
間、１０時間熱処理した型と全く熱処理を行わない型を
作成した。この型と同一条件でＣＶＤ−ＳｉＣウェファ
ーに形成した膜について評価した。まず、ＥＳＣＡによ
りａ−Ｃ：Ｈ膜を深さ方向に界面まで分析した結果、各
試料における酸素の分布状態は表１の通りであった。
又、膜の付着強度をスクラッチ試験機により評価した結
果を表１に示した。
【００３７】
【表１】 次に、これらの型を用いて実施例１と同様の成形テスト
を行った結果、熱処理を行わなかった型は２５０回で、
熱処理を１０時間行った型は１５０回で周辺に微少な膜
剥離を生じた。しかしながら、熱処理を１時間行った型
は３００回の成形を行った後も膜剥離等の欠陥を生じな
かった。
を行った結果、熱処理を行わなかった型は２５０回で、
熱処理を１０時間行った型は１５０回で周辺に微少な膜
剥離を生じた。しかしながら、熱処理を１時間行った型
は３００回の成形を行った後も膜剥離等の欠陥を生じな
かった。
【００３８】（実施例４）実施例１と同様にしてＤＬＣ
膜を形成する際、Ｏ2 プラズマを照射する時間を０，１
０秒，５，１０，１５分とした型と評価用のＣＶＤ−Ｓ
ｉＣウェファーを作成した。評価用サンプルについてＥ
ＳＣＡによる表面分析、スクラッチ試験機による膜付着
強度の評価を行った。その結果を表２に示した。
膜を形成する際、Ｏ2 プラズマを照射する時間を０，１
０秒，５，１０，１５分とした型と評価用のＣＶＤ−Ｓ
ｉＣウェファーを作成した。評価用サンプルについてＥ
ＳＣＡによる表面分析、スクラッチ試験機による膜付着
強度の評価を行った。その結果を表２に示した。
【００３９】
【表２】 まず、ＥＳＣＡによりａ−Ｃ：Ｈ膜を深さ方向に界面ま
で分析した結果、各試料における酸素の分布状態は表２
の通りであった。又、膜の付着強度をスクラッチ試験機
により評価した結果を表２に示した。
で分析した結果、各試料における酸素の分布状態は表２
の通りであった。又、膜の付着強度をスクラッチ試験機
により評価した結果を表２に示した。
【００４０】次に、実施例１と同様にこれらの型を用い
て実施例１と同様の成形テストを行った結果、Ｏ2 プラ
ズマ照射を行わなかった型は２５０回で、Ｏ2 プラズマ
照射を１５分間行った型は１００回で周辺に微少な膜剥
離を生じた。しかしながら、Ｏ2 プラズマ照射を５分、
１０分間行った型は３００回の成形を行った後も膜剥離
等の欠陥を生じなかった。
て実施例１と同様の成形テストを行った結果、Ｏ2 プラ
ズマ照射を行わなかった型は２５０回で、Ｏ2 プラズマ
照射を１５分間行った型は１００回で周辺に微少な膜剥
離を生じた。しかしながら、Ｏ2 プラズマ照射を５分、
１０分間行った型は３００回の成形を行った後も膜剥離
等の欠陥を生じなかった。
【００４１】（実施例５）実施例１と同じ型母材を用い
図１０に示すスパッタ装置により型母材表面の自然酸化
膜をＡｒの逆スパッタにより除去した。すなわち、真空
層１６０を１×１０-6Ｔｏｒｒまで排気系１６３で排気
したのちガス供給系１６２よりＡｒガスを導入し３×１
０-3ＴｏｒｒとしＲＦ電源１６４により１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電圧を印加して型母材１６１をスパッタし
た。次に、Ｏ2 ガスを導入し４×１０-3Ｔｏｒｒとし、
ＲＦ電源１６４により１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を
７００Ｗ印加してＯ2 プラズマを形成し型母材表面を５
分間さらした。この後連続して１６５の９９．９９％の
グラファイト・ターゲットをＡｒプラズマによりスパッ
タし型表面に２０００Åの硬質炭素膜を形成した。この
とき、型母材は３００℃に加熱し、ガス圧は４×１０-3
Ｔｏｒｒ、投入ＲＦパワー密度４Ｗ／ｃｍ2 でスパッタ
を行った。この型を用いて実施例１と同様の成形テスト
を行い実施例１と同様の結果を得た。
図１０に示すスパッタ装置により型母材表面の自然酸化
膜をＡｒの逆スパッタにより除去した。すなわち、真空
層１６０を１×１０-6Ｔｏｒｒまで排気系１６３で排気
したのちガス供給系１６２よりＡｒガスを導入し３×１
０-3ＴｏｒｒとしＲＦ電源１６４により１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電圧を印加して型母材１６１をスパッタし
た。次に、Ｏ2 ガスを導入し４×１０-3Ｔｏｒｒとし、
ＲＦ電源１６４により１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を
７００Ｗ印加してＯ2 プラズマを形成し型母材表面を５
分間さらした。この後連続して１６５の９９．９９％の
グラファイト・ターゲットをＡｒプラズマによりスパッ
タし型表面に２０００Åの硬質炭素膜を形成した。この
とき、型母材は３００℃に加熱し、ガス圧は４×１０-3
Ｔｏｒｒ、投入ＲＦパワー密度４Ｗ／ｃｍ2 でスパッタ
を行った。この型を用いて実施例１と同様の成形テスト
を行い実施例１と同様の結果を得た。
【００４２】（実施例６）実施例１と同様にして型母材
を処理した後、ＤＬＣ膜を形成する際に原料ガスとして
Ｃ6 Ｈ6 にＯ2 を５ｓｃｃｍミックスし、実施例１と同
様の条件で約２分間成膜したのちＯ2 の供給を０ｓｃｃ
ｍとし膜厚２０００ÅのＤＬＣ膜を形成した。この型を
用いて実施例１と同様の成形テストを行い実施例１と同
様の結果を得た。
を処理した後、ＤＬＣ膜を形成する際に原料ガスとして
Ｃ6 Ｈ6 にＯ2 を５ｓｃｃｍミックスし、実施例１と同
様の条件で約２分間成膜したのちＯ2 の供給を０ｓｃｃ
ｍとし膜厚２０００ÅのＤＬＣ膜を形成した。この型を
用いて実施例１と同様の成形テストを行い実施例１と同
様の結果を得た。
【００４３】［炭素イオン注入、炭素イオン注入後炭素
膜形成の例（実施例７〜１３）］ （実施例７）図１及び図２は本発明に係わる光学素子成
形用型の一つの実施様態を示すものである。図１は光学
素子のプレス成形面の状態を示し、図２は光学素子成形
後の状態を示す。但し、本実施例においては、図１中２
はガラス素材を成形する成形面を有するイオン注入面で
ある。
膜形成の例（実施例７〜１３）］ （実施例７）図１及び図２は本発明に係わる光学素子成
形用型の一つの実施様態を示すものである。図１は光学
素子のプレス成形面の状態を示し、図２は光学素子成形
後の状態を示す。但し、本実施例においては、図１中２
はガラス素材を成形する成形面を有するイオン注入面で
ある。
【００４４】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。
詳細に説明する。
【００４５】型母材として焼結ＳｉＣを所定の形状に加
工した後、ＣＶＤ法により多結晶のＳｉＣ膜を形成した
後成形面を鏡面研磨したものを用いた。この型を良く洗
浄したのち、不図示のイオン注入装置を用い、質量分離
したのちＣ+12 を型母材の成形表面に６０ｋｅＶのエネ
ルギーで６×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注入した。注入後
の成形表面の表面粗さを評価したところＲｍａｘ．＝
０．０３μｍであった。
工した後、ＣＶＤ法により多結晶のＳｉＣ膜を形成した
後成形面を鏡面研磨したものを用いた。この型を良く洗
浄したのち、不図示のイオン注入装置を用い、質量分離
したのちＣ+12 を型母材の成形表面に６０ｋｅＶのエネ
ルギーで６×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注入した。注入後
の成形表面の表面粗さを評価したところＲｍａｘ．＝
０．０３μｍであった。
【００４６】次に、この型を用いて図４に示す成形装置
により実施例１と同様にして成形を行った。３００回成
形した後の型は、傷や割れといった欠陥やガラス中に含
まれるＰｂＯの還元析出物であるＰｂやガラスの融着が
光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察さ
れなかった。また、成形品についても表面粗さ、面精
度、透過率、形状精度とも良好でＰｂの析出や成形時の
ガス残りと言った問題もなかった。
により実施例１と同様にして成形を行った。３００回成
形した後の型は、傷や割れといった欠陥やガラス中に含
まれるＰｂＯの還元析出物であるＰｂやガラスの融着が
光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察さ
れなかった。また、成形品についても表面粗さ、面精
度、透過率、形状精度とも良好でＰｂの析出や成形時の
ガス残りと言った問題もなかった。
【００４７】更に、この型を用いて図６に示す成形装置
により実施例１と同様にして成形を行った。３０００回
成形した後の型部材の成形面及び成形された光学素子の
表面粗さ、並びに型部材と成形された光学素子との離型
性は良好であった。特に、型部材の成形面について光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察しても傷やク
ラック等の欠陥やＰｂの析出、ガラスの融着は見られな
かった。
により実施例１と同様にして成形を行った。３０００回
成形した後の型部材の成形面及び成形された光学素子の
表面粗さ、並びに型部材と成形された光学素子との離型
性は良好であった。特に、型部材の成形面について光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察しても傷やク
ラック等の欠陥やＰｂの析出、ガラスの融着は見られな
かった。
【００４８】（実施例８）型母材としてＷＣ（８４％）
−ＴｉＣ（８％）−ＴａＣ（８％）からなる焼結体を所
定の形状に加工した後、成形面をＲｍａｘ．＝０．０２
μｍに鏡面研磨した。この型母材を実施例７と同様に不
図示のイオン注入装置に設置し、質量分離したＣ+13 を
９０ｋｅＶのエネルギーで７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2
注入した。比較するために、５×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ
2 、３×１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注入した型を製作し
た。この３つの型を用いて、実施例７と同様に図４の成
形機を用いてフリント系光学ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓ
ｐ＝５８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）を３００回成形
した。その結果を表３に示した。
−ＴｉＣ（８％）−ＴａＣ（８％）からなる焼結体を所
定の形状に加工した後、成形面をＲｍａｘ．＝０．０２
μｍに鏡面研磨した。この型母材を実施例７と同様に不
図示のイオン注入装置に設置し、質量分離したＣ+13 を
９０ｋｅＶのエネルギーで７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2
注入した。比較するために、５×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ
2 、３×１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注入した型を製作し
た。この３つの型を用いて、実施例７と同様に図４の成
形機を用いてフリント系光学ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓ
ｐ＝５８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）を３００回成形
した。その結果を表３に示した。
【００４９】
【表３】 成形後の型に関しては、実施例７と同様に傷や割れとい
った欠陥やガラス中に含まれるＰｂＯの還元析出物であ
るＰｂやガラスの融着が光学顕微鏡、走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）によって観察されなかった。また、成形品に
ついても表面粗さ、面精度、透過率、形状精度とも良好
でＰｂの析出や成形時のガス残りと言った問題もなかっ
た。
った欠陥やガラス中に含まれるＰｂＯの還元析出物であ
るＰｂやガラスの融着が光学顕微鏡、走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）によって観察されなかった。また、成形品に
ついても表面粗さ、面精度、透過率、形状精度とも良好
でＰｂの析出や成形時のガス残りと言った問題もなかっ
た。
【００５０】（実施例９）実施例７と同様にしてイオン
注入した型をイオン注入後８００℃で熱処理した。この
型を用いて実施例７と同様の成形テストを行い、実施例
７と同様の結果を得た。
注入した型をイオン注入後８００℃で熱処理した。この
型を用いて実施例７と同様の成形テストを行い、実施例
７と同様の結果を得た。
【００５１】（実施例１０）型母材として焼結Ｓｉ3 Ｎ
4 を所定の形状に加工した後、表面粗さＲｍａｘ．＝
０．０３μｍに鏡面研磨した。この型の成形面に実施例
７と同様にしてＣ+12を５×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注
入した。この型の成形面にダイヤモンド膜を形成するに
先だち、核発生密度を増加させるために粒径５〜１０μ
ｍのダイヤモンド砥粒を分散させたアルコール中にいれ
超音波振動により成形面を傷つけ処理した。この型をよ
く洗浄した後、図１１に示すマイクロ波ＣＶＤ装置に設
置した。図中４５はプラズマ室、４６は型、４７はガス
供給系、４８はマイクロ波発振器及び導波管、４９は排
気系である。まず、装置内を１×１０-6Ｔｏｒｒに排気
した後、ガス供給系よりＣＨ4 ：１．５ｓｃｃｍ、Ｈ
2 ：３５０ｓｃｃｍ導入しガス圧を５５Ｔｏｒｒとし
た。次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を８００Ｗ投入
した。基体は８５０℃に加熱し、膜厚１５μｍの多結晶
ダイヤモンド膜を形成した。この膜の表面粗さは、Ｐ−
Ｖ＝０．１μｍと粗いため図７に示す研磨装置によりダ
イヤモンド砥粒による共摺りによって表面粗さＲｍａ
ｘ．＝０．０２μｍ鏡研磨した。このとき、スカイフ皿
を１０００ｒｐｍで回転させながら常に加工面の法線方
向に一致させるよう相対位置を決め、部分的に研磨しな
がら前述の表面粗さになるよう非球面形状に研磨した。
この型を用いて実施例７と同様の成形テストを行った結
果、実施例７と同様の結果が得られた。
4 を所定の形状に加工した後、表面粗さＲｍａｘ．＝
０．０３μｍに鏡面研磨した。この型の成形面に実施例
７と同様にしてＣ+12を５×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注
入した。この型の成形面にダイヤモンド膜を形成するに
先だち、核発生密度を増加させるために粒径５〜１０μ
ｍのダイヤモンド砥粒を分散させたアルコール中にいれ
超音波振動により成形面を傷つけ処理した。この型をよ
く洗浄した後、図１１に示すマイクロ波ＣＶＤ装置に設
置した。図中４５はプラズマ室、４６は型、４７はガス
供給系、４８はマイクロ波発振器及び導波管、４９は排
気系である。まず、装置内を１×１０-6Ｔｏｒｒに排気
した後、ガス供給系よりＣＨ4 ：１．５ｓｃｃｍ、Ｈ
2 ：３５０ｓｃｃｍ導入しガス圧を５５Ｔｏｒｒとし
た。次に、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を８００Ｗ投入
した。基体は８５０℃に加熱し、膜厚１５μｍの多結晶
ダイヤモンド膜を形成した。この膜の表面粗さは、Ｐ−
Ｖ＝０．１μｍと粗いため図７に示す研磨装置によりダ
イヤモンド砥粒による共摺りによって表面粗さＲｍａ
ｘ．＝０．０２μｍ鏡研磨した。このとき、スカイフ皿
を１０００ｒｐｍで回転させながら常に加工面の法線方
向に一致させるよう相対位置を決め、部分的に研磨しな
がら前述の表面粗さになるよう非球面形状に研磨した。
この型を用いて実施例７と同様の成形テストを行った結
果、実施例７と同様の結果が得られた。
【００５２】（実施例１１）実施例９と同様のイオン注
入後、熱処理した型母材を用いＩＢＤ（Ｉｏｎ Ｂｅａ
ｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置によりａ−Ｃ：Ｈ膜を
形成した。図８のＩＢＤ装置（実施例３で使用）を用い
た。まず、ガス導入口よりＡｒ：３０ｓｃｃｍをイオン
化室に導入しイオン化した後、イオンビーム引出しグリ
ッドに４５０Ｖの電圧を印加してイオンビームを引出し
型母材に５分間照射し成形表面の清浄化を行った。次
に、ＣＨ4 ：２０ｓｃｃｍ、Ａｒ：３０ｓｃｃｍイオン
化室に導入し、ガス圧４×１０-4Ｔｏｒｒでａ−Ｃ：Ｈ
膜を１０００Å形成した。このとき型母材３００℃に加
熱した。次に、これらの型を用いて実施例７と同様の成
形テストを行った結果、実施例７と同様の結果を得た。
入後、熱処理した型母材を用いＩＢＤ（Ｉｏｎ Ｂｅａ
ｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置によりａ−Ｃ：Ｈ膜を
形成した。図８のＩＢＤ装置（実施例３で使用）を用い
た。まず、ガス導入口よりＡｒ：３０ｓｃｃｍをイオン
化室に導入しイオン化した後、イオンビーム引出しグリ
ッドに４５０Ｖの電圧を印加してイオンビームを引出し
型母材に５分間照射し成形表面の清浄化を行った。次
に、ＣＨ4 ：２０ｓｃｃｍ、Ａｒ：３０ｓｃｃｍイオン
化室に導入し、ガス圧４×１０-4Ｔｏｒｒでａ−Ｃ：Ｈ
膜を１０００Å形成した。このとき型母材３００℃に加
熱した。次に、これらの型を用いて実施例７と同様の成
形テストを行った結果、実施例７と同様の結果を得た。
【００５３】（実施例１２）実施例１１と同様の型を用
いて図１０に示すスパッタ装置により型母材表面の自然
酸化膜をＡｒの逆スパッタにより除去した。すなわち、
真空層１６０を１×１０-6Ｔｏｒｒまで排気系１６３で
排気したのちガス供給系１６２よりＡｒガスを導入し３
×１０-3ＴｏｒｒとしＲＦ電源１６４により１３．５６
ＭＨｚの高周波電圧を印加して型母材１６１をスパッタ
した。この後、連続して１６５の９９．９９％のグラフ
ァイト・ターゲットをＡｒプラズマによりスパッタし型
表面に２０００Åの硬質炭素膜を形成した。このとき、
型母材は３００℃に加熱し、ガス圧は４×１０-3Ｔｏｒ
ｒ、投入ＲＦパワー密度５Ｗ／ｃｍ2 でスパッタを行っ
た。この型を用いて実施例７と同様の成形テストを行い
実施例７と同様の結果を得た。
いて図１０に示すスパッタ装置により型母材表面の自然
酸化膜をＡｒの逆スパッタにより除去した。すなわち、
真空層１６０を１×１０-6Ｔｏｒｒまで排気系１６３で
排気したのちガス供給系１６２よりＡｒガスを導入し３
×１０-3ＴｏｒｒとしＲＦ電源１６４により１３．５６
ＭＨｚの高周波電圧を印加して型母材１６１をスパッタ
した。この後、連続して１６５の９９．９９％のグラフ
ァイト・ターゲットをＡｒプラズマによりスパッタし型
表面に２０００Åの硬質炭素膜を形成した。このとき、
型母材は３００℃に加熱し、ガス圧は４×１０-3Ｔｏｒ
ｒ、投入ＲＦパワー密度５Ｗ／ｃｍ2 でスパッタを行っ
た。この型を用いて実施例７と同様の成形テストを行い
実施例７と同様の結果を得た。
【００５４】（実施例１３）実施例１１と同様にして型
母材を処理した後、図３に示すＥＣＲプラズマＣＶＤ装
置に設置した。まず、装置内を１×１０-6Ｔｏｒｒに排
気した後、ガス供給系よりＨ2 ：５０ｓｃｃｍを導入し
ガス圧を２×１０-2Ｔｏｒｒとした。次に，２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波を８の発振器と導波管によって７００
Ｗ投入し、０．１ｍＡ／ｃｍ2 のＨ2 プラズマをイオン
注入した成形面に１０分間照射した。この後、ガス供給
系によりＣ6 Ｈ6 ：３０ｓｃｃｍを導入しガス圧力を
２．５×１０-3Ｔｏｒｒとした。次に、２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を８の発振器と導波管によって６００Ｗ投
入した。このとき外部の電磁石１２によりマイクロ波導
入窓１１で１５００Ｇａｕｓｓ、プラズマ室の出口で８
７５ＧａｕｓｓのＥＣＲ点、型母材で６５０Ｇａｕｓｓ
となる発散磁場を印加した。なお、不図示のバイアス電
源により型母材に−５００Ｖの負バイアスを印加して膜
厚１５００ÅのＤＬＣ膜を形成した。このとき型母材は
３００℃に加熱した。この型を用いて実施例７と同様の
成形テストを行い実施例７と同様の結果を得た。
母材を処理した後、図３に示すＥＣＲプラズマＣＶＤ装
置に設置した。まず、装置内を１×１０-6Ｔｏｒｒに排
気した後、ガス供給系よりＨ2 ：５０ｓｃｃｍを導入し
ガス圧を２×１０-2Ｔｏｒｒとした。次に，２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波を８の発振器と導波管によって７００
Ｗ投入し、０．１ｍＡ／ｃｍ2 のＨ2 プラズマをイオン
注入した成形面に１０分間照射した。この後、ガス供給
系によりＣ6 Ｈ6 ：３０ｓｃｃｍを導入しガス圧力を
２．５×１０-3Ｔｏｒｒとした。次に、２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を８の発振器と導波管によって６００Ｗ投
入した。このとき外部の電磁石１２によりマイクロ波導
入窓１１で１５００Ｇａｕｓｓ、プラズマ室の出口で８
７５ＧａｕｓｓのＥＣＲ点、型母材で６５０Ｇａｕｓｓ
となる発散磁場を印加した。なお、不図示のバイアス電
源により型母材に−５００Ｖの負バイアスを印加して膜
厚１５００ÅのＤＬＣ膜を形成した。このとき型母材は
３００℃に加熱した。この型を用いて実施例７と同様の
成形テストを行い実施例７と同様の結果を得た。
【００５５】［炭素膜形成時、炭素膜形成後にイオン注
入の例（実施例１４〜２３）］ （実施例１４）図１及び図２は本発明に係わる光学素子
成形用型の一つの実施様態を示すものである。図１は光
学素子のプレス成形面の状態を示し、図２は光学素子成
形後の状態を示す。但し、本実施例においては、図１中
２はガラス素材を成形する成形面を有するイオンビーム
ミキシングを行ったａ−Ｃ：Ｈ膜である。
入の例（実施例１４〜２３）］ （実施例１４）図１及び図２は本発明に係わる光学素子
成形用型の一つの実施様態を示すものである。図１は光
学素子のプレス成形面の状態を示し、図２は光学素子成
形後の状態を示す。但し、本実施例においては、図１中
２はガラス素材を成形する成形面を有するイオンビーム
ミキシングを行ったａ−Ｃ：Ｈ膜である。
【００５６】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。
詳細に説明する。
【００５７】型母材としては、焼結ＳｉＣを所定の形状
に加工しＣＶＤ法により多結晶のＳｉＣ膜を形成した
後、成形面を鏡面研磨したものを用いた。この型を良く
洗浄してから、図８に示すＩＢＤ装置に型を設置した後
ａ−Ｃ：Ｈ膜を１５００Å形成した。まず、真空槽を１
０-6Ｔｏｒｒまで排気した後、ガス導入口よりＡｒガス
を２０ｓｃｃｍイオン化室に導入してイオン化した。イ
オンビーム引出しグリッドに５００Ｖの電圧を印加して
イオンビームを引出し型母材に１０分間照射し成形表面
の清浄化を行った。引続き、ＣＨ4 ：１６ｓｃｃｍ、Ｈ
2 ：３２ｓｃｃｍをイオン化室に導入し、ガス圧４．５
×１０-4Ｔｏｒｒでａ−Ｃ：Ｈ膜を１５００Å形成し
た。次に、不図示のイオン注入装置を用い、質量分離し
た後のＣ+12をａ−Ｃ：Ｈ膜に５０ｋｅＶのエネルギー
で１×１０17ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注入した。注入後の成形
表面の表面粗さを評価したとことＲmax.＝０．０３μｍ
であった。
に加工しＣＶＤ法により多結晶のＳｉＣ膜を形成した
後、成形面を鏡面研磨したものを用いた。この型を良く
洗浄してから、図８に示すＩＢＤ装置に型を設置した後
ａ−Ｃ：Ｈ膜を１５００Å形成した。まず、真空槽を１
０-6Ｔｏｒｒまで排気した後、ガス導入口よりＡｒガス
を２０ｓｃｃｍイオン化室に導入してイオン化した。イ
オンビーム引出しグリッドに５００Ｖの電圧を印加して
イオンビームを引出し型母材に１０分間照射し成形表面
の清浄化を行った。引続き、ＣＨ4 ：１６ｓｃｃｍ、Ｈ
2 ：３２ｓｃｃｍをイオン化室に導入し、ガス圧４．５
×１０-4Ｔｏｒｒでａ−Ｃ：Ｈ膜を１５００Å形成し
た。次に、不図示のイオン注入装置を用い、質量分離し
た後のＣ+12をａ−Ｃ：Ｈ膜に５０ｋｅＶのエネルギー
で１×１０17ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注入した。注入後の成形
表面の表面粗さを評価したとことＲmax.＝０．０３μｍ
であった。
【００５８】次に、この型を用いて図４に示す成形装置
により実施例１と同様にして成形を行った。３００回成
形した後の型は、傷や割れといった欠陥やガラス中に含
まれるＰｂＯの還元析出物であるＰｂやガラスの融着が
光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察さ
れなかった。また、成形品についても表面粗さ、面精
度、透過率、形状精度とも良好でＰｂの析出や成形時の
ガス残りと言った問題もなかった。
により実施例１と同様にして成形を行った。３００回成
形した後の型は、傷や割れといった欠陥やガラス中に含
まれるＰｂＯの還元析出物であるＰｂやガラスの融着が
光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察さ
れなかった。また、成形品についても表面粗さ、面精
度、透過率、形状精度とも良好でＰｂの析出や成形時の
ガス残りと言った問題もなかった。
【００５９】更に、この型を用いて図６に示す成形装置
により実施例１と同様にして成形を行った。３０００回
成形した後の型部材の成形面及び成形された光学素子の
表面粗さ、並びに型部材と成形された光学素子との離型
性は良好であった。特に、型部材の成形面について光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察しても傷やク
ラック等の欠陥やＰｂの析出、ガラスの融着は見られな
かった。
により実施例１と同様にして成形を行った。３０００回
成形した後の型部材の成形面及び成形された光学素子の
表面粗さ、並びに型部材と成形された光学素子との離型
性は良好であった。特に、型部材の成形面について光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察しても傷やク
ラック等の欠陥やＰｂの析出、ガラスの融着は見られな
かった。
【００６０】（実施例１５）型母材としてＷＣ（８４
％）−ＴｉＣ（８％）−ＴａＣ（８％）からなる焼結体
を所定の形状に加工した後、成形面をＲｍａｘ．＝０．
０２μｍに鏡面研磨した。この型母材を図１０に示すス
パッタ装置に設置し、型母材表面の自然酸化膜Ａｒの逆
スパッタにより除去した。すなわち、真空槽１６０を１
×１０-6Ｔｏｒｒまで排気系１６３で排気したのちガス
供給系１６２よりＡｒガスを導入し１×１０-3Ｔｏｒｒ
としＲＦ電源１６４により１３．５６ＭＨｚの高周波電
圧を印加して型母材１６１をスパッタした。この後、連
続して１６５の９９．９９％のグラファイト・ターゲッ
トをＡｒプラズマによりスタッパし成形面に５００Åの
硬質炭素膜を形成した。このとき、ガス圧は３×１０-3
Ｔｏｒｒ、投入ＲＦパワー密度６Ｗ／ｃｍ2 でスパッタ
を行った。次に図１２に示す複合型のＩＢＤ装置に型を
設置した。図中１６６は型母材及び基板ホルダー、１６
７はミキシングを行うための高エネルギーのイオン源、
１６８はａ−Ｃ：Ｈ膜を形成するための低エネルギーの
イオン源、１６９は電子銃からなる蒸発源である。な
お、１６７、１６８のイオン源の構造は、基本的に実施
例１４のＩＢＤ装置と同様である。まず、型母材を１６
７に対向させ、１６７内にＣＨ4 とＨ2 をイオン化室に
導入しイオン化した後、５０ｋｅＶのエネルギーで６×
１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注入した。この後、１６８のイ
オン源を用いて実施例１４と同条件でａ−Ｃ：Ｈ膜を１
５００Å形成した。
％）−ＴｉＣ（８％）−ＴａＣ（８％）からなる焼結体
を所定の形状に加工した後、成形面をＲｍａｘ．＝０．
０２μｍに鏡面研磨した。この型母材を図１０に示すス
パッタ装置に設置し、型母材表面の自然酸化膜Ａｒの逆
スパッタにより除去した。すなわち、真空槽１６０を１
×１０-6Ｔｏｒｒまで排気系１６３で排気したのちガス
供給系１６２よりＡｒガスを導入し１×１０-3Ｔｏｒｒ
としＲＦ電源１６４により１３．５６ＭＨｚの高周波電
圧を印加して型母材１６１をスパッタした。この後、連
続して１６５の９９．９９％のグラファイト・ターゲッ
トをＡｒプラズマによりスタッパし成形面に５００Åの
硬質炭素膜を形成した。このとき、ガス圧は３×１０-3
Ｔｏｒｒ、投入ＲＦパワー密度６Ｗ／ｃｍ2 でスパッタ
を行った。次に図１２に示す複合型のＩＢＤ装置に型を
設置した。図中１６６は型母材及び基板ホルダー、１６
７はミキシングを行うための高エネルギーのイオン源、
１６８はａ−Ｃ：Ｈ膜を形成するための低エネルギーの
イオン源、１６９は電子銃からなる蒸発源である。な
お、１６７、１６８のイオン源の構造は、基本的に実施
例１４のＩＢＤ装置と同様である。まず、型母材を１６
７に対向させ、１６７内にＣＨ4 とＨ2 をイオン化室に
導入しイオン化した後、５０ｋｅＶのエネルギーで６×
１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注入した。この後、１６８のイ
オン源を用いて実施例１４と同条件でａ−Ｃ：Ｈ膜を１
５００Å形成した。
【００６１】この型を用いて、実施例１４と同様に図４
の成形機を用いてフリント系光学ガラスＳＦ１４（軟化
点Ｓｐ＝５８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）を３００回
成形した。
の成形機を用いてフリント系光学ガラスＳＦ１４（軟化
点Ｓｐ＝５８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）を３００回
成形した。
【００６２】この結果、実施例１４と同様に傷や割れと
いった欠陥やガラス中に含まれるＰｂＯの還元析出物で
あるＰｂやガラスの融着が光学顕微鏡、走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）によって観察されなかった。また、成形品に
ついても表面粗さ、面精度、透過率、形状精度とも良好
でＰｂの析出や成形時のガス残りと言った問題もなかっ
た。
いった欠陥やガラス中に含まれるＰｂＯの還元析出物で
あるＰｂやガラスの融着が光学顕微鏡、走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）によって観察されなかった。また、成形品に
ついても表面粗さ、面精度、透過率、形状精度とも良好
でＰｂの析出や成形時のガス残りと言った問題もなかっ
た。
【００６３】（実施例１６）実施例１５の型母材を図３
に示すＥＣＲ−ＰＣＶＤ装置に設置しＤＬＣ膜を１００
０Å形成した。まず、装置内を１×１０-6Ｔｏｒｒに排
気した後、ガス供給系よりＣ6 Ｈ6 ：３５ｓｃｃｍを導
入しガス圧力を３．０×１０-3Ｔｏｒｒとした。次に、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を８の発振器と導波管によ
って７００Ｗ投入した。このとき外部の電磁石１２によ
りマイクロ波導入窓１１で１５００Ｇａｕｓｓ、プラズ
マ室の出口で８７５ＧａｕｓｓのＥＣＲ点、型母材位置
で６５０Ｇａｕｓｓとなる発散磁場を、更に基板には不
図示のＲＦバイアスを５００Ｖ印加した。次に、実施例
１４と同様に不図示のイオン注入装置により表４に示す
元素をイオン注入した後、実施例１４と同様に図４の成
形機を用いてフリント系光学ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓ
ｐ＝５８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）を３００回成形
した。その結果を表４に併せて示す。
に示すＥＣＲ−ＰＣＶＤ装置に設置しＤＬＣ膜を１００
０Å形成した。まず、装置内を１×１０-6Ｔｏｒｒに排
気した後、ガス供給系よりＣ6 Ｈ6 ：３５ｓｃｃｍを導
入しガス圧力を３．０×１０-3Ｔｏｒｒとした。次に、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を８の発振器と導波管によ
って７００Ｗ投入した。このとき外部の電磁石１２によ
りマイクロ波導入窓１１で１５００Ｇａｕｓｓ、プラズ
マ室の出口で８７５ＧａｕｓｓのＥＣＲ点、型母材位置
で６５０Ｇａｕｓｓとなる発散磁場を、更に基板には不
図示のＲＦバイアスを５００Ｖ印加した。次に、実施例
１４と同様に不図示のイオン注入装置により表４に示す
元素をイオン注入した後、実施例１４と同様に図４の成
形機を用いてフリント系光学ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓ
ｐ＝５８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）を３００回成形
した。その結果を表４に併せて示す。
【００６４】
【表４】
【００６５】（実施例１７）実施例１６と同条件でＤＬ
Ｃ膜を形成した型を実施例１５のＩＢＤ装置に設置し、
高エネルギーのイオン源によりＮを１００ｋｅＶで１×
１０17ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注入した。引続き、低エネルギ
ーのイオン源を用い実施例１５と同条件でａ−Ｃ：Ｈ膜
を１５００Å形成した。この型を用いて実施例１４と同
様の成形テストを行った結果、実施例１４と同様の結果
が得られた。
Ｃ膜を形成した型を実施例１５のＩＢＤ装置に設置し、
高エネルギーのイオン源によりＮを１００ｋｅＶで１×
１０17ｉｏｎｓ／ｃｍ2 注入した。引続き、低エネルギ
ーのイオン源を用い実施例１５と同条件でａ−Ｃ：Ｈ膜
を１５００Å形成した。この型を用いて実施例１４と同
様の成形テストを行った結果、実施例１４と同様の結果
が得られた。
【００６６】（実施例１８）実施例１５の型母材を用い
てこれをよく洗浄した後、図１２の成膜装置に設置し
た。装置を１×１０-7Ｔｏｒｒまで排気したのち低エネ
ルギーのイオン源にＡｒガスを導入しガス圧１×１０-3
Ｔｏｒｒで型母材表面に存在する酸化層をＡｒイオンビ
ーム・エッチングにより５００Å除去した。引続き、低
エネルギーのイオン源では、実施例１４と同条件でａ−
Ｃ：Ｈ膜の成膜を行うと同時に高エネルギーのイオン源
により４０ｋｅＶのエネルギーをもつＣイオンを照射し
ながら２５００Åのａ−Ｃ：Ｈ膜を形成した。この型を
用いて実施例１４と同様の成形テストを行った結果、実
施例１４と同様の結果が得られた。
てこれをよく洗浄した後、図１２の成膜装置に設置し
た。装置を１×１０-7Ｔｏｒｒまで排気したのち低エネ
ルギーのイオン源にＡｒガスを導入しガス圧１×１０-3
Ｔｏｒｒで型母材表面に存在する酸化層をＡｒイオンビ
ーム・エッチングにより５００Å除去した。引続き、低
エネルギーのイオン源では、実施例１４と同条件でａ−
Ｃ：Ｈ膜の成膜を行うと同時に高エネルギーのイオン源
により４０ｋｅＶのエネルギーをもつＣイオンを照射し
ながら２５００Åのａ−Ｃ：Ｈ膜を形成した。この型を
用いて実施例１４と同様の成形テストを行った結果、実
施例１４と同様の結果が得られた。
【００６７】（実施例１９）実施例１８と同様にしてａ
−Ｃ：Ｈ膜を形成するに際し、高エネルギーのイオン源
に於てＣイオンの代わりに４０ｋｅＶのＮイオンを成膜
開始後５分間照射した後これを止め、低エネルギーのイ
オン源のみによりａ−Ｃ：Ｈ膜を３０００Å形成した。
この型を用いて実施例１４と同様の成形テストを行った
結果、実施例１４と同様の結果が得られた。
−Ｃ：Ｈ膜を形成するに際し、高エネルギーのイオン源
に於てＣイオンの代わりに４０ｋｅＶのＮイオンを成膜
開始後５分間照射した後これを止め、低エネルギーのイ
オン源のみによりａ−Ｃ：Ｈ膜を３０００Å形成した。
この型を用いて実施例１４と同様の成形テストを行った
結果、実施例１４と同様の結果が得られた。
【００６８】（実施例２０）型母材として焼結Ｓｉ3 Ｎ
4 を所定の形状に加工した後、表面粗さＲmax ＝０．０
３μｍに鏡面研磨した。この型を図１２の複合型のＩＢ
Ｄ装置に設置し、真空槽を１×１０-6Ｔｏｒｒまで排気
した後。図中１６９の電子銃で成形面にＳｉを５００Å
形成した。このときの真空度は１×１０-5Ｔｏｒｒとし
た。次に、実施例１８と同条件で高エネルギーのイオン
源により５０ｋｅＶのＣイオンを照射しながら低エネル
ギーのイオン源を用いてａ−Ｃ：Ｈ膜を５０００Å形成
した。この型を用いて実施例１４と同様の成形テストを
行った結果、実施例１４と同様の結果が得られた。
4 を所定の形状に加工した後、表面粗さＲmax ＝０．０
３μｍに鏡面研磨した。この型を図１２の複合型のＩＢ
Ｄ装置に設置し、真空槽を１×１０-6Ｔｏｒｒまで排気
した後。図中１６９の電子銃で成形面にＳｉを５００Å
形成した。このときの真空度は１×１０-5Ｔｏｒｒとし
た。次に、実施例１８と同条件で高エネルギーのイオン
源により５０ｋｅＶのＣイオンを照射しながら低エネル
ギーのイオン源を用いてａ−Ｃ：Ｈ膜を５０００Å形成
した。この型を用いて実施例１４と同様の成形テストを
行った結果、実施例１４と同様の結果が得られた。
【００６９】（実施例２１）実施例１５と同様の型母材
を図１３に示すイオンビーム・スパッタ装置に設置し
た。図中１９０は真空槽、１９１はスパッタ用イオン
源、１９２はイオン照射用イオン源、１９３はスパッタ
ターゲット、１９４は型及び基板ホルダー、１９５は排
気系である。まず、装置内を１×１０-6Ｔｏｒｒに排気
した後、スパッタイオン源１８４を用いＡｒイオンを
０．７ｋＶで引出し９９．９９％のグラファイト・ター
ゲット１８６に照射しこれをスパッタリングすることに
より型１８７に硬質炭素膜を形成した。このとき同時に
１８５のイオン源を用い４０ｋｅＶのＮイオンを照射し
ながら３０００Åの膜を形成した。このとき基板温度は
３００℃、真空度２．５×１０-14 Ｔｏｒｒとした。こ
の型を用いて実施例１４と同様の成形テストを行った結
果、実施例１４と同様の結果が得られた。
を図１３に示すイオンビーム・スパッタ装置に設置し
た。図中１９０は真空槽、１９１はスパッタ用イオン
源、１９２はイオン照射用イオン源、１９３はスパッタ
ターゲット、１９４は型及び基板ホルダー、１９５は排
気系である。まず、装置内を１×１０-6Ｔｏｒｒに排気
した後、スパッタイオン源１８４を用いＡｒイオンを
０．７ｋＶで引出し９９．９９％のグラファイト・ター
ゲット１８６に照射しこれをスパッタリングすることに
より型１８７に硬質炭素膜を形成した。このとき同時に
１８５のイオン源を用い４０ｋｅＶのＮイオンを照射し
ながら３０００Åの膜を形成した。このとき基板温度は
３００℃、真空度２．５×１０-14 Ｔｏｒｒとした。こ
の型を用いて実施例１４と同様の成形テストを行った結
果、実施例１４と同様の結果が得られた。
【００７０】（実施例２２）実施例１４と同様の型母材
を用い図１４に示すＥＣＲイオン源とイオン照射用のカ
ウフマン型のイオン源を持つ複合型ＩＢＤ装置に設置し
た。図中１９６は真空槽、１９７はＥＣＲイオン源、１
９８はイオン照射用カウフマン型イオン源、１９９は型
及び基板ホルダー、２００は排気系、２０１は電子銃で
ある。まず、装置内を１×１０-6Ｔｏｒｒに排気した
後、ＥＣＲイオン源にガス供給系よりＣ6 Ｈ6 ：４０ｓ
ｃｃｍを導入しガス圧を４．５×１０-3Ｔｏｒｒとし
た。次に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振器と導波管
によって７００Ｗ投入した。基板に不図示のＲＦバイア
スを５００Ｖ印加しＤＬＣ膜を２５００Å形成した。こ
の時、カウフマン型イオン源により５０ｋｅＶのＮイオ
ンを同時に照射しながら成膜を行った。この型を用いて
実施例１４と同様の成形テストを行った結果、実施例１
４と同様の結果が得られた。
を用い図１４に示すＥＣＲイオン源とイオン照射用のカ
ウフマン型のイオン源を持つ複合型ＩＢＤ装置に設置し
た。図中１９６は真空槽、１９７はＥＣＲイオン源、１
９８はイオン照射用カウフマン型イオン源、１９９は型
及び基板ホルダー、２００は排気系、２０１は電子銃で
ある。まず、装置内を１×１０-6Ｔｏｒｒに排気した
後、ＥＣＲイオン源にガス供給系よりＣ6 Ｈ6 ：４０ｓ
ｃｃｍを導入しガス圧を４．５×１０-3Ｔｏｒｒとし
た。次に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振器と導波管
によって７００Ｗ投入した。基板に不図示のＲＦバイア
スを５００Ｖ印加しＤＬＣ膜を２５００Å形成した。こ
の時、カウフマン型イオン源により５０ｋｅＶのＮイオ
ンを同時に照射しながら成膜を行った。この型を用いて
実施例１４と同様の成形テストを行った結果、実施例１
４と同様の結果が得られた。
【００７１】（実施例２３）実施例１８と同様に型表面
の酸化膜を除去した後、図１２の電子銃で９９９．９９
％のグラファイトを蒸着しながら低エネルギーのイオン
源にＮ：Ｈｅ＝７：３の割合で２０ｓｃｃｍ導入し２０
０ｅＶ、４ｍＡのイオンビームをアシスト照射した。同
時に高エネルギーのイオン源により５０ｋｅＶのＣイオ
ンを１０分間照射した。グラファイトの蒸着とＮイオン
の照射は、Ｃイオンの照射を止めた後も続け１μｍのダ
イヤモンド膜を形成した。この膜の表面粗さはＲmax.＝
０．０３μｍであったので機械的研磨をすることなくこ
の型を用いて実施例１４と同様の成形テストを行った結
果、実施例１４と同様の結果が得られた。
の酸化膜を除去した後、図１２の電子銃で９９９．９９
％のグラファイトを蒸着しながら低エネルギーのイオン
源にＮ：Ｈｅ＝７：３の割合で２０ｓｃｃｍ導入し２０
０ｅＶ、４ｍＡのイオンビームをアシスト照射した。同
時に高エネルギーのイオン源により５０ｋｅＶのＣイオ
ンを１０分間照射した。グラファイトの蒸着とＮイオン
の照射は、Ｃイオンの照射を止めた後も続け１μｍのダ
イヤモンド膜を形成した。この膜の表面粗さはＲmax.＝
０．０３μｍであったので機械的研磨をすることなくこ
の型を用いて実施例１４と同様の成形テストを行った結
果、実施例１４と同様の結果が得られた。
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の光
学素子成形用型によれば型母材の少なくとも成形面にダ
イヤモンド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等
の炭素膜と型母材の界面において、型母材の構成元素と
膜構成元素とが酸素と結合した領域を設けた型によりガ
ラスの成形に於て膜の剥離やクラックが発生しない表面
欠陥の少ない鏡面を有する型が得られる。
学素子成形用型によれば型母材の少なくとも成形面にダ
イヤモンド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等
の炭素膜と型母材の界面において、型母材の構成元素と
膜構成元素とが酸素と結合した領域を設けた型によりガ
ラスの成形に於て膜の剥離やクラックが発生しない表面
欠陥の少ない鏡面を有する型が得られる。
【００７３】本発明の第２の光学素子成形用型によれば
型母材の少なくとも成形面に炭素イオンを注入すること
により、この型単独でもまたイオン注入した後にダイヤ
モンド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等の炭
素膜を形成した型においてガラスの成形に於て膜の剥離
やクラックが発生しない表面欠陥の少ない鏡面を有する
型が得られる。
型母材の少なくとも成形面に炭素イオンを注入すること
により、この型単独でもまたイオン注入した後にダイヤ
モンド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等の炭
素膜を形成した型においてガラスの成形に於て膜の剥離
やクラックが発生しない表面欠陥の少ない鏡面を有する
型が得られる。
【００７４】本発明の第３の光学素子成形用型によれば
型母材の少なくとも成形面にダイヤモンド膜、ＤＬＣ
膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等の炭素膜を形成する
際、もしくは形成後に、膜界面よりも大きい飛程を持つ
高エネルギーのイオンを好ましくは１０14ｉｏｎｓ／ｃ
ｍ2 以上注入することにより、界面において型母材と膜
の原子をミキシングさせ鋭い界面の消失や原子混合によ
る化合物形成を行い、従来問題であった膜と型母材との
付着強度を格段に向上することができる。この結果、ガ
ラスの成形において膜の剥離やクラックが発生しない表
面欠陥の少ない鏡面を有する型が得られる。
型母材の少なくとも成形面にダイヤモンド膜、ＤＬＣ
膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜等の炭素膜を形成する
際、もしくは形成後に、膜界面よりも大きい飛程を持つ
高エネルギーのイオンを好ましくは１０14ｉｏｎｓ／ｃ
ｍ2 以上注入することにより、界面において型母材と膜
の原子をミキシングさせ鋭い界面の消失や原子混合によ
る化合物形成を行い、従来問題であった膜と型母材との
付着強度を格段に向上することができる。この結果、ガ
ラスの成形において膜の剥離やクラックが発生しない表
面欠陥の少ない鏡面を有する型が得られる。
【００７５】これらの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返
しても膜剥離やクラック、傷の発生という欠陥を生じな
い極めて耐久性の高い光学素子成形用型が得られる。
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返
しても膜剥離やクラック、傷の発生という欠陥を生じな
い極めて耐久性の高い光学素子成形用型が得られる。
【００７６】本発明により得られた光学素子成形用型を
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。
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。
【図１】本発明に係わ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。
断面図で、プレス成形前の状態を示す。
【図２】本発明に係わ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。
断面図で、プレス成形後の状態を示す。
【図３】本発明の実施例で用いるＥＣＲプラズマＣＶＤ
装置を示す概略図である。
装置を示す概略図である。
【図４】本発明に係わる光学素子成形用型を使用するレ
ンズの成形装置を示す断面図で、非連続成形タイプであ
る。
ンズの成形装置を示す断面図で、非連続成形タイプであ
る。
【図５】レンズ成形の際の時間−温度関係図である。
【図６】本発明に係わる光学素子成形用型を使用するレ
ンズの成形装置を示す断面図で、連続成形タイプであ
る。
ンズの成形装置を示す断面図で、連続成形タイプであ
る。
【図７】本発明の実施例で用いる研磨装置の概略図であ
る。
る。
【図８】本発明の実施例で用いるＩＢＤ装置を示す概略
図である。
図である。
【図９】本発明の実施例で用いる雰囲気加熱炉を示す概
略図である。
略図である。
【図１０】本発明の実施例で用いるスパッタ装置を示す
概略図である。
概略図である。
【図１１】本発明の実施例で用いるマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置を示す概略図である。
ＣＶＤ装置を示す概略図である。
【図１２】本発明の実施例で用いる複合型ＩＢＤ装置を
示す概略図である。
示す概略図である。
【図１３】本発明の実施例で用いるイオンビーム・スパ
ッタ装置を示す概略図である。
ッタ装置を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施例で用いる複合型ＩＢＤ装置を
示す概略図である。
示す概略図である。
１ 型母材 ２ ＤＬＣ膜 ３ ガラス素材 ４ 成形されたレンズ ５ プラズマ室 ６ 型母材 ７ ガス供給系 ８ マイクロ波発振器、導波管 ９ 排気系 １０ 基板ホルダー １１ マイクロ波導入窓 １２ 外部磁場 １３ 型 １４ 空気軸受け １５ スカイフ皿 １６ ベアリング １７ 空気軸受け １８ スプリング １９ モーター ２０ 真空槽 ２１ イオンガン ２２ イオン化室 ２３ ガス導入口 ２４ イオンビーム引出しグリッド ２５ イオンビーム ２６ 型母材 ２７ 基板ホルダー ２８ 排気口 ２９ 雰囲気加熱炉 ３０ 排気系 ３１ ガス導入系 ３２ 型母材 ３３ ゴールドイメージ炉 ４５ プラズマ室 ４６ 型母材 ４７ ガス供給系 ４８ マイクロ波発振器、導波管 ４９ 排気系 ５１ 真空槽 ５２ 真空槽の蓋 ５３ 上型 ５４ 下型 ５５ 上型おさえ ５６ 胴型 ５７ 型ホルダー ５８ ヒーター ５９ 下型を突き上げる突き上げ棒 ６０ エアシリンダ ６１ 油回転ポンプ ６２，６３，６４ バルブ ６５ 不活性ガス導入バルブ ６６ バルブ ６７ リークパイプ ６８ バルブ ６９ 温度センサ ７０ 水冷パイプ ７１ 真空槽を支持する台 １０２ 成形装置 １０４ 取入れ用置換室 １０６ 成形室 １０８ 蒸着室 １１０ 取り出し用置換室 １１２ ゲートバルブ １１４ ゲートバルブ １１６ ゲートバルブ １１８ レール １２０ パレット １２２ ロッド １２４ シリンダ １２６ バルブ １２８ ヒータ １３０ 上型 １３２ 下型 １３４ ロッド １３６ ロッド １３８ シリンダ １４０ シリンダ １４２ 容器 １４４ ヒータ １４６ 蒸着物質 １４８ ロッド １５０ シリンダ １５２ バルブ １６０ 真空槽 １６１ 型母材 １６２ ガス導入系 １６３ 排気系 １６４ ＲＦ電源 １６５ ターゲット １６６ 型、基板ホルダー １６７ 高エネルギーイオン源 １６８ 低エネルギーイオン源 １６９ 電子銃 １９０ 真空槽 １９１ スパッタ用イオン源 １９２ イオン照射用イオン源 １９３ ターゲット １９４ 型、基板ホルダー １９５ 排気系 １９６ 真空槽 １９７ ＥＣＲイオン源 １９８ イオン照射用イオン源 １９９ 型、基板ホルダー ２００ 排気系 ２０１ 電子銃
Claims (33)
- 【請求項１】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形に
用いる光学素子成形用型において、該型母材の少なくと
も成形面に形成された炭素膜と該型母材の界面に酸素が
存在し、該酸素量が１〜１０ａｔｏｍ％であり、かつ存
在する界面の幅が５〜５００Åであることを特徴とする
光学素子成形用型。 - 【請求項２】 前記炭素膜が、ダイヤモンド膜、ダイヤ
モンド状炭素膜、水素化アモルファス炭素膜、硬質炭素
膜あるいはこれらの二種以上の混合膜であることを特徴
とする請求項１記載の光学素子成形用型。 - 【請求項３】 前記界面に存在する酸素が、型母材側で
は型母材構成元素と炭素膜側では炭素もしくは水素ある
いはその双方と結合していることを特徴とする請求項１
記載の光学素子成形用型。 - 【請求項４】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形に
用いる光学素子成形用型において、該型母材の少なくと
も成形面に炭素イオンを注入したことを特徴とする光学
素子成形用型。 - 【請求項５】 前記炭素イオン注入量が、１０15ｉｏｎ
ｓ／ｃｍ2 〜１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 であることを特徴
とする請求項４記載の光学素子成形用型。 - 【請求項６】 前記炭素イオンの注入を行った後、熱処
理したことを特徴とする請求項４記載の光学素子成形用
型。 - 【請求項７】 前記炭素イオンの注入を行った成形面
に、ダイヤモンド膜、ダイヤモンド状炭素膜、水素化ア
モルファス炭素膜、硬質炭素膜あるいはこれらの二種以
上の混合膜を形成したことを特徴とする請求項４記載の
光学素子成形用型。 - 【請求項８】 前記炭素イオンの注入を行った成形面を
熱処理した後、ダイヤモンド膜、ダイヤモンド状炭素
膜、水素化アモルファス炭素膜、硬質炭素膜あるいはこ
れらの二種以上の混合膜を形成したことを特徴とする請
求項４記載の光学素子成形用型。 - 【請求項９】 前記炭素イオンの注入を行った成形面を
熱処理し、更に水素プラズマを照射した後、ダイヤモン
ド膜、ダイヤモンド状炭素膜、水素化アモルファス炭素
膜、硬質炭素膜あるいはこれらの二種以上の混合膜を形
成したことを特徴とする請求項４記載の光学素子成形用
型。 - 【請求項１０】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形
に用いる光学素子成形用型において、該型母材の少なく
とも成形面に炭素膜を形成した後、炭素、水素、窒素、
酸素、希ガスから選ばれる１種類以上のイオンを注入し
たことを特徴とする光学素子成形用型。 - 【請求項１１】 前記注入イオン量が、１０14ｉｏｎｓ
／ｃｍ2 〜１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 であることを特徴と
する請求項１０記載の光学素子成形用型。 - 【請求項１２】 前記炭素膜が、ダイヤモンド膜、ダイ
ヤモンド状炭素膜、水素化アモルファス炭素膜、硬質炭
素膜あるいはこれらの二種以上の混合膜であることを特
徴とする請求項１０記載の光学素子成形用型。 - 【請求項１３】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形
に用いる光学素子成形用型において、該型母材の少なく
とも成形面に炭素膜を形成すると同時に、炭素、水素、
窒素、酸素、希ガスから選ばれる１種類以上のイオンを
注入したことを特徴とする光学素子成形用型。 - 【請求項１４】 前記注入イオン量が、１０14ｉｏｎｓ
／ｃｍ2 〜１０18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 であることを特徴と
する請求項１３記載の光学素子成形用型。 - 【請求項１５】 前記炭素膜が、ダイヤモンド膜、ダイ
ヤモンド状炭素膜、水素化アモルファス炭素膜、硬質炭
素膜あるいはこれらの二種以上の混合膜であることを特
徴とする請求項１３記載の光学素子成形用型。 - 【請求項１６】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形
に用いる光学素子成形用型の製造方法において、該型母
材の少なくとも成形面に、炭素膜形成の初期段階には酸
素イオンビームまたは酸素プラズマを照射しながら炭素
膜を形成することにより、炭素膜と該型母材の間に、１
〜１０ａｔｏｍ％の酸素の存在する界面を５〜５００Å
形成することを特徴とする光学素子成形用型の製造方
法。 - 【請求項１７】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形
に用いる光学素子成形用型の製造方法において、該型母
材の少なくとも成形面に、炭素膜形成の初期段階に、酸
素を含む原料ガスを用いて炭素膜を形成することによ
り、炭素膜と該型母材の間に、１〜１０ａｔｏｍ％の酸
素の存在する界面を５〜５００Å形成することを特徴と
する光学素子成形用型の製造方法。 - 【請求項１８】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形
に用いる光学素子成形用型の製造方法において、該型母
材の少なくとも成形面に、炭素膜を形成した後酸素を含
む雰囲気中で熱処理することにより、炭素膜と該型母材
の間に、１〜１０ａｔｏｍ％の酸素の存在する界面を５
〜５００Å形成することを特徴とする光学素子成形用型
の製造方法。 - 【請求項１９】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形
に用いる光学素子成形用型の製造方法において、該型母
材の少なくとも成形面に１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2 〜１０
18ｉｏｎｓ／ｃｍ2 の炭素イオンを注入することを特徴
とする光学素子成形用型の製造方法。 - 【請求項２０】 前記炭素イオンの注入を行った後、熱
処理することを特徴とする請求項１９記載の光学素子成
形用型の製造方法。 - 【請求項２１】 前記炭素イオンの注入を行った成形面
に、ダイヤモンド膜、ダイヤモンド状炭素膜、水素化ア
モルファス炭素膜、硬質炭素膜あるいはこれらの二種以
上の混合膜を形成することを特徴とする請求項１９記載
の光学素子成形用型の製造方法。 - 【請求項２２】 前記炭素イオンの注入を行った成形面
を熱処理した後、ダイヤモンド膜、ダイヤモンド状炭素
膜、水素化アモルファス炭素膜、硬質炭素膜あるいはこ
れらの二種以上の混合膜を形成することを特徴とする請
求項１９記載の光学素子成形用型の製造方法。 - 【請求項２３】 前記炭素イオンの注入を行った成形面
を熱処理し、次いで水素プラズマを照射した後、ダイヤ
モンド膜、ダイヤモンド状炭素膜、水素化アモルファス
炭素膜、硬質炭素膜あるいはこれらの二種以上の混合膜
を形成することを特徴とする請求項１９記載の光学素子
成形用型の製造方法。 - 【請求項２４】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形
に用いる光学素子成形用型の製造方法において、該型母
材の少なくとも成形面に炭素膜を形成した後１０14ｉｏ
ｎｓ／ｃｍ2 以上の、炭素、水素、窒素、酸素、希ガス
から選ばれる１種類以上のイオンを注入することを特徴
とする光学素子成形用型の製造方法。 - 【請求項２５】 前記炭素膜が、ダイヤモンド膜、ダイ
ヤモンド状炭素膜、水素化アモルファス炭素膜、硬質炭
素膜あるいはこれらの二種以上の混合膜であることを特
徴とする請求項２４記載の光学素子成形用型の製造方
法。 - 【請求項２６】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形
に用いる光学素子成形用型の製造方法において、該型母
材の少なくとも成形面に１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上
の、炭素、水素、窒素、酸素、希ガスから選ばれる１種
類以上のイオンを注入しながら炭素膜を形成することを
特徴とする光学素子成形用型の製造方法。 - 【請求項２７】 前記炭素膜が、ダイヤモンド膜、ダイ
ヤモンド状炭素膜、水素化アモルファス炭素膜、硬質炭
素膜あるいはこれらの二種以上の混合膜であることを特
徴とする請求項２６記載の光学素子成形用型の製造方
法。 - 【請求項２８】 請求項１６ないし１８記載の方法によ
り製造された光学素子成形用型を用いて作成されたこと
を特徴とする光学素子。 - 【請求項２９】 請求項１９ないし２３記載の方法によ
り製造された光学素子成形用型を用いて作成されたこと
を特徴とする光学素子。 - 【請求項３０】 請求項２４ないし２７記載の方法によ
り製造された光学素子成形用型を用いて作成されたこと
を特徴とする光学素子。 - 【請求項３１】 請求項１６ないし１８記載の方法によ
り製造された光学素子成形用型を用いて作成されたこと
を特徴とするレンズ。 - 【請求項３２】 請求項１９ないし２３記載の方法によ
り製造された光学素子成形用型を用いて作成されたこと
を特徴とするレンズ。 - 【請求項３３】 請求項２４ないし２７記載の方法によ
り製造された光学素子成形用型を用いて作成されたこと
を特徴とするレンズ。
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1996
- 1996-10-30 US US08/739,928 patent/US5855641A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5711780A (en) | 1998-01-27 |
| US5855641A (en) | 1999-01-05 |
| JPH05339018A (ja) | 1993-12-21 |
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