JP2962905B2 - ガラス光学素子成形金型の製造方法 - Google Patents
ガラス光学素子成形金型の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス光学素子をプレ
ス成形により製造するための成形金型の製造方法に関す
る。
ス成形により製造するための成形金型の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】レンズやプリズム等のガラス光学素子を
製造するのに、加熱軟化したガラス素材をプレス成形す
ることにより製造する方法が近年急速に発展している。
このプレス成形で用いられる成形型の成形面表面に形成
されたガラスとの離型膜は高温で軟化したガラスの成形
型への融着を防ぎ、高精度に加工された成形型を保護す
る目的を持っている。そのため、この離型膜には成形型
との密着性、ガラスとの離型性、耐酸化性、平滑性、高
硬度等の膜特性が要求される。
製造するのに、加熱軟化したガラス素材をプレス成形す
ることにより製造する方法が近年急速に発展している。
このプレス成形で用いられる成形型の成形面表面に形成
されたガラスとの離型膜は高温で軟化したガラスの成形
型への融着を防ぎ、高精度に加工された成形型を保護す
る目的を持っている。そのため、この離型膜には成形型
との密着性、ガラスとの離型性、耐酸化性、平滑性、高
硬度等の膜特性が要求される。
【０００３】従来、これらの要求に対して金属、セラミ
ックス等の成形型に種々のコーティングをする多くの提
案がされている。例えば、特公平３−６１６１７号公報
にはセラミックよりなる基体の表面に炭化ケイ素(SiC)
を被覆し、その上に窒化ホウ素等の窒化物を被覆してな
る光学素子成形金型が提案されている。そして、特公平
３−６１６１５号公報にはｃＢＮ及びａＢＮの混在した
薄膜を光学素子成形金型へ適用する事が提案されてい
る。また、別な例として、特開平２−２４３５２３号公
報には基体の表面に炭化物、窒化物から成る中間層を形
成し、その上にダイヤモンド膜が被覆された光学素子成
形金型が提案されている。
ックス等の成形型に種々のコーティングをする多くの提
案がされている。例えば、特公平３−６１６１７号公報
にはセラミックよりなる基体の表面に炭化ケイ素(SiC)
を被覆し、その上に窒化ホウ素等の窒化物を被覆してな
る光学素子成形金型が提案されている。そして、特公平
３−６１６１５号公報にはｃＢＮ及びａＢＮの混在した
薄膜を光学素子成形金型へ適用する事が提案されてい
る。また、別な例として、特開平２−２４３５２３号公
報には基体の表面に炭化物、窒化物から成る中間層を形
成し、その上にダイヤモンド膜が被覆された光学素子成
形金型が提案されている。
【０００４】
【従来技術の課題】しかし、これらの離型膜は、ＢＫ７
等の鉛を含有しないガラス材料のプレス成形には適して
いて、１０００回以上の成形耐久性を得ている。ところ
が、ＳＦ６等のように鉛を含有したガラス材料のプレス
成形では、ガラス成分中の鉛がダイヤモンド膜の炭素に
より還元され、成形したレンズ光学素子の表面に微少量
析出し、表面を白濁させ、表面粗さを低下させてしま
う。更に、この析出鉛により離型膜の表面には引っかき
傷が無数に発生し、離型膜の耐久性を著しく劣化させて
いた。
等の鉛を含有しないガラス材料のプレス成形には適して
いて、１０００回以上の成形耐久性を得ている。ところ
が、ＳＦ６等のように鉛を含有したガラス材料のプレス
成形では、ガラス成分中の鉛がダイヤモンド膜の炭素に
より還元され、成形したレンズ光学素子の表面に微少量
析出し、表面を白濁させ、表面粗さを低下させてしま
う。更に、この析出鉛により離型膜の表面には引っかき
傷が無数に発生し、離型膜の耐久性を著しく劣化させて
いた。
【０００５】また、離型膜として要求される成形型との
密着性、ガラスとの離型性、耐酸化性、平滑性、高硬度
等の膜特性の中で、従来の離型膜では密着性の問題が未
解決であり、ヒートサイクルを繰り返すと熱膨張差によ
る応力により膜が剥離してしまい、成形金型の離型膜と
しては耐久性が低下していた。
密着性、ガラスとの離型性、耐酸化性、平滑性、高硬度
等の膜特性の中で、従来の離型膜では密着性の問題が未
解決であり、ヒートサイクルを繰り返すと熱膨張差によ
る応力により膜が剥離してしまい、成形金型の離型膜と
しては耐久性が低下していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、基体と、該基体の成形面表面に形成した
該基体と同一材質の下地層と、この上に形成した混合層
と、最表面には窒化ホウ素膜を形成したガラス光学素子
成形金型の製造方法において、基体の成形面表面に該基
体と同一材質の物質を蒸着し、蒸着面表面を鏡面仕上げ
して、ホウ素を含む物質の蒸着と同時に、窒素イオン、
窒素含有物イオン、及び不活性ガスイオンの中の少なく
とも1 種類のイオンガス照射をし、該鏡面仕上げ面との
界面に混合層を生成し、これを介して最表面に窒化ホウ
素膜を形成することを特徴とするガラス光学素子成形金
型の製造方法を提供する。この成膜方法は、照射するイ
オンガスの混合比と加速電圧等を制御することにより、
成形面表面と離型膜との界面にダイナミックイオンミキ
シングによる混合層を形成させ、離型膜の付着強度を向
上させた。照射するイオンガスの混合比と加速電圧を制
御することにより、cBN 、hBN 、aBN の3 種類の窒化ホ
ウ素の皮膜の成膜が可能であり、それぞれの結晶構造を
組み合わせて成膜し、ガラス光学素子成形金型の離型膜
として使用している。
めに本発明は、基体と、該基体の成形面表面に形成した
該基体と同一材質の下地層と、この上に形成した混合層
と、最表面には窒化ホウ素膜を形成したガラス光学素子
成形金型の製造方法において、基体の成形面表面に該基
体と同一材質の物質を蒸着し、蒸着面表面を鏡面仕上げ
して、ホウ素を含む物質の蒸着と同時に、窒素イオン、
窒素含有物イオン、及び不活性ガスイオンの中の少なく
とも1 種類のイオンガス照射をし、該鏡面仕上げ面との
界面に混合層を生成し、これを介して最表面に窒化ホウ
素膜を形成することを特徴とするガラス光学素子成形金
型の製造方法を提供する。この成膜方法は、照射するイ
オンガスの混合比と加速電圧等を制御することにより、
成形面表面と離型膜との界面にダイナミックイオンミキ
シングによる混合層を形成させ、離型膜の付着強度を向
上させた。照射するイオンガスの混合比と加速電圧を制
御することにより、cBN 、hBN 、aBN の3 種類の窒化ホ
ウ素の皮膜の成膜が可能であり、それぞれの結晶構造を
組み合わせて成膜し、ガラス光学素子成形金型の離型膜
として使用している。
【０００７】
【作用】この離型膜は、ヌープ硬度４０００から５００
０ｋｇ／ｍｍ2 の高硬度な窒化ホウ素の薄膜であり、成
形耐久回数は３０００回以上である。特徴として、ＳＦ
６等の鉛を含有した光学材料のプレス成形において、鉛
と化学的に反応しないことである。析出鉛は発生せず、
従来成形できなかった鉛を含有した光学ガラスのプレス
の成形を可能にした。
０ｋｇ／ｍｍ2 の高硬度な窒化ホウ素の薄膜であり、成
形耐久回数は３０００回以上である。特徴として、ＳＦ
６等の鉛を含有した光学材料のプレス成形において、鉛
と化学的に反応しないことである。析出鉛は発生せず、
従来成形できなかった鉛を含有した光学ガラスのプレス
の成形を可能にした。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。実験例１ 図１に示すように、ガラス光学素子成形金型の基体１と
してＳｉＣ（炭化珪素）を用い、その成形面にＣＶＤ法
により下地層２としてＳｉＣ膜を厚さ数１００μｍ蒸着
した。次にＳｉＣ膜の表面をＲａ＝１ｎｍ以下になるよ
うに鏡面仕上げした。この金型の基体１を図２に示すよ
うにホルダー１２に取りつけ、図示しない真空容器内を
真空にする。蒸着物質１３として金属ホウ素を電子ビー
ムにより約１ｎｍ／ｍｉｎの蒸着速度で蒸着しながら、
同時にＡｒ／Ｎ2 ＝０．３の混合ガス１７を導入し、イ
オン源１４からイオンを４０ｋｅＶの加速電圧で約２０
分間処理することにより、成形型表面のＳｉＣ膜の表面
に混合層３を生成させた。表１に示すように照射イオン
ガスの条件を変化させて、窒化ホウ素膜４を約３００ｎ
ｍの厚さに成膜した。このとき、イオンの照射量はイオ
ン電流計１６で測定し、金属ホウ素の蒸着量は膜圧計１
５で測定し、この２個のモニターによって成膜条件を制
御することによって最表面には窒素とホウ素の輸送比を
固定して、組成比がＢ／Ｎ＝１となるようにした。
してＳｉＣ（炭化珪素）を用い、その成形面にＣＶＤ法
により下地層２としてＳｉＣ膜を厚さ数１００μｍ蒸着
した。次にＳｉＣ膜の表面をＲａ＝１ｎｍ以下になるよ
うに鏡面仕上げした。この金型の基体１を図２に示すよ
うにホルダー１２に取りつけ、図示しない真空容器内を
真空にする。蒸着物質１３として金属ホウ素を電子ビー
ムにより約１ｎｍ／ｍｉｎの蒸着速度で蒸着しながら、
同時にＡｒ／Ｎ2 ＝０．３の混合ガス１７を導入し、イ
オン源１４からイオンを４０ｋｅＶの加速電圧で約２０
分間処理することにより、成形型表面のＳｉＣ膜の表面
に混合層３を生成させた。表１に示すように照射イオン
ガスの条件を変化させて、窒化ホウ素膜４を約３００ｎ
ｍの厚さに成膜した。このとき、イオンの照射量はイオ
ン電流計１６で測定し、金属ホウ素の蒸着量は膜圧計１
５で測定し、この２個のモニターによって成膜条件を制
御することによって最表面には窒素とホウ素の輸送比を
固定して、組成比がＢ／Ｎ＝１となるようにした。
【０００９】表１にヌープ硬度と耐久回数（ＳＦ６等の
鉛を含有した光学ガラス材料のプレス成形回数）を調べ
た結果を示す。ガスの混合比と加速電圧を蒸着条件とし
て成膜した離型膜をガラス光学素子成形金型に使用し
た。
鉛を含有した光学ガラス材料のプレス成形回数）を調べ
た結果を示す。ガスの混合比と加速電圧を蒸着条件とし
て成膜した離型膜をガラス光学素子成形金型に使用し
た。
【００１０】ＳＦ６の鉛を含有した光学ガラス材料のプ
レス成形に於いて、析出鉛の発生がなく、３０００回以
上の成形耐久性能が得られた。
レス成形に於いて、析出鉛の発生がなく、３０００回以
上の成形耐久性能が得られた。
【００１１】
【表１】
【００１２】実験例２ 次に表２に示すように、表１の実験番号５の成膜条件に
於いて、ミキシング処理時間を変化させて窒化ホウ素か
ら成る離型膜を成膜した。Ａｒ／Ｎ2 ＝０．３の混合ガ
スのイオンを４０ｋｅＶの加速電圧で成形金型の成形面
に照射させ、その照射時間を変化させて窒化ホウ素膜を
蒸着した。ミキシング処理時間とヌープ硬度の関係を表
２に示す。
於いて、ミキシング処理時間を変化させて窒化ホウ素か
ら成る離型膜を成膜した。Ａｒ／Ｎ2 ＝０．３の混合ガ
スのイオンを４０ｋｅＶの加速電圧で成形金型の成形面
に照射させ、その照射時間を変化させて窒化ホウ素膜を
蒸着した。ミキシング処理時間とヌープ硬度の関係を表
２に示す。
【００１３】ミキシング時間が２０分以上になるとヌー
プ硬度はあまり変化しなくなるので、ミキシング時間を
２０分に設定した。このミキシング時間を蒸着条件とし
て成膜した離型膜をガラス光学素子成形金型に使用し
た。
プ硬度はあまり変化しなくなるので、ミキシング時間を
２０分に設定した。このミキシング時間を蒸着条件とし
て成膜した離型膜をガラス光学素子成形金型に使用し
た。
【００１４】ＳＦ６等の鉛を含有した光学ガラス材料の
プレス成形に於いて、析出鉛の発生がなく、３０００回
以上の成形耐久性能が得られた。
プレス成形に於いて、析出鉛の発生がなく、３０００回
以上の成形耐久性能が得られた。
【００１５】
【表２】
【００１６】実験例３ ガラス光学素子成形金型の型基体１としてＳｉＣの焼結
体にＳｉＣ膜を蒸着したもの、Ｓｉ3 Ｎ4 焼結体にＳｉ
3 Ｎ4 膜を蒸着したもの、Ａｌ2 Ｏ3 焼結体にＡｌ2 Ｏ
3 膜を蒸着したものを用いて、鏡面仕上げの表面粗さＲ
ａを３種類変化させた。そして、表２の実験番号５の成
膜条件により窒化ホウ素の離型膜をそれぞれの成形金型
の成形面に成膜した。表１と同様に特性を評価し、その
結果を表３に示した。ＳＦ６等の鉛を含有した光学ガラ
ス材料のプレス成形に於いて、析出鉛の発生がなく、３
０００回以上の成形耐久性能が得られた。
体にＳｉＣ膜を蒸着したもの、Ｓｉ3 Ｎ4 焼結体にＳｉ
3 Ｎ4 膜を蒸着したもの、Ａｌ2 Ｏ3 焼結体にＡｌ2 Ｏ
3 膜を蒸着したものを用いて、鏡面仕上げの表面粗さＲ
ａを３種類変化させた。そして、表２の実験番号５の成
膜条件により窒化ホウ素の離型膜をそれぞれの成形金型
の成形面に成膜した。表１と同様に特性を評価し、その
結果を表３に示した。ＳＦ６等の鉛を含有した光学ガラ
ス材料のプレス成形に於いて、析出鉛の発生がなく、３
０００回以上の成形耐久性能が得られた。
【００１７】
【表３】
【００１８】実験例４ ガラス光学素子成形金型の型基体１としてＳｉＣ（炭化
ケイ素）を用い、その成形面にＣＶＤ法によりＳｉＣ膜
を厚さ数１００μｍ成膜した。次にＳｉＣ膜の表面をＲ
ａ＝１ｎｍ以下になるように鏡面仕上げした。窒化ホウ
素膜４を形成する前に、金属ホウ素を電子ビームにより
約１ｎｍ／ｍｉｎの蒸着速度で蒸着しながら、同時にＮ
2 ガスイオンを４０ｋｅＶの加速電圧で約２０分間処理
することにより、成形型表面のＳｉＣ膜の表面に混合層
３を生成させた。引き続き、表４に示すようにホウ素と
窒素の輸送比を変化させて、膜中の組成比を変化させ
た。その他の実験条件は表１の実験番号５と同じであ
る。この組成比はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって
測定した。表４に、ヌープ硬度と耐久回数（ＳＦ６等の
鉛を含有した光学ガラス材料のプレス成形回数）を調べ
た結果を示す。Ｂ／Ｎ組成比で５を越えると金属ホウ素
とガラスの反応が顕著となるため耐久性が悪いが、Ｂ／
Ｎ組成比が５以下の範囲であれば、ＳＦ６等の鉛を含有
した光学ガラス材料のプレス成形に於いて、析出鉛の発
生がなく、３０００回以上の成形耐久性能が得られた。
ケイ素）を用い、その成形面にＣＶＤ法によりＳｉＣ膜
を厚さ数１００μｍ成膜した。次にＳｉＣ膜の表面をＲ
ａ＝１ｎｍ以下になるように鏡面仕上げした。窒化ホウ
素膜４を形成する前に、金属ホウ素を電子ビームにより
約１ｎｍ／ｍｉｎの蒸着速度で蒸着しながら、同時にＮ
2 ガスイオンを４０ｋｅＶの加速電圧で約２０分間処理
することにより、成形型表面のＳｉＣ膜の表面に混合層
３を生成させた。引き続き、表４に示すようにホウ素と
窒素の輸送比を変化させて、膜中の組成比を変化させ
た。その他の実験条件は表１の実験番号５と同じであ
る。この組成比はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって
測定した。表４に、ヌープ硬度と耐久回数（ＳＦ６等の
鉛を含有した光学ガラス材料のプレス成形回数）を調べ
た結果を示す。Ｂ／Ｎ組成比で５を越えると金属ホウ素
とガラスの反応が顕著となるため耐久性が悪いが、Ｂ／
Ｎ組成比が５以下の範囲であれば、ＳＦ６等の鉛を含有
した光学ガラス材料のプレス成形に於いて、析出鉛の発
生がなく、３０００回以上の成形耐久性能が得られた。
【００１９】
【表４】
【００２０】
【発明の効果】このように本発明によれば、実施例で示
した成膜条件でガスの混合比率とイオン加速電圧、更に
ミキシング時間の最適化により、密着性を向上させる働
きを持つ混合層を最適な条件で生成させ、成形型基体と
密着性に優れた窒化ホウ素によるガラス光学素子成形金
型のガラス離型膜を得ることができる。
した成膜条件でガスの混合比率とイオン加速電圧、更に
ミキシング時間の最適化により、密着性を向上させる働
きを持つ混合層を最適な条件で生成させ、成形型基体と
密着性に優れた窒化ホウ素によるガラス光学素子成形金
型のガラス離型膜を得ることができる。
【００２１】更にこの窒化ホウ素によるガラス光学素子
成形金型の離型膜は、鉛を含有したガラス材料と化学反
応を起こさないので、ガラス表面に析出鉛の発生がな
く、カーボン膜で問題となった析出鉛によるガラス表面
の白濁現象を完全に解決することが出来、この窒化ホウ
素の離型膜を用いることによってＳＦ６等の鉛を含有し
た光学ガラスのプレス成形が可能になった。
成形金型の離型膜は、鉛を含有したガラス材料と化学反
応を起こさないので、ガラス表面に析出鉛の発生がな
く、カーボン膜で問題となった析出鉛によるガラス表面
の白濁現象を完全に解決することが出来、この窒化ホウ
素の離型膜を用いることによってＳＦ６等の鉛を含有し
た光学ガラスのプレス成形が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に於ける、成形金型の断面の模
型図である。
型図である。
【図２】本発明の実施例に於ける、蒸着装置の概略構成
図である。
図である。
１ 型基体 ２ 下地層 ３ 混合層（ミキシング層） ４ 離型膜（窒化ホウ素膜） １２ ホルダー １３ 蒸着物質 １４ イオン源 １５ 膜厚計 １６ イオン電流計 １７ 導入ガス
Claims (1)
- 【請求項１】基体の成形面表面に該基体と同一材質の物
質を蒸着し、蒸着面表面を鏡面仕上げして、ホウ素を含
む物質の蒸着と同時に、窒素イオン、窒素含有物イオ
ン、及び不活性ガスイオンの中の少なくとも1 種類のイ
オンガス照射をし、該鏡面仕上げ面との界面に混合層を
生成し、これを介して最表面に窒化ホウ素膜を形成する
ことを特徴とするガラス光学素子成形金型の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3315075A JP2962905B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | ガラス光学素子成形金型の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3315075A JP2962905B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | ガラス光学素子成形金型の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05147954A JPH05147954A (ja) | 1993-06-15 |
| JP2962905B2 true JP2962905B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=18061119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3315075A Expired - Fee Related JP2962905B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | ガラス光学素子成形金型の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2962905B2 (ja) |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP3315075A patent/JP2962905B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05147954A (ja) | 1993-06-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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