JP3046184B2 - ガラス光学素子の製造方法 - Google Patents

ガラス光学素子の製造方法

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JP3046184B2
JP3046184B2 JP5176624A JP17662493A JP3046184B2 JP 3046184 B2 JP3046184 B2 JP 3046184B2 JP 5176624 A JP5176624 A JP 5176624A JP 17662493 A JP17662493 A JP 17662493A JP 3046184 B2 JP3046184 B2 JP 3046184B2
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貴博 大蔵
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哲 西山
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズやプリズムなど
の高精度なガラス光学素子をプレス成形により製造する
ためのガラス光学素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年では、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塊を成形
金型によりプレス成形する方法が急速に発展している。
この方法で使用される成形金型の光学機能面には、高温
で軟化したガラスの成形金型への融着を防ぎ、高精度に
加工された成形金型を保護するための離型膜が形成され
ている。この離型膜には、成形金型との密着性,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】そして、従来、これらの要求に対して金
属,セラミックス等の成形金型に種々の材料をコーティ
ングし、離型膜を形成する多くの提案がなされている。
【0004】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。また、特公平3
−61615号公報には立方晶窒化ホウ素(cBN)及
びアモルファス窒化ホウ素(aBN)の混在した薄膜を
光学素子成形金型に形成することが提案されている。さ
らに、特開平3−153531号公報には、耐酸化性、
高温高硬度材料の型によりガラスをプレス成形する際
に、雰囲気を非酸化性ガスと炭化水素ガスとの混合ガス
にすることにより成形金型とガラスとの融着を防止する
ガラス光学素子の製造方法が提案されている。
【0005】そして、上記のような成形金型によるガラ
ス光学素子の成形は、金型にガラス塊をセットし、例え
ば、600℃に加熱した後、例えば、雰囲気を非酸化性
ガスと炭化水素ガスとの混合ガスにして成形し、室温よ
りも高い、例えば、200℃まで冷却した後、ガラス光
学素子を取り出すことによって行われる。
【0006】
【本発明が解決しようとする課題】特公平3−6161
7号公報や特公平3−61615号公報に開示されるよ
うに、立方晶窒化ホウ素(cBN)及びアモルファス窒
化ホウ素(aBN)の混在した離型膜や、ガラスとの離
型性に優れた窒化ホウ素を離型膜として用いた場合、光
学機能面を有する成形金型の耐久性を改善することがで
きる。しかしながら、ガラスのプレス成形は高温高圧下
でなされるため、空気中では100回程度のプレス成形
の繰り返しによって離型膜が酸化消耗し、成形されたガ
ラス光学素子の表面精度が低下し、これにより、高精度
が要求される非球面レンズ用の成形金型としては使用で
きなくなるという問題があった。
【0007】このような窒化ホウ素からなる離型膜の酸
化防止のため、窒化物を安定に存在させることを目的
に、窒素ガスのような不活性雰囲気中でガラスをプレス
成形することが行われており、これにより1000回程
度の耐久性が得られている。
【0008】ところで、現状の高硬度窒化ホウ素薄膜は
イオンプレーティング法,イオンビーム法やCVD法に
より作製されており、cBN結晶相を含んだより高硬度
の窒化ホウ素膜の組成は、B:N=1:1の化学量論組
成からはずれてホウ素過剰になる傾向にあることが知ら
れている。従って、薄膜の結晶構造は、cBN相やhB
N(六方晶窒化ホウ素)相やホウ素過剰のaBN相が混
在した組織となっているものと考えられる。そして、上
記のように、高硬度窒化ホウ素膜を離型膜として窒素ガ
ス雰囲気中で使用した場合、膜の酸化が防止されて成形
金型の耐久性を向上することができる。しかし、ガラス
の成形温度範囲が600〜800℃であるので、離型膜
中に存在する過剰のホウ素と雰囲気中の窒素が反応して
窒化が生じ、この反応により、離型膜が膨張して型から
剥離する虞があった。
【0009】また、特開平3−153531号公報に
は、耐酸化性,高温高硬度材料の型によりガラスをプレ
ス成形する際に、雰囲気を非酸化性ガスと炭化水素ガス
との混合ガスにすることにより成形金型とガラスとの融
着を防止するガラス光学素子の製造方法が提案されてい
る。この方法では、ガラスと成形金型の間に炭化水素ガ
スが分解生成した超微粒炭素が介在することにより離型
性が向上するが、SF6鉛ガラスを成形した場合にはガ
ラスが炭素により還元され、ガラス光学素子表面が白濁
してしまうという問題があった。
【0010】本発明は、窒化ホウ素膜からなる離型膜の
剥離を確実に防止することができるとともに、ガラス光
学素子の白濁を確実に防止することができるガラス光学
素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、離型膜中
に存在する過剰のホウ素と窒素の窒化反応を防止し、離
型膜の剥離の発生を防止すべく、鋭意検討した結果、少
なくともガラスの成形温度範囲においては希ガス雰囲気
とすることにより、窒化反応を抑制できることを見出
し、本発明に至った。
【0012】即ち、本発明のガラス光学素子の製造方法
は、化学量論組成よりもホウ素過剰の高硬度窒化ホウ素
からなる離型膜を表面に備えた金型により、鉛を含有す
るガラス塊を希ガス雰囲気中でプレス成形する方法であ
る。高硬度窒化ホウ素からなる離型膜を表面に備えた金
型によりガラス光学素子を製造する場合には、少なくと
もガラスの成形温度範囲の雰囲気を希ガス雰囲気とし、
全工程を希ガス雰囲気中で行っても良い。本発明におい
て用いられる希ガスとしては、He、Ne、Ar、K
r、Xe、Rnがあり、これらの中でもAr、Neが取
扱いが容易で、低価格である点で望ましい。
【0013】
【作用】本発明では、化学量論組成よりもホウ素過剰の
高硬度窒化ホウ素からなる離型膜を表面に備えた金型に
より、鉛を含有するガラス塊を希ガス雰囲気中でプレス
成形することにより、高硬度窒化ホウ素からなる離型膜
に存在する過剰のホウ素と窒素との反応を抑制すること
が可能となる。また、希ガス雰囲気中でプレス成形する
ことにより、耐久性が向上するため、ガラスと離型膜と
の間に炭素を介在させる必要がなく、SF6鉛ガラスを
成形する場合においても白濁するような問題も解消され
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明のガラス光学素子の製造方法の
一実施例について説明する。
【0015】先ず、高硬度窒化ホウ素からなる離型膜を
表面に備えた金型を用意する。金型は、図1に示すよう
に、上型1と下型2から構成されており、これらの上型
1と下型2の基体は例えば、炭化ケイ素セラミックから
なる。上型1および下型2の表面には、図示しないがそ
れぞれ膜厚100μmのSiCからなる下地層がCVD
法により形成されている。これらの下地層の表面は表面
粗さRa=1nm以下に鏡面仕上げされている。そし
て、下地層の表面には、例えば、膜厚1μmの高硬度窒
化ホウ素膜からなる離型膜3が形成されており、その表
面は、表面粗さRa=1nm以下に鏡面仕上げされてい
る。この離型膜3は、下地層が形成された型1,2をイ
オンプレーティング装置にセットし、真空ポンプにて真
空引きし、型1,2に−500eVのバイアスを印加さ
せながら、N2 +Arガスを高周波コイルでプラズマ化
しつつ、金属ほう素(B)を電子ビームで真空蒸着する
ことにより成膜される。
【0016】そして、このような金型の下型2の中央部
にSF6鉛光学ガラス塊4を搬入し、アルゴンガス,ヘ
リウムガス等の希ガス雰囲気中でプレス成形温度、例え
ば、520℃まで昇温し、上型1を下降させ成形する。
この後、所定温度、例えば、300℃まで冷却し、ガラ
ス光学素子を金型から搬出することによりガラス光学素
子を製造する。
【0017】以上のような方法では、ガラス塊4を希ガ
ス雰囲気中でプレス成形するため、高硬度窒化ホウ素か
らなる離型膜3に存在する過剰のホウ素と窒素との反応
や酸化反応を抑制することができるため、離型膜3の膨
張を抑制することができ、型1,2からの剥離を確実に
防止することができる。また、SF6鉛ガラスを成形し
た場合でも、ガラスと離型膜3との間に炭素が介在する
ことがないために、炭素によるガラスの還元を抑制する
ことができ、ガラス光学素子表面の白濁を確実に防止す
ることができる。
【0018】本発明者等は、本発明の上記効果を確認す
べく、以下の実験を行った。
【0019】実験1 基体として炭化ケイ素(SiC)セラミックの表面に、
CVD法により膜厚100μmのSiC膜を形成し、次
にSiC膜の表面を表面粗さRa=1nm以下に鏡面仕
上げした。
【0020】そして、金属ほう素(B)を電子ビーム真
空蒸着させ、窒素イオンを基体表面に同時照射すること
によりcBN結晶を含む高硬度窒化ホウ素膜を基体表面
に1μm 形成した。作製したサンプルを窒素中、空気
中、アルゴン,ヘリウム中のそれぞれで熱処理すること
により膜の安定性を評価した。即ち、サンプルを窒素雰
囲気中、空気雰囲気中、アルゴン雰囲気中、ヘリウム雰
囲気中に収容し、300℃から50℃昇温する毎に20
分間保持し、光学顕微鏡により表面状態が平滑から凹凸
になることによる光の反射率の変化や、FTIR法によ
りcBN結晶のピークに変化が現れた臨界温度を表1に
示した。
【0021】
【表1】
【0022】表1より、アルゴン雰囲気,ヘリウム雰囲
気中の方が空気雰囲気中、窒素雰囲気中よりも耐熱性が
向上していることが判る。
【0023】実験2 上記実験1と同様にして、成形金型の表面に高硬度窒化
ホウ素膜からなる離型膜を形成し、この成形金型を使用
して窒素雰囲気中、アルゴン雰囲気,ヘリウム雰囲気,
50%N2 +50%Ar雰囲気中でSF6鉛ガラスを成
形し、成形金型の耐久回数を調べる実験を行った。耐久
回数は、離型膜の剥離が生じるまでの回数とした。この
結果、従来の窒素雰囲気中での成形の場合には、成形金
型の耐久回数は1000回程度であったのに対し、アル
ゴン雰囲気中で成形する本発明の場合は成形金型の耐久
回数は3000回以上であり、ヘリウム雰囲気中で成形
する場合は成形金型の耐久回数は3000回以上であ
り、50%N2 +50%Ar雰囲気中で成形する場合は
成形金型の耐久回数は2000回以上と、本発明の方が
成形金型の耐久性が大幅に向上した。
【0024】尚、成形金型の温度が500℃以上に昇温
した時に希ガス雰囲気とし、500℃よりも低い温度で
は窒素雰囲気としてもほぼ同様の効果が得られた。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガラス光
学素子の製造方法は、ガラス光学素子を製造する場合に
は、化学量論組成よりもホウ素過剰の高硬度窒化ホウ素
からなる離型膜を表面に備えた金型により、鉛を含有す
るガラス塊を希ガス雰囲気中でプレス成形するため、高
硬度窒化ホウ素からなる離型膜に存在する過剰のホウ素
と窒素との反応や酸化反応が抑制され、これにより、高
硬度窒化ホウ素からなる離型膜の膨張を抑制することが
でき、成形金型からの剥離を確実に防止することができ
る。また、成形金型の耐久性が向上するためにガラスと
離型膜との間に炭素を介在させる必要がなく、SF6鉛
ガラスを成形する場合においても白濁するような問題を
確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガラス光学素子の製造方法に使用される金型を
示す説明図である。
【符号の説明】
1 上型 2 下型 3 離型膜 4 ガラス塊
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 哲 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機株式会社内 審査官 徳永 英男 (56)参考文献 特開 平3−153531(JP,A) 特開 平2−145445(JP,A) 特公 平3−61615(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 11/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学量論組成よりもホウ素過剰の高硬度窒
    化ホウ素からなる離型膜を表面に備えた金型により、鉛
    を含有するガラス塊を希ガス雰囲気中でプレス成形する
    ことを特徴とするガラス光学素子の製造方法。
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