JP3049132B2 - 光学素子成形用型の製造方法および光学素子成形用型 - Google Patents

光学素子成形用型の製造方法および光学素子成形用型

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は加熱プレスによってレン
ズ等を成形する光学素子成形用型の製造方法および光学
素子成形用型に関する。
【0002】
【従来の技術】加熱プレスにより光学素子を成形する成
形用型では離型性が良好であることおよび型基材に被覆
された膜の密着性が高いことが要求されている。後者の
密着性が低いと、膜剥離が生じ、その剥離部分にガラス
が融着して離型性が低下し、型として寿命がなくなるた
めである。
【0003】このような光学素子成形用型としては従
来、特開昭63−123822号公報が知られている。
この光学素子成形用型はステンレス鋼からなる金属製の
型基材の表面にCr単体膜を形成し、このCr単体膜上
にCr- N系膜を形成し、さらにCr- N系膜上にCr
- C系膜を形成した3層構造となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の成形用型におい
ては、ステンレス鋼からなる型基材上の第1層目のCr
単体膜を真空蒸着により形成している。このCr単体膜
をタングステンカーバイド(WC)をベースとした超硬
合金あるいは炭化珪素(SiC)などのセラミックスか
らなる型基材の第1層目として形成し、600℃以上の
型温で連続成形を行うと、Cr単体膜の酸化によりCr
酸化物を形成する。ところが、このCr酸化物は、結晶
粒が拡大したポーラスな膜であると共に、熱膨張係数も
大きいものとなっている。従って、離型時に熱衝撃と引
張力が加わると、膜を引く剥ぐ力が作用するため、膜と
しての結合が破壊され微小剥離を発生させる。その結
果、型成形面の膜剥離部分にガラスが接触して、微小焼
付が生じ、成形された光学素子にクレータ状の表面欠陥
が発生する。そして、このように成形品の外観不良が多
発することにより、外観歩留が低下し、問題となってい
た。
【0005】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、型基材に対する被膜の密着性が高く、ガ
ラスの焼付きを生じることのない長寿命の光学素子成形
用型の製造方法および光学素子成形用型を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の光学
素子成形用型の製造方法は、型基材の成膜基礎面に窒素
イオンをイオン注入して該面を改質し、次いで、型基材
の向きを変えて前記成膜基礎面を被膜材料に対向させ、
前記被膜材料に窒素イオンをイオン注入するとともに前
記改質した成膜基礎面に被膜材料のスパッタ粒子を成長
させて、型基材の成膜基礎面に成膜することを特徴とす
る。また、本発明の光学素子成形用型は、型基材と、こ
の型基材の成膜基礎面内部に窒素イオンのイオン注入に
より形成した、Cr酸化物を含まない窒化層と、この窒
化層上にイオン注入成膜により積層した窒化クロム膜と
を有することを特徴とする。
【0007】上記構成では、窒素イオンを注入すること
で、超硬合金あるいはセラミックスからなる型基材の表
層内(すなわち、被膜を形成する成膜基礎面の内部)に
窒化層を形成することができる。そして、この窒化層
が、その上に被覆形成されるスパッタ粒子による膜と型
基材との密着性を高めるように作用する。そして本発明
の光学素子成形用型においては、この窒化層がその上に
被覆する窒化クロムからなる窒化被膜の密着性を補助す
るように、Nイオンの拡散作用、すなわち窒化層内のN
イオンと窒化被膜内のNイオンがイオン結合するように
なり、窒化被膜のイオン粒子が窒化層内に喰い込むよう
に成長する。その後のイオン注入成膜法、すなわち高加
速の窒素イオンを被膜材料にぶつけ、それにより高速で
スパッタされたイオン化粒子により成膜すると、成膜さ
れる窒化被膜が結合エネルギーの作用を有した窒化層の
上に成長する。そして、これらの窒化層とイオン注入成
膜法による窒化被膜により、非常に密着性の向上した成
膜が得られる。
【0008】
【実施例1】図1ないし図3は本発明の実施例1を示
す。本実施例の光学素子成形用型は図1に示すように超
硬合金から成る型基材1と、型基材1の成膜基礎面1A
の表面を改質した改質層2と、その改質層2の上に被覆
された窒化クロムからなる窒化被膜3とから構成されて
いる。型基材1の成膜基礎面1Aは、研削,研磨加工を
施し、表面粗度Rmax=0.06μm以下に仕上げら
れている。
【0009】図2は、改質層2を形成する方法を示し、
成膜基礎面1AにNイオン4を加速電圧93keV、加
速電流2mA、注入量2×1017ion/cmでイ
オン注入する。その後、図3に示すように型基材1を反
転して、その成膜基礎面1Aをクロムからなる被膜材料
5に対向させる。そして被膜材料5にNイオン4を加速
電圧92keV、加速電流0.5mA、注入量1×10
15ion/cmでイオン注入すると同時に、型基材
1の成膜基礎面1Aの表面を改質した改質層2の上に、
スパッタ作用によりCr- Nのスパッタ粒子6を成長さ
せ、CrN膜3を形成する。形成したCrN膜の膜厚は
d=1.2μmであり、ビッカース硬度はHv=141
0kgf/mm(25gf荷重)、面粗度はRmax
=0.062で、研磨加工後と差がなかった。
【0010】この光学素子成形用型を用いてSF系光学
ガラスを20000ショット以上連続成形したところ、
面粗度Rmax=0.059μmで、変化が認められ
ず、膜剥離もなく微小剥離から生じる微小焼き付きも発
生しなかった。
【実施例2】図4ないし図6は本発明の実施例2を示
す。図4に示すようにSiCから成る型基材11と、型
基材11の成膜基礎面11Aの表面を改質した改質層1
2と、その改質層12の上に被覆された窒化クロムから
なる窒化被膜13とから構成されている。型基材11の
成膜基礎面11Aは、研削,研磨加工を施し、表面粗度
Rmax=0.08μm以下に仕上げられている。この
炭化珪素の改質層12を形成するため、図5に示すよう
に、成形膜礎面11AにNイオン14を加速電圧96k
eV、加速電流2.4mA、注入量2×1017ion
/cmでイオン注入する。その後、図6に示すように
型基材11を反転して、その成膜基礎面11Aをクロム
からなる被膜材料15に対向させ、被膜材料15にNイ
オン14を加速電圧94keV、加速電流0.6mA、
注入量2×1015ion/cmでイオン注入すると
同時に、実施例1と同様にCrN膜13を形成した。C
rN膜13の膜厚はd=1.1μmであり、ビッカース
硬度はHv=1860kgf/mm、面粗度はRma
x=0.079で、研磨加工後と差がなかった。
【0011】この光学素子成形用型を用いてSF系光学
ガラスを20000ショット以上連続成形したところ、
面粗度Rmax=0.077μmで、変化が認められ
ず、膜剥離もなく微小剥離から生じる微小焼き付きも発
生しなかった。なお、SiCからなる型基材に高周波ス
パッタリング成膜法を用いて、中間層としてのCr膜を
第1層目に施し、Cr膜上にCr- N膜を施し、更にC
r- N膜上にCr- C膜を施した従来例の成形用型を上
記実施例と同様の条件で成形に供した結果、成形面に1
00μm以上の微小剥離が生じてガラスの微小焼付きが
おこり、成形品も100μm以上のクレーター状の欠陥
を生じた。
【0012】
【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、超硬合金あるいはセラミックスなどの型基材の
表層内部(すなわち、型基材に被膜を形成する際の成膜
基礎面の内部)に窒素イオンをイオン注入して該部を改
質しているので、この改質した層により、その上に被覆
形成される膜と型基材との密着性を極めて高くすること
ができる。また、本発明の光学素子成形用型によれば、
超硬合金あるいはセラミックスなどの型基材の表層内部
(すなわち、型基材に被膜を形成する際の成膜基礎面の
内部)に窒素イオンをイオン注入して、密着性を補助す
る窒化層を形成し、さらにイオン注入成膜法により密着
効率の高い窒化クロム膜を成長させるため,膜剥離面に
発生するガラスの焼き付きが無くなり、金型寿命が延命
化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の断面図。
【図2】本発明の実施例1の製造工程の断面図。
【図3】本発明の実施例1の製造工程の断面図。
【図4】本発明の実施例2の断面図。
【図5】本発明の実施例2の製造工程の断面図。
【図6】本発明の実施例2の製造工程の断面図。
【符号の説明】
1 型基材 2 窒化層 3 窒化クロム膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 11/00 C03B 40/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 型基材の成膜基礎面に窒素イオンをイオ
    ン注入して該面を改質し、 次いで、型基材の向きを変えて前記成膜基礎面を被膜材
    料に対向させ、 前記被膜材料に窒素イオンをイオン注入するとともに前
    記改質した成膜基礎面に被膜材料のスパッタ粒子を成長
    させて、型基材の成膜基礎面に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。
  2. 【請求項2】 型基材と、 この型基材の成膜基礎面内部に窒素イオンのイオン注入
    により形成した、Cr酸化物を含まない窒化層と、 この窒化層上にイオン注入成膜により積層した窒化クロ
    ム膜とを有することを特徴とする光学素子成形用型。
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