JP3231165B2 - 光学素子成形用型及びその製造方法 - Google Patents
光学素子成形用型及びその製造方法Info
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Description
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光学素子形成用型およびそ
の製造方法に関し、特に、炭素膜を有する型において、
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
を有する型およびその製造方法に関する。
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
みならずプリズムや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。
に使用される型材には、硬度、耐熱性、離型性、鏡面加
工性等の性質に優れていることが要求される。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号公
報には13Crマルテンサイト鋼が、特開昭52−45
613号公報には、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、また、特開昭61−183134号公報、
61−281030号公報、特開平1−301864号
公報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64−83529号公報には硬質炭素膜、特
公平2−31012号公報には炭素膜をコーティングし
た材料が提案されている。
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
材料は融着を起こしにくいが、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。
定性にも優れているが、多結晶膜であるため表面粗度が
大きく、鏡面加工する必要がある。DLC膜、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。
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。
部分的に形成されなかったり、膜厚が薄いことがある。
例えば、WC−CoやSiC,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。
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。
優れた光学素子成形用型を実現するに至っていない。
膜厚が50オンク゛ストトーム未満では膜が不均一になるため炭
素膜の形成効果が減少し、5000オンク゛ストトームを超える
と加圧成形による面積度の低下が生じるものの、50〜
5000オンク゛ストトームならば問題は生じないとしている。
しかしながら、この発明の実施例における炭素膜は、基
板との付着力が小さく、あるいは大きな圧縮応力のため
に、成形過程において膜剥離を生じ易い。この結果、剥
離部におけるガラスの融着や成形品の外観不良を引き起
こし、耐久性の優れた実用的な型を提供するに至ってい
ない。
術の実情に鑑み、型母材の成形表面に炭素膜が形成され
た型における該炭素膜に、特定の形状を与え、また一定
の炭素濃度勾配を与えることによって、ガラス成形の際
に膜の剥離やクラックが長時間繰り返しても発生せず表
面欠陥の少ない鏡面を得ることを目的とする。
状を効率よく形成するための製造方法を提供することに
ある。
発明は、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
表面に中間層を介して又は介さずに形成されている炭素
膜が、平均ピッチ5〜30nmで平均高さ0.5〜30
nmの突起を多数連設する形状であることを特徴とする
光学素子成形用型である。炭素膜に特定の形状を与える
ことにより、膜の吸着力、摩擦係数を小さくし、かつ膜
の型母材への付着強度を高くすることができる一方、成
形される光学素子の表面粗さを劣化させることがないの
で、ガラスの融着や反応生成物が生ずることなく、ガラ
スとの離型性を長期間良好に保持し、ガラスとの離型性
を長期間良好に保持し、ガラスの成形に於て膜の剥離や
クラックが発生しない耐久性の高い鏡面を有する型を得
ることができる。
mの厚みを有し、炭素原子濃度が表面側で高く母材側で
低い濃度勾配を有するものである上記の光学素子成形型
である。表面における炭素濃度を高くすることによっ
て、ガラス成分との反応析出物の生成を抑えガラスとの
離型性をより良好にすることができる。
を製造する方法であって、型母材表面に中間層を介して
又は介さずに、イオンエネルギー5〜25keVの炭素
イオンビームを用いて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である。この方法によ
り、特定形状の突起が連設された炭素膜を効率良く形成
することができる。
を製造する方法であって、型母材表面を傷つけ処理し、
平均ピッチ5〜30nmで平均段差0.5〜30nmの
突起を多数連設した後、中間層を介して又は介さずにイ
オンエネルギー0.2〜1.5keVの炭素イオンビー
ムを用いて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である。あらかじめ型母材に特定の
突起形状を形成しておくことにより、比較的薄い炭素膜
で同様の突起形状を付与することができる。
料は、WC、SiC、TiC、TaC、BN、TiN、
AlN、Si3 N4 、SiO2 、Al2 O3 、Zr
O2 、W、Ta、Mo、サーメット、サイアロン、ムラ
イト、WC−Co合金等から選ばれる。
ら、古くよりガラスの成形用型に用いられてきた。ガラ
スモールドでは、この炭素とガラスの性質を利用して型
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。炭素膜としては、ダイヤモンド膜、DLC膜,a−
C:H膜、硬質炭素膜が挙げられるが、ダイヤモンド膜
は多結晶で表面が粗いために鏡面加工を要するという問
題がある。
H膜、硬質炭素膜は、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、成形回数がふえるに
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。
m、平均段差0.5〜30nmの多数の突起を連設する
ことにより従来問題とされてきた問題を解決することが
できる。この炭素膜は、ガラスとの吸着力が小さく、
摩擦係数が小さい。AFMによる測定では、Si3 N4
スタイラスとの吸着力は100nNよりも小さく、摩擦
係数も0.1以下である。従って、成形に際してガラス
に対する密着力が小さく、ガラスとの反応性も小さい。
この結果、ガラスの融着や反応生成物の生じることのな
い良好な成形が実現できる。この膜は、型母材もしく
は中間層材料との間に深い遷移状態を形成しているため
膜付着強度が極めて高い。この状態を模式的に表したも
のが図1である。この膜では、炭素が型母材もしくは型
母材上に形成した中間層材料の界面においてミックス
(原子混合)されている(以下、炭素濃度勾配を有する
炭素膜を「混合層」と称し、型母材もしくは中間層と炭
素膜の界面前後における炭素原子の信号強度(炭素濃
度)の全変化量の50%の値を示す、炭素膜表面からの
深さを混合層(炭素膜)の厚みと定義する)。混合層の
状態は、炭素原子濃度が母材側に比べ表面側で高くなっ
ているのに対し、炭素以外の原子濃度は表面側に比べ母
材側で高くなっている。図中、横軸は表面から型母材に
向かう深さを表しており、深さ0の位置が表面である。
一方、縦軸は原子濃度を表している。特に、表面におけ
る炭素濃度が十分に高ければ、ガラスとの離型性が良好
でガラス成分との反応析出物も生じない。
に示したものに限定されるものではなく、直線状、ステ
ップ状等であっても良い。すなわち、C原子濃度とその
他の原子濃度は、混合層において前述した勾配であれば
良く、そのプロファイルは一つに限定されるものではな
いが、理想的には、表面においてはC原子濃度が100
%でその他の原子濃度が0%であるとよい。また、型母
材もしくは中間層における原子濃度は、必ずしもストイ
キオメトリである必要はない。
(間隔)を有し、かつその突起の高さ(段差)が30n
mよりも大きい場合には、型母材もしくは中間層との付
着強度が低下する。また、成形される光学素子がこの形
状を転写するため、光学素子の表面粗さが劣化し使用で
きない。逆に炭素膜の突起の平均ピッチが5nmより小
さく、その高さ(段差)が0.5nmより小さい平滑な
場合には、成形上の特別な問題は生じないが、膜の吸着
力が大きく、膜の付着強度も低い傾向にある。好ましい
平均ピッチは10〜25nm、平均高さは5〜20nm
程度である。
に形成されたものに限らず、あらかじめ所定の突起が多
数連設された形状を型母材に形成し、その上に一定の膜
厚の炭素膜を被覆することによっても上述の突起形状を
形成することができる。尚、通常の型母材の表面性状
は、表面粗さRmaxが約0.01〜0.05μm程度で
あり、微細な突起形状を有していない。炭素膜形成後の
表面粗さRmaxも通常0.01〜0.05μm程度であ
る。
0nm以下であれと良い。1nmよりも薄い場合には、
十分なミックス状態とならないため前述の効果が得られ
ず、100nmよりも厚くなると表面状態が粗くなり成
形性能が低下するとともに、膜応力が大きくなり、成形
時に微小な剥離を生じる。より理想的な厚さは、20n
mから50nmの範囲である。なお、混合層中には酸
素、水素、窒素の他、混合層を形成する際に原料ガスと
して用いられるArやF等が数at%〜十数at%程度
存在しても良い。
られ、炭素と結合しやすい(炭化物を形成しやすい)元
素からなる単一組成の材料で、同時に高温での機械的強
度、表面硬度が高く、耐酸化性に優れていることが理想
であるが、型母材の成形面に中間層を設けることによ
り、こうした条件を満足することができる。中間層とし
ては、Si、Al、周期律表の4A族、5A族、6A族
の金属及びこれらの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化
物、炭酸窒化物、硼化物、硼窒化物、更に硼素の炭化
物、窒化物及びこれらの少なくとも一種以上からなる化
合物、混合物であれば良い。中間層材料は、型母材に対
して付着強度の高いものを選択すれば良く、必要最小限
の膜厚(5〜100nm程度)であれば良い。
〜25keVの炭素イオンビームを用いて形成すること
ができる。イオンエネルギーが5keV未満の炭素イオ
ンビームで形成した炭素膜は、表面の突起の高さ(段
差)が小さく平滑であるが、膜付着強度が低く、成形時
に膜剥離を生じることがある。このときのイオン電流密
度は、0.2mA/cm2 〜1.5mA/cm2 が好適
である。イオン電流密度が、0.2mA/cm2 以下で
は成膜時間が長くなり、1.5mA/cm2 を超える場
合には付着強度の問題はないものの成形回数の増加にと
もない成形表面の表面粗度の劣化が生じ易い。一方、イ
オンエネルギーが25keVより大きい場合には、25
nmより大きい平均ピッチの突起を有し、かつその突起
の高さ(段差)が30nmよりも大きい炭素膜となる。
イオンエネルギーは5keV以上であればよいが、実用
的には5keV〜10keVが好適である。但し、あら
かじめ型母材に所定の突起を形成しておく態様において
は、炭素膜は一定の膜厚(20〜200nm程度)で被
覆すればよいから、炭素イオンビームのイオンエネルギ
ーは0.2〜1.5keV程度でよい。
レーティング法、イオン注入法、イオンビームミックス
法等により形成できる。炭素のミキシングに用いるガス
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、A
r等のガスを混合したものが挙げられる。
を形成する場合について説明する。炭素イオンビーム
は、カウフマン型イオン源により生成する。図11に代
表的なカウフマン型イオン源の模式図を示す。図中33
は磁場発生用円筒コイル、34はフィラメント、35は
ガス導入部、36はアノード、37は引き出し電極、3
8はイオンビーム、39は型母材、40は基板ホルダー
である。ガス導入部より前述の原料ガス、例えばCH4
とH2 をイオン化室に導入し、プラズマを形成した後、
引き出し電極に電圧を印加してイオンビームを引き出し
型母材に照射する。このとき、引き出し電圧が基板に対
して5kV以上となるようイオン源、基板位置等を調節
して混合層を形成する。
場合には、ドライプロセスで混合層を除去した後再び混
合層を形成することができり、再使用することができ
る。これは、型母材の表面硬度が高いために、成形によ
って生じる欠陥が混合層に限定され型母材には及ばない
からである。ドライプロセスによるエッチング方法とし
ては、プラズマ・エッチング、スパッタ・エッチング、
イオンビーム・エッチング、リアクティブイオン・エッ
チング等の方法が用いられる。エッチングガスとして
は、O2 、H2 、N2 、Ar、Air、CF4 等とこれ
らの混合ガスが用いられる。エッチングにより型の表面
形状、特に表面粗さを劣化させないようなエッチング条
件を選択することが好ましい。なお、膜の除去はドライ
プロセスに限定されるものではなく、ダイヤモンド砥粒
を用いた機械的研磨や、化学的にエッチングする方法を
併用することができる。
ィング、プリズム等の光学素子に限定されるものではな
く、光学素子以外のガスラ、プラスチック成形品に対し
ても実用できることは言うまでもない。
り本発明を説明する。
素子成形用型の一つの実施態様を示すものである。図2
は光学素子のプレス成形面の状態を示し、図3は光学素
子成形後の状態を示す。図2中6は型母材、7はガラス
素材を成形する成形面、8は炭素の混合層、9はガラス
素材であり、図3中10は光学素子である。図4に示す
ように型の間に置かれたガラス素材9をプレス成形する
ことによってレンズ等の光学素子10が形成される。
て詳細に説明する。
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
洗浄した後、図4に示すIBD(Ion Beam D
eposition)装置に設置した。図中11は真空
槽、12はイオンビーム装置、13はイオン化室、14
はガス導入口、15はイオンビーム引き出しグリッド、
16はイオンビーム、17は型母材、18は基板ホルダ
ー及びヒーター、19は排気口を示す。まず、ガス導入
口よりArガス35sccmをイオン化室に導入しイオ
ン化した後、イオンビーム引き出しグリッドに500V
の電圧を印加してイオンビームを引き出し、型母材に3
分間照射して成形表面の自然酸化膜の除去と洗浄化を行
った。
30sccmをイオン化室に導入してガス圧3.6×1
0-4Torrとし、加速電圧8kVでイオンビームを引
き出し成形面に照射して40nmの炭素膜を形成した。
このとき基板前方に配置した移動可能のファラディカッ
プにより測定したイオンビームの電流密度は、1.5m
A/cm2 であった。基板とイオン源の引き出しグリッ
ドまでの距離を100mm、基板温度は室温とした。同
条件で作成した分析サンプルの炭素膜をAES(Aug
er Electoron Spectroscop
y)により深さ方向分析した結果を図5に示す。図5よ
り明らかなように混合層の厚さは40nmで、炭素Cの
濃度は表面側の96%から型母材側に向かって減少して
いた。一方、Si原子の濃度は表面側の5%から型母材
側に向かって増加していた。すなわち、C、Si濃度の
深さ方向のプロファイルが図5である。型母材側では、
CとSiの濃度がそれぞれ50%とSiCのストイキオ
メトリになっている。混合層の厚さは、型母材界面の前
後においてC濃度が極大から極小となる変化量の50%
の深さから表面までの厚さである。
を示す。これより、膜の表面構造は、500nmの走査
に対して突起の数は20個程度で、約25nmの平均ピ
ッチで突起があり、その高さ方向の高さは、約15nm
より小さかった。また、炭素膜とSi3 N4 スタイラス
間に働く吸着力は、約10nNと非常に小さかった。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7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はパルプ、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。
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3に示す
レンズ10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8に示す。
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。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。
により成形を行った。図9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、108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、1
38、140、150はシリンダであり、126、15
2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。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および徐冷ゾーン
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134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1
40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1
32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。
672℃、ガラス転移点Tg=550℃)を所定の形状
およ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10
2−9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102−10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。
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
ラック等の欠陥やガラス成分の反応析出物、ガラスの融
着は見られなかった。
い、図10に示すECRイオン源を持つ成膜装置により
炭素膜を50nm形成した。図中20は真空槽、21は
排気系、22はECRイオン源、23はマイクロ波の発
振器、24はマイクロ波の導波管、25はマイクロ波導
入窓、26は空洞共振器タイプのプラズマ室、27は外
部磁場、28は引き出し電極、29はシャッター兼ファ
ラディカップ、30は型母材、31は基板ホルダー、3
2はガス導入系である。まず、基板ホルダーに型母材を
設置した後、装置内を5×10-6Torrに排気しガス
導入系よりArガスをイオン源に導入した。このArイ
オンビームにより型母材表面のクリーニングと酸化膜の
除去を行なった。この時の真空度は3×10-4Tor
r、イオン電流7mAで行なった。引き続き、イオン源
にC2 H6 :35sccm、H2 :10sccmをガス
供給系より導入し、2.45GHzのマイクロ波を23
のマイクロ波発振器と24の導波管によって800W投
入し、ECRプラズマをプラズマ室26に形成した。こ
のとき外部磁場27により、導入窓25で1600Ga
uss、引き出し電極28から50mmマイクロ波導入
窓側で875GaussのECR条件とした。次に、イ
オン引き出し電極に10kVを印加してイオンビームを
引き出し型母材に照射して型No.1を作製した。この
時のイオン電流密度はファラディカップで1.0mA/
cm2 、真空度3×10-3Torr、基板温度は室温と
した。同一装置を用いて、イオン引き出し電極に1k
V、3kV、4.9kV、5.0kV、25kVを印加
してイオンビームを引き出し、型母材に照射して型N
o.2、3、4、5、6を製作した。この時のイオン電
流密度は、ファラディカップでそれぞれ0.2、0.2
5、0.3、0.32、1.8mA/cm2、真空度3
×10-3Torr、基板温度は室温とし、膜厚は50n
mとなるよう照射時間を調整した。この型を用いて、実
施例1と同様に図9の成形機によりクラウン系ガラスS
K12(軟化点Sp=672℃、ガラス転移点Tg=5
50℃)を1000回成形した。各型の表面形状と成形
結果を第1表に示した。
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(S
EM)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P
bの析出や成形時のガス残りと言った問題もなかった。
型2は、成形回数が300回で部分的な膜剥離を生じ、
型3は500回、型4は800回で微小な膜剥離を生じ
た。型6は表面粗さが大きく、成形面が散乱のため曇っ
ていた。また、800回で部分的な膜剥離を生じた。
−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。この型母材の成形面にイオンプレーテ
ィング法によりTiを200nm形成した後、TiNを
1800nm形成した。この型の成形面に実施例1と同
一方法、同一条件により炭素膜を形成した。
図7の成形機を用いてクラウン系ガラスSK12(軟化
点Sp=672℃、ガラス転移点Tg=550℃)を1
000回成形した。その結果、実施例1と同様の結果が
得られた。
l、周期律表の4A族、5A族、6A族の金属及びこれ
らの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭酸窒化
物、硼化物、硼窒化物、更に硼素の炭化物、窒化物及び
これらの少なくとも一種以上からなる化合物、混合物を
形成した場合もTiNと同様の結果が得られた。
い、炭素膜の形成に先立ち、粒径1μm以下のダイヤモ
ンド砥粒を分散させたアルコール溶液中に入れ、超音波
振動させることにより型母材表面の傷付け処理を行っ
た。この型母材表面をAFMで測定したところ、表面の
突起間隔が20nm、突起の高さが25nmであった。
型母材を良く洗浄した後、実施例1のイオンビーム蒸着
装置に設置し、引き出すイオンビームのエネルギーを
0.8keV、イオンビームの電流密度を0.7mA/
cm2 、基板加熱温度を300℃とした以外は、実施例
1と同一条件で炭素膜を100nm形成した。この膜表
面をAFMで測定したところ、傷付け処理後の型母材表
面の形状と変わらなかった。
図7の成形機を用いてクラウン系ガラスSK12(軟化
点Sp=672℃、ガラス転移点Tg=550℃)を1
000回成形した。その結果、実施例1と同様の結果が
得られた。
レーティング法、DCプラズマCVD法、RFプラズマ
CVD法、マイクロ波プラズマCVD法、ECRプラズ
マCVD法、プラズマ・スッパタリング法等により型母
材上に同様に形成した炭素膜においても実施例1と同様
の結果が得られた。
平均ピッチ5〜30nmで平均高さ0.5〜30nmの
突起を多数連設する形状とすることにより、膜の吸着
力、摩擦係数を小さくし、かつ膜の型母材への付着強度
を高くすることができる一方、成形される光学素子の表
面粗さを劣化させることがないので、ガラスの融着や反
応生成物が生ずることなく、ガラスとの離型性を長期間
良好に保持し、ガラスの成形に於て膜の剥離やクラック
が発生しない耐久性の高い鏡面を有する型を得ることが
でた。
し、炭素原子濃度が表面側で高く母材側で低い濃度勾配
を有するものとすることによって、ガラス成分との反応
析出物の生成を抑えガラスとの離型性をより良好にする
ことができた。
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
る。
表面に中間層を介して又は介さずに、イオンエネルギー
5〜25keVの炭素イオンビームを用いて形成するこ
とにより、特定形状の突起が連設された炭素膜を効率良
く形成することができた。
表面を傷つけ処理した後、中間層を介して又は介さずに
イオンエネルギー0.2〜1.5keVの炭素イオンビ
ームを用いて形成することにより、比較的薄い炭素膜で
同様の突起形状を付与することができた。
た混合層の原子混合状態を示す模式図である。
であり、プレス前の状態を示す。
であり、プレス成形後の状態を示す。
図である。
デプスプロファイルを示す。
果を示し、(a)はAFM像、(b)は表面粗さを示
す。
非連続成形タイプの成形装置を示す断面図である。
時間−温度関係図の一例を示す。
連続成形タイプの成形装置を示す断面図である。
するイオンビーム成膜装置を示す概略図である。
マン型イオン源を示す模式図である。
Claims (4)
- 【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
も成形表面に中間層を介して又は介さずに形成されてい
る炭素膜が、平均ピッチ5〜30nmで平均高さ0.5
〜30nmの突起を多数連設する形状であることを特徴
とする光学素子成形用型。 - 【請求項2】 炭素膜が、1〜100nmの厚みを有
し、炭素原子濃度が表面側で高く母材側で低い濃度勾配
を有するものである請求項1記載の光学素子成形型。 - 【請求項3】 請求項1記載の光学素子成形用型を製造
する方法であって、型母材表面に中間層を介して又は介
さずに、イオンエネルギー5〜25keVの炭素イオン
ビームを用いて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4】 請求項1記載の光学素子成形用型を製造
する方法であって、型母材表面を傷つけ処理し、平均ピ
ッチ5〜30nmで平均段差0.5〜30nmの突起を
多数連設した後、中間層を介して又は介さずにイオンエ
ネルギー0.2〜1.5keVの炭素イオンビームを用
いて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。
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