JP5155579B2 - モールドプレス成形型の製造方法、並びにガラス光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨などの機械加工を必要とせずに、ガラスプリフォームなどのガラス素材、又はガラスを含む複合素材をプレス成形して、ガラスレンズに代表されるようなガラス光学素子を製造するためのモールドプレス成形型、及びその製造方法、並びにガラス光学素子の製造方法に関する。

ガラスプリフォームなどのガラス素材、又はガラスを含む複合素材を、精密加工を施した成形型によってプレス成形してガラスレンズを製造するモールドプレス成形によれば、研磨などの機械加工を必要とせずに、複雑な作業工程を簡略化して、簡易、かつ、安価にガラスレンズを製造することができる。
そして、近年にあっては、ガラスレンズに限らず、プリズム、ミラー、グレーティングなどのような、その他のガラス光学素子の製造にも、モールドプレス成形が広く利用されるようになってきている。

このようなモールドプレス成形にあっては、対向する成形面を備えた一対の上下型の間でガラス素材をプレスし、上下型の成形面形状を転写することによってガラス光学素子を製造するが、この際、一般には、上下型の軸ずれを防止して、プレス軸に直交する方向の相互位置を規制する胴型が併せて用いられている。また、このような胴型は、プレス成形後のガラス光学素子の芯取り加工を不要とするために、その内周面がガラス光学素子の外周形状を規制するように用いられることもある。

しかしながら、プレス成形中に、胴型の内周面にガラス素材が接触すると、ガラス素材が融着して、ガラス成形品の取り出し不良や、割れ、形状不良などの欠陥、さらには、胴型内面の損傷や破壊などの問題が発生するおそれがある。
この対策として、特許文献１〜３などにおいて、少なくともガラス素材が接触する胴型内周面に、ガラス素材の融着を防止するための処理を施すことが提案されている。

特開平６−１４４８４９公報 特開平９−２３５１２７公報 特開平９−３１６５５公報

ここで、特許文献１には、胴型内面の少なくとも、成形時に光学素子材料と接触する部分に炭素質薄膜を設けた光学素子の成形装置が開示されている。そして、炭素質薄膜の形成方法としては、１）カーボンブラック、黒鉛、木炭などを押し当てこすりつける、２）蒸着による、３）油、その他の有機物を塗布し、これを高温処理して煤化する、４）ろうそく、木材など、燃焼により煤を発生する材料を燃焼させる方法が例示されている。

しかしながら、これらの形成方法では、炭素質薄膜の膜厚が不均一になったり、未成膜の箇所が発生したりするおそれがある。さらに、形成された炭素質薄膜と胴型内面との密着性に劣り、光学素子の成形時に炭素質薄膜が剥離してしまうおそれがあり、十分な耐久性が得られない。

また、特許文献２には、少なくとも加熱軟化したガラス素材と接触する面に対して、イオン注入により炭素、あるいは窒化ホウ素の離型膜が形成された胴型が開示されている。

しかしながら、このようなイオン注入による成膜法にあっては、その蒸着方向が胴型内面の円筒面に対してほぼ平行となるため、離型膜を内周面に成膜し難く、所望の膜厚の離型膜を形成することができない。

また、特許文献３には、円筒状の試料の内周面に硬質カーボン膜を成膜するにあたり、試料の開口内面に直流正電位に接続する補助電極を挿入するように試料を真空槽内に配置し、真空槽内を排気後、炭素を含むガスを真空槽内に導入し、試料に直流電圧、又は高周波を印加し、アノードに直流電圧を印加し、フィラメントに交流電圧を印加してプラズマを発生させて試料に硬質カーボン膜を形成する硬質カーボン膜の形成方法が開示されている。

しかしながら、このような方法にあっては、同電位の電極どうしが対向している試料の開口内面に、直流正電位に接続する補助電極を設けることにより、同電位どうしが対向しないようにして、ホーロー放電など異常放電を防止するものである。したがって、特許文献３に開示された方法は、試料に電圧が印加されるのを前提とするものであるから、セラミック材などの非導電性の試料に対しては、そのまま適用することができない。さらに、試料の開口内面に直流正電位に接続する補助電極を挿入すると、正電荷を帯びてプラズマ化した炭素荷電粒子が補助電極の周囲に集まり難くなってしまうため、試料の開口内面への硬質カーボン膜の形成が著しく阻害されてしまう。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、一対の上下型と、これらを収容して同軸性を確保する胴型とを備えた成形型において、ガラス素材が接触する胴型の内周面、特に、ＳｉＣなどの非導電性材料からなる胴型の内周面に離型膜を良好に形成することによって、プレス成形中にガラス素材が胴型内周面に接触しても、胴型の内周面からのガラス素材の離型が極めてよく、連続プレス成形を行っても成形体の取り出し不良、ワレや形状不良などの欠陥、さらには、胴型内周面の損傷や破壊などの問題が生じない耐久性に優れたモールドプレス成形型、及びそのようなモールドプレス成形型の製造方法、並びにそのようなモールドプレス成形型を用いたガラス光学素子の製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため本発明のモールドプレス成形型の製造方法は、互いに対向する成形面を有する一対の上下型と、前記上下型を収容するとともに、前記上下型のプレス軸に直交する方向の相互位置を規制する胴型とを備えたモールドプレス成形型を製造するにあたり、プラズマ発生源を備えた反応容器内に、筒状に形成された前記胴型の内周面側の中空部に棒状電極が挿通された状態で前記胴型を配置し、次いで、前記反応容器内の雰囲気ガスを排気した後、前記反応容器内に炭素を含むガス状の成膜材料を導入してプラズマ化することによって炭素荷電粒子を生成するとともに、前記棒状電極に負のバイアス電圧を印加して、前記炭素荷電粒子を前記胴型の内周面に誘導して炭素含有膜を形成する方法としてある。

こうような方法とした本発明に係るモールドプレス成形型の製造方法によれば、筒状に形成された胴型の内周面に、炭素含有膜を良好に形成することができる。

また、本発明のモールドプレス成形型の製造方法は、前記胴型の内周面のうち、前記上下型がガラス素材をプレスしたときに前記ガラス素材が接触する面に、前記炭素含有膜を形成する方法とすることができる。

このような方法とすれば、プレス成形中にガラス素材が胴型内周面に接触しても、胴型内周面からのガラス素材の離型が極めてよく、連続プレス成形を行っても成形体の取り出し不良、ワレや形状不良などの欠陥、さらには、胴型内面の損傷や破壊などの問題が生じない耐久性に優れたモールドプレス成形型を製造することができる。

また、上下型と胴型内周面との摺動性を向上させるために、前記胴型の内側面のうち、前記上下型の両方、又はいずれか一方が摺動する面に、前記炭素含有膜を形成するようにしてもよい。

また、本発明のモールドプレス成形型の製造方法は、前記胴型が、炭化珪素のような非導電性材料からなるものである場合、胴型内周面に炭素含有膜をきわめて良好に形成することができる。

また、本発明のガラス光学素子の製造方法は、互いに対向する成形面を有する一対の上下型と、前記上下型を収容するとともに、前記上下型のプレス軸に直交する方向の相互位置を規制する筒状の胴型とを備えたモールドプレス成形型であって、プラズマ発生源を備えた反応容器内に、前記胴型を内周面側の中空部に棒状電極が挿通された状態で配置し、次いで、前記反応容器内の雰囲気ガスを排気した後に、前記反応容器内に炭素を含むガス状の成膜材料を導入してプラズマ化することによって炭素荷電粒子を生成するとともに、前記棒状電極に負のバイアス電圧を印加して、前記炭素荷電粒子を前記胴型の内周面に誘導して炭素含有膜を形成してなるモールドプレス成形型を用いて、前記上下型の間にガラス素材を供給してプレス成形することにより、所定形状のガラス光学素子を得る方法としてある。

このような方法とすれば、プレス成形中にガラス素材が胴型内周面に接触しても、胴型内周面からのガラス素材の離型が極めてよく、連続プレス成形を行っても成形体の取り出し不良、ワレや形状不良などの欠陥、さらには、胴型内面の損傷や破壊などの問題が生じることなく、ガラス光学素子を良好に製造することができる。

以上のように、本発明によれば、筒状に形成された胴型の内周面に、耐久性に優れた炭素含有膜を良好に形成することができ、プレス成形中にガラス素材が胴型内周面に接触しても、胴型内周面からのガラス素材の離型が極めてよく、連続プレス成形を行っても成形体の取り出し不良、ワレや形状不良などの欠陥、さらには、胴型内面の損傷や破壊などの問題が生じることなく、ガラス光学素子を良好に製造することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、図１は、本実施形態に係るモールドプレス成形型の製造方法を適用して製造されるモールドプレス成形型（以下、「成形型」という）を示す概略断面図である

図１に示す成形型は、上型１０、下型２０、及び胴型３０を備えている。これらの型部材は、ＳｉＣ，ＷＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ，ＢＮ，ＴｉＮ，ＡｌＮ，Ｓｉ_３Ｎ_４，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２などのセラミック材を用いて形成することができるが、高温時の耐酸化性や耐熱性、プレス成形時の耐衝撃性（機械的強度）の観点から炭化珪素（ＳｉＣ）を用いて形成されたものであるのが特に好ましい。

図示する例において、上型１０は、成形面１１が形成された小径部１２と、成形面１１より径の大きい大径部１３とが同軸に配されている。そして、胴型３０の内周形状をこれに対応させることによって、小径部１２と大径部１３のそれぞれの側面が、胴型３０の内周面に接触するようになっている。

下型２０も同様に、成形面２１が形成された小径部２２と、成形面２１より大きな径の大径部２３とを同軸に配した形状となっており、胴型３０の内周形状を対応させて、小径部２２と大径部２３のそれぞれの側面が、胴型３０の内周面に接触するようにしてあるとともに、大径部２３の下方には、フランジ部２４が同軸に配されている。

なお、上下型１０，２０のそれぞれに形成される成形面１１，２１は、成形しようとするガラスレンズ、プリズム、ミラー、グレーティングなどの光学素子の形状をもとに、精密な形状加工を施すことによって形成することができ、図示する形状には限られない。

上下型１０，２０は、それぞれに形成された成形面１１，２１が互いに向き合うように胴型３０内に収容され、上下型１０，２０が相互に近接することによって、これらの間に供給されたガラス素材５０をプレス成形する。また、胴型３０は、プレス成形に際して、上下型１０，２０のプレス軸に直交する方向の相互位置を規制して、上下型１０，２０の同軸性を確保するとともに、図１（ｂ）に示すように、上下型１０，２０にプレスされて変形したガラス素材５０を胴型３０の内周面に接触させて、ガラス素材５０を成形してなる成形体（ガラス光学素子）の外周形状を規制する。

このように、図示する例では、胴型３０の内周面で成形体の外周形状を規制することにより、プレス成形後の成形品の芯取り加工を省略し、成形型から取り出した成形体の形状を最終形状として、そのままガラス光学素子とすることができる。
なお、芯取り加工とは、一般には、成形体の外周など（多くの場合、プレス成形によって形成された自由表面部）を研磨などして、不要な部位を除去するとともに、得ようとする光学素子の外径中心軸と光軸とを一致させることをいう。

したがって、図示するような成形型にあっては、上下型１０，２０の成形面１１，２１のみならず、胴型３０の内周面にもガラス素材５０との融着を防止するための離型膜を形成することが求められるところ、一般には、筒状に形成された胴型３０の内周面に離型膜を形成するのは困難である。そして、胴型３０の内周面に離型膜が良好に形成されないと、プレス成形の際にガラス素材５０が融着して、成形体の取り出し不良や、割れ、形状不良などの欠陥、さらには、胴型３０の内周面の損傷や破壊などの問題が生じてしまう。

本実施形態では、このような問題を有効に回避するために、次のようにして胴型３０の内周面に離型膜としての炭素含有膜を形成している。
なお、図２は、本実施形態において、胴型３０の内周面に炭素含有膜を形成するのに用いる成膜装置の一例の概略構成を示す説明図である。

図２に示す成膜装置１００は、反応容器１１０内に導入された炭素を含むガス状の成膜材料に電圧を印加してプラズマを発生させ、プラズマ内で起こる化学反応により胴型３０の内周面に炭素含有膜を形成するものである。
このような装置としては、例えば、イオンプレーティング法に基づく真空中でのプラズマプロセスによる装置を利用することができるが、これ以外にも、プラズマを発生させて被成膜体である胴型３０に炭素含有膜を形成することができるものであれば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＦＣＶＡ（Filtered Cathodic Vacuum Arc；フィルタ処理陰極真空アーク）法などに基づいた種々の装置が利用できる。

また、プラズマは、正負の荷電粒子が共存している全体として電気的に中性な状態をいい、反応容器１１０中に導入されたガス状の成膜材料に、真空条件下で電圧を印加して、熱電子との衝突によりガス分子を電離させることにより発生させることができるが、印加する電圧によって、直流（ＤＣ）プラズマ、高周波（ＲＦ）プラズマ、マイクロ波プラズマがある。図２に示す成膜装置１００は、カソード電極（負電極）１１４とアノード電極（正電極）１１５とに、反応容器１１０の外部に備えた電源から直流電圧を印加することにより、両電極間に直流プラズマを発生させるようになっている。

本実施形態で用いる炭素を含むガス状の成膜材料としては、炭化水素が好ましく、炭素原子数と水素原子数の比率（Ｃ／Ｈ）が１／３以上の炭化水素が特に好ましい。このような成膜材料としては、ベンゼン（Ｃ／Ｈ＝６／６）、トルエン（Ｃ／Ｈ＝７／８）、キシレン（Ｃ／Ｈ＝８／１０）等の芳香族炭化水素、アセチレン（Ｃ／Ｈ＝２／２）、メチルアセチレン（Ｃ／Ｈ＝３／４）、ブチン類（Ｃ／Ｈ＝４／６）等の三重結合含有不飽和炭化水素、エチレン（Ｃ／Ｈ＝２／４）、プロピレン（Ｃ／Ｈ＝３／７）、ブテン（Ｃ／Ｈ＝４／８）等の二重結合含有不飽和炭化水素、エタン（Ｃ／Ｈ＝２／６）、プロパン（Ｃ／Ｈ＝３／８）、ブタン（Ｃ／Ｈ＝４／１０）、ペンタン（Ｃ／Ｈ＝５／１２）等の飽和炭化水素を挙げることができる。これらの炭化水素は、単独で用いても良く、２種以上を混合して用いても良い。

また、図２に示す成膜装置１００は、反応容器１１０内の真空槽１１１の下部に、プラズマ発生源として、タンタル（Ｔａ）フィラメントからなるカソード電極１１４と、タングステン（Ｗ）ワイヤーが格子状に張られたグリッドとしてのアノード電極１１５が設置されている。さらに、これらの電極に対向した上部には、ヒーター１１９を内蔵したホルダー１１２が設けられており、このホルダー１１２に胴型３０を保持した状態で、胴型３０の内周面側の中空部に棒状電極１１３が挿通されるようになっている。そして、これらを取り囲むように、図示するような円筒状のリフレクター１１６が設けられており、リフレクター１１６をカソード電極１１４と同電位とすることで、真空槽１１１の側壁にプラズマが流れて行かずに胴型３０に集中するようにしてある。
なお、図２では図示を省略するが、胴型３０は、図３に示すように、保持具１２０によりホルダー１１２に保持されるようにしてある。

ここで、胴型３０の内周面側の中空部に挿通される棒状電極１１３は、ステンレスのような金属材料や、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブのような高融点の金属材料で形成することができる。
このような棒状電極１１３は、胴型３０の開口側（図示下側）の一端が、胴型３０から突出しないような寸法にすることが好ましい。また、棒状電極１１３の太さは、炭素含有膜を成形すべき胴型内周面の内径に対して、１／２〜１／５程度の直径を有することが好ましい。棒状電極１１３の直径が、胴型３０の内径の１／２を超える太さの場合、成膜中にプラズマが棒状電極３０の表面に集中し易くなってしまい、逆に、胴型３０の内周面への成膜効率が低下してしまう。また、棒状電極１１３の直径が、胴型３０の内径の１／５未満の太さの場合、プラズマを棒状電極１１３に引き寄せ難くなり、十分な膜厚を確保できなくなってしまう。

図２に示す成膜装置１００において、胴型３０の内周面に炭素含有膜を形成するには、まず、内周面側の中空部に棒状電極１１３が挿通されるように胴型３０を配置し、反応容器１１０内の雰囲気ガスを排気する。次いで、必要に応じてアルゴンガスなどによりイオンボンバード処理を施して胴型３０の内周面を清浄化した後に、反応容器１１０内の真空槽１１１に炭素を含むガス状の成膜材料を導入する。
なお、図中、１１７は、例えば、ベンゼンなどの成膜材料や、アルゴンガスを導入するためのガス導入ロであり、１１８は真空排気のための排気口である。

その後、真空槽１１１内の真空度を制御しつつ、カソード電極１１４に交流電流を印加して熱電子を発生させるとともに、カソード電極１１４と、アノード電極１１５との間に直流電圧を印加してガス状の成膜材料をプラズマ化し、炭素荷電粒子を生成させる。
このとき、真空槽１１１内の真空度としては、１×１０^−２Ｐａ以下が好ましい。また、カソード電極１１４に印加する交流電圧としては、３０〜３００Ｖが好ましく、この条件を満たすことにより、成膜の安定性を確保することができる。さらに、カソード電極１１４とアノード電極１１５との間に印加される負の直流電圧としては、５０〜５００Ｖが好ましい。５０Ｖ未満ではイオン化率が低く非能率であり、５００Ｖを越えるとプラズマが不安定になる。

そして、本実施形態では、胴型３０の内周側の中空部に挿通され、ホルダー１１２と同電位とされた棒状電極１１３に０．５〜２．５ｋＶの負のバイアス電圧を印加して、炭素荷電粒子を加速する。このとき、棒状電極１０に印加するバイアス電圧が０．５ｋＶ未満では、炭素荷電粒子の加速が不十分で、胴型３０の内周面に形成される炭素含有膜の密着性が弱くなり、このときに得られた胴型３０を備える成形型を用いてプレス成形すると、少ないプレス成形回数でガラス素材５０との融着を生じてしまう傾向にある。一方、２．５ｋＶを超えると、異常放電が生じやすく、得られた成形型の型表面が荒れやすくなる傾向にある。

棒状電極１１３に負のバイアス電圧を印加することで、炭素荷電粒子は棒状電極１１３に引き寄せられ、胴型３０の内周面に誘導される。これによって、胴型３０の内周側の中空部におけるプラズマの密度が高まり、胴型３０の内周面側の中空部内でプラズマの衝突が活発化して、棒状電極１１３の外周面、及び胴型３０の内周面に炭素が堆積することにより、胴型３０の内周面に炭素含有膜を良好に形成することができる。
なお、このようにして胴型３０の内周面に炭素含有膜を形成するに際し、胴型３０の温度は、２００〜４００℃とするのが好ましい。

このように、本実施形態にあっては、筒状に形成された胴型３０の内周面側の中空部に挿通された棒状電極１１３に負のバイアス電圧を印加して炭素荷電粒子を誘導しているため、被成膜体である胴型３０に電圧を印加する必要がない。したがって、胴型３０が、炭化珪素のような非導電性材料からなるものであっても、筒状の胴型３０の内周面に炭素含有膜を良好に形成することができる。

また、本実施形態にあっては、上記のようにして製造された成形型を用いるとともに、光学ガラスなどからなるガラス素材５０を用いてプレス成形を行うことによりガラス光学素子を製造する。
ガラス素材５０は、例えば、所望の性質を有する光学ガラスを平板状、柱状、球状、平凸形状、平凹形状、又は両凸形状などの形状に予備成形したものとすることができる。このようなガラス素材５０は、溶融ガラスを受け型上に滴下、又は流下したり、冷間で切断したり、あるいは研磨などの加工によって得ることができる。

また、予備成形されたガラス素材５０を成形型に供給して、プレス成形するに際しては、プレス成形開始時のガラス素材５０の温度が、１０^９ｄＰａ・ｓ以下の粘度相当となる温度であるのが好ましく、１０^５．５〜１０^９ｄＰａ・ｓの粘度相当の温度であるのがより好ましい。一方、成形型の温度は、ガラス素材５０の粘度で１０^７ｄＰａ・ｓ以上となる温度とするのが好ましい。

このとき、ガラス素材５０は室温で成形型に供給し、成形型とともに加熱するようにしてもよく、成形型に供給する前に型外で予熱されたガラス素材５０を、予熱された成形型に供給するようにしてもよい。また、いずれの場合も、ガラス素材５０を成形型に供給した後に、さらに、成形型とガラス素材５０とを加熱するようにしてもよい。

型外で予熱されたガラス素材５０を、予熱された成形型に供給する場合には、ガラス素材５０の予熱温度を成形型の予熱温度より高くして、成形型に供給した後に、ただちにプレス成形を開始するのが好ましい。このようにすれば、成形サイクルタイムの短縮を図ることができ、このときの成形型の予熱温度は、ガラス素材５０の粘度が１０^７〜１０^１２ｄＰａ・ｓとなる温度、ガラス素材５０の予熱温度は、その粘度が１０^５．５〜１０^８．５ｄＰａ・ｓとなる温度とするのが好ましい。
なお、上型１０と下型２０の温度は同一でもよく、温度差を設けてもよく、プレス成形しようとするレンズ形状や、ガラス素材５０に用いる硝材に応じて決定することができる。

また、ガラス素材５０を型外で予熱する場合には、特に図示しないが、噴出する不活性ガスによりガラス素材５０を浮上させながら保持する浮上治具により、ガラス素材５０を浮上させた状態で加熱炉に所定時間配置し、加熱することが好ましい。ガラス素材５０が所定の温度に加熱された後は、浮上治具に保持したままガラス素材５０を下型上に移送し、浮上治具からガラス素材を落下させて、下型上に供給することができる。

このようにして成形型に供給されたガラス素材５０は、上下型１０，２０が近接することによりプレス荷重が印加され、この過程でガラス素材５０は、所望のガラス光学素子に近似する形状となるように大きく変形し、所定肉厚（最終肉厚より大きい）をもつ成形体となる。

このとき、ガラス素材５０の外周縁部は、胴型３０の内周面に接触するように押圧されるが、本実施形態では、胴型３０の内周面（ガラス素材５０の外周を規制する部位）に、前述したように炭素含有膜を形成してあるため、胴型３０の内周面とガラス素材５０との融着を防止することができる。
また、プレス成形の際、上下型１０，２０の外周面と胴型３０の内周面とが摺動するが、胴型３０の内周面に炭素含有膜を形成しておくことで、その摺動性を向上させることができる。しかも、胴型３０の内周面の炭素含有膜は耐久性に優れているため、同一の胴型３０を用いて長時間にわたり繰り返しプレス成形を行うことができる。

そして、プレス荷重の印加と同時、又はその後の所定時点で冷却を開始し、ガラス粘度で１０^１２ｄＰａ・ｓ以上となったときに、上下型を離間し、成形体を成形型から取り出すことにより、ガラス光学素子を製造することができる。

次に、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。

［前準備］
まず、図１に示すような一対の上下型１０，２０と、胴型３０とを備えた成形型を用意した。そして、図２、及び図３に示すようにして、ホルダー１１２と保持具１２０とに胴型３０を支持、固定して、成膜装置１００の反応容器１１０内に胴型３０をセットした後に、アルゴンガスによるイオンボンバード処理を行い、胴型３０の表面を清浄化した。
なお、上下型１０，２０、及び胴型３０は、いずれもＳｉＣを基材とし、上下型１０，２０の成形面には、ＤＬＣ膜を別途被覆形成しておいた。

［イオンボンバード処理］
真空槽１１１内の真空度が５．０×１０^６Ｔｏｒｒとなるように、真空槽１１１内の雰囲気ガスを排気口１８より排気した。次いで、ガス導入ロ１７よりアルゴンガスを導入し、真空槽１１１内の真空度が０．８×１０^４Ｔｏｒｒとなるように制御した。
そして、カソード電極１１４に５０Ｖの交流電圧を印加するとともに、カソード電極１１４とアノード電極１５間に７０Ｖの電位差が生じるように直流電圧を印加してプラズマを発生させ、カソード電極１１４からの熱電子によりアルゴンガスをイオン化した。
さらに、棒状電極１１３とアノード電極１５間に１．０ｋＶの電位差が生じるように、棒状電極に負のバイアス電圧を印加してアルゴンイオンの加速を促進し、胴型３０の表面をイオンボンバードすることにより清浄化した。
なお、イオンボンバード処理において、胴型３０の加熱は必ずしも必要ではないが、胴型３０の内周面の清浄効果の促進、及び次に続く成膜処理における加熱のことを考えれば、ここで加熱しておくことが好ましい。

［成膜処理］
次に、再び真空槽１１の真空排気を行ない、ガス導入ロ１７よりベンゼンガスを導入することによって真空度を９．０×１０^−４Ｔｏｒｒに保持し、基本的にはイオンボンバード処理と同様の操作により成膜処理を行った。
すなわち、カソード電極１１４に１００Ｖの交流電圧を印加するとともに、カソード電極１１４とアノード電極１１５間に８０Ｖの電位差が生じるように直流電圧を印加してベンゼンイオンのプラズマを発生させ、さらに、棒状電極１１３とアノード電極１１５との間に１．０ｋＶの電位差が生じるように、棒状電極１１３に負バイアス電圧を印加するとともに、リフレクター１１６をカソード電極１１４と同電位に保持することにより、ベンゼンイオンを胴型３０の方向に集中的に加速し、胴型３０の内周面（プレス成形時にガラス素材５０が接する小径の内周面、及び上下型１０，２０が摺動する大径の内周面）に、膜厚６００Åの炭素含有膜を成形した。
なお、胴型３０の内周面に炭素含有膜を形成するに際し、胴型３０は３００℃に加熱しておいた。

［ガラス光学素子の製造］
次に、ガラス素材として、ｎｄ＝１．８０６１０、νｄ＝４０．７３、屈伏点温度６００℃、転移点温度５６０℃の直径１．６ｍｍの球形のプリフォーム５０を用いて、このプリフォーム５０を下型２０の成形面１２上に供給した。その後、図１（ａ）に示すように上下型１０，２０を胴型３０に収容するとともに、成形型の周囲に配置した図示しない抵抗加熱ヒーターにより成形型を加熱した。そして、プリフォーム５０が６４５℃となった時点で、下型２０を支持する下主軸を所定速度で上昇させてプレスを開始した。

加熱軟化されたプリフォーム５０を上下型１０，２０で押圧することにより、図１（ｂ）に示すようにプリフォーム５０が変形し、上下型１０，２０の成形面１１，２１の形状が転写されるとともに、プリフォーム５０の外周側は胴型３０の内周面に接触し、これによって成形されるガラス光学素子の外径を規制した。プレス開始から所定時間経過後、上型１０の上端面と胴型３０の上端面の高さが一致し、プリフォーム５０の押圧は終了した。

その後、６０℃／ｍｉｎの冷却速度で転移温度以下の５３０℃まで徐冷し、プレス圧力を開放した。さらに、取り出し可能な温度である６５℃まで冷却し、成形型を分解して成形された凸メニスカスレンズ（ガラス光学素子）を取り出した。

本実施例では、以上のようなプレス成形を同様な工程で３００回繰り返して、３００個のレンズを成形した。
成形型を分解する際、及び成形されたレンズを取り出す際、成形されたレンズと、上下型１０，２０、及び胴型３０とが融着することなく、スムーズな成形型の分解、及びレンズの取り出しができた。また、３００個のレンズは何れも欠けや割れも無く、品質基準を満たすものであった。さらに、レンズの外径に接触した胴型３０の小径部分の内周面を観察したところ、炭素含有膜の剥離や型の部分的な欠けは一切確認されなかった。

［比較例］
胴型の内周面に炭素含有膜を成膜する際、棒状電極１１３を胴型の内周側の中空部に挿入せずに成膜を行った胴型を使用した以外は、上記実施例と同様にプレス成形を行った。
その結果、１１３回目のプレス成形時に、レンズの取り出し不良が発生したため、プレス成形を中断した。そして、胴型の内周面を観察したところ、レンズの外径を規制する胴型小径部における炭素含有膜の一部に剥離が確認された。
その後、当該胴型を用いてプレス成形を数回繰り返したが、同様の取り出し不良が多発した為、以降のプレス成形を中止した。

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。

本発明は、互いに対向する成形面を有する一対の上下型と、前記上下型を収容するとともに、前記上下型のプレス軸に直交する方向の相互位置を規制する胴型とを備えたモールドプレス成形型を製造するにあたり、筒状に形成された胴型の内周面に、炭素含有膜を良好に形成することができる。

本発明に係るモールドプレス成形型の製造方法の実施形態を適用して製造されるモールドプレス成形型を示す概略断面図である。 本発明に係る成膜装置の概略構成を示す分解説明図である。 本発明に係る成膜装置において、胴型をホルダーに保持した状態を示す説明図である。

符号の説明

１０ 上型
１１ 成形面
１２ 小径部
１３ 大径部
２０ 下型
２１ 成形面
２２ 小径部
２３ 大径部
３０ 胴型
５０ ガラス素材
１００ 成膜装置
１１０ 反応容器
１１３ 棒状電極
１１４ カソード電極
１１５ アノード電極

Claims (6)

1. 互いに対向する成形面を有する一対の上下型と、前記上下型を収容するとともに、前記上下型のプレス軸に直交する方向の相互位置を規制する胴型とを備えたモールドプレス成形型を製造するにあたり、
   プラズマ発生源を備えた反応容器内に、筒状に形成された前記胴型の内周面側の中空部に棒状電極が挿通された状態で前記胴型を配置し、
   次いで、前記反応容器内の雰囲気ガスを排気した後、前記反応容器内に炭素を含むガス状の成膜材料を導入してプラズマ化することによって炭素荷電粒子を生成するとともに、
   前記棒状電極に負のバイアス電圧を印加して、前記炭素荷電粒子を前記胴型の内周面に誘導して炭素含有膜を形成することを特徴とするモールドプレス成形型の製造方法。
2. 前記胴型の内周面のうち、前記上下型がガラス素材をプレスしたときに前記ガラス素材が接触する面に、前記炭素含有膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のモールドプレス成形型の製造方法。
3. 前記胴型の内側面のうち、前記上下型の両方、又はいずれか一方が摺動する面に、前記炭素含有膜を形成することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のモールドプレス成形型の製造方法。
4. 前記胴型が、非導電性材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のモールドプレス成形型の製造方法。
5. 前記胴型が、炭化珪素からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモールドプレス成形型の製造方法。
6. 互いに対向する成形面を有する一対の上下型と、前記上下型を収容するとともに、前記上下型のプレス軸に直交する方向の相互位置を規制する筒状の胴型とを備えたモールドプレス成形型であって、
   プラズマ発生源を備えた反応容器内に、前記胴型を内周面側の中空部に棒状電極が挿通された状態で配置し、
   次いで、前記反応容器内の雰囲気ガスを排気した後に、前記反応容器内に炭素を含むガス状の成膜材料を導入してプラズマ化することによって炭素荷電粒子を生成するとともに、
   前記棒状電極に負のバイアス電圧を印加して、前記炭素荷電粒子を前記胴型の内周面に誘導して炭素含有膜を形成してなるモールドプレス成形型を用いて、
   前記上下型の間にガラス素材を供給してプレス成形することにより、所定形状のガラス光学素子を得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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