JPH0214838A - 光学素子成形用型部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光学素子成形装置に用いられる型部材に関し、
特に高温での離型性が良好で容易に高精度を実現でき且
つ耐久性良好な光学素子成形用型部材に関する。この様
な光学素子成形用型部材はたとえば直接光学面を形成す
る高精度成形のための型部材として好適に利用される。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］一般に
、レンズ、プリズム、ミラー及びフィルタ等の光学素子
は、ガラス等の素材を研削して外形を所望の形状とした
後に１機能面即ち光が透過及び／または反射する面を研
摩して光学面とすることにより製造されている。

しかして１以上の様な光学素子の製造においては、研削
及び研摩により所望の表面精度（即ち表面形状及び表面
粗さ等の精度）を得るためには。

熟練した作業者が相当の時間加工を行なうことが必要で
あった。また、機能面が非球面である光学素子を製造す
る場合には、−層高度な研削及び研摩の技術が要求され
且つ加工時間も長くならざるを得なかった。

そこで、最近では、上記の様な伝統的な光学素子製造方
法に代って、所定の表面精度を有する成形用金型内に光
学素子材料を収容して加熱しながら加圧することにより
プレス成形にて直ちに機能面を含む全体的形状を形成す
る方法が行なわれる様になってきている。これによれば
、ａ能面が非球面である場合でさえも比較的簡単ＩＪつ
短時間で光学素子を製造することができる。この様なプ
レス成形法は光学素子の連続製造に適する。

以上の様なプレス成形において使用される型部材に要求
される性質としては、十分な硬度、良好なｌｌ１ｌＪＩ
′１％性、良好な鏡面加工性及び成形時において光学素
子材料と融着な起さないこと等があげられる。

そこで、従来、この様なプレス成形用型部材としては金
属、セラミックス、及びこれらに適宜の材料をコーティ
ングした材料等数多くの種類が提案されている。

たとえば、特開昭４９−５１１１２号公報には１３Ｃｒ
マルテンサイト鋼を用いた型部材が開示されており、特
開昭５２−４５６１３号公報には炭化ケイ素（Ｓ　ｉ　
Ｃ）を用いた型部材及び窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を用
いた型部材が開示されており、特開昭６０−２４６２３
０号公報には超硬合金に貴金属をコーティングした型部
材が開示されており、また特公昭６２−２１７３３号公
報には窒化チタンをコーティングした型部材が開示され
ている。

しかして、上記１３Ｃｒマルテンサイト鋼は鹸化しやす
く更に高温のプレス成形時においてＦｅがガラス材料中
に拡散してガラスが着色する難点がある。また、上記Ｓ
ｉＣやＳｉ３Ｎ４は一般的には酸化されにくいとされて
いるが、高温ではある程度の酸化が生じ型部材表面に５
ｉ０２の膜が形成されるためガラスとの融着を生じやす
く更に硬度が高すぎるため加工性が極めて悪いという難
点がある。更に、表面に貴金属をコーティングした材料
は硬度が低いために傷付きやすく且つ変形しやすいとい
う難点がある。更に、表面に窒化チタンをコーティング
した材料はかなり良好な特性を示すが高温で長期間連続
的に使用した場合にはガラスとの融着が発生しやすくな
るという難点がある。

そこで１本発明は、上記従来技術に鑑み、容易に高精度
に製造でき且つプレス成形に際し精度劣化が少なく特に
高温でも長期にわたって融着を生することのない長寿命
の光学素子成形用型部材を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして 少なくとも成形面が窒炭化タンタルで被覆されているこ
とを特徴とする。光学素子成形用型部材、 及び、 少なくとも成形面が窒炭化タンタルで被覆されており、
該空家化タンタル被覆層の下層としてタンタル層が設け
られていることを特徴とする。光学素子成形用型部材。

が提供される。

上記本発明の光学素子成形用型部材において、窒炭化タ
ンタルはタンタル含有率２０〜８０原子％であるのが好
ましい。

また１本発明によれば、上記の如き目的を達成するもの
として。

少なくとも成形面が窒炭化タンタルで被覆されており、
該空炊化タンタル被覆層が厚さ方向に関しＭ１成が変化
し７ていることを特徴とする、光学素子成形用型部材、 が提供される。

この本発明の光学素子成形用型部材において、空炊化タ
ンタル被覆層は表面から型母材側へと次第にタンタル含
有率が高くなる組成を有するのが好ましく、また窒炭化
タンタル被Ｊｕ＋は型母材との界面においてタンタル含
有率４５〜１００［子％であるのが好ましく、更に空炊
化タンタル被覆層は表面においてタンタル含有率２０〜
８０原子％であるのが好ましい。

Ｃ実施例コ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

第１図は本発明による型部材の第１の実施例を示す概略
断面図である。本図において、１３０は型ｆＱ材を示し
、１３２は該型母材の成形面に形成された空炊化タンタ
ル被覆層を示す。

本発明においては、型母材１３０としては、たとえば超
硬合金や焼結ＳｆＣを用いることができる。これらＩＱ
材材料はりＪ削、研削、研摩等の加工により所望の外形
とし、特に成形面は所望の表面精度に仕上げておく。

に記母材１３０の表面に空炊化タンタル層１３２を形成
するには、たとえばＢｕｎｓｈａｈ法による活性化反応
蒸着法や反応性スパッタリング法等の物理的気相法（Ｐ
ＶＤ法）あるいはプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法や熱Ｃ
ＶＤ法等の化学的気相法（ＣＶＤ法）を用いる。

本発明において、窒炭化タンタルとはＴａＣＮ等の窒化
炭化物を含むたとえば侵入型窒炭化物のａ造をもつもの
を意味し、但しタンタル元素単体、窒素元素単体あるい
は炭素元素単体が混合されていてもよい。

空炊化タンタル層１３２は、その組成において窒素及び
炭素とタンタルとの原子比率をかなりの範囲で変化させ
ることができるが、実用的範囲としては、たとえばタン
タル含有率が２０〜８０ｆｆＸ子％程度のものが好適で
ある。また、炭素と窒素との原子比率はたとえばｌ：９
９〜９９：１の範囲であり、好ましくは４０　：　６０
〜６０　：　４０の範囲である。

空炊化タンタル層１３２の厚さは製造条件により適宜設
定されるが、使用時に所望の特性が発揮できる様な厚さ
（たとえば０．１〜１１０１Ｌ、好ましくはｌｐｍ程度
）とすればよい。

空炊化タンタル層１３２は物に高温でのガラスとの融着
性が著るしく低く離型性が良好であるので、これまで型
部材との融着のために高精度成形を工業的に実施するこ
とが困難であるとされている高融点のガラスを用いる成
形にも良好に適用でき、更には一次成形されたガラスま
たは溶融ガラスを型装置内に収容してプレス成形する光
学素子製造に適用して繰返し使用しても良好な精度の光
学素子を得ることができるという利点がある。

第２図は本発明による型部材の第２の実施例を示す概略
断面図である０本図において、１３０はダＩＩ′１材を
示し、１３１は該型母材の成形面に形成されたタンタル
層を示し、１３２は該タンタル層１−に形成されたＲ４
　＋＆化タンタル被薗層を示す。

本発明においては、型母材１３０としては、たとえば超
硬合金や焼結ＳｉＣを用いることができる。これらｌす
材材料は切削、研削、研摩等の加工により所望の外形と
し、特に成形面は所望の表面精度に仕上げておく。

上記母材１３０の表面にタンタル層１３１及び空炊化タ
ンタル層１３２をこの順に形成するには、たとえば蒸着
法及びＢｕｎｓｂａｈ法による活性化反応蒸着法やスパ
ッタリング法及び反応性スパッタリング法等の物理的気
相法（ＰＶＤ法）あるいはプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ
法や熱ＣＶＤ法等の化学的気相法（ＣＶＤ法）を用いる
。

タンタル層１３１の厚さは製造条件により適宜設定され
るが、使用時に所望の特性が発揮できる様な厚さ（たと
えば０．０１〜５ＩＬｍ、好ましくは０．２井ｍ程度）
とすればよい。

該タンタル層１３１は、型母材１３０と窒炭化タンタル
層１３２との接合力を高め、使用時における被１ｔＩＰ
：！の剥離を防止する作用をなす、即ち、該タンタル層
１３１を形成せずに型母材１３０上に直接窒炭化タンタ
ル層を形成すると、該窒炭化タンタル層には比較的大き
な内部応力が残留する。該炭化タンタル層の成膜条件を
適宜設定することにより残留内部応力を小さくすること
もできるが、該成膜条件を変化させると膜の内部構造も
変化し所望の表面精度が得られなくなることもあり、こ
のため内部応力の低下のみを最適化する条件設定は現実
的ではない、そこで、型母材１３０と窒炭化タンタル層
１３２との間にタンタル層１３１を介在させることによ
り、窒炭化タンタル層１３２の内部構造を良好に維持し
つつ該窒炭化タンタル層１３２とタンタル層１３１とか
らなる被覆層の残留内部応力を低下させることが可能と
なるのである。かくして、使用時において、比較的高い
温度での繰返しプレス成形による熱履歴を受けても容易
には被覆層の剥離を生じない耐久性良好な型部材が得ら
れる。

本発明において、窒炭化タンタルとはＴａＣＮ等の窒化
炭化物を含むたとえば侵入型窒炭化物の構造をもつもの
を意味し、但しタンタル元素中体、窒素元素単体あるい
は炭素元素単体が混合されていてもよい。

窒炭化タンタル層１３２は、その組成において窒素及び
炭素とタンタルとの原子比率をかなりの範囲で変化させ
ることができるが、実用的範囲としては、たとえばタン
タル含有率が２０〜８０原子％程度のものが好適である
。また、炭素と窒素との原子比率はたとえばｌ：９９〜
９９：ｌの範囲であり、好ましくは４０　：　６０〜６
０　：　４０の範囲である。

窒炭化タンタル層１３２の厚さは製造条件により適宜設
定されるが、使用時に所望の特性が発揮できる様な厚さ
（たとえば０．１−１０ｇｍ、好ましくはｌｐＬｍ程度
）とすればよい。

窒炭化タンタル層１３２は特に高温でのガラスとの融着
性が著るしく低く離型性が良好であるので、これまで型
部材との融着のために高精度成形を工業的に実施するこ
とが困難であるとされている高融点のガラスを用いる成
形にも良好に適用でき、更には一次成形されたガラスま
たは溶融ガラスを型装置内に収容してプレス成形する光
学素子製造に適用して繰返し使用しても良好な精度の光
学素子を得ることができるという利点がある。

第３図は本発明による型部材の第３の実施例を示す概略
断面図である１本図において、１３０は型母材を示し、
１３２′は該型母材の成形面に形成された窒炭化タンタ
ル被覆層を示す。

本発明においては、型母材１３０としては、たとえば超
硬合金や焼結ＳｉＣを用いることができる。これら母材
材料は切削、研削、研摩等の加工により所望の外形とし
、特に成形面は所望の表面精度に仕上げておく。

上記母材１３０の表面に窒炭化タンタル層１３２′を形
成するには、たとえばＢｕｎｓｈａｈ法による活性化反
応蒸着法や反応性スパッタリング法等の物理的気相法（
ＰＶＤ法）あるいはプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法や熱
ＣＶＤ法等の化学的気相法（ＣＶＤ法）を用いる。

本発明において、窒炭化タンタルとはＴａＣＮ等の窒化
炭化物を含むたとえば侵入型窒炭化物の構造をもつもの
を意味し、但しタンタル元素中体、窒素元素単体あるい
は炭素元素単体が混合されていてもよい。

上記窒炭化タンタル層１３２′は厚さ方向に関し組成（
即ちタンタルと窒素及び炭素との原子比率）が変化して
いる。

第４図（ａ）〜（＋）は窒炭化タンタル層１３２′の厚
さ方向に関するタンタル含有率の分布の例を示すグラフ
である０図において、縦軸はタンタル（Ｔａ）含有率（
原子％）を示し、横軸は型Ｄｉ材１３０との界面を基準
とした厚さを示し、窒炭化タンタル層１３２゛の厚さが
ｔであるとされている。

第４図（ａ）〜（ｅ）では直線状にＴａ含有率が変化し
ており、第４図（ｆ）、（ｇ）では曲線状にＴａ含有率
が変化しており、第４図（ｈ）では折れ線状にＴａ含有
率が変化しており、第４図（ｆ）では階段状にＴａ含有
率が変化している。

変度化タンタル層１３２′は１表面（即ちプレス成形の
際に光学素子材料と接触する面）においてＴａとＮ及び
Ｃとの原子比率がｌ：ｌ程度で且つｆｌに材１３０との
界面においてＴａ含有率が比較的高くなっているのが好
ましい、なぜなら、型母材との接合強度を高めプレス成
形時の変度化タンタル層の剥離を防止するためにはでき
るだけＴａ含有率の高いのが有利だからである。この様
な観点から、変度化タンタル層１３２′は、実用上、た
とえば表面におけるＴａ含有率が２０〜８０原子％程度
、より好ましくは５０原子％程度であるのが好ましく、
更に母材との界面におけるＴａ含有率が４５〜１００原
子％であるのが好ましい。

また、炭素と窒素との原子比率はたとえば１：９９〜９
９：１の範囲であり、好ましくは４０：６０〜８０　：
　４０の範囲である。

以上の様な変度化タンタル層１３２′における厚さ方向
の組成分布は、変度化タンタル層形成の際の上記ＰＶＤ
法やＣＶＤ法において製造条件を適宜設定することによ
り得ることができる。

変度化タンタル層１３２′の厚さは製造条件により適宜
設定されるが、使用時に所望の特性が発揮できる様な厚
さ（たとえば０．１〜１０Ｂｍ、好ましくはＩＪＬｍ程
度）とすればよい。

変度化タンタル層１３２′は特に高温でのガラスとの融
着性が著るしく低く離型性が良好であるので、これまで
型部材との融着のために高精度成形を工業的に実施する
ことが困難であるとされている高融点のガラスを用いる
成形にも良好に適用でき、更には一次成形されたガラス
または溶融ガラスを型装置内に収容してプレス成形する
光学素子製造に適用して繰返し使用しても良好な精度の
光学素子を得ることができるという利点がある。

以下１本発明による上記第１〜ｉ３の実施例の型部材の
製造及びそれを用いたガラス成形の実施例を示す、尚、
同時に、比較のために、従来及び比較のための型部材の
製造及びそれを用いたガラス成形の例をも示す。

製　　　び　　その−−１： 超硬合金ＥＷＣ（９０％）＋Ｃｏ　（１０％）］及び焼
結ＳｉＣ型母材材料として型母材を作り。

該母材の成形面に変度化タンタル層を形成して、以下の
通り上記第１図に示される本発明による型部材を製造し
た。また、比較のために、上記型母材の成形面に被覆を
行なわない型部材及び該成形面にＳｉＣ層またはＴｉＮ
層を形成した型部材を製造した。製造した型部材の一覧
表を？ｌＳ１表に示す、尚、第１表において、Ｎｏ、１
及びＮｏ、２は本発明実施例であり、Ｎｏ、３、Ｎｏ、
４、Ｎｏ、５及びＮｏ、６は比較例である。

第 ■ 表 これら型部材の製造は以下の様にして行なわれた。

先ず、型母材材料を切削加工し、次いで成形光学素子の
機能面（光学面）に対応する成形面を所望の表面精度に
加工した。型ｆｎ材の成形面は凹面であり、先ずダイヤ
モンド砥石による研削で所望の曲率に加工し、次いで粒
径１ｐｍのタイヤモンドパウダーを用いた研摩を行ない
、ニュートン９フフ１本程度の表面形状精度及びＲｍａ
ｘｏ　、０２ｐｍ程度の表面粗さ精度に仕上げた。

次に、上記Ｎｏ、１及びＮ０２２については、Ｂｕｎｓ
ｈａｈ法による活性化反応蒸着法により型母材の成形面
上に変度化タンタル層を形成した。

変度化タンタル層の形成は次の様にして行なった。

上記の様にして得られた型母材を有機溶剤で洗浄し、真
空槽内にセットした０次に、該真空槽内を約ｌＸｌ０−
５Ｔｏｒｒ以下に減圧し、同時に型母材を３００℃程度
に加熱した０次いで１反応ガスとして炭化水素ガス（メ
タン及びアセチレン）と窒素ガスとを適縫混合して３Ｘ
１０−４から８ＸＩＯ−４Ｔｏｒｒ導入し、イオン化電
圧５０ｖ程度を印加しながら金属タンタルを電子銃で蒸
発させた。これにより、蒸発タンタルと窒素と炭素とが
反応して型母材表面上に堆植し変度化タンタル層が形成
された。得られた変度化タンタル層のタンタル含有率は
５０原子％であり炭素含有率及び窒素含有率はいずれも
２５ｊＸ子％であった。また、該変度化タンタル層の厚
さは約１ｐｍであった・ −１−記Ｎｏ、６については、上記Ｎｏ、ｌ及びＮＯ１
２の場合と同様にしてＢｕｎｓｈａｈ法による活性化反
応蒸着法により型母材の成形面上にＴｉＮ層を形成した
。得られたＴｉＮ層の厚さは約１＝ｍであった。

また、上記Ｎｏ、５については１通常のスパッタリング
法により母材の成形面上にＳｉＣ層を形成した。得られ
たＳｉＣ層の厚さは約ｌＪＬｍであった。

次に１以上の様にして製造された型部材を用いて、光学
ガラスのプレス成形を行なった。

第５図はプレス成形に用いた装置を示す断面図である。

第５図において、４は取入れ用置換室であり。

６は成形室であり、８は蒸着室であり、ｌＯは取出し用
置換室である。１２．１４．１６はゲートパルプであり
、１８はレールであり、２０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。２４．３８，４０
．５０は油圧シリンダであり、２６．５２はバルブであ
る。２８は成形室６内においてレール１８に沿って配列
されているヒータである。

成形室６内はパレット搬送方向に沿って順に加熱ゾーン
６−１．プレスシー７６−２及び徐冷ゾーン６−３とさ
れている。プレスゾーン６−２において、上記油圧シリ
ンダ３８のロフト３４の下端には成形用上型部材３０が
固定されており。

上記油圧シリンダ４０のロッド３６の上端には成形用下
型部材３２が固定されている。これら上型部材３０及び
下型部材３２は、上記第１図の本発明による型部材であ
る。蒸着室８内においては、蒸着物質４６を収容した容
器４２及び該容器を加熱するためのヒータ４４が配置さ
れている。

フリント系光学ガラス（ＳＦ１４．軟化点５ｐ＝５８６
℃、ガラス転移点Ｔｇ＝４８５℃）を所定の形状及び寸
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２０に裁置し、取入れ置換室
４内の２０−１の位置へ入れ、該位置のパレットを油圧
シリンダ２４のロッド２２によりＡ方向に押してゲート
バルブ１２を越えて成形室６内の２０−２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４内にパレットを入れ、このたびにパレットを成
形室６内で２０−２峠拳番・・・→２０−８の位置へと
順次搬送した。この間に、加熱ゾーン６−１ではガラス
ブランクをヒータ２８により徐々に加熱し２０−４の位
置で軟化点以上とした上で、プレスゾーン６−２へと搬
送し、ここで油圧シリンダ３８．４０を作動させて上型
部材３０及び下型部材３２により１０ｋｇ／ｃｍ２の圧
力で５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、その後油圧シリンダ３８．４０を作
動させて上型部材３０及び下型部材４０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
用下型部材として利用された。しかる後に、徐冷ゾーン
６−３ではガラス成形品を徐々に冷却した。尚、成形室
６内には不活性ガスを充満させた。

成形室６内において２０−８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１６を越えて蒸着室８内
の２０−９の位置へと搬送した。

通常、ここで真空蒸着を行なうのであるが、本実施例で
は該蒸着を行なわなかった。そして、次の搬送ではゲー
トバルブ１６を越えて堆出し置換室１０内の２０−１０
の位置へと搬送した。そして、次の搬送時には油圧シリ
ング５０を作動させてロッド４８によりガラス成形品を
装置２外へと取出した。

以上の様なプレス成形の前後における型部材３０．３２
の成形面の表面粗さ及び成形された光学素子の光学面の
表面粗さ、ならびに成形光学素子と型部材３０．３２と
の離型性について第２表に示す。

第 表 次に、融着発生のないＮ０２１、Ｎｏ、２゜Ｎｏ、３及
びＮ０１６について、同一型部材を用いて連続１０００
０回のプレス成形を行なった。

この際の型部材３０．３２の成形面の表面粗さ及び成形
された光学素子の光学面の表面粗さについて第３表に示
す。

第 表 以上の様に１本発明実施例においては、繰返しプレス成
形に使用しても良好な表面精度を十分に維持でき、融着
を生ずることなく良好な表面精度の光学素子が成形でき
た。

また、成形面に変度化タンタル層を有する未発明実施例
の型部材は、同様のＡＪ材にＴ　ｉ　Ｎ層を有する型部
材に比べて、成形回数が少ない時は殆ど差がないが、成
形回数が多くなっても離型性の低下が極めて少ないこと
が分った。

Ｍ　ｌ＆化メタンタル中金属タンタルが存在しても、Ｔ
ａの酸化物生成標準ｌ］由エネルギーはＴｉよりも大き
いので、金属チタンより酸化しにくいためガラスとのぬ
れ性が低い、このため１本発明実施例の型部材はガラス
成形時にガラスとの融着発生が少ないのであろうと推測
できる。

Ｌ記実施例では空腹化タンタル層の形成方法としてＢｕ
ｎｓｈａｈ法による活性化反応蒸着法が用いられている
が、空腹化タンタル層はその他の方法たとえば反応性ス
パッタリング法を用いて形成することもできる。

第６図は空腹化タンタル層形成のための反応性スパッタ
リング装置の概略構成図である。

第６図において、１４０は真空槽である。該真空槽には
排気口１４２が接続されており、該排気１１は不図示の
減圧源に接続されている。真空槽１４０内の上部にはヒ
ータ１４４が配置されており、１４５はその電源である
。該ヒータ１４４の下方に型母材支持体１４Ｂが配置さ
れており、該支持体には成形面を下向きにして型母材１
４８が支持される。１４９は該型母材に対しバイアス電
圧を印加するためのバイアス電源である。該型母材１４
８のＦ方にはグロー放電発生用のコイル１５０が配置さ
れており、１５１はその高周波電源であり、１５２は整
合回路である。上記真空槽１４０内の下部にはカソード
屯極１５４が配置されており、該電極上にはタンタルタ
ーゲット１５６が配置される。１５７は」二記カンード
電極１５４に対し電圧を印加するための電源である。１
５８は上記タンタルターゲット１５６の方に向けてアル
ゴンガスを供給するためのパイプであり、また１６０は
上記型母材１４８の方に向けて炭化水素ガス（メタン及
びアセチレン）及び窒素ガスを供給するためのパイプで
ある。尚、炭化水素ガスと窒素ガスとは不図示の装置に
より所望の比率で混合することができる。

空腹化タンタル層の形成時には、所定の精度に仕りげら
れた型母材１４８を有機溶剤で洗浄した後に型母材支持
体１４６により支持する０次に、真空槽１４０内を所定
の真空度まで排気し、パイプ１５Ｂからアルゴンガスを
導入し、高周波電源によりコイル１５０に高周波電圧を
印加してグロー放電を発生させ、更にバイアス電源１４
９により型母材１４８に負の電圧を印加して、アルゴン
イオンによる型母材１４８のスパッタクリーニングを行
なう、その後、電ｉ；（１５７によりカンード電極１５
４に高Ｊ４波または直流の電圧を印加して該タンタルタ
ーゲラ）１５６の近傍にアルゴンのグロー放電を発生さ
せて、タンタル含有率−／　トにアルゴンイオンの衝撃
を与え、同時にパイプ１６０から炭化水素ガス（メタン
及びアセチレン）及び窒素ガスを導入し、電ｉ；（１５
１によりコイル１５０に高周波Ｔｌｔ圧を印加して炭化
水素及び窒素のプラズマを形成し、バイアス＠ｒＡ１４
９により５母材１４８に負のバイアス宅圧を印加して、
上記炭化水素及び窒素のプラズマ中の炭素イオン及び窒
素イオンを型母材１４８の方へと引き込むことにより、
タンタルの反応性スパッタリングを行なうことができる
。これにより、型Ｒｋ材１４８の表面に空腹化タンタル
層が形成される。

該空腹化タンタル層中のタンタル含有率は、成膜条件を
適宜設定するにより所望の値とすることができる。該比
率に大きく影響する成膜条件としては、真空槽１４０内
の真空度、アルゴンガスの圧力及び炭化水素ガス及び窒
素ガスの圧力、及び電源１４５，１４９，１５１，１５
７のｉ（（圧等がある。

以上の様な反応性スパッタリング法によれば、型母材近
傍に炭化水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを供給して炭
化水素及び窒素のプラズマを形成するので、任意の炭素
／窒素／タンタル比率の空腹化タンタル層を容易に形成
することができる。

この様な反応性スパッタリング法を用いて、上記Ｎｏ、
１と同様の超硬合金製母材の成形面に炭未含有率５０原
子％でタンタル含有率５０原子％の空腹化タンタル層を
形成した型部材（Ｎｏ。

７）を得た。

、偵Ｎｏ、７を用いて、Ｌ記第５図に関し説明したと同
様にして、連続１２０００回のプレス成形を行なった。

そして、上記Ｎｏ、１についても更に累計１２０００回
までのプレス成形を行なった。この際の型部材の成形面
の表面粗さ及び成形された光学素子の光学面の表面粗さ
について第４表に示す。

第 表 第４表から、１２０００回のプレス後においてはＮｏ、
７の型部材の方がＮｏ、ｌの型部材よりも若干優れてい
ることが分る。

１及び　ノの−−例２： 超硬合金［ＷＣ（９０％）＋Ｃｏ　（１０％）］及び焼
結ＳｉＣ型母材材料として型母材を作り、該母材の成形
面にタンタル層及び空家化タンタル層をこの順に形成し
て、以下の通り上記第２図に示される本発明による型部
材を製造した。また、比較のために、上記型母材の成形
面に被着を行なわない型部材及び該成形面にＳｉＣ層ま
たはＴｊＮ層を形成した型部材、更には該成形面に直接
炭化タンタル層を形成した型部材（これは上記実施例１
のものに相当するが、ここでは比較例としている）を製
造した。製造した型部材の一覧表を第５表に示す、尚、
第５表において、Ｎｏ、８及びＮ０８９は末完１１実施
例であり、Ｎｏ、１０、Ｎｏ、１１．Ｎｏ、１２．Ｎｏ
、１３、Ｎｏ、１４及びＮｏ、１５は比較例である。

第 表 これら型部材の製造は以下の様にして行なわれた。

先ず、型母材材料を切削加工し、次いで成形光学素子の
機能面（光学面）に対応する成形面を所望の表面精度に
加工した。型母材の成形面は凹面であり、先ずダイヤモ
ンド砥石による研削で所９゛の曲率に加工し１次いで粒
径ｌＪＬｍのダイヤモンドパウダーを用いた研摩を行な
い、ニュートンリング１本捏度の表面形状精度及びＲｍ
ａｘｏ　、０２ルｍ程度の表面粗さ精度に仕上げた。

次に、上記Ｎ０１８及びＮｏ、９については。

蒸着法及びＢｕｎｓｈａｈ法による活性化反応蒸着法に
より型母材の成形面上にタンタル層及び室床化タンタル
層をこの順に形成した。

タンタル層及び室床化タンタル層の形成は次の様にして
行なった。

上記の様にして得られた型＋Ｕ材を有機溶剤で洗浄し、
真空槽内にセットした３次に、該真空槽内を約ｌＸｌ０
−５Ｔｏｒｒ以下に減圧し、同時に型母材を３００℃程
度に加熱した１次いで、金属タンタルを電子銃で蒸発さ
せた。これにより、蒸発タンタルが母材表面上に堆積し
タンタル層が形成された。該タンタル層の厚さは約０．
２ｇｍであった。続いて金属タンタルを蒸発させながら
、反応ガスとして炭化水素ガス（メタン及びアセチレン
）と窒素ガスとを適量混合して３Ｘ１０−４〜８ＸＩＯ
−４Ｔｏｒｒ導入し、イオン化電圧５０Ｖ程度を印加し
た。これにより、蒸発タンタルと窒素と炭素とが反応し
て１−記タンタル層−Ｆに堆積し密度化タンタル層が形
成された。　ｆｒＪられた密度化タンタル層のタンタル
含有率は５０原子％であり窒素含有率及び炭素含有率は
いずれも２５原子％であった。また、該密度化タンタル
層の厚さは約１ｐｍであった。

１−記Ｎｏ、１３．Ｎｏ、１４及びＮｏ、１５について
は、Ｌ記Ｎ０１８及びＮＯ１９の場合と同様にしてＢｕ
ｎｓｈａｈ法による活性化反応蒸着法により型母材の成
形面一１−にＴｉＮ層または密度化タンタル層を形成し
た。１！多られたＴｉＮ層または空腹化タンタル゛層の
厚さはいづれも約１７Ｌｍであった。

また、−上記Ｎｏ、１２については１通常のスパッタリ
ング法により母材の成形面上にＳｉＣ層を形成した。得
られたＳｉＣ層の厚さは約１ｐｍであった。

次に１以上の様にして製造された型部材を用いて、上記
製造及び成形の実施例１と同様にして光学ガラスのプレ
ス成形を行なった。

プレス成形の前後における型部材３０．３２の成形面の
表面粗さ及び成形された光学素子の光学面の表面粗さ、
ならびに成形光学素子と型部材３０．３２との離型性に
ついて第６表に示す。

次に、融着発生のないＮ。

、８、　Ｎｏ、９、 Ｎｏ　、１０．Ｎｏ、１３．Ｎｏ、１４及びＮ。

１５について、同一５ｆｆｌ材を用いて連続１００００
回のプレス成形を行なった。この際の型部材３０．３２
の成形面の表面粗さ及び成形された光学素子の光学面の
表面粗さについて第７表に示す。

第 表 以上の様に、未発ＩＥ１実施例においては、繰返しプし
・ス成形に使用しても良好な表面精度を１−分に維持で
き、融着を生ずることなく良好な表面精度の光学素子が
成形できた。

ト記１００００回のプレス成形で表面粗さが良好であっ
たＮｏ−８，Ｎｏ、９．Ｎｏ、１４゜Ｎｏ、１５につい
て同一型部材を用いて更に連続２００００回までのプレ
ス成形を試みたところ、Ｎｏ、１４．Ｎｏ、１５はいず
れも１４０００回に到達するまでに被覆層が剥離したが
、Ｎｏ。

８、Ｎｏ、９はいづれも２００００回まで被覆層の剥離
を生ずることがなく且つ型部材及び光学素ｆの双方とも
表面粗さはそれ程劣化しなかった。

１−記実施例ではタンタル層及び電像化タンタル層の形
成方法として７Ａ着法及びＢｕｎｓｈａｈ法による活性
化反応蒸着法が用いられているが、タンタル層及び電像
化タンタル層はその他の方法たとえばスパッタリング法
及び反応性スパッタリング法を用いて形成することもで
きる。この方法は上記第６図の装置を用いて行なうこと
ができる。

タンタル層及び電像化タンタル層の形成時には、所定の
精度に仕−Ｌげられた型ＩｔＪ材１４８を有機溶剤で洗
浄した後に型＋ｉｊ材支持体１４６により支持する６次
に、真空槽１４０内を所定の真空度まで排気し、パイプ
１５８からアルゴンガスを導入し、高周波電源によりコ
イル１５０に高周波電圧を印加してクロー放電を発生さ
せ、更にへイアス′心源１４９により型Ｉｌ材１４８に
負の′電圧を印加して、アルゴンイオンによる型ｆｆｌ
材１４８のスパッタクリーニングを行なう、その後、電
源１５７によりカンード電極１５４に高周波または直流
の電圧を印加して該タンタルターゲット１５６の近傍に
アルゴンのグロー放電を発生させて、タンタル含有ゲ−
／１・にアルゴンイオンの衝撃を与え。

バイアス゛ｉｒＬ源１４９により型母材１４８に負のバ
イアス電圧を印加して、タンタルのスパッタリングを行
なうことができる。これにより、型母材１４８の表面に
タンタル層が形成される。続いて、更にパイプ１６０か
ら炭化水素ガス（メタン及びアセチし・ン）及び窒素ガ
スを導入し、′１ｌｉＩＱ１５１によりコイル１５０に
高岡波゛電圧を印加して炭化水素及び窒素のプラズマを
形成し、該プラズマ中の炭素イオン及び窒素イオンを型
母材１４８の方へ５と引き込むことにより、タンタルの
反応性スパッタリングを行なうことができる。これによ
り、上記タンタル層Ｅに電像化タンタル層が形成される
。

該空腹化タンタル層中のタンタル含有（シは、成膜条件
を適宜設定するにより所望の値とすることができる。該
比率に大きく影響する成膜条件としては、真空槽１４０
内の真空度、アルゴンガスの圧力及び炭化水素ガス及び
窒素ガスの圧力、及び電源１４５，１４９，１５１，１
５７の電圧等がある。　以上の様な反応性スパッタリン
グ法によれば、型母材近傍に炭化水素ガスと窒素ガスと
の混合ガスを供給して炭化水素及び窒素のプラズマを形
成するので、任意の炭素／窒素／タンタル比率の電像化
タンタル層を容易に形成することができる。

この柱な反応性スパッタリング法を用いて、それぞれ上
記Ｎｏ、８．Ｎｏ、９と同様のｆｆＪ材、タンタル層及
び電像化タンタル層を有する型部材（Ｎｏ、１６．Ｎｏ
、１７）を得た。尚、この時得られた電像化タンタル層
のタンタル含有率は５０原子％であり窒素含有率及び炭
素含有率はいずれも２５原子％であった。

該Ｎｏ、１６．Ｎｏ、１７を用いて、上記第５図に関し
説明したと同様にして、連続２００００回のプレス成形
を行なったところ、タンタル層及び電像化タンタル層の
１離は生じなかった。また、型部材及び光学素子の双方
とも表面粗さはそれ程劣化しなかった。

製″′　　び成／の一施　３： 超硬合金［ＷＣ（９０％）＋Ｃｏ　（１０％）］及び焼
結ＳｉＣ型母材材料として型母材を作り、該母材の成形
面に厚さ方向に上記第４図（ｃ）の組成分布を有する変
度化タンタル層を形成して、以下の通り上記第３図に示
される本発明による型部材を製造した。また、比較のた
めに、上記型母材の成形面に被覆を行なわない型部材及
び該成形面にＳｉＣ層またはＴｉＮ層を形成した型部材
、更には該成形面に厚さ方向に組成が均一の変度化タン
タル層を形成した型部材（これは上記実施例１のものに
相当するが、ここでは比較例としている）を製造した。

製造した型部材の一覧表を第８表に示す、尚、第８表に
おいて、Ｎｏ、１８及びＮｏ、１９は本発明実施例であ
り、Ｎｏ、２０゜Ｎｏ、２１．Ｎｏ、２２．Ｎｏ、２３
．Ｎｏ、２４及びＮｏ　、２５は比較例である。

第 表 これら型部材の製造は以下の様にして行なわれた。

先ず、型母材材料を切削加工し、次いで成形光学素子の
機１七面（光学面）に対応する成形面を所望の表面精度
に加工した。型母材の成形面は凹面であり、先ずダイヤ
モンド砥石による研削で所望の曲率に加工し１次いで粒
径１ｐｍのダイヤモンドパウダーを用いた研摩を行ない
、ニュートンリング１本捏度の表面形状精度及びＲｍａ
Ｘｏ、０２ＪＬｍ程度の表面粗さ精度に仕上げた。

次に、上記Ｎｏ、１８及びＮｏ、１９については、Ｂｕ
ｎｓｈａｈ法による活性化反応蒸着法により型母材の成
形面上に変度化タンタル層を形成した。

変度化タンタル層の形成は次の様にして行なった。

上記の様にして得られた型母材を有機溶剤で洗浄し、真
空槽内にセットした０次に、該真空槽内を約ｌＸｌ０−
５Ｔｏｒｒ以下に減圧し、同時に型母材を３００℃程度
に加熱した１次いで１反応ガスとして炭化水素ガス（メ
タン及びアセチレン）と窒素ガスとを適量混合して導入
し、イオン化電圧５０Ｖ程度を印加しながら金属タンタ
ルを電子銃で蒸発させた。この際、炭化水素ガス（メタ
ン及びアセチレン）と窒素ガスとの混合ガスを３Ｘ１０
−４から８Ｘ１０−４Ｔｏｒｒまで徐々に増加させ１回
時に電子銃の調節により金属タンタル蒸発量を徐々に少
なくした。これにより、蒸発タンタルと窒素と炭素とが
反応して型母材表面上に堆植し変度化タンタル層が形成
された。得られた変度化タンタル層の厚さ方向のタンタ
ル含有率分布は上記第４図（Ｃ）の通りであり窒素と炭
素との原子比率はｌ：ｌであった。また、該変度化タン
タル層の厚さは約１７１ｍであった。

上記Ｎｏ　、２４及びＮｏ、２５については、炭化水素
ガス及び窒素ガスの導入量及び電子銃を一定の条件に維
持することを除いて、それぞれ上記Ｎｏ、１８及びＮｏ
、１９の場合と同様にして変度化タンタル層を形成した
。得られた変度化タンタル層のタンタル含有率は５０［
子％であった。

また、該変度化タンタル層の厚さはいづれも約１μｍで
あった。

上記Ｎｏ　、２３については、上記Ｎｏ　、２４及びＮ
ｏ　、２５の場合と同様にしてＢｕｎｓｈａｈ法による
活性化反応蒸着法により型母材の成形面上にＴ　ｉ　Ｎ
層を形成した。得られたＴｉＮ層の厚さは約ｌ鉢ｍであ
った。

また、上記Ｎｏ、２２については１通常のスパッタリン
グ法により母材の成形面上にＳｉＣ層を形成した。得ら
れたＳｉＣ層の厚さは約１７ｚｍであった。

次に１以上の様にして製造された型部材を用いて、上記
製造及び成形の実施例１と同様にして光学ガラスのプレ
ス成形を行なった。

以上の様なプレス成形の前後における型部材３０．３２
の成形面の表面粗さ及び成形された光学素子の光学面の
表面粗さ、ならびに成形光学素子と型部材３０．３２と
の離型性について第９表に示す。

第 表 次に、融着発生のないＮｏ、１８．Ｎｏ、１９、ＮＯ，
２０、Ｎｏ、２３．Ｎｏ、２４及びＮｏ、２５について
、同一型部材を用いて連続１ｏｏｏｏ回のプレス成形を
行なった。この際の型部材３０．３２の成形面の表面粗
さ及び成形された光学素子の光学面の表面粗さについて
第１θ表に示す。

第 表 以上の様に、 本発明実施例においては。

繰返し プレス成形に使用しても良好な表面精度を十分に維持で
き、融着を生ずることなく良好な表面精度の光学書ｆが
成形できた。

」二足１００００回のプレス成形で表面粗さが良好であ
ったＮｏ、１８．Ｎｏ、１９．Ｎｏ、２４　、Ｎｏ　、
２５について同一型部材を用いて更にｉ！に続２０００
０回までのプレス成形を試みたところ、Ｎｏ　、２４　
、Ｎｏ　、２５はいずれも１４０００回に到達するまで
に被覆層が剥離したが。

Ｎｏ、１８．Ｎｏ、１９はいづれも２００００回まで被
覆層の剥離を生ずることがなく且つ型部材及び光学素子
の双方とも表面粗さはそれ程劣化しなかった。

」；記実施例では空腹化タンタル層の形成方法としてＢ
ｕｎｓｈａｈ法による活性化反応蒸着法が用いられてい
るが、空腹化タンタル層はその他の方法たとえば反応性
スパッタリング法を用いて形成することもできる。この
方法は上記第６図の装置を用いて上記製造及び成形の実
施例１と同様にして行なうことができる。

その際、空腹化タンタル層中のタンタル含有率は、成膜
条件を適宜設定するにより所望の値とすることができる
。該比率に大きく影響する成膜条件としては、真空槽１
４０内の真空度、アルゴンガスの圧力及び炭化水素ガス
及び窒素ガスの圧力、及び電［１４５，１４９，１５１
，１５７の電圧等がある。これら成膜条件を適宜変化さ
せなから成膜を行なうことにより、厚さ方向に組成分布
が変化する空家化タンタル層を形成することができる。

以上の様な反応性スパッタリング法によれば、型ハＩ材
近傍に炭化水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを供給して
炭化水素及び窒素のプラズマを形成するので、任意の炭
素／窒素／タンタル比率分布の空家化タンタル層を容易
に形成することができる。

上記実施例では成形される光学ガラスとしてフリント系
のものが用いられているが１本発明の型部材によればそ
の他のクラウン系等のガラスについても同様に良好な精
度での成形が可滝である。

上記実施例では、ＰＶＤ法やＣＶＤ法で形成された空家
化タンタル層をそのまま用いているが、該方法により空
家化タンタル層を比較的厚く形成しておき、その後表面
を鏡面研摩した上で用いることもできる。また、多数回
のプレスにより表面に欠陥が生じた場合にも、この様な
研摩により良好な表面を再生することができる。

［発明の効果］ 以上の様な本発明によれば、成形面が空家化タンタル層
で被覆されているので、繰返しプレス成形に際し精度劣
化が少なく、更に特に高温での使用においてもガラスと
の融着を生ずることのない長寿命の光学素子成形用型部
材が提供される。

更に、空腹化タンタルのヌープ硬さＨｋはたとえば２８
５０であり、ヌープ硬さ２０００のＴｉＮに比較し高硬
度であるため傷が付きにくく、このため使用時において
クリーニングを繰返しても傷付きにくく、それ故に良好
な表面精度の光学素子を長期にわたって製造することが
できる。

また１本発明型部材は、型母材として加工性の良好なも
のを選択することができるので、製造が容易である。

更に、本発明によれば、空家化タンタル層の下層として
タンタル層を設けることにより、被覆層の内部応力が少
なく且つ被覆層と型母材との接合力が大きく従って耐久
性の良好な型母材が得られる。

更に、本発明によれば、空家化タンタル層の組成を厚さ
方向に変化させて型母材側を高タンタル含有率とするこ
とにより、被覆層の内部応力が少なく且つ被覆層と型母
材との接合力が大きく従って耐久性の良好な型母材が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明による型部材を示す概略断面図
である。 第４図（ａ）〜（ｉ）は空家化タンタル層の厚さ方向に
関するタンタル含有率分布を示すグラフである。 第５図は光学素子のプレス成形に用いられる装置の断面
図である。 第６図は本発明による型部材の製造に使用される装置を
示す図である。 ３０．３２：型部材、　　１３０：型母材、１３１　：
タンタル層。 １３２．１３２’　：空家化タンタル層、１４８：型母
材。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも成形面が窒炭化タンタルで被覆されて
   いることを特徴とする、光学素子成形用型部材。
2. （２）少なくとも成形面が窒炭化タンタルで被覆されて
   おり、該窒炭化タンタル被覆層の下層としてタンタル層
   が設けられていることを特徴とする、光学素子成形用型
   部材。
3. （３）窒炭化タンタルがタンタル含有率２０〜８０原子
   ％である、請求項１または２に記載の光学素子成形用型
   部材。
4. （４）少なくとも成形面が窒炭化タンタルで被覆されて
   おり、該窒炭化タンタル被覆層が厚さ方向に関し組成が
   変化していることを特徴とする、光学素子成形用型部材
   。
5. （５）窒炭化タンタル被覆層が表面から型母材側へと次
   第にタンタル含有率が高くなる組成を有する、請求項４
   に記載の光学素子成形用型部材。
6. （６）窒炭化タンタル被覆層が型母材との界面において
   タンタル含有率４５〜１００原子％である、請求項４に
   記載の光学素子成形用型部材。
7. （７）窒炭化タンタル被覆層が表面においてタンタル含
   有率２０〜８０原子％である、請求項４に記載の光学素
   子成形用型部材。