JPH02157129A - 光学素子成形用型 - 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用型に関し、特に高Ｉｉ＋、！で
の離型性が良好で容易に高精瓜を実現できしかも耐久性
良好な光学素子成形用型に関するものである。

［従来の技術］ 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、機能面即ち光が透過及びまたは反射する面
を研磨して光学面とすることにより製造されている。

以北の様な光学素子の製造においては、研削及び研磨に
より所望の表面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
高度な研削及び研磨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ｒ製造方
法に代って、所定の表面精度を有する成形用型内に光学
素子材料を収容して加熱しながら加圧するブレス成形に
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。この方法は、機能面が非球
面である場合でさえも比較釣部！ｌ　ｌ！つ短時間に成
形できるものであり、光学素子の連続製造に適する。

以−１−８の様なブレス成形において使用される型に要
求される性質としては、−１分な硬度、良θｒな耐熱性
、良好な鏡面加工性及び成形時において光″ｉ゛素子材
料と融着を起さないこと等があげられる。

そこで、従来、この様なブ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ａ　′＋ｌ：の材料を
コーディングした材料等、数多くの提案がされている。

例えば、特開昭６０　　］　Ｎ７６９　：□３０には酸
化ジルニコニウムに貴金属をコーディングした材料が、
特開昭６３−１０３８３６には超硬合金に貴金属や希金
属を：コーディングした材料が、又特開昭６３−１３４
５２６には各種ｒｒ）材にＰ　Ｌ　−Ｎ　ｉをコーティ
ングした材料が提案されている。。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、１−記従来例では、ＰＬ合金中のＰＬと
ガラス中のｌｌｂが反応しｌ’　ｂ　−Ｐ　ｔ、合金が
形成されることにより、Ｊ−リ成形面の鏡面性が低トし
、成形されたガラス表面の相さが増し散乱ｔ’ｌの表面
になってしまう。また、ＰＬ−１ｒ合金薄では硬度も、
ガラス成形用ｊ、ｉ１１としては十分でないため機械的
耐久性に劣る。

従って、本発明のＬ１的は、１′、：５温ての＃４９Ｊ
・Ｖｌが良好であり、容易に高精度の光学素子を得るこ
とができ、しかも型の耐久ヤ１が良好な光学素子成形用
型を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に従って、ガラスよりなる光学素子のブレス成形
に用いる光学素子成形用型において、型ＩｊＪ材の少な
くとも成形面に、（ａ）白金、（ｂ）金属または半導体
ｊｌ（ｊびに（ｃ　）窒素よりなる混合膜が被覆されて
いることを特徴とする光学素子酸Ｉｆε用型が提供され
る１゜ 記混合膜の成分である金属または゛１′〜導体としては
、例えばＳｉ、１１、ｌｄ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｃｒ、Ｚ
ｒ、ｌｌｆ■、Ａ１、Ｎ３、Ｇｃが挙げられ、好ましく
はＳｌ、ｉ’ｉである。

型母材としては、超硬合金の他、鏡面性、耐久ｆ１に優
れたセラミックス材料が４（けられる。

Ｉ−記混合膜は、；３セト類の元素により合金状態ある
いは合金と化合物との混合状態が形成されていると思わ
れる。このＰＬに金属または？１′導体、Ｎが加わった
上記混合膜はＰｔ＋ｉｉ独の膜に比へ硬度が？、’：ｒ
く、優れた耐久性を有している。

本発明の光学素子成形用型を製造するには、例えばスパ
ッタ法により１）ジターゲット−１に金属または半導体
装置しさらにＮ２ガスを導入して、７（ｌＪｌ壮材−１
−に混合膜を形成する。

［実施例］ 本発明を実施例により説明する。

実施例１ 本発明の光学素子成形用１ｔ；１．ｊの製造に用いた装
置を第３図に示す。

図中、１０は真空槽、１１は白金（ＰＬ）ターゲット、
１２はＰＬターゲットトに配置したＳ１ウエハ１３は基
板ボルダ−５１４はを１号材、１５は基板加熱ヒーター
、１６はスパッタ川Ａ「ガス尋人口、１７は反応用Ｎ２
ガス導入［」、１８は真空υ１気「Ｊ、１９はシャッタ
ー、２０はターゲットへ印加するｎ、１周波電源、２Ｉ
は）、Ｌ根バイアス用直流電源である。

ＰＬＳｉ−Ｎ混合膜を形成する時は、有機溶剤により表
面を（１１ｆ浄にした型Ｂす材１４をそθ月模形成面を
ＰＬツタ−ット１１に向は基板ホルダー１３に配置し、
＋’ｔターゲッｌ−１１１１に１）シ・Ｓｌ・Ｎ混合膜
のＳｉ成分となるＳｉウェハー１２を所定１；ｊ、　載
せる、。

その後、抽気１Ｉ　Ｉ　８　」：り真空υ１気して５×
０−’ｉ’ｏｒｒ稈度の真空にするとともに基板加熱ジ
ター１５により型は材１４を３００　”Ｃにｙ？、温す
る。

つぎに、スパッタ用静ガスをＡ「ガス導入に１１６から
４　×］　０−’ｉ’ｏｒｒ迄、Ｎ２ガスをＮ２ガス導
入［１７から２　Ｘ　Ｉ　Ｏ−”ｌ’ｏｒｒ　（全月二
で６　Ｘ　ｔｏ−”Ｔｏｒｒ）迄導入し、基板バイアス
用電源２１により基板に１００ｖのＬ’ｓ電斤を印加、
高周波電源２０にＪ：リターゲット１１に１．５ｋｗの
電力を印加して放電開始後、シャッター１９を開けて成
膜を開始する。

；３０分程のスパッタリングにＪ：り膜厚を１μｍ形成
した後、シャッターを閉じ、成膜を完了１−る、。

ｐｔ・Ｓｌ・Ｎ混合膜の組成を変えるには、ＩＩＬター
ゲット１−に配置するＳ１ウエハーの面積及び導入Ｎ２
ガス斤を変えることにより行ない、膜厚を変えるには、
成膜時間を変えることにより１−１なっ１、次に、Ｉ）
Ｌターゲラ１〜十に配置ｉ’１−４−るＳ１ウーｒ−バ
ーの面積、導入Ｎ２ガス１Ｆを変えることにより、ＷＣ
（９０％）＋Ｃｎ（ＩＱ％）の４−リ１．Ｊ材ｉに各ト
ド組成のｌ’　Ｌ　Ｓｉ・Ｎ混合膜を被）！シた。こう
してｔＩＩられたｌ’　Ｌ−８ｉ・Ｎ混合膜におけるＳ
ｉ十Ｎ含ｆＩ量とヌープ硬度の関係を第４図に小ず。

第４図から明らかな様に、８ｊ→Ｎｈ１−が２０カ；ミ
了％未４にであるとＰ　１．−　Ｐ　１１合金が生成し
てレンズにくもりが牛しる傾向があり、７２７４；４了
％を越えるとレンズと代りが融着を起こす傾向かある。

従って、Ｓ　ｉ　十Ｎ　３Ｊｇｆが２０〜７２１５′Ｊ
１．１％（１）Ｌ量カ２８〜８０原子％）であ・ること
か好ましい、、なお、Ｐ　Ｌ−Ｓ　ｉ・Ｎ混合膜中のＳ
ｌとＮの原ｒ−％比は、Ｘ線マイクロアナライザー分析
結果からほぼ１　ｌであり、化学量論的組成のＳ　ｉ　
ＩＩ　Ｎ　４のｓｌとＮの原子％比ニ３４４よりＳ１リ
ツヂになっている。

従って、好ましいＳ１…、Ｎ４１は共にほぼ１０〜３５
原子％である。

次に、本発明による光学素子成形用型によって硝了し・
ンズのブレス成形を１−１なった例について詳述−４−
る４、上記の第１表は゛実験に供した型材の種類をンｆ
くず、。

表１ （）シ・８ １）シ・Ｓ ＩＩ　Ｌ　−３ １’Ｌ・Ｓ １１　Ｌ　−Ｓ ・Ｎ　（＋　）　：Ｐｌ、２８原ず−％、・Ｎ　（ＩＩ
　　）　　：　Ｐ　１．３ＧＩｊλ子％、Ｎ　（ｎｌ　
）　　：Ｐ　Ｌ５３１１４　ｆ　％　、・Ｎ　（ＩＶ　
ｌ　：ＰＬ７０原了％原子　（Ｖ　）　：ｌ’ｔ、１３
５原了％、Ｓ　ｉ　＋　Ｎ　７２ＪＪｌ子％ Ｓｉ＋Ｎ７Ｑ原了％ Ｓｉ＋Ｎ４７原子％ Ｓｉ＋Ｎ３０原子％ Ｓｉ＋　Ｎ　１５原了％ ＮＯ，Ｉ−３，９は比較材であり、ＮＯ，４〜８は本発
明では提案する材料である。Ｉヒ祠として超硬合金ＷＣ
（９０％）　十Ｃ（］　（ＩＩ０％）及び焼結ＳｉＣを
使用した３３−１記の例に使用したレンズの成形装置を
第５図に示す、。

第５図中、５１は真空槽本体、５２はそのフタ、５３は
光学素子を成形するｌ＞の−１−型、５４はその下型、
５５はｉ型をおさえるための一１型おさλ、Ｅ’＋　６
１．Ｊ、　１ｌｌｉｌ　Ｉ−１，５’７は型ホルタ−１
ｒ）８　ｉｊヒター、５９は１：型を１）き−１，げる
つき）、げ俸、６０は該つき＋げ棒を作動するエアシリ
ンダ、６１は油回転ポンプ、６２ｂ３．６４はバルブ、
（３５は不活ヤ１ガス流入パイプ、６６はバルブ、６７
はリークパイプ、６８はバルブ、６９はＷｉ＋！度セン
サ７０は水冷バイブ、７１　ｉａ貞空槽を支持する台を
ボす、。

レンズを製作Ｊる［稈を次に述べる１、まず、型のｒ：
Ｊ材を所定の形状に加−１し、レンズ成形面を鏡面研磨
する。次にスパッタリング法に」：す［）［・Ｓｌ・Ｎ
混合膜の被覆を形成する１、膜１’、’は１μｍとした
。１次にフリンＩ〜系光学硝−３′−（Ｓト１４）を所
定のｆｆｆに調整し、球状にした硝子素材を型のキャビ
ティー内に置き、これを装置内に設置する。

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のフタ５２を閉じ、水冷バイブ７０に水を流し、ヒ
ーター５）８に゛飛流を通ず。この時窒素ガス用バルブ
６６及び６８は閉じ、υト気系バルブｒ＋２．６３．５
４も閉じている。尚油回転ポンプ６１は′帛に回転して
いる。

バルブ〔３２を開り］ノー気をはしめＩ　Ｏ”ｌ’ｏｒ
ｒ以千になったらバルブ６２を閉じ、バルブ６６を開い
て窒素ガスをボンへより真空槽内に導入する。所定１’
！Ｉ＋！度になったらエアシリンダ（３０を作動させて
１０　ｋｇ／ｃｍ２のＬＬ力て５分間加珪する。圧力を
除去した後、冷却速度を一り℃／ｍｉｎで転位点以下に
なるまで冷却し、その後は一２０’Ｃ／ｍｉｎ以１の速
度て冷却を行ない、２００　’Ｃ以千に下がったらバル
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４人する。それからフタ５２を開け上型おさえ
をはずして成形物を取り出す。

ト、記のようにして、フリント系光パｌ′蛸１′ＳＦ＋
４（軟化点Ｓ　ｐ　＝　５８６°Ｃ１転位点１’　ｇ４
８５°Ｃ）を使用して、第２図に示すレンズ４を成形し
た。この時の成形条（１ｔなゎち時間−Ｉｎ！　Ｉｕ関
係図を第６図に示す５、 次に成形したレンズの表面粗さ及び成形＋ｉｉｉ後での
型の表面粗さを測定した。その結果を表２に７１くす。

次に融着、レンズのくもりをおこさないＮ　０１．６に
ついて同じ型を用いて２ｏＯ回の成形を行なった後火面
相さを測定した。、その結果を表ご３に小す。

表３ 上述の表２、表３の結果から明らかなように本発明によ
る型材は硝子との離型性にすぐれ、くり返し使用しても
従来の型材に比較して表面の劣化が極めて少ない、。

実施例２ Ｐ　Ｌ−Ｔ　ｉ・Ｎ混合膜を超硬合金梨１す材ｌｘに被
覆した成形用型の実施例を示す、１ 被覆には実施例１と同様に第３図に示す装置を用いた。

イυし、１１を゛ＩＩターゲット、１２を１１タゲット
１−に配置したＰＬレシート代えた３、ＩＪ・ｒｉ　Ｎ
混合膜を形成する時は一’Ｉ’＋ｌｊＮ溶剤にＪ：り成
形面を鏡面研磨された超硬合金ＩＦｌｊ　ｌす材１４を
？ｎｊ？’Ｆにし、その膜形成面を′ＩＬターゲットＩ
Ｉに向は基板ホルダー１３に配置打シ、′１１ターゲッ
ト１１１−４にＰＬ・１１・Ｎ混合膜の１）シ成分とな
るＰｌ、シー１〜１２を所定：ｊ土載せる。

その後、排気ＩＩ　＋　８より真空排気して５×］　０
−’ｌ’ｏｒｒ稈度の真空にするとともに基板加熱ヒタ
ー１５により型Ｉ：上材１４を３００°Ｃに胃、温Ｊる
。。

つぎに、スパッタ用什ガスを計ガス導入「１１６から４
　Ｘ　Ｉ　Ｏ−”’ｌ’ｏｒｒ迄、Ｎ２ガスをＮ２ガ又
導入「Ｊ１７からＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ−”ｌ’ｏｒｒ　（全
Ｊ−［で５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ）迄導入し、基板バ
イアス用電鯨２１により基板に００ｖの負電ハ″を印加
、高周波電源２０によりターゲット１１に１４＋ｋｗの
電力を印加して放電開始後、シＡ・ツタ−１９を開けて
成膜を開始する。。

６０分程のスパッタリングにより膜即を１μｍ形成した
後、シ、＼・・・Ｉターを閉じ、成膜を完−１’−する
。

１：３ Ｐ　１１’　ｉ・Ｎ混合膜の組成を変えるには、１１タ
ーゲット１−に配置するＩＪシートの面積及び導入Ｎ７
ガス月を変λることにより１ｊない、１模ｊ９を変える
には、成膜時間を変えることにより行なう、。

次に、゛１１ターゲットＬに配置ｊる１）］、シートの
面積、導入Ｎ２ガスｒＦを変えることにより、超硬合金
（ＷＣ（９０％）→−Ｃｏ（１０％））の＋（！Ｉ　ｌ
す材１″に各神糺成のＰｌ・′１１・Ｎ混合膜を被覆し
た。こうして１１」Ｉられた１’ｌ・Ｆｌ・Ｎ混合１模
におけるｌ’ｉ＋Ｎ含有（ｉ（とヌープ硬度の関係を第
７図に小ず。

第゛を図から明らかな様に、’ｌ’　ｉ　＋　Ｎ　：１
１が２０原了％末病であるとｌ’　１．−　Ｐ　ｂ合金
が生成してレンズにくもりが牛しる傾向がある。

［発明の効果］ 本発明の特定組成の１）シ混合膜を被覆したＪ−リによ
り、鉛ガラス（Ｓ１１４等）中のＰｂと１）シの反応に
よる１）ｌ）刊’１．）ｊＪ’ｉ出が激減し７、ガラス
成形時のＪｌす表面劣化及び成形ガラスの白濁化が防１
１されるとともに、Ｓｌ、１１笠とＮが加わることによ
り膜硬度か大幅に向１．シ＾ζｊ耐久化が実現した１゜

【図面の簡単な説明】

第１図おｊ：び第２図は本発明に係る光学素了成形川ノ
ーリの一実施態様を示す断面図で、第１図はブレス成形
前の状態、第２図はブレス成形後の状態をｉ（＜ず。第
３図は本発明の型を製造するため使用したスパッタリン
グ装置の模式図である１、第４図はｌ’Ｌ・Ｓｌ・Ｎ混
合膜中のｓｉ　＋　Ｎ　、ｊｉ、−ヌ〜ブ硬度関係図で
ある９、第５図は本発明に係る光学素ｒ成形用へ１１を
使用するレンズの成形装置を小寸断面図である１、第６
図はレンズ成形の際の時間と１，１度関係図である。第
７図は＋’ｔ・］ｉＮ混合膜中の１’ｉ＋Ｉ’Ｌｌｉ−
ヌブ硬度関係図である。 １・・・型のＢＪ材、　　　　２・・・ＰＬ−３ｉ・Ｎ
混合膜、：３・・・カ＝／　ス素材、　　　４・・・成
形されたレンズ、１０・・・真空槽、　　　　　１１・
・・ＰＬツタ−ット、１２・・・ＰＬターゲットＬに配
箔°シたｓ１ウェハ１３・・・基板ボルダ−１１４・・
・型母材、１５・・・基板加熱ヒータ、１６・・・Ａ「
ガス導入１」、１７・・・Ｎ２ガス導入口、　　１８・
・・真空槽排気口、１９・・・シャッター ２０・・・ターゲット用旨周岐電源、 ２１・・・基板バイアス用的流′屯ｉ８；１．５１・・
・真空槽本体、　　　５′、２・・・フタ、５；３・・
・ｉ型、　　　　　　５４・・・十ノー１（，５５・・
・十型おさえ、　　　５６・・・版型、５７・・・型ボ
ルダ−１５８・・・ヒータ５９・・・つき１−げ棒、　
　　６０・・・ニロアシリンダ、６１・・・油回転ポン
プ、　６２．６３．６４・・・バルブ、６５・・・流入
パイプ、　　６６・・・バルブ、６７・・・流出パイプ
、　　（３８・・・バルブ、６９・・・治ｉ度センサ、
　　７ｏ・・・水冷パイプ、７１・・・台。 代理人　弁理士　山　士　穣　平

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラスよりなる光学素子のブレス成形に用いる光学
   素子成形用型において、型母材の少なくとも成形面に、
   （ａ）白金、（ｂ）金属または半導体並びに（ｃ）窒素
   よりなる混合膜が被覆されていることを特徴とする光学
   素子成形用型。 ２、（ｂ）金属または半導体の含有率が１０〜３５原子
   ％、かつ（ｃ）窒素の含有率が１０〜３５原子％である
   請求項１記載の光学素子成形用型。