JPH0280330A - 光学素子成形方法 - 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】 Ｅ産業上の利用分野］ 本発明は、レンズ、プリズム等の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光学素子
成形方法に関するものである。

［従来の技術］ 研磨［程を必要としないでガラス素材のプレス成形によ
ってレンズを製造する技術は従来のレンズの製造におい
て必要とされた複雑なに稈をなくし、　ＦＡ’ｉす１１
１つ電価にレンズを製造することをＩＩ）能とし、近来
、レンズのみならずプリズムその池のガラスよりなる光
学Ｊ、　Ｔの製造に便用されるようになってきた。

このようなガラスの九学木ｒのプレス成形に使用される
型材に要求される性質としては、硬さ、挙げられる。従
来、この柿の型材として、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、散
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には１３Ｃｒマルデンサイト
鋼が、特開昭！１２−４５６１３にはＳｉＣ及びＳ　ｉ
　３Ｎ４が、特開昭６０−２４６２３０には超硬合金に
貴金属をコーディングした材料が、又、特開昭６１−１
８３１３４にはダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状炭
素膜をコーディングした材料が提案されている７［発明
が解決しようとする課題］ しかし、１３ｃｒマルデンサイト鋼は酸化しやす（、さ
らに高温でトｃが硝−ｒ中に拡散して硝ｒが着色する欠
点をもつ。Ｓ＋Ｃ，５ｉＪＮ４は一般的には酸化されに
くいとされているか、高温ではやはり酸化がおこり表面
にＳｉＯ□の膜が形成される為硝ｒと融着を起こし、さ
らに高硬度の為型自体の加工性が極めて悪いという欠点
を持つ。ｉ°１金属をコーディングした材料は融着は起
こしにくいが、極めて軟らかいｌ）、傷がつきやすく叉
変形しゃ−４−い欠点をもつ。叉、ダイヤモンｉ；薄膜
をコーテイングした材料は表面の下請さに欠けるため得
られた光′？素ｒの鏡面性が不足する。

叉、ダイヤモンド状炭素膜と称される膜は、種類に決ま
るものではなく、■炭素のみからなっているが、結合の
形式はＳ　ｐ、Ｓ　ｐ”　、Ｓ　ｐＪ混成からなるアモ
ルファスの膜、■微小なグラファイトの集合体、■炭素
原ｒ以外に水素７４；ｊ　ｆを含むアモルファス膜（水
素化アモルファス炭素膜、以トａ−Ｃ：ＩＩ模と略ず）
、■微小なダイヤモンドや微小なグラファイトと、アモ
ルファスの両者の構造を含む膜等がある。叉、ト述の６
膜についても■はｓ９−　Ｓ　ｐ　２．　ｓ　ｐ　ｓの
割合、■はグラファイトの大きさ、Ｃ９は水素と炭素の
割合、■は結晶とアモルファスの割合がそれぞれ５°４
なれば膜の性質が５゛ルなってくる。特開昭６１−１８
３１３４に開示されているダイヤモンド状炭素膜はこの
点について記述が全く無く、イオンビームスパッタで作
ったと記載されているのみである。一般に、グラファイ
トのイオンビームスパッタでは、■の膜が形成される。

しかしながら、■、■、■の膜のように多＋９結合を多
く含んだり、あるいは多ｉｎ結合が、１１−局在化して
共役系が長かったり、グラファイト徽結晶を含んだりし
た膜は■の膜に比べてガラスの成分である酸化鉛を還元
しやすいので、鉛の析出が起こって、型の耐久性が低下
したり、光？ふ子の而れ１度が低トしたりする欠点をも
つ。

従って１本発明の目的は、ガラスの光学Ａｆ”−の成Ｊ
［ａに適した光学素ｒ成形方法を提供することで、特に
、高４でガラスと型が融着なおこさず５型が酸化されに
＜＜、鉛の析出が生じない、繰り返し、成形によって光
学素子の面積度が低トしない光学罎ミｒ成ｊ［ε方法を
提供することにある。

［課題を解決するための手段Ｊ 本発明に従ってガラス木材を成形用型を用いてプレス成
形することによる光？素子成形方法において、該プレス
成形を酸素分ＦＩ−が１〜ｌ［１ＯＰａの酸素雰囲気ト
で行うことを特徴とする光’ｉ’　Ｊ　ｒ成形）Ｊ法が
提供される。

本発明においては、Ｉｖ素外分ＦＦ１〜１００）’ａの
酸素雰囲気でプレス成形する。Ｉ’ｌ！素分圧がｌＰａ
未膚であると鉛が析出し型の耐久性を低下させたり、プ
レス成形して得られる光学累ｆの面積度を低トさせたり
する。また、酸木分汁が１０１１Ｐａを越えると成形用
キ！の酸化が起−き型の耐久性を低ドさせたり、九′？
木ｒの面ｙ−１度を低トさせたりする。

プレス成形の雰囲気には酸素以外にも窒ふ簀の不活性ガ
スが存在していてもよい。

本発明において用いる成形用型としては、プレス成形に
際しガラスと接する部分にはダイヤモンド膜を介してａ
　−Ｃ：　１１膜が肢覆されている成形用型が、プレス
成形に際し酸化が起きにくいために好ましい。

成形用型のＩ％ｌＪ　ｌｌＪ材としては１．超硬合金の
他、鏡面性、−１熱ｆ１に優れたセラミ９り材料が挙げ
られる。ｌＩｒましくは耐熱湯度が６００℃以１であり
、線膨張・＋屯か１０−’台の材料である。

成形用型のガラスと接する部分に被１υされるダイヤモ
ンド膜の膜Ｉ！７は、０．１〜０．５μｍが好ましい。

膜Ｉ′／が０．１〜０．５μｍであると１表面粗さがＩ
Ｉ　ｍａｘｏ、　５μｍ以ドとなり、さらにこの表面に
ａ−Ｃ：　Ｈ膜を５〜ＩＯμｍ形成するとＲｍａｘＯ，
０５ｕＩｎ以トとなり、優れた面積度をイ１する光学素
ｒを成形することができる。

ダイヤモンド膜は、公知のプラズマＣＶ　Ｉ）法（例え
ば特開昭５８−９１１００′Ｉハ同５１１−１１０４９
４号、特公昭６１−２５３２す゛）等によって形成され
る。また、ａ−Ｃ：Ｉｒ膜はメタンと水素の高周波放電
、イオンビーム蒸着、電子サイクロトロン共鳴プラズマ
等の方法によって堆積される。メタンと水素の他に炭ふ
を供給するガスとしては、飽和あるいは不飽和炭化水素
、）′Ｊ香族炭化水素等の炭素と水素を含むものを使用
する事ができる。史に、００やＣＯ２など酸素を含むガ
スも使用可能である。

こうして得られるａ−Ｃ：Ｈ膜は炭素以外５〜４（）原
ｒ％の水素を含むものであり、そのヌープ硬度は６００
〜２０００ｋｇ／ｍｓ程である６又、炭素原ｒの結合状
態は一トとしてｓｐｆ′混成である。

［実施例１ 以Ｆ、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

実施例１ 第１　Ｐ′Ａ及び第２図は本発明に用いる光学素子成形
後型を示すものである。

第１図は光学素ｆのプレス成形面の状態を示し、第２図
は光学素子成形後の状態を示す。第１図中１は型ｒｒｌ
材、２は該型ｔす材のガラスと接する部分に形成された
ａ　　Ｃ：　Ｈ膜、５は該型母材に形成されたダイヤモ
ンド膜、３はガラス素材であり、第２図中４は光学素子
である。第１図に示すように型の間に置かれた硝子素材
３をプレス成形することによって、第２図に示すように
レンズ等の光学木ｒ４が成形される。

次にダイヤモンド膜およびａ−Ｃ：ＩＩ膜の形成方法に
ついて述べる。まず、ｗｃ（ｑｏ％ｌ＋ｃ。

（１０％）からなる型ｌす材のガラスと接する部分をカ
バーで保護し、マイクロ波ＣＶ　Ｄ法によって雪１．　
ｔ＋）材の表面にダイヤモンド膜を厚さ１μｍ堆積した
。用いた装置を第３図に示す。図中１１はｎ空容器、１
２はマイクロ波導波管、ｌ：３．１４はガス導入１１．
１５は基板ホルダー、１６はダイヤモンド膜を被覆する
型ｉす材である。

メタン、水素をそれぞれガス導入１１１４．１３から導
入し、流１．）をそれぞれＩ、ＺＯＯＳＣＣＭとした。

電力５００Ｗのマイクロ波を導波管１２より導入した。

１１ｉ１Ｊ母祠の表面温度は８００℃、圧力は６０１’
ｏｒｒ、また成１漠時間は３時間であった。

次に型のガラスに接する部分のカバーをはずした後、さ
らにダイヤモンド膜をＬ記と同じ条件で４５分間堆相し
、型のガラスに接す部分に１“ノさ０．２μｍ９表血相
さＲｎ＋ａｘ　０．３μｍダイヤモンド膜を形成した。

本実施例では、ダイヤモンド１模を形成するためにマイ
クロ波ＣＶ　Ｄ法を用いたが、熱フイラメント法、高周
波法、直流法等を用いてもさしつかえない。

次に型のガラスと接する部分に、第４図に示ずカウフマ
ン型の装置を用いたイオンビーム法によってａ−Ｃ：Ｉ
ｆ膜を厚さ７μ清堆積した。

第４図において、２＋はｎ空容器、２２はイオンビーム
装置、２３はイオン化室、２４はガス導入口、２５はイ
オンビーム引き出しグリッド。

２６はイオンビーム、２７は型ｉ＋Ｊ材、２８は基板ホ
ルダ及びヒーター、２９は排気口である。

Ｃ１１４１１，をそれぞれ＋５．３０３ＣＣＭガス導入
［１２４から導入し、イオン室２３でイオン化し、イオ
ンビーム２６を引き出す。基板ホルダー２８に型Ｌｔｄ
材２７をマウントし型温度２５０℃、ＦＦ電力　Ｘ　Ｉ
　Ｏ−”ｒｏｒらイオンビーム引き出しグリッド２５と
アースとの７ｒｉ位差は０．５にＶ、ビーム電流は０．
８５ｍ＾／＋ａｍ”で成膜を行なった。

その結果、この膜は、炭素の他に水素を３０原子％含ん
でおり１表面粗さは０．０２μｍ、ヌープ硬度は、　＋
５００に２７ｍｍであった。叉、ラマンスペクトルには
グラファイトに帰因する＋５８０＋、ｍ−１のハントは
認められなかった。この膜の第〜イオン化ボデンシャル
は６ｅＶであった。

本実施例ではイオンビーム法を用いているが。

ａ　−Ｃ：　ｆｉｌｌ！２の形成には、この他に電子サ
イクロトロン共＋ＢＱプラズマ法や高周波放電法等も用
いることができる。

次に、本発明の光学素ｒ・成形方法によって６ｒＩｒレ
ンズのプレス成形を行った例について詳述する。ト記の
表１は実験に供したり材の種類を小ず。

表１ ε工材として超硬合金■Ｃ（９０％）◆ＣｎｔｌＯ％）
及び焼結ＳｉＣを使用した。

Ｌ記の例に使用したレンズの成形装置６を第５図に示１
゜ 第５図中、５１は真空槽本体、５２はそのフタ、５：Ｓ
は光学素ｒを成形する為の１苧、５４はそのト型、５５
はｌ′７Ｊをおさλるための一ヒ型おさえ、５６は胴を
、５７は型ホルダ−，５８はヒータ、５９はト型をつき
トげるつき１゛、げ棒、６０は該つきｌ−げ棒を作動す
るエアシリンダ、６１は油回転ポンプ、６２．６コ３．
６４はバルブ、６５は酸素及び不活性ガス流入バイブ、
６６はバルブ、６７はリークバイブ、６８はバルブ、６
９は４度センサ、７０は水冷バイブ、７１はへ空槽を支
持する台を示す。

レンズを成形する−１−稈を次に述べる。

次にフリント糸尤′？硝ｊ−（ｓｌ１４）を所定の［，
１に調整し、球状にした硝ｒ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５水冷バイブ７０に水を流し、ヒ
ータ５８に電流を通ず。この時窒素ガス用バルブ６６及
び６８は閉じ、排気系バルブ６２．６：Ｓ、６４も閉じ
ている。尚油回転ポンプ６１は常に回転し−（いる９ バルブ６２を開は排気をはじめ！　（１−”Ｔｏｒｒ以
トになったらバルブ６２を閉じ、バルブ６６を開いて酸
歯分）１がｆｉ０１’ａである窒素ガスをボンベより常
圧まで真空槽内に導入する。所定温度になったらエアシ
リンダ６０を作動させてｌ　Ｏｋｇ／ｃｍ２の１１−力
で５分間加１Ｆする。１１．力を除去した後、冷却速度
を一り℃／ｍｉ口で転位点以トになるまで冷却し、その
後は一り０℃／ｍｉｎ以Ｅ−の速度で冷却を・行い、２
００℃以ドにさがったらバルブ６６を閉じ、リークバル
ブ６コ３を開いて真空槽５１内に空気を導入する。それ
からフタ５２を開け）−型おさえをはずして成形物を取
り出す。

記のようにして、フリント糸光学硝−ｒＳ］７１４８（
軟化点Ｓ　ｐ　＝　５８６℃、転イ１″Ｉ点゛１ｇ４８
５℃）を便用して、第２図に小ずレンズ４を成形した。

この時の成形条件すなわち時間−温度関係図を第７図に
小す。

次に成形したレンズ表血相さ及び成形前後での塑の表面
相さを測定した。その結果を表２に／Ｉ＜す。

次に同じ苧を用いて２００同の成形を行った後人面相さ
を測定した。その結果を表３にボす６表３ 一１述の表２０表３の結果から明かなように本発明のノ
Ｊ法によると、型材は硝子とのｌ１ｉｌ型性にすぐれ、
（り返し使用しても従来の型材に比較して表面の劣化が
極めて少なく、またレンズの表面精度も良Ｑｆである。

実施例２ 次に、実施例１と同一の型を用いて第６図に小す成ｊ［
ニ装置により６ｒ１ｒレンズのプレス成形を？ｒなった
例について詳述する。

第（Ｓ図において、１０４は取入れ用置換室であり、１
０６は成形室であり、１０８は蒸着室であり、１０は取
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
ス１−を矢印へ方向に搬送せしめられるパレ・ノドであ
る。１２４．１３８．１４０．　１５０はシリンダであ
り、１２Ｆ＋、　＋５２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バ）って順に加熱
ゾーン＋０６−１．ブレスゾーン１０６−２及び徐冷ゾ
ーン＋０６−３とされている。ブレスゾーン１０６−２
において、に記シリンダ１３Ｂのロッド１３４のＦ端に
は成形用ｌ−型部材１３０が固定されており、ト記シリ
ンダ＋４０のロッド１３６のＩ−、端には成形用Ｆ型部
材１３２が固定されている。これらに型部材１３０及び
ト型部材１３２は、ト記第１図の１１１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＋４２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。

フリント系光学ガラス（Ｓｌ”＋４．中点５ｐ＝５８６
℃、ガラス転移点Ｔｇ＝４８５℃）を所定の形状及び１
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に装置し、取入れ置換
室１０４内の１２０−１の位置へ入れ、語位置のバレ・
ントをシリンダ１２４のロッド１２２によりへ方向に押
してゲートバルブ１１２を越えて成形室１０６内の１２
０−２の位置へと搬送し、以ド同様に所定のタイミング
で順次新たに取入れ置換室１０４内にパレットを入れ、
このたびにパレットを成形室１０６内で１２０−２→・
・・・・→１２ト８の４：ｉ置へと順次搬送した。この
間に、加熱ゾーン＋０６−１ではガラスブランクをヒー
タ１２８により徐々に加熱し１２０４の位置で軟化点具
ドとした１−で、ブレスゾーン１０６−２へと搬送し、
ここでシリンダ１３８．１４０を作動さ＋ｔて１゛型部
材１３０及び下型部材＋３２　ｆ″より１（）にｇ／ｃ
ｍ”の１ｒ力で５分間プレスし、その後加！！二力を解
除しガラス転移点量ドまで冷却し、その後シリンダ＋３
１１．　１４０を作動させてＬ型部材１３０及びド型部
材＋３２をガラス成形品から離型した。該プレスに際し
ては１−記パレットが成形用銅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６却した。尚、成形室０６内には酸ふ分圧が８
　（１１’　ａである不活性ガスを常Ｊｔまで充満させ
た。

成形￥１０６内において＋２０−８位置に到達したパレ
ットを、次の搬送でゲートバルブ１１４を越えて蒸着室
１０８内の１２０−９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
着を竹なわなかった。そして、次の搬送ではゲートバル
ブ＋１６を越えて取出し置換室１１０内の１２０−Ｉｎ
の位置へと搬送した。そして１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η１０２外へと取出した。

以りの様なプレス成形の前後における型部材１３０、１
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、ならびに成形光字素ｒと型部材＋３０．
１３２との離型性について表４に示す、 次に同　型部材を用いて連続１万回のプレス成形を行な
った。この際の型部材１３０．１３２の成形向の人面相
さ及び成形された光学素ｒの光学面の表向粗さについて
表５に示す。

表５ 以１の様に本発明天１展例においては、繰返しプレス成
形を１ｒつでも型は良好な表向精度を十分に維持でき、
融着を生ずることなく、また良好な表向精度の光学ふｒ
が成形できた。

［′／？！明の効果］ 本発明の方法によれば、ガラス中の鉛の析出防１１“す
ることができるので、成形用型の耐久性が向Ｌ　Ｌ　、
繰り返し便用しても面積度の優りた光学素ｒを成ｊじ−
４ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプレス成形１ｉ１１の状態、第２図はブレス成
ＩＥニ後の状態を小ず。第５３，４図は本発明に用いる
光学ふｒ成形用型の製造に用いる装置を小す概略図で、
第３図はダイヤモンド１漠形成のためのマイクロ波（：
　Ｖ　ｌ）装置、第４図はａ−Ｃ：Ｉｆ膜形成のための
イオンビーム蒸着装置を示す、。 第５図および第１ｊ図は本発明に係る光学素ｒ成形ツノ
法に便用するレンズの成形装置を示す断面図で、第５図
はＪｌ’連続成形タイプ、第６図は連続成形タイプであ
る。第７図はレンズ成形の際の時間−瓜関係図である。 ・・・＋９１のに上材、２・・・ａ−Ｃ：ＩＩ膜、：３
・・・ガラス素材、４・・・成形されたレンズ、５・・
・ダイヤモンド膜、１１・・・ｌ′も空容器、１２・・
・マイクロ波導波管。 １：ｓ、１４・・・ガス導入ｌ二１．１５・・・基板ホ
ルダー１６・・・型１：１材、２１・−・真空容器、２
２・・・イオンビーム装置、２３・・・イオン化室、２
４・・・ガス導入１１．２５・・・イオノビーム引き出
しグリッ１ζ。 ２６・・・イオンビーム、２７・・・型母材、２８・・
・基板ホルダー及びヒーター、２９・・・排気ｎ、５１
・・・０空槽本体、５２・・・フタ、５３・−・Ｌ型、
５４・・・トヤｌ、５５・・・１望おさえ、５６・・・
用型、５７・・・型ホルダ−，５８・・・ヒーター、５
９・・・つきトげ棒。 ６０・・・エアシリンダ、６１・・・油回転ポンプ、６
２．６３．６４−・・バルブ、６５　・・・流入バイブ
、６６・・・バルブ、６７−・・流出バイブ、６８・・
・バルブ、６９・・・４度センサ、７０・・・水冷バイ
ブ、７１・・・台、１０２・・・成形装置、＋０４・・
・取入れ用置換室、１０６・・・成形室、１０８・・・
蒸着室、１１０・・・取出し用置換室、１１２・・・ゲ
ートバルブ、１１４・・・ゲートバルブ、ＩＩ５・・・
ゲートバルブ、１１Ｂ・・・レール、１２０・・・パレ
ット、１２２・−ロット、１２４・・・シリンダ、１２
６・・・バルブ、　＋２１１−・・ヒータ、１３０・・
・Ｉ′型。 １３２・−−ド型、１３４・・・ロット、１３６・−ロ
ット。 ＋３８−・・シリンダ、１４０・−シリンダ、１４４・
・・ヒータ、＋４６・・・蒸着物質、１４８・・・ロッ
ド、＋５０・・・シリンダ、１５２・・・バルブ。 第 図 第 図 第 ア 図 Ｂ８聞Ｃ分）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラス素材を成形用型を用いてプレス成形すること
   による光学素子成形方法において、該プレス成形を酸素
   分圧が１〜１００Ｐａの酸素雰囲気下で行なうことを特
   徴とする光学素子成形方法。 ２、成形用型が、プレス成形に際しガラスと接する部分
   にはダイヤモンド膜を介して水素化アモルファス炭素膜
   が被覆されているものである請求項１記載の光学素子成
   形方法。