JPH0280331A - 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、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のに使用
される型に関するものである。

［従来の技術］ 研磨り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［稈をな（し、簡り１１−１つ安
価にレンズを製造することを可能とし、近来、レンズの
みならずプリズム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。

このようなガラスの光学素子のプレス成形に使川される
型材に要求される性質としては、砂さ。

耐熱性、離ノ□ノ性、ｊＱ面加■ユ性等に優れている°
ＩＳが埜げられる。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ディングした材料等、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４９−５１１！２には１３Ｃ「マルデンサイト
鋼が、特開昭５２−４５６１３にはＳｉＣ及び５ｉＪ４
が、特開昭６０−２４６２３０には超硬合金に貴金属を
コーティングした材料が、又、特開昭６１−１８３１３
４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、１３ｃｒマルデンサイト鋼は酸化しやすく、さ
らに６；、温でトｅが硝ｒ中に拡散して硝ｆが着色する
欠点をもつ。ＳｉＣ，５ｉｚＮａ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おこり表
面に５ｉＯｚの膜が形成される為硝ｆと融着を起こし、
さらに高硬度の為型自体の加−１゛性が極めて悪いとい
う欠点を持つ。貴金属をコーティングした材料は融着は
起こしにくいが、極めて軟かい為、傷がつきゃすく又変
形しやすい欠点をもつ、又、ダイヤモンド薄膜をコーデ
ィングした材料は表向の・ト滑さに欠けるため得られた
光′ｉ’＃ｒの鏡面ヤ［が不足する。

父、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ＳＰ、　Ｓｌ”、　ＳＰＪ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、（コ０炭素
原ｒ以外に水素原ｆを含むアモルファス膜（水素化アモ
ルファス炭Ｊｉ股、以ト’　ａＣ：１１膜と略す）、■
微小なダイヤモンドや微小なグラファイトと、アモルフ
ァスの両省の構造を含む膜専がある。叉、１−述の６膜
についても（１）はＳｌ’、　Ｓ１１”、　ＳＰＪの割
合、■はグラファ・イトの大きさ、（３）は水素と炭素
の１？１１合、■は結晶とアモルファスの割合がそれぞ
れ異なればｊ模の性質が異なって（る。特開昭６１−１
８３１３４に開示されているダイヤモンド状炭素膜はこ
の点についての記述が全く無く、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・ツタでは、■の膜が形成さ
れる。しかしながら、（１）、■、■の膜のように多１
Ｒ結合を多く含んんだり、あるいは多重結合がＪＦ局在
化して共役系が長かったり、グラファイト微結晶を含ん
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１几しやすいので、鉛の析出が起こって、Ｉｑｉの耐
久性が低ドしたり、光学素−ｔの面積度が低ドしたりす
る欠点をもつ。

従って１本発明の目的は、ガラスの光学素子の成形に適
した光学素子成形用型回転ポ で、特に、高温でガラスと融着なおこさず、鏡面ω１磨
がｉ＋）能で、適当な硬さを杓し、酸化されにくく２鉛
の析出が生じない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？成子のプレス成形
に用いる光学素子成形用型において、をｔす材の少なく
とも成形而に　ＩＭＩす材との接触面から表向に向って
水素含有噴が減少しているａ−Ｃ：１１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、欅ｉ　（＋ｊ
村との接触而から表面に向って水素ａイ１−ｆが減少し
ているａ−Ｃ：ｔｌ膜が、水素含イＩ量の多少による２
層の膜から構成されるものである萌記光学素子成形用Ｊ
ヤＩが提供される。

本発明は、！φ１１材の少なくとも成形而に、比較的水
素含（ｒ：Ｊの多く硬度の低い、　−Ｃ：　１１膜を形
成し、徐々に水素ロイ１Ｍを減少させることにより表面
側（ガラスとの接触面側）では５硬度が高く平滑で摩擦
係数の小さい高温状態において鉛またはアルカリノし素
と反応しない不活性なａ−Ｃ：股を得るものである。こ
こで表面側の水素含＋ｒ　ｉｉｊの多い股部分は膜の内
部応力や型と膜の熱膨張係数の追いを吸収することによ
り、型に形成したａ　−Ｃ：　ＩＩ膜の密着性に代表さ
れる機械的強度を向トさせる作用を何している。

ａ−Ｃ：１１１模は、該膜の型ｌす材との接触而におけ
る水素含杓量が６０原子％以下であることが好ましい。

水累含す１がが６０原子％を越えると股（ネｔｌ／　ト
ワーク）を構成することが困難になる傾向がある。（６
６原子％（Ｃ：　１ｌ＝１．２　）を越えると膜を構成
することができない。）また１表面における水素含有９
が５を京−ｆ％以」二であることが好ましい。水素含有
量が５原子％未満であると。

膜中に一１Ｆ結合が増加するためグラファイトライクな
膜となり、膜硬度が低くなると共に、ガラス成分中の酸
化鉛を環元するという問題が生じる傾向がある。

また、ａ−Ｃ：Ｈ膜が水素含有ｊｅｔの多少による２層
の膜から構成される場合、水素含有量の多い層（４０〜
（５０原ｒ％）の１漠ｊ７は、膜の内部応力や塑と膜と
の熱膨張係数の違いを吸収して膜の密着性を向１°する
働きをするものであるが、膜厚が厚過ぎると逆に水素含
有；ｌｌの多い膜の性質（例えば膜硬度）が強くなるの
で、５００〜１．０００人であることが好ましい。水素
含ｔ−ｒ　］の少ない層（５〜４０原Ｔ−％）の膜厚は
、硬度が高＜ＩＶ滑な膜であるという性質を保（ｌさせ
るためには４０００人以十、であることが好ましく、ま
た８０００人を越えると膜の内部応力や型と膜との熱膨
張係数の違いによる影響も大きくなるので、４０００〜
８０００人であることが好ましい。

光′を素子成形用型の型母材としては、超硬合金の他２
鏡而性、ｌ１１４熱性に優れたセラミック材料が挙げら
れる。

型ｊ：↓材の少なくとも成形面にａ　−Ｃ：　Ｈ膜を被
覆する）Ｊ法としては、プラズマ蒸着法（１）ｖｃＤ法
）、イオンビーム蒸着法、プラズマスパッタ蒸着法、プ
ラズマイオンブレーティング法、電子サイクロトロン共
鳴法笠が挙げられる。

［実施例］ 以ト１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図及び第２図は本発明に係る光学克丁成形用型の１
つの実施態様を示すものである。

第１図は光学素子のプレス成形前の状態を示し、第２図
は光学素子成形後の状態を示す。第１図中１は型母材、
２は該型母材のガラス素材の接触する成形面に形成され
たａ−Ｃ：１１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
の九字素”４４が成形される。

ｌ−記のように、１！：！母材１の上に本発明のａ−Ｃ
：Ｉｆ膜を被覆する方法としてプラズマＣＶＤ法を用い
た。第２３図に膜形成に用いた゛Ｖ行宇板型高周波ブラ
ズー、／ＣＶＩ）（以−Ｆ’ＲＦ−ＰＣＶＤと略す）装
置をホす。第３図中、ｌｌｉ：を真空槽、１２はガス供
給系、＋３は高周波の電源、＋４は排気系、１５は型母
材である。

まず、型（＋）材１５を所定の形状に加工し、レンズ成
形布を鏡面研府する。次に、ボｊ述のＲＦ−ＰＣＶＤ装
置ｕ装置り、ガス供給系１２でＣ１１４を流電１１０５
ＣＣ，ガス厚を０．２Ｔｏｒｒ　、　１３．５６Ｍ）＋
７．のＲＦ電源により、放電電力５０Ｗ、室温で型母材
（基板）　トに膜厚１０００人まで成膜した後、基板温
度を徐々にヒｔｉさせなから成膜を行なった。最後の基
板温度を４００℃、最終的な膜厚を５０００人とした。

型ｆ：）材との接触面側のＩＩｇ（１０００人厚）を化
学分析した結果、水素含有率は約５０原子％であり、膜
の硬度はヌープ硬度で８００　ｋｇ／ｎ＋ｍ”であった
。一方、ガラス接触面側の膜を化学分析した結果、水素
含有率は約２０９；を子％であり、股の硬度はヌープ硬
度で２０００ｋｇ／ｍｍ”、　Ｒｍａｘで０．０２μｍ
以ド、摩擦係数０．２以ドと高硬度でかつＮ＋ｚ滑な膜
であった。

またイオンマイクロアナライザーで十記膜の深さ方向の
分析を行ったところ、型母材との接触面から表面に同一
）て水素含有量が減少していることが確認された。

次に、１−記のプレス成形型とその他の型を用い、第４
図の装置を用いて光字素子のプレス成形試験を行った。

第４図中、５１は１１空槽本体、５２はそのフタ、５：
３は光学素子を成形する為の上型、５４はそのドｌヤ１
．５５は、上型をおさえるための上型おさえ、５６は用
型、５７は型ホルダ−，５８はヒータ、５９は下型をつ
きトげるつき上げ棒、６０は該つき１−げ棒を作動する
エアシリンダ、６１は油回転ポンプ、６２．６：３，６
４はバルブ、６５は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、６９は温度セ
ンサ。

７０は水冷バイブ、７１は！二Ｉ空槽を支持する台を小
す。

次に、フリント系光学ガラス＋ＳＦ　ｌ　４）を所定の
晴に調整し１球状にしたガラス木材を型のキャビデイ内
に置き、これを第４図に示す装置内に設ｊ？′？する。

ガラス素材を投入した型を装ｊｎ内に設置してからｓ″
（空槽５１のフタ５２を閉じ、水冷バイブ７０に水を流
し、ヒータ５８に電流を通す。この時窒ふガス用バルブ
６６及び６８は閉じ、排気系バルブ６２．６３．６４も
閉じている。尚油同転ポンプ６１は常に回転している。

バルブ６２を開は排気をはじめ１０−”Ｔｏｒｒ以上に
なったらバルブ６２を閉じ、バルブ６６を開いて窒ふガ
スをボンベより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１０　ｋ１Ｂ／ｃｎ＋
”）ｌｆ力で５分間加ＩＥする。ｎ−力を除去した後、
冷却速度を一り℃／制ｎで転位点以上になるまで冷却し
、その後は一り０℃／ｍｉｎ以ｌ−の速度で冷却を行な
い、２００　’ＣＣトドドがったらバルブ６６を閉じ、
リークバルブ６３を開いてｌ’１空槽５１内に空気を導
入する。それからフタ５２を開け１ソリ１おさえをはず
して成形物を取り出す。

１・記のようにして、フリント系光学ｆｉｎ’−１’５
ＦＩ４（軟化点Ｓｐ＝　５８６℃、転位点ＴＲ＝　４８
５℃）を使用して、第２図に示−４゛レンズ４を成形し
た、この時の成形条件すなｔ）ち時間−一度関係図を第
６図に示す。

次に、成形したレンズの表１【ｌ粗さ綬び成ＩＦ；　＋
ｉ’＋後での型の表面粗さを測定した。その結果を表１
に小す。

また、融着を起さないＮｏ、Ｉ、４．５について同じｊ
轡を用いて２００回の成形を１１１だ後１表面粗さを測
定した。その結果を表２に示す。

表２ 表１、表２より明らかなように、型表面に本発明のａ−
Ｃ：Ｉｆ膜を形成した型は、像ｊ［ε成品質の良好な高
精度の光学ガラス素子−をプレス成形することができた
。

以１より、ａ−Ｃａｌｌ膜は、加工精度、耐熱性に優れ
、ａ　−Ｃ：　ＨＧとの密着性の良い全てのプレス成形
用型の全ての材料に適合するものであることがわかる。

実施例２ 実施例１で使用したｆｌＦ−ＰＣＶＤ装置を用い、型母
材（基数）を１’？　Ｆ’電極側に設け、真空度０．０
３ｒｏｒｒ、基板温度、室温、ＣＩｌ、　ｌａ　ｌ　５
ＳＣＣＭとし。

まず１？１−“パワーを５０Ｗとし、膜厚１０００人ま
で成膜した、この膜はヌープ硬度８００ｋｇ／ｍ＋＊”
　、水素含有量６０原子％であった。この後、［＜Ｆパ
ワーを１００Ｗとし、さらに膜厚４０００人を成膜した
。この膜はヌープ硬度２２００ｋｇ／＋＋ｖ＋２水素含
有量が約１０ＩＱ　ｆ−％で、表面粗さがＲｍａｘＯ，
０３μｍ以）゛、摩擦係数０．２以下であった。このａ
　−Ｃ：　ｌ−１膜を形成した型を用い第５図に示す装
置Ｂによりプレス成形試験を１ｒっだ。

第５図において、１０４は取入れ用置換室であり、１０
６は成形室であり、＋０８は蒸着室であり、１１０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は詠し−
ルトを矢印へ方向に搬送せしめられるパレットである。

冒２４゜＋３８．１４０．１５０はシリンダであり、１
２６．１５２はバルブである。１２８は成形室１０６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１０６内はパレット搬送方向に沿って順に加熱ゾ
ーン＋０６−１　、プレスゾーン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、Ｌ記シリンダｌ：３８のロッド！３４のド端
には成形用り型部材璽３０が同定されており、［記シリ
ンダ暑４０のロッドＩ：３６の１端には成形用す型部材
１３２が固定されている。これら−Ｌ型部材１３０及び
ド型部材１３２は、に２第１図の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＋４２及び該容器を加熱するためのヒータ１
４４が配置されている。

フリント系光学ガラス（ＳＦ＋４　、軟化点Ｓｐ＝　５
８６℃、ガラス転移点Ｔｇ＝　４８５℃）を所定の形状
及び＝ｉ法に相加上して、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に載置し、取入れ置換
室＋０４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によりへ方向に押し
てゲートバルブ＋１２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１η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→・
・・・・・→１２０−８の位１ｕへと順次搬送した。こ
の間に、加熱ゾーン０６−！ではガラスブランクをヒー
タ１２８により徐々に加熱し＋２０−４の位置で軟化点
以−トとした七で、ブレスゾーン１０６−２へと搬送し
、ここでシリンダ１３８．１４０を作動させて上型部材
＋３０及びＦ型部材１３２により１Ｏｋ）（／ｃがの圧
力で５膜分間プレスし、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Ｆ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
が成形用銅型部材として利用された。しかる後に、徐冷
ゾーン＋０６−３ではガラス成形品を徐々に冷却した。

尚、成形室＋０６内には不活性ガスを充満させた。

成形室１０６内において＋２０−８の位置に到達したパ
レットを１次の搬送ではゲートバルブ＋１４を越えて蒸
着室＋０８内の１２０−９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１本実施例では該蒸
着を行なわなかった。そして１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１２０−１０
の位置へと搬送した。そして、次の搬送時にはシリンダ
＋５０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外へと取出した。

以ト、のようなプレス成形の前後における型部材１３０
．１３２の成形面の表面粗さ及び成型された光学素子の
光学面の表面粗さ、ならびに成形光字素子と型部材１３
０．１３２とのｆａ型性について表：Ｓに示ず５、 次に融着が起きないＮｏ、１．４．５について同・Ｉｆ
；１ノ部材を用いて連続１ノｊ回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
光学累了の光学面の衣面相さに−）いて表４に小１・ 人４ 以トの様に本発明実施例においては、 繰返しブ レ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＋ｒｉｉＭ度の光？
素子−が成形できた。

実施例３ 実施例２と同様の方法により、まず、ＲＦパワー　５０
　Ｗで膜厚１０００人まで成１摸した２次に、Ｒドバワ
ーを８０Ｗとし、型母材（基板）を３００℃に加熱した
後、さらに６０００人成膜した。この膜はヌープ硬度２
４００ｋｇ／ｍが、水素含有用２０原子％で１表面粗さ
がＲｍａｘＯ１０２μｍ以ド、摩擦係数０．２以ドであ
ったつまた。イオンマイクロアリ−ライザーによる深さ
方向の分析により、型Ｌす材と接触する側の膜の水素含
有量は６０掠子％であり１表面の側の膜の水素含分甲２
０原子％であり、水素含４＝ｉ　ｌの多少により２層の
膜が形成されていることが確認された。この型を用いて
実施例１と同様の成形試験、評価を行なった結果、実施
例１と同等の型が得られた。

［発明の効果］ 本発明の光学素子成形用型によれば、ガラスとの＃型性
に優れ、鏡面研磨が可能で、繰り返し使用しても従来の
型に比較して表面の劣化が極めて少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る尤学克ｒ成形用型の
一実施態様を示す断面図で、第１図はプレス成形＋ｉｉ
Ｊの状態、第２図はプレス成形後の状態を小す。第３図
は本発明に係る光学Ａｆ成形用型の製造方法に用いるＲ
Ｆ−ＰＣＶＤ装置６を示す概略図である１、第４図およ
び第５図本発明に係る光学素子成形用をを使用するレン
ズの成形装置を示す断面図で、第４図は非連続成形タイ
プ、第５図は連続成形タイプである。第６図はレンズ成
形の際の時間温度関係図である。 １・・・Ｊリオのｔす材、　　　２・＝ｔ１−Ｃ：　Ｉ
ｆ膜、コ３・・・ガラス素材、　　　４・・・成形され
たレンズ。 ・・・３°Ｌ空槽、　　　　　＋２−・・ガラス供給系
、１３・・・高周波の電源、１４・・・排気体。 ５・・・型母材、　　　　　Ｅｌｌ・・・れ空槽本体。 ５２・・・フタ、　　　　　　５３・・・ト型。 ５４・・・ド型、５５・・・ト型おさえ。 ５７・・・型ホルダ− ５９・・・つきｌ゛、げ棒、 ６Ｉ・・・油回転ポンプ、 ６５・・・流入バイブ、 ６７　・・・流出バイブ、 ６９−・・温度センサ、 ７１・・・台、 ５６・・・用型。 ５８・・・ヒーター ６０・・・エアシリンダ、 ５２、６３．６４・・・バルブ。 ６６・・・バルブ。 ５８・・・バルブ。 ７０・・・水冷バ・イブ。 ０２・・・成形装置ｒ！。 １０４・・・取入れ川（η換室。 １０６　・・・を成形室、　　　　　　　１０杼０・・
・取出し用置換室。 １１２・・・ゲートバルブ、１１４ １１６・・・ケートバルブ、１１８ １Ｚ［ｌ−・・パレット、　　　＋２２１２４・・・シ
リンダ、１２６ １２８・・・ヒータ５１３０ １３２　・・・ド型、１３４ ３６−・・ロー　ド、１３８ １４０・・・シリンダ、　　１４２ １４４・・・ヒータ、　　　　１４６ ・・・蒸着室、 ・・・ゲートバルブ、 ・・・レール、 ・・・ロッド、 ・−バルブ、 ・・Ｊ二型。 ・・・ロッド、 ・・・シリンダ、 ・・・容器。 ・、４着物質、 ・・・ロッド。 ・・・シリンダ。 ・・・バルブゎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、型母材の少なくとも成形面に、
   型母材との接触面から表面に向って水素含有量が減少し
   ている水素化アモルファス炭素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、型母材との接触面から表面に向って水素含有量が減
   少している水素化アモルファス炭素膜が、該膜の型母材
   との接触面における水素含有量が６０原子％以下であり
   、表面における水素含有量が５原子％以上である請求項
   １記載の光学素子成形用型。 ３、型母材との接触面から表面に向って水素含有量が減
   少している水素化アモルファス炭素膜が、水素含有量の
   多少による２層の膜から構成されるものである請求項１
   記載の光学素子成形用型。 ４、水素含有量の多い層の膜厚が５００〜１０００Åで
   水素含有量が４０〜６０原子％であり、水素含有量の少
   ない層の膜厚が４０００〜８０００Åで水素含有量が５
   〜４０原子％である請求項３記載の光学素子成形用型。