JPH0283221A - 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】 ［ｆ′、業ト、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、ガラス素材のブ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］ 研磨工程を必要としないでガラス毒材のブレス成形によ
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工程をなくし、簡単且つ安価にレ
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ブ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、耐熱性、離型性
、鏡面加工性等に優れている事が挙げられる。従来、こ
の柿の型材として、金属、セラミック及びそれらをコー
ディングした材料等、数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
１３Ｃ「マルテンサイト鋼が、特開昭５２−４５６１３
にはＳｉＣ及び５ｉｓＮ４が、特開昭６０−２４６２３
０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６１−１８３１３４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、
さらに高温でＦｅが硝子中に拡散して硝子が着色する欠
点をもつ。ＳＩＣ，５１３８４は・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３１０．の膜が形成される為硝子と融着を起こし、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。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、極めて軟らかい為、傷がつきやすく又変形し
やすい欠点をもつ。又、ダイヤモンド薄膜をコーティン
グした材料は表面の平６ｆさに欠けるため得られた光学
素子の鏡面性が不足する。

又、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　、　（１）炭素のみからなっているが
、結合の形式はｓｐ、ｓｐ”　、ｓｐ’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
素原子以外に水素原子を含むアモルファス膜（水素化ア
モルファス炭ぶ膜、以トａ　−Ｃ：　Ｈ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
ァスの自省の構造を含む膜等がある。又、上述の各校に
ついても（１）はＳｐ、　Ｓｐ”　、Ｓｐ’の割合、■
はグラファイトの大きさ、■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異なれば膜の性質
が異なってくる。特開昭６１−＋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記述が全
く無く、イオンビームスパッタで作ったとシ己・成され
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、
■、■、■の膜のように多重結合を多く含んだり、ある
いは多重結合が非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、光学素子の面精度
が低下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ｆ−の成形に
適した光学素子成形用型を提供することで、特に、高温
でガラスと融着をおこさず、鏡面研磨が可能で、適当な
硬さを有し、酸化されにくく、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。

［課題を解決するだめの手段］ 本発明に従ってガラスよりなる光学素−ｒ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、ｔす相成分の炭化物からなる中間層または
母材成分とａ−Ｃ：　ｔｌからなる中間層を介して、ａ
　　Ｃ：　Ｈ膜が被覆されていることを特徴とする光字
素子成形用型が提供される。

を［上材としては、炭化物を生成しつる成分元素を含有
するものが好ましく、例えば超硬合金（ＷＣを主成分と
するもの等）　、　ＳｉＣ，＾ＩＮ、サーメ・ｌト等が
挙げられる。

ｙｌｌす材の少な（とも成形面、すなわちガラスと接触
する面に被覆されるａ−Ｃ：ＩＩ膜は、型母材との間に
（＋）ｌ相成分の炭化物からなる中間層、または（２）
母材成分とａ　−Ｃ：　Ｈからなる中間層を介している
。本発明においては上記（１）、（２）の中間層はａ−
Ｃ：Ｈ膜との境界が明瞭な層の他、連続的に組成、構造
が変化するためａ−Ｃ：ＩＩ膜との境界が必ずしも明瞭
でない層も含むものとする。

上記ａ　−Ｃ：　８層はダイヤモンド結晶を含イ１して
いても、いなくても良いが、グラファイト結晶層は含有
せずグラッシーカーボン、パｎ合膜と比較して硬度、熱
的安定性、化学的安定性に優れた炭Ｊｉ膜であり、一般
に１−カーボン膜と言われる膜も含むものである。

上記中間層の層厚は、型と膜の密着性を向１−するため
１０〜１０００１１人程度が好ましい。また上記のａ−
Ｃ：Ｉ−（１模の膜厚は、５０人未満では表面精度が低
くなる傾向があり、　、５０００八を越えると膜の歪み
が増加して密着性が低トする傾向があるので、５０〜５
０００人程度が好ましい。

ｗｉ　ｆｉｌ材の少なくとも成形面に、上記中間層、ａ
−Ｃ：Ｈ膜を被覆する方法としては、プラズマ蒸着法、
イオンビーム蒸着法、プラズマバッタ蒸着法、プラズマ
イオンブレーティング、電ｒ・サイクロトロン共鳴法等
の種々のＰ　Ｖ　Ｄ法、ＣＩＶＤ法を用いることができ
る。

［実施例］ 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。

実施例１ 第１図及び第２図は本発明に係る光学＾予成形用型の１
つの実施態様を示すものである。

第１図は光学素子のブ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図中は型母材、２
．５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：　Ｈ膜５中間層、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をブ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素子４が成形さ
れる。

次に１本発明の光学素子成形用型の製造例について詳述
する。ａ−Ｃ：Ｈ膜および中間層を形成するのに用いた
装置の概略図を第３図に示す。

図中、１１は真空容器、１２はイオン銃、１３はガス導
入口、１４は基板、　　　１５は排気口、１６はタング
ステン、１７は電子銃である。

型母材はＷＣ（９０％）＋Ｃｏ　（１０％）を用いた。

真空容器ｌｉ内をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに減圧して
後、ガス導入ＣＩ　１３よりＡｒガスをイオン銃１２に
導入して＾「０イオンビームとして基板（ｌｖ材）１４
の表向に照射クリーニングをした。

その後中間層を生成した。イオン銃にガス導入口よりメ
タンガスを導入し加速電圧１００ｖ、イオン電流０．０
５ｍ＾／ｃｍ”を印加しイオンビームとし、刃高純度（
９９，９９％）タングステン１６に電子銃１７より電子
ビーム（９にＶ、ＩＡ）を照射して同時に蒸着を行なっ
た。基板温度は３００℃に保持し、真空容器内圧力は４
　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔｏｒｒであった。生成した中間層は
　１．０００人とした。

次にａ−’Ｃ：ＩＩ膜を形成した。イオン銃にＣ１１，
／ｌ＋１＝　１／２に割合の混合ガスを導入し、加速電
圧６００ｖを印加、イオン電流０．８５ｍＡ／ｃｍ”の
イオンビームな基板温度１５０℃に保持した基板Ｃｆｄ
材十材間中間層に照射した。

圧力は２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒであり、ａ−Ｃ：８層
は膜厚５．０００人であった。

次に１本発明による光学素子成形用型によって硝子レン
ズのブレス成形を行なった例について詳述する。下記の
表１は実験に供した型材の種類を示す。

表１ Ｎｏ、１〜３は比較材であり、Ｎ００４は本発明で促案
する材料である。使用したレンズの成形装置を第７図に
示す。

第７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為の」ユ型、５４はその’Ｆ型、５
５は上型をおさえるための」−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１
−げるつき上げ棒、６０は該つき上げ棒を作動するエア
シリンダ、６１は油回転ポンプ、６２．６３．６４はバ
ルブ、６５は不活性ガス流入バイブ、６６はバルブ、６
７はＪ−クバイプ、６８はバルブ、６９は温度センサ、
７０は水冷バイブ、７＋１：を真空槽を支持する台を示
す。

まず、フリント系九′？−硝子（Ｓｌ−’＋４）を所定
の量に調整し、球状にした硝子素材を型のキャビデイ−
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６２．６３．６４も閉じて
いる６白油回転ポンプ６１は常に回転している。

バルブ６２を開は排気をはじめＩ　Ｏ−”Ｔｏｒｒ以ド
になったらバルブ６２を閉じ、バルブ６６を開い−（窒
素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　ｋｇ／ｃｍ
”の圧力で５分間加圧する。圧力を除去した後、冷却速
度を一り℃／ｍｉｎで転位点以ドになるまで冷却し、そ
の後は一り０℃／ｍｉｎ以ヒの速度で冷却を行ない、２
００℃以ドにさがったらバルブ６６を閉じ、リークバル
ブ６３を開いて真空槽５１内に空気に導入する６それか
らフタ５２を開はト型おさえをはずして成形物を取り出
す。

上記のようにして、フリント系光学硝子Ｓト”＋４８　
（軟化点Ｓ　ｐ　＝　５８６℃、転位点Ｔｇ＝４８５℃
）を使用して、第２図に示すレンズ４を成形した。この
時の成形条件すなわち時間−温度関係図を第９図に示す
。

次に成形したレンズの表面粗さ及び成形前後でのＩｊ７
１の表面粗さを測定した。その結果を表２に示す。

次に融着をおこさないＮｏ、１．４について同じをを用
いて２００回の成形を行った後表面粗さを７１１１１定
した。子の結果を表３に示す、。

表３ Ｌ述の表２９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１ｖ１材に比較して表面の劣化が極めて少ない。

実施例２ 実施例１と同様の型母材、装置を用いた。同様にし−Ｃ
基板クリーニングを行なった後、圧力４　Ｘ　Ｉ　Ｏ−
’Ｔｏｒｒ基板温度１５０℃に保ちイオンガンにメタン
ガスを導入してイオンビーム照射し同時にタングステン
の蒸着を行なった。その時のイオンガンの加速電圧と蒸
着用電子ビームの電流値を第４図に示すように変化させ
、中間層、ａ−Ｃ：Ｆ１層を連続的に全体で６．０００
人成膜した。

次に、第８図に示す装置を用り入り」−２型によって硝
子レンズのブレス成形を行った例について詳述する。

第８図において、＋０４は取入れ用置換室であつ、１０
６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、＋２０は該レース
ｌ−を矢印Ａ方向に搬送せしめられるパレットである。

　１２４．１３８．　１４０．　１５０はシリンダであ
り、１２６．１５２はバルブである。１２８は成形室１
０６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沿って順に加熱ゾ
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、上記シリンダ１３８のロッド１３４のド端には
成形り型部材１３０が固定されており、上記シリンダ１
４０のロッド１３６のト端には成形用下型部材１３２が
固定されている。これら上を部材＋３０及び上型部材１
３２は、上記第３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１４５を収容した容器
１４２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（ＳＦ１４．中点５ｐ＝５８６℃
、ガラス転移点Ｔｇ＝４８５℃）を所定の形状及び寸法
に相加Ｔ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に装置し、取入れ置換
室１０４内の＋２０−＋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により六方向に押し
てゲートバルブ１１２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なヒータ
１２８により徐々に加熱し＋２０−４の位置で軟化立置
Ｆとした上で、ブレスゾーン１０６−２へと搬送し、こ
こでシリンダ１３８゜＋４０を作動させて上型部材＋３
０及び上型部材１３２により１０にｇ／ｃｍ′の圧力で
５分間ブレスし、その後加圧力を解除しガラス転移点量
トまで冷却し、その後シリンダ１３８．１４０を作動さ
せて上型部材＋３０及び下型部材１３２をガラス成形品
から離型した。該ブレスに際しては１記パレツトが成形
円胴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１０６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位置に到達したパレ
ットを２次の搬送でゲートバルブ１１４を越えて蒸着室
１０１＋内の１２０−９位置へと搬送した６通常。

ここで真空蒸着性なうのであるが１本実施例では該蒸着
を行なわなかった。そして、次の搬送ではゲートバルブ
１１６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１
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。

以上の様なブレス成形のｎ；１後における型部材１３０
、１３２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１３
０．１３２との離を性について表４に示す。

次に融着が起きないＮｏ、１．４について同１畳部材を
用いて連続１万回のブレス成形を行なった。この際の型
部材＋３［１，１３２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表５に示す。

表５ 以−１−７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十分に維持でき、
融着な生ずることなく良好な表面精度の光学素子が成ｊ
じできた。

実施例３ 使用した装置の概略図を第５図に示す。

図中、２Ｉは真空容器、２２はイオン銃、２３．２：３
’　はガス導入口、２４は基板、２５は排気［１，２６
はタングステン、２７は電子銃。

２８はマツチングボックス、２９は高周波電源である。

実施例１と同じを１材を用い同様にしてＡｒ”イオンビ
ームで基板（母材）２４のクリーニングを行なった。そ
の後イオン中２２にガス導入し］２３よりメタンガスを
４×１０−ｉ’　ｏ　ｒ　ｒ導入して加速電ｔ−Ｌ＋ｏ
ｏｖ、イオン電流０．０５ｍＡ／ｃｍ”でイオンビーム
を基板に照射した４図時に９９．９９％高純度タングス
テン２６の近傍にガス導入し１２３°よりアルゴンガス
を４　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔｏｒｒ導入し、１３．５６ＭＩ
ＩＺ出力１ｋｗの高周波を印加してタングステンのスパ
ッタ蒸着を行なった。基板温度は　１５０℃とし、中間
層を　＋、　ｏｎｏ入成膜した。

次に実施例１と同様にしてａ−Ｃ：ｔｌｌ漠を形成し、
中間層と合わせた全体の膜１ｒ７を６．０ｆ１０人とし
た。。

こうして得られた光学素子成形用型を用いて。

実施例１と同様に第７図の装置を用いて成形試験を持っ
たところ実例１の型Ｎｏ、４と同様に良ｈｆな結果がｉ
Ｈ）られた。

実施例４ 実施例コ３と同じ型ＩｊＪ材装置をＪＩＩい、同様にし
てＪ！仮のクリーニングを行った。その後イオン銃には
メタンガスを導入してイオンビームとして照り−１し、
同時にタングステンのスパッタを行なったが高周波出力
とイオン銃加速度゛、ｗｒ−ｃを第６図に示すように変
化させ、連続的に成膜した。全体の膜厚は５．５００人
であった。基板４１１１５０℃、Ａ「ガス４　Ｘ　ｌ　
Ｏ−”Ｔｏｒｒ−ｈ　ＯＴｏｒｒ、高周波（１３５６Ｍ
１ｌＺ＋出力１　ｋｍ−”　ｔ”）　ｗ　、メタンガス
４　Ｘ　ｌ　Ｏ−’ｌ’ｏｒｒ、加速電月己５０　ｖ　
−＝　５００ｖとした。。

こうして得られた九学克ｒ成形ｊす１を用いて、実施例
２と同様に第８図の装置を用いて成形試験なｔｉっだと
ころ実施例２の型Ｎｏ、４と同様に良好な結果が？１−
られた。

［発明の効果］ 本発明の光学素子成形用型！によれば、ガラスとの離Ｉ
Ｈ，ｌ性に優れ、鏡面ω１磨がＩＩ）能で、繰り返し便
用しても従来の型に比較して表面の結果が極めて少ない
、

【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素ｒ成形用Ｉｌ
ｌの一実施聾様を示す断面図で、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示す。第３．５
図は本発明に係わる光学素子−成形用ノφの製造方法に
用いる装置を示す概略図である。第４．６図は中間層、
ａ−Ｃ：Ｉ−１膜を形成するときに変化させる主な条件
を示すもので、第４図は膜厚に対するイオン銃加速電圧
および電子銃電流値の関係図、第５図は膜厚に対するイ
オン銃加速゛屯圧および高周波出力関係図である。 第７図および第８図は本発明に係わる光学素子成形用型
を使用するレンズの成形装置を示す断面図で、第７図は
非連続成形タイプ、第８図は連続成形ターｒブである６
第９図はレンズ成形の際の時間温度関係図である。 ｌ　、、、　９のＩＩ材、２−　ａ　−Ｃ：　１１膜、
３・・・ガラス素材、４・・・成ＩＦＦされたレンズ、
５・・・中間層、＋１・・・真空容器、１２・・・イオ
ン銃、１３・・・ガス導入Ｌｌ、１４・・・基＆（母材
）、１５−排気［１、＋６・・・タングステン、１７・
・・電子銃、　２１　・・・真空容器。 ２２　・・・イオン銃、２３．２３°ガス導入口。 ２４−・・基＆（母材）、２５・・・排気０．２６・・
・タングステン、２７・・・電子銃、２８　・・・マツ
チングボックス、２９−・・高周波電源、５１・・・真
空槽本体、５２・・・フタ、５３・・・上型、５４・・
・下型、５５・・・上型おさえ、５６・・・調型、　５
７−・・型ホルダ−５８・・・ヒーター、５９・・・つ
きトげ棒、６０・・・エアシリンダ、６１・・・油回転
ポンプ、６２．６３゜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・・・温度センサ、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、＋１０−・・取出し用置換室、１
１２・・・ゲートバルブ、＋１４・・・ゲートバルブ、
１１６・・・ゲートバルブ、１１８・・・レール、＋２
０・・・パレット、１２２・・・ロッド、１２４−・・
シリンダ％＋２６　・・・バルブ、＋２８　・・・ヒー
タ、＋３０−・・上型、　＋３２　・・・下型、＋３４
・・・ロッド、１３６・・・ロッド、 シリンダ、１４２・・・容器。 着物質、１４８・・・ロッド。 バルブ。 ・・・シリンダ、１４０・・・ ・・・ヒータ、＋４６・・・蒸 ＋５０・・・シリンダ、＋５２・・・

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、
   母材成分の炭化物からなる中間層または母材成分と水素
   化アモルファス炭素からなる中間層を介して、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。