JPH06345448A

JPH06345448A - 光学素子の製造方法

Info

Publication number: JPH06345448A
Application number: JP13363693A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Taniguchi; 靖谷口; Tetsuo Kuwabara; 鉄夫桑原; Masaaki Yokota; 正明横田; Yasuyuki Nakai; 靖行中居; Sunao Miyazaki; 直宮崎; Hiroe Tanaka; 弘江田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1994-12-20

Abstract

(57)【要約】【目的】高温プレス成形に際して、被成形材料に含ま
れる揮発成分による型の劣化を防いで、連続使用に際し
ても高精度の光学素子を成形することのできる方法を提
供することを目的とする。【構成】上型と下型との間に載置された被成形材料を
高温プレス成形することにより光学素子を製造する方法
において、少なくとも被成形材料が上型又は下型と接す
る前に、被成形材料に含有される金属イオンを電気的手
段により、被成形材料が上型及び下型と接する被成形材
料表面から被成形材料内部へ移動させることを特徴とす
る光学素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ、プリズム等の
光学素子をプレス成形により製造する方法に関する。

【０００２】本発明は、特に光学ガラス素子を製造する
方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】上型と下型との間に載置された被成形材
料を高温プレス成形することにより光学素子を製造する
方法は、研磨工程を必要としないので、従来製法におい
て必要とされた複雑な工程が省略され、簡単且つ安価に
レンズを製造することを可能とし、近年レンズのみなら
ずプリズムその他の光学素子の製造に使用されるように
なってきた。

【０００４】一般に、ガラスは軟化点以上でプレス成形
されるため、高温使用による型の劣化、ガラスと型との
反応等の問題がある。光学ガラス素子のプレス成形法に
おいて、上記諸問題を解決しようとする試みが、従来よ
り各種提案されている。被成形材料の面からは、ガラス
組成を調整して軟化点を低下させることによる成形温度
の低温化が行われている。一方、型の面からは、硬度、
耐熱性、離型性、鏡面加工性等に優れた性質を有するも
のが必要とされている。従来、この種の型を形成する材
料として金属、セラミックス及びそれらをコーティング
した材料等、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号公報には１
３Ｃｒマルテンサイト鋼が、特開昭５２−４５６１３号
公報にはＳｉＣ及びＳｉ₃Ｎ₄が、特開昭６０−２４６２
３０号公報には超硬合金に貴金属をコーティングした材
料が、特開昭６１−１８３１３４号公報、特開昭６１−
２８１０３０号公報、特開平１−３０１８６４号公報に
はダイヤモンド薄膜もしくはダイヤモンド状炭素膜、特
開昭６４−８３５２９号公報には硬質炭素膜、特公平２
−３１０１２号公報には炭素膜をコーティングした材料
が提案されている。

【０００５】また、光学ガラスにはＢ₂Ｏ₃やＰｂＯ等の
揮発し易い成分が多く含まれており、プレス成形時に加
熱された被成形材料から揮発したガラス成分が成形型表
面に付着堆積し、成形型表面の面精度が悪化し、高精度
の光学素子を得ることが困難となる問題があった。この
問題を解決する方法として、特開昭６２−２０７７２８
号公報には、ガラスを酸に浸漬させ揮発成分を溶出させ
ガラス表面の揮発成分を減少させる方法が、特開平２−
３８３３７号公報にはアルカリキレート混合溶液による
ガラスの表面処理方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
において各種材料により構成された型を用いてプレス成
形を行っても、それぞれの場合に解決すべき問題があっ
た。例えば、１３Ｃｒマルテンサイト鋼は酸化し易く、
更に高温でＦｅがガラス中に拡散してガラスが着色する
欠点を持つ。ＳｉＣ及びＳｉ₃Ｎ₄は一般的には酸化され
にくいとされているが、高温ではやはり酸化が起こり、
表面にＳｉＯ₂膜が形成されるためガラスとの融着を生
じる。更に、Ｓｉ系材料は硬度が高く加工性が極めて悪
いという欠点をもつ。貴金属をコーティングした材料は
融着を起こしにくいが、極めて柔らかいため、傷がつき
易く変形し易い。

【０００７】また、ダイヤモンド薄膜は高硬度で熱的安
定性にも優れているが、多結晶膜であるため表面粗度が
大きく、鏡面加工する必要がある。

【０００８】ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜を用
いた型は、型とガラスとの離型性がよくガラスとの融着
を起こさないが、成形操作を数百回以上繰り返して行う
と、型表面に蓄積した析出物により成形品の表面粗度が
低下して、充分な成形性能が得られないことがある。こ
の原因としては、ガラス中に存在するアルカリイオンや
アルカリ土類金属イオンがガラス表面に拡散し、電気化
学的反応により型表面に析出するためと考えられる。

【０００９】このように、ガラスとの離型性に優れた型
材料を用いて成形を行っても、成形回数が増加するにと
もない、ガラスと型との接触による型表面へのガラス成
分の析出転写が起こり、成形品の外観性能が低下する結
果、耐久性に優れた実用的なプレスレンズの製造方法を
提供するに至っていない。

【００１０】また、フッ化水素酸、硝酸等の酸溶液によ
りガラスの揮発分を溶出させる方法は、極めて効果的で
はあるが、膨大な量の酸溶液が必要であり、そのため多
数の処理槽の設置や廃液処理設備等にコストがかかると
いう欠点がある。

【００１１】更に、酸溶液による表面処理の速さは、酸
溶液のｐＨに大きく依存する。そのため毎回均一の表面
処理を行うためには、酸溶液のｐＨ管理を極めて厳密に
行う必要がある。

【００１２】また、表面処理の速さは温度にも依存する
ので、酸溶液を一定温度に保つ制御が必要である。しか
しながら、酸による一般的な表面処理は発熱反応であ
り、膨大な量の酸溶液を使用しない限り、表面処理時、
時々刻々と酸溶液の温度が変化する欠点がある。

【００１３】また、酸またはアルカリキレート混合溶液
等の溶液によりガラス表面を処理する方法は、被処理材
料表面が汚れのない清澄な状態でなければならない。被
処理材料表面に油等の有機物やほこりなどが付着したま
ま表面処理を行うと、汚れが付着した部分が処理され
ず、均一な表面処理を実施することが困難であるためで
ある。そのためには、数多くの洗浄槽が必要とされてい
る。

【００１４】以上述べてきたように、溶液により被成形
材料表面を処理する方法は、膨大な処理液、多数の洗浄
槽、洗浄工程を必要とするため、大きな設備スペース、
高額な設備費を必要とする。

【００１５】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み
て、型とガラスとの反応又は融着を生じず、良質の光学
素子を提供することのできる製造方法を提供することを
目的とする。

【００１６】また、本発明は、ガラスに含まれる揮発成
分による型の劣化を防いで、連続使用に際しても高精度
の光学素子を成形することのできる方法を提供すること
を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、上型と下型との間に載置された被成形材料を高温
プレス成形することにより光学素子を製造する方法にお
いて、少なくとも被成形材料が上型又は下型と接する前
に、被成形材料に含有される金属イオンを電気的手段に
より、被成形材料が上型及び下型と接する被成形材料表
面から被成形材料内部へ移動させることを特徴とする光
学素子の製造方法である。

【００１８】また、本発明は、前記電気的手段が上型及
び下型に正電圧を印加することであることを含み、上型
及び下型の少なくとも被成形材料と接する表面が、電気
伝導性を有し、被成形材料との離型性に優れた材料によ
り構成されることを含み、上型及び下型が、金属又はセ
ラミックスからなる母材と、母材上に形成された導電化
処理された炭素膜又は貴金属膜とからなることを含むも
のである。

【００１９】また、本発明は、電気的手段が被成形材料
表面に正イオンを照射することであることを含み、前記
方法において被成形材料を加熱しながら電気的手段によ
り金属イオンを被成形材料内部へ移動させることを含む
ものである。

【００２０】また、本発明は、被成形材料がガラスであ
ることを含むものである。

【００２１】

【作用】本発明は、光学素子の高温プレス成形に先立
ち、高温雰囲気での成形型の劣化を促進させ、また成形
型と被成形材料との融着に関与すると考えられる正電荷
をもつ金属イオンを被成形材料内部へ移動させることに
より、成形型の劣化、成形型と被成形材料との融着を防
ぐものである。

【００２２】本発明において、被成形材料に含有される
金属イオンを移動させる電気的手段としては、正電荷を
もつ金属イオンを少なくとも成形型と接する被成形材料
表面から排斥できるものであれば、如何なる方法でもよ
い。以下に、本発明の好ましい実施態様例を幾つか挙げ
る。

【００２３】図１は、電気的手段として、上型１０１及
び下型１０２からなる成形型に正電圧を印加する手段を
とることにより正電荷をもつ金属イオンを被成形材料１
０４内部へ移動させる方法を示す概念図である。成形型
とガラスとは独立に加熱されている。上下型に数百Ｖの
正電圧を印加した後、下型上に成形温度近傍まで加熱し
たガラスを配置する（図１（ａ））。下型と接触したガ
ラス中では、電界によってイオンが移動して下型側の界
面近傍に負電荷の空間電荷層ができる。引続き正電圧を
印加した上型をガラスに接触させて成形を行う（図１
（ｂ））。このとき、ガラス内部では、電界によってイ
オンが移動して上下型側の界面近傍に負電荷の空間電荷
層ができる。この結果、ガラス中で移動し易いアルカリ
イオン等の金属イオンをガラスの界面近傍から遠ざける
ことが可能となり、型表面への析出を防止することがで
きる。成形後、型とガラスとを離型する段階で型への電
圧印加を停止する。

【００２４】成形型に電圧を印加する場合には、成形型
の少なくとも被成形材料と接する表面１０３は導電性を
有し且つ被成形材料との離型性に優れるものでなければ
ならない。図２は耐熱性と硬度に優れた母材の表面に導
電化処理した炭素膜を形成した成形型によりガラスレン
ズを成形する１例を示す模式図である。上型と下型との
間に載置されたガラス塊は、ガラス軟化点以上の温度で
上型と下型とを押圧し加圧することにより成形されガラ
スレンズとなる。図２中、２０１は型母材、２０２は炭
素膜、２０３は被成形材料であるガラスである。

【００２５】上記型母材として用いられる材料として
は、ＷＣ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ａ
ｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄ 、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｗ、
Ｔａ、Ｍｏ、サーメット、サイアロン、ムライト、ＷＣ
−Ｃｏ合金等を挙げることができる。

【００２６】型母材上に形成され、導電性を有し且つガ
ラスとの離型性に優れる表面層としては、導電処理を施
した炭素膜、又はＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等の貴金属膜もしく
はこれら貴金属の合金膜等を挙げることができる。

【００２７】炭素はガラスに対して密着力が小さいこと
から、古くからガラスの成形用型に利用されてきた。本
発明においても、この炭素とガラスの性質を利用して型
母材のガラスと接触する表面に硬質で滑らかな炭素膜を
形成することが好ましい。炭素膜としては、ダイヤモン
ド膜、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜が挙げられ
るが、いずれの膜も電気的には絶縁体である。しかしな
がら、ダイヤモンド膜以外のアモルファス炭素膜は熱処
理によりｓｐ²結合を増大させ、電気伝導性を保有させ
ることにより、本発明の表面材料として用いることがで
きる。更に、不純物をドーピングして半導体化すること
により、ＤＬＣ膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜だけでな
くダイヤモンド膜も使用することができる。

【００２８】炭素膜の形成方法としては、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、プラズマ・
ジェット法、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ
法、プラズマＣＶＤ法、イオンビームスパッタ法、イオ
ンビーム蒸着法、プラズマスパッタ法等により形成す
る。膜の形成に用いるガスとしては、含炭素ガスである
メタン、エタン、プロパン、エチレン、ベンゼン、アセ
チレン等の炭化水素；塩化メチレン、四塩化炭素、クロ
ロホルム、トリクロロエタン等のハロゲン化炭化水素；
メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール
類；ジメチルケトン、ジフェニルケトン等のケトン類；
ＣＯ、ＣＯ₂ 等のガス、及びこれらのガスにＮ ₂、Ｈ₂、
Ｏ₂、Ｈ₂Ｏ、Ａｒ等のガスを混合したものが挙げられ
る。スパッタ法で用いるターゲットとして高純度のグラ
ファイト、ガラス状炭素等がある。また、炭素膜を半導
体化するために、Ｂ、Ｐ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ａｒ等をドーピ
ングする。このため、原料ガスとしてこれらの元素を含
有するガスや有機金属ガス又は液体を用い成膜時に混入
させる。あるいは成膜後イオン注入法により不純物とし
て注入する。貴金属膜、貴金属合金膜は、通常の真空蒸
着法、スパッタ法等により形成する。

【００２９】尚、型母材と表面層との間に膜の付着強度
を向上させる目的や型母材材料元素の型表面材料側への
拡散を防止する目的で中間層を形成してもよい。中間層
としては、Ｓｉ、Ａｌ、周期律表の４Ａ族、５Ａ族、６
Ａ族の金属及びこれらの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭
酸化物、炭酸窒化物、硼化物、硼窒化物、更に硼素の炭
化物、窒化物及びこれらの少なくとも１種以上からなる
化合物、混合物が挙げられる。

【００３０】次に、別の電気的手段により被成形材料に
含有される金属イオンを移動させる例を説明する。図７
は、被成形材料表面にＡｒ⁺を照射したときの被成形材
料内部の原子又はイオンの状態を示す概念図である。図
中、白丸及び黒丸はガラスの骨格となる網目構造をとる
イオンであり、内部が斜線の丸は修飾金属イオンであ
る。Ａｒ⁺照射前の被成形材料内部では、ガラス骨格を
形成するイオンの網目構造の間隙に金属イオンが任意の
位置に存在している。この被成形材料表面にＡｒ ⁺を照
射することにより被成形材料の表面近傍が正帯電し、正
の電荷をもつ金属イオンはクーロン力により表面電位と
反発し被成形材料内部へと移動する。

【００３１】被成形材料表面を正帯電させる方法は、Ａ
ｒ⁺、Ｏ²⁺等の正イオンを照射する方法の他、被成形材
料表面にバイアス電圧を印加する方法等がある。更に、
これらの方法において、被成形材料を加熱しながら行う
ことによって、金属イオンの移動速度が大きくなり、効
率的な処理が可能となる。

【００３２】また、本発明は、真空槽内で実施可能であ
るので、一連の光学素子成形工程に組み込むことができ
る。例えば、インラインタイプの被成形材料表面処理装
置内蔵の光学素子成形装置の提供が可能となり、工程の
簡略化、ゴミ、ホコリによる不良発生を防ぐことが可能
となる。

【００３３】また、本発明は、レンズ、ミラー、グレー
ティング、プリズム等の光学素子に限定されるものでは
なく、光学素子以外のガラス、プラスチック成形品に対
しても実用できることはいうまでもない。

【００３４】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。

【００３５】実施例１以下の要領で光学素子を作製した。

【００３６】１）成形型の製造型母材としてＷＣ（８４％）−ＴｉＣ（８％）−ＴａＣ
（８％）からなる焼結体を所定の形状に加工した後、成
形面をＲｍａｘ．＝０．０２μｍに鏡面研磨した。この
型をよく洗浄した後、図３に示すＩＢＤ（イオンビーム
デポジッション）装置に設置した。図中、３０１は真空
槽、３０２はイオンビーム装置、３０３はイオン化室、
３０４はガス導入口、３０５はイオンビーム引き出しグ
リッド、３０６はイオンビーム、３０７は型母材、３０
８は基板ホルダー兼ヒーター、３０９は排気口を示す。
まず、ガス導入口よりＡｒガス３５ｓｃｃｍをイオン化
室に導入してイオン化した後、イオンビーム引き出しグ
リッドに５００Ｖの電圧を印加してイオンビームを引き
出し、型母材に３分間照射して成形表面の自然酸化膜の
除去と清浄化を行った。引続き、ＣＨ₄：２０ｓｃｃ
ｍ、Ｈ₂：４０ｓｃｃｍをイオン化室に導入してガス圧
４．０×１０^-4Ｔｏｒｒとし、加速電圧７ｋＶでイオン
ビームを引き出し成形面に照射して６０ｎｍの炭素膜を
形成した。このとき基板前方に配置した移動可能のファ
ラディカップにより測定したイオンビームの電流密度
は、１．０ｍＡ／ｃｍ²であった。基板とイオン源の引
き出しグリッドまでの距離を１００ｍｍ、基板温度は室
温とした。この型を真空中、５７０℃で１時間熱処理を
行った。

【００３７】２）高温プレス成形次に、上記成形型を使用して以下の要領で高温プレス成
形を行いガラスレンズを製造した。図４は本実施例にお
いて使用したプレス機を示す断面模式図である。図中、
４１５は下型、４１６は上型、４１７は被成形材料であ
るガラスブランク、４１８はガイド部材、４１９は搬送
アーム、４２０はホルダー、４２１は押圧ロッド、４２
２は支持プレート、４２３は開口部、４２４は電源、４
２５は上型の突き当て面、４２６はピンを示す。

【００３８】フリント系光学ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓ
_p＝５８６℃、ガラス転移点Ｔ_g＝４８５℃）を所定の量
に調整し、球状にした被成形材料を成形温度５６０℃近
傍まで型外で加熱した。このガラス素材を搬送アーム４
１９で窒素ガスで置換された型のキャビティー内に搬送
し、下型４１５上に設置した。このとき、下型４１５と
上型４１６には直流電源４２４によって正電圧３００Ｖ
を印加した。型、ガラス素材が所望の成形温度に達した
時点でホルダー４２０と押圧ロッド４２１を下降させ、
押圧ロッド４２１により上型４１６を押圧力２００ｋｇ
／ｃｍ²でガラス素材４１７を１分間加圧した。加圧時
は、ホルダー４２０による上型４１６の保持を解除し
た。かくして、下型４１５と上型４１６との間におかれ
た被成形材料４１７がプレスされ、上記上型４１６の突
き当て面４２５が、ピン４２６に突き当てられることに
より下方への移動が制限され、これにより成形品の肉圧
が設定される。その後、加圧力を解除しガラス転移点以
下まで冷却してからホルダー４２０と押圧ロッド４２１
を上方へ引き上げることにより、上型４１６をホルダー
４２０で保持した状態で上方に移動させ離型させた。こ
のとき、上型４１６と下型４１５への電圧印加を解除し
た。尚、図４に示されるプレス機は、型のみに電圧が印
加され、型以外の部分には絶縁されて電圧が印加されな
い構造となっている。この後、搬送アーム４１９を成形
されたレンズ部材まで移動させ、レンズを吸着してガイ
ド部材４１８の開口部４２３から型外へ取り出した。

【００３９】上記工程を繰り返し、光学ガラス素子の成
形を１０００回実施した。１０００回成形後の型を、光
学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、二次イオン質
量分析機（ＳＩＭＳ）により観察した結果、傷や割れと
いった欠陥やガラス中に含まれるＰｂＯの還元析出物で
あるＰｂやアルカリの析出あるいはガラスの融着は確認
されなかった。又、成形品についても表面粗さ、面精
度、透過率、形状精度とも良好でＰｂやアルカリの析出
や成形時のガス残りといった問題もなかった。

【００４０】実施例２実施例１と同様の型母材を用い、不図示のイオンプレー
ティング法により所定の成膜条件（真空度６×１０^-5Ｔ
ｏｒｒ、成膜温度３００℃、基板電圧−４００Ｖ）で、
Ｔｉからなる中間層を１００ｎｍに形成した。引続き図
５に示すスパッタ装置により白金−ニッケル合金膜を３
μｍに形成した。すなわち、前記型母材をスパッタ装置
に設置し、真空槽５０１を１×１０^-3Ｔｏｒｒまで排気
系５０２により排気した後、ガス供給系５０３よりＡｒ
ガスを導入して１×１０^-3Ｔｏｒｒとし、ＲＦ電源５０
４により１３．５６ＭＨｚの高周波を５００Ｗ投入して
白金（９４％）−ニッケル（６％）からなるターゲット
５０５をスパッタして型母材５０６に白金−ニッケル合
金膜を３μｍ形成した。この型を用いて実施例１と同様
にフリント系ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓｐ＝５８６℃、
ガラス転移点Ｔｇ＝４８５℃）を用いて凸型球面レンズ
を形成した。このとき上下型に印加する正電圧を２００
Ｖとした以外は実施例１と同様にして１０００回成形を
行った。その結果、実施例１と同様の結果が得られた。

【００４１】実施例３型母材としてＷＣ（８４％）−ＴｉＣ（８％）−ＴａＣ
（８％）からなる焼結体を所定の形状に加工した後、成
形面をＲｍａｘ＝０．０２μｍに鏡面研磨した。この型
母材の成形面にイオンプレーティング法によりＴｉを２
００ｎｍ形成した後、ＴｉＮを１８００ｎｍに形成し
た。この型母材を用い、図６に示すＥＣＲイオン源をも
つ成膜装置によりＤＬＣ膜を６０ｎｍに形成した。図
中、６３３は真空槽、６３４はＥＣＲイオン源、６３５
はマイクロ波の発振器、６３６はマイクロ波の導波管、
６３７はマイクロ波導入窓、６３８は空洞供振器タイプ
のプラズマ室、６３９は外部磁場、６４０は引き出し電
極、６４１はシャッター兼ファラディカップ、６４２は
型母材、６４３は基板ホルダー、６４４はガス導入系、
６４５は排気系である。まず、基板ホルダーに前記型母
材を設置した後、装置内を５×１０^-6 Ｔｏｒｒに排気
しガス導入系よりＡｒガスをイオン源に導入した。この
Ａｒイオンビームにより型母材表面のクリーニングと酸
化膜の除去を行った。このときの真空度は３×１０^-4
Ｔｏｒｒ、イオン電流７ｍＡで行った。イオン源にＣ₂
Ｈ₆：４０ｓｃｃｍ、Ｈ₂：１０ｓｃｃｍ、Ｂ₂Ｈ₆：５ｓ
ｃｃｍをガス供給系より導入し、イオン引き出しグリッ
ドに８ｋＶを印加してイオンビームを引き出し型母材に
照射した。このときのイオン電流密度はファラディカッ
プで１．５ｍＡ／ｃｍ²、真空度１×１０^-3Ｔｏｒｒ、
基板温度は室温とした。次に、この型を用いて実施例１
と同様にフリント系ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓｐ＝５８
６℃、ガラス転移点Ｔｇ＝４８５℃）を用いて凸型球面
レンズを製造した。このとき上下型に印加する正電圧を
５００Ｖとした以外は、実施例１と同様にして１０００
回成形を行った。その結果、実施例１と同様の結果が得
られた。

【００４２】実施例４予め洗浄し、汚れやほこりを除去したガラス素材を表面
処理装置内の支持台に設置した。図８は表面処理装置の
基本構成を示す模式図であり、図９は支持台８０５の拡
大模式図である。上部口径に較べて下部口径の小さい穴
によってガラス素材を支持する構成になっている。

【００４３】次いで、真空槽８０１内を１×１０^-3Ｐａ
まで減圧した。次にアルゴンガス導入用パイプ８１１か
らアルゴンガスを０．５Ｐａ導入し、グロー放電発生用
コイル８０８に高周波電力１００Ｗを投入し、アルゴン
のグロー放電を発生させ、バイアス電源８０６により支
持台８０５に負バイアス−５００Ｖを印加して、１０分
間Ａｒ⁺イオンをガラス素材に照射した。尚、図中、８
０２は排気口、８０３は加熱ヒーター、８０４はヒータ
ー電源、８０７は被成形材料、８０９は整合回路、８１
０は高周波電源である。

【００４４】上記のごとく表面処理を施したガラス素材
を以下の要領でプレス成形した。図１０は本実施例にお
いて用いたレンズ成形機の構成を示す断面模式図であ
る。図中、１０５１は真空槽本体、１０５２はその蓋、
１０５３は光学素子を成形するための上型、１０５４は
その下型、１０５５は上型を押さえるための上型押さ
え、１０５６は胴型、１０５７はホルダー、１０５８は
ヒーター、１０５９は下型を突き上げる突き上げ棒、１
０６０は突き上げ棒を作動するエアシリンダ、１０６１
は油回転ポンプ、１０６２、１０６３、１０６４はバル
ブ、１０６５は不活性ガス流入パイプ、１０６６はバル
ブ、１０６７はリークバルブ、１０６８はバルブ、１０
６９は温度センサ、１０７０は水冷パイプ、１０７１は
真空槽を支持する台を示す。

【００４５】クラウン系光学ガラス（ＳＫ１２）を所定
の量に調整し、球状にしたガラス素材を超硬母材に炭素
膜を被覆した型のキャビティー内に設置し、これを成形
装置内に設置した。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１０５１の蓋１０５２を閉じ、水
冷パイプ１０７０に水を流し、ヒーター１０５８に電流
を流した。このとき窒素ガス用バルブ１０６６及び１０
６８は閉じ、排気系バルブ１０６２、１０６３、１０６
４も閉じている。尚、油回転ポンプ１０６１は常に回転
している。バルブ１０６２を開け排気を開始してから、
１０^-2Ｔｏｒｒ以下になったら、バルブ１０６２を閉
じ、バルブ１０６６を開いて窒素ガスをボンベより真空
槽内に導入した。所定の温度になったところで、エアシ
リンダ１０６０を作動させて１５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力
で１分間加圧した。圧力を解除した後、冷却温度を−５
℃／ｍｉｎで転移点以下になるまで、冷却し、その後は
−２０℃以下に下がったらバルブ１０６６を閉じ、リー
クバルブ１０６３を開いて真空槽１０５１内に空気を導
入する。それから蓋１０５２を開け上型押えを外して成
形物を取り出す。上記のようにして、クラウン系光学ガ
ラスＳＫ１２（ガラス軟化点Ｓｐ＝６７２℃、ガラス転
移点Ｔｇ＝５５０℃）製の凸型球面レンズを得た。

【００４６】上記プレス工程を３０００回繰り返した後
の型表面はガラスからの揮発物の付着がなく、３０００
回目に成形されたレンズは光学素子として充分な機能を
満たしていた。

【００４７】実施例５図１１に示す表面処理装置を内蔵したレンズ成形機を使
用してガラスレンズを作製した。

【００４８】被成形材料載置台１１００上に載せたガラ
ス素材１１０１をゲートバルブ１１０２を開けガラス素
材表面処理室１１０３へ導入した。ガラス素材表面処理
室１１０３を１×１０^-3Ｐａまで真空にした後、Ａｒガ
ス供給パイプ１１０４からＡｒガスを処理室内へ０．５
Ｐａの圧力で導入した。この間、搬送軸１１０５内に内
蔵したヒーターでガラス素材１１０６を４００℃に加熱
した。

【００４９】次いで、コイル１１０７に高周波電力１０
０Ｗを投入し、アルゴンのグロー放電を生起させ、ガラ
ス素材１１０６に負バイアス電源−５００Ｖを印加して
１０分間アルゴンイオンをガラス素材１１０６に照射し
た。

【００５０】次いで、ゲートバルブ１１０８を開け、搬
送軸１１０５で成形室１１２０内に表面処理されたガラ
ス素材を投入しプレス成形を行った。

【００５１】上記プレス工程を３０００回繰り返した後
の型表面はガラスからの揮発物の付着がなく、３０００
回目に成形されたレンズは光学素子として充分な機能を
満たしていた。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、高温プレス成形前
に被成形材料に含有される正電荷をもつ金属イオンを被
成形材料内部へ移動させることにより、型表面にガラス
成分の析出物を生じることなく、表面粗さ、面精度、透
過率、形状精度の良好な成形品が得られる。更に、この
型を用いて、プレス成形を長時間繰り返しても型に欠陥
を生じることなく、良好な成形品を得ることができる。
このように、本発明により極めて高効率、高耐久な光学
素子の製造方法を実現することが可能となった。

【００５３】また、被成形材料内部の金属イオンを移動
させる電気的手段を光学素子製造装置内に内蔵させるこ
とにより、光学素子をクリーンな環境下で大量且つ安定
に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】成形型に正電圧を印加してプレス成形を行うと
きの被成形材料内部のイオンの状態を示す概念図であ
る。

【図２】母材上に炭素膜が形成された成形型によりガラ
スレンズを成形する１例を示す模式図である。

【図３】成形型の表面処理に使用したＩＢＤ装置の構成
を示す断面模式図である。

【図４】レンズ成形機の１例を示す断面模式図である。

【図５】成形型の表面処理に使用したスパッタ装置の構
成を示す断面模式図である。

【図６】成形型の表面処理に使用したＥＣＲイオン源Ｉ
ＢＤ装置の構成を示す断面模式図である。

【図７】ガラス表面にＡｒ⁺を照射したときのガラス内
部のイオンの状態を示す概念図である。

【図８】被成形材料表面処理装置の一構成例を示す断面
模式図である。

【図９】図８で示される装置の支持台部分を拡大した模
式図である。

【図１０】本実施例において使用したレンズ成形機の構
成を示す断面模式図である。

【図１１】本実施例において使用した被成形材料表面処
理装置を内蔵したレンズ成形機の構成を示す断面模式図
である。

【符号の説明】

１０１上型１０２下型１０３導電部１０４被成形材料２０１型母材２０２炭素膜２０３被成形材料３０１真空槽３０２イオンビーム装置３０３イオン化室３０４ガス導入口３０５イオンビーム引出しグリッド３０６イオンビーム３０７型母材３０８基板ホルダー兼ヒーター３０９ガス排気口４１５下型４１６上型４１７ガラスブランク４１８ガイド部材４１９搬送アーム４２０ホルダー４２１押圧ロッド４２２支持プレート４２３開口部４２４電源４２５突き当て面４２６ピン５０１真空槽５０２排気口５０３ガス供給口５０４ＲＦ電源５０５ターゲット５０６型母材６３３真空槽６３４ＥＣＲイオン源６３５マイクロ波発振器６３６マイクロ波導波管６３７マイクロ波導入窓６３８空洞共振器型プラズマ室６３９外部磁場６４０引出し電極６４１シャッター兼ファラディカップ６４２型母材６４５排気口６４４ガス導入口８０１真空槽８０５被成形材料支持台８０６バイアス電源８０７被成形材料８０８グロー放電発生用コイル１０５１真空槽１０５３上型１０５４下型１０５８ヒーター１０６１油回転ポンプ１０６９温度センサ１０７０水冷パイプ１１００ガラス素材載置台１１０１ガラス素材１１０２ゲートバルブ１１０３ガラス素材表面処理室１１０４Ａｒ供給パイプ１１０５搬送軸１１０６ガラスブランク１１０７グロー放電用コイル１１２０成形室

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 41/87 Ｕ (72)発明者中居靖行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者宮崎直東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者田中弘江東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上型と下型との間に載置された被成形材
料を高温プレス成形することにより光学素子を製造する
方法において、少なくとも被成形材料が上型又は下型と
接する前に、被成形材料に含有される金属イオンを電気
的手段により、被成形材料が上型及び下型と接する被成
形材料表面から被成形材料内部へ移動させることを特徴
とする光学素子の製造方法。
【請求項２】電気的手段が上型及び下型に正電圧を印
加することである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】上型及び下型の少なくとも被成形材料と
接する表面が、電気伝導性を有し、被成形材料との離型
性に優れた材料により構成される請求項２に記載の製造
方法。
【請求項４】上型及び下型が、金属又はセラミックス
からなる母材と、母材上に形成された導電化処理された
炭素膜からなる請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】上型及び下型が、金属又はセラミックス
からなる母材と、母材上に形成された貴金属膜又は貴金
属合金膜からなる請求項３に記載の製造方法。
【請求項６】電気的手段が被成形材料表面に正イオン
を照射することである請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】被成形材料を加熱しながら電気的手段に
より金属イオンを被成形材料内部へ移動させる請求項６
に記載の製造方法。
【請求項８】被成形材料がガラスである請求項１乃至
７いずれか一に記載の製造方法。