JPH0672728A - Mold for molding optical element and its production - Google Patents

Mold for molding optical element and its production

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JPH0672728A
JPH0672728A JP9192693A JP9192693A JPH0672728A JP H0672728 A JPH0672728 A JP H0672728A JP 9192693 A JP9192693 A JP 9192693A JP 9192693 A JP9192693 A JP 9192693A JP H0672728 A JPH0672728 A JP H0672728A
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mold
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mixing layer
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靖 谷口
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Abstract

PURPOSE:To provide the mold having a mirror finished surface which does not generate peeling and cracking of films and has less surface defects in molding of glass. CONSTITUTION:This mold for molding optical elements is used for press forming of the optical elements consisting of glass and at least the molding surface of the base material of this mold is a mixing layer consisting of carbon and at least >=1 kinds of the elements constituting the mold. This process for production of the mold for molding the optical elements consists in forming the above mixing layer by a carbon ion beam of >=5kev ion energy. As a result, the mold having the mirror finished surface which does not generate peeling and cracking of the films and has less surface defects is obtd. The release property of the glass and the mold is extremely good if the optical elements are molded by using this mold. The molded parts having good surface roughness, surface precision transmittance and shape accuracy are obtd. over a long period of time.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【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及びその製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mold used for manufacturing an optical element made of glass such as a lens and a prism by press molding of a glass material, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】研磨工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、近年、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。
2. Description of the Related Art A technique for manufacturing a lens by press-molding a glass material without requiring a polishing step eliminates the complicated steps required in the conventional manufacturing, and makes it possible to manufacture a lens easily and inexpensively. In recent years, it has come to be used for manufacturing not only lenses but also optical elements made of glass such as prisms.

【0003】このようなガラスの光学素子のプレス成形
に使用される型材に要求される性質としては、硬度、耐
熱性、離型性、鏡面加工性等に優れていることが挙げら
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には13Crマルテンサイト鋼が、特開昭5
2−45613にはSiC及びSi3 4 が、特開昭6
0−246230には超硬合金に貴金属をコーティング
した材料が、また、特開昭61−183134、61−
281030、特開平1−301864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64−8
3529には硬質炭素膜、特公平2−31012には炭
素膜をコーティングした材料が提案されている。
The properties required of the mold material used for press molding of such glass optical elements include excellent hardness, heat resistance, mold release property, mirror surface workability and the like. Heretofore, many proposals have been made for this type of mold material such as metals, ceramics and materials coated with them. To give some examples, JP-A-49-
51112 is made of 13Cr martensitic steel.
2-45613 includes SiC and Si 3 N 4 , which are disclosed in
No. 0-246230 is a material obtained by coating a noble metal on a cemented carbide, and is also disclosed in JP-A-61-183134 and 61-
281030, JP-A-1-301864 discloses a diamond thin film or diamond-like carbon film, JP-A-64-8.
3529 proposes a hard carbon film, and Japanese Examined Patent Publication No. 31012 proposes a material coated with a carbon film.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとしている課題】しかし、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Si3 4 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 の膜が
形成されるためガラスの融着を生じる。更に、高硬度の
ため型自体の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という欠点
を持つ。
[Problems to be Solved by the Invention] However, 13Cr
Martensitic steel is easily oxidized, and further has a defect that Fe diffuses into the glass at a high temperature and the glass is colored. It is generally said that SiC and Si 3 N 4 are difficult to oxidize, but at high temperature, oxidation also occurs and a SiO 2 film is formed on the surface, so that glass fusion occurs. Further, it has a drawback that the workability of the mold itself is extremely poor due to the high hardness. Materials coated with precious metals do not easily cause fusion,
Since it is extremely soft, it has the drawback that it is easily scratched and deformed.

【0005】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。DLC膜、a−C:
H膜、硬質炭素膜を用いた型は、型とガラスの離型性が
良く、ガラス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、前記膜が部分的に剥離し成形品
において十分な成形性能が得られないことがある。
The diamond thin film has high hardness and excellent thermal stability, but since it is a polycrystalline film, it has a large surface roughness and needs to be mirror-finished. DLC film, aC:
The mold using the H film and the hard carbon film has good mold releasability between the mold and the glass, and does not cause glass fusion, but when the molding operation is repeated several hundred times or more, the film is partially peeled off. However, a molded product may not have sufficient molding performance.

【0006】この原因として以下のことが考えられる。The following are possible causes for this.

【0007】前述の膜はいずれも非常に大きな圧縮応
力を有しており、成形プロセスにおける急加熱−急冷却
にともなう応力解放の結果として剥離、クラック等が生
じる。同様に型母材と膜の熱膨張係数の違いと熱サイク
ルに起因する熱応力によっても同様な現象が生じる。
型母材によっては、表面状態により膜が部分的に形成さ
れなかったり、膜厚が薄いことがある。例えば、WC−
CoやSiC,Si34 等の焼結体では、粒の欠落や
焼結時のボアが避けられず、成形研磨面に数μm以上の
穴が存在している。こうした面に膜を形成したとき、こ
れらの穴には膜が形成されなかったり、極端に膜厚の薄
い状態になる。従って、こうした部分の膜の付着強度
や、機械的強度は著しく低下するため剥離やクラックの
発生起点となりやすい。WC−CoのCoに代表され
る焼結体中の焼結助材と前述の膜の間で拡散による合金
形成が生じる。こうした部分は成形時にガラスの融着が
生じガラス中に含有される成分と反応し析出物を生じる
結果、耐久性の劣化を招く。
Each of the above-mentioned films has a very large compressive stress, and peeling, cracking, etc. occur as a result of the stress release associated with rapid heating and rapid cooling in the molding process. Similarly, a similar phenomenon occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the mold base material and the film and the thermal stress caused by the thermal cycle.
Depending on the surface condition, the film may not be partially formed or the film thickness may be thin depending on the mold base material. For example, WC-
In a sintered body of Co, SiC, Si 3 N 4 or the like, the lack of grains and the bore during sintering are unavoidable, and holes of several μm or more exist on the molded and polished surface. When a film is formed on such a surface, no film is formed in these holes or the film is extremely thin. Therefore, the adhesion strength and the mechanical strength of the film in such a portion are remarkably reduced, so that they easily become the starting points of peeling and cracking. An alloy is formed by diffusion between the above-mentioned film and the sintering aid in the sintered body typified by Co of WC-Co. Such a portion causes fusion of glass during molding and reacts with components contained in the glass to form a precipitate, resulting in deterioration of durability.

【0008】以上のように、成形性、耐久性、経済性に
優れた光学素子成形用型を実現するに至っていない。
As described above, an optical element molding die excellent in moldability, durability and economy has not been realized yet.

【0009】また、特公平2−31012では、膜厚が
50Å未満では膜が不均一になるため炭素膜の形成効果
が減少し、5000Åを超えると加圧成形による面精度
が低下するが、50〜5000Åならば問題は生じない
としている。しかしながら、この発明の実施例における
炭素膜は、基板との付着力が小さく、あるいは大きな圧
縮応力のために、成形過程において膜剥離を生じる。こ
の結果、剥離部におけるガラスの融着や成形品の外観不
良を引き起こし、耐久性の優れた実用的な型を提供する
に至っていない。
Further, in Japanese Patent Publication No. 2-31012, when the film thickness is less than 50 Å, the film becomes non-uniform and the carbon film forming effect is reduced, and when it exceeds 5000 Å, the surface accuracy due to pressure molding deteriorates. If ~ 5,000Å, no problems will occur. However, the carbon film according to the embodiment of the present invention has a small adhesive force with the substrate or has a large compressive stress, so that film peeling occurs in the molding process. As a result, fusion of glass in the peeled portion and poor appearance of the molded product are caused, and a practical mold having excellent durability has not been provided yet.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、型母材の少な
くとも成形表面に、炭素と型母材もしくは母材表面に形
成した中間層を構成する少なくとも1種類以上の元素か
らなるミキシング層を形成した型により、また上記ミキ
シング層を含炭素ガスを原料とする高イオンエネルギー
の炭素イオンビームを用いて製造することにより、上述
の問題を解決したものである。
According to the present invention, a mixing layer composed of carbon and at least one element constituting an intermediate layer formed on the surface of the mold base material or the base material is provided on at least the molding surface of the mold base material. The problems described above are solved by using the formed mold and by manufacturing the mixing layer using a carbon ion beam having a high ion energy that uses a carbon-containing gas as a raw material.

【0011】以下、本発明に関して詳細に説明する。本
発明において型母材として用いられる材料は、WC,S
iC,TiC,TaC,BN,TiN,AlN,Si3
4,SiO2 ,Al2 3 ,ZrO2 ,W,Ta,M
o,サーメット,サイアロン,ムライト,WC−Co合
金等から選ばれる。
The present invention will be described in detail below. The material used as the mold base material in the present invention is WC, S
iC, TiC, TaC, BN, TiN, AlN, Si 3
N 4 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , W, Ta, M
o, cermet, sialon, mullite, WC-Co alloy, etc.

【0012】炭素はガラスに対し密着力が小さいことか
ら、古くよりガラスの成形用型に用いられてきた。ガラ
スモールドでは、この炭素とガラスの性質を利用して型
母材の成形面に前述の硬質で滑らかな炭素膜を形成す
る。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、ダイヤモンド膜
は多結晶で表面が粗いために鏡面加工を要するという問
題がある。一方、アモルファスなDLC膜、a−C:H
膜、硬質炭素膜は、内部応力が大きくガラスが成形され
る高温領域では熱安定性に欠け、成形回数が増えるに従
い、型母材と膜の付着強度が低下するという問題が発生
する。すなわち、ガラスモールドに於ける型表面材料と
しての炭素膜の問題は、主に型母材と膜の付着強度に係
わるものである。この点に関して、成形面を炭素と型母
材もしくは母材表面に形成した中間層を構成する少なく
とも1種類以上の元素からなるミキシング層とすること
により従来問題とされてきた問題を解決することができ
る。このミキシング層は、炭素が型母材もしくは型母材
上に形成した中間層材料とミキシング(原子混合)され
ていることから密着性が極めて良好である。ミキシング
層の状態は、炭素原子濃度が表面に向かって増大し母材
側に向かって減少しているのに対し、炭素以外の原子濃
度は表面に向かって減少し母材側に向かって増大してい
る。この状態を模式的に表したものが図1である。図
中、横軸は表面から型母材に向かう深さを表しており、
深さ0の位置が表面である。一方、縦軸は原子濃度を表
している。特に、表面における炭素濃度が十分に高けれ
ば、ガラスとの離型性が良好でガラス成分との反応析出
物も生じない。
Since carbon has a small adhesion to glass, it has been used for a glass molding die for a long time. In the glass mold, the properties of carbon and glass are used to form the hard and smooth carbon film on the molding surface of the mold base material. As the carbon film, diamond film, DLC film, a-
The C: H film and the hard carbon film can be mentioned, but the diamond film has a problem that it needs a mirror finish because it is polycrystalline and has a rough surface. On the other hand, amorphous DLC film, aC: H
The film and the hard carbon film have a large internal stress and lack thermal stability in a high temperature region where glass is formed, and as the number of times of forming increases, the adhesion strength between the die base material and the film decreases. That is, the problem of the carbon film as the mold surface material in the glass mold is mainly related to the adhesion strength between the mold base material and the film. In this regard, it is possible to solve the conventionally problematic problem by forming a molding surface with carbon and a mold base material or a mixing layer composed of at least one element constituting an intermediate layer formed on the surface of the base material. it can. This mixing layer has extremely good adhesion because carbon is mixed (atomic mixture) with the mold base material or the intermediate layer material formed on the mold base material. Regarding the state of the mixing layer, the carbon atom concentration increases toward the surface and decreases toward the base metal side, whereas the atom concentration other than carbon decreases toward the surface and increases toward the base metal side. ing. FIG. 1 schematically shows this state. In the figure, the horizontal axis represents the depth from the surface to the die base material,
The position where the depth is 0 is the surface. On the other hand, the vertical axis represents the atomic concentration. In particular, if the carbon concentration on the surface is sufficiently high, the releasability from the glass is good and no reaction deposit with the glass component is generated.

【0013】この様なミキシング層は、イオンエネルギ
ー5keV以上の炭素イオンビームを用いることにより
実現することができる。イオンエネルギーが5keV未
満で形成した型では、成形過程において膜剥離やガラス
の融着を生じる。このときのイオン電流密度は、0.8
mA/cm2 〜2.0mA/cm2 が好適である。イオ
ン電流密度が、0.8mA/cm2 未満では成膜時間が
長くなり、2.0mA/cm2 を超える場合には、付着
強度の問題はないものの成形回数の増加にともない成形
表面の表面粗度の劣化が生じ易い。なお、イオンエネル
ギーは5keV以上であればよいが、実用的には5ke
V〜10keVが好適である。
Such a mixing layer can be realized by using a carbon ion beam having an ion energy of 5 keV or more. A mold formed with an ion energy of less than 5 keV causes film peeling and glass fusion during the molding process. The ion current density at this time is 0.8
mA / cm 2 ~2.0mA / cm 2 is preferred. Ion current density, the film forming time becomes longer is less than 0.8 mA / cm 2, if it exceeds 2.0 mA / cm 2, the surface roughness of the molding surface with an increase in the molding times although there is no problem in adhesion strength Deterioration is likely to occur. The ion energy may be 5 keV or more, but it is practically 5 keV.
V to 10 keV is preferable.

【0014】ミキシング層の厚さは1nm以上100n
m以下が好適である。ここで、ミキシング層の厚さは、
型母材もしくは中間層とミキシング層の界面において炭
素濃度の変化量が50%となる点から表面までの深さと
定義する。1nmよりも薄い場合には、十分なミキシン
グ状態とならないため前述の効果が減少し、100nm
よりも厚くなると表面状態が粗くなり成形性能が低下す
るとともに、膜応力が大きくなり、成形時に微小な剥離
を生じ易くなる。より理想的な厚さは、20nmから5
0nmの範囲である。この様にミキシング層は非常に薄
いため、膜厚が厚い場合に問題となる膜の内部応力や熱
応力による膜剥離という問題がほとんど生じない、仮に
剥離しても厚さが薄いために成形性能の低下を引き起こ
す原因とならない。また、厚さが薄いことから表面硬度
や高温での熱安定性を型母材に依存することができ、成
形温度域において熱的に安定な状態を保つことができ
る。従って、型母材としては安定したミキシング状態が
得られ、炭素と結合しやすい(炭化物を形成しやすい)
元素からなる単一組成の材料で、同時に高温での機械的
強度、表面硬度が高く、耐酸化性に優れていることが理
想である。型母材の成形面に中間層を設けることによ
り、こうした条件を満足することができる。中間層とし
ては、Si、Al、周期律表の4A族、5A族、6A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、及び硼素の炭化
物、窒化物、並びにこれらの少なくとも1種類以上から
なる化合物、混合物であれば良い。中間層材料は、型母
材に対して付着強度の高いものを選択すれば良く、必要
最小限の膜厚であれば良い。なお、ミキシング層中には
酸素、水素、窒素の他、ミキシング層を形成する際に原
料ガスとして用いられるArやF等が数at%〜十数a
t%程度存在しても良い。
The thickness of the mixing layer is 1 nm or more and 100 n
m or less is preferable. Here, the thickness of the mixing layer is
It is defined as the depth from the point where the amount of change in carbon concentration is 50% at the interface between the mold base material or the intermediate layer and the mixing layer to the surface. When the thickness is less than 1 nm, the above effect is reduced because the mixing state is not sufficient, and the thickness is 100 nm.
If the thickness is thicker than that, the surface condition becomes rough and the molding performance is deteriorated, and the film stress becomes large, so that minute peeling easily occurs during molding. A more ideal thickness is 20 nm to 5
It is in the range of 0 nm. In this way, the mixing layer is very thin, so there is almost no problem of film peeling due to internal stress or thermal stress of the film, which is a problem when the film thickness is thick. Does not cause a decrease in Further, since the thickness is thin, the surface hardness and the thermal stability at high temperature can depend on the mold base material, and the thermally stable state can be maintained in the molding temperature range. Therefore, a stable mixing state is obtained as the mold base material, and it is easy to bond with carbon (it is easy to form a carbide).
Ideally, it is a material of a single composition consisting of elements, and at the same time, it has high mechanical strength at high temperature, high surface hardness, and excellent oxidation resistance. These conditions can be satisfied by providing the intermediate layer on the molding surface of the die base material. Examples of the intermediate layer include Si, Al, metals of Groups 4A, 5A, and 6A of the periodic table and their carbides, nitrides, carbonitrides, carbonates, carbonitrides, borides, boronitrides, and Boron carbides, nitrides, and compounds or mixtures of at least one of these may be used. The material of the intermediate layer may be selected from materials having high adhesion strength to the die base material, and may have the minimum necessary film thickness. In the mixing layer, in addition to oxygen, hydrogen, and nitrogen, Ar, F, and the like used as raw material gases when forming the mixing layer are several at% to several tens of a.
About t% may be present.

【0015】成形により型表面が荒れたり欠陥が生じた
場合には、ドライプロセスでミキシング層を除去した後
再びミキシング層を形成すれば良い。これは、型母材の
表面硬度が高いために、成形によって生じる欠陥がミキ
シング層に限定されるからである。ドライプロセスによ
るエッチング方法としては、プラズマ・エッチング、ス
パッタ・エッチング、イオンビーム・エッチング、リア
クティブイオン・エッチング等の方法が用いられる。エ
ッチングガスとしては、O2 、H2 、N2 、Ar、Ai
r、CF4 等とこれらの混合ガスが用いられる。エッチ
ングにより型の表面形状特に表面粗さを劣化させないよ
うなエッチング条件を選択することが好ましい。なお、
膜の除去はドライプロセスに限定されるものではなく、
ダイヤモンド砥粒を用いた機械的研磨や、化学的にエッ
チングする方法を併用することができる。
When the mold surface is roughened or defective due to molding, the mixing layer may be removed by a dry process and then the mixing layer may be formed again. This is because the surface hardness of the mold base material is high, so that the defects caused by molding are limited to the mixing layer. As the etching method by the dry process, methods such as plasma etching, sputter etching, ion beam etching, and reactive ion etching are used. As an etching gas, O 2 , H 2 , N 2 , Ar, Ai
r, CF 4, etc. and their mixed gas are used. It is preferable to select etching conditions that do not deteriorate the surface shape of the mold, especially the surface roughness, by etching. In addition,
The film removal is not limited to the dry process,
Mechanical polishing using diamond abrasive grains and a method of chemically etching can be used together.

【0016】ミキシング層は、イオンビーム蒸着法、イ
オンプレーティング法、イオン注入法、イオンビームミ
キシング法等により形成される。炭素のミキシングに用
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
ロル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;(CH3 2
CO、(C6 5 2 CO等のケトン類;CO、CO2
等のガス、及びこれらのガスにN2 ,H2 ,O2 ,H2
O,Ar等のガスを混合したものが挙げられる。
The mixing layer is formed by an ion beam vapor deposition method, an ion plating method, an ion implantation method, an ion beam mixing method or the like. Gases used for carbon mixing include carbon-containing gases such as methane, ethane,
Hydrocarbons such as propane, ethylene, benzene and acetylene; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, carbon tetrachloride, chloroform and trichloroethane; alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol; (CH 3 ) 2
Ketones such as CO and (C 6 H 5 ) 2 CO; CO and CO 2
N 2 gas, and these gases etc., H 2, O 2, H 2
A mixture of gases such as O and Ar can be used.

【0017】ここで、炭素イオンビームを用いてミキシ
ング層を形成する場合について説明する。このときのイ
オンエネルギーは型母材に対して数100eVから数1
0KeVの範囲にある。特に、イオンエネルギーが大き
くなるに従い、イオン注入効果が大きくなりミキシング
層が容易に形成される。すなわち、数KeV以上のC
(炭素)イオンを型母材表面に照射すると、その表面は
スパッタリングされ、照射イオンは注入効果により型母
材表面に侵入する。侵入したイオンは型母材原子と衝突
し、エネルギーを失って静止する。この結果、炭素原子
と型母材原子からなるミキシング層が形成される。炭素
イオンビームは、カウフマン型イオン源により生成す
る。図13に代表的なカウフマン型イオン源の模式図を
示す。図中28は磁場発生用円筒コイル、29はフィラ
メント、30はガス導入部、31はアノード、32は引
き出し電極、33はイオンビーム、34は型母材、35
は基板ホルダーである。ガス導入部より前述の原料ガ
ス、例えばCH4 とH2 をイオン化室に導入し、プラズ
マを形成した後、引き出し電極に電圧を印加してイオン
ビームを引き出し型母材に照射する。このとき、引き出
し電圧が基板に対して5kV以上となるようイオン源、
基板位置等を調節してミキシング層を形成する。ミキシ
ング層における炭素原子と型母材原子のデプス・プロフ
ァイルを制御する方法の1つとして、照射イオンのエネ
ルギーを照射時間とともに変化させる方法がある。例え
ば、照射の初期段階では高イオンエネルギーのCイオン
を照射し、徐々に引き出し電極の電圧を低下させ照射イ
オンエネルギーを低下させることにより、所望のデプス
・プロファイルを得ることができる。あるいは、型母材
上に中間層を設ける場合、中間層となる材料を蒸着しな
がら高イオンエネルギーのCイオンを照射し、炭化物の
中間層を形成する。この状態で、蒸着材料の成膜レート
を徐々に低下させ、最終的に蒸着を停止する。一方、C
イオンの照射は引き続き行なうことにより、中間層と所
望のデプス・プロファイルを有するミキシング層を形成
することができる。
Here, the case of forming the mixing layer by using the carbon ion beam will be described. The ion energy at this time is several 100 eV to several 1 with respect to the mold base material.
It is in the range of 0 KeV. In particular, as the ion energy increases, the ion implantation effect increases and the mixing layer is easily formed. That is, C of several KeV or more
When the surface of the mold base material is irradiated with (carbon) ions, the surface is sputtered and the irradiated ions penetrate into the surface of the mold base material due to the implantation effect. The invading ions collide with the atoms of the base material, lose energy, and come to rest. As a result, a mixing layer composed of carbon atoms and mold base material atoms is formed. The carbon ion beam is generated by a Kauffman type ion source. FIG. 13 shows a schematic diagram of a typical Kauffman type ion source. In the drawing, 28 is a cylindrical coil for magnetic field generation, 29 is a filament, 30 is a gas introduction part, 31 is an anode, 32 is an extraction electrode, 33 is an ion beam, 34 is a mold base material, 35
Is a substrate holder. The above-mentioned raw material gas, for example, CH 4 and H 2 is introduced into the ionization chamber from the gas introduction part to form plasma, and then a voltage is applied to the extraction electrode to irradiate the extraction base material with an ion beam. At this time, an ion source,
The mixing layer is formed by adjusting the substrate position and the like. As one of the methods for controlling the depth profile of carbon atoms and mold base material atoms in the mixing layer, there is a method of changing the energy of irradiation ions with the irradiation time. For example, a desired depth profile can be obtained by irradiating C ions with high ion energy in the initial stage of irradiation, and gradually lowering the voltage of the extraction electrode to lower the irradiation ion energy. Alternatively, when the intermediate layer is provided on the mold base material, the intermediate layer of carbide is formed by irradiating C ions having high ion energy while depositing the material for the intermediate layer. In this state, the deposition rate of the vapor deposition material is gradually reduced, and the vapor deposition is finally stopped. On the other hand, C
Subsequent irradiation with ions can form the intermediate layer and the mixing layer having a desired depth profile.

【0018】ミキシング層における各原子の混合状態
は、図1に示したものに限定されるものではなく、直線
状、ステップ状等であっても良い。すなわち、C原子濃
度とその他の原子濃度は、ミキシング層において前述し
た勾配であれば良く、そのプロファイルは一つに限定さ
れるものではない。但し、表面においてはC原子濃度が
100%でその他の原子濃度が0%であることが理想的
である。また、型母材もしくは中間層における原子濃度
は、必ずしもストイキオメトリである必要はない。
The mixed state of each atom in the mixing layer is not limited to that shown in FIG. 1, and may be linear, stepped or the like. That is, the C atom concentration and the other atom concentrations may have the same gradient as described above in the mixing layer, and the profile thereof is not limited to one. However, it is ideal that the C atom concentration is 100% and the other atom concentrations are 0% on the surface. Further, the atomic concentration in the mold base material or the intermediate layer does not necessarily have to be stoichiometry.

【0019】本発明は、型母材の少なくとも成形表面
に、炭素と型母材もしくは母材表面に形成した中間層を
構成する少なくとも1種類以上の元素からなるミキシン
グ層を形成した型により、また該型を特定のイオンエネ
ルギーを有する炭素イオンビームにより形成することに
より、耐久性に優れた光学素子成形用型を実現するもの
である。
The present invention provides a mold in which at least a molding surface of a mold base material is provided with a mixing layer composed of carbon and at least one kind of element constituting an intermediate layer formed on the surface of the mold base material or the base material, and By forming the mold with a carbon ion beam having a specific ion energy, an optical element molding mold having excellent durability is realized.

【0020】なお、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言うまでもない。
It is needless to say that the present invention is not limited to optical elements such as lenses, mirrors, gratings, prisms and the like, and can be applied to glass and plastic molded products other than optical elements.

【0021】[0021]

【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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】[実施例1 (Si,C)ミキシング層]
図2及び図3は本発明に係わる光学素子成形用型の一つ
の実施様態を示すものである。図2は光学素子のプレス
成形面の状態を示し、図3は光学素子成形後の状態を示
す。図2中1は型母材、2はガラス素材を成形する成形
面、3はミキシング層、4はガラス素材であり、図3中
5は光学素子である。図2に示すように型の間に置かれ
たガラス素材4をプレス成形することによってレンズ等
の光学素子5が形成される。
[Example 1 (Si, C) mixing layer]
2 and 3 show one embodiment of an optical element molding die according to the present invention. 2 shows the state of the press-molded surface of the optical element, and FIG. 3 shows the state after the optical element is molded. 2, 1 is a mold base material, 2 is a molding surface for molding a glass material, 3 is a mixing layer, 4 is a glass material, and 5 in FIG. 3 is an optical element. As shown in FIG. 2, an optical element 5 such as a lens is formed by press molding a glass material 4 placed between molds.

【0023】次に、本発明の光学素子成形用型について
詳細に説明する。
Next, the optical element molding die of the present invention will be described in detail.

【0024】型母材として焼結SiCを所定の形状に加
工した後、CVD法により多結晶のSiC膜を形成した
後成形面をRmax.=0.02μmに鏡面研磨したも
のを用いた。この型を良く洗浄したのち、図4に示すI
BD(Ion Beam Deposition)装置
に設置した。図中6は真空槽、7はイオンビーム装置、
8はイオン化室、9はガス導入口、10はイオンビーム
引き出しグリッド、11はイオンビーム、12は型母
材、13は基板ホルダー及びヒーター、14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5分間照射して成形表面の清浄化を
行った。次に、CH4 :15sccm,H2 :30sc
cmをイオン化室に導入してガス圧3.5×10-4To
rrとし、加速電圧10kVでイオンビームを引き出し
成形面に照射して35nmのミキシング層を形成した。
このときのイオンビーム電流は30mA、電流密度2m
A/cm2 、基板温度を300℃とした。同条件で作成
した分析サンプルのミキシング層をAES(Auger
ElectronSpectroscopy)により
深さ方向分析した結果を図5に示す。図5より明らかな
ようにミキシング層の厚さは35nmで、炭素Cの濃度
は表面側の100%から型母材側に向かって減少してい
る。一方、Si原子の濃度は表面側の0%から型母材側
に向かって増加している。すなわち、C,Si濃度の深
さ方向のプロファイルが図5である。型母材側では、C
とSiの濃度がそれぞれ50%とSiCのストイキオメ
トリになっている。ミキシング層の厚さは、前に定義し
たように、型母材界面の前後においてC濃度が極大から
極小となる変化量の50%の深さから表面までの厚さで
ある。
After processing sintered SiC as a mold base material into a predetermined shape, a polycrystalline SiC film is formed by the CVD method, and then the molding surface is Rmax. What was mirror-polished to 0.02 μm was used. After thoroughly cleaning this mold, I shown in FIG.
It was installed in a BD (Ion Beam Deposition) device. In the figure, 6 is a vacuum chamber, 7 is an ion beam device,
8 is an ionization chamber, 9 is a gas inlet, 10 is an ion beam extraction grid, 11 is an ion beam, 12 is a mold base material, 13 is a substrate holder and heater, and 14 is an exhaust port. First, 35 sccm of Ar gas is introduced into the ionization chamber from the gas introduction port for ionization, then a voltage of 500 V is applied to the ion beam extraction grid to extract the ion beam, and the mold base material is irradiated for 5 minutes to clean the molding surface. I went. Next, CH 4 : 15 sccm, H 2 : 30 sc
cm is introduced into the ionization chamber and the gas pressure is 3.5 × 10 −4 To
rr, an ion beam was extracted at an accelerating voltage of 10 kV and irradiated on the molding surface to form a 35 nm mixing layer.
The ion beam current at this time was 30 mA, and the current density was 2 m.
A / cm 2 and the substrate temperature were 300 ° C. The mixing layer of the analysis sample prepared under the same conditions was AES (Auger).
The result of the depth direction analysis by Electron Spectroscopy) is shown in FIG. As is apparent from FIG. 5, the thickness of the mixing layer is 35 nm, and the concentration of carbon C decreases from 100% on the surface side toward the mold base material side. On the other hand, the concentration of Si atoms increases from 0% on the surface side toward the mold base material side. That is, the profile of C and Si concentrations in the depth direction is shown in FIG. C on the mold base material side
The concentrations of Si and Si are 50%, respectively, which is stoichiometry of SiC. The thickness of the mixing layer is, as defined above, the thickness from the depth of 50% of the change amount at which the C concentration becomes maximum to minimum before and after the interface of the mold base material to the surface.

【0025】次に、本発明による光学素子成形用型によ
ってガラスレンズのプレス成形を行った例を示す。図6
中、51は真空槽本体、52はそのフタ、53は光学素
子を成形するための上型、54はその下型、55は上型
を押さえるための上型おさえ、56は胴型、57は型ホ
ルダー、58はヒーター、59は下型を突き上げる突き
上げ棒、60は該突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
は不活性ガス流入パイプ、66はバルブ、67はリーク
バルブ、68はバルブ、69は温度センサ、70は水冷
パイプ、71は真空槽を支持する台を示す。
Next, an example in which a glass lens is press-molded by the optical element molding die according to the present invention will be shown. Figure 6
Inside, 51 is a vacuum tank main body, 52 is its lid, 53 is an upper mold for molding an optical element, 54 is its lower mold, 55 is an upper mold holder for holding the upper mold, 56 is a body mold, and 57 is A mold holder, 58 is a heater, 59 is a push-up rod for pushing up the lower mold, 60 is an air cylinder for operating the push-up rod,
61 is an oil rotary pump, 62, 63, 64 are valves, 65
Is an inert gas inflow pipe, 66 is a valve, 67 is a leak valve, 68 is a valve, 69 is a temperature sensor, 70 is a water cooling pipe, and 71 is a stand for supporting a vacuum chamber.

【0026】レンズを製作する工程を次に述べる。The process of manufacturing the lens will be described below.

【0027】フリント系光学ガラス(SF14)を所定
の量に調整し、球状にしたガラス素材を型のキャビティ
ー内に置き、これを成形装置内に設置する。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の蓋5
2を閉じ、水冷パイプ70に水を流し、ヒーター58に
電流を流す。このとき窒素ガス用バルブ66及び68は
閉じ、排気系バルブ62,63,64も閉じている。
尚、油回転ポンプ61は常に回転している。バルブ62
を開け排気を開始してから10-2Torr以下になった
らバルブ62を閉じ、バルブ66を開いて窒素ガスをボ
ンベより真空槽内に導入する。所定の温度になったらエ
アシリンダ60を作動させて200kg/cm2 の圧力
で1分間加圧する。圧力を解除した後、冷却速度を−5
℃/minで転移点以下になるまで冷却し、その後は−
20℃/min以上の速度で冷却を行い200℃以下に
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内に空気を導入する。それから蓋52を開
け上型おさえを外して成形物を取り出す。上記のように
して、フリント系光学ガラスSF14(軟化点Sp=5
86℃、転移点Tg=485℃)を使用して図3に示す
レンズ5を成形した。このときの成形条件すなわち時間
−温度関係図を図7に示す。
The flint optical glass (SF14) is adjusted to a predetermined amount, a spherical glass material is placed in the mold cavity, and this is placed in the molding apparatus. After placing the mold into which the glass material has been put in the apparatus, the lid 5 of the vacuum chamber 51
2 is closed, water is passed through the water cooling pipe 70, and an electric current is passed through the heater 58. At this time, the nitrogen gas valves 66 and 68 are closed, and the exhaust system valves 62, 63 and 64 are also closed.
The oil rotary pump 61 is always rotating. Valve 62
The valve 62 is closed and the valve 66 is opened to introduce nitrogen gas into the vacuum chamber from the cylinder when the temperature becomes 10 -2 Torr or less after opening the chamber and starting exhaust. When the temperature reaches a predetermined temperature, the air cylinder 60 is operated to apply a pressure of 200 kg / cm 2 for 1 minute. After releasing the pressure, cool down at -5
Cooling to below the transition point at ℃ / min, then-
Cooling is performed at a rate of 20 ° C./min or more, and when the temperature drops to 200 ° C. or less, the valve 66 is closed, the leak valve 63 is opened, and air is introduced into the vacuum chamber 51. Then, the lid 52 is opened, the upper die holder is removed, and the molded product is taken out. As described above, the flint optical glass SF14 (softening point Sp = 5
The lens 5 shown in FIG. 3 was molded by using 86 ° C. and a transition point Tg = 485 ° C.). FIG. 7 shows a molding condition at this time, that is, a time-temperature relationship diagram.

【0028】前記型を用いて300回成形を行った。成
形後の型は、傷や割れといった欠陥やガラス中に含まれ
るPb0の還元析出物であるPbやガラスの融着が光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡(SEM)によって観察されな
かった。また、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の析出や成形時のガス残
りと言った問題もなかった。
Molding was performed 300 times using the mold. In the mold after molding, defects such as scratches and cracks and fusion of Pb and glass, which are reduction precipitates of Pb0 contained in glass, were not observed by an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM). Moreover, the surface roughness, surface accuracy, transmittance, and shape accuracy of the molded product were also good, and there were no problems such as Pb precipitation or gas residue during molding.

【0029】次に、この型を用いて図8に示す成形装置
により成形を行った。
Next, this mold was used to perform molding with the molding apparatus shown in FIG.

【0030】図8において、102は成形装置、104
は取入れ用置換室であり、106は成形室であり、10
8は蒸着室であり、110は取り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は該レール上を矢印A方向に搬
送せしめられるパレットである。124,138,14
0,150はシリンダであり、126,152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ーである。
In FIG. 8, 102 is a molding device, and 104 is a molding device.
Is a replacement chamber for intake, 106 is a molding chamber, and 10
Reference numeral 8 is a vapor deposition chamber, and 110 is a take-out replacement chamber.
Reference numerals 112, 114 and 116 are gate valves, and 118
Is a rail, and 120 is a pallet that can be transported on the rail in the direction of arrow A. 124,138,14
Reference numerals 0 and 150 are cylinders, and 126 and 152 are valves. 128 is a rail 118 in the molding chamber 106.
The heaters are arranged along the line.

【0031】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106−1、プレスゾーン106−2
及び徐冷ゾーン106−3とされている。プレスゾーン
106−2において、上記シリンダ138のロッド13
4の下端には成形用上型部材130が固定されており、
上記シリンダ140のロッド136の上端には成形用下
型部材132が固定されている。これら上型部材130
及び下型部材132は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
142及び該容器を加熱するためのヒーター144が配
置されている。
Inside the molding chamber 106, a heating zone 106-1 and a pressing zone 106-2 are sequentially arranged along the pallet conveying direction.
And the slow cooling zone 106-3. In the press zone 106-2, the rod 13 of the cylinder 138 is
An upper mold member 130 for molding is fixed to the lower end of 4,
A molding lower die member 132 is fixed to the upper end of the rod 136 of the cylinder 140. These upper mold members 130
The lower mold member 132 is a mold member according to the present invention. In the vapor deposition chamber 108, a container 142 containing a vapor deposition material 146 and a heater 144 for heating the container are arranged.

【0032】クラウン系ガラスSK12(軟化点Sp=
672℃、ガラス転移点Tg=550℃)を所定の形状
及び寸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120に設置し、取入れ置換室
104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A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
次新たに取入れ置換室104内にパレットを成形室10
6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106−1ではガラスブラ
ンクをヒーター128により徐々に加熱し120−4の
位置で軟化点以上とした上で、プレスゾーン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130及び下型部材132により200kg
/cm2 の圧力でプレス温度620℃で1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を作動させて上型部
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胴型部材
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冷却した。なお、成形室10
6内には不活性ガスを充満させた。成形室106内にお
いて120−8の位置に到達したパレットを、次の搬送
ではゲートバルブ114を越えて蒸着室108内の12
0−9の位置へと搬送した。通常、ここで真空蒸着を行
うのであるが本実施例では該蒸着を行わなかった。そし
て、次の搬送ではゲートバルブ116を越えて取り出し
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102外へと取
り出した。以上のようなプレス行程により3000回成
形した後の型部材の成形面及び成形された光学素子の表
面粗さ、並びに型部材と成形された光学素子との離型性
は良好であった。特に、型部材の成形面について光学顕
微鏡、走査電子顕微鏡(SEM)で観察しても傷やクラ
ック等の欠陥やガラス成分の反応析出物、ガラスの融着
は見られなかった。
Crown type glass SK12 (softening point Sp =
(672 ° C., glass transition point Tg = 550 ° C.) was roughly processed into a predetermined shape and size to obtain a blank for molding. The glass blank is placed on the pallet 120, placed at the position 120-1 in the intake / replacement chamber 104, and the pallet at that position is pushed in the direction A by the rod 122 of the cylinder 124 to pass through the gate valve 112 and 120 in the forming chamber 106. −
2 to the molding chamber 10 at a predetermined timing.
6 was sequentially transported to the position of 120-2 → ... → 120-8. In the meantime, in the heating zone 106-1, the glass blank is gradually heated by the heater 128 to make the softening point or higher at the position 120-4, and then the press zone 106-2.
To the upper mold member 130 and the lower mold member 132, and the cylinders 138 and 140 are operated to 200 kg.
/ Cm 2 at a pressing temperature of 620 ° C. for 1 minute, release the applied pressure and cool to below the glass transition point, and then operate the cylinders 138 and 140 to operate the upper mold member 130 and the lower mold member 132 with glass. It was released from the molded product. At the time of the pressing, the pallet was used as a body member for molding. After that, the slow cooling zone 106-3
Then, the glass molded product was gradually cooled. The molding chamber 10
The inside of 6 was filled with an inert gas. The pallet that has reached the position 120-8 in the forming chamber 106 is passed through the gate valve 114 in the next transfer to pass the pallet 12 in the vapor deposition chamber 108.
It was transported to the 0-9 position. Usually, vacuum vapor deposition is performed here, but this vapor deposition is not performed in this embodiment. Then, in the next transportation, the material was transported over the gate valve 116 to the position 120-10 in the take-out replacement chamber 110. Then, at the time of the next conveyance, the cylinder 150 was operated and the glass molded product was taken out of the molding apparatus 102 by the rod 148. The molding surface of the mold member and the surface roughness of the molded optical element after molding 3,000 times by the above-described pressing process, and the releasability between the mold member and the molded optical element were good. In particular, when the molding surface of the mold member was observed with an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM), defects such as scratches and cracks, reaction precipitates of glass components, and fusion of glass were not observed.

【0033】[実施例2 (Si,C)ミキシング層]
実施例1と同じ型母材を用い、同一方法、同一条件によ
りミキシング層を形成した。このとき、成膜時間を変え
てミキシング層の厚さを0.9nm,40nm,101
nmとした。この3つの型を用いて、実施例1と同様に
図8の成形機によりフリント系光学ガラスSF14(軟
化点Sp=586℃、転移点Tg=485℃)を100
0回成形した。その結果を表1に示した。
Example 2 (Si, C) mixing layer]
Using the same mold base material as in Example 1, a mixing layer was formed by the same method and under the same conditions. At this time, the thickness of the mixing layer is changed to 0.9 nm, 40 nm, 101 by changing the film formation time.
nm. Using these three molds, the flint type optical glass SF14 (softening point Sp = 586 ° C., transition point Tg = 485 ° C.) was set to 100 by the molding machine of FIG. 8 in the same manner as in Example 1.
Molded 0 times. The results are shown in Table 1.

【0034】 [0034]

【0035】成形後の型No.2に関しては、実施例1
と同様に傷や割れといった欠陥やガラス中に含まれるP
b0の還元析出物であるPbやガラスの融着が光学顕微
鏡、走査電子顕微鏡(SEM)によって観察されなかっ
た。また、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の析出や成形時のガス残り
と言った問題もなかった。型No.1は、成形回数が5
00回を越えると部分的にガラスの融着が見られ、型N
o.3は成形回数が300回を越えると微小な剥離を生
じた。
Mold No. after molding Regarding 2, the example 1
Similar to, defects such as scratches and cracks and P contained in glass
No fusion of Pb, which is a reduced precipitate of b0, or glass was observed by an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM). Moreover, the surface roughness, surface accuracy, transmittance, and shape accuracy of the molded product were also good, and there were no problems such as Pb precipitation or gas residue during molding. Type No. 1 is 5 molding times
If the number of times exceeds 00, glass fusion is partially observed, and the type N
o. In No. 3, when the number of moldings exceeded 300, minute peeling occurred.

【0036】[実施例3 (Ti,N,C)ミキシング
層、TiN中間層]型母材としてWC(84%)−Ti
C(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200nm形成した後、TiNを1
800nm形成した。この型母材を用い、実施例1と同
方法、同条件によりミキシング層を50nm形成した。
この型を用いて、実施例1と同様に図8の成形機を用い
てクラウン系ガラスSK12(軟化点Sp=672℃、
ガラス転移点Tg=550℃)を1000回成形した。
その結果、実施例1と同様の結果が得られた。
[Example 3 (Ti, N, C) mixing layer, TiN intermediate layer] WC (84%)-Ti as a type base material
After processing a sintered body composed of C (8%)-TaC (8%) into a predetermined shape, the molding surface was Rmax. Mirror polishing to 0.02 μm. After 200 nm of Ti was formed on the molding surface of this die base material by the ion plating method, TiN was added to 1
800 nm was formed. Using this mold base material, a mixing layer having a thickness of 50 nm was formed by the same method and conditions as in Example 1.
Using this mold and using the molding machine of FIG. 8 in the same manner as in Example 1, crown glass SK12 (softening point Sp = 672 ° C.,
The glass transition point Tg = 550 ° C.) was molded 1000 times.
As a result, the same result as in Example 1 was obtained.

【0037】[実施例4 (Si,N,C)ミキシング
層]型母材として焼結Si34 を所定の形状に加工し
た後、表面粗さRmax.=0.03μmに鏡面研磨し
た。この型の成形面に不図示のイオン注入装置によりエ
ネルギー10keVのC+12 を5×1017ions/c
2 注入してミキシング層を20nm形成した。この
時、注入イオンエネルギーを10keVから1keVに
徐々に変化させて注入を行なった。この型を用いて、実
施例1と同様に図8の成形機を用いてクラウン系ガラス
SK12(軟化点Sp=672℃、ガラス転移点Tg=
550℃)を1000回成形した。その結果、実施例1
と同様の結果が得られた。
[Example 4 (Si, N, C) mixing layer] After processing sintered Si 3 N 4 as a mold base material into a predetermined shape, the surface roughness Rmax. Mirror polishing to 0.03 μm. An ion implanter (not shown) was used to apply C +12 having an energy of 10 keV to the molding surface of this mold at 5 × 10 17 ions / c
m 2 was injected to form a mixing layer having a thickness of 20 nm. At this time, the implantation ion energy was gradually changed from 10 keV to 1 keV for implantation. Using this mold, the crown glass SK12 (softening point Sp = 672 ° C., glass transition point Tg =
(550 ° C.) was molded 1000 times. As a result, Example 1
Similar results were obtained.

【0038】[実施例5 (Si,C)ミキシング層、
SiC中間層]実施例3と同様の型母材を用いて図9に
示すイオンビーム・ミキシング装置によりミキシング層
を形成した。図中15は真空槽、16は排気系、17は
イオン源、18はイオン化室、19はイオンビーム引き
出しグリッド、20はガス導入系、21は電子銃、22
は基板ホルダー及び基板加熱装置、23は型母材、24
は水晶式膜厚モニター、25はイオンビームである。ま
ず、基板ホルダーに型母材を設置した後、装置内を5×
10-6Torr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なった。この時の
真空度は3×10-4Torr、イオン電流7mAで行な
った。次に、電子銃を用いて99.999%のSiを蒸
着しながらイオン源にC26 :50sccm,Ar:
10sccmをガス供給系より導入し、イオン引き出し
グリッドに700Vを印加してイオンビームを引き出し
型母材に照射した。この時のイオン電流は10mA、真
空度は1×10-3Torr、基板温度は300℃とし
た。この条件によりSiの蒸着とカーボンイオンビーム
の照射を同時に行ない、SiCを100nm形成した
後、電子銃のパワーを徐々に小さくして、最終的にカー
ボンイオンビームのみの照射により15nmのSiとC
のミキシング層を形成した。このときのAESによるデ
プスプロファイルを図10に示した。次に、これらの型
を用いて実施例1と同様の成形テストを行った結果、実
施例1と同様の結果を得た。なお、中間層としてSiC
以外にSi,Al、周期律表の4A族、5A族、6A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、及び硼素の炭化
物、窒化物、並びにこれらの少なくとも1種類以上から
なる化合物、混合物を形成した場合もSiCと同様の結
果が得られた。
Example 5 (Si, C) mixing layer,
SiC intermediate layer] Using the same mold base material as in Example 3, a mixing layer was formed by the ion beam mixing apparatus shown in FIG. In the figure, 15 is a vacuum tank, 16 is an exhaust system, 17 is an ion source, 18 is an ionization chamber, 19 is an ion beam extraction grid, 20 is a gas introduction system, 21 is an electron gun, 22
Is a substrate holder and a substrate heating device, 23 is a mold base material, 24
Is a crystal type film thickness monitor, and 25 is an ion beam. First, after placing the mold base material on the substrate holder, 5X inside the device
The gas was evacuated to 10 −6 Torr and Ar gas was introduced into the ion source from the gas introduction system. The surface of the die base material was cleaned and the oxide film was removed by this Ar ion beam. At this time, the degree of vacuum was 3 × 10 −4 Torr and the ion current was 7 mA. Next, while depositing 99.999% Si using an electron gun, C 2 H 6 : 50 sccm, Ar:
10 sccm was introduced from the gas supply system, and 700 V was applied to the ion extraction grid to irradiate the extraction base material with an ion beam. At this time, the ion current was 10 mA, the degree of vacuum was 1 × 10 −3 Torr, and the substrate temperature was 300 ° C. Under these conditions, vapor deposition of Si and irradiation of carbon ion beam are performed simultaneously to form 100 nm of SiC, then the power of the electron gun is gradually reduced, and finally irradiation of only carbon ion beam is performed to emit Si and C of 15 nm.
Was formed into a mixing layer. The depth profile by AES at this time is shown in FIG. Next, as a result of performing a molding test similar to that of Example 1 using these molds, the same result as that of Example 1 was obtained. Note that SiC is used as the intermediate layer.
Besides, Si, Al, metals of 4A group, 5A group and 6A group of the periodic table and their carbides, nitrides, carbonitrides, carbon oxides, carbonitrides, borides, boronitrides, and boron carbides , Nitride, and compounds and mixtures composed of at least one of these, the same results as with SiC were obtained.

【0039】[実施例6 (Ti,C)ミキシング層、
TiC中間層]実施例5と同じ型母材を用い、Siの替
わりに99.9%のTiとした以外は同一方法、同一条
件によりTiCの中間層とTiとCのミキシング層を形
成した。このとき、成膜時間を変えてミキシング層の厚
さを0.8nm,25nm,105nmとした。図11
に同一条件で作成した分析サンプルによるAESのデプ
スプロファイルを示した。この3つの型を用いて、実施
例1と同様に図8の成形機によりクラウン系のガラスS
K12(軟化点Sp=672℃、ガラス転移点Tg=5
50℃)を1000回成形した。その結果を表2に示し
た。
Example 6 (Ti, C) mixing layer,
TiC Intermediate Layer] An intermediate layer of TiC and a mixing layer of Ti and C were formed by the same method and under the same conditions except that the same die base material as in Example 5 was used and Ti was replaced by 99.9% Ti. At this time, the film formation time was changed to set the thickness of the mixing layer to 0.8 nm, 25 nm, and 105 nm. Figure 11
Shows the depth profile of AES by the analytical sample prepared under the same conditions. Using these three molds, the crown type glass S is formed by the molding machine of FIG. 8 in the same manner as in Example 1.
K12 (softening point Sp = 672 ° C., glass transition point Tg = 5
50 ° C.) was molded 1000 times. The results are shown in Table 2.

【0040】 [0040]

【0041】成形後の型No.5に関しては、実施例1
と同様の結果を得た。型No.4は、成形回数が400
回を越えると部分的にガラスの融着が見られ、型No.
6は成形回数が400回を越えると微小な剥離を生じ
た。
Mold No. after molding Regarding Example 5, Example 1
Similar results were obtained. Type No. No. 4 has a molding frequency of 400
When the number of times exceeded, glass fusion was partially observed.
In No. 6, when the number of moldings exceeded 400, minute peeling occurred.

【0042】[実施例7 (Si,C)ミキシング層]
実施例1と同一の型母材を用い、同一方法、同一条件で
作成した型により実施例1と同様に図8の成形装置によ
りクラウン系ガラスSK12(軟化点Sp=672℃、
ガラス転移点Tg=550℃)を2000回成形した。
次に、この型を成形機より取り出し、図4のIBD装置
に設置した。実施例1と同様に装置内を排気した後、ガ
ス供給系からArガス35sccmをイオン化室に導入
しイオン化した後、イオンビーム引き出しグリッドに5
00Vの電圧を印加してArイオンビームを引き出し、
成形表面のミキシング層に照射してミキシング層の除去
を行なった。引き続いて、実施例1と同条件で再びミキ
シング層を形成した。この再生した型を用いて、再び図
8の成形装置によりクラウン系ガラスSK12(軟化点
Sp=672℃、ガラス転移点Tg=550℃)を20
00回成形した。その結果、実施例1と同様の結果が再
現して得られた。
Example 7 (Si, C) mixing layer]
A crown glass SK12 (softening point Sp = 672 ° C., using the same mold base material as in Example 1 and the mold prepared in the same method and under the same conditions as in Example 1 by the molding apparatus of FIG.
The glass transition point Tg = 550 ° C.) was molded 2000 times.
Next, this mold was taken out of the molding machine and placed in the IBD apparatus shown in FIG. After exhausting the inside of the apparatus in the same manner as in Example 1, 35 sccm of Ar gas was introduced into the ionization chamber from the gas supply system for ionization, and then 5 was applied to the ion beam extraction grid.
A voltage of 00V is applied to extract the Ar ion beam,
The mixing layer on the molding surface was irradiated to remove the mixing layer. Subsequently, a mixing layer was formed again under the same conditions as in Example 1. Using this regenerated mold, crown glass SK12 (softening point Sp = 672 ° C., glass transition point Tg = 550 ° C.) was set to 20 by the molding apparatus shown in FIG.
Molded 00 times. As a result, the same result as in Example 1 was reproduced and obtained.

【0043】また、図12に示すようなグレーティング
の型を実施例1と同一方法、同一条件により作成し、ク
ラウン系ガラスSK12を成形した場合も離型性が良好
で型の形状を忠実に転写したグレーティングが繰り返し
成形することができた。図12中26はグレーティング
の型、27は成形されたガラス製グレーティングであ
る。
Also, when a grating mold as shown in FIG. 12 was prepared by the same method and under the same conditions as in Example 1 and the crown glass SK12 was molded, the mold releasability was good and the mold shape was faithfully transferred. The produced grating could be repeatedly molded. In FIG. 12, 26 is a grating mold, and 27 is a molded glass grating.

【0044】[実施例8 (Si,C)ミキシング層の
形成]型母材として焼結SiCを所定の形状に加工した
後、CVD法により多結晶のSiC膜を形成した後成形
面を鏡面研磨したものを用いた。この型を良く洗浄した
のち、図4に示すIBD装置に設置した。まず、ガス導
入口よりArガス35sccmをイオン化室に導入しイ
オン化した後、イオンビーム引き出しグリッドに500
V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。
[Example 8 (Formation of (Si, C) mixing layer]] Sintered SiC as a die base material was processed into a predetermined shape, a polycrystalline SiC film was formed by the CVD method, and then the molding surface was mirror-polished. What was done was used. After thoroughly washing this mold, it was installed in the IBD apparatus shown in FIG. First, 35 sccm of Ar gas is introduced into the ionization chamber through the gas introduction port to be ionized, and then 500 sccm is applied to the ion beam extraction grid.
A voltage of V was applied to extract an ion beam, and the mold base material was irradiated for 3 minutes to remove and clean the natural oxide film on the molding surface.

【0045】引き続き、CH4 :20sccm、H2
40sccmをイオン化室に導入してガス圧4.0×1
-4Torrとし、加速電圧9kVでイオンビームを引
き出し成形面に照射して40nmのミキシング層を形成
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、
1.5mA/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。同条件で作成した分析サンプルのミキシング層を
AESにより深さ方向分析した結果を図14に示す。図
14より明らかなようにミキシング層の厚さは40nm
で、炭素Cの濃度は表面側の95%から型母材側に向か
って減少していた。一方、Si原子の濃度は表面側の5
%から型母材側に向かって増加していた。すなわち、
C、Si濃度の深さ方向のプロファイルが図14であ
る。型母材側では、CとSiの濃度がそれぞれ50%と
SiCのストイキオメトリになっている。
Subsequently, CH 4 : 20 sccm, H 2 :
40 sccm was introduced into the ionization chamber and the gas pressure was 4.0 × 1.
The ion beam was extracted at an acceleration voltage of 9 kV and irradiated on the molding surface to form a 40 nm mixing layer at 0 −4 Torr. At this time, the current density of the ion beam measured by the movable Faraday cup arranged in front of the substrate is
It was 1.5 mA / cm 2 . The distance between the substrate and the extraction grid of the ion source was 100 mm, and the substrate temperature was room temperature. FIG. 14 shows the result of depth direction analysis of the mixing layer of the analysis sample prepared under the same conditions by AES. As is clear from FIG. 14, the thickness of the mixing layer is 40 nm.
Then, the concentration of carbon C decreased from 95% on the surface side toward the mold base material side. On the other hand, the concentration of Si atoms is 5 on the surface side.
% Toward the die base metal side. That is,
FIG. 14 shows a profile of C and Si concentrations in the depth direction. On the die base material side, the concentrations of C and Si are 50% and SiC stoichiometry, respectively.

【0046】この型を用いて、実施例1と同様に図6の
成形機によりフリント系光学ガラスSF14(軟化点S
p=586℃、転移点Tg=485℃)を500回成形
した。成形後の型は、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やガラスの融
着が光学顕微鏡、SEMによって観察されなかった。ま
た、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の析出や成形時のガス残りと言った
問題もなかった。
Using this mold, the flint type optical glass SF14 (softening point S
(p = 586 ° C., transition point Tg = 485 ° C.) was molded 500 times. In the mold after molding, defects such as scratches and cracks and fusion of Pb and glass, which are reduction precipitates of PbO contained in glass, were not observed by an optical microscope or SEM. Moreover, the surface roughness, surface accuracy, transmittance, and shape accuracy of the molded product were also good, and there were no problems such as Pb precipitation or gas residue during molding.

【0047】次に、この型を用いて、実施例1と同様に
図8の成形機によりクラウン系ガラスSK12(軟化点
Sp=672℃、ガラス転移点Tg=550℃)を10
00回成形した。成形後の型の成形面及び成形された光
学素子の表面粗さ、並びに型と成形された光学素子との
離型性は良好であった。特に、型の成形面について光学
顕微鏡、SEMで観察しても傷やクラック等の欠陥やガ
ラス成分の反応析出物、ガラスの融着は見られなかっ
た。
Then, using this mold, crown glass SK12 (softening point Sp = 672 ° C., glass transition point Tg = 550 ° C.) was set to 10 by the molding machine of FIG. 8 in the same manner as in Example 1.
Molded 00 times. The molding surface of the mold after molding, the surface roughness of the molded optical element, and the releasability between the mold and the molded optical element were good. In particular, defects such as scratches and cracks, reaction deposits of glass components, and fusion of glass were not observed even when the molding surface of the mold was observed with an optical microscope or SEM.

【0048】[実施例9 (Si,C)ミキシング層の
形成]実施例8と同じ型母材を用い、同一方法、同一条
件によりミキシング層を形成した。このとき、イオンビ
ームのエネルギーと電流密度を変え、ミキシング層の厚
さは照射時間を制御して30nmとした。この型を用い
て、実施例1と同様に図8の成形機によりクラウン系ガ
ラスSK12(軟化点Sp=672℃、ガラス転移点T
g=550℃)を1000回成形した。その結果を表3
に示した。
Example 9 (Formation of (Si, C) Mixing Layer) Using the same mold base material as in Example 8, a mixing layer was formed by the same method and under the same conditions. At this time, the energy and current density of the ion beam were changed, and the thickness of the mixing layer was set to 30 nm by controlling the irradiation time. Using this mold, the crown glass SK12 (softening point Sp = 672 ° C., glass transition point T
g = 550 ° C.) was molded 1000 times. The results are shown in Table 3.
It was shown to.

【0049】 [0049]

【0050】成形後の型No.8、9関しては、実施例
8と同様に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やガラスの融着が光学顕
微鏡、SEMによって観察されなかった。また、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の析出や成形時のガス残りと言った問題もなか
った。型No.7は、成形回数が300回で部分的な膜
剥離を生じた。型No.10は型No.8、9と同様に
良好な結果が得られたが、成形回数とともに型表面の表
面粗さが僅かに劣化した。
Mold No. after molding Regarding 8 and 9, defects such as scratches and cracks and fusion of Pb and glass, which are reduction precipitates of PbO contained in glass, were not observed by an optical microscope or SEM as in Example 8. Moreover, the surface roughness, surface accuracy, transmittance, and shape accuracy of the molded product were also good, and there were no problems such as Pb precipitation or gas residue during molding. Type No. In No. 7, the number of times of molding was 300 and partial film peeling occurred. Type No. 10 is a model number. Similar results as in Nos. 8 and 9 were obtained, but the surface roughness of the mold surface slightly deteriorated with the number of moldings.

【0051】[実施例10 (Ti,C)ミキシング
層、TiN中間層の形成]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.=0.02
μm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200nm形成した後、Ti
Nを1800nm形成した。この型母材を用い、図15
に示すECRイオン源を持つ成膜装置によりミキシング
層を40nm形成した。図中36は真空槽、37は排気
系、38はECRイオン源、39はマイクロ波の発振
器、40はマイクロ波の導波管、41はマイクロ波導入
窓、42は空洞共振器タイプのプラズマ室、43は外部
磁場、44は引き出し電極、45はシャッター兼ファラ
ディカップ、46は型母材、47は基板ホルダー、48
はガス導入系である。まず、基板ホルダーに型母材を設
置した後、装置内を5×10-6Torr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
去を行なった。この時の真空度は3×10-4Torr、
イオン電流7mAで行なった。イオン源にC2 6 :5
0sccm、H2 :10sccmをガス供給系より導入
し、イオン引き出しグリッドに10kVを印加してイオ
ンビームを引き出し型母材に照射した。この時のイオン
電流密度はファラディカップで1.6mA/cm2 、真
空度1×10-3Torr、基板温度は300℃とした。
Example 10 (Formation of (Ti, C) mixing layer, TiN intermediate layer) WC (84%) as a mold base material
After processing a sintered body made of -TiC (8%)-TaC (8%) into a predetermined shape, the molding surface was Rmax. = 0.02
It was mirror-polished to μm. After 200 nm of Ti was formed on the molding surface of this mold base material by the ion plating method, Ti was formed.
N was formed at 1800 nm. Using this mold base material, FIG.
A mixing layer having a thickness of 40 nm was formed by a film forming apparatus having the ECR ion source shown in FIG. In the figure, 36 is a vacuum tank, 37 is an exhaust system, 38 is an ECR ion source, 39 is a microwave oscillator, 40 is a microwave waveguide, 41 is a microwave introduction window, and 42 is a cavity resonator type plasma chamber. , 43 is an external magnetic field, 44 is an extraction electrode, 45 is a shutter and Faraday cup, 46 is a mold base material, 47 is a substrate holder, 48
Is a gas introduction system. First, after the mold base material was placed on the substrate holder, the inside of the apparatus was evacuated to 5 × 10 −6 Torr and Ar gas was introduced into the ion source from the gas introduction system. The surface of the die base material was cleaned and the oxide film was removed by this Ar ion beam. The vacuum degree at this time is 3 × 10 −4 Torr,
The ion current was 7 mA. C 2 H 6 : 5 for ion source
0 sccm and H 2 : 10 sccm were introduced from the gas supply system, and 10 kV was applied to the ion extraction grid to irradiate the extraction base material with an ion beam. At this time, the ion current density at the Faraday cup was 1.6 mA / cm 2 , the degree of vacuum was 1 × 10 −3 Torr, and the substrate temperature was 300 ° C.

【0052】次に、この型を用いて、実施例1と同様に
図8の成形機を用いてクラウン系ガラスSK12(軟化
点Sp=672℃、ガラス転移点Tg=550℃)を1
000回成形した。その結果、実施例8と同様の結果が
得られる。
Next, using this mold, the crown type glass SK12 (softening point Sp = 672 ° C., glass transition point Tg = 550 ° C.) was set to 1 using the molding machine of FIG. 8 as in Example 1.
Molded 000 times. As a result, the same results as in Example 8 are obtained.

【0053】なお、中間層としてTiN以外にSi、A
l、周期律表の4A族、5A族、6A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、及び硼素の炭化物、窒化物、並
びにこれらの少なくとも1種以上からなる化合物、混合
物を形成した場合もTiNと同様の結果が得られた。
As an intermediate layer, other than TiN, Si, A
1, metal of Group 4A, Group 5A, Group 6A of the Periodic Table and their carbides, nitrides, carbonitrides, carbonates, carbonitrides, borides, boronitrides, and boron carbides, nitrides, Also, the same results as with TiN were obtained when a compound or mixture containing at least one of these was formed.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学素子
成形用型によれば型母材の少なくとも成形面の表層を炭
素と型母材もしくは成形面に形成した中間層を構成する
少なくとも1種類以上の元素とからなるミキシング層と
することにより、また本発明の光学素子成形用型の製造
方法によれば5keV以上のイオンエネルギーを有する
炭素イオンビームを用い、型母材の少なくとも成形面の
表層を炭素と型母材もしくは、成形面に形成した中間層
を構成する少なくとも1種類以上の元素からなるミキシ
ング層とすることにより、ガラスの成形に於て膜の剥離
やクラックが発生しない表面欠陥の少ない鏡面を有する
型が得られる。この型を用いガラス光学素子を成形する
とガラスと型の離型性が極めて良好であり、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返しても膜
剥離やクラック、傷の発生という欠陥を生じない極めて
耐久性の高い光学素子成形用型が得られる。
As described above, according to the optical element molding die of the present invention, at least the surface layer of at least the molding surface of the mold base material is made of carbon and at least one intermediate layer formed on the molding base material or the molding surface. According to the method for producing a mold for molding an optical element of the present invention, a carbon ion beam having an ion energy of 5 keV or more is used by using a mixing layer composed of elements of at least two kinds, and at least the molding surface of the mold base material By forming the surface layer as a mixing layer composed of carbon and a mold base material, or at least one kind of element constituting the intermediate layer formed on the molding surface, surface defects that do not cause film peeling or cracks during glass molding It is possible to obtain a mold having a less mirror surface. When a glass optical element is molded using this mold, the releasability between the glass and the mold is extremely good, and the surface roughness,
Molded products with good surface accuracy, transmittance, and shape accuracy can be obtained.
Further, even if press molding is repeated for a long time using this mold, an extremely durable optical element molding mold that does not cause defects such as film peeling, cracking, and scratching can be obtained.

【0055】本発明により得られた光学素子成形用型を
用いることにより生産性の向上とコストダウンを実現す
ることが可能となった。
By using the optical element molding die obtained by the present invention, it has become possible to improve productivity and reduce cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる光学素子成形用型の成形表面に
形成したミキシング層の原子混合状態を示す模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic view showing an atom mixed state of a mixing layer formed on a molding surface of an optical element molding die according to the present invention.

【図2】本発明に係わる光学素子成形用型の一例を示す
断面図で、プレス成形前の状態を示す。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of an optical element molding die according to the present invention, showing a state before press molding.

【図3】本発明に係わる光学素子成形用型の一例を示す
断面図で、プレス成形後の状態を示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of an optical element molding die according to the present invention, showing a state after press molding.

【図4】本発明の実施例で用いるIBD装置を示す概略
図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an IBD device used in an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例におけるミキシング層のAES
によるデプスプロファイルを示す。
FIG. 5: AES of the mixing layer in the embodiment of the present invention
3 shows a depth profile according to FIG.

【図6】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、非連続成形タイプであ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a lens molding apparatus using the optical element molding die according to the present invention, which is a discontinuous molding type.

【図7】レンズ成形の際の時間−温度関係図である。FIG. 7 is a time-temperature relationship diagram when molding a lens.

【図8】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、連続成形タイプであ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a lens molding apparatus using an optical element molding die according to the present invention, which is a continuous molding type.

【図9】本発明の実施例で用いるイオンビーム・ミキシ
ング装置を示す概略図である。
FIG. 9 is a schematic view showing an ion beam mixing apparatus used in an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例におけるミキシング層のAE
Sによるデプスプロファイルを示す図である。
FIG. 10: AE of the mixing layer in the example of the present invention
It is a figure which shows the depth profile by S.

【図11】本発明の実施例におけるミキシング層のAE
Sによるデプス・プロファイルを示す図である。
FIG. 11: AE of the mixing layer in the example of the present invention
It is a figure which shows the depth profile by S.

【図12】本発明の実施例に係わるグレーティング用型
を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a grating mold according to an example of the present invention.

【図13】本発明で用いるカウフマン型イオン源を示す
模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a Kauffman type ion source used in the present invention.

【図14】本発明の実施例におけるミキシング層のAE
Sによるデプスプロファイルを示す。
FIG. 14: AE of the mixing layer in the example of the present invention
The depth profile by S is shown.

【図15】本発明の実施例で用いるECRイオン源を有
するイオンビーム成膜装置を示す概略図である。
FIG. 15 is a schematic view showing an ion beam film forming apparatus having an ECR ion source used in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 型母材 2 成形面 3 炭素のミキシング層 4 ガラス素材 5 成形されたレンズ 6 真空槽 7 イオンビーム装置 8 イオン化室 9 ガス導入口 10 イオンビーム引出しグリッド 11 イオンビーム 12 型母材 13 基板ホルダー及びヒーター 14 排気口 15 真空槽 16 排気系 17 イオン源 18 イオン化室 19 イオンビーム引出しグリッド 20 ガス導入系 21 電子銃 22 基板ホルダー及びヒーター 23 型母材 24 水晶式膜厚モニター 25 イオンビーム 26 グレーティング型 27 成形されたグレーティング型 28 磁場発生用円筒コイル 29 フィラメント 30 ガス導入部 31 アノード 32 イオンビーム引き出し電極 33 イオンビーム 34 型母材 35 基板ホルダー 36 真空槽 37 排気系 38 ECRイオン源 39 マイクロ波発振器 40 マイクロ波の導波管 41 マイクロ波の導入窓 42 空洞共振器タイプのプラズマ室 43 外部磁場 44 引き出し電極 45 シャッター兼ファラディ・カップ 46 型母材 47 基板ホルダー 48 ガス導入系 51 真空槽 52 真空槽の蓋 53 上型 54 下型 55 上型押え 56 胴型 57 型ホルダー 58 ヒーター 59 下型を突上げる突上げ棒 60 エアシリンダ 61 油回転ポンプ 62、63、64 バルブ 65 不活性ガス導入バルブ 66 バルブ 67 リークパイプ 68 バルブ 69 温度センサ 70 水冷パイプ 71 真空槽を支持する台 102 成形装置 104 取入れ用置換室 106 成形室 108 蒸着室 110 取り出し用置換室 112 ゲートバルブ 114 ゲートバルブ 116 ゲートバルブ 118 レール 120 パレット 122 ロッド 124 シリンダ 126 バルブ 128 ヒータ 130 上型 132 下型 134 ロッド 136 ロッド 138 シリンダ 140 シリンダ 142 容器 144 ヒータ 146 蒸着物質 148 ロッド 150 シリンダ 152 バルブ 1 Type Base Material 2 Molding Surface 3 Carbon Mixing Layer 4 Glass Material 5 Molded Lens 6 Vacuum Chamber 7 Ion Beam Device 8 Ionization Chamber 9 Gas Inlet Port 10 Ion Beam Extraction Grid 11 Ion Beam 12 Type Base Material 13 Substrate Holder and Heater 14 Exhaust port 15 Vacuum tank 16 Exhaust system 17 Ion source 18 Ionization chamber 19 Ion beam extraction grid 20 Gas introduction system 21 Electron gun 22 Substrate holder and heater 23 type base material 24 Crystal film thickness monitor 25 Ion beam 26 Grating type 27 Molded grating type 28 Magnetic field generating cylindrical coil 29 Filament 30 Gas introduction part 31 Anode 32 Ion beam extraction electrode 33 Ion beam 34 Type base material 35 Substrate holder 36 Vacuum chamber 37 Evacuation system 38 ECR ion source 39 Microwave oscillator 40 Microwave waveguide 41 Microwave introduction window 42 Cavity resonator type plasma chamber 43 External magnetic field 44 Extraction electrode 45 Shutter and Faraday cup 46 Type base material 47 Substrate holder 48 Gas introduction system 51 Vacuum chamber 52 Vacuum Tank Lid 53 Upper Mold 54 Lower Mold 55 Upper Mold Presser 56 Body 57 Mold Holder 58 Heater 59 Push-up Rod Pushing Up Lower Mold 60 Air Cylinder 61 Oil Rotary Pump 62, 63, 64 Valve 65 Inert Gas Introduction Valve 66 Valve 67 Leak pipe 68 Valve 69 Temperature sensor 70 Water cooling pipe 71 Table supporting vacuum chamber 102 Molding device 104 Intake replacement chamber 106 Molding chamber 108 Evaporation chamber 110 Ejection replacement chamber 112 Gate valve 114 Gate valve 116 Gate valve 118 Rail 1 20 Pallet 122 Rod 124 Cylinder 126 Valve 128 Heater 130 Upper mold 132 Lower mold 134 Rod 136 Rod 138 Cylinder 140 Cylinder 142 Container 144 Heater 146 Deposition substance 148 Rod 150 Cylinder 152 Valve

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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、該型母材の少なくと
も成形表面が、炭素と型を構成する少なくとも1種類以
上の元素からなり、かつ炭素原子濃度が表面に向かって
増大し母材側に向かって減少し、その他の原子濃度が表
面に向かって減少し母材側に向かって増大しているミキ
シング層であることを特徴とする光学素子成形用型。
1. An optical element molding die used for press-molding an optical element made of glass, wherein at least the molding surface of the die base material is made of carbon and at least one or more elements constituting the die, and a carbon atom. An optical element molding characterized by a mixing layer in which the concentration increases toward the surface and decreases toward the base material side, and the concentration of other atoms decreases toward the surface and increases toward the base material side. Type.
【請求項2】 前記ミキシング層の厚さが1nm以上1
00nm以下であることを特徴とする請求項1記載の光
学素子成形用型。
2. The thickness of the mixing layer is 1 nm or more 1
The optical element molding die according to claim 1, wherein the optical element molding die has a thickness of 00 nm or less.
【請求項3】 前記ミキシング層に酸素、水素、窒素の
少なくとも1種類以上が含まれることを特徴とする請求
項1記載の光学素子成形用型。
3. The optical element molding die according to claim 1, wherein the mixing layer contains at least one kind of oxygen, hydrogen, and nitrogen.
【請求項4】 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、該型母材の少なくと
も成形面に中間層が形成されており、該中間層表面が、
炭素と中間層を構成する少なくとも1種類以上の元素か
らなり、かつ炭素原子濃度が表面に向かって増大し母材
側に向かって減少し、その他の原子濃度が表面に向かっ
て減少し母材側に向かって増大しているミキシング層で
あることを特徴とする光学素子成形用型。
4. An optical element molding die used for press-molding an optical element made of glass, wherein an intermediate layer is formed on at least the molding surface of the die base material, and the intermediate layer surface is
It consists of carbon and at least one element that forms the intermediate layer, and the carbon atom concentration increases toward the surface and decreases toward the base metal side, and the other atom concentrations decrease toward the surface and the base metal side. A mold for molding an optical element, wherein the mixing layer has an increasing number of layers.
【請求項5】 前記ミキシング層の厚さが1nm以上1
00nm以下であることを特徴とする請求項4記載の光
学素子成形用型。
5. The thickness of the mixing layer is 1 nm or more 1
The optical element molding die according to claim 4, wherein the optical element molding die has a thickness of 00 nm or less.
【請求項6】 前記ミキシング層に酸素、水素、窒素の
少なくとも1種類以上が含まれることを特徴とする請求
項4記載の光学素子成形用型。
6. The optical element molding die according to claim 4, wherein the mixing layer contains at least one kind of oxygen, hydrogen and nitrogen.
【請求項7】 前記中間層がSi、Al、周期律表の4
A族、5A族、6A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、及び硼素の炭化物、窒化物、並びにこれらの少なく
とも1種類以上の化合物、混合物からなることを特徴と
する請求項4記載の光学素子成形用型。
7. The intermediate layer comprises Si, Al, and 4 of the periodic table.
Group A, Group 5A, Group 6A metals and their carbides, nitrides, carbonitrides, carbonates, carbonitrides, borides, boronitrides, and boron carbides, nitrides, and at least one of these The optical element molding die according to claim 4, comprising the above compound and mixture.
【請求項8】 請求項1記載のミキシング層をエッチン
グにより除去した後、少なくとも成形表面に再びミキシ
ング層を形成することを特徴とする光学素子成形用型の
製造方法。
8. A method for producing a mold for molding an optical element, which comprises removing the mixing layer according to claim 1 by etching and then forming the mixing layer again on at least the molding surface.
【請求項9】 請求項4記載のミキシング層をエッチン
グにより除去した後、中間層表面に再びミキシング層を
形成することを特徴とする光学素子成形用型の製造方
法。
9. A method for manufacturing an optical element molding die, which comprises removing the mixing layer according to claim 4 by etching and then forming the mixing layer again on the surface of the intermediate layer.
【請求項10】 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の製造方法において、該型母
材の少なくとも成形表面に、イオンエネルギー5keV
以上の炭素イオンビームにより炭素と型を構成する少な
くとも1種類以上の元素からなるミキシング層を形成す
ることを特徴とする光学素子成形用型の製造方法。
10. A method for producing an optical element molding die used for press-molding an optical element made of glass, wherein an ion energy of 5 keV is applied to at least the molding surface of the die base material.
A method for producing a mold for molding an optical element, which comprises forming the mixing layer made of at least one kind of element forming a mold with carbon by the above carbon ion beam.
【請求項11】 前記ミキシング層の組成は、炭素原子
濃度が表面に向かって増大し母材側に向かって減少して
おり、その他の原子濃度が表面に向かって減少し母材側
に向かって増大していることを特徴とする請求項10記
載の光学素子成形用型の製造方法。
11. The composition of the mixing layer is such that the carbon atom concentration increases toward the surface and decreases toward the base material side, and the other atom concentration decreases toward the surface and toward the base material side. The method for manufacturing an optical element molding die according to claim 10, wherein the number is increasing.
【請求項12】 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の製造方法において、該型母
材の少なくとも成形面に中間層を形成し、次いで該中間
層の表面に、イオンエネルギー5keV以上の炭素イオ
ンビームにより炭素と中間層を構成する少なくとも1種
類以上の元素からなるミキシング層を形成することを特
徴とする光学素子成形用型の製造方法。
12. A method of manufacturing an optical element molding die used for press-molding an optical element made of glass, wherein an intermediate layer is formed on at least the molding surface of the mold base material, and then ion energy is applied to the surface of the intermediate layer. A method of manufacturing an optical element molding die, which comprises forming a mixing layer composed of carbon and at least one kind of element constituting the intermediate layer by a carbon ion beam of 5 keV or more.
【請求項13】 前記ミキシング層の組成は、炭素原子
濃度が表面に向かって増大し母材側に向かって減少して
おり、その他の原子濃度が表面に向かって減少し母材側
に向かって増大していることを特徴とする請求項12記
載の光学素子成形用型の製造方法。
13. The composition of the mixing layer is such that the carbon atom concentration increases toward the surface and decreases toward the base material side, and the other atom concentration decreases toward the surface and toward the base material side. The method for manufacturing an optical element molding die according to claim 12, wherein the number is increasing.
【請求項14】 前記中間層がSi、Al、周期律表の
4A族、5A族、6A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、及び硼素の炭化物、窒化物、並びにこれらの少な
くとも1種類以上の化合物、混合物からなることを特徴
とする請求項12記載の光学素子成形用型の製造方法。
14. The intermediate layer comprises Si, Al, metals of Groups 4A, 5A and 6A of the Periodic Table and their carbides, nitrides, carbonitrides, carbonates, carbonitrides, borides and boron. 13. The method for producing a mold for molding an optical element according to claim 12, comprising a nitride, a carbide of boron, a nitride, and a compound or mixture of at least one or more of these.
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JP2009120447A (en) * 2007-11-16 2009-06-04 Osaka Prefecture Molding die for glass lens, and its manufacturing method
JP2009167020A (en) * 2008-01-10 2009-07-30 Hitachi Maxell Ltd Method for cleaning member to be cleaned and method for manufacturing optical element

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JPH03257031A (en) * 1990-03-07 1991-11-15 Canon Inc Mold for molding optical device

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