JPH07314259A - 光学レンズ用金型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金型母材と保護膜の材料を適宜選定でき、寿
命の長い金型を、低コストで製造できる方法を提供する
こと。 【構成】 真空条件下で金型表面のクリーニングを行
い、その後真空を保ったままで金型表面に保護膜の成膜
を行うことを特徴とする。更に、前記クリーニングは、
水素または水素と不活性ガスの混合気体のプラズマまた
はそれらのイオンの照射であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学レンズを製造する
ときに用いる光学レンズ用金型及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学レンズ用金型の分野では、成
形用金型は各種提案されているが、いずれも型の表面に
離型性を良好にして型寿命を延ばすために保護膜を設け
るものが基準となっている。

【０００３】その保護膜の材料には高温での成形環境下
で化学的に安定なもので、ガラスと反応しないものが使
用されている。例えば、貴金属およびそれらの合金、炭
化物、窒化物、ホウ化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド
ライクカ−ボン等が広く用いられているが、これらの材
料は金型の形状や材質に非常に影響を受け易くその組合
せによって密着性の悪いものが多く、さまざまな工夫が
なされてきた。

【０００４】例えば、特開平２−１９９０３４号公報に
示されるように、金型表面と保護膜の間に共通の元素を
もつ中間層を設けたり、また特開昭６１−１３６９２８
号公報に示されるように、金型表面と保護膜の間に双方
に相性のよい中間層を設けたりする方法が提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の方法は製造工程が複雑になり金型のコストが上がる
だけでなく、中間層の材料と膜厚の選択という「金型・
中間層・保護膜」のそれぞれの相互関係をふまえ、且
つ、例えば以下の１）〜６）のような金型の形状と膜応
力の関係を成立させなければならないという問題があっ
た。 １）金型材料と密着性のよい中間層の材料選択 ２）金型保護膜と密着性のよい中間層の材料選択 ３）ガラスと反応しない中間層の材料選択 ４）金型の形状に順応する程度の応力をもつ中間層の材
料選択 ５）金型の形状に順応する程度の応力をもつ中間層の膜
厚選択 ６）金型の形状に順応する程度の応力をもつ中間層の成
膜方法 本発明の目的は、金型母材と保護膜の材料を適宜選定で
き、寿命の長い金型を、低コストで製造できる方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光学レンズ用金型の製造方法は、真空条件
下で金型表面のクリーニングを行い、その後真空を保っ
たままで金型表面に保護膜の成膜を行うことを特徴とす
る。

【０００７】更に、前記クリーニングは、水素または水
素と不活性ガスの混合気体のプラズマまたはそれらのイ
オンの照射であることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、真空条件下で金型表面のクリ
ーニングを行った後、同一の真空成膜装置で金型を大気
（酸素）に触れることなく（自然酸化膜ができない）保
護膜の作製を行う。

【０００９】また、前記クリーニングを、水素または水
素と不活性ガスの混合気体のプラズマまたはそれらのイ
オンの照射とすれば、有害な自然酸化膜（詳しくは後述
する）を化学的に還元して水の分子として除去する。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は第１実施例の光学レンズ用金型の製造
装置の断面図である。

【００１１】この装置は、真空装置（１２）と高周波電
源から成っている。真空装置（１２）は真空槽内に設け
られた、基板ホルダー（１３）、電極（１７）、真空槽
の排気を行い、真空槽の真空度を調節するための排気バ
ルブ（１６）、真空槽にガスを導入するためのバルブＡ
（１４）、バルブＢ（１８）、及び、バルブＡ（１
４）、バルブＢ（１８）から導入されるガスの量をそれ
ぞれ調節するためのマスフロ−コントロ−ラ−Ａ（１
５）、マスフロ−コントロ−ラ−Ｂ（１９）から構成さ
れている。また、高周波電源は真空槽内に高周波を印加
するものである。

【００１２】この装置を用いて、金型母材をＳｉＣ、保
護膜をダイヤモンドライクカ−ボンとした構成の金型を
本発明の方法で作製する方法を説明する。

【００１３】まず、十分に洗浄し、表面を鏡面研磨した
金型母材（１１）（本実施例ではＳｉＣ）を基板ホルダ
−（１３）にセットする。

【００１４】真空槽を１×１０~⁶Ｔｏｒｒまで排気し、
その後、バルブＡ（１４）を開き、水素をマスフロ−コ
ントロ−ラ−Ａ（１５）で２００ｃｃ／ｍｉｎ導入し、
排気バルブ（１６）を調節して真空槽を０．０５Ｔｏｒ
ｒにする。この状態で電極（１７）を接地し、基板ホル
ダ−（１３）を浮かして高周波を１０分間１００Ｗ印加
して、放電により水素プラズマを形成する。

【００１５】金型母材（１１）はこのプラズマの中に存
在するため、その表面の有害な自然酸化膜が除去され
る。またこの時、同時に微小なゴミも除去される。ここ
で、「自然酸化膜」とは、金型の表面に存在する極めて
薄い膜のことで、金型と保護膜との密着性を悪くし、ひ
いては経時的にガラスの組成との化学反応の呼び水のよ
うなものになって融着を引き起こす原因となるものであ
り、膜厚はだいたい３００Ａ未満である。尚、この自然
酸化膜のクリーニングについては後で詳述する。

【００１６】この後、真空槽を大気に戻すことなく、バ
ルブＡ（１４）を閉じ、一旦、排気バルブ（１６）を全
開にして真空槽内を５×１０~⁶Ｔｏｒｒ以下まで排気す
る。次に、バルブＢ（１８）を開きメタンをマスフロ−
コントロ−ラ−Ｂ（１９）で５００ｃｃ／ｍｉｎ導入
し、再び排気バルブ（１６）を調節して、真空槽内を
１．０Ｔｏｒｒにする。

【００１７】この状態で電極（１７）を浮かし基板ホル
ダ−（１３）を接地して高周波を２００Ｗ印加し、放電
によりメタンプラズマを形成する。金型母材（１１）は
このプラズマの中に存在するため、金型母材の表面にメ
タンガスの化学分解によってダイヤモンドライクカ−ボ
ンが成膜する。この膜の膜厚は６００Ａでこれを保護膜
とする。

【００１８】この一連の工程に於て金型母材（１１）は
全く酸素の存在する空間にさらされないため、金型母材
表面と保護膜の間には自然酸化膜は形成されない。

【００１９】次に得られた金型を用いて成形を行った結
果について説明する。ガラスの素材としてＳｉＯ₂−Ｂ₂
Ｏ₃−Ｌａ₂Ｏ₃系ガラス（転移点：６２３℃）を用い
て、リヒ−トプレス法によって成形を繰り返し金型の耐
久性を調べた。尚、成形は窒素雰囲気において、成形温
度６７０℃で、加圧成形を行った。（圧力：５０ｋｇ／
ｃｍ²、加圧時間：３０秒）。

【００２０】比較例として、上記の水素の代わりにアル
ゴンを導入し、自然酸化膜除去を行わなかった金型を用
い、上記の成形と同様に成形を繰り返し金型の耐久性を
調べた。その結果、表１に示すように本発明の金型の方
が、ガラスとの離型性がよく、耐久性のすぐれたもので
あることが確認された。

【００２１】

【表１】

【００２２】ここで、前述した自然酸化膜のクリーニン
グについて詳しく説明する。真空槽を高真空に排気した
後、水素、または水素と不活性ガスの混合気体を０．０
０１〜０．１Ｔｏｒｒ程度（好ましくは０．００５〜
０．０５Ｔｏｒｒ）導入し、この真空槽内に配置した一
対の電極（一方は接地する、または接地してある真空槽
自体を電極としてもよい）に高周波または直流を印加す
ることよって放電を発生させる。この時以下のように水
素、または水素と不活性ガスの混合気体が連鎖的にイオ
ン化し、イオン化していないガスと混合状態になりプラ
ズマが生じる。

【００２３】１）水素の場合

【００２４】

【数１】

【００２５】２）水素と不活性ガス（例えばヘリウム）
の混合気体の場合

【００２６】

【数２】

【００２７】自然酸化膜は、金型の表面が空気に触れる
ことによりＭxＯyの形で存在する（Ｍは金型の表面材質
の一部元素、x＞０、y＞０）。例えば、クロムを表面と
する金型ではＣｒ₂Ｏ₃等であり、ＳｉＣを表面とする金
型ではＳｉＯ₂等である。

【００２８】上記プラズマ中に自然酸化膜が存在する金
型を入れたり、自然酸化膜が存在する金型をセットした
真空槽内で上記プラズマを発生させる時、金型側を、一
方の電極（接地側）、または接地してある真空槽と同電
位にする（つまり金型側を接地する）と、プラズマ中の
水素イオンが金型表面に当たる。これにより金型側から
電子が供給され、次式のような反応で水が生じ、酸化さ
れていた元素（金型）は還元される。尚、この時発生す
る水は排気により除去される。

【００２９】

【数３】

【００３０】また、上記プラズマ中に存在する活性水素
によっても、次式のような反応により酸化されていた元
素（金型）は還元される。

【００３１】

【数４】

【００３２】尚、自然酸化膜（及びそれを除去するため
の反応）は上記２つの例に限られたものではない。

【００３３】次に、第２実施例について説明する。図２
は第２実施例の光学レンズ用金型の製造装置の断面図で
ある。

【００３４】この装置は、成膜室（２２）、放電室（２
３）及び電源から成っている。成膜室（２２）には、電
子銃蒸発源（２７）が設けられている。放電室（２３）
には、電極Ａ（２５）、電極Ｂ（２６）、及びガスを導
入するためのバルブ（２４）が設けられている。

【００３５】この装置を用いて、金型母材を超硬合金、
保護膜をプラチナとした構成の金型を本発明の方法で作
製する方法を説明する。

【００３６】まず、十分に洗浄し、表面を鏡面研磨した
金型母材（２１）（本実施例では超硬合金）を図２に示
す様に成膜室（２２）にセットする。

【００３７】成膜室（２２）と放電室（２３）全体を１
×１０~⁶Ｔｏｒｒまで排気し、その後、バルブ（２４）
を開き、水素とヘリウムの混合気体（水素５０％）を導
入し、放電室（２３）の圧力を０．００５Ｔｏｒｒにす
る。この状態で電極Ａ（２５）、電極Ｂ（２６）間に直
流を２００Ｖ印加し、放電により水素とヘリウムの混合
プラズマを形成する。

【００３８】このプラズマを成膜室（２２）と放電室
（２３）の圧力差を利用して成膜室（２２）に導き、金
型母材（２１）の表面に照射することにより、その表面
の有害な自然酸化膜が除去される。またこの時、同時に
微小なゴミも除去される。

【００３９】この後、成膜室（２２）と放電室（２３）
を大気に戻すことなく、バルブ（２４）を閉じ、一旦、
成膜室（２２）と放電室（２３）全体を５×１０~⁶Ｔｏ
ｒｒ以下まで排気する。

【００４０】この状態で電子銃蒸発源（２７）により金
型母材の表面にプラチナを３０００Ａ成膜しこれを保護
膜とする。

【００４１】この一連の工程に於て金型母材（２１）は
全く酸素の存在する空間にさらされないため、金型母材
表面と保護膜の間には自然酸化膜は形成されない。

【００４２】次に得られた金型を用いて成形を行った結
果について説明する。ガラスの素材としてＰ₂Ｏ₅−Ｔｉ
Ｏ₂−Ｎｂ₂Ｏ₅系ガラス（転移点：５９８℃）を用い
て、リヒ−トプレス法によって成形を繰り返し金型の耐
久性を調べた。尚、成形はアルゴン雰囲気において、成
形温度６８０℃で、加圧成形を行った。（圧力：５０ｋ
ｇ／ｃｍ²、加圧時間：８０秒）。

【００４３】比較例として、上記の水素とヘリウムの混
合気体の代わりにアルゴンを導入し、自然酸化膜除去を
行わなかった金型を用い、上記の成形と同様に成形を繰
り返し金型の耐久性を調べた。その結果、表２に示すよ
うに本発明の金型の方が、ガラスとの離型性がよく、耐
久性のすぐれたものであることが確認された。

【００４４】

【表２】

【００４５】次に、第３実施例について説明する。図３
は第３実施例の光学レンズ用金型の製造装置の断面図で
ある。

【００４６】この装置は、真空装置（３２）と高周波電
源から成っている。真空装置（３２）は真空槽内に設け
られた、基板ホルダー（３３）、マグネトロンカソード
（３７）、真空槽の排気を行い、真空槽の真空度を調節
するための排気バルブ（３６）、真空槽にガスを導入す
るためのバルブＡ（３４）、バルブＢ（３８）、及び、
バルブＡ（３４）、バルブＢ（３８）から導入されるガ
スの量をそれぞれ調節するためのマスフロ−コントロ−
ラ−Ａ（３５）、マスフロ−コントロ−ラ−Ｂ（３９）
から構成されている。また、高周波電源は真空槽内に高
周波を印加するものである。

【００４７】この装置を用いて、金型母材をＷＣ、保護
膜をＢＮとした構成の金型を本発明の方法で作製する方
法を説明する。

【００４８】まず、十分に洗浄し、表面を鏡面研磨した
金型母材（３１）（本実施例ではＷＣ）を基板ホルダ−
（３３）にセットする。

【００４９】真空槽を１×１０~⁶Ｔｏｒｒまで排気し、
その後、バルブＡ（３４）を開き、水素とアルゴンの混
合気体（水素３０％）をマスフロ−コントロ−ラ−Ａ
（３５）で３００ｃｃ／ｍｉｎ導入し、排気バルブ（３
６）を調節して真空槽を０．１Ｔｏｒｒにする。この状
態でＢＮより成るマグネトロンカソ−ド（３７）を接地
し基板ホルダ−（３３）を浮かして高周波を１０分間１
００Ｗ印加して、放電により水素とアルゴンの混合プラ
ズマを形成する。

【００５０】水素とアルゴンの混合プラズマは金型母材
（３１）に照射し、その表面の有害な自然酸化膜が除去
される。またこの時、同時に微小なゴミも除去される。

【００５１】この後、真空槽を大気に戻すことなく、バ
ルブＡ（３４）を閉じ、一旦、排気バルブ（３６）を全
開にして真空槽内を５×１０~⁶Ｔｏｒｒ以下まで排気す
る。次に、バルブＢ（３８）を開きアルゴンをマスフロ
−コントロ−ラ−Ｂ（３９）で５００ｃｃ／ｍｉｎ導入
し、再び排気バルブ（３６）を調節して、真空槽内を
０．００５Ｔｏｒｒにする。

【００５２】この状態でマグネトロンカソ−ド（３７）
を浮かし、基板ホルダ−（３３）を接地して高周波を３
００Ｗ印加し、放電によりアルゴンプラズマを用いてＢ
Ｎをスパッタリングで金型母材の表面に形成する。膜厚
は１８００Ａでこれを保護膜とする。

【００５３】この一連の工程に於て金型母材は全く酸素
の存在する空間にさらされないため、金型母材表面と保
護膜の間には自然酸化膜は形成されない。

【００５４】次に得られた金型を用いて成形を行った結
果について説明する。ガラスの素材としてＳｉＯ₂−Ｐ
ｂＯ−Ｒ₂Ｏ系ガラス（転移点：４４３℃）を用いて、
リヒ−トプレス法によって成形を繰り返し金型の耐久性
を調べた。尚、成形は窒素雰囲気において、成形温度５
００℃で、加圧成形を行った。（圧力：５０ｋｇ／ｃｍ
²、加圧時間：４０秒）。

【００５５】比較例として、上記の水素とアルゴンの混
合気体の代わりにアルゴンを導入し、自然酸化膜除去を
行わなかった金型を用い、上記の成形と同様に成形を繰
り返し金型の耐久性を調べた。その結果、表３に示すよ
うに本発明の金型の方が、ガラスとの離型性がよく、耐
久性のすぐれたものであることが確認された。

【００５６】

【表３】

【００５７】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、金型表面
のクリーニングと保護膜の作製を真空状態で継続して行
うことにより、金型とガラスの融着の大きな原因である
自然酸化膜がない金型保護膜を有する金型が得られ、加
圧成形時の金型とガラスの融着を防止することができ、
金型の寿命が伸びる。また、金型母材と保護膜の密着性
を良くするための前加工を必要とせず、金型母材と保護
膜の材料を広範囲に適宜選定することができる。さらに
成膜工程で一括して行うため、コストダウンが実現でき
る。

【００５８】また、前記クリーニングを、水素または水
素と不活性ガスの混合気体のプラズマまたはそれらのイ
オンの照射とすれば、有害な自然酸化膜を化学的に還元
して水の分子として除去するため、クリーニングの効果
が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における光学レンズ用金型
の製造装置の断面図

【図２】本発明の第２実施例における光学レンズ用金型
の製造装置の断面図

【図３】本発明の第３実施例における光学レンズ用金型
の製造装置の断面図

【符号の説明】

１１、２１、３１ 金型母材 １２、３２ 真空装置 ２２ 成膜室

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型母材に保護膜を設ける光学レンズ用
   金型の製造方法において、 真空条件下で金型母材表面のクリーニングを行い、その
   後真空を保ったままで金型母材表面に保護膜の成膜を行
   うことを特徴とする光学レンズ用金型の製造方法。
2. 【請求項２】 前記クリーニングは、水素または水素と
   不活性ガスの混合気体のプラズマまたはそれらのイオン
   の照射であることを特徴とする請求項１記載の光学レン
   ズ用金型の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１乃至請求項２記載の光学レンズ
   用金型の製造方法で製造される光学レンズ用金型。