JPH08208245A - 光学素子成形型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は耐久性が有り、かつ、成形型の成形
面が十分に滑らかである成形型の製造方法を提供するこ
とを目的としている。 【構成】 本発明は、型母材の成形面に純白金膜を備え
て成る光学素子成形型の製造方法において、その型母材
の成形面側を所望の形状に研磨または研削して加工する
型母材加工工程と、型母材加工後、型母材の成形面側に
純度９９．９重量％以上の純白金膜を成膜する白金成膜
工程と、白金成膜工程後、高温、高真空下で純白金膜を
硬化処理する加熱硬化処理工程と、型母材に成膜された
純白金膜の最表面部を表面粗さをＲｍａｘ１００Å以下
に平滑化する白金膜平滑化工程とから行うこととした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精度プレス成形によ
って、研削、研磨を必要としない光学素子を製作する際
に用いられる成形型の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラスをプレス成形することにより光学
素子を得ようとする試みは、近年かなりの成果を上げて
きている。特に、化学的、熱的性質が多岐にわたる種々
のガラスをプレス成形するためには、成形用の型の材料
の選択がキーポイントとなる。従って、型材料の開発に
も多くの英知が結集された結果、様々な材料がプレス成
形用に使用されてきており、それなりの結果が得られて
いるようである。例えば、特開昭６０−２４６２３０号
では、超硬合金の母材上に貴金属合金膜を被覆した。こ
の貴金属合金膜は白金｛Ｐｔ（６０〜９９重量％）｝
と、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジ
ウム（Ｐｄ）、ロージウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒ
ｕ）からなる群より選ばれた少なくとも一つの物質との
貴金属合金膜であるものが開示されている。また、特開
平４−８３７２１号には、ＳｉＣ母材上に、ＳｉＣの中
間層を形成し、その上に純白金膜を５０Å以下の層厚で
成膜して成るものが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上に挙げられたこれ
らの成形用の型はいずれも、プレス成型時におけるガラ
スと成形型との融着の対策のために開発されたものであ
り、ガラスとの濡れ性の悪い貴金属を成形面に配設する
ことによってその効果を期待したものである。しかしな
がら、特開昭６０−２４６２３０号に開示されている成
型型では、母材として用いている超硬合金の中にコバル
ト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）な
どの結合剤を含んでいるため、長期間に渡って成形を繰
り返すと、これらの金属が貴金属合金の膜を通って拡散
するため、ガラスと反応しやすくなるという欠点があっ
た。

【０００４】また特開平４−８３７２１号に開示されて
いる型材料では、リンなどが含まれているガラスに対し
て、成形圧力が高い場合には、成形を繰り返すうちにや
はり融着反応を起こすことがあるという欠点があった。
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、
耐久性が有り、かつ、成形型の成形面が十分に滑らかで
ある型材料を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記のような問題点を解
決するために鋭意研究した結果、型母材の成形面に純白
金膜を備えて成る光学素子成形型の製造方法において、
その型母材の成形面側を所望の形状に研磨または研削し
て加工する型母材加工工程と、型母材加工後、型母材の
成形面側に純度９９．９重量％以上の純白金膜を成膜す
る白金成膜工程と、白金成膜工程後、高温、高真空下で
純白金膜を硬化処理する加熱硬化処理工程と、型母材に
成膜された純白金膜の最表面部を表面粗さをＲｍａｘ１
００Å以下に平滑化する白金膜平滑化工程とから行うこ
ととした（請求項１記載の発明）。更に、本発明では母
材加工工程と白金成膜工程との間に、母材の成形面側の
面に緻密な炭化ケイ素（ＳｉＣ）層を成膜する中間層成
膜工程を行うことが好ましい（請求項２記載の発明）。

【０００６】また、本発明の母材加工工程においては、
炭化ケイ素（ＳｉＣ）焼結体又はバインダーレス炭化タ
ングステン（ＷＣ）超硬合金である母材の加工を行うこ
とが好ましい（請求項３記載の発明）。また、本発明の
白金膜成膜工程においては、スパッタリング法又はイオ
ンプレーティング法によって純白金膜を成膜することが
好ましい（請求項４記載の発明）。更に、本発明の白金
膜成膜工程においては、５００Å以上５０００Å以下の
純白金膜を成膜する工程であることが好ましい（請求項
５記載の発明）。

【０００７】また、本発明では白金膜平滑化工程におい
ては、純白金膜の最表面を遊離砥粒でもって研磨加工す
ることが好ましい（請求項６記載の発明）。更に、本発
明では白金膜平滑化工程において、純白金膜の最表面を
イオンビーム法により平滑化加工することが好ましい
（請求項７記載の発明）。以上のとおりの光学素子の成
形型の製造方法を行うことによって、上記問題点を解決
できることを見出し、本発明を成すに至った。

【０００８】

【作用】本発明によれば、型母材として、炭化ケイ素
（ＳｉＣ）焼結体と、そのＳｉＣ焼結体の成形面側の表
面に緻密なＳｉＣ層（例えばＣＶＤ法によって形成す
る）を有するセラミックス、又は、焼結して所望の形状
にした炭化タングステン（ＷＣ）超硬合金を用い、その
成形面を精研削加工、研磨加工によって所望の形状に加
工した後、スパッタリング法或いはイオンプレーティン
グ法等によって純度９９．９重量％以上の純白金膜を５
００〜５０００Åの厚さで成膜する。さらに、この型を
高温、高真空下で処理することにより、純白金膜を硬化
させた後、除去加工によって、最表面部をＲｍａｘ１０
０Å以下に仕上げる。

【０００９】この様にすることによって、耐熱性と、型
としての十分な形状精度と表面粗さと、非融着性をかね
備えた、耐久性のある型を提供できるようになった。す
なわち、ガラスの成形型には高温下で大きな加重が加え
られるため、ガラス成形型として、耐熱性および耐熱衝
撃性が求められる。よって、成形用型としての耐熱性お
よび耐熱衝撃性の向上については、ＳｉＣ焼結体等のセ
ラミックスまたはバインダーレスＷＣ超硬合金を用いる
ことによって向上を図った。このバインダーレスＷＣ超
硬合金は、この合金中にコバルトやモリブデンなどの金
属がほとんど含まれていないものである。また、成形面
の面精度については、成形用型の成形側の表面を研削加
工、研磨加工をすることによって、成形型に求められる
形状や表面粗さを得ることができる。

【００１０】これらの母材は、コバルト（Ｃｏ）、ニッ
ケル（Ｎｉ）そしてモリブデン（Ｍｏ）を含んでいない
ため、後工程で被覆される純白金膜中に拡散しガラスと
反応するという恐れが無くなる。母材の成形面には必要
に応じ、緻密なＳｉＣ層を成膜する。そして、成膜した
ＳｉＣ層を精研削、研磨加工を施す。

【００１１】この緻密なＳｉＣ層を設けるか否かは、所
望の光学素子の要求表面粗度によって選択すればよい。
また、このＳｉＣ層を設けることによって、母材と純白
金との密着性を向上する事が出来る。このＳｉＣ層を成
膜しない場合は、母材の成形面の表面を精研削、研磨加
工する。次に、９９．９重量％以上の純度を有した純白
金膜の成膜を行った。ＳｉＣ層の成膜を行わなかった場
合には、母材に直接成膜を行う。

【００１２】ところで、純白金膜の膜厚は５００〜５０
００Åの範囲で行う。この膜厚については、５００Å未
満になると、後加工の平滑化工程によって膜厚が薄くな
りすぎるため、ガラスをプレス成形中に、純白金が剥が
れ落ちしまい、母材がむき出しになりやすくなる。も
し、母材がむき出しになり、そのまま、続けてプレス成
形してしまうと所望の形状にガラスをプレスすることが
出来なくなってしまい、さらには、そのガラス自体に多
大なダメージを与えてしまう。また、純白金が剥がれ落
ちなくとも、ガラスのプレス成形中に母材の成分が拡散
して、ガラスと融着反応が起きてしまう恐れがある。

【００１３】また、膜厚が５０００Åより厚くなってし
まうと、この純白金膜を成膜した後に行う加熱工程中
に、純白金膜の粒状化が起きているため、純白金膜の表
面が粗くなる。膜厚が厚くなるにつれ、粒状化によって
出来た粒が肥大する傾向がある。よって、以上のことか
ら、粒状化した表面がこのあとに行う白金膜平滑化行程
で、純白金膜の表面粗さが解消しきれないほどの大きさ
に肥大化するのを防ぐため、５０００Å以下の膜厚とし
た。また、成膜に要する時間と後加工の安定性とを考慮
した場合、１０００〜２０００Åの範囲ならば、より好
ましい。

【００１４】ところで、この純白金膜の成膜する方法と
しては、イオンプレーティング法若しくはスパッタリン
グ法で成膜する。これらの成膜する方法は、真空蒸着法
に比べ、純白金膜と母材または母材と純白金膜との間に
成膜したＳｉＣ層との密着性が良好になる。ガラスの成
形型では、成形している途中で純白金膜が剥がれ落ちる
ことを防がなくてはならない。よって、成膜した膜と母
材との密着性の高いイオンプレーティング法またはスパ
ッタリング法を利用する。

【００１５】次には、純白金膜を成膜した成形型に高温
・高真空下で純白金膜を硬化させる加熱硬化処理を行
う。この処理により、純白金膜の硬度が処理前より数段
向上する。よって、成形面の表面にキズが入りにくくな
り、成形面として十分な硬度を持たせることができる。
しかしながら、この加熱硬化処理を行うと純白金膜表面
の粗度は若干低下してしまう。よって、加熱硬化処理後
の成形型は、所望の光学素子の表面粗度が得られなくな
っている。そのために、最表面層を研磨等により除去加
工して表面粗さを滑らかにし、成形型の改善を行う。こ
の時の加工除去層は純白金膜の膜厚にもよるが、３００
〜１０００Å程度除去される。除去加工法としては遊離
砥粒による超微少量研磨加工、又はイオンビームによる
除去加工によって行われる。

【００１６】以上の様な超微小量研磨加工、または除去
加工法を用いて、純白金膜の表面粗さは、Ｒｍａｘ１０
０Å以下に仕上げる。成形型によりプレス成形したガラ
ス表面の粗さは、型の粗さとほぼ等しくなるため、通常
の研磨したガラス相当の粗さが型の表面にも求められ
る。透過型の光学素子は、表面粗さが粗くなることによ
って、光学素子の透過率の低下やフレアーの発生を招い
てしまう。純白金膜の表面粗さＲｍａｘが１００Åより
大きい場合、これで成形した光学素子は、以上に述べた
現象が顕著に現れ、光学特性があまり良くないものであ
った。だが、表面粗さが１００Å以下のものではその光
学特性が優れた光学素子が得られた。

【００１７】通常の白金の薄膜においては、その最表面
層のみを微少量除去加工することによって表面粗さを向
上させることは不可能であった。しかし、本発明では加
熱硬化処理により硬度を向上させたことと、超微少量の
研磨加工の実現及び、イオンビームによる極低速度の表
面除去加工によって、所望の加工、表面粗さ向上を達成
することができた。

【００１８】又、加熱硬化処理により安定化した膜は、
プレス成型時の加熱サイクルを繰り返し受けた後も、安
定状態が保たれるため、硬度、表面粗さ共、長期間維持
される。以下に実施例によって、本発明を更に詳しく述
べるが、本発明はこれに限られるものではない。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の実施例１により製造した型
の断面図である。実施例１では、外径２５ｍｍ、高さ３
０ｍｍのＳｉＣ焼結体１ａの成形面を粗研削加工した。
ここで行う加工法としては、タイヤ型の砥石を用い、成
形型の成形面を回転させながら、ＮＣ制御により砥石を
二次元的に駆動させて研削した。

【００２０】ここでＳｉＣ焼結体を母材として使用した
のは、この材料は高精度な鏡面は得やすいという利点が
あり、かつ、融点が高く、硬度が非常に高い物質である
ためである。また、このＳｉＣ焼結体は、熱衝撃性も高
いのでガラス成形用の型母材としては得って付けの材料
である。研削後は、ＣＶＤ法によりＳｉＣ膜１ｂを３０
０μｍの厚さに成膜した。成膜後は、膜表面を精研削加
工を行い、その後、弾性ポリシャを用いて、遊離砥粒に
よって研磨加工した。この時に行う精研磨加工について
は、先に述べた粗研削加工と同じ方式で行った。しか
し、使用した砥石については、粗研磨加工時に使用した
砥石より、粒度が小さいものを使用した。この時に使用
した研磨装置としては、オスカー研磨機を用いた。その
ほかには、球心揺動研磨機、ＮＣ研磨機が有るがこれら
装置を用いても構わない。この様にして、成膜したＳｉ
Ｃ膜表面を精研削加工、研磨加工によって形状誤差０．
２μｍ、表面粗さＲｍａｘ５０Å以下に加工した。

【００２１】そして、研磨加工した表面上にスパッタリ
ング法により、純白金（純度９９．９重量％以上）薄膜
１ｃを膜厚２０００Åの厚さに成膜した。成膜後、この
成形型を真空炉の中に設置し、真空度５×１０^-5Ｔｏｒ
ｒで成形型に加熱硬化処理を行った。その加熱スケジュ
ールを図２に示す。加熱スケジュールについては、加熱
開始からは、室温から８００℃まで、徐々に１５分間掛
けて加熱する。加熱開始１５分後は、８００℃の温度の
まま、６０分間温度を保持する。そして、加熱開始から
７５分後は、８００℃から室温になるまで、自然に徐冷
して、室温まで下げる。この様にして、加熱硬化処理を
行った成形型を数個製作して純白金膜表面の粗さを計測
した結果、表面粗さＲｍａｘ３００〜５００Åとなって
いた。この表面粗さでは、高性能な透過型のガラス光学
素子の成形用型として使用するには十分ではないため、
更にこの最表面を遊離砥粒により研磨加工を行った。

【００２２】この研磨加工法には、砥粒として１μｍ以
下の粒子のダイヤモンド砥粒を用いた。そして、純水に
５重量％の濃度でダイヤモンド砥粒を撹拌させて研磨水
を作成し、その研磨水を含まして、ポリウレタンの研磨
パッドを用いて研磨加工を行った。研磨時間は１５分間
行った。この様にして白金膜を平滑化する加工を行った
成形型の純白金膜の表面粗さＲｍａｘは、１００Å以下
に仕上げた。

【００２３】この成形型を使用して、ガラスレンズの成
形を行った。成形したレンズの硝種はＢＳＣ７、ＤＦ
５、およびＣ１０の３種類であったが、いずれの結果
も、１０００回成形を繰り返した後でもガラスと融着す
ることがなく、また表面粗さも悪化することがなかっ
た。ところで、実施例１では、ＳｉＣ焼結体の成形面を
粗研削加工した後、ＳｉＣ膜を成膜した。しかしなが
ら、本実施例では、ＳｉＣ焼結体の成形面を精研削加工
をし、高精度鏡面にして直に純白金膜を成膜することで
も構わない。

【００２４】だが、ＳｉＣ焼結体は、焼結後、ポーラス
状態となっていので、ＳｉＣ焼結体に直に純白金膜を成
膜する場合は、ＳｉＣ焼結体の成形面表面を十分に滑ら
かになるように精研削加工をし、高精度鏡面を得なけれ
ばならない。よって、実施例１の様に成形型を製造する
ことで、ＳｉＣ焼結体の粗さを粗研削加工によりある程
度滑らかにし、そして、ＣＶＤ蒸着法によりＳｉＣ層を
形成して、精研削加工を施すことで、ＳｉＣ焼結体を高
精度鏡面に研削する場合より、容易に成形面の高精度鏡
面が得られる。 （実施例２）図４は本発明の実施例２により製造した成
形型の断面図である。外径２５ｍｍ、高さ３０ｍｍのバ
インダーレスＷＣ超硬合金４ａを母材として用いた。こ
の母材は結合剤がほとんど含まれていないＷＣ超硬合金
であって、特にコバルトやモリブデンなど含有量が極め
て微少である。そして、この母材の成形面側の面を、精
研削加工、研磨加工によって形状誤差０．２μｍ、表面
粗さＲｍａｘ５０Å以下に加工した。この表面にイオン
プレーティング法により、純度９９．９重量％以上の純
白金膜４ｂを膜厚１０００Åの厚さに成膜した。

【００２５】次に、この成形型を真空炉の中に設置し、
真空度５×１０^-5Ｔｏｒｒで加熱硬化処理を行った。加
熱加工処理の加熱スケジュールについては、実施例１と
同じなので、ここでの説明は省略する。この加熱加工処
理を行った成形型を数個製作した。これらの成形型の純
白金膜表面の粗さを計測した結果、表面粗さＲｍａｘが
２００〜４００Åとなっていた。

【００２６】ところで、この時点での表面粗さが、実施
例１での表面粗さより滑らかになっているのは、純白金
膜を成膜した厚さが薄いためだと考えられる。ところ
で、この表面粗さでは、高性能な透過型のガラス光学素
子の成形用型として使用するには十分でなく、さらにこ
の最表面をイオンビームを用いて除去加工を行った。イ
オンビームによる加工条件は、ビーム径がφ１０のイオ
ンガンを使用し、型の表面全面を走査し、１５分間加工
を施した。この様にして成形型の純白金膜表面の表面粗
さをＲｍａｘ５０Å以下に仕上げた。

【００２７】この型を使用して、ガラスレンズの成形を
行った。成形したレンズの硝種はＢＳＣ７、Ｆ８、およ
びＬＡＦ１１１の３種類であるが、いずれの結果も、１
０００回成形を繰り返した後でもガラスと融着すること
がなく、また表面粗さも悪化することがなかった。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、いままで長期間使用す
ると融着が発生することが不可避であった成形用型材料
として好適な型を提供することができる。本発明により
製造した型は、ガラスのプレス成形に使用した場合、種
々のガラスに対して、融着の発生しない、かつ、表面の
安定した耐久性のある型材料として、長期間使用するこ
とができ、その結果、高性能な透過型光学素子の成形に
よる製作を、より安価に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、第１実施例の型の断面図である。

【図２】は、純白金膜の加熱硬化処理の加熱スケジュー
ルの説明図である。

【図３】は、第１実施例の型を用いた成形時の型構造の
概略断面図である。

【図４】は、第２実施例の型の断面図である。

【符号の説明】

１．．．成形型 １ａ．．ＳｉＣ焼結体 １ｂ．．ＳｉＣ膜 １ｃ．．純白金膜 ２．．．成形用ガラス素材 ３．．．スリーブ ４．．．成形型 ４ａ．．ＷＣ超硬合金 ４ｂ．．純白金膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝沢 英樹 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 型母材の成形面に純白金膜を備えて成る
   光学素子成形型の製造方法において、 前記型母材の成形面側を研磨または研削し、所望の形状
   に加工する型母材加工工程と、 前記型母材加工行程後、前記型母材の成形面側に純度９
   ９．９重量％以上の純白金膜を成膜する白金成膜工程
   と、 前記白金成膜工程後、高温、高真空下で前記純白金膜を
   硬化処理する加熱硬化処理工程と、 前記型母材に成膜された前記純白金膜の最表面部を表面
   粗さをＲｍａｘ１００Å以下に平滑化する白金膜平滑化
   工程とからなることを特徴とする光学素子成形型の製造
   方法。
2. 【請求項２】 前記母材加工工程と前記白金成膜工程と
   の間に、前記母材の成形面側の面に炭化ケイ素（Ｓｉ
   Ｃ）層を成膜する中間層成膜工程を行うことを特徴とす
   る請求項１記載の光学素子成形型の製造方法。
3. 【請求項３】 前記母材加工工程は、炭化ケイ素（Ｓｉ
   Ｃ）焼結体又はバインダーレス焼結炭化タングステン
   （ＷＣ）超硬合金である母材の加工を行うことを特徴と
   する請求項１または２記載の光学素子成形型の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記白金膜成膜工程は、スパッタリング
   法又はイオンプレーティング法によって成膜することを
   特徴とする請求項１記載の光学素子成形型の製造方法。
5. 【請求項５】 前記白金膜成膜工程は、５００Å以上５
   ０００Å以下の純白金膜を成膜する工程であることを特
   徴とする請求項１または４記載の光学素子成形型の製造
   方法。
6. 【請求項６】 前記白金膜平滑化工程は、前記純白金膜
   の最表面を遊離砥粒でもって研磨加工することを特徴と
   する請求項１記載の光学素子成形型の製造方法。
7. 【請求項７】 前記白金膜平滑化工程は、前記純白金膜
   の最表面をイオンビーム法により平滑化加工することを
   特徴とする請求項１記載の光学素子成形型の製造方法。