JPH08708B2 - 光学素子成形用型 - Google Patents

光学素子成形用型

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JPH08708B2
JPH08708B2 JP63308757A JP30875788A JPH08708B2 JP H08708 B2 JPH08708 B2 JP H08708B2 JP 63308757 A JP63308757 A JP 63308757A JP 30875788 A JP30875788 A JP 30875788A JP H08708 B2 JPH08708 B2 JP H08708B2
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潔 山本
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
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    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • C03B11/084Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor
    • C03B11/086Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor of coated dies
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03B2215/00Press-moulding glass
    • C03B2215/02Press-mould materials
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    • C03B2215/10Die base materials
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光学素子成形用型に関し、特に高温での離型
性が良好で容易に高精度を実現できしかも耐久性良好な
光学素子成形用型に関するものである。
[従来の技術] 一般に、レンズ、プリズム、ミラー及びフィルタ等の
光学素子は、ガラス等の素材を研削して外形を所望の形
状とした後に、機能面即ち光が透過及びまたは反射する
面を研磨して光学面とすることにより製造されている。
以上の様な光学素子の製造においては、研削及び研磨
により所望の表面精度を得るためには、熟練した作業者
が相当の時間加工を行なうことが必要であった。また、
機能面が非球面である光学素子を製造する場合には、一
層高度な研削及び研磨の技術が要求され且つ加工時間も
長くならざるを得なかった。
そこで、最近では、上記の様な伝統的な光学素子製造
方法に代って、所定の表面精度を有する成形用型内に光
学素子材料を収容して加熱しながら加圧するプレス成形
にて直ちに機能面を含む全体的形状を形成する方法が行
なわれる様になってきている。この方法は、機能面が非
球面である場合でさえも比較的簡単且つ短時間に成形で
きるものであり、光学素子の連続製造に適する。
以上の様なプレス成形において使用される型に要求さ
れる性質としては、十分な硬度、良好な耐熱性、良好な
鏡面加工性及び成形時において光学素子材料と融着を起
さないこと等があげられる。
そこで、従来、この様なプレス成形用型部材としては
金属、セラミックス、及びこれらに適宜の材料をコーテ
ィングした材料等、数多くの提案がされている。例え
ば、特開昭60−176930には酸化ジルコニウムに貴金属を
コーティングした材料が、特開昭63−103836には超硬合
金に貴金属や希金属をコーティングした材料が、又特開
昭63−134526には各種母材にPt−Niをコーティングした
材料が提案されている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記従来例では、Pt合金中のPtとガラ
ス中のPbが反応しPb−Pt合金が形成されることにより、
型成形面の鏡面性が低下し、成形されたガラス表面の粗
さが増し散乱性の表面になってしまう。また、Pt−Ir合
金等では硬度も、ガラス成形用型としては十分でないた
め機械的耐久性に劣る。
従って、本発明の目的は、高温での離型性が良好であ
り、容易に高精度の光学素子を得ることができ、しかも
型の耐久性が良好な光学素子成形用型を提供することに
ある。
[課題を解決するための手段] 本発明に従って、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、型母材の少なく
とも成形面に、(a)白金、(b)チタン(Ti)または
ケイ素(Si)並びに(c)窒素よりなる混合膜が被覆さ
れており、(b)のTiまたはSiの含有率が10〜35原子%
かつ(c)の窒素の含有率が10〜35原子%であることを
特徴とする光学素子成形用型が提供される。
型母材としては、超硬合金の他、鏡面性、耐久性に優
れたセラミックス材料が挙げられる。
上記混合膜は、3種類の元素により合金状態あるいは
合金と化合物との混合状態が形成されていると思われ
る。このPtに金属または半導体、Nが加わった上記混合
膜はPt単独の膜に比べ硬度が高く、優れた耐久性を有し
ている。
本発明の光学素子成形用型を製造するには、例えばス
パッタ法によりPtターゲット上に金属または半導体を配
置しさらにN2ガスを導入して、型母材上に混合膜を形成
する。
[実施例] 本発明を実施例により説明する。
実施例1 本発明の光学素子成形用型の製造に用いた装置を第3
図に示す。
図中、10は真空槽、11は白金(Pt)ターゲット、12は
Ptターゲット上に配置したSiウェハー、13は基板ホルダ
ー、14は型母材、15は基板加熱ヒーター、16はスパッタ
用Arガス導入口、17は反応用N2ガス導入口、18は真空排
気口、19はシャッター、20はターゲットへ印加する高周
波電源、21は基板バイアス用直流電源である。
Pt・Si・N混合膜を形成する時は、有機溶剤により表
面を清浄にした型母材14をその膜形成面をPtターゲット
11に向け基板ホルダー13に配置し、Ptターゲット11上に
Pt・Si・N混合膜のSi成分となるSiウェハー12を所定量
載せる。
その後、排気口18より真空排気して5×10-6Torr程度
の真空にするとともに基板加熱ヒーター15により型母材
14を300℃に昇温する。
つぎに、スパッタ用ArガスをArガス導入口16から4×
10-3Torr迄、N2ガスをN2ガス導入口17から2×10-3Torr
(全圧で6×10-3Torr)迄導入し、基板バイアス用電源
21により基板に100vの負電圧を印加、高周波電源20によ
りターゲット11に1.5kwの電力を印加して放電開始後、
シャッター19を開けて成膜を開始する。
30分程のスパッタリングにより膜厚を1μm形成した
後、シャッターを閉じ、成膜を完了する。
Pt・Si・N混合膜の組成を変えるには、Ptターゲット
上に配置するSiウェハーの面積及び導入N2ガス圧を変え
ることにより行ない、膜厚を変えるには、成膜時間を変
えることにより行なう。
次に、Ptターゲット上に配置するSiウェハーの面積、
導入N2ガス圧を変えることにより、WC(90%)+Co(10
%)の型母材上に各種組成のPt・Si・N混合膜を被覆し
た。こうして得られたPt・Si・N混合膜におけるSi+N
含有量とヌープ硬度の関係を第4図に示す。
第4図から明らかな様に、Si+N量が20原子%未満で
あるとPt−Pb合金が生成してレンズにくもりが生じる傾
向があり、72原子%を越えるとレンズと型が融着を起こ
す傾向がある。従って、Si+N量が20〜72原子%(Pt量
が28〜80原子%)であることが好ましい。なお、Pt・Si
・N混合膜中のSiとNの原子%比は、X線マイクロアナ
ライザー分析結果からほぼ1:1であり、化学量論的組成
のSi3N4のSiとNの原子%比3:4よりSiリッチになってい
る。
従って、好ましいSi量、N量は共にほぼ10〜35原子%
である。
次に、本発明による光学素子成形用型によって硝子レ
ンズのブレス成形を行なった例について詳述する。下記
の第1表は実験に供した型材の種類を示す。
No.1〜3、9は比較材であり、No.4〜8は本発明では
提案する材料である。母材として超硬合金WC(90%)+
Co(10%)及び焼結SiCを使用した。上記の例に使用し
たレンズの成形装置を第5図に示す。
第5図中、51は真空槽本体、52はそのフタ、53は光学
素子を成形する為の上型、54はその下型、55は上型をお
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は下型をつき上げるつき上げ棒、60は
該つき上げ棒を作動するエアシリンダ、61は油回転ポン
プ、62、63、64はバルブ、65は不活性ガス流入パイプ、
66はバルブ、67はリークパイプ、68はバルブ、69は温度
センサー、70は水冷パイプ、71は真空槽を支持する台を
示す。
レンズを製作する工程を次に述べる。
まず、型の母材を所定の形状に加工し、レンズ成形面
を鏡面研磨する。次にスパッタリング法によりPt・Si・
N混合膜の被覆を形成する。膜厚は1μmとした。次に
フリント系光学硝子(SF14)を所定の量に調整し、球状
にした硝子素材を型のキャビティー内に置き、これを装
置内に設置する。
ガラス素材を投入した型を装置内に設置してから真空
槽51のフタ52を閉じ、水冷パイプ70に水を流し、ヒータ
ー58に電流を通す。この時窒素ガス用バルブ66及び68は
閉じ、排気系バルブ62、63、64も閉じている。尚油回転
ポンプ61は常に回転している。
バルブ62を開け排気をはじめ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。所定温度になったらエアシリン
ダ60を作動させて10kg/cm2の圧力で5分間加圧する。圧
力を除去した後、冷却速度を−5℃/minで転位点以下に
なるまで冷却し、その後は−20℃/min以上の速度で冷却
を行ない、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
れからフタ52を開け上型おさえをはずして成形物を取り
出す。
上記のようにして、フリント系光学硝子SF14(軟化点
Sp=586℃、転位点Tg=485℃)を使用して、第2図に示
すレンズ4を成形した。この時の成形条件すなわち時間
−温度関係図を第6図に示す。
次に成形したレンズの表面粗さ及び成形前後での型の
表面粗さを測定した。その結果を表2に示す。
次に融着、レンズのくもりをおこさないNo.1、6につ
いて同じ型を用いて200回の成形を行なった後表面粗さ
を測定した。その結果を表3に示す。
上述の表2、表3の結果から明らかなように本発明に
よる型材は硝子との離型性にすぐれ、くり返し使用して
も従来の型材に比較して表面の劣化が極めて少ない。
実施例2 Pt・Ti・N混合膜を超硬合金型母材上に被覆した成形
用型の実施例を示す。
被覆には実施例1と同様に第3図に示す装置を用い
た。但し、11をTiターゲット、12をTiターゲット上に配
置したPtシートに代えた。
Pt・Ti・N混合膜を形成する時は、有機溶剤により成
形面を鏡面研磨された超硬合金型母材14を清浄にし、そ
の膜形成面をTtターゲット11に向け基板ホルダー13に配
置し、Tiターゲット11上にPt・Ti・N混合膜のPt成分と
なるPtシート12を所定量載せる。
その後、排気口18より真空排気して5×10-6Torr程度
の真空にするとともに基板加熱ヒーター15により型母材
14を300℃に昇温する。
つぎに、スパッタ用ArガスをArガス導入口16から4×
10-3Torr迄、N2ガスをN2ガス導入口17から1×10-3Torr
(全圧で5×10-3Torr)迄導入し、基板バイアス用電源
21により基板に100vの負電圧を印加、高周波電源20によ
りターゲット11に1.5kwの電力を印加して放電開始後、
シャッター19を開けて成膜を開始する。
60分程のスパッタリングにより膜厚を1μm形成した
後、シャッターを閉じ、成膜を完了する。
Pt・Ti・N混合膜の組成を変えるには、Tiターゲット
上に配置するPtシートの面積及び導入N2ガス圧を変える
ことにより行ない、膜厚を変えるには、成膜時間を変え
ることにより行なう。
次に、Tiターゲット上に配置するPtシートの面積、導
入N2ガス圧を変えることにより、超硬合金{WC(90%)
+Co(10%)}の型母材上に各種組成のPt・Ti・N混合
膜を被覆した。こうして得られたPt・Ti・N混合膜にお
けるTi+N含有量とヌープ硬度の関係を第7図に示す。
第7図から明らかな様に、Ti+N量が20原子%未満で
あるとPt−Pb合金が生成してレンズにくもりが生じる傾
向がある。
[発明の効果] 本発明の特定組成のPt混合膜を被覆した型により、鉛
ガラス(SF14等)中のPbとPtの反応によるPb−Pt析出が
激減し、ガラス成形時の型表面劣化及び成形ガラスの白
濁化が防止されるとともに、Si、TiとNが加わることに
より膜硬度が大幅に向上し高耐久化が実現した。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明に係る光学素子成形用型の
一実施態様を示す断面図で、第1図はプレス成形前の状
態、第2図はプレス成形後の状態を示す。第3図は本発
明の型を製造するため使用したスパッタリング装置の模
式図である。第4図はPt・Si・N混合膜中のSi+N量−
ヌープ硬度関係図である。第5図は本発明に係る光学素
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
ある。第6図はレンズ成形の際の時間温度関係図であ
る。第7図はPt・Ti・N混合膜中のTi+N量−ヌープ硬
度関係図である。 1……型の母材、2……Pt・Si・N混合膜、 3……ガラス素材、4……成形されたレンズ、 10……真空槽、11……Ptターゲット、 12……Ptターゲット上に配置したSiウェハー、 13……基板ホルダー、14……型母材、 15……基板加熱ヒータ、16……Arガス導入口、 17……N2ガス導入口、18……真空槽排気口、 19……シャッター、 20……ターゲット用高周波電源、 21……基板バイアス用直流電源、 51……真空槽本体、52……フタ、 53……上型、54……下型、 55……上型おさえ、56……胴型、 57……型ホルダー、58……ヒーター、 59……つき上げ棒、60……エアシリンダ、 61……油回転ポンプ、62、63、64……バルブ、 65……流入パイプ、66……バルブ 67……流出パイプ、68……バルブ、 69……温度センサ、70……水冷パイプ、 71……台。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、型母材の少なくも成形
    面に、(a)白金、(b)チタン(Ti)またはケイ素
    (Si)並びに(c)窒素よりなる混合膜が被覆されてお
    り、(b)のTiまたはSiの含有率が10〜35原子%かつ
    (c)の窒素の含有率が10〜35原子%であることを特徴
    とする光学素子成形用型。
JP63308757A 1988-12-08 1988-12-08 光学素子成形用型 Expired - Lifetime JPH08708B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01111739A (ja) * 1987-10-27 1989-04-28 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk ガラス成形体の成形型

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