JPH09188536A

JPH09188536A - 光学素子成形用型及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09188536A
Application number: JP71796A
Authority: JP
Inventors: Keiji Hirabayashi; 敬二平林; Masaki Omori; 正樹大森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-01-08
Filing date: 1996-01-08
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで、膜の劣化や成形ガラスの表面粗
さの劣化を生じない光学素子成形用型の製造方法、及び
該方法により製造された光学素子成形用型を提供する。【解決手段】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表面に、加速エネルギーが、５Ｋｅ
Ｖ以上のイオンビーム蒸着法を用いて窒化ホウ素膜を形
成し、次いで該窒化ホウ素膜表面に、加速エネルギー
が、５ＫｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用いて硬質炭
素膜を形成することによる光学素子成形用型の製造方
法、及び該方法により製造された光学素子成形用型。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【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、近来レンズの
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。

【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、数多くの提案がな
されている。いくつかの例を挙げるならば、特開昭４９
−５１１１２号公報には１３Ｃｒマルテンサイト鋼が、
特開昭５２−４５６１３号公報にはＳｉＣ及びＳｉ₃ Ｎ
₄ が、特開昭６０−２４６２３０号公報には超硬合金に
貴金属をコーティングした材料が、また特開昭６１−１
８３１３４、６１−２８１０３０、特開平１−３０１８
６４号公報にはダイヤモンド薄膜もしくはダイヤモンド
状炭素膜、特開昭６４−８３５２９号公報には硬質炭素
膜をコーティングした材料が提案されている。また、特
公平２−３１０１２号公報には、レンズまたは型のどち
らか一方に５〜５００ｎｍの炭素膜を形成することが提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ は一般的に酸化されにくいとされているが、高
温では酸化が起こり、表面にＳｉＯ₂ が形成され、ガラ
スの融着が生じる。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、極めて軟らかいため傷がつき易く
変形し易いという欠点を持つ。

【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。

【０００６】また、更に一般的にダイヤモンド状炭素
膜、ａ−Ｃ：Ｈ膜、硬質炭素膜を用いた型は、型とガラ
スとの離型性が良く、ガラスとの融着を起こさないが、
成形操作を数百回以上繰り返して行うと、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。

【０００７】この理由として以下のことが考えられる。

【０００８】前述のダイヤモンド状炭素膜、ａ−Ｃ：Ｈ
膜、硬質炭素膜は、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−急冷却に伴う
応力解放の結果として剥離、クラック等が生じる。ま
た、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膜の剥離及びクラックが発生す
る。

【０００９】また、特公平２−３１０１２号公報の実施
例で用いられている形成方法（真空蒸着法）で得られる
炭素膜は、一般的には膜と基体との密着力が弱く、成形
中に膜が剥離する等の、耐久性に問題がある場合があ
る。

【００１０】更に、本発明者らによる特開平６−７２７
２８号公報によれば、高イオンエネルギーの炭素イオン
ビームを用いて、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一種類以上の元素より
なるミキシング層を形成することにより、膜の剥離及び
クラックの発生を生じない型を製造する方法が記載され
ている。この特開平６−７２７２８号公報記載の方法
は、他の光学素子成形用型の製造方法に比べて好適な方
法であるが、更なる型の耐久性向上が望まれていた。

【００１１】

【課題を解決する手段】本発明は上記問題点に鑑み成さ
れたもので、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
少なくとも成形面表面に、加速エネルギーが、５ＫｅＶ
以上のイオンビーム蒸着法を用いて窒化ホウ素膜を形成
し、次いで該窒化ホウ素膜表面に、加速エネルギーが、
５ＫｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用いて硬質炭素膜
を形成することを特徴とする。

【００１２】また、本発明は、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表面に中間層を形成
し、次いで該中間層の表面に、加速エネルギーが、５Ｋ
ｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用いて窒化ホウ素膜を
形成し、次いで該窒化ホウ素膜表面に、加速エネルギー
が、５ＫｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用いて硬質炭
素膜を形成することを特徴とする。

【００１３】更に、本発明は前記、中間層がＴｉ，Ｔ
ａ，Ｓｉの炭化物、窒化物及び炭窒化物からなる群から
選ばれたの少なくとも一種類以上の化合物または混合物
よりなることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の光学素子成形用型は、上記
製造方法で製造されたことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の作用を本発明をな
すに際して得た知見と共に説明する。

【００１６】本発明者は、従来の光学素子成形用型の問
題点に鑑み、硬質炭素膜と型母材の密着力を向上させる
ため中間層材質及びその製造方法を詳細に検討してその
関与を明らかにすることができたものである。

【００１７】すなわち、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表面に、加速エネルギーが
５ＫｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用いて窒化ホウ素
膜を形成し、次いで該窒化ホウ素膜表面に、加速エネル
ギーが、５ＫｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用いて硬
質炭素膜を形成することにより、ガラスとの融着がな
く、型耐久性の高い、光学素子成形用型を実現したもの
である。

【００１８】本発明者は、型母材表面に種々の薄膜を形
成し、その薄膜上に硬質炭素膜を形成し、該硬質炭素膜
の密着力向上を検討した。その結果、加速エネルギー
が、５ＫｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用いて形成し
た窒化ホウ素膜を少なくとも型母材表面に形成し、次い
でその表面に、加速エネルギーが、５ＫｅＶ以上のイオ
ンビーム蒸着法を用いて硬質炭素膜を形成することによ
り、硬質炭素膜の型母材との密着力が大幅に向上するこ
とが見いだされた。この効果については以下のことが考
えられる。通常、硬質炭素膜を型母材（一般的には超硬
基材が用いられる）上に形成すると、硬質炭素膜と型母
材との間で大きな応力が発生し、これが膜密着力の低下
の原因となる。これに対し、窒化ホウ素は、窒素とホウ
素よりなる化合物であるが、窒素とホウ素は炭素と原子
番号が近いため原子半径が炭素と近い。このため、窒化
ホウ素膜上に硬質炭素膜を形成する際に、窒化ホウ素膜
と硬質炭素膜の界面で、膜の歪みや応力がほとんど発生
しない。このため、窒化ホウ素膜上には硬質炭素膜が高
い密着力で形成することができる。なお、窒化ホウ素膜
は、一般的な金属薄膜や金属窒化物、金属炭化物薄膜に
比べれば型母材との密着力は多少劣るものの、特に加速
エネルギーが５ＫｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用い
て形成した場合、硬質炭素膜に比べ非常に良好な膜密着
力が得られる。

【００１９】本発明の光学素子成形用型の模式的断面図
を図１に示す。図１中、１は型母材、２は窒化ホウ素
膜、３は硬質炭素膜である。また、本発明の光学素子成
形用型の別の模式的断面図を図２に示す。図２中、２１
は型母材、２２は中間層、２３は窒化ホウ素膜、２４は
硬質炭素膜である。図１及び図２では、凸面レンズ成形
用型を示したが、本発明では、凸面レンズ成形用型に限
定されるものでなく、凹面レンズ成形用型、非球面レン
ズ成形用型、シリンドリカルレンズ成形用型等にも使用
可能である。

【００２０】本発明で言う、硬質炭素膜とは、炭素含有
ガスをプラズマ化し、プラズマ中のイオンを加速エネル
ギーが５ＫｅＶ以上で引き出し、基体に照射するイオン
ビーム蒸着法を用いて形成された炭素膜であり、硬度が
高いことからダイヤモンド状炭素膜とも呼ばれているも
のである。この硬質炭素膜は、非晶質であるため非常に
平滑な表面を有しており、基体表面に形成することによ
り基体表面の平滑性と同様及びそれ以上の平滑性を得る
ことができる。この硬質炭素膜の厚さは、１ｎｍ以上、
１０μｍ以下、望ましくは５ｎｍ以上、１μｍ以下、最
適には１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。１０μｍ
より厚い場合は、本発明の製造方法を用いても膜剥離が
生じ易く型耐久性の劣化の原因となる。

【００２１】また、前記硬質炭素膜は通常いかなる結晶
性も有していないが、電子顕微鏡等で微小領域（ｎｍオ
ーダー）を詳細に観察すると、数ｎｍ程度の大きさの微
結晶のダイヤモンドまたはグラファイトが観察されるこ
とがある。これらの微結晶の量を見積もるのは非常に困
難であるが、全体積のせいぜい数％以下であろうと思わ
れる。本発明の硬質炭素膜は、基本的には非晶質である
が、前述程度の少量の微結晶相を含んでいてもさしつか
えない。

【００２２】また、イオンビーム蒸着法による硬質炭素
膜の形成は、具体的には以下のように行う。まず、炭素
源ガス及び水素、酸素、塩素、フッ素、希ガス等の希釈
ガスを熱フィラメントまたは高周波更には磁場等を印加
してプラズマ化し、このプラズマから電界を用いてイオ
ンを加速し、イオンビームを形成し、このイオンビーム
を基体上に照射して硬質炭素膜を形成する。この時、イ
オンビームの加速電圧は５ｋＶ以上、更には７ｋＶ以上
が望ましい。イオンビームの加速電圧を５ｋＶ以上とす
ることにより、炭素イオンが、下地の窒化ホウ素膜に注
入され、窒化ホウ素と炭素のミキシング（混合）層が形
成され、密着性が極めて良好となる。加速電圧が５ｋＶ
未満の場合、炭素の注入が不十分で硬質炭素膜の密着力
が低下し、ガラス成形プロセス時に膜の剥離等が生じる
ことがある。イオンビームの加速電圧の上限は特にない
が、数百ｋＶ以上と加速電圧が大き過ぎると炭素イオン
の注入深さが深くなり過ぎ、型表面での炭素元素の存在
量が小さくなり、成形性が悪くなることがある。このた
め、イオンビームの加速電圧の上限は、１００ｋＶ以
下、更にはイオンビーム装置のコストを考えると５０ｋ
Ｖ以下とすることが好ましい。炭素源としては、メタ
ン、エタン等の炭化水素及びハロゲン化炭素、更には種
々の液体有機化合物を用いることができる。液体有機化
合物としては、メタノール、エタノール等のアルコール
類、アセトン等のケトン類、ベンゼン等の芳香族炭化水
素、ジメチルエーテル等のエーテル類、ギ酸、酢酸等の
有機酸、等を用いることができる。これらの炭素源ガス
に適宜、水素ガス、希ガス、ハロゲンガスを希釈ガスと
して添加することができる。

【００２３】本発明で言う、窒化ホウ素膜は、窒素及び
ホウ素を含有するガスを一種類以上イオン源に導入しこ
れをプラズマ化し、プラズマ中の窒素及びホウ素イオン
を加速エネルギーが５ＫｅＶ以上で引き出して基体に照
射するイオンビーム蒸着法を用いて形成する。また、ホ
ウ素含有の固体物質を加熱蒸着法または電子線蒸着法等
を用いて基体上に蒸着しながら、窒素含有ガスをイオン
源に導入しこれをプラズマ化し、プラズマ中の窒素イオ
ンを加速エネルギーが５ＫｅＶ以上で引き出して基体に
照射するイオンビーム蒸着法を用いて形成することも可
能である。いずれの方法においても、少なくとも窒素イ
オンを加速エネルギー５ＫｅＶ以上で引き出して基体に
照射することが、基体との密着力を高めるために必要で
ある。この窒化ホウ素膜は、微結晶及び非晶質よりなっ
ているため非常に平滑な表面を有しており、基体表面に
形成することにより基体表面の平滑性と同様及びそれ以
上の平滑性を得ることができる。この窒化ホウ素膜の厚
さは、１ｎｍ以上、１０μｍ以下、望ましくは５ｎｍ以
上、１μｍ以下、最適には１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以
下である。１０μｍより厚い場合は、本発明の製造方法
を用いても膜剥離等が生じ易く型耐久性の劣化の原因と
なる。

【００２４】また、前記窒化ホウ素膜は、微結晶及び非
晶質よりなり、通常数μｍ以上の結晶粒子を有していな
いが、電子顕微鏡等で微小領域（ｎｍオーダー）を詳細
に観察すると、数ｎｍ程度の大きさの微結晶の立方晶窒
化ホウ素及び六法晶窒化ホウ素が観察される。これらの
微結晶の量を見積もるのは非常に困難であるが、全体積
の数十％以上であろうと思われる。また、立方晶と六法
晶の存在量の比は、大まかには赤外線吸収分析法により
見積もることができる。それによれば、本発明の窒化ホ
ウ素膜は立方晶と六法晶の混合膜で、立方晶と六法晶の
存在量の比は、１：１０から１０：１程度である。

【００２５】また、イオンビーム蒸着法による窒化ホウ
素膜の形成は、具体的には以下のように行う。まず、窒
素含有ガス及び、またはホウ素含有ガスに水素、酸素、
塩素、フッ素、希ガス等の希釈ガス適宜添加してイオン
源に導入し、これを熱フィラメントまたは高周波更には
磁場等を印加してプラズマ化し、このプラズマから電界
を用いてイオンを加速し、イオンビームを形成し、この
イオンビームを基体上に照射して窒化ホウ素膜を形成す
る。この時、加速電圧は５ｋＶ以上、更には７ｋＶ以上
が望ましい。イオンビームの加速電圧を５ｋＶ以上とす
ることにより、窒素及びホウ素イオンが、下地の型母材
もしくは型母材上に形成された中間層に注入され、窒化
ホウ素と型母材もしくは型母材上に形成された中間層材
料のミキシング（混合）層が形成され、密着性が極めて
良好となる。加速電圧が５ｋＶ未満の場合、窒素及びホ
ウ素の注入が不十分で窒化ホウ素膜の密着力が低下し、
ガラス成形プロセス時に膜の剥離等が生じることがあ
る。イオンビームの加速電圧の上限は特にないが、数百
ｋＶ以上と加速電圧が大き過ぎると窒素及びホウ素イオ
ンの注入深さが深くなり過ぎ、型表面での窒素及びホウ
素元素の存在量が小さくなり、中間層としての効果が小
さくなることがある。このため、イオンビームの加速電
圧の上限は、１００ｋＶ以下、更にはイオンビーム装置
のコストを考えると５０ｋＶ以下とすることが好まし
い。窒素含有ガスとしては、窒素ガス及びアンモニア、
酸化窒素、ハロゲン化窒素等を用いることができる。ホ
ウ素含有ガスとしては、ジボランガス、ハロゲン化ホウ
素ガス等を用いることができる。

【００２６】また、イオンビーム蒸着法による窒化ホウ
素膜の別の形成は、具体的には以下のように行う。ま
ず、窒素含有ガスに水素、酸素、塩素、フッ素、希ガス
等の希釈ガス適宜添加してイオン源に導入し、これを熱
フィラメントまたは高周波更には磁場等を印加してプラ
ズマ化し、このプラズマから電界を用いてイオンを加速
し、窒素イオンを含むイオンビームを形成し、これを基
体上に照射する。この時同時に、ホウ素含有の固体物質
を、真空蒸着法または電子線蒸着法を用いて蒸発させ、
基体にホウ素を蒸着する。これにより、基体表面でホウ
素が窒素イオンと反応して窒化ホウ素膜を形成する。こ
の時、イオンの加速電圧は５ｋＶ以上、更には７ｋＶ以
上が望ましい。イオンビームの加速電圧を５ｋＶ以上と
することにより、窒素イオン及びホウ素が、下地の型母
材もしくは型母材上に形成された中間層に注入され、窒
化ホウ素と型母材もしくは型母材上に形成された中間層
材料のミキシング（混合）層が形成され、密着性が極め
て良好となる。加速電圧が５ｋＶ未満の場合、窒素及び
ホウ素の注入が不十分で窒化ホウ素膜の密着力が低下
し、ガラス成形プロセス時に膜の剥離等が生じることが
ある。イオンビームの加速電圧の上限は特にないが、数
百ｋＶ以上と加速電圧が大き過ぎると窒素イオンの注入
深さが深くなり過ぎ、型表面での窒素元素の存在量が小
さくなり、窒化ホウ素中の窒素の割合が減少する。この
ため、窒化ホウ素膜の中間層としての効果が小さくなる
ことがあり、イオンビームの加速電圧の上限は、１００
ｋＶ以下、更にはイオンビーム装置のコストを考えると
５０ｋＶ以下とすることが好ましい。窒素含有ガスとし
ては、窒素ガス及びアンモニア、酸化窒素、ハロゲン化
窒素等を用いることができる。ホウ素含有の固体物質と
しては、ホウ素、酸化ホウ素、炭化ホウ素等を用いるこ
とができる。

【００２７】窒化ホウ素膜は、型母材上に直接形成して
も良いが、好適には型母材上に中間層を形成し、その上
に窒化ホウ素膜を形成することが望ましい。これは、型
母材として用いられるＷＣ−Ｃｏ等の超硬合金やＳｉ
Ｃ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等の焼結体では、粒子の欠落や空孔が避
けられず、表面に数μｍ以上の穴が存在する。このよう
な表面に窒化ホウ素膜を形成すると、これらの穴の部分
には極端に膜厚の薄い部分が生じることがある。こうし
た部分は、その上に形成した硬質炭素膜の密着力を低下
させ、膜の剥離やクラックの発生起点となり易い。この
ため、型母材上に、表面の穴を埋める、または穴の深さ
を浅くするのに十分な厚さの中間層を形成することが望
ましい。この中間層の最適な厚さは型母材の表面状態に
よって異なるが、一般的には１μｍ以上、望ましくは２
μｍ以上である。この中間層の材料として好適なのは、
Ｔｉ，Ｔａ，Ｓｉの炭化物、窒化物及び炭窒化物からな
る群から選ばれた少なくとも一種類以上の化合物または
混合物である。これらに材料は、前述の型母材表面の穴
埋めの効果の他にも、窒化ホウ素膜の密着力を向上させ
る効果もある。

【００２８】本発明で用いられる型母材は、アルミナ・
ジルコニアのような酸化物系セラミックス、炭化珪素・
窒化珪素・炭化チタン・窒化チタン・炭化タングステン
等の炭化物・窒化物系セラミックス、更に、ＷＣ系の超
硬合金、モリブデン、タングステン・タンタル等の金属
等を用いることができる。基体の形状は、成形装置や成
形レンズの形状により任意に決めることができるが、例
えばレンズを成形する場合、成形面をそのレンズ径の曲
率に合わせて、曲面形状にし、その曲面上にイオンビー
ム蒸着法により窒化ホウ素膜及び硬質炭素膜を形成す
る。

【００２９】

【実施例】次に、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。（実施例１）本発明の光学素子成形用型について詳細に
説明する。

【００３０】本実施例では、図３に示すイオンビーム蒸
着装置を用いて窒化ホウ素膜及び硬質炭素膜を形成し
た。

【００３１】図３中、３１は真空容器、３２はイオンビ
ーム装置で、原料ガスを熱フィラメント及び磁場を用い
て分解、プラズマ化し、加速用電極３３を用いて、イオ
ンビーム３４を基体３５に照射するものである。３６は
ガス排気系で、不図示のガスバルブ及びターボ分子ポン
プ及びロータリーポンプが接続されている。３７は、ガ
ス導入系バルブで、３８はガス流量計、３９は圧力調整
器、３１０はガスボンベである。図中、３８，３９，３
１０は各々２つづつ図示されているが、実際は窒素源ガ
ス、ホウ素源ガス、炭素源ガス、更には水素、酸素、希
ガス等の多数のガス導入系が接続されている。

【００３２】型母材としてＳｉＣ焼結体を所定の形状に
加工した後、ＣＶＤ法で多結晶ＳｉＣ膜を形成し、その
後、成形面をＲｍａｘ＝０．０４μｍに鏡面研磨したも
のを用いた。この型を良く洗浄した後、図３に示すイオ
ンビーム蒸着装置に設置した。

【００３３】まず、窒化ホウ素膜の形成条件は、ガス流
量が窒素；４０ｍｌ／ｍｉｎ、ジボラン；１０ｍｌ／ｍ
ｉｎ、アルゴン；３０ｍｌ／ｍｉｎとし、基体温度；２
００℃、加速電圧；８ｋＶ、圧力；４×１０^-4Ｐａ、合
成時間；１５分とした。成膜により、約４００ｎｍの窒
化ホウ素膜が形成された。次いで、同一の装置内で硬質
炭素膜を形成する。形成条件は、ガス流量がメタン；２
０ｍｌ／ｍｉｎ、水素；３０ｍｌ／ｍｉｎとし、基体温
度；室温、加速電圧；７ｋＶ、圧力１×１０^-4Ｐａ、合
成時間；１５分とした。成膜により、約２５０ｎｍの硬
質炭素膜が形成され、その表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、
０．０２５〜０．０３μｍであった。

【００３４】次に、本実施例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。図５は、ガ
ラスレンズの成形装置で、図５中、５１は真空槽、５２
は光学素子を成形するための上型、５３はその下型、５
４は上型を押さえるための上型押さえ、５５は胴型、５
６は型ホルダー、５７はヒーター、５８は下型を突き上
げる突き上げ棒、５９は該突き上げ棒を作動させるエア
シリンダー、５１０は油回転ポンプ、５１１，５１２，
５１３はバルブ、５１４は不活性ガス流入バルブ、５１
５はバルブ、５１６はリークバルブ、５１７はバルブ、
５１８は温度センサーである。

【００３５】成形ガラスはフリント系光学ガラスＳＦ１
４（軟化点Ｓｐ＝５８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）
で、φ３５で肉厚比４の凹レンズを成形する。成形条件
は窒素雰囲気下、プレス温度５８８℃で行った。本成型
機で１００ショットの成形を行ったが、成形中、型と成
形された光学素子との離型性は良好であった。また、成
形後の型表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、膜
剥離、クラックの発生、更にガラス中の酸化鉛の還元析
出物である鉛やガラスの融着は認められず、良好な型表
面性を有していた。また、成形ガラスレンズも、良好な
表面粗さであった。なお、窒化ホウ素膜を形成しない以
外は同様にして光学素子成形用型を作成し、同一のガラ
ス素材及び形状でガラス成形を行ったところ、２４ショ
ット目で部分的に膜剥離が生じ、剥離部分でガラスの融
着が生じた。上記形成条件で形成された硬質炭素膜は、
一般的には密着力が良好で、レンズ径が小さい、または
凸レンズ、更には肉厚比が小さい、等の成形の容易なレ
ンズであれば、光学素子成形用型として十分な特性を有
する。しかし、本実施例のような大口径で肉厚比の大き
い凹レンズの場合、ガラスの成形量が大きい、歪みが生
じ易い等の理由により、膜剥離等の、型耐久の劣化等が
生じ易い。

【００３６】（実施例２〜５、比較例１〜３）本実施例
及び比較例では、種々の加速電圧で窒化ホウ素膜及び硬
質炭素膜を形成し、その効果を評価した。

【００３７】窒化ホウ素膜及び硬質炭素膜の形成は実施
例１と同様に図３に示すイオンビーム蒸着装置で行っ
た。

【００３８】型母材としてＷＣ系超硬合金を所定の形状
に加工し、良く洗浄した後、図３の装置に設置し、窒化
ホウ素膜及び硬質炭素膜の形成を行った。形成条件は、
加速電圧を変化させる以外は実施例１と同様である。次
に、この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。成形は、連続成形装置を用い、成形ガ
ラスはフリント系光学ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓｐ＝５
８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）で、窒素雰囲気下、プ
レス温度５８８℃の条件で１０００回プレス成形を行っ
た。レンズ形状は実施例１と同様である。結果を表１に
示す。

【００３９】 ◎；非常に良好 ○；良好 △；実用上可 ×；不可

【００４０】実施例２〜５においては、窒化ホウ素膜と
硬質炭素膜の形成時の加速電圧が５ｋＶ以上であるた
め、光学素子成形用型材として十分な成形耐久性が得ら
れた。これに対し、比較例１〜３では加速電圧が上記の
範囲外のため成形耐久性の劣化が確認された。比較例１
では、窒化ホウ素膜及び硬質炭素膜ともに密着力が低
く、成形初期から膜剥離が多発した。比較例２では、硬
質炭素膜の密着力が低く硬質炭素膜と窒化ホウ素膜の界
面で膜剥離が生じ、成形用型は、実用に適しないものと
なった。更に比較例３では、窒化ホウ素膜の密着力が低
く、窒化ホウ素膜と型母材の界面で膜剥離が生じ、成形
用型は、実用に適しないものとなった。以上示したよう
に、本発明の請求範囲である窒化ホウ素膜と硬質炭素膜
の形成時の加速電圧が５ｋＶ以上とすることにより、光
学素子成形用型材として十分な成形耐久性が得られた。

【００４１】（実施例６）本実施例では、図４に示すイ
オンビーム蒸着装置を用いて窒化ホウ素膜及び硬質炭素
膜を形成した。

【００４２】図４中、４１は真空容器、４２はイオンビ
ーム装置で、原料ガスを熱フィラメント及び磁場を用い
て分解、プラズマ化し、加速用電極４３を用いて、イオ
ンビーム４４を基体４５に照射するものである。４６は
ガス排気系で、不図示のガスバルブ及びターボ分子ポン
プ及びロータリーポンプが接続されている。４７は、ガ
ス導入系バルブで、４８はガス流量計、４９は圧力調整
器、４１０はガスボンベである。図中、４８，４９，４
１０は各々２つづつ図示されているが、実際は窒素源ガ
ス、炭素源ガス、更には水素、酸素、希ガス等の多数の
ガス導入系が接続されている。４１１は電子線蒸着装置
で、加熱されたフィラメントから電子を引き出し、ホウ
素源４１２に電子線を照射して加熱して溶融する。

【００４３】本実施例では、窒素源として窒素ガス、ホ
ウ素源として固体のホウ素、炭素源としてメタンガスを
用いた。

【００４４】所定の形状に加工された超硬材料製の型母
材を図４の装置に入れ、窒化ホウ素膜及び硬質炭素膜の
形成を行う。窒化ホウ素膜の形成条件は、窒素イオンの
照射を、ガス流量が窒素；３０ｍｌ／ｍｉｎ、アルゴ
ン；３０ｍｌ／ｍｉｎとし、加速電圧；８ｋＶ、圧力；
３×１０^-4Ｐａで、また、ホウ素の蒸着は、０．５ｎｍ
／ｓｅｃの蒸着速度で行った。合成時間は１５分、基体
温度は１５０℃とした。これにより、約３００ｎｍの窒
化ホウ素膜が形成された。次いで、同一の装置内で硬質
炭素膜を形成する。形成条件は、ガス流量がメタン；２
５ｍｌ／ｍｉｎ、水素；２５ｍｌ／ｍｉｎとし、基体温
度；室温、加速電圧；７．５ｋＶ、圧力；１×１０^-4Ｐ
ａ、合成時間；１５分とした。成膜により、約３００ｎ
ｍの硬質炭素膜が形成され、その表面粗さ（Ｒｍａｘ）
は、０．０２５〜０．０３μｍであった。

【００４５】この成形用型材を用いて成形耐久テストを
行った。成形は連続成形装置を用い、成形ガラスはクラ
ウン系光学ガラスＳＫ１２（軟化点Ｓｐ＝６７２℃、転
移点Ｔｇ＝５５０℃）で、φ３５で肉厚比５の凹レンズ
を成形する。成形条件は窒素雰囲気下、プレス温度６２
０℃の条件で１０００回プレス成形を行った。

【００４６】成形中、型と成形された光学素子との離型
性は良好であった。更に、成形後の型表面を走査型電子
顕微鏡で観察したところ、膜剥離、クラックの発生、更
にガラスの融着は認められず、良好な型表面性を有して
いた。また、成形ガラスレンズも、実用上十分な表面粗
さであった。

【００４７】（実施例７〜１０）本実施例では、型母材
表面に種々の中間層を形成してその効果を評価した。

【００４８】窒化ホウ素膜及び硬質炭素膜の形成方法
は、実施例６と同様のイオンビーム蒸着法で行った。

【００４９】所定の形状に加工された超硬材料製の型母
材の成形面に公知のイオンプレーティング法またはスパ
ッタリング法により種々の中間層を形成した。この型母
材を図４の装置に入れ、窒化ホウ素膜及び硬質炭素膜の
形成を行う。窒化ホウ素膜の形成条件は、窒素イオンの
照射を、ガス流量が窒素；３０ｍｌ／ｍｉｎ、水素；３
０ｍｌ／ｍｉｎとし、加速電圧；１０ｋＶ、圧力；２×
１０^-4Ｐａで、また、ホウ素の蒸着は、０．５ｎｍ／ｓ
ｅｃの蒸着速度で行った。合成時間は１５分、基体温度
は１５０℃、とした。これにより、約３００ｎｍの窒化
ホウ素膜が形成された。次いで、同一の装置内で硬質炭
素膜を形成する。形成条件は、ガス流量がメタン；３０
ｍｌ／ｍｉｎ、水素；１５ｍｌ／ｍｉｎとし、基体温
度；室温、加速電圧；８ｋＶ、圧力；１．５×１０^-4Ｐ
ａ、合成時間；１５分とした。成膜により、約３００ｎ
ｍの硬質炭素膜が形成され、その表面粗さ（Ｒｍａｘ）
は、０．０２５〜０．０３μｍであった。

【００５０】次に、この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。成形は、連続成形装置
を用い、成形ガラスはフリント系光学ガラスＳＦ１４
（軟化点Ｓｐ＝５８６℃、転移点Ｔｇ＝４８５℃）で、
窒素雰囲気下、プレス温度５８８℃の条件で２５００回
プレス成形を行った。なお、レンズ形状は実施例６と同
様である。結果を表２に示す。

【００５１】 ◎；非常に良好 ○；良好 △；実用上可 ×；不可

【００５２】実施例７〜１０においては、中間層を形成
することにより、光学素子成形用型材として十分な成形
耐久性が得られた。

【００５３】

【発明の効果】本発明の光学素子成形用型の製造方法に
よれば、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
くとも成形面表面に、加速エネルギーが、５ＫｅＶ以上
のイオンビーム蒸着法を用いて窒化ホウ素膜を形成し、
次いで該窒化ホウ素膜表面に、加速エネルギーが、５Ｋ
ｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用いて硬質炭素膜を形
成することにより低コストで、膜の劣化や成形ガラスの
表面粗さの劣化を生じない光学素子成形用型を製造する
ことができる。

【００５４】上記製造法を用いた型を用い、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、これらの型を用いてプレス成形を
長時間繰り返しても膜剥離やクラック、傷の発生という
欠陥が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。

【００５５】本発明により得られた光学素子成形用型及
びその製造方法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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子成形用型の模式的断面図であ
る。

【図２】本発明の別の光学素子成形用型の模式的断面図
である。

【図３】本発明のイオンビーム蒸着装置の模式図であ
る。

【図４】本発明のイオンビーム蒸着装置の別の模式図で
ある。

【図５】本発明に係わる光学素子成形用型を使用するレ
ンズ成形装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１型母材２窒化ホウ素膜３硬質炭素膜２１型母材２２中間層２３窒化ホウ素膜２４硬質炭素膜３１真空容器３２イオンビーム装置３３加速電極３４イオンビーム３５基体３６ガス排気系３７バルブ３８ガス流量計３９圧力調整器３１０ガスボンベ４１真空容器４２イオンビーム装置４３加速電極４４イオンビーム４５基体４６ガス排気系４７バルブ４８ガス流量計４９圧力調整器４１０ガスボンベ４１１電子線蒸着装置４１２ホウ素源５１真空槽５２上型５３下型５４上型押さえ５５胴型５６型ホルダー５７ヒーター５８突き上げ棒５９エアシリンダー５１０油回転ポンプ５１１，５１２，５１３バルブ５１４不活性ガス流入バルブ５１５バルブ５１６リークバルブ５１７バルブ５１８温度センサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｃ 14/48 Ｃ２３Ｃ 14/48 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【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の製造方法において、該型母材
の少なくとも成形面表面に、加速エネルギーが、５Ｋｅ
Ｖ以上のイオンビーム蒸着法を用いて窒化ホウ素膜を形
成し、次いで該窒化ホウ素膜表面に、加速エネルギーが、５Ｋ
ｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用いて硬質炭素膜を形
成することを特徴とする光学素子成形用型の製造方法。
【請求項２】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表面に中間層を形成し、次いで該中間層の表面に、加速エネルギーが、５ＫｅＶ
以上のイオンビーム蒸着法を用いて窒化ホウ素膜を形成
し、次いで該窒化ホウ素膜表面に、加速エネルギーが、５Ｋ
ｅＶ以上のイオンビーム蒸着法を用いて硬質炭素膜を形
成することを特徴とする光学素子成形用型の製造方法。
【請求項３】前記中間層が、Ｔｉ，Ｔａ，Ｓｉの炭化
物、窒化物及び炭窒化物からなる群から選ばれた少なく
とも一種類以上の化合物または混合物よりなる請求項２
記載の光学素子成形用型の製造方法。
【請求項４】請求項１乃至３記載の光学素子成形用型
の製造方法により製造されたことを特徴とする光学素子
成形用型。