JPH06320636A

JPH06320636A - 光学素子成形用型の製造方法

Info

Publication number: JPH06320636A
Application number: JP11031493A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Taniguchi; 靖谷口; Masaaki Yokota; 正明横田; Tetsuo Kuwabara; 鉄夫桑原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1994-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】成形性、耐久性、経済性に優れた光学素子成
形用型の製造方法を提供する。【構成】炭素プラズマ源により型母材に高負電位をパ
ルス的に印加することにより少なくとも成形表面に、炭
素をイオン注入することを特徴とする光学素子成形用型
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【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の製造方法に関するもので
ある。

【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。

【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 Ｎ₄ 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。

【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。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
よく、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。

【０００６】この原因として以下のことが考えられる。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、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，Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等の燒結体では、粒の欠落
や燒結時のポアが避けられず、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に代表される燒結体中の燒結助剤
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。

【０００７】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。

【０００８】また、特公平２−３１０１２では、膜厚が
５０Å未満では膜が不均一となるため炭素膜の形成効果
が減少し、５０００Åを越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、基盤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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の問題点を
改善し成形性、耐久性、経済性の優れた実用的な型の製
造方法を提供せんとするもので、その要旨は、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
において、炭素プラズマ源より型母材に高負電位をパル
ス的に印加することにより、少なくとも成形面表面に、
炭素をイオン注入することを特徴とする光学素子成形用
型の製造方法にある。

【００１０】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
Ｎ₄，ＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ｗ，ＺｒＯ₂ ，Ｗ，Ｔ
ａ，Ｍｏ，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。

【００１１】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、成形回数がふえるに従
い、型母材の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、ガラスモールドにおける型表面材料と
しての炭素膜の問題は、主に型母材の膜の付着強度に係
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。ここに中間層とは、表面層（カーボン膜）と基板
（型母材）との密着性を改善したり、基板材料と表面層
材料間の相互拡散を阻止する目的などで設けられるもの
で、この中間層の形成により、基板と表面層の界面で化
合物を形成したり、熱膨張係数をマッチングさせたり、
表面層の応力を緩和することで密着性の改善を図ること
ができる。

【００１２】ミキシング層とは基板（型母材）上に形成
される材料、ここでは炭素膜と基板を構成する原子とが
その界面において原子混合している状態をいう。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加している。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。

【００１３】この様なミキシング層は、高イオンエネル
ギーの炭素イオンビームを型表面に照射することにより
実現することができる。しかしながら、一般的なイオン
注入法ではイオンビームの指向性が高いために、大きな
曲率を有する光学素子成形用型の場合には均一な注入が
行われず、成形状態や耐久性が部分的に異なるという問
題がある。こうした問題を解決するために、含炭素ガス
を原料とするプラズマ中に型母材を設置したタゲット・
ステージを配置し、該ターゲット・ステージに高負電位
をパルス的に印加することにより、型表面形状によらず
均一な炭素イオンビームの照射を実現するものである。
すなわち、プラズマ中に配置されたターゲット電極に高
負電位をパルス状に印加すると、ターゲット電極のまわ
りにシースが形成される。電極に電位が印加されると電
極付近から電子が遠ざけられ、電極付近に均一なイオン
空間電荷を持つ領域が形成される。このイオンシース中
のイオンが電極に向かって加速されサンプルに照射され
ると、イオンシースのイオン密度が減少しシースが拡大
する。このときプラズマシースあるいはイオンシースは
サンプル全面にわたって均一に形成されるため、イオン
はサンプル面に垂直に入射する。炭素プラズマの形成方
法としては、例えば、熱フィラメントの放電により含炭
素ガスを電離させる方法やＲＦ放電、マイクロ波放電に
よる方法がある。炭素プラズマの形成に引き続き、型を
配置したステージに数ｋＶ〜１００ｋＶの負電圧をパル
ス変調器を通して印加する。このときパルス幅、振幅、
間隔等が独立にかつ連続的に変化できるようにする。代
表的なパルス幅は、１０〜１００μｓｅｃ、最大繰り返
しレート５ｋＨｚ程度であれば良い。プラズマ源となる
含炭素ガスとしては、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 Ｈ
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，Ｈ₂Ｏ，Ａｒ等のガス
を混合したものが挙げられる。

【００１４】型表面に照射するイオンエネルギーが５ｋ
ｅＶ以上になるようステージに印加する負電圧の大きさ
を設定すれば良い。イオンエネルギーが５ｋｅＶ未満で
形成した型では、炭素と基板材料とのミキシングが不十
分なため、成形過程において膜剥離やガラスの融着を生
じる。照射する炭素イオンのイオン電流密度は、０．５
ｍＡ／ｃｍ² 〜２．０ｍＡ／ｃｍ² が好適である。イオ
ン電流密度が、０．５ｍＡ／ｃｍ² 以下では成膜時間が
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。

【００１５】ミキシング層の厚さは１ｎｍ以上１００ｎ
ｍ以下であれば良い。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得られず、１００ｎ
ｍ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
離を生じる。より理想的な厚さは、２０ｎｍから５０ｎ
ｍ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。し
たがって、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、更に硼素の炭化
物、窒化物及びこれらの少なくとも一種類以上からなる
化合物、混合物であれば良い。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
ａｔ％程度存在しても良い。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。中間層の形成は独立に行っても、
炭素イオンの照射に先立ちＥＢ蒸着、スパッタと本発明
のイオン照射とを組み合わせたイオンビーム・ミキシン
グで形成しても良い。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ａｔ％程
度存在しても良い。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】本発明は、含炭素ガスによるプラズマを形
成した後、型母材に高負電位をパルス的に印加すること
により、型母材少なくとも成形面表面に、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するこ
とにより、耐久性の優れた光学素子成形用型を実現する
ものである。

【００１９】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。

【００２０】

【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。

【００２１】実施例１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
の実施態様を示すものである。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は炭素のミキシング層、３’は中間層、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。

【００２２】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。

【００２３】型母材として燒結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に示すプラズマ源を用いたイオン注入
装置に設置した。図中６は真空槽（プラズマ室）、７は
ガス導入系、８はプラズマを形成するためのフィラメン
トと電源系、９は型母材、１０はターゲット・ステー
ジ、１１はＤＣ電源とパルス変調器、１２は排気系を示
す。まず、ガス導入系よりＡｒガス３５ｓｃｃｍをプラ
ズマ室に導入し、フィラメントでプラズマを形成した
後、ターゲット・ステージに−１ｋＶのＤＣバイアスを
５分間印加して、型母材成形面の自然酸化膜の除去と清
浄化を行った。このときのガス圧は１×１０^-4Torrとし
た。

【００２４】引き続き、ＣＨ₄ ：２０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ ：
４０ｓｃｃｍをイオン化室に導入してガス圧２．０×１
０^-4Torrとし、ターゲット・ステージにピーク電圧が−
２０ｋＶのパルス状の電圧を３０分間印加した。このと
き、パルス長を１００μｍ、繰返し周波数を３ｋＨｚ、
基板温度を室温とした。同条件で製作した分析用サンプ
ルをＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ Electoron Spectroscopy）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６０ｎｍ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、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と定義する。

【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。

【００２６】レンズを製作する工程を次ぎに述べる。プ
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５２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６２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を開け上型押さえを外して
成形物を取り出す。上記のようにして、プリント系光学
ガラスＳＦ１４（軟化点Ｓｐ＝５８６℃、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。

【００２７】前記型を用いて５００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ＰｂＯ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
りと言った問題はなかった。

【００２８】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。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、１０８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は該レール上に矢印
Ａ方向に搬送せしめられるパレットである。１２４，１
３８，１４０，１５０はシリンダであり、１２６，１５
２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である。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および徐冷ゾーン
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１３４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１
４０のロッド１３６の上端には成形用上型部材１３２が
固定されている。これら上型部材１３０及び下型部材１
３２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１４４が配置されている。

【００２９】クラウン系ガラスＳＫ１２（軟化点Ｓｐ＝
６７２℃、ガラス転移点Ｔｇ＝５５０℃）を所定形状お
よ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℃で一分間プレス
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内で１２
０−９の位置へと搬送する。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。

【００３０】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。

【００３１】実施例２型母材としてＷＣ（８０％）−ＴｉＣ（８％）−ＴａＣ
（８％）からなる燒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１８００ｎｍ形成し
た。この型母材を用い、図９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５０ｎｍ形成した。図
中１５は真空槽（イオン注入室）、１６は排気系、１７
はＥＣＲプラズマ源、１８はマイクロ波の発振器、１９
はマイクロ波の導波管、２０はマイクロ波導入窓、２１
は空洞共振器タイプのプラズマ室、２２は外部磁場、２
３はシャッター、２４は型母材、２５はターゲット・ホ
ルダー、２６はガス導入系、２７はＤＣ電源とパルス変
調器である。まず、ターゲット・ホルダーに型母材を設
置した後、装置内を５×１０^-4Torrに排気した。引き続
き、ガス導入系よりＡｒガス２０ｓｃｃｍをイオン源に
導入し、ＡｒのＥＣＲプラズマを形成、照射して、型母
材表面のクリーニングと酸化膜の除去を行った。この時
の真空度は、１．５×１０^-4Torrであった。次に、ＥＣ
Ｒプラズマ源にＣ₂ Ｈ₆ ：５０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ ：１０ｓ
ｃｃｍをガス供給系より導入し、ＥＣＲプラズマを形成
して型母材に３０分間照射した。同時に、ターゲット・
ホルダーには、２７のＤＣ電源とパルス変調器により、
ピーク電圧が−１０ｋＶ、パルス長を１００μｍ、繰返
し周波数５ｋＨｚで電圧を印加した。このとき、ガス圧
５×１０^-4Torr、基板温度は室温とし、２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を１８，１９のマイクロ波の発振器、マイ
クロ波導波管によって８００Ｗ投入した。ＥＣＲイオン
源には、外部電磁石２２によりマイクロ波導入窓２０で
１６００Ｇａｕｓｓ、イオン化室の出口で８７５Ｇａｕ
ｓｓのＥＣＲ点、ターゲット・ステージ部で７００Ｇａ
ｕｓｓとなる発散磁場を印加した。

【００３２】次に、この型を用いて、実施例１と同様に
図８の成形膜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１と同様の結果が
得られた。

【００３３】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、更に硼素の炭化物、窒化物及び
これらの少なくとも一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。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、含炭素ガスによる
プラズマ中に型母材を配置し、該型母材もしくは該型母
材が配置されているホルダーに高負電位をパルス的に印
加することにより、型母材お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
均一に形成することができる。この結果、ガラスの成形
において膜の剥離やクラックの発生しない、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。

【００３５】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係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。

【図２】本発明に係る光学素子成形用型の一例を示す断
面図。

【図３】本発明に係る光学素子成形用型の他の例を示す
断面図。

【図４】本発明の実施例で用いるプラズマ源を用いたイ
オン注入装置を示す概略図。

【図５】本発明の実施例におけるミキシング層をＡＥＳ
によるデプスプロファイルを示す。

【図６】本発明に係る光学素子成形用型を使用するレン
ズの成形装置の断面図。

【図７】レンズ成形の際の時間−温度関係図。

【図８】本発明に係る光学素子成形用型を使用するレン
ズの成形装置の概略図。

【図９】本発明の実施例で用いるＥＣＲプラズマ源を有
するイオン注入装置を示す概略図。

【符号の説明】１型母材２成形面３炭素のミキシング層３’ 中間層４ガラス素材５成形されたレンズ６真空槽（プラズマ室）７ガス導入系８プラズマを形成するためのフィラメントと電源系９型母材１０ターゲットステージ１１ＤＣ電源とパルス変調器１２排気系１７ＥＣＲプラズマ源１８マイクロ波発振器１９マイクロ波の導波管２０マイクロ波の導入管２１空洞共振器タイプのプラズマ室２２外部磁場２３シャッター２４型母材２５ターゲットステージ２６ガス導入系２７ＤＣ電源とパルス変調器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ヒーター１４６蒸着物質１４８ロッド１５０シリンダ１５２バルブ

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において、炭素プラズマ源より型母材に高負電位をパルス的に印加
することにより、少なくとも成形面表面に、炭素をイオ
ン注入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において、炭素プラズマ源より型母材に高負電位をパルス的に印加
することにより、該型母材の成形面に形成された中間層
の表面に、炭素をイオン注入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、更に硼素の炭化物、窒化物及びこれらの少なくと
も一種類以上の化合物、混合物からなることを特徴とす
る請求項２記載の光学素子成形用型の製造方法。