JP2000072452A - 光学素子成形用型 - Google Patents

光学素子成形用型

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JP2000072452A
JP2000072452A JP10232446A JP23244698A JP2000072452A JP 2000072452 A JP2000072452 A JP 2000072452A JP 10232446 A JP10232446 A JP 10232446A JP 23244698 A JP23244698 A JP 23244698A JP 2000072452 A JP2000072452 A JP 2000072452A
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glass
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aluminum nitride
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▲ひじの▼雅道
Masamichi Hijino
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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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜剥離やクラックの発生がなく、ガラスとの
離型性が良好な光学素子成形用型を製造する。 【解決手段】 型母材の少なくとも成形面の表面に形成
された型母材の主成分と同一の元素の酸化物膜と、酸化
物膜上に形成されたアルミナ膜と、アルミナ膜上に形成
された窒化アルミニウム膜とを備える。酸化物膜が型母
材と高い密着性を有し、アルミナ膜は酸化物膜と高い密
着性を有し、窒化アルミニウム膜はアルミナ膜と高い密
着性を有しており、窒化アルミニウム膜はガラスとの融
着することがない。

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
のに使用される光学素子成形用型に関する。
【0002】
【従来の技術】研磨を必要とすることなくガラス素材の
プレス成形によってレンズを製造する技術は従前からの
複雑な工程をなくし、簡単且つ安価にレンズを製造する
ことができるところから、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てい
る。
【0003】このようなガラスからなる光学素子のプレ
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、鏡面加工性等に優れていることが必要であ
る。従来のこの種の型材としては、特開昭49−511
12号公報、同52−45613号公報、同60−24
6230号公報及び特開平1−301864号公報に開
示されている。
【0004】特開昭49−51112号公報では、C
r、Alを混合したマルテンサイト鋼によって型材を成
形することが記載され、特開昭52−45613号公報
では、SiC(シリコンカーバイド)、Si3 4 (窒
化シリコン)によって型材を成形することが記載されて
いる。
【0005】又、特開昭60−246230号公報に
は、WCなどの超硬合金を型母材とし、この型母材上に
貴金属層をコーティングすることが記載されている。貴
金属層としてはIr、Os、Pd、Rh、RuなどとP
tとの合金が用いられる。特開平1−301864号公
報には、炭化ケイ素の焼結体からなる型母材にダイヤモ
ンド結晶、グラファイト結晶、アモルファス状カーボン
などの薄膜をコーティングすることが記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
49−51112号公報の型材に用いるマルテンサイト
鋼は酸化し易いばかりでなく、高温でFeがガラス中に
拡散してガラスが着色する問題を有している。特開昭5
2−45613号公報では、型材に用いるSiC、Si
3 4 が酸化されにくいとなっているが、高温では酸化
が起こって表面にSiO2 膜が形成され、このためガラ
スの融着を生じている。
【0007】又、貴金属層をコーティングした特開昭6
0−246230号公報の型材では、ガラスの融着は起
こしにくいが、貴金属層が極めて柔らかいため、傷がつ
き易く、しかも変形し易い問題を有している。
【0008】特開平1−301864号公報では、型母
材上にダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素、水素化
アモルファス硬質炭素膜、硬質炭素膜をコーティングす
ることにより、型とガラスの離型性が良好となって、ガ
ラスの融着を起こさない。ところが、成形操作を数百回
以上繰り返して行うと、コーティングした膜が部分的に
剥離し、このために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。この原因として以下のことが考え
られる。
【0009】まず、成膜されたコーティング膜は、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。同様に、型母材とコーティン
グ膜との間における熱膨張係数の相違と、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ためであ
る。
【0010】これに加えて、表面状態によりコーティン
グ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 4 等の焼
結体では、粒の欠落や焼結時のポアが避けられず、成形
研磨面に数μm以上の孔が存在している。このような面
にコーティング膜を形成したとき、これらの孔には膜が
形成されていなかったり、極端に膜厚の薄い状態にな
る。そして、このような部分では、膜の付着強度や、機
械的強度が著しく低下するため、剥離やクラックの発生
起点となり易い。
【0011】本発明は、このような従来の問題点を考慮
してなされたものであり、成形面の表面で膜の剥離やク
ラック等が発生することがなく耐久性に優れ、しかもガ
ラスとの融着が起こらず、離型性が優れている光学素子
成形用型を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、ガラスからなる光学素材をプレ
スして光学素子を成形するの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の表面に形成され
た型母材の主成分と同一の元素の酸化物膜と、この酸化
物膜上に形成されたアルミナ膜と、このアルミナ膜上に
形成された窒化アルミニウム膜と、を備えていることを
特徴とする。
【0013】以上の発明に用いる型母材としては、W
C、SiC、TiC、TaC、BN、TiN、Al2
3 、Si3 4 、SiO2 、ZrO2 、W、Ta、M
o、サーメット、サイアロン、ムライト、WC−Co合
金等から選ばれるが、耐熱性、鏡面加工性、熱伝導率の
観点からはSiC、Al2 3 が望ましい。又、これら
以外に補助材としてニッケル、チタン等の金属、その
他、必要に応じ様々な化合物を添加したものを用いるこ
とができる。
【0014】酸化物膜は型母材を構成する元素の酸化物
膜である。この酸化物膜を形成することにより、その後
に形成するアルミナ膜(Al2 3 膜)との高い親和性
が向上し、高い密着力を得ることができる。また、アル
ミナ膜を形成することにより、その後に形成する窒化ア
ルミニウム膜との間に同一元素であるAlによる拡散が
発生する。このためAl元素を共有するため、高い密着
性が得られる。窒化アルミニウム膜はガラスとの離型性
に優れ、ガラスとの融着がない。
【0015】酸化物膜を形成する方法としては熱酸化、
真空蒸着、PVD、CVD等の薄膜の形成方法や酸素イ
オン注入等があるが、熱劣化、表面粗さ、分布の制御性
等から、酸素イオン注入が望ましい。
【0016】アルミナ膜及び窒化アルミニウム膜の形成
方法としては、上述した成膜方法による形成以外に、イ
オン注入と成膜手段とを組み合わせたダイナミックミキ
シング法等がある。酸化物膜の形成から窒化アルミニウ
ム膜の形成までを同一系による処理で行う場合には、ダ
イナミックミキシング法が望ましい。また、ダイナミッ
クミキシング法により形成した膜は、表面から深さ方向
に注入元素が傾斜的に分布しているため、界面が存在せ
ず、密着性が良好となるメリットもある。
【0017】更に、成膜中あるいは成膜後の型母材を熱
処理することにより、注入したイオンは増速拡散効果に
より分布が広がる。このため、元素を深く侵入させるこ
とが可能となる。この結果、密着性が更に向上すると共
に、熱安定性も増大させることができる。なお、この処
理を行う雰囲気としては窒素雰囲気が望ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】曲率半径Rが150mmの両面が
凸面であり、表面粗さRmaxが0.02μm、直径φ
が5mm、肉厚が2mmのガラスレンズを成形するた
め、SiC焼結体を所定の形状に加工し、成形面にCV
D法により、膜厚200〜300μmのSiC膜を形成
し、その後、鏡面研磨(表面のRmax=0.02μ
m)したものを8型用意した。SiC膜は、SiC焼結
体を得る際に焼結によって空洞が生ずるので、これを埋
める、又、SiC焼結体と同じ成分にすることで密着性
を高めるために選択されたものである。このため、Si
C膜は型母材として機能するものである。
【0019】次に、イオン注入装置を用いて質量分離を
行い、酸素イオン(16+ )を成形面に以下の3条件で
各条件に型母材2個、計6個をそれぞれ注入し、表面に
SiO2 からなる酸化物膜を形成した。 (1)注入条件1(実施例1) 注入量 3×1017ions/cm2 イオンエネルギー 15keV (2)注入条件2(実施例2) 注入量 5×1017ions/cm2 イオンエネルギー 15keV (3)注入条件3(実施例3) 注入量 1×1018ions/cm2 イオンエネルギー 30keV
【0020】その後、真空蒸着によって成膜速度3オン
グストローム/secによるアルミニウムの成膜と酸素
イオン注入を同時に行うダイナミックミキシング法によ
りアルミナ膜を0.1μm形成した。注入条件としては
全ての実施例1〜3が以下の同一の条件とした。 注入条件 注入量 3×1017ions/cm2 イオンエネルギー 10keV
【0021】更に、イオンソースを窒素に変更し、アル
ミニウムを成膜しながら窒素イオン注入を下記条件で行
い、膜厚1μmの窒化アルミニウム膜を成膜した。 注入条件 注入量 7×1017ions/cm2 イオンエネルギー 10keV
【0022】その後、成形表面の表面粗さを評価したと
ころ、Rmax=0.02μmであり、加工終了時との
粗さ変化はなかった。
【0023】イオン注入後の成形型で、フリント系ガラ
スLaSF(軟化点Sp=687℃、ガラス転移点Tg
=610℃)を用いて成形機によりプレス成形を行い、
成形回数を評価した。その結果を表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】実施例1〜3のいずれの型においても10
000ショット以上の成形が可能であった。また、10
000ショット成形した後の型は、傷や割れといった欠
陥や、ガラス中に含まれるPbOの還元析出物てあるP
bやガラスの融着が光学顕微鏡、走査電子顕微鏡(SE
M)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いった問題もなかった。
【0026】このような実施の形態では、イオン注入に
よって形成したSiO2 膜は結晶化が進まないため、表
面粗さが小さくなっている。またダイナミックミキシン
グ法によって形成したアルミナ膜及び窒化アルミニウム
膜は界面が不明瞭な密着性の高い膜となっている。これ
によりLaSF03のような高温での成形においても、
離型が容易に、かつ繰り返し行えるため、生産性が大幅
に向上する。
【0027】なお、以上の実施例1〜3では、型母材と
してのSiC焼結体の成形面に、成形面の空洞を埋める
ために、SiC焼結体と同じ成分の膜を形成して密着性
を高めているが、他の種類の焼結体についても同様に、
その焼結体と同じ成分の膜を形成して、空洞を埋めるの
が良好である。そして、その上に焼結体の母材成分と同
一の元素からなる酸化物膜を形成した後、アルミナ膜を
形成し、更に窒化アルミニウム膜を形成することによ
り、成形用型とする。
【0028】また、母型材が合金の場合は、成形面に空
洞がないため、型母材の成形面に母材の主成分と同一の
元素からなる酸化物膜を形成した後、アルミナ膜を形成
し、その後に窒化アルミニウム膜を形成することによ
り、成形用型とすることができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、膜剥離やクラックの発生のない耐久性を有し、
しかもガラスとの融着が起こらない良好な離型性を有し
た光学素子成形用型とすることができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラスからなる光学素材をプレスして光
    学素子を成形するの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の表面に形成された型母材の
    主成分と同一の元素の酸化物膜と、 この酸化物膜上に形成されたアルミナ膜と、 このアルミナ膜上に形成された窒化アルミニウム膜と、
    を備えていることを特徴とする光学素子成形用型。
JP10232446A 1998-08-19 1998-08-19 光学素子成形用型 Withdrawn JP2000072452A (ja)

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