JP2612627B2 - 光学素子成形用型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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に関し、特に、容易に高精度を実現
でき且つ耐久性良好な光学素子成形用型に関する。この
様な光学素子成形用型は例えば直接光学面を形成する高
精度成形のための型として好適に利用される。

［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金型内に光学
素子材料を収容して加熱しながら加圧することによりプ
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。これによれば、
機能面が非球面である場合でさえも比較的簡単かつ短時
間で光学素子を製造することができる。この様なプレス
成形法は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、耐酸化
性、良好な鏡面加工性及び成形時において光学素子材料
と融着を起さず、反応析出物を生じにくいこと等があげ
られる。

そこで、従来、この様なプレス成形用型としては金
型、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種類が提案されている。

たとえば、特開昭49−51112号公報には13Crマルテン
サイト鋼を用いた型が開示されており、特開昭52−4561
3号公報には炭化ケイ素（SiC）を用いた型及び窒化ケイ
素（Si₃N₄）を用いた型が開示されており、特開昭60−2
46230号公報には超硬合金に貴金属をコーティングした
型が開示されている。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、上記13Crマルテンサイト鋼は酸化しや
すく更に高温のプレス成形時においてFeがガラス材料中
に拡散してガラスが着色する難点がある。また、上記Si
CやSi₃N₄は一般的には酸化されにくいのであるが、高温
ではある程度の酸化が生じ型表面にSiO₂の膜が形成され
るためガラスとの融着を生じやすく更に硬度が高すぎる
ため加工性が極めて悪いという難点がある。

更に、表面に貴金属をコーティングした材料は硬度が
低いために傷付きやすく且つ変形しやすいという難点が
ある。

そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、容易に高精
度で製造でき且つプレス成形に際し精度劣化の少ない長
寿命の光学素子成形用型を提供することを目的とする。

［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、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、ハフニ
ウム（Hf）、ニオブ（Nb）からなる群より選ばれた少な
くとも１種の金属の窒化膜を介して、チタン（Ti）、タ
ンタル（Ta）、ハフニウム（Hf）、ニオブ（Nb）からな
る群より選ばれた少なくとも１種の金属の酸化膜が被覆
されていることを特徴とする光学素子成形用型が提供さ
れる。

型母材の材料としては、例えば超硬合金や焼結SiCを
用いることができる。これらの材料を切削、研削、研摩
等の加工により所望の外形とし、特に成形面は所望の表
面精度に仕上げて型母材に用いる。

型母材の表面に窒化膜を被覆するには、例えばスパッ
タリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法
（PVD法）やプラズマCVD法等の化学蒸着法（CVD法）を
用いる。

窒化膜は、型母材との密着性を向上させる上で、金属
からなる中間層を介して被覆されることが好ましく、ま
たこの中間層が窒化膜を構成する金属と同一の金属から
なることがより好ましい。

本発明においては型母材の表面に、窒化膜を介して、
該窒化膜を構成する金属と同一の金属から構成される酸
化膜を被覆するには、上記のようにして既に被覆されて
いる窒化膜の表面部分を酸化する方法が好ましく用いら
れ、例えば、空気等の酸化雰囲気で加熱処理をすればよ
い。

窒化膜および酸化膜の膜厚は製造条件により適宜設定
されるが、使用時の所望の特性に鑑みて十分な耐久性が
得られる様な膜厚とすればよく、好ましくは窒化膜の膜
厚が0.5〜10μｍで酸化膜の膜厚が0.05〜１μｍ、より
好ましくは窒化膜の膜厚が１〜２μｍで酸化膜の膜厚が
0.1〜0.2μｍである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図及び第２図は本発明に係る光学素子成形用型の
１つの実施態様を示すものである。

第１図は光学素子のプレス成形前の状態を示し、第２
図は光学素子成形後の状態を示す。第１図中1,2は型母
材、1a,2aは該型母材のガラス素材の接触する成形面に
形成された窒化膜、1b,2bは酸化膜、３はガラス素材で
あり、第２図中４は光学素子である。第１図に示すよう
に型の間に置かれたガラス素材３をプレス成形すること
によって、第２図に示すようにレンズ等の光学素子４が
成形される。

窒化膜＋酸化膜が被覆された型の製造： 型母材は、超硬合金［WC（90％）＋CO（10％）］，焼
結SiCからなり、所定の形状に加工され、レンズ成形面
が鏡面加工されている。該型母材の成形面に窒化膜＋酸
化膜を被覆して、以下の通り本発明による型を製造し
た。また、比較のために上記型母材の成形面に被覆を行
なわない型及び該成形面にSiC層を形成した型を製造し
た。製造した型の一覧表を表１に示す。尚、表１におい
て、No.1及びNo.2は本発明実施例であり、No.3、No.4及
びNo.5は比較例である。

上記No.1及びNo.2については、第３図に示す装置を用
いて反応性スパッタリング法により型母材の成形面上に
窒化チタン（TiN）膜を形成し、次いで大気中の加熱処
理により窒化チタン膜の表面を酸化チタン（TiO₂）膜に
変えた。

第３図において、20はスパッタリング装置の気密室で
ある。気密室20には排気口21が接続されており、排気口
21は不図示の減圧源に接続されている。気密室20内の上
部には加熱ヒータ22が配置されており、該ヒータにはヒ
ータ電源23が接続されている。ヒータ22の下方に型母材
支持体24が配置されており、該支持体には型母材バイア
ス電源25が接続されている。支持体24には型母材26が成
形面を下向きにして支持される。支持体24の下方に窒素
ガスあるいはアンモニア導入用パイプ27、グロー放電発
生用コイル28が配置されており、該コイルには整合回路
29を介して高周波電源30が接続されている。気密室20の
下部にはカソード電極31が配置されている。電極31の上
部にはチタンターゲット32が設けられており、下部には
冷却水用パイプ32が接続されている。電極31の上方にア
ルゴンガス導入用パイプ34が配置されており、ターゲッ
ト32の上方の近傍にはシャター35が配置されている。

窒化チタン（TiN）膜の形成時には、上前の様にして
得られた型母材26をアセトンで洗浄し、支持体24により
支持した後、気密室20内を１×10^-5Torrまで減圧した。
次に、パイプ34からアルゴンガスを３×10^-3Torrまで導
入し、コイル28に高周波電界（13.56MHz、0.2kW・hr）
を印加しアルゴンのグロー放電を発生させ、バイアス電
源25により型母材26に負バイアス（−50V）を印加して
アルゴンイオンによるスパッタクリーニングを行う。そ
の後、パイプ34からアルゴンガスを導入しながらカソー
ド電極31に高周波電界（13.56MHz、0.5kW・hr）を印加
しチタンターゲット32の近傍にアルゴンのグロー放電を
発生させ、チタンターゲットにアルゴンイオンの衝撃を
与えてスパッタリングを行う。シャッター35を開いて、
同時にパイプ27により窒素ガスを５×10^-4Torr導入し型
母材26の近傍に吹きつけ、コイル28に高周波電界（13.5
6MHz、0.5kW・hr）を印加して窒素プラズマを形成さ
せ、バイアス電極25により型母材26に負バイアス（−50
V）を印加して窒素イオンを型母材26に引込みながらチ
タンの反応性スパッタリングを行って型母材26の表面に
窒化チタン層を形成した。このとき型母材の温度は500
℃であった。得られた窒化チタン層の厚さは1.5μｍで
あった。前記実施例において、窒素ガスの代りにアンモ
ニアガス、あるいはカソード電極に高周波電界の代りに
DC電圧を印加しても同様な窒化チタン層が得られた。

次いで、大気中で500℃、１時間の加熱処理を行い窒
化チタン層の表面を酸化チタン（TiO₂）に変えた。得ら
れた窒化チタン層の厚さは0.15μｍであった。

また、比較例のNo.5については、第３図に示される装
置を用いて同様にして型母材の成形面上に炭化ケイ素層
を形成した。この際に、窒素ガスの導入を行わず同じ量
のCH₄ガスを導入し、かつチタンターゲットの代りにケ
イ素ターゲットを用いた。得られた炭化ケイ素層の厚さ
は１μｍであった。

窒化膜＋酸化膜が被覆された型によるレンズのプレス成
形： このよにして得られた型を用いて第４図に示す成形装
置によりレンズの成形試験を行なった。

レンズを製作する工程を次に述べる。

第４図は本発明による光学素子の製造方法の実施され
る装置の一例の概略構成を示す縦断面模式図であり、第
５図はそのＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ断面模式図である。

図において、102はケーシングであり、104a,104bはそ
の支持脚である。上記ケーシングにより外気と遮断可能
に成形室106及び置換室108が形成されている。成形室10
6と置換室108とはその間に設けられた密閉可能なゲート
バルブ110により区画されており、ちょうど成形室106の
側方に置換室108が付設された形態とされている。該置
換室108の下部には外部との間に密閉可能なゲートバル
ブ112が設けられている。

該ゲートバルブ112の下方には、外部から置換室108内
へと成形用素材を送入し更に該置換室108内から外部へ
の成形済光学素子を取出すための送入取出し手段120が
配置されている。

上記置換室108の近傍には、該置換室108内の成形用素
材を上記成形室106内へと搬送し更に該成形室106内から
置換室108内へと成形済光学素子を搬送する搬送手段122
が配置されている。

上記成形室106内には、加熱部124,移送部126及びプレ
ス部128が配設されている。

尚、本実施例では、第５図に示されている様に、２つ
の同等なプレス部P₁，P₂が設けられている。

上記加熱部124は、上記搬送手段122により成形室106
内に搬送される成形用素材を受取り該素材を適宜の温度
に加熱し、更に上記移送部126から成形済光学素子を受
取る。

上記移送部126は、上記加熱部124にある成形用素材を
上記プレス部128へと移送し、更に該プレス部にある成
形済光学素子を上記加熱部124へと移送する。

上記プレス部128は、上記移送部126により移送されて
きた成形用素材を適宜の温度にまで加熱した上で成形用
型部材によりプレスする。

以下、各部の詳細につき説明する。

上記送入取出し手段120において、シリンダ132が支持
脚134a,134bにより支持されて上下方向に配置されてい
る。136はシリンダ136により上下移動せしめられるピス
トンロッドであり、その上端には成形用素材または成形
済光学素子を載置するための載置台138が取付けられて
いる。該載置台138は、上記成形室106内に２つのプレス
部128（P₁，P₂）が設けられてていることに対応して、
成形用素材または成形済光学素子が２つ載置される様に
第４図の紙面に垂直の方向に２つの載置部が併設されて
いる。

上記載置台138は、その上下移動ストロークの上下両
端位置が上記置換室108内及び該置換室外となる様に設
定されている。もちろん、載置台138の上下移動の際に
は、置換室108に付設されたゲートバルブ112が開状態と
される。

上記搬送手段122において、ロッドレスシリンダ142が
ロッドレスシリンダ支持脚144a,144bにより支持されて
上記置換室108の方を向いて水平方向に配置されてい
る。146は上記ロッドレスシリンダ142により水平往復移
動せしめられる軸受け部材であり、該軸受け部材にはそ
の移動方向と平行な水平方向の搬送軸148の一端部が該
軸方向のまわりに回動可能に取付けられている。該搬送
軸の他端部は上記置換室108内まで延びており、その先
端には成形用素材または成形済光学素子を吸着するため
の吸着手段150が取付けられている。一方、上記軸受け
部材146には回転シリンダ152が取付けられており、154
はその出力ギヤである。また、上記搬送軸148の先端部
には、上記ギヤ154と噛み合うギヤ156が固定されてお
り、従って上記回転シリンダ152により搬送軸148を回動
させることができる。

上記吸着手段150には上下両面にそれぞれ２つづつ吸
着部が設けられており、その配置は上記載置台138の２
つの載置部の配置と対応している（第５図参照）。該上
下各面の吸着部は、上記搬送軸148の180°回動により、
上下反転せしめられる。尚、吸着手段150にはヒータが
内蔵されている。

上記搬送軸148に取付けられた吸着手段150の水平方向
移動は、上記載置台138の上方の置換室108内の位置（第
４図に示される位置）から上記成形室106内の加熱部124
の位置まで行う。もちろん、吸着手段150の水平移動の
際には、置換室108と成形室106との間のゲートバルブ11
0が開状態とされる。

上記加熱部124において、シリンダ162が成形室106外
にてケーシング102に取付けられており、上下方向に配
置されている。164はシリンダ162により上下移動せしめ
られるピストンロッドであり、ケーシング102を貫通し
て成形室106内まで延びており、その上端には成形用素
材または成形済光学素子を載置するための載置台166が
取付けられている。該載置台166は成形用素材または成
形済光学素子が２つ載置される様に第４図の紙面に垂直
の方向に２つの載置部が併設されている（第５図参
照）。

上記載置台166の上方には加熱筒体168が支持部材170
により吊されて配置されている。該筒体168は下方が開
放されており、その内面にはヒータ172が取付けられて
いる。

上記載置台166の上下移動は、上記吸着手段150が到来
する位置より下方の位置（第４図に示される位置）から
上記加熱筒体168内の位置まで行う。

上記移送部126において、シリンダ182が成形室106外
にてケーシング102に取付けられており、上下方向に配
置されている。184はシリンダ182により上下移動せしめ
られるピストンロッドであり、ケーシング102を貫通し
て成形室106内まで延びており、その外面には上下方向
のまわりに相対回動自在に回転スリーブ186が取付けら
れている。該スリーブはケーシング102を貫通してお
り、その上端には水平方向に延びた２股のアーム188a,1
88bが付設されている。これらアームの先端には、それ
ぞれ吸着手段190a,190bが取付けられている。一方の吸
着手段190aはプレス部P₁に対応しており、他方の吸着手
段190bはプレス部P₂に対応している。各吸着手段の下面
には吸着部が設けられている。また、192は上記スリー
ブ186をピストンロッド184に対し回動させるための駆動
手段である。

該スリーブ186の回動に基づく上記吸着手段190aの回
動は上記加熱部124の載置台166上方の位置から第５図に
示される中間位置を含む上記プレス部128（P₁）の位置
まで行うことが必要であり、上記吸着手段190bの回動は
上記加熱部124の載置台166上方の位置から第５図に示さ
れる中間位置を含む上記プレス部128（P₂）の位置まで
行うことが必要である。

上記プレス部128には、上下方向の固定筒202がケーシ
ング102に固定されている。シリンダ204が成形室106外
において上記固定筒202の下端部に取付けられており、
上下方向に配置されている。206はシリンダ204のピスト
ンロッドに接続され上下移動せしめられる下軸であり、
該下軸は上記固定筒202内に上下方向に摺動可能な様に
収容されている。

上記固定筒202の上端上にはリング状のヒータプレー
ト208を介して筒状の胴型部材210の下端が載置されてお
り、該下端が押えリング212により上記固定筒202に対し
固定されている。また、上記下軸206の上端上には下型
部材214が配置されている。該下型部材は胴型部材210内
に収容されており、該胴型部材に対し上下方向に摺動可
能である。

また、シリンダ222が成形室106外においてケーシング
102に対し取付けられており、上下方向に配置されてい
る。224はシリンダ222のピストンロッドに接続され上下
移動せしめられる上軸であり、該上軸は上記下軸202の
上方において該下軸と同軸状に配置されている。上軸22
4の下端面は凸球面形状とされており、226は該凸球面形
状に対応する凹球面形状の上面を有する球面座である。
該球面座226はプレスの際の自動調心の機能を発揮す
る。該球面座226の下側には上型部材228の上端フランジ
部が配置されており、該上端フランジ部が上軸固定の押
えリング230により係止されている。上型部材228は胴型
部材210内に収容されており、該胴型部材に対し上下方
向に摺動可能である。

尚、上記下型部材214の上端面及び上記上型部材228の
下端面は成形すべき光学素子の光学機能面形成のための
転写面であり、所望の表面精度に仕上げられている。

上記下軸206及び上軸224内にはそれぞれ冷媒流通経路
C₁，C₂が設けられている。また、上記ヒータプレート20
8、胴型部材210及び上軸224下部にはそれぞれヒータ
H₁，H₂，H₃が内蔵されている。

次に、上記の装置の動作について説明する。第６図は
各部の動作タイミングを示す図である。

不図示の窒素ガス供給系により成形室106内を窒素雰
囲気で満たしておく。当初、ゲートバルブ110,112は閉
じている。

先ず、ゲートバルブ112を開き（T₀）、第４図に示さ
れる下方位置にある載置台138上に２つの成形用素材を
載置して、該載置台138をシリンダ132により上昇させ、
ゲートバルブ112を通って置換室108内へと導入する
（T₁）。該置換室内において、上記成形用素材は吸着手
段150の下面側吸着部により吸着される。この時の吸着
手段150の回動位置を基準状態とし、これから180°回動
した状態を反転状態とする。該吸着は不図示のエアー吸
引手段によりなされる。

次に、載置台138を少し下降させ、回転シリンダ152に
より搬送軸148を180°回転させ、置換室108内において
吸着手段150を上下反転させる（T₂）。これにより、成
形用素材は吸着手段150の上面側に位置することにな
る。

次いで、上記載置台138を置換室108内の位置から該置
換室外の下方位置まで下降させる（T₃）。

次に、ゲートバルブ112を閉じ（T₄）、不図示の減圧
手段により置換室108内を減圧し、吸着手段150に内蔵さ
れているヒータにより成形用素材を予備加熱する。

この予備加熱は、真空度をたとえば10Torr以下、好ま
しくは1Torr以下、より好ましくは0.1Torr以下で行う。
更に、該予備加熱は、たとえば100℃以上の温度で行
う。また、該予備加熱は、たとえば10秒間以上、好まし
くは30秒間以上、より好ましくは１分間以上行う。

この予備加熱により、成形用素材の表面に吸着されて
いる異物を除去する。

次いで、置換室108内に不図示の窒素ガス供給系によ
り窒素ガスを供給し、該置換室108内を窒素雰囲気で満
たした後、ゲートバルブ110を開く（T₅）。

そして、シリンダ142により搬送軸148を成形室106の
方へと移動させ、吸着手段150を成形室106内の加熱部12
4の下限位置の載置台166の上方に位置させる（T₆）。

次に、この位置で、回転シリンダ152により搬送軸148
を180°回転させ、吸着手段150を上下反転させる
（T₇）。

そして、加熱部のシリンダ162により載置台166を少し
上昇させ、上記吸着手段150の下面側に吸着されている
成形用素材を吸着解除により載置台166上に置く。

尚、該載置台166は上記吸着手段150の到来に先立っ
て、シリンダ162により上限位置まで上昇せしめられ（T
_a）、加熱筒体168内に適宜の時間配置されることによ
り、適宜の温度まで加熱され、しかる後に第４図で示さ
れる下方位置まで下降せしめられ（T_b）ている。従っ
て、該載置台166上に成形用素材が置かれた時に、該素
材が温度ショックで割れる様なことがない。

次に、載置台166を下限位置まで少し下降させて搬送
軸148を水平方向に移動させることにより吸着手段150を
置換室108まで後退させ（T₈）、ゲートバルブ110を閉じ
る（T₉）。

尚、成形用素材の載置された載置台166は上記T₈より
後且つT₉より前において、シリンダ162により上限位置
まで上昇せしめられ（T_c）、加熱筒体168内に適宜の時
間配置されることにより、適宜の温度まで加熱され、T₉
より後において第４図で示される下方位置まで下降せし
められる（T_d）。

次いで、回動駆動手段192によりアーム188a,188bを回
動させて、先ず吸着手段190aを上記載置台166の上方に
位置させ（T₁₀）、加熱部のシリンダ162により載置台16
6を少し上昇させ、該載置台166上の第１の成形用素材を
上記吸着手段190aに吸着させ、再び載置台166を少し下
降させる。該吸着は不図示のエアー吸引手段によりなさ
れる。

次に、回動駆動手段192によりアーム188a,188bを回動
させて、吸着手段190aを第１のプレス部P₁へと移動させ
る（T₁₁）。ここで、吸着手段190aにより吸着されてい
る成形用素材G₁は胴型部材210の側部に設けられた開口2
11を通って胴型部材内部へと導入され（第７図
（ａ））、ここで移送部のシリンダ182により吸着手段1
90aが少し下降せしめられ（第７図（ｂ））、下型部材2
14上に成形用素材が置かれる（第７図（ｃ））。

尚、上記T₁₀において吸着手段190bは上記第２のプレ
ス部P₂へと移動せしめられ、上記T₁₁において吸着手段1
90bは上記載置台166の上方に位置せしめられる。そし
て、T₁₁において加熱部のシリンダ162により載置台166
を少し上昇させ、該載置台166上の第２の成形用素材を
上記吸着手段190bに吸着させ、再び載置台166を少し下
降させる。

続いて、上記アーム188a,188bを回動させて、吸着手
段190bを第２のプレス部P₂へと移動させる（T₁₃）。こ
こで、上記第１のプレス部P₁の場合と同様に、吸着手段
190bにより吸着されている成形用素材は胴型部材210の
側面に設けられた開口を通って胴型部材内部へと導入さ
れ、ここでシリンダ182により吸着手段190bが少し下降
せしめられ、下型部材214上に成形用素材が置かれる。

次に、アーム188a,188bを回動させて、吸着手段190b
を第２のプレス部から中間位置に戻す（T₁₄）。尚、上
記T₁₃において吸着手段190aは上記載置台166の上方に位
置せしめられ、上記T₁₄において吸着手段190aは中間位
置に戻る。

かくして第５図に示される状態とする。

次に、２つのプレス部128（P₁，P₂）において、プレ
ス成形が実行される。

尚、上記胴型部材21内への成形用素材G₁の導入時に
は、上軸224はシリンダ222により上方へと引き上げられ
ており、これにより、上記第７図（ａ）〜（ｃ）に示さ
れる様に、上型部材228が胴型部材210内で上方位置へと
移動しており、これにより上記胴型部材側部の開口211
が型部材内のキャビティと連通していて、ここからキャ
ビティ内に成形用素材G₁が導入される。

プレス時には、上記シリンダ222により上軸224が下方
へと移動せしめられ、上型部材228が上記胴型部材210の
開口211をふさぎ、キャビティが閉塞され、更に上型部
材228が下方へと押圧されることによりキャビティ内の
成形用素材がプレス成形され、光学素子G₂が形成される
（第７図（ｄ））。尚、上型部材228は押えリング30の
下端が胴型部材210の上端に当接するまで下方に移動す
る。

該プレス成形は、ヒータH₁，H₂，H₃により成形用素材
を成形可能な粘度となるまで加熱した上で適宜の時間行
い、キャビティ形状に成形した後に、冷媒流通経路C₁，
C₂に冷媒を通して、成形済光学素子を冷却する。該冷却
過程では、シリンダ204により下部部材214を上方へと適
度の圧力（但し、シリンダ222による上型部材228の下方
への押圧力より小さい圧力）で押圧して、光学素子の収
縮に伴うヒケの発生を防止する。

しかる後に、上軸224を上昇させ、胴型部材側部の開
口211を開く。

そして、上記プレス部128への成形用素材の導入時と
ほぼ逆の順序で、移送部126の吸着手段190a,190bを移動
させ、第１のプレス部P₁及び第２のプレス部P₂の成形済
光学素子をそれぞれ吸着して取出し、順次加熱部124の
載置台166上に置き、最後に吸着手段190a,190bを第５図
に示される中間位置に置く（T₁₅〜T₁₉）。

尚、時T₁₃より後且つT₁₆より前において、シリンダ16
2により載置台166を上昇させ（T_e）て加熱筒体168内に
移動させ、適宜の温度に加熱を行った後、第４図に示さ
れる下方位置への移動させ（T_f）ておく。これは、上記
T_a〜T_bと同様の工程である。

他方、上記T₀〜T₆と同様にして、ゲートバルブ112を
開き、載置台138上の新たな成形用素材を置換室108内に
て吸着手段150により吸着し、予備加熱して、成形室106
内の加熱部124へと搬送する（T₂₀〜T₂₆）。

尚、上記T₂₆は上記T₁₉より後となる様にタイミングが
調整されている。

そして、上記載置台166を少し上昇させ、該載置台上
にある成形済光学素子を吸着手段150の下側吸着部によ
り吸着し、上記載置台166を少し下降させた後に、上記
吸着手段150を反転させ（T₂₇）、次いで上記載置台166
を少し上昇させ、新たに下側となった吸着部に吸着され
ている成形用素材を載置台166上に置く。

そして、上記T₈〜T₉と同様にして、吸着手段150を加
熱部124から置換室108内へと移動させ（T₂₈）た後に、
ゲートバルブ110を閉じる（T₂₉）。

尚、上記T_c〜T_dと同様にして、成形用素材の載置され
た載置台166は上記T₂₈より後且つT₂₉より前において、
シリンダ162により上限位置まで上昇せしめられ
（T_g）、加熱筒体168内に適宜の時間配置されることに
より、適宜の温度まで加熱され、T₂₉より後において第
４図で示される下方位置まで下降せしめられる（T_h）。

以下、移送部126及びプレス部128において、上記T₁₀
〜T₁₉と同様の工程が実行される。

一方、ゲートバルブ112を開き（T₃₀）、更なる新たな
成形用素材を載置した載置台138を上昇させ（T₃₁）、置
換室108内にて吸着手段150の下側吸着部により吸着した
後に、該載置台138を少し下降させ、次に回転シリンダ1
52により搬送軸148を180°回転させ、吸着手段150を上
下反転させ（T₃₂）、載置台138を少し上昇させ、新たに
下側となった吸着部に吸着されている成形済光学素子を
載置台138上に置く。次に、該載置台138を置換室108外
まで下降させ（T₃₃）、ゲートバルブ112を閉じる
（T₃₄）。

以上により、載置台138上に置いた成形用素材がプレ
ス成形されて、該載置台上に回収される。

以下、同様に繰り返すことにより、連続的にプレス成
形を行うことができる。

上記置換室108内での予備加熱処理は、成形用素材の
表面に吸着されている水分、有機物等の異物を揮散させ
除去するために行うのであり、減圧下で加熱するもので
ある。

上記置換室108内での予備加熱条件を変化させて直径2
6mmのレンズを製造した。

ここで用いた成形用素材はSF8であり、また成形用型
部材として超硬合金製母材の表面にスパッタリングで窒
化チタン（TiN）の薄膜（厚さ１μｍ）を付与したもの
を用いた。プレス時の温度は520℃であり、プレス圧力
（全圧）は600Kgとした。

上記置換室108内での予備加熱処理を、以下の４条件
で行った（各100個）。

（１）真空度：10^-1Torr 加熱温度:300℃ 加熱時間:3分間 （２）真空度：10^-1Torr 加熱温度:400℃ 加熱時間:1分間 （３）真空度:5×10^-2Torr 加熱温度:300℃ 加熱時間:3分間 （４）真空度:5×10^-2Torr 加熱温度:400℃ 加熱時間:1分間 その結果、本発明の実施例No.1,2及び３では、いずれ
の条件を用いた場合も、光学素子のヒビ、ワレ等の破損
や融着等の発生はなかった。

尚、上記本発明実施例においては置換室108内での予
備加熱処理を吸着手段150に内蔵されているヒータを用
いて行っているが、置換室108自体にヒータを備えてお
き、これにより予備加熱処理を行うこともできる。

以上の様なプレス成形の前後における型部材228（上
型）,214（下型）の成形面の表面粗さ及び成型された光
学素子の光学面の表面粗さ、ならびに成形光学素子と型
部材214,228との離型性について表２に示す。

次に、融着発生のないNo.1、No.2及びNo.3について、
同一型部材を用いて、10000回のプレス成形を行い、200
回、1000回、5000回、10000回後における型部材214,228
の成型面の表面粗さ及び成形された光学素子の光学面の
表面粗さについて表３に示す。

以上の様に、本発明実施例においては、繰返しプレス
成形に使用しても良好な表面精度を十分に維持でき、良
好な表面精度の光学素子が形成できた。

上記実施例では成形される光学ガラスとしてフリント
系のものが用いられているが、その他のクラウン系等の
ガラスについても同様に良好な精度での成形が可能であ
る。

上記実施例では型母材として超硬合金及び焼結SiCを
用いているが、型母材はこの２つに限定されることなく
高温高強度な材料であればよい。

上記実施例では、PVD法や、CVD法で、型母材上に形成
された窒化チタン層をそのまま用いているが、該方法に
より窒化チタン層を比較的厚く形成しておき、その後表
面を鏡面研摩した上で酸化処理して用いることもでき
る。また、多数回のプレスにより表面に欠陥が生じた場
合にも、この様な研摩により良好な表面を再生すること
ができる。

他の実施例 上記実施例では、酸化処理する窒化物膜を窒化チタン
としたが、高硬度で酸化可能な膜であれば良く、窒化ア
ルミニウム（A1N），窒化クロム（CrN）、窒化タンタル
（TaN）、窒化ハフニウム（HfN）、窒化ニオブ（NbN）
でもよい。また上記の２種以上の窒化物の複合膜や多層
膜でもよい。酸化処理温度はTiNの場合には、500℃とし
たが、この温度は窒化物の種類に変える必要がある。例
えば窒化アルミニウムの場合には、750℃程度である。
もちろん酸化処理温度は、上記の値には、限定されな
い。なお、上記の窒化物膜は実施例１と同様の方法で作
成できる。また、複合膜の場合にはターゲットを２種以
上用いるか、混合物のターゲットを用いれば良く、多層
膜の場合には成膜をくりかえせば良い。

［発明の効果］ 以上の様な本発明によれば、単一の金属の窒化膜に比
較して耐酸化性が良好な酸化膜で成形面が被覆されてい
るので、繰返しプレス成形に際し精度劣化が少な光学素
子成形用型が提供される。

更に、酸化膜（例えば酸化チタン層）のヌープ硬さHk
が1500kg/mm²程度であり、ヌープ硬さ2000kg/mm²程度の
窒化膜（例えば窒化チタン層）に比較し低硬度であるも
のの、酸化膜は薄くその層の下に高硬度の窒化膜が形成
されているため使用時においてクリーニングを繰返して
も傷付きにくく、それ故に良好な表面精度の光学素子を
長期にわたって製造することができる。

また、本発明の型は型母材として加工性の良好なもの
を幅広く選択することができるので、製造が容易であ
る。

また、酸化物はガラス中の酸化鉛を還元しないため、
窒化物コートの型でみられた析出した酸化鉛によって型
とガラスが白くくもるという不良が発生しなくなった。

また、酸化膜が窒化膜の表面部分を酸化して形成され
る場合には、酸化チタンを直接膜づけした場合に比べ
て、窒化膜と酸化膜の密着性が更に高く型の耐久性も更
に優れる。

【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図は本発明による光学素子の製造方法の実施される
装置の一例の概略構成を示す縦断面模式図であり、第５
図はそのＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ断面模式図である。 第６図は本発明による光学素子の製造方法の実施される
装置の各部の動作タイミングを示す図である。 第７図（ａ）〜（ｄ）はいずれも本発明による光学素子
の製造方法の実施される装置のプレス部の断面概略図で
ある。 1,2:型母材、1a,2a:窒化膜、1b,2b:酸化膜、3:ガラス素
材、４…成形されたレンズ、20:気密室、21:排気口、2
2:加熱ヒータ、23:ヒータ電源、24:型母材支持体、25:
バイアス電源、26:型母材、27:アンモニア導入用パイ
プ、28:グロー放電発生用コイル、29:整合回路、30:高
周波電源、31:カソード電極、32:アルミハフニウムタン
タルチタンターゲット、33:冷却水用パイプ、34:アルゴ
ンガス導入用パイプ、35:シャッター、106:成形室、10
8:置換室、110,112:ゲートバルブ、120:送入取出し手
段、122:搬送手段、124:加熱部、126:移送部、128:プレ
ス部、138:載置台、148:搬送軸、150:吸着手段、166:載
置台、168:加熱筒体、190a,190b:吸着手段、206:下軸、
210:胴型部材、214:下型部材、224:上軸、228:上型部
材、H₁〜H₃：ヒータ、C₁，C₂：冷媒流通経路、P₁，P₂：
プレス部。

Claims (1)

(57)【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、型母材の少なくとも成
   形面に、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、ハフニウム
   （Hf）、ニオブ（Nb）からなる群より選ばれた少なくと
   も１種の金属の窒化膜を介して、チタン（Ti）、タンタ
   ル（Ta）、ハフニウム（Hf）、ニオブ（Nb）からなる群
   より選ばれた少なくとも１種の金属の酸化膜が被覆され
   ていることを特徴とする光学素子成形用型。