JPH0826750A

JPH0826750A - 光学素子用成形型及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0826750A
Application number: JP16032094A
Authority: JP
Inventors: Keiji Hirabayashi; 敬二平林; Tetsuo Kuwabara; 鉄夫桑原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1996-01-30

Abstract

(57)【要約】【目的】ガラスを構成成分とする光学素子をプレス成
形するための成形型において、高硬度で、耐久性に優
れ、加工表面が平滑であり、被成形材料との離形性にも
優れたプレス成形型及びその製造方法を提供することを
目的とする。【構成】ガラスを構成成分とする光学素子のプレス成
形に用いる光学素子用成形型において、ガラスと接する
面が膜厚が１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の非晶質硬質炭
素膜３であり、該非晶質硬質炭素膜が、基体１上に形成
された最大表面粗さ（Ｒ_max）が３０ｎｍ以下のダイヤ
モンド結晶膜２上に形成されていることを特徴とする光
学素子用成形型。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラスを構成成分とす
るレンズ、プリズム等の光学素子を、プレス成形により
製造する際に使用される光学素子用成形型及びその製造
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た。

【０００３】このような光学素子のプレス成形に使用さ
れる型材の性質としては、硬度、耐熱性、離型性、鏡面
加工性等に優れていることが要求される。従来、これら
の要求を満たすものとして、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４９−５
１１１２号公報には¹³Ｃｒマルテンサイト鋼、特開昭５
２−４５６１３号公報にはＳｉＣ及びＳｉ₃Ｎ₄、特開昭
６０−２４６２３０号公報には超硬合金の母材表面に貴
金属をコーティングした材料、また特開昭６１−１８３
１３４号公報、特開昭６１−２８１０３０号公報、特開
平１−３０１８６４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を母材表面にコーティングした
材料、特開昭６４−８３５２９号公報には硬質炭素膜を
母材表面に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、加圧成形される
前の予備成形されたガラスまたは型のどちらか一方の表
面に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】しかしながら、¹³Ｃｒ
マルテンサイト鋼は酸化し易く、更に高温でＦｅがガラ
ス中に拡散して被成形材料であるガラスが着色する欠点
を持つ。ＳｉＣ及びＳｉ ₃Ｎ₄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Ｓｉ
Ｏ₂が形成され、ガラスの融着が生じる。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持つ。
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さが
大きく、鏡面加工する必要がある。また、特開平１−３
０１８６４号公報において、炭素源ガス濃度を３％以上
としてダイヤモンド結晶、グラファイト結晶、アモルフ
ァス状カーボンよりなる膜を形成し、最大表面粗さ（以
下、Ｒ_maxとする）を２０ｎｍ以下とすることが提案さ
れている。しかしながら、膜中のグラファイト結晶の存
在は、硬度と耐酸化性の劣化を生じ、型の耐久性を劣化
させる原因となる。更に、ＤＬＣ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よく、
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る。

【０００６】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、一般的には膜と基板との密着力が弱く、成形
中に膜が剥離する場合があり、耐久性に問題があった。

【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
ガラスを構成成分とする光学素子をプレス成形するため
の成形型において、高硬度で、耐久性に優れ、加工表面
が平滑であり、被成形材料との離形性にも優れたプレス
成形型及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
する本発明は、ガラスを構成成分とする光学素子のプレ
ス成形に用いる光学素子用成形型において、ガラスと接
する面が膜厚が１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の非晶質硬
質炭素膜であり、該非晶質硬質炭素膜が、基体上に形成
された最大表面粗さ（Ｒ_max）が３０ｎｍ以下のダイヤ
モンド結晶膜上に形成されていることを特徴とする光学
素子用成形型である。

【０００９】また、本発明は、ガラスを構成成分とする
光学素子のプレス成形に用いる光学素子用成形型を製造
する方法において、基体上に気相合成法により最大表面
粗さ（Ｒ_max）が３０ｎｍ以下のダイヤモンド結晶膜を
形成し、該ダイヤモンド結晶膜上に気相合成法により膜
厚が１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の非晶質硬質炭素膜を
形成することを特徴とする光学素子用成形型の製造方法
である。

【００１０】また、本発明は、ガラスを構成成分とする
光学素子のプレス成形に用いる光学素子用成形型を製造
する方法において、基体上に気相合成法によりダイヤモ
ンド結晶膜を形成した後、該ダイヤモンド結晶膜を最大
表面粗さ（Ｒ_max）が３０ｎｍ以下となるように研磨
し、更に該ダイヤモンド結晶膜上に気相含成法により膜
厚が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の非晶質硬質炭素膜を形
成することを特徴とする光学素子用成形型の製造方法で
ある。

【００１１】また、本発明の製造方法は、非晶質硬質炭
素膜を、高周波プラズマＣＶＤ法又はイオンビーム蒸着
法により形成することを含むものである。

【００１２】本発明者らは、従来の光学素子用成形型の
問題点に鑑み、成形型の表面層として用いられる炭素を
主成分とする気相合成炭素膜の形態が、光学素子の成形
性能に及ぼす影響について詳細な実験を続けた結果、炭
素膜の結晶性及び構造が光学素子の成形性能へ関与する
ことを明らかにすることができたものである。

【００１３】すなわち、成形型の少なくとも被成形材料
と接する表面に、ダイヤモンド結晶膜を下地層とする非
晶質硬質炭素膜を気相合成法により形成することによ
り、ガラスとの融着がなく、高硬度で、表面平滑性に優
れ、更に、耐酸化性及び型耐久性の高い、光学素子用成
形型を実現したものである。

【００１４】これらの特徴は以下の理由によるものであ
る。すなわち、ダイヤモンド結晶膜は、他のセラミック
ス及び金属薄膜よりはガラスとの密着力が小さく離型性
に優れているが、非晶質を主成分とする硬質炭素膜は、
ダイヤモンド薄膜よりも更にガラスとの密着力が小さく
離型性に優れている。しかしながら、非晶質硬質炭素膜
は、ダイヤモンド薄膜より熱安定性が劣り、更に基体及
びガラスとの反応性が高く耐久性に乏しいという欠点が
ある。このため本発明においては限定された表面粗さの
ダイヤモンド結晶膜上に非晶質硬質炭素膜を特定の膜厚
範囲で積層した構造とすることにより、ガラスとの融着
がなく、より高硬度で、表面平滑性に優れ、更に、耐酸
化性および型耐久性の高い、光学素子用成形型を実現し
たものである。

【００１５】図１は本発明の光学素子用形成型の一例を
示す模式図である。図中、１は基体、２はダイヤモンド
結晶膜、３は非晶質硬質炭素膜である。図１では凸面レ
ンズ用成形型を示したが、本発明に係る光学素子用成形
型はこれに限定されず、凹面レンズ用成形型、非球面レ
ンズ用成形型、シリンドリカルレンズ用成形型等、種々
に光学素子に採用することができる。

【００１６】図２及び図３は、本発明に係る光学素子用
成形型を用いて光学素子をプレス成形する一例を示す模
式図である。図２はプレス成形前のガラス素材と光学素
子用成形型とを示す模式図である。図３はガラス素材が
プレスされた状態を示す模式図である。図中２１及び３
１は基体、２２及び３２はダイヤモンド結晶膜と硬質炭
素膜とからなる炭素膜であり、２３はガラス素材、３３
はプレス成形された光学素子である。上下の成形型の間
に置かれたガラス素材２３をプレス成形することにより
レンズ等の光学素子３３が形成される。

【００１７】基体上に形成されるダイヤモンド結晶膜は
表面の凹凸が大きく（一般的にはＲ _maxが１００ｎｍ以
上）、そのままでは光学素子用成形型として用いること
ができない。このため、本発明では、まず、ダイヤモン
ド膜のＲ_maxを３０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下
に鏡面研磨加工して、光学素子成形用型として利用可能
な表面平滑性を得ることが必要である。このとき、Ｒ
_maxが３０ｎｍより大きいと、最終的に光学素子用成形
型として必要な表面平滑性が得られない場合がある。

【００１８】ダイヤモンド結晶膜のＲ_maxを３０ｎｍ以
下にするには、ダイヤモンド膜の研磨を行う。研磨方法
としては、研磨剤を用いて機械的に研磨を行う方法、６
００℃以上に加熱した鉄、ニッケル等の金属と接触させ
て熱化学的に研磨を行う方法等がある。

【００１９】ダイヤモンド結晶は非常に硬度が高く、研
磨が困難であるため、最終的にＲ_ma _x３０ｎｍ程度に平
滑化するためには、気相成長の段階である程度平坦な膜
を形成することが望ましい。このためには、ダイヤモン
ド結晶を微結晶化させたり、核発生密度を向上させたり
して、気相反応を行う。

【００２０】ダイヤモンド結晶の微結晶化は、例えば、
（炭素源ガス流量）／（導入ガス全流量）で定義される
炭素原料ガス濃度を１．５％以上、より好ましくは２％
以上にすることにより、あるいは基体温度を７５０℃以
下、より好ましくは７００℃以下にすることにより達成
される。

【００２１】核発生密度は、１×１０⁶個／ｍｍ²以上、
より好ましくは５×１０⁶個／ｍｍ²以上とすることが好
ましい。核発生密度を向上させる方法としては、１μｍ
以下のダイヤモンドペーストで基体表面を研磨する「傷
つけ処理」を施す方法、数十μｍのダイヤモンド砥粒を
含有させた溶媒中で基体に超音波振動印加する「超音波
処理」を施す方法、炭素原料ガスを含有するプラズマ中
で基体に負バイアス印加する「電界処理」を施す方法等
を挙げることができる。

【００２２】本発明においては、以上の方法及び条件を
単独又は組み合わせてＲ_maxが３０ｎｍ以下であるダイ
ヤモンド結晶膜を形成するものである。

【００２３】本発明においては、上記ダイヤモンド結晶
膜上に、非晶質硬質炭素膜を形成して、光学素子用成形
型とする。

【００２４】本発明において、「非晶質硬質炭素膜」と
は、結晶構造を全く有さないか、または殆ど無視できる
程度のダイヤモンドやグラファイトなどの炭素結晶相を
含有する炭素膜である。具体的には例えば、炭素含有ガ
スをプラズマ化し、プラズマ中のイオンを用いて形成さ
れた炭素膜、又は黒鉛等の固体炭素材料をイオンビーム
又はプラズマでスパッタリングし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とも
呼ばれているものである。これらの硬質炭素膜は、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かそれ以
上の平滑性を得ることができる。

【００２５】非晶質硬質炭素膜の膜厚は１ｎｍ以上、５
００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上、１００ｎｍ以
下、最適には１０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である。１ｎ
ｍより薄い場合は、非晶質硬質炭素膜形成の効果がな
く、又５００ｎｍより厚い場合は、膜剥離等生じ易く成
形型の劣化の原因となる。非晶質硬質炭素膜の厚さが前
記範囲内であればダイヤモンド膜と硬質炭素膜との密着
力は非常に良好である。硬質炭素膜の下地をダイヤモン
ド結晶膜とすることにより、成形による硬質炭素膜硬度
の劣化も抑制され、型の耐久性も大幅に向上する。これ
は、ダイヤモンド構造を有する非晶質炭素膜からグラフ
ァイト構造を有する非晶質炭素膜へ構造が変化するため
であると思われる。

【００２６】これら非晶質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又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るのは非常に困難で
あるが、一般的には全体積の数％以下である。この程度
の微結晶相の量であれば表面の平滑性及び耐熱性には実
用上問題はない。但し、例えば、ラマン分光分析法でダ
イヤモンド結晶相が同定されたり、Ｘ線回折法の分析方
法でダイヤモンド、グラファイト等の結晶相が同定でき
るほど膜中に結晶相が含有されている場合、表面の平滑
性又は耐熱性が劣化し、光学素子用成形型としては適当
ではない。

【００２７】ダイヤモンド結晶膜の形成方法としては、
種々の気相合成法を用いることができる。気相合成法と
しては熱フィラメントＣＶＤ法、マイクロ波ＣＶＤ法、
有磁場マイクロ波ＣＶＤ法、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法、
直流プラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、燃焼炎
法等を挙げることができる。

【００２８】気相合成法に用いる原料ガスの炭素源とし
ては、メタン、エタン、エチレン、アセチレン等の炭化
水素ガス、アルコール、アセトン等の液状有機化合物、
一酸化炭素、ハロゲン化炭素などを用いることができ
る。更に、適宜、水素、酸素、塩素、フッ素、希ガスを
含むガスを添加することができる。

【００２９】非晶質硬質炭素膜の形成方法としては、高
周波プラズマＣＶＤ法、スパッタ蒸着法、イオンビーム
蒸着法等がある。

【００３０】高周波プラズマＣＶＤ法は、メタン、エタ
ン、エチレン、アセチレン等の炭化水素ガス、アルコー
ル、アセトン等の液状有機化合物、一酸化炭素、ハロゲ
ン化炭素等の炭素源ガスを用い、適宜水素、酸素、塩
素、フッ素、希ガス等の希釈ガスを加える。これらの混
合ガスを１ＭＨｚから１０ＧＨｚまでの周波数を有する
高周波を用いてプラズマ化して、基体上に非晶質硬質炭
素膜を形成する方法である。

【００３１】スパッタ蒸着法は黒鉛等の固体炭素源ター
ゲット上に、プラズマ又はイオンビームを照射して炭素
源をスパッタし、このスパッタされた炭素源を基体上に
蒸着して非晶質硬質炭素膜を形成する方法である。本発
明の硬質炭素膜形成方法は、上記方法に限定されるもの
ではないが、高周波プラズマＣＶＤ法は装置構造が簡単
であり、また大面積化が可能で多数の基体上に同時に硬
質炭素膜を形成することが可能であり、本発明に好適な
方法である。

【００３２】イオンビーム蒸着法はメタン、エタン、エ
チレン、アセチレン等の炭化水素ガス、アルコール、ア
セトン等の液状有機化合物、一酸化炭素、ハロゲン化炭
素等の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又は高周波、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方
法である。このとき、加速電圧は０．５ｋＶ以上、より
好ましくは３ｋＶ以上、好適には５ｋＶ以上が望まし
い。イオンビーム蒸着法は高速加速電圧のイオンを基体
に照射して硬質炭素膜を形成するので型材との密着力が
良好であり、本発明に更に好適な方法である。

【００３３】光学素子用成形型に使用される基体として
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。

【００３４】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、その曲面上に気相合成法を用いて前
記ダイヤモンド結晶膜及び非晶質を主体とする硬質炭素
膜を形成する。

【００３５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３６】実施例１熱フィラメントＣＶＤ法により以下の要領で基体上にダ
イヤモンド結晶膜を形成した。

【００３７】図４は熱フィラメントＣＶＤ法による装置
の一例を示す模式図である。４１は石英反応管、４２は
電気炉、４３はフィラメント、４４は基体、４５は原料
ガス導入系、４６はガス排気系である。原料ガス導入系
４５は不図示のガスボンベ、ガス流量調節器、バルブ等
に接続されている。ガス排気系４６は不図示のガス圧調
整バルブ、メカニカルブースターポンプ、ロータリーポ
ンプに接続されている。基体としてＳｉＣ（炭化ケイ
素）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Ｒ_max＝０．０
４μｍに鏡面研磨したものを用いた。この型をよく洗浄
した後、図４に示す熱フィラメントＣＶＤ装置に蒸着し
た。ガス流量はメタン：２ｍｌ／ｍｉｎ、酸素：１００
ｍｌ／ｍｉｎ（メタン濃度２％）とし、基体温度は６５
０℃、合成時間は５時間、圧力１０ ⁴ Ｐａとした。以上
のように形成したダイヤモンド結晶膜は膜厚４μｍの微
結晶膜で、Ｒ_max は０．１２μｍであり、このままでは
光学素子用成形型としては精度が不十分で使用不可であ
った。

【００３８】図８は研磨装置の一例を示す模式図であ
り、図中、８１は真空容器、８２は光学素子用成形型、
８３はホルダーで成形型８２を回転させることができ
る。８４は鋳鉄製の研磨板で回転及び首振りが可能であ
る。８５はヒーターで成形型８２及び研磨板８４を加熱
することができる。

【００３９】上記研磨装置を使用してダイヤモンド結晶
膜の以下のようにして研磨を行った。

【００４０】まず、ダイヤモンド結晶膜が形成された成
形型を真空容器に設置した後、容器内を真空に排気し、
その後、容器内に乾燥窒素ガスを充填する。次に、ヒー
ターを用いて成形型及び研磨板を７００℃まで加熱し
た。その後、成形型及び研磨板を加重１Ｋｇで接触さ
せ、研磨板の回転及び首振り、更に成形型の回転を行
い、成形型表面の研磨を行った。この鋳鉄製の研磨板が
成形型表面のダイヤモンド膜と反応することによりダイ
ヤモンド膜が研磨される。１時間研磨を行った後、ヒー
ターを切り、成形型が冷えるのを待って、真空容器から
型を取り出した。この型表面のＲ_maxを測定したとこ
ろ、２８ｎｍであり、光学素子用成形型として十分な表
面平坦性を有していることが分かった。

【００４１】次に、ダイヤモンド結晶膜上に硬質炭素膜
を形成した。硬質炭素膜の形成は図５に示すイオンビー
ム蒸着装置を用いて行った。図５中、５１は真空容器、
５２はイオンビーム装置で、５３の原料ガス導入口から
導入された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５４を用いてイオンビ
ーム５５を基体５６に照射するものである。５７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。

【００４２】ダイヤモンド結晶が形成された基体を図５
に示す装置に入れ、硬質炭素膜の形成を行う。形成条件
は、ガス流量がメタン：４０ｍｌ／ｍｉｎ、水素：６０
ｍｌ／ｍｉｎとし、基体温度：室温、加速電圧：４ｋ
Ｖ、圧力：５×１０^-3Ｐａ、合成時間：１０分間とし
た。この条件で約１００ｎｍの硬質炭素膜が形成され、
そのＲ_maxは０．０２５μｍであった。

【００４３】次に、上記のごとく成形した光学素子用成
形型を用いてガラス素材のプレス成形を行い、ガラスレ
ンズを作製した。

【００４４】図６は、プレス成形機の一例を示す模式図
である。６１は真空槽、６２は光学素子を成形するため
の上型、６３はその下型、６４は上型を押さえるための
上型押さえ、６５は胴型、６６は型ホルダー、６７はヒ
ーター、６８は下型を突き上げる突き上げ棒、６９は突
き上げ棒を作動させるエアシリンダー、６１０は油回転
ポンプ、６１１、６１２、６１３はバルブ、６１４は不
活性ガス導入口、６１５はバルブ、６１６はリークガス
導入口、６１７はバルブ、６１８は温度センサーであ
る。

【００４５】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、窒素雰囲気下、プレス温度５８８℃の条件で５００
０回プレス成形を行った。

【００４６】成形中、成形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。実施例２〜５、比較例１及び参考例１〜２非晶質硬質炭素膜の膜厚について評価を行った。

【００４７】ダイヤモンド結晶は、水素−エチルアルコ
ールを原料ガスとする熱フィラメントＣＶＤ法で行っ
た。

【００４８】基体としてＷＣ系超硬合金を所定の形状に
加工した後、基体前処理としてダイヤモンド砥粒（１μ
ｍ以下）による傷つけ処理を行った。この型をよく洗浄
した後、図５の装置に設置し、ダイヤモンド合成を行っ
た。原料ガス流量は、水素：２００ｍｌ／ｍｉｎ、エチ
ルアルコール：３ｍｌ／ｍｉｎとした。また、フィラメ
ント温度２０５０℃、基体温度：７００℃、圧力：１．
３×１０⁴Ｐａ、合成時間：５時間とした。これにより
Ｒ_maxが μｍの微結晶ダイヤモンド膜が形成され
た。更に、このダイヤモンド結晶膜を実施例１と同様な
方法で研磨し、Ｒ _maxを２４ｎｍにした。更に、このダ
イヤモンド結晶膜の上に実施例１と同様にイオンビーム
蒸着法で硬質炭素膜を形成した。形成条件は、ガス流量
がメタン：８０ｍｌ／ｍｉｎ、水素：２０ｍｌ／ｍｉｎ
とし、基体温度：室温、加速電圧：８ｋＶ、圧力：１×
１０^-2Ｐａ、合成時間を変化させることにより膜厚を変
化させた。

【００４９】次に、硬質炭素膜の膜厚を変化させた光学
素子用成形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５８
８℃の条件で５０００回プレス成形を行った。結果を表
１に示す

【００５０】

【表１】実施例２〜５においては、硬質炭素膜の厚さ１ｎｍ以
上、５００ｎｍ以下とすることにより、光学素子用成形
型材として十分な成形品表面性及び成形耐久性を得るこ
とができた。これに対して、参考例１及び２では硬質炭
素膜の厚さが本発明に係る範囲外のため、光学素子用成
形型材として十分な成形品表面性及び成形耐久性を達成
することができなかった。比較例１では、硬質炭素膜が
形成されていないため、成形型とガラスとの密着力が高
く、成形中の型とガラスとの離型性が悪化し、成形ガラ
スに割れが発生したものが存在した。更に、ガラスの割
れのため、成形型にガラスが付着し、成形テスト中に成
形型のクリーニングが必要であった。参考例２では、硬
質炭素膜の膜厚が厚く、成形テスト中に非晶質硬質炭素
膜の膜剥離が生じた。このため、成形品の表面性が劣化
紙、実用に適し難いものとなった。このことから、硬質
炭素膜の厚さが１ｎｍ以上の場合は、成形中の成形型と
ガラスとの離型性が向上し、また、硬質炭素膜の膜厚が
５００ｎｍ以下の場合は、硬質炭素膜の密着力が向上
し、膜剥離を防止するものであることが分かる。以上示
したように、非晶質硬質炭素膜の膜厚を１ｎｍ以上、５
００ｎｍ以下とすることにより、光学素子用成形型とし
てより十分な成形品表面性及び成形耐久性が得られた。

【００５１】実施例６本実施例では、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダイ
ヤモンド結晶を形成した。

【００５２】基体としてＷＣ系超硬合金を所定の形状に
加工した後、基体前処理としてダイヤモンド砥粒（１μ
ｍ以下）による傷つけ処理を行った。この型をよく洗浄
した後、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置に設置し、ダイ
ヤモンド結晶膜を形成した。ガス流量は、水素：１００
ｍｌ／ｍｉｎ、一酸化炭素：５ｍｌ／ｍｉｎとし、基体
温度：８００℃、圧力：５．２×１０⁴Ｐａ、マイクロ
波出力：５００Ｗ、合成時間：８時間とした。以上のよ
うに形成したダイヤモンド結晶は、Ｒ_maxが０．１５μ
ｍであった。

【００５３】このダイヤモンド膜をダイヤモンド砥粒を
用いた公知の研磨法によりＲ_max０．０２μｍまで研磨
を行った。

【００５４】次に、図７に示す高周波プラズマＣＶＤ法
で硬質炭素膜を形成した。図７中、７１は真空容器、７
２、７３は電極、７４は基体、７５は原料ガス導入系で
不図示のガスボンベ、ガス流量計、バルブ等が接続され
ている。７６はガス排気口で不図示の圧力調整用バルブ
及び排気系（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。７７はマッチングボックス、７８は
高周波電源である。この高周波プラズマＣＶＤ装置を用
いてダイヤモンド結晶膜上に５０ｎｍの膜厚の硬質炭素
膜を形成した。この成形型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、窒素雰囲気下、プレス温度６２
０℃の条件で５０００回プレス成形を行った。

【００５５】成形中、成形型と光学素子との離型性は良
好であった。更に、成形後の成形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、良好な型表面性を示していた。また、成
形したガラスレンズも実用上十分な表面粗さであった。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明は、光学素子用成
形型の少なくとも被成形材料と接する表面に、Ｒ_maxが
３０ｎｍ以下のダイヤモンド結晶膜を下地層とし、膜厚
が１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の非晶質硬質炭素膜を形
成することにより、成形型とガラスとの離型性がよくガ
ラスとの融着を生じないという非晶質硬質炭素膜の利点
を活かしながら、連続使用においても非晶質硬質炭素膜
の剥離、クラック、傷等の劣化を生じない成形型を提供
することができる。

【００５７】更に、本発明の光学素子用成形型製造方法
によれば、基体上に気相合成法によりダイヤモンド結晶
膜と非晶質硬質炭素膜とを順次積層するので、低コスト
で膜の劣化や成形品の表面性の劣化を生じない光学素子
用成形型を低コストで製造することができる。

【００５８】更に本発明に係る光学素子成形型は、基体
上に形成するダイヤモンド結晶層のＲ_maxが３０ｎｍを
超えるものであっても、光学素子成形用途に十分な表面
性をもつ硬質炭素膜を得ることができるので、ダイヤモ
ンド結晶膜の研磨工程を省略でき、より簡単な工程で優
れた成形性能を発揮する光学素子用成形型を製造するこ
とができる。

【００５９】本発明に係る光学素子用成形型を光学素子
のプレス成形に使用することにより、ガラスと成形型と
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。

【００６０】本発明により光学素子の製造において生産
性の向上と製造コストの低下を実現することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学素子用成形型の一例を示す模
式図である。

【図２】成形前のガラス素材と成形型との状態を示す模
式図である。

【図３】成形後のガラス素材と成形型との状態を示す模
式図である。

【図４】熱フィラメントＣＶＤ法によるダイヤモンド結
晶膜形成の一例を示す模式図である。

【図５】イオンビーム蒸着法による硬質炭素膜形成の一
例を示す模式図である。

【図６】本発明に係る成形型を用いたレンズ成形機の一
例を示す模式図である。

【図７】高周波プラズマＣＶＤ法による硬質炭素膜形成
の一例を示す模式図である。

【図８】研磨装置の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１基体２ダイヤモンド結晶膜３非晶質硬質炭素膜２１基体２２ダイヤモンド結晶膜と非晶質硬質炭素膜とからな
る炭素膜２３ガラス素材３１基体３２ダイヤモンド結晶膜と非晶質硬質炭素膜とからな
る炭素膜３３成形された光学素子４１石英反応管４２電気炉４３フィラメント４４基体４５原料ガス導入口４６ガス排気口５１真空容器５２イオンビーム装置５３ガス導入口５４加速電極５５イオンビーム５６基体５７ガス排気系６１真空槽６２上型６３下型６４上型押さえ６５胴型６６型ホルダー６７ヒーター６８突き上げ棒６９エアシリンダー６１０油回転ポンプ６１１、６１２、６１３バルブ６１４不活性ガス導入口６１５バルブ６１６リークガス導入口６１７バルブ６１８温度センサー７１真空容器７２、７３電極７４基体７５原料ガス導入系７６ガス排気口７７マッチングボックス７８高周波電源８１真空容器８２光学素子成形用型８３ホルダー８４鋳鉄製の研磨板８５ヒーター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラスを構成成分とする光学素子のプレ
ス成形に用いる光学素子用成形型において、ガラスと接
する面が膜厚が１ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の非晶質硬
質炭素膜であり、該非晶質硬質炭素膜が、基体上に形成
された最大表面粗さ（Ｒ_max）が３０ｎｍ以下のダイヤ
モンド結晶膜上に形成されていることを特徴とする光学
素子用成形型。
【請求項２】ガラスを構成成分とする光学素子のプレ
ス成形に用いる光学素子用成形型を製造する方法におい
て、基体上に気相合成法により最大表面粗さ（Ｒ_max）
が３０ｎｍ以下のダイヤモンド結晶膜を形成し、該ダイ
ヤモンド結晶膜上に気相合成法により膜厚が１ｎｍ以
上、５００ｎｍ以下の非晶質硬質炭素膜を形成すること
を特徴とする光学素子用成形型の製造方法。
【請求項３】ガラスを構成成分とする光学素子のプレ
ス成形に用いる光学素子用成形型を製造する方法におい
て、基体上に気相合成法によりダイヤモンド結晶膜を形
成した後、このダイヤモンド結晶膜を最大表面粗さ（Ｒ
_max）が３０ｎｍ以下となるように研磨し、更に該ダイ
ヤモンド結晶膜上に気相合成法により膜厚が１ｎｍ以上
５００ｎｍ以下の非晶質硬質炭素膜を形成することを特
徴とする光学素子用成形型の製造方法。
【請求項４】非晶質硬質炭素膜を、高周波プラズマＣ
ＶＤ法又はイオンビーム蒸着法により形成する請求項２
又は３に記載の製造方法。