JPH0826751A

JPH0826751A - 光学素子用成形型及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0826751A
Application number: JP16032194A
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
面が非晶質硬質炭素膜により構成され、該非晶質硬質炭
素膜が、基体上に形成された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。

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
する面が非晶質硬質炭素膜により構成され、該非晶質硬
質炭素膜が、基体上に形成された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、本発明の光学素子用成形型は、ダイ
ヤモンド結晶膜の最大表面粗さ（Ｒ _max）が３０ｎｍよ
り大きく１５０ｎｍ以下であり、非晶質硬質炭素膜の膜
厚が前記ダイヤモンド結晶膜の最大表面粗さ（Ｒ_max）
の１．８倍以上、５００ｎｍ以下であることを含むもの
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、該ダイヤモンド結晶膜上に気相合
成法により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、ダイヤモンド
結晶膜の最大表面粗さ（Ｒ_max）を３０ｎｍより大き
く、１５０ｎｍ以下とし、非晶質硬質炭素膜の膜厚を前
記ダイヤモンド結晶膜の最大表面粗さ（Ｒ_max）の１．
８倍以上、５００ｎｍ以下とすることを含むものであ
る。

【００１２】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。

【００１３】又、本発明の製造方法は、ダイヤモンド結
晶膜を微結晶化させることにより、Ｒ_maxを３０ｎｍよ
り大きく、１５０ｎｍ以下とするものである。

【００１４】又、本発明の製造方法は、ダイヤモンド結
晶膜を研磨することにより、Ｒ_maxを３０ｎｍより大き
く、１５０ｎｍ以下とするものである。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】図１は本発明の光学素子用成形型の層構成
の一例を示す概念図である。図中（ａ）はダイヤモンド
結晶膜形成前の基体１、（ｂ）は基体１上にダイヤモン
ド結晶膜２が形成された状態、（ｃ）はダイヤモンド結
晶膜上に非晶質硬質炭素膜が形成された状態を示す。図
１（ｂ）に示されるように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（代表的には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、本発明ではこの
ダイヤモンド結晶膜上に平滑性の良好な非晶質硬質炭素
膜を形成して表面の平滑化を行い、光学素子用成形型と
して利用可能な表面平滑性を得るものである。

【００１９】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。

【００２０】本発明において基体上に形成されるダイヤ
モンド結晶膜は、そのＲ_maxが、３０ｎｍより大きく、
１５０ｎｍ以下、より好ましくは６０ｎｍ以上、１２０
ｎｍ以下であることが望ましい。ダイヤモンド結晶膜の
Ｒ_maxが１５０ｎｍより大きい場合、その上に硬質炭素
膜を形成しても、光学素子用成形型として十分な表面平
滑性を得ることができない場合がある。

【００２１】非晶質硬質炭素膜の厚さは、ダイヤモンド
結晶膜のＲ_maxの１．８倍以上、５００ｎｍ以下、望ま
しくはダイヤモンド結晶膜のＲ_maxの２倍以上、４００
ｎｍ以下である。厚さがダイヤモンド結晶膜のＲ_maxの
１．８倍未満では光学素子用成形型として必要な表面粗
さを得ることができず、５００ｎｍより厚い場合は、膜
剥離等を生じ易く型耐久性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。

【００２２】ダイヤモンド結晶膜のＲ_maxを１５０ｎｍ
以下にするには、結晶を微結晶化させる方法、核発生密
度を上げる方法、更には、ダイヤモンド結晶膜の研磨を
行う等の方法がある。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】ダイヤモンド結晶膜の研磨方法としては、
通常のダイヤモンド砥粒を用いた研磨方法を挙げること
ができる。ダイヤモンド結晶膜は非常に硬度が高く研磨
が難しいが、Ｒ_maxを３０ｎｍより大きく、１５０ｎｍ
以下とする研磨であれば、特別な装置や方法を用いず
に、例えば、ダイヤモンド砥粒を液体中に分散させた研
磨液と研磨板とを用いた通常の方法で研磨が可能である
ため、低コストでダイヤモンド膜の研磨が可能である。

【００２６】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より大きく、１
５０ｎｍ以下であるダイヤモンド結晶膜を形成するもの
である。

【００２７】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、成形型の表面を
光学素子用成形型として必要な表面粗さに、すなわちＲ
_maxが３０ｎｍ以下となるように加工する。

【００２８】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、気体表面
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。

【００２９】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線回折法による分
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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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、ベンゼン等の液状有機化合物、更には一
酸化炭素、ハロゲン化炭素等の種々の炭素源ガスに、適
宜水素、酸素、塩素、フッ素、希ガス等の希釈ガスを加
え、これらの混合ガスに、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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３９】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。

【００４０】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１０⁴ Ｐａとした。以上
のように形成したダイヤモンド結晶膜は、微結晶膜で、
Ｒ _max は０．１２μｍであり、光学素子用成形型として
はこのままでは、精度が不十分で使用不可であった。

【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：５０ｍｌ／ｍｉｎ、水素：５０
ｍｌ／ｍｉｎとし、基体温度：室温、加速電圧：５ｋ
Ｖ、圧力：５×１０^-3Ｐａ、合成時間：２０分間とし
た。この条件で約２５０ｎｍの硬質炭素膜が形成され、
そのＲ_maxは０．０２５μｍであった。なお、本実施例
では、硬質炭素膜の膜厚は、ダイヤモンド結晶膜のＲ
_maxの約２．１倍である。

【００４３】次に、上記のごとく形成した光学素子用成
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。比較例１ダイヤモンド結晶膜を形成しないで、硬質炭素膜のみを
形成した以外は実施例１と同様にして光学素子用成形型
を作製した。この型を使用して実施例１と同様な方法で
ガラスレンズのプレス成形を行った。それによれば、成
形回数約３２００回で硬質炭素膜の一部が剥離し、型材
として使用することができなくなった。この剥離の原因
は、硬質炭素膜の劣化（グラファイト結晶化と推定され
る。）のため、膜の硬度が低下したためと考えられる。

【００４７】実施例２〜５参考例１〜２ダイヤモンド結晶のＲ_maxについて評価を行った。

【００４８】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。

【００４９】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で一定
とし、エチルアルコールの流量を変化させた。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：８時間とした。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：２０
ｍｌ／ｍｉｎとし、基体温度：室温、加速電圧：５ｋ
Ｖ、圧力：１×１０^-2Ｐａ、合成時間：２０分間とし
た。これにより、約２００ｎｍの硬質炭素膜が形成され
た。種々のメタン濃度で形成したダイヤモンド結晶膜に
ついて膜のＲ_maxをそれぞれ測定し、更にダイヤモンド
結晶膜上に硬質炭素膜を形成した成形型の表面粗さを測
定した結果を表１に示す。硬質炭素膜の膜あつとダイヤ
モンド結晶膜のＲ_maxの比も表１に示す。

【００５０】

【表１】実施例２〜５においては、硬質炭素膜の厚さとダイヤモ
ンド膜のＲ_maxとの比を１．８以上とすることにより、
光学素子用成形型材として十分な表面粗さを得ることが
できたが、参考例１及び２では硬質炭素膜の厚さとダイ
ヤモンド膜のＲ _maxとの比が１．８より小さいため、光
学素子用成形型材として十分なＲ_max を達成することが
できなかった。

【００５１】次に、実施例２〜５による光学素子用成形
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５０００回プレス成形を行っ
た。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。

【００５２】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。

【００５３】実施例６〜９参考例３〜４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。

【００５４】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：７２０℃、圧力：１．３×１０⁴Ｐａ、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０．１μｍ
であった。

【００５５】次に、図７に示す高周波プラズマＣＶＤ法
で種々の膜厚の硬質炭素膜を形成した。図７中、７１は
真空容器、７２、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Ｃ
ＶＤ装置を用いて種々の膜厚の硬質炭素膜を形成し、成
形用型の硬質炭素膜表面のＲ_max及び成形品の表面性、
更に成形耐久性を調べた結果を表２にまとめて示す。

【００５６】尚、耐久性はガラスレンズのプレス成形に
より行った。成形ガラスはクラウン系光学ガラスＳＫ１
２（軟化点Ｓｐ＝６７２℃、転移点Ｔｇ＝５５０℃）
で、窒素雰囲気下、プレス温度６２０℃の条件で５００
０回プレス成形を行った。

【００５７】

【表２】実施例６〜９において、硬質炭素膜の厚さとダイヤモン
ド膜のＲ_max との比が１．８以上であり、このとき、光
学素子用成形型として十分な表面平坦性を有していた。
また、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。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、成形されたガラスレンズも、実用上十分なＲ_max で
あった。

【００５８】これに対し、参考例３においては、硬質炭
素膜の厚さとダイヤモンド膜とのＲ _max 比が１．８より
小さいため、光学素子用成形型として十分な表面平坦性
を有さず、成形品の表面性は実用に適さないものであっ
た。

【００５９】また、参考例４においては、硬質炭素膜の
厚さが５００ｎｍより大きくなっており、耐久性の劣化
が確認された。尚、硬質炭素膜の膜厚と成形ガラスレン
ズの表面性及び成形耐久性との依存性は、表２からも分
かるよう通り、膜厚が厚くなると成形ガラスレンズの表
面性が向上するが、成形耐久性は悪くなる傾向がある本
実施例で示すように、硬質炭素膜膜厚が、ダイヤモンド
結晶膜のＲ_max の１．８倍以上で、５００ｎｍ以下とい
う範囲において、良好な成形品の表面性と耐久性とを有
していることが明らかになった。

【００６０】実施例１０本実施例では、実施例６と同様にマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法によりダイヤモンド結晶膜を形成した。

【００６１】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。この型を良く洗浄
した後、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置に設置した。ガ
ス流量は、水素：２００ｍｌ／ｍｉｎ、メタン２ｍｌ／
ｍｉｎとし、基板温度は８００℃、圧力１．３×１０ ⁴
Ｐａ、マイクロ波出力５００Ｗ、合成時間は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
は０．５μｍであった。

【００６２】このダイヤモンド結晶膜を公知のダイヤモ
ンド砥粒を用いた研磨法により、Ｒ _max０．１μｍまで
研磨を行なった。

【００６３】このダイヤモンド結晶膜上に実施例８と同
様にして高周波プラズマＣＶＤ法により硬質炭素膜を形
成した。

【００６４】以上のごとく作製した光学素子用成形型を
用いて実施例６と同様にしてガラスレンズ成形を行っ
た。その結果、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結果、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、実用上十分なＲ_max であっ
た。

【００６５】

【発明の効果】本発明の光学素子用成形型によれば、成
形用型のガラス素材と接する表面を非晶質硬質炭素膜と
し、非晶質硬質炭素膜の下地層をダイヤモンド結晶膜と
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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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層構成の一例
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。

【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

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
する面が非晶質硬質炭素膜により構成され、該非晶質硬
質炭素膜が、基体上に形成された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】ダイヤモンド結晶膜の最大表面粗さ（Ｒ
_max）が３０ｎｍより大きく１５０ｎｍ以下であり、非
晶質硬質炭素膜の膜厚が前記ダイヤモンド結晶膜の最大
表面粗さ（Ｒ_max）の１．８倍以上、５００ｎｍ以下で
ある請求項１に記載の光学素子用成形型。
【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、該ダイヤモンド結晶膜上に気相合成法により非晶
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】ダイヤモンド結晶膜の最大表面粗さ（Ｒ
_max）を３０ｎｍより大きく、１５０ｎｍ以下である表
面粗さとし、非晶質硬質炭素膜の膜厚を前記ダイヤモン
ド結晶膜の最大表面粗さ（Ｒ_max）の１．８倍以上、５
００ｎｍ以下とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】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３
又は４に記載の製造方法。
【請求項６】ダイヤモンド結晶膜を微結晶化させるこ
とにより、Ｒ_maxを３０ｎｍより大きく、１５０ｎｍ以
下とする請求項４記載の製造方法。
【請求項７】ダイヤモンド結晶膜を研磨することによ
り、Ｒ_maxを３０ｎｍより大きく、１５０ｎｍ以下とす
る請求項４記載の製造方法。