JPH01215734A - 光学素子成形用型部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光学素子成形装置に用いられる型部材に関し、
特に、容易に高精度を実境で＠且つ耐久性良好な光学素
子成形用製部材に関する。この様な光学素子成形用製部
材はたとえば直接光学面を形成する高精度成形のための
型部材として好適に利用される。

［従来の技術及びその問題点］ 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１’ｌｌｊ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／ｌたけ
反射するｔｆｉｔ研摩して光学面とすることによシ製造
されている。

しかして、以上の様な光学素子の装造においては、研削
及び研摩によシＰｆＴ望の表面積置（即ち表面形状及び
表面粗さ等のｎ１ｋ）を得るためには、熟練した作東者
が相当の時間加工を行なうことが処置でめった。また、
機能面が非球面である光字素子を製造する場合には、−
膚烏腿な研８ｕ及び研摩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ｒＨｎ度を有する成形用全屋内に
光学素子材料を収容して加熱及び加圧することＫよジグ
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且つ短時
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盤部材に要求
される性質としては、十分な硬度、良好な耐熱性、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
起さないこと等があげられる。

そこで、従来、この様なブレス成形用製部材としては金
属、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１３　Ｃ
ｒマルテンサイト鋼を用いた型部材が開示されておシ、
時開１１ｆｉ５２−４５６１３号公報には炭化ケイ素（
ＳｔＣ）を用いた型部材及び窒化ケイ素（Ｓｉ＝、Ｎ４
）を用いた盤部材が開示されておシ、特開昭６０−２４
６２３０号公報には超硬合金に貴金属をコーティングし
た盤部材が開示されている・しかして、上記１３０Ｆマ
ルテンサイト鋼は酸化しゃすぐ更に高温のブレス成形時
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ＳＩＣ−？　Ｓ、ｉ、Ｎ４は
一般的には酸化されにくいのであるが、高温ではめる程
度の酸化が生じ製部材ｔ１面にＳ１０□の換が形成され
るためガラスとの融着を生じゃすく更に硬度が高ずき′
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ｍみ、容易に高精度
で！１１１！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部材を提供することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして
、 光学素子成形用型部材において、製部材の少なくとも成
形面が窒化タングステンで被榎されていることを特徴と
する、光学素子成形用製部材、が提供される。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例′ｆ：
説明する。

第１図は本発明による型部材の一実施例を示す概略断面
園である。本図において、３０は製部材を示し、３１１
Ｉ′ｉ該型母材の成形面に形成された窒化タングステン
被覆層を示す。

本発明において母材材料としては、たとえば超硬合金や
焼結ＳＩＣを用いることができる。これら母材材料は切
劇、研ｉＩ！ｕ、研摩等の加工によシ所望の外形とし、
特に成形面は所望の表面精度に仕上げておく。

上記母材３０の表面に窒化タングステン層３１を形成す
るＫは、たとえばスノ母ツタリング伝するいはイオング
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（ＣＶＯ法）を用いる。

窒化タングステン層３１の厚さは製造条件によシ逼宜設
定されるが、使用時の所望の特性に鑑みて十分な耐久性
が得られる様な厚さとすればよい。

窒化タングステン層は高温での耐酸化性も尚いのでガラ
スとの融着性が低く離屋性が良好であるので、繰返し使
用しても良好な精度の光学素子を得ることができる。

以下、本発明による型部材の製造及びそれを用いたガラ
ス成形の実施例を示す。尚、同時に、比較のために、従
来の盤部材の製造及びそれを用いたガラス成形の例をも
示−ｊ−０ 製造及び成形の実施例： 超硬合金（ＷＣ（９０％）＋Ｃｏ（１０％）コ及び焼結
ＳＩＣ型母材材料として戯母材を作シ、咳母材の成形１
ｉｉｆＫ窒化タングステン層を形成して、以下の通ル本
発明による型部材を製造した。また、比較のために、上
記型母材の成形面に核種を行なわない型部材及び該成形
面Ｋ　ＳｉＣ層を形成した型部材を製造した。製造した
型部材の一覧表を第１表に示す。尚、第１表において、
４１及びＡ２は本発明実施例であシ、４３．４４及びＡ
５は比較例である。

第　　　１　　　表 先ず、型母材材料を切削加工し、次いで成形光学素子の
機能面（光学ｒｆＪ）に対応する成形面を所望の表面精
度に加工した。型母材の成形面は凹面であり、先ずダイ
ヤモンド砥石による研削で所望の曲単に加工し、次いで
粒径１μｍのダイヤモンドノ４ウダーを用いた研摩を行
ない、ニュートンリング１木根度の表面形状精度及びＲ
ｍ、ｘｏ、　０２μｍ程度の弐面粗さ精度に仕上げた。

次に、上記Ａ１及び４２については、第２図に示される
装置を用いて反応性スパッタリング法によシ壓母材の成
形而上に窒化タングステン層を形成した。

第２図において、５０はスパッタリング装置の気密室で
ある。気密室５０には排気口５１が接続されておシ、排
気口５１は不図示の減圧源に接続されている。気密室５
０内の上部には加熱ヒータ５２が配置されておシ、該ヒ
ータにはヒータ電源５３が接続されている。ヒータ５２
の下方に型母材支持体５４が配置されておシ、該支持体
には型母材バイアス電源５５が接続されている。支持体
５４には型母材５６が成形面を下向きにして支持される
。支持体５４の下方に窒素ガスあるいはアンモニア導入
用パイｆ５７、グロー放電発生用コイル５８が配置され
ておシ、該コイルには整合回路５９ｔ−介して高周波電
源６０が接続されている。

気密室５０の下部にはカソード電極６１が配置されてい
る。電極６１の上部にはタングステンターゲット６２が
設けられておシ、下部には冷却水用ノ４イグ６３が接続
されている。電極６１の上方にアルゴンガス導入用パイ
プ６４が配置されている。

窒化タングステン層の形成時には、上前の様にして得ら
れた型母材５６を７七トンで洗浄し、支持体５４によシ
支持した後気密室５０内を２Ｘ１０−’Ｔｏｒｒまで減
圧した。次に％／４イア’６４からアルゴンガスを導入
し、コイル５８に高周波電界（１３，５６ＭＨｚ　、　
０．２　ｋＷ−ｈｒ　）を印ｍ　Ｌ　７　ｋ　ｆ　ｙ　
（Ｄ　／　ｏ　−放電を発生させ、バイアス電源５５に
よシ星母材５６に負バイアス（−５０Ｖ）を印加してア
ルゴンイオンによるスノＪ？ツタクリーニングを行う。

その後、ノやイブ６４からアルゴンガスを導入しながら
カソード電極６１に高周波電界（１３，５６ＭＨｚ。

０、５　ｋＷ−ｈｒ　）を印加しタングステンターゲッ
ト６２の近傍にアルコ９ンのグロー放電を発生させ、タ
ングステ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。同時に、パイプ５７によシ窒素
ガスを型母材５６の近傍に吹きっけ、コイル５８に高周
波電界（１３，５６ＭＨｚ　。

０、５　ｋＷ−ｈｒ　）を印加して窒素プラズマを形成
させ、バイアス電源５５によりｍ母材５６に負バイアス
（−ＳＯＷ）を印加して窒素イオンを型母材５６に引込
みながらタングステンの反応性スパッタリングを行って
型母材５６の表１ｉｉｉｉＫｉａｌ化タングステン層を
形成した。このとき型母材の温度は５００℃であった。

得られた窒化タングステン層の厚さは１μｍであった。

前記実施例において、窒素ガスの代シにアンモニアガス
、あるいはカソード電極に高周波電界の代ｊ５ＫＤｃ電
圧を印加しても同様な輩化タングステン層が得られ九。

上記Ｉ６５については、第２図に示される装置を用いて
同様にして型母材の成形而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撤のＣＨ４ガ
スを導入し、かつタングステンターゲットの代シにケイ
素ターｒットを用いた。

炭化ケイ素層の厚さはｌＲｎでめった。

次に１以上の様にして製造された臘部材を用いて、光学
ガラスのプレス成形を行なった。

第３図はプレス成形に用いた装置を示す断面図である。

第３図において、ｌは密閉容器でろシ、２はその量であ
シ、３，４は光学素子（両凸レンズ）を成形するための
上記盤部材であ夛、３は上製部材でめり、４は下盤部材
である。５は上履押えであ）、６は網製部材であり、７
は履ホルダーで６シ、８はヒーターであシ、９は下温突
き上げ棒で６９．１０は線棒を駆動させるエアーシリン
ダーである。

１１は油回転ポンプでろり、１２．１３，１４はパルプ
で６’）、１５は窒素ガス導入ノ９イグでめシ、１６は
パルプであシ、１７は排出ノ母イブでろシ、１８はパル
プで６９．１９は温度センサーであシ、２０は水冷パイ
プであシ、２１は密閉容器ｌの台である。

フリント系光学ガラス（８１１４、軟化点Ｓ。

＝５８６℃、ガラス転移点Ｔ、＝４８５℃）を所定重量
の球形状として成形のためのブランクを作成したＯ 密閉容器１の蓋２を開き、上型部材３及び上型押え５を
取外して下盤部材４上〈上記ブランクを載せて、上屋部
材３及び上製押え５を堰付けた。

更に蓋２を閉じてから、水冷・皆イブ２０に水を流し、
ヒーター８に通電した。この時、ｉｊｉ素ガス用パルプ
１６．パルプ１８及び排気系パルプ１２゜１３．１４を
閉じておい友。次に、油回転ポンプ１１を作動させ、パ
ルプ１２を開き、容器１内を排気した。容器ｌ内の真空
度が１０”２Ｔｏｒｒとなった後、パルプ１２を閉じ、
パルプ１６．１８を開いて窒素ガスをボンベから密閉容
器１内へと尋人した。所定温度になった後にエアーシリ
ンダーｌＯを作動させて１０　ｋｃＩ　／　ｃｍ２の圧
力で５分間プレス成形を行なった。加圧力を除去し１．
約り℃／分の速度でガラス転移点以下になるまで冷却し
、その後２０℃／分以上の速度で冷却を行ない、温度が
２００℃以下に下り九俊に、パルプ１６　＃　１８を閉
じ、リークパルプ１３を開いて密閉容器１内に空気を尋
人した。次に、１ｌｉｚを開き、上屋部材３及び上履押
え５を取外して成形済光学素子を取出した。

７８４図はプレス成形時のガラスの温度変化を示す図で
ある。

以上の様なプレス成形の前後における盤部材３゜４の成
形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、ならびに成形光学素子と盤部材３．４との離型性
について第２餞に示す。

次に、融着発生のない４１．７＃ｌ＆２及びＡ３につい
て、同−盤部材を用いて１００００回のプレス成形を行
ない、２００回、１０００回、５０００回、１００００
回後における盤部材３，４の成形−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第３表に
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成形できた。

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ｓｉでの成形が可能である
。

［発明の効果〕 以上の様な本発明によれば、型母材の成形面を窒化タン
グステンで被覆することによシ、繰返しプレス成形に際
し精度劣化が少なく寿命が長い光学素子成形用盤部材が
提供される。また、本発明型部材は、型母材としての加
工性の良好なものを選択することができるので、製造が
容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるｍ部材の一実施例を示す概Ｗ＆断
面図である。 第２図は本発明による型部材の製造において量化タング
ステン層の形成に使用される装ｆＩＩＬｔ−示す図であ
る。 第３図は光学素子のプレス成形装置の断面図である。 第４図はブレス成形時のガラスの温度変化を示す図であ
る。 ３．４・・・型部材、３０・・・型母材、３１・・・窒
化タングステン層、５６・・・型母材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学素子成形用型部材において、型母材の少なく
   とも成形面が窒化タングステンで被覆されていることを
   特徴とする、光学素子成形用型部材。