JPH01320233A - ガラスプレス成形用型 - 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］ 本発明は、ガラスプレス成形用型に関し、特にプレス成
形後に研磨等の後加工を必要としない高精度のガラスプ
レス成形品を得るための成形型に関する。

［従来技術１ ガラスプレス成形品を得るための成形型として、被成形
ガラスのプレス温度よりもガラス転移温度の高いガラス
を基盤材料とする成形型が知られており、このようなガ
ラス製の成形型として、特開昭６２−２２６８２５号公
報には、成形型への被成形ガラスの融着を防止するため
に、ガラス基盤上に例えば炭素膜からなる融肴防辻層を
設けたものが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の特開昭６２−２２６８２５号公報に記載のガラス
製の成形型において、＠老防止層である炭素膜は真空蒸
着法、スパッタリング法、イオンブレーティング法等に
よりガラス基盤上にコーティングされているが、本発明
者らの研究の結果、ガラス基盤上に炭素層をコーティン
グした場合は、基盤に対する炭素膜の付着力が乏しく、
炭素膜が経時とともに刺部し、下記のような問題点が生
じることが明らかとなった。

（２）　炭素膜の融着防止層としての機能を長期間に亘
って発揮することができず、成形型の寿命が短い。

（へ）　成形型の型面に著しい肌荒れを生じ、形状精度
も損われるので、高面精度を有し、光学的にも欠陥のな
い所望のガラスプレス成形品を得ることができない。

従って本発明の課題は、基盤に対する炭素膜の付着力を
向上させて炭素膜の剥離を防止することにより、前記の
問題点（２）及び（ハ）を解消したガラスプレス成形用
型を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので
あり、本発明のガラスプレス成形用型は、二酸化ケイ素
を主要成分とし、かつ製造されるべきガラスプレス成形
品の形状に対応する面形状を有でるガラス基盤と、該ガ
ラス基盤の前記面形状部分の上に少なくとも設けられた
炭化ケイ素及び／又は窒化ケイ素膜からなる中間層と、
該中間層の上に設けられた炭素膜からなる最上層とを含
むことを特徴とづる。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明のガラスプレス成形用型は、基盤としてガラス基
盤を用いるものであり、該ガラス基盤は、■：二酸化ケ
イ素を主要成分とし、■：製造されるべきガラスプレス
成形品の形状に対応する面形状を有づるものである。

先ず■の条件を満足するガラスの例としては、石英ガラ
ス又は４７〜６８重量％の二酸化ケイ素を第１成分とし
、更に６〜２３重量％の酸化アルミニウムを第２成分と
して含むガラスが挙げられる。後者の二酸化ケイ素と酸
化アルミニウムとを必須成分として含むガラスは、必要
に応じて１９重量％以下の酸化亜鉛、１８重量％以下の
酸化マグネシウム及び１３重量％以下の酸化ホウ素のう
ちの少なくとも１種を含有することができ、さらに酸化
カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化
鉛、アルカリ金属酸化物、フッ素などの成分を少量含有
することができる。

上述の石英ガラスのガラス転移温度は約１２００℃、熱
膨張係数は５Ｘ１０’／’Ｃであり、一方、上述の二酸
化ケイ素と酸化アルミニウムとを必須成分とするガラス
のガラス転移温度は６００〜８００℃、熱膨張係数は３
０Ｘ１０’〜６０Ｘ１０’／”Ｃであって、両ガラスと
もにガラス転移温度が高く、熱膨張係数が小さいので、
ガラスプレス成形用型の基盤材料として好適である。

次に■の条件を満足するガラス基盤は、基盤材料である
ガラスを冷間加工することにより、製造されるべきガラ
スプレス成形品の形状に対応する面形状に仕上げること
により形成することができるが、上述の二酸化ケイ素と
酸化アルミニウムとを必須成分として含むガラスの場合
は、熱軟化したこのガラスを所定形状を有する型に入れ
てプレス成形することにより形成するのが好ましい。そ
の理由は、この方法によれば、高精度の加工を必要とす
る型はマスター型だけとなり、このマスター型を用いて
、所定形状を有する多数の基盤を容易に安価に製作でき
るからである。なお、基盤の全体を上述のガラスのプレ
ス成形により形成する必要はなく、型の成形面に対応す
る形状の部分のみを作製し、これを他の基盤部分（ガラ
ス製でも良く、ガラス以外の他の材料で構成されても良
い）と接合することによりガラス基盤を得ても良い。

本発明のガラスプレス成形用型は、ガラス基盤の前記面
形状部分の上に少なくとも炭化ケイ素及び／又は窒化ケ
イ素膜からなる中間層を設けたものである。ガラス基盤
上に設けられた炭化ケイ素及び／又は窒化ケイ素膜を中
間層と呼ぶのは、後述の如く、その上に、被成形ガラス
の融着防止のための、炭素膜からなる最上層が設けられ
るからである。本発明者らの検討によれば、この中間層
は、前記のガラス基盤と最上層との密着性を向上させて
最上層の剥離を防止し、その結果、り最上層が融着防止
層としての機能を長期間に亘って発揮でき、成形型の寿
命を長くすることができ、経済的である、 （へ）成形型の型面の最大面粗さが低く押えられ、かつ
形状精度が高く保たれるので、高面精度を有し、光学的
にも欠陥のない所望のガラスプレス成形品を得ることか
できる 等の技術的効果が得られることが明らかとなった。

この中間層は厚さが通常１μｍ以下であるのが好ましい
。

炭化ケイ素及び／又は窒化ケイ素膜からなるこの中間層
はスパッタリング法、イオンブレーティング法、プラズ
マＣＶＤ法、真空蒸着法などの成膜手段により形成され
る。

炭化ケイ素膜からなる中間層をスパッタリング法で形成
する場合には、基盤温度２５０〜６００°Ｃ，ＲＦパワ
ー密度３〜１５Ｗ／ｃｉ、スパッタリング時真空度５Ｘ
１０’〜５　ｘ　１０−１ｔｏｒｒの範囲で下記の組み
合せのスパッタターゲットとスパッタガスを用いてスパ
ッタリングを行なうのが好ましい。

ターゲット　　　　　ガス 組み合せ■　ＳｉＣＡｒ又は（Ａｒ＋８２）■（ＳｉＣ
＋Ｃ）Ａｒ又は（Ａｒ＋）−１２）■　　Ｓ　ｉ　　　
　　（ＣＨ４＋　Ａ　ｒ　）また窒化ケイ素膜からなる
中間層をスパッタリング法で形成するには、基盤温度２
５０〜６００℃、ＲＦパワー密度３〜１５Ｗ／ｃａｔ、
スパッタリング時真空度５　ｘ　１０’　〜５　ｘ　１
０−’ｔｏｒｒの範囲で下記の組み合せのスパッタター
ゲットとスパッタガスを用いてスパッタリングするのが
好ましい。

ターゲット　　　　　ガス 組み合せ■　５ｉ３Ｎａ　　Ａｒ又は（Ａｒ＋Ｎ２）■
　３ｉ　　　　　Ｎ２又は（Ａｒ＋Ｎ２　）炭化ケイ素
膜からなる中間層をイオンブレーティング法で形成する
場合には、３ｉインゴツトを電子ビームなどで溶解蒸発
させたのち、ＣＨ４ガス等の炭化水素ガス又は該炭化水
素ガスとＡｒガスとの混合ガスからなり、真空度が１０
−２ｔｏｒｒ程度のグロー放電させた雰囲気を通して活
性化させて、２５０〜６００℃に加熱された基盤上に炭
化ケイ素膜をＭＩＷＡさせるのが好ましい。なお、前記
グロー放電の代りに、高周波などにより、ガスと蒸発金
属をイオン化しても良い。

窒化ケイ素膜からなる中間層をイオンブレーティング法
で形成するには、Ｓｉインゴットを電子ビームなどで溶
解蒸発させたのち、Ｎ２ガス又はＮ２ガスとＡｒガスと
の混合ガスからなり、真空度がｉ　ｏ　’ｔｏｒｒ程度
のグロー放電させた雰囲気を通して活性化させて、２５
０〜６００℃に加熱された基盤上に窒化ケイ素膜を坩積
させるのが好ましい。なお、前記グロー放電の代りに、
高周波などにより、ガスと蒸発金属をイオン化しても良
い。

炭化ケイ素膜からなる中間層をプラズマＣＶＤ法で形成
する場合には、ＤＣプラズマＣＶＤ、ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ、マイクロ波プラズマＣＶＤ等の方法が有効である。

原料ガスとして四塩化ケイ素、プロパン、水素を用いて
、基盤温度７００〜９００℃、圧力０　、１〜３００　
ｔｏｒｒの範囲で基盤上に炭化ケイ素膜を付着させるの
が好ましい。

窒化ケイ素膜からなる中間層をプラズマＣＶＤ法で形成
するには、同様にＤＣプラズマＣＶＯ。

ＲＦプラズマＣＶＤ、マイクロ波プラズマＣＶＤ等の方
法が有効であり、原料ガスとして四塩化ケイ素、アンモ
ニア、水素を用いて、基盤温度７００〜９００℃、圧力
が０．１〜１０ｔｏｒｒの範囲で基盤上に窒化ケイ素膜
を付着させるのが好ましい。

炭化ケイ素膜からなる中間層を真空蒸着法で形成する場
合には、１０−４ｔｏｒｒ程度に真空排気されたチャン
バー内で回転している炭化ケイ素焼結体の外周面に接線
方向からＣＯ２レーザ−ビームを１０４Ｗ／ｃｄ程度の
パワー密度で照射して、炭化ケイ素を蒸発させて対向し
た基盤に付着させるのが好ましい。なお、基盤温度は２
５０〜６００℃である。また、ルツボ内に炭化ケイ素焼
結体のタブレットを入れて電子ビームにより蒸発させて
、２５０〜６００℃に加熱された基盤に付着させること
もできる。

窒化ケイ素膜からなる中間層を真空蒸着法で形成する場
合には、１０−４ｔｏｒｒ程度に真空排気されたチャン
バー内で回転している窒化ケイ素焼結体の外周面に接線
方向からＣＯ２レーザ−ビームを１０’Ｗ／ｃｍ程度の
パワー密度で照射して、窒化ケイ素を蒸発させて対向し
た基盤に付着させるのが好ましい。なお基盤温度は２５
０〜６００℃である。また、ルツボ内に窒化ケイ素焼結
体のタブレットを入れて電子ビームにより蒸発させて２
５０〜６００℃に加熱された基盤に付着させることもで
きる。

なお炭化ケイ素と窒化ケイ素との混合物によって中間層
を形成しても良い。また中間層の一部を炭化ケイ素膜と
し、残りを窒化ケイ素膜とすることもできる。

本発明のガラスプレス成形用型は、上述の中間層の上に
、被成形ガラスの融着防止層としての炭素膜からなる最
上層が設けられている。この最上層は厚さが１μｍ以下
であるのが好ましい。

最上層を構成する炭素膜はスパッタリング法、プラズマ
ＣＶＤ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、イオンブレーティン
グ法等の手段により成膜される。

炭素膜をスパッタリング法により形成する場合には、基
盤温度２５０〜６００℃、ＲＦパワー密度５〜１５Ｗ／
ｃＩｉ、スパッタリング時真空度５×１０〜５　Ｘ　１
０−１ｔｏｒｒの範囲でスパッタガスとしてＡｒの如き
不活性ガスを、スパッタターゲットとしてグラファイト
を用いてスパッタリングするのが好ましい。

炭素膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法により形成する場
合には、基盤温度６５０〜ｉ　ｏｏｏ℃、マイクロ波電
力２００Ｗ〜ＩＫＷ、ガス圧力１０−２〜６０Ｑ　ｔｏ
ｒｒの条着工に、原料ガスとしてメタンガスと水素ガス
を用いて成膜するのが好ましい。

炭素膜を真空蒸着法により形成する場合には、真空中で
炭素棒をアーク放電させて蒸発させ、蒸着するのが好ま
しい。

炭素膜をイオンブレーティング法により形成する場合に
は、ベンゼンガスをイオン化するのが好ましい。

ガラスプレス成形用型は、上型および下型並びにこれら
上、下型を滑動するように収納する案内型により基本的
に構成されるが、ガラス基盤、中間層および最上層によ
って構成すべきものは上型と下型であり、案内型は炭化
ケイ素焼結体等の通常の材料からなるものを用いても良
い。また、上型および下型の全体を三層構造とする必要
はなく、ガラス成形面のみを三層構造とすることもでき
る。

また上型、下型のいずれか一方の中間層を炭化ケイ素膜
とし、他方の中間層を窒化ケイ素膜とすることもできる
。

［作用〕 本発明のガラスプレス成形用型はガラス基盤と、炭素膜
からなる最上層との間に、炭化ケイ素又は窒化ケイ素膜
からなる中間層を介在させたものであり、該中間層はガ
ラス基盤にも炭素膜からなる最上層にも親和性を有する
ので、ガラス基盤と炭素膜からなる最上層との密着性が
著しく向上する。

［実施例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 本発明の成形型を含むガラスプレス成形装置の一例を第
２図に示す。第２図において、成形型は上型１、下型２
及び案内型３で構成され、上型１及び下型２は案内型３
内に滑動するように収納されており、この上型１と下型
２との間に、成形されるべきガラス塊４がセットされる
。

上型１および下型２は第１図に示すように、ガラス基盤
５の、製造されるべきガラスプレス成形品の形状に対応
する面形状部分の上に炭化ケイ素膜からなる中筒層６が
設けられ、この中間層６の上に、被成形ガラスの融着防
止層としての炭素膜からなる最上層７が設けられている
。ここに上記ガラス基盤５としては、原料組成が重量％
で５ｉＯ２５７，０１ＡＩ２０３１６．０、ＺｎＯ６，
０，ＭＱＯ９，０，８２０３７，０゜Ｎａ２Ｏ１，０１
ｃａｏ　　１．０．ＢａＯ２，０、ｐｂｏ　　ｉ、ｏ、
Ｋ２Ｏ１，ｏからなる、外径１４．ｗ、高さ約７ｕｍの
ガラス（転移温度６９０℃、熱膨張係数３８ｘ１０−７
／’Ｃ）を精密加工して光学鏡面に仕上げたものを使用
した。またこの基盤５上の炭化ケイ素膜からなる中間層
６は下記条件でのスパッタリング法により形成され、そ
の膜厚は１０００人であった。

中間層６形成のためのスパッタリング法条性基！ｌ！湿
度　３００℃ ＲＦパワー密度　５Ｗ／ｉ 真空度　５　Ｘ　１０−３ｔｏｒｒ ターゲツト　ＳｉＣ スパッタガス　Ａｒ さらにこの中間層６上の最上層７は下記条件でのスパッ
タリング法により形成され、その膜厚は５００人であっ
た。

最上層７形成のためのスパッタリング法条件基盤温度　
３００℃ ＲＦパワー密度　９　Ｗ　／　ｃｊｉ 真空度　５　Ｘ　１０−３ｔｏｒｒ ターゲツト　Ｃ スパッタガス　Ａｒ 次に、上記３層構造からなる上型１及び下型２を用い、
また案内型３として炭化ケイ素焼結体をを用いて成形型
を構成し、該成形型を用いてガラスのプレス成形を以下
のように行なった。すなわち、上記成形型内に、被成形
ガラスとして、ＰｂＯを多量に含む光学ガラス５Ｆ１５
＜転移温度４４５℃、熱膨張係数８２　Ｘ　１０”７／
”Ｃ１屈折率ｎｄ　１．７０）のガラス塊４を入れて、
支持棒９の上に支持台１０を介して配置し、Ｎ２雰囲気
にして、石英管１１の外周に巻き付けたヒーター１２に
より、成形型と共にガラス塊４を加熱し、押し棒１３を
下降させて、５２０℃で、５０？（ｙ／ｃｒｎ２の圧力
で３０秒間プレスした。その後圧力を解き、得られたガ
ラスプレス成形品を、上型１および下型２と接触させた
状態のまま上記転移温度まで徐冷し、次いで室温付近ま
で急冷して、ガラスプレス成形品を成形型から取り出し
た。

このガラスプレス成形品は上、下型の面形状がそのまま
転写され、高面粘度を有するレンズであり、型との融着
がなく、光学的にも欠陥は認められなかった。

このような成形操作を続けたところ、５００回位から最
上層にわずかに肌荒れが見られるようになったが、１０
００回までは使用に耐え得ることが判明した。１０００
回成形操作を行なった侵、酸素プラズマアッシング法に
より最上層の炭素膜を除去し、中間層の最表面層を逆ス
パツタリングした後、再び最上層を形成し、以後のプレ
ス成形に供した。

実施例２ 基盤材料として、原料組成が重量％で５ｉｏ２５７．０
、Ａｌ２０３１２．０．ＺｎＯ１０゜０、Ｉｔ／１００
　６．０、ＣａＯ１０，０，ＰｂＯ３，０からなるガラ
ス（転移温度７３０”Ｃ１熱膨張係数４３ｘ１０’／℃
）を用い、このガラスが熱軟化しているときに、これを
所望の面形状を有する型に入れて、不活性ガス（Ｎ２）
雰囲気中でプレス温度８５０℃、プレス圧力！５０　Ｋ
９　／　ｃ虞２で３０秒間プレス成形して、上型１およ
び下型２のための基盤５を得た。

次にこの基盤５上に、５００人の炭化ケイ素膜からなる
中間層６を下記条件でのイオンブレーティング法により
成膜した。

中間層６形成のためのイオンブレーティング法色且 基盤温度　５００℃ 蒸発金属　３ｉ 真空度　５　Ｘ　１０−２ｔｏｒｒ 反応ガス　ＣＨａ＋Ａｒ 電子ビーム　１０ＫＶ、４００〜４５０ｍＡのパワー さらに、この中間層６上に、１０００人の炭素膜からな
る最上層７を下記条件でのマイクロ波プラズマＣＶＤ法
により成膜した。

最上層７形成のためのマイクロ被プラズマＣＶＤ法条件 基盤温度　７００℃ 原料ガス　メタン＋水素　１００　ｃｃ／ｍｉｎメタン
濃度（ＣＨ４／ＣＨ４＋Ｈ２） ８ｍｏ１％ マイクロ波パワー　５００Ｗ 反応時間　９０分間 得られた、基盤５、中間層６及び最上層７からなる上型
１及び下型２を用いて成形型を組み立て、ガラスのプレ
ス成形を実施した結果、３０００回のプレス成形におい
ても成形型には変化が認められず、高面積度のガラスプ
レス成形品が得られた。

実施例３ 基盤材料として、石英ガラス（転移温度的１２００℃）
を用い、これを冷間加工して、実施例１におけると同一
形状の基盤５を形成した。

次にこの基盤５上に、３０００人の窒化ケイ素膜からな
る中間層６を下記条件でのプラズマｃｖＤ法により成膜
した。

中間層６形成のためのプラズマＣＶＤ法条件原料ガス　
四塩化ケイ素、窒素、水素 反応温度　８００℃ 反応時間　２０分間 更にこの中間層６上に、３０００人の炭素膜からなる最
上層７を下記条件でのマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
り成膜した。

最上層７形成のためのマイクロ被プラズマＣＶＤ法条件 基盤温度　９００℃ 原料ガス　メタン＋水素　１５０ＣＣ／Ｗｉｎメタン１
１度（ＣＨ４／ＣＨ４＋Ｈ２）ｉ５１１０１％ マイクロ波パワー　５５０Ｗ 反応時間　４０分間 得られた、基盤５、中間層６及び最上層７からなる」Ｌ
型１及び下型２を用いて成形型を組み立て、ガラスのプ
レス成形を実施した結果、実施例２と同様の結果が冑ら
れた。

実施例４ 基盤材料として石英ガラスを用い、実施例１と同様の条
件で中間層を形成し、実施例３と同様の最上層を形成し
た。ガラスのプレス成形を実施した結果、実施例２と同
様の結果が得られた。

しＲ明の効果］ 以上述べたように、本発明のガラスプレス成形用型は、
ガラス基盤と、炭素膜からなる最上層との密着性にすぐ
れているので、最上層の剥離が防止され、最上層の被成
形ガラスの＠看防止層としての機能を長期間に亘って発
揮させることができ、成形型の寿命を長くすることがで
き経済的である。

また成形型の型面の最大面粗さを低く抑え、かつ形状精
度を高く保つことができるので、高面精度を有し、光学
的にも欠陥のないガラスプレス成形品を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のガラスプレス成形用型の部分図、第
２図は、本発明のガラスプレス成形用型を含むガラスプ
レス成形Ｑｌｌの概略図である。 １・・・上型、２・・・下型、３・・・案内型、４・・
・ガラス塊、５・・・ガラス基盤、６・・・中間層、７
・・・最上層、９・・・支持棒、１０・・・支持台、１
１・・・石英管、１２・・・ヒーター、１３・・・押し
棒、１４・・・熱電対。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、二酸化ケイ素を主要成分とし、かつ製造されるべき
   ガラスプレス成形品の形状に対応する面形状を有するガ
   ラス基盤と、該ガラス基盤の前記面形状部分の上に少な
   くとも設けられた炭化ケイ素及び／又は窒化ケイ素膜か
   らなる中間層と、該中間層の上に設けられた炭素膜から
   なる最上層とを含むことを特徴とするガラスプレス成形
   用型。