JPH0499262A

JPH0499262A - 光学ガラス素子の成形型

Info

Publication number: JPH0499262A
Application number: JP21294290A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nishiyama; 哲西山; Kiyoshi Ogata; 潔緒方; Hiroya Kirimura; 浩哉桐村; Takashi Mikami; 隆司三上
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1992-03-31
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JP2661345B2

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〕この発明は、ガラス材料を加圧してレンズやプリズム等
の光学ガラス素子を成形する光学ガラス素子の成形型と
その製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

各種光学装置に組み合わせて用いられる光学ガラスレン
ズの表面を研磨して断面形状を放物線状や双曲線状等の
非球面に仕上げ、光学装置を構成するレンズの厚さを薄
くし、光学装置の重量を軽量化することや光学ガラスレ
ンズの構成枚数を減らして光学装置の構造を簡略化した
り使用される光の透過ロスを少なくすることが行われて
いる。

この光学ガラスレンズの表面を放物線状や双曲線状等に
研磨する加工工程は、高い仕上げ精度か要求されるため
量産性か悪くなるという欠点かある。

そこで、ガラス材料を高精度でプレス成形し、光学ガラ
スレンズの表面の研磨加工を省略する方法が行われてい
る。

これは、成形型のプレス成形面を所定の非球面形状に加
工し、このプレス成形面の表面粗さを高い面精度で平滑
に加工した後、ガラス材料を加熱しながら加圧成形する
。また、あらかじめ予備加熱したガラス材料を高温度下
で加圧成形する等の方法で光学ガラスレンズを製造する
ものである。

この方法で製造される光学ガラスレンズの表面粗さを高
い面精度で仕上げるめたには、成形型のプレス成形面が
高温状態でガラス材料と反応せず、加圧プレスの工程中
に面精度が変化しないことか必要である。それには、加
圧プレス工程の繰り返しでプレス成形面が傷付き難く、
耐摩耗性の良い材料で形成型を構成することが必要であ
る。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、−船釣に成形型として用いられる超硬合
金あるいはセラミックス粉末と金属粉末を圧縮成形して
焼結したサーメット等は、成形型の製造工程中に焼結助
剤として添加されるニッケル（Ｎｉ）　、モリブデン（
ＭＯ）等か加圧プレス工程中にガラス材料と化学反応し
、プレス成形後の工学ガラスレンズの光学的性能か劣化
する。また、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓ　
ｌ　３　Ｎ　ａ　）からなる成形型においても、成形型
を製造する工程中に焼結助剤か添加されるので、同様に
加圧プレス工程中に焼結助剤がガラス材料と化学反応し
、得られる光学ガラスレンズの光学的性能か劣化すると
いう問題かある。

さらに、光学ガラスレンズの量産と安定化とを図るため
、成形型の硬度を高くしてプレス成形面を傷付き難くす
ることか行われているか、成形型の硬度か高くなりすぎ
ると、プレス成形面を所定形状に加工するｆＲ密加工か
難しくなり、成形型の製造か困難になる。

この発明の目的は、プレス成形面の精密加工か容易に行
えるとともに、繰り返し成形される光学ガラス素子の表
面か傷付かず、成形後の光学的性能が劣化しない光学ガ
ラス素子の成形型およびその製造方法を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の請求項（１）の光学ガラス素子の成形型は、
プレス成形面に窒化ホウ素（ＢＮ）を含有する薄膜を被
覆したことを特徴とするものである。

請求項（２）の光学ガラス素子の成形型の製造方法は、
成形型のプレス成形面にホウ素元素（Ｂ）を含有する物
質の真空蒸着と同時または交互に窒素元素（Ｎ）を含有
するイオンを照射し、窒化ホウ素（ＢＮ）を含有する薄
膜を被覆することを特徴とするものである。

この発明の光学ガラス素子の成形型に窒化ホウ素（ＢＮ
）を含有する薄膜を被覆する装置の一例を第１図に基づ
いて説明する。

真空装置内（図示せず）において、ホルダ２に第２図に
示すような上型となる成形型７または下型となる成形型
８が固定される。この成形型７は、ステンレス鋼、高速
度工具鋼等の各種金属、炭化タングステン（ＷＣ）を主
成分とする各種超硬合金、炭化チタン（ＴｉＣ）、アル
ミナ（ＡＡｘ０３）。

窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）等の
金属成分とする各種サーメットおよびジルコニア（Ｚｒ
Ｏ，）、窒化ケイ素（ＳＬＮ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ
）等からなり、プレス成形面７′を所定の非球面形状に
面精度良く仕上げたものである。

７＃は余剰ガラスの逃げ道である。そして、成形型７の
下方には電子ビーム（ＥＢ）、　　レーザ線または高周
波等により高温度に加熱することのできる蒸発源３が設
けられている。この蒸発源３の中にはホウ素単体、ホウ
素酸化物またはホウ素窒化物よりなるホウ素（Ｂ）元素
を含有する蒸発物質３′か入れられている。また、成形
型７のプレス成形面７′に正対する方向にはカウフマン
型やプラズマを閉し込めるためのカスプ磁場を用いたパ
ケット型等のイオン源４か設けられている。

このイオン源４は、窒素元素よりなるガスまたは窒素元
素よりなるガスと不活性ガス元素よりなるガスとを混合
した気体をイオン化し、窒素元素（Ｎ）を含有するイオ
ン４′として成形型７の表面に照射する装置である。さ
らに、真空装置内には、膜厚計５とイオン電流測定器６
とが配置されている。

この膜厚計５は、成形型７の表面に蒸着積層される蒸発
物質３′の膜厚ならびに蒸着されるホウ素原子の粒子数
を測定するためのものであり、例えば水晶振動子を使用
した水晶振動式膜厚計等である。また、イオン電流測定
器６は、成形型７に照射されるイオン４′の窒素イオン
の量を計測するためのものであり、例えばファラデーカ
ップのような２次電子抑制電極を持つカップ型構造のイ
オンビーム電流測定器等である。

上記のような構成において、蒸発源３からホウ素元素（
Ｂ）を含有する蒸発物質３′を成形型７のプレス成形面
７′に蒸着すると同時または交互にイオン源４から窒素
元素（Ｎ）を含有するイオン４′を照射して窒化ホウ素
（ＢＮ）を含有する薄膜（以下、ＢＮ薄膜と略す）を被
覆する。このときプレス成形面７′の界面では、蒸発物
質３′とイオン４′との衝突・反跳により、これらの元
素と成形型７を構成する原子とが混合層を形成し、成形
型７との密着性に優れたＢＮ薄膜か被覆される。

なお、ＢＮ薄膜を被覆するときは、成形型７のプレス成
形面７′に被覆されるＢＮ薄膜の中のホウ素と窒素との
原子数比（以下、Ｂ／Ｎ組成比と略す）を、膜厚計５と
イオン電流測定器６とで蒸発物質３′の蒸着量とイオン
４′の照射量とを測定制御しながら適宜調整してＢＮ薄
膜を被覆する。

具体的には、イオン源４から照射されるイオン４′の加
速エネルギーは、４０ＫｅＶ以下、Ｂ／Ｎ組成比か０．
２以上、２０以下であることか好ましい。

このことは、ＢＮ薄膜を被覆するときの加速エネルギー
の下限の最適値は特に無いか、イオン源４よりイオン４
′を引き出せる限度からｌｏｅＶ位が下限と考えられる
。一方、Ｂ／Ｎ組成比に関して言えば、０，２未満であ
るとＢＮ薄膜中に含まれる非晶質構造が多くなり過ぎＢ
Ｎ薄膜の耐摩耗性か劣る。また、イオン４′の加速エネ
ルギーか４０ＫｅＶを超えた場合、成形型７に熱的な損
傷または変形をもたらし、Ｂ／Ｎ組成比か２０を超えた
場合、ＢＮ薄膜を被覆した成形型７てガラス材料をプレ
ス成形するときに、ＢＮ薄膜中のホウ素粒子とガラス材
料とか化学反応する危険性かあるので好ましくない。

このような条件で成形型７のプレス成形面７′に被覆さ
れるＢＮ薄膜には、軟質なから化学的安定性の高い六方
晶系グラファイト型構造のＢＮ薄膜（以下、ｈ−ＢＮ薄
膜と略す）だけでなく、従来では高温度・高圧力でのみ
てしか合成され得ないものであった硬質で化学安定性の
高い立方晶系閃亜鉛鉱型構造のＢＮ薄膜（以下、ｃ−Ｂ
Ｎ薄膜と略す）や六方晶系ウルツ鉱型構造のＢＮ薄膜（
以下、ｗ−ＢＮ薄膜と略す）を、イオン４′を用いるこ
とにより非熱平衡過程の下で合成可能である。また、こ
れらｃ−ＢＮ薄膜やｗ−ＢＮ薄膜は、高硬度で耐摩耗性
に優れ、傷付き難いのはもちろんのこと、高温下でもガ
ラス材料と反応することかない。

なお、成形型７を固定するホルダ２は、水冷により冷却
することかでき、成形型７のプレス成形面７′とＢＮ薄
膜との密着性およびｃ−ＢＮ薄膜５ｗ−ＢＮ薄膜の含有
量を変化させることなく、ＢＮ薄膜の被覆途中の成形型
７の熱変形をさらに防ぐことが可能である。

なお、成形型８も成形型７と同様にして製造することか
できる。

〔実施例〕

実施例１第１図に示して説明した装置において、第２図に示す上
型となる成形型７または下型となる成形型８をホルダ２
に固定する。この成形型７は、超硬合金の炭化タングス
テン（ＷＣ）よりなり、プレス成形面７′の曲率半径が
４６証の凹面形状である。また、成形型８は、成形型７
と同し材質でプレス成形面８′の曲率半径か２００Ｂの
凹面形状である。なお、各成形型７，８のプレス成形面
７’、８’は、あらかじめダイヤモンド（またはｃ−Ｂ
Ｎ砥粒等）で表面粗さかＲ□ｗ＝２０人に鏡面研磨して
仕上げられている。そして、ホウ素（純度９９％）を蒸
発物質３′として蒸発源３に配置して真空装置の内部を
２　ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔｏｒｒ以下の高真空に保持し、蒸
発源３を電子ビーム（Ｅ　Ｂ）で加熱して蒸発物質３′
を成形型７（８）のプレス成形面？’　　（８’）に蒸
着させると同時に、イオン源４に窒素ガス（純度９９．
９９９％）を導入して窒素のイオン４′を成形型７（８
）のプレス成形面７’　　（８’）に照射した。

このとき、イオン４′の加速エネルギーをイオン４′−
個当たり１０ＫｅＶとし、被覆されるＢＮ薄膜のＢ／Ｎ
組成比力月になるように、蒸発物質３′の蒸発量とイオ
ン４′の照射量を膜厚計５およびイオン電流測定器６で
測定しなから制御して２μｍのＢＮ薄膜を被覆した。

実施例２実施例】と同じ材質の成形型７（８）、蒸発物質３′お
よびイオン４′を用いて蒸発物質３′の蒸着と同時に、
イオン４′を２ＫｅＶの加速エネルギーで照射し、被覆
されるＢＮ薄膜のＢ／Ｎ組成比か１になるように制御し
て成形型７（８）のプレス成形面？’　　（８’）に２
μｍのＢＮ薄膜を形成した。

実施例３実施例】と同じ材質の成形型７（８）、蒸発物質３′お
よびイオン４′を用いて蒸発物質３′の蒸着と同時に、
イオン４′を］０ＫｅＶの加速エネルギーで照射し、被
覆されるＢＮ薄膜のＢ／Ｎ組成比が３になるように制御
して成形型７（８）のプレス成形面７’（８’）に２μ
ｍのＢＮ薄膜を形成した。

実施例４実施例１と同し材質の成形型７（８）、蒸発物質３′お
よびイオン４′を用いて蒸発物質３′の蒸着と同時に、
イオン４′を２ＫｅＶの加速エネルギーで照射し、被覆
されるＢＮ薄膜のＢ／Ｎ組成比が３になるように制御し
て成形型７（８）のプレス成形面７’　　（８’）に２
μｍのＢＮ薄膜を形成した。

実施例５ジルコニア（Ｚ　ｒｏ　２）からなる成形型７（８）の
プレス成形面７’　　（８’）を実施例Ｉと同様に鏡面
研磨し、実施例１と同じ蒸発物質３′およびイオン４′
を用いて蒸発物質３′の蒸着と同時に、イオン４′を１
０ＫｅＶの加速エネルギーで照射し、被覆されるＢＮ薄
膜のＢ／Ｎ組成比か１になるように制御して成形型７（
８）のプレス成形面７′（８′）に２μｍのＢＮ薄膜を
形成した。

実施例６窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分として３０重量％の炭化
チタン（Ｔｉｃ）と７重量％のモリブテン（Ｍｏ）とを
含有するサーメットからなる成形型７（８）のプレス成
形面７’　　（８’）を実施例１と同様に鏡面研磨し、
実施例１と同じ蒸発物質３′およびイオン４′を用いて
蒸発物質３′の蒸着と同時に、イオン４′をｌ０ＫｅＶ
の加速エネルギーで照射し、被覆されるＢＮ薄膜のＢ／
Ｎ組成比か１になるように制御して成形型７（８）のプ
レス成形面７’　　（８’）に２μｍのＢＮ薄膜を形成
した。

なお、各実施例１〜６でプレス成形面７’　（８’　）
に被覆したＢＮ薄膜は、ビッカース硬度（１０ｇ荷重）
か４５００Ｈｖ、表面粗さＲ３１，の値が２０人であっ
た。

以上の条件でＢＮ薄膜を被覆した成形型７，８を用いて
、酸化鉛（ＰｂＯ）７０重量％、酸化ケイ素（Ｓｉ○、
）２７重量％、微量成分３重量％よりなる半径２０−の
塊状のガラス材料を用い、窒素雰囲気中で加圧プレスを
繰り返して行い、１０００個の光学ガラスレンズを成形
した後の成形型７゜８のプレス成形面７’、８’の表面
粗さ（Ｒ，、、）と１０００個目に成形した光学ガラス
レンズの表面精度および変色状態を測定した結果を次表
に示す。なお、各成形型７．８によるガラス材料のブレ
ス成形は、成形型温度５００℃、プレス圧力４０ｋｇ／
ａｌの条件で２分間維持し、３００°Ｃに冷却した後、
光学ガラスレンズを取り出した。

また、比較例１としてＢＮ薄膜を被覆しない実施例１と
同し材質の炭化タングステン（ＷＣ）、比較例２として
ＢＮ薄膜を被覆しない実施例５と同し材質のジルコニア
（ＺｒＯ，）　、比較例３として実施例６と同し材質の
窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分として３００重量の炭化
チタン（Ｔｉｃ）と７重量％のモリブテン（Ｍｏ）とを
含有するサーメットからなる各成形型７，８で、前述の
実施例と同じ条件で光学ガラスレンズを１０００個成形
し、成形型７，８のプレス成形面７’、８’の表面粗さ
（Ｒ□１）と１０００個目に成形した光学ガラスレンズ
の表面精度および変色状態を測定した結果も合わせて次
表に示す。

（以下余白）このように、各実施例１〜６の成形型７，８ては、プレ
ス成形面７’、８’に硬質のＢＮ薄膜を被覆することに
より、１０００個の光学ガラスレンズを加圧成形しても
プレス成形面７’、８’の表面粗さ（Ｒ，、、）は変化
せず、成形される光学ガラスレンズの表面の状態は良好
であり、成形後の光学ガラスレンズの研磨工程は不要で
ある。また、プレス成形中に成形型７．８およびプレス
成形面７’、８’　とガラス材料とか反応しないので、
光学ガラスレンズに変色や白濁かない。

一方、各比較例１〜３の成形型７．８では、プレス成形
面７’、８’に傷か付き表面粗さ（Ｒ、、、、）が３５
０人〜４００人となるので、成形後の光学ガラスレンズ
に傷か付き、表面精度か悪くなる。

また、成形型７，８に含まれる焼結助剤か析出してガラ
ス材料と化学反応したり、表面に付着して光学ガラスレ
ンズの変色か発生する。

さらに、実施例１〜４の炭化タングスン（Ｗ　Ｃ）から
なる成形型７（８）は、始めのプレス成形面７’　　（
８’）を表面粗さＲ，、、＝２０人に鏡面加工するのに
要する時間か、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いた成形型の
約３０時間に比へ、約１．５時間と非常に短い時間て仕
上げることかでき、始めに行うプレス成形面７’　　（
８′）の研磨工程を大幅に少なくすることかできる。

〔発明の効果〕

この発明の請求項（１）の光学ガラス素子の成形型は、
プレス成形面に窒化ホウ素（ＢＮ）を含有する薄膜を被
覆しているので、表面に傷付かず、光学的性能か劣化し
ない光学ガラス素子を繰り返し成形することかできる。

請求項（２）の光学ガラス素子の成形型の製造方法は、
成形型のプレス成形面にホウ素元素（Ｂ）を含有する物
質の真空蒸着と同時または交互に窒素元素（Ｎ）を含有
するイオンを照射し、窒化ホウ素（ＢＮ）を含有する薄
膜を被覆するので、高硬度で耐摩耗性に優れたプレス成
形面の光学ガラス素子の成形型を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光学ガラス素子の成形型の製造方法
の一実施例を説明する製造装置の概略図、第２図はその
光学ガラス素子の成形型の斜視図である。３・・・蒸発源、３′・・・蒸発物質、４・・・イオン
源、４′・・・イオン、７，８・・・成形型、７’、８
’・・・プレス成形面第１図第２図ト旬宍：

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プレス成形面に窒化ホウ素（ＢＮ）を含有する薄
膜を被覆したことを特徴とする光学ガラス素子の成形型
。
（２）成形型のプレス成形面にホウ素元素（Ｂ）を含有
する物質の真空蒸着と同時または交互に窒素元素（Ｎ）
を含有するイオンを照射し、窒化ホウ素（ＢＮ）を含有
する薄膜を被覆することを特徴とする光学ガラス素子の
成形型の製造方法。