JPH0725559B2

JPH0725559B2 - 光学素子成形用型部材

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Publication number: JPH0725559B2
Application number: JP14284788A
Authority: JP
Inventors: 正明横田; 誠亀山; 鉄夫桑原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1995-03-22
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: JPH01313336A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は光学素子成形装置に用いられる型部材に関し、
特に高温での離型性が良好で容易に高精度を実現でき且
つ耐久性良好な光学素子成形用型部材に関する。この様
な光学素子成形用型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。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］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削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／又は反射する面
を研摩して光学面とすることにより製造されている。

しかして、以上の様な光学素子の製造においては、研削
及び研摩により所望の表面精度（即ち表面形状及び表面
粗さ等の精度）を得るためには、熟練した作業者が相当
の時間加工を行なうことが必要であった。また、機能面
が非球面である光学素子を製造する場合には、一層高度
な研削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、所定の表面精度を有する成形用金型内に光
学素子材料を収容して加熱しながら加圧することにより
プ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型部材に要求
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、この様なプレス成形用型部材としては金
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13Crマルテンサ
イト鋼を用いた型部材が開示されており、特開昭52−45
613号公報には炭化ケイ素（SiC）を用いた型部材及び窒
化ケイ素（Si₃N₄）を用いた型部材が開示されており、
特開昭60−246230号公報には超硬合金に貴金属をコーテ
ィングした型部材が開示されており、また特公昭62−21
733号公報には窒化チタンをコーティングした型部材が
開示されている。

しかして、上記13Crマルテンサイト鋼は酸化しやすく更
に高温のプ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やSi₃
N₄は一般的には酸化されにくいとされているが、高温で
はある程度の酸化が生じ型部材表面にSiO₂の膜が形成さ
れるためガラスとの融着を生じやすく更に硬度が高すぎ
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。更
に、表面に窒化チタンをコーティングした材料はかなり
良好な特性を示すが高温で長期間連続的に使用した場合
にはガラスとの融着が発生しやすくなるという難点があ
る。

そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、容易に高精度
に製造でき且つプレス成形に際し精度劣化が少なく特に
高温でも長期にわたって融着を生ずることのない長寿命
の光学素子成形用型部材を提供することを目的とする。

［課題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、少なくとも成形面が炭化タンタル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、及び、少なくとも成形面が炭化タンタルで被覆されており、該
炭化タンタル被覆層の下層としてタンタル層が設けられ
ていることを特徴とする、光学素子成形用型部材、が提供される。

上記本発明の光学素子成形用型部材において、炭化タン
タルはタンタル含有率20〜80原子％であるのが好まし
い。

また、本発明によれば、上記の如き目的を達成するもの
として、少なくとも成形面が炭化タンタルで被覆されており、該
炭化タンタル被覆層が厚さ方向に関し組成が変化してい
ることを特徴とする、光学素子成形用型部材、が提供される。

この本発明の光学素子成形用型部材において、炭化タン
タル被覆層は表面から型母材側へと次第にタンタル含有
率が高くなる組成を有するのが好ましく、また炭化タン
タル被覆層は型母材との界面においてタンタル含有率45
〜100原子％であるのが好ましく、更に炭化タンタル被
覆層が表面においてタンタル含有率20〜80原子％である
のが好ましい。

［実施例］以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

第１図は本発明による型部材の第１の実施例を示す概略
断面図である。本図において、130は型母材を示し、132
は該型母材の成形面に形成された炭化タンタル被覆層を
示す。

本発明においては、型母材130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
は切削、研削、研摩等の加工により所望の外形とし、特
に成形面は所望の表面精度に仕上げておく。

上記母材130の表面に炭化タンタル層132を形成するに
は、たとえばBunshah法による活性化反応蒸着法や反応
性スパッタリング法等の物理的気相法（PVD法）あるい
はプラズマCVD法や光CVD法や熱CVD法等の化学的気相法
（CVD法）を用いる。

本発明において、炭化タンタルとはTaC,Ta₂C等の炭化物
を含むたとえば侵入型炭化物の構造をもつものを意味
し、但しタンタル元素単体あるいは炭素元素単体が混合
されていてもよい。

炭化タンタル層132は、その組成において炭素とタンタ
ルとの原子比率をかなりの範囲で変化させることができ
るが、実用的範囲としては、たとえばタンタル含有率が
20〜80原子％程度のものが好適である。

炭化タンタル層132の厚さは製造条件により適宜設定さ
れるが、使用時に所望の特性が発揮できる様な厚さ（た
とえば0.1〜10μｍ、好ましくは１μｍ程度）とすれば
よい。

炭化タンタル層132は特に高温でのガラスとの融着性が
著るしく低く離型性が良好であるので、これまで型部材
との融着のために高精度成形を工業的に実施することが
困難であるとされている高融点のガラスを用いる成形に
も良好に適用でき、更には一次成形されたガラスまたは
溶融ガラスを型装置内に収容してプレス成形する光学素
子製造に適用して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という利点がある。

第２図は本発明による型部材の第２の実施例を示す概略
断面図である。本図において、130は型母材を示し、131
は該型母材の成形面に形成されたタンタル層を示し、13
2は該タンタル層上に形成された炭化タンタル被覆層を
示す。

上記母材130の表面にタンタル層131及び炭化タンタル層
132をこの順に形成するには、たとえば蒸着法及びBunsh
ah法による活性化反応蒸着法やスパッタリング法及び反
応性スパッタリング法等の物理的気相法（PVD法）ある
いはプラズマCVD法や光CVD法や熱CVD法等の化学的気相
法（CVD法）を用いる。

タンタル層131の厚さは製造条件により適宜設定される
が、使用時に所望の特性が発揮できる様な厚さ（たとえ
ば0.01〜５μｍ、好ましくは0.2μｍ程度）とすればよ
い。

該タンタル層131は、型母材130と炭化タンタル層132と
の接合力を高め、使用時における被覆層の剥離を防止す
る作用をなす。即ち、該タンタル層131を形成せずに型
母材130上に直接炭化タンタル層を形成すると、該炭化
タンタル層には比較的大きな内部応力が残留する。該炭
化タンタル層の成膜条件を適宜設定することにより残留
内部応力を小さくすることもできるが、該成膜条件を変
化させると膜の内部構造も変化し所望の表面精度が得ら
れなくなることもあり、このため内部応力の低下のみを
最適化する条件設定は現実的ではない。そこで、型母材
130と炭化タンタル層132との間にタンタル層131を介在
させることにより、炭化タンタル層132の内部構造を良
好に維持しつつ該炭化タンタル層132とタンタル層131と
からなる被覆層の残留内部応力を低下させることが可能
となるのである。かくして、使用時において、比較的高
い温度での繰返しプレス成形による熱履歴を受けても容
易には被覆層の剥離を生じない耐久性良好な型部材が得
られる。

第３図は本発明による型部材の第３の実施例を示す概略
断面図である。本図において、130は型母材を示し、13
2′は該型母材の成形面に形成された炭化タンタル被覆
層を示す。

上記母材130の表面に炭化タンタル層132′を形成するに
は、たとえばBunshah法による活性化反応蒸着法や反応
性スパッタリング法等の物理的気相法（PVD法）あるい
はプラズマCVD法や光CVD法や熱CVD法等の化学的気相法
（CVD法）を用いる。

上記炭化タンタル層132′は厚さ方向に関し組成（即ち
タンタルと炭素との原子比率）が変化している。

第４図（ａ）〜（ｉ）は炭化タンタル層132′の厚さ方
向に関するタンタル含有率の分布の例を示すグラフであ
る。図において、縦軸はタンタル（Ta）含有率（原子
％）を示し、横軸は型母材130との界面を基準とした厚
さを示し、炭化タンタル層132′の厚さがｔであるとさ
れている。

第４図（ａ）〜（ｅ）では直線状にTa含有率が変化して
おり、第４図（ｆ），（ｇ）では曲線状にTa含有率が変
化しており、第４図（ｈ）では折れ線状にTa含有率が変
化しており、第４図（ｉ）では階段状にTa含有率が変化
している。

炭化タンタル層132′は、表面（即ちプレス成形の際に
光学素子材料と接触する面）においてTaとＣとの原子比
率が1:1程度で且つ母材130との界面においてTa含有率が
比較的高くなっているのが好ましい。なぜなら、型母材
との接合強度を高めプス成形時の炭化タンタル層の剥離
を防止するためにはできるだけTa含有率の高いのが有利
だからである。この様な観点から、炭化タンタル層13
2′は、実用上、たとえば表面におけるTa含有率が20〜8
0原子％程度、より好ましくは50原子％程度であるのが
好ましく、更に母材との界面におけるTa含有率が45〜10
0原子％であるのが好ましい。

以上の様な炭化タンタル層132′における厚さ方向の組
成分布は、炭化タンタル層形成の際の上記PVD法やCVD法
において製造条件を適宜設定することにより得ることが
できる。

炭化タンタル層132′の厚さは製造条件により適宜設定
されるが、使用時に所望の特性が発揮できる様な厚さ
（たとえば0.1〜10μｍ、好ましくは１μｍ程度）とす
ればよい。

炭化タンタル層132′は特に高温でのガラスとの融着性
が著るしく低く離型性が良好であるので、これまで型部
材との融着のために高精度成形を工業的に実施すること
が困難であるとされている高融点のガラスを用いる成形
にも良好に適用でき、更には一次成形されたガラスまた
は溶融ガラスを型装置内に収容してプレス成形する光学
素子製造に適用して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という利点がある。

以下、本発明による上記第１〜第３の実施例の型部材の
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、従来及び比較のための型部材の
製造及びそれを用いたガラス成形の例をも示す。

製造及び成形の実施例1: 超硬合金［WC（90％）＋Co（10％）］及び焼結SiCを母
材材料として型母材を作り、該母材の成形面に炭化タン
タル層を形成して、以下の通り上記第１図に示される本
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被覆を行なわない型部材及び該成形
面にSiC層またはTiN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、No.1及びNo.2は本発明実施例であり、No.3、No.
4、No.5及びNo.6は比較例である。

これら型部材の製造は以下の様にして行なわれた。

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（光学面）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１であり、先ずダイヤ
モンド砥石による研削で所望の曲率に加工し、次いで粒
径１μｍのダイヤモンドパウダーを用いた研摩を行な
い、ニュートンリング１本程度の表面形状精度及びRmax
0.02μｍ程度の表面粗さ精度に仕上げた。

次に、上記N.o1及びNo.2については、Bunshah法による
活性化反応蒸着法により型母材の成形面上に炭化タンタ
ル層を形成した。

炭化タンタル層の形成は次の様にして行なった。

上記の様にして得られた型母材を有機溶剤で洗浄し、真
空槽内にセットした。次に、該真空槽内を約１×10^-5To
rr以下に減圧し、同時に型母材を300℃程度に加熱し
た。次いで、反応ガスとして炭化水素ガス（メタン及び
アセチレン）を３×10^-4から８×10^-4Torr導入し、イオ
ン化電圧50V程度を印加しながら金属タンタルを電子銃
で蒸発させた。これにより、蒸発タンタルと炭素とが反
応して型母材表面上に堆積し炭化タンタル層が形成され
た。得られた炭化タンタル層のタンタル含有率は50原子
％であった。また、該炭化タンタル層の厚さは約１μｍ
であった。

上記No.6については、上記No.1及びNo.2の場合と同様に
してBunshah法による活性化反応蒸着法により型母材の
成形面上にTiN層を形成した。得られたTiN層の厚さは約
１μｍであった。

また、上記No.5については、通常のスパッタリング法に
より母材の成形面上にSiC層を形成した。得られたSiC層
の厚さは約１μｍであった。

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

第５図はプレス成形に用いた装置を示す断面図である。

第５図において、４は取入れ用置換室であり、６は成形
室であり、８は蒸着室であり、10は取出し用置換室であ
る。12,14,16はゲートバルブであり、18はレールであ
り、20は該レール上を矢印Ａ方向に搬送せしめられるパ
レットである。24,38,40,50は油圧シリンダであり、26,
52はバルブである。28は成形室６内においてレール18に
沿って配列されているヒータである。

成形室６内はパレット搬送方向に沿って順に加熱ゾーン
６−１、プレスゾーン６−２及び徐冷ゾーン６−３とさ
れている。プレスゾーン６−２において、上記油圧シリ
ンダ38のロッド34の下端には成形用上型部材30が固定さ
れており、上記油圧シリンダ40のロッド36の上端には成
形用下型部材32が固定されている。これら上型部材30及
び下型部材32は、上記第１図の本発明による型部材であ
る。蒸着室８内においては、蒸着物質46を収容した容器
42及び該容器を加熱するためのヒータ44が配置されてい
る。

フリント系光学ガラス（SF14,軟化点Sp＝586℃，ガラス
転移点Tg＝485℃）を所定の形状及び寸法に粗加工し
て、成形のためのブランクを得た。

ガラスブランクをパレット20に裁置し、取入れ置換室４
内の20−１の位置へ入れ、該位置のパレットを油圧シリ
ンダ24のロッド24によりＡ方向に押してゲートバルブ12
を越えて成形室６内の20−２の位置へと搬送し、以下同
様に所定のタイミングで順次新たに取入れ置換室４内に
パレットを入れ、このたびにパレットを成形室６内で20
−２→……→20−８の位置へと順次搬送した。この間
に、加熱ゾーン６−１ではガラスブランクをヒータ28に
より徐々に加熱し20−４の位置で軟化点以上とした上
で、プレスゾーン６−２へと搬送し、ここで油圧シリン
ダ38,40を作動させて上型部材30及び下型部材32により1
0kg/cm²の圧力で５分間プレスし、その後加圧力を解除
しガラス転移点以下まで冷却し、その後油圧シリンダ3
8,40を作動させて上型部材30及び下型部材40をガラス成
形品から離型した。該プレスに際しては上記パレットが
成形用胴型部材として利用された。しかる後に、徐冷ゾ
ーン６−３ではガラス成形品を徐々に冷却した。尚、成
形室６内には不活性ガスを充満させた。

成形室６内において20−８の位置に到達したパレット
を、次の搬送ではゲートバルブ16を越えて蒸着室８内の
20−９の位置へと搬送した。通常、ここで真空蒸着を行
なうのであるが、本実施例では該蒸着を行なわなかっ
た。そして、次の搬送ではゲートバルブ16を越えて取出
し置換室10内の20−10の位置へと搬送した。そして、次
の搬送時には油圧シリンダ50を作動させてロッド48によ
りガラス成形品を装置２外へと取出した。

以上の様なプレス成形の前後における型部材30,32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型部材30,32との離型性
について第２表に示す。

次に、融着発生のないNo.1、No.2、No.3及びNo.6につい
て、同一型部材を用いて連続10000回のプレス成形を行
なった。この際の型部材30,32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、融着
を生ずることなく良好な表面精度の光学素子が成形でき
た。

また、成形面に炭化タンタル層を有する本発明実施例の
型部材は、同様の母材にTiN層を有する型部材に比べ
て、成形回数が少ない時は殆ど差がないが、成形回数が
多くなっても離型性の低下が極めて少ないことが分っ
た。

炭化タンタルの融点3880℃は窒化チタンの融点2947℃よ
り高く熱的安定性が良好であること、及び該炭化タンタ
ル中に金属タンタルが存在しても金属Tiより酸化しにく
いためガラスとぬれ性が低い。このため、本発明実施例
の型部材はガラス成形時にガラスとの融着発生が少ない
のであろうと推測できる。

上記実施例では炭化タンタル層の形成方法としてBunsha
h法による活性化反応蒸着法が用いられているが、炭化
タンタル層はその他の方法たとえば反応性スパッタリン
グ法を用いて形成することもできる。

第６図は炭化タンタル層形成のための反応性スパッタリ
ング装置の概略構成図である。

第６図において、140は真空槽である。該真空槽には排
気口142が接続されており、該排気口は不図示の減圧源
に接続されている。真空槽140内の上部にはヒータ144が
配置されており、145はその電源である。該ヒータ144の
下方に型母材支持体146が配置されており、該支持体に
は成形面を下向きにして型母材148が支持される。149は
該型母材に対しバイアス電圧を印加するためのバイアス
電源である。該型母材148の下方にはグロー放電発生用
のコイル150が配置されており、151はその高周波電源で
あり、152は整合回路である。上記真空槽140内の下部に
はカソード電極154が配置されており、該電極上にはタ
ンタルターゲット156が配置される。157は上記カソード
電極154に対し電圧を印加するための電源である。158は
上記タンタルターゲット156の方に向けてアルゴンガス
を供給するためのパイプであり、また160は上記型母材1
48の方に向けて炭化水素ガス（メタン及びアセチレン）
を供給するためのパイプである。

炭化タンタル層の形成時には、所定の精度に仕上げられ
た型母材148を有機溶剤で洗浄した後に型母材支持体146
により支持する。次に、真空槽140内を所定の真空度ま
で排気し、パイプ158からアルゴンガスを導入し、高周
波電源によりコイル150に高周波電圧を印加してグロー
放電を発生させ、更にバイアス電源149により型母材148
に負の電圧を印加して、アルゴンイオンによる型母材14
8のスパッタクリーニングを行なう。その後、電源157に
よりカソード電極154に高周波または直流の電圧を印加
して該タンタルターゲット156の近傍にアルゴンのグロ
ー放電を発生させて、タンタルターゲットにアルゴンイ
オンの衝撃を与え、同時にパイプ160から炭化水素ガス
（メタン及びアセチレン）を導入し、電源151によりコ
イル150に高周波電圧を印加して炭化水素プラズマを形
成し、バイアス電源149により型母材148に負のバイアス
電圧を印加して、上記炭化水素プラズマ中の炭素イオン
を型母材148の方へと引き込むことにより、タンタルの
反応性スパッタリングを行なうことができる。これによ
り、型母材148の表面に炭化タンタル層が形成される。

該炭化タンタル層中の炭素とタンタルとの比率は、成膜
条件を適宜設定することにより所望の値とすることがで
きる。該比率に大きく影響する成膜条件としては、真空
槽140内の真空度、アルゴンガスの圧力及び炭化水素ガ
スの圧力、及び電源145,149,151,157の電圧等がある。

以上の様な反応性スパッタリング法によれば、型母材近
傍に炭化水素ガスを供給して炭化水素ガスプラズマを形
成するので、任意の炭素／タンタル比率の炭化タンタル
層を容易に形成することができる。

この様な反応性スパッタリング法を用いて、上記No.1と
同様の超硬合金製母材の成形面に炭素含有率50原子％で
タンタル含有率50原子％の炭化タンタル層を形成した型
部材（No.7）を得た。

該No.7を用いて、上記第５図に関し説明したと同様にし
て、連続12000回のプレス成形を行なった。そして、上
記No.1についても更に累計12000回までのプレス成形を
行なった。この際の型部材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４表に示
す。

第４表から、12000回のプレス後においてはNo.7の型部
材の方がNo.1の型部材よりも若干優れていることが分
る。

製造及び成形の実施例2: 超硬合金［WC（90％）＋Co（10％）］及び焼結SiCを母
材材料として型母材を作り、該母材の成形面にタンタル
層及び炭化タンタル層をこの順に形成して、以下の通り
上記第２図に示される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被覆を行な
わない型部材及び該成形面にSiC層またはTiN層を形成し
た型部材、更には該成形面に直接炭化タンタル層を形成
した型部材（これは上記実施例１のものに相当するが、
ここでは比較例としている）を製造した。製造した型部
材の一覧表を第５表に示す。尚、第５表において、No.8
及びNo.9は本発明実施例であり、No.10、No.11、No.1
2、No.13、No.14及びNo.15は比較例である。

これら型部材の製造は以下の様にして行なわれた。

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（光学面）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率に加工し、次いで粒径
１μｍのダイヤモンドパウダーを用いた研摩を行ない、
ニュートンリング１本程度の表面形状精度及びRmax0.02
μｍ程度の表面粗さ精度に仕上げた。

次に、上記N.o8及びNo.9については、蒸着法及びBunsha
h法による活性化反応蒸着法により型母材の成形面上に
タンタル層及び炭化タンタル層をこの順に形成した。

タンタル層及び炭化タンタル層の形成は次の様にして行
なった。

上記の様にして得られた型母材を有機溶剤で洗浄し、真
空槽内にセットした。次に、該真空槽内を約１×10^-5To
rr以下に減圧し、同時に型母材を300℃程度に加熱し
た。次いで、金属タンタルを電子銃で蒸発させた。これ
により、蒸発タンタルが母材表面上に堆積しタンタル層
が形成された。該タンタル層の厚さは約0.2μｍであっ
た。続いて金属タンタルを蒸発させながら、反応ガスと
して炭化水素ガス（メタン及びアセチレン）を３×10^-4
〜８×10^-4Torr導入し、イオン化電圧50V程度を印加し
た。これにより、蒸発タンタルと炭素とが反応して上記
タンタル層上に堆積し炭化タンタル層が形成された。得
られた炭化タンタル層のタンタル含有率は50原子％であ
った。また、該炭化タンタル層の厚さは約１μｍであっ
た。

上記No.13,No.14及びNo.15については、上記No.8及びN
o.9の場合と同様にしてBunshah法による活性化反応蒸着
法により型母材の成形面上にTiN層または炭化タンタル
層を形成した。得られたTiN層または炭化タンタル層の
厚さはいづれも約１μｍであった。

また、上記No.12については、通常のスパッタリング法
により母材の成形面上にSiC層を形成した。得られたSiC
層の厚さは約１μｍであった。

次に、以上の様にして製造された型部材を用いて、上記
製造及び成形の実施例１と同様にして光学ガラスのプレ
ス成形を行なった。

プレス成形の前後における型部材30,32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型部材30,32との離型性について第
６表に示す。

次に、融着発生のないNo.8、No.9、No.10、No.13、No.1
4及びNo.15について、同一型部材を用いて連続10000回
のプレス成形を行なった。この際の型部材30,32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７表に示す。

上記10000回のプレス成形で表面粗さが良好であったNo.
8,No.9,No.14,No.15について同一型部材を用いて更に連
続20000回までのプレス成形を試みたところ、No.14,No.
15はいずれも14000回に到達するまでに被覆層が剥離し
たが、No.8,No.9はいづれも20000回まで被覆層の剥離を
生ずることがなく且つ型部材及び光学素子の双方とも表
面粗さはそれ程劣化しなかった。

上記実施例ではタンタル層及び炭化タンタル層の形成方
法として蒸着法及びBunshah法による活性化反応蒸着法
が用いられているが、タンタル層及び炭化タンタル層は
その他の方法たとえばスパッタリング法及び反応性スパ
ッタリング法を用いて形成することもできる。この方法
は上記第６図の装置を用いて行なうことができる。

タンタル層及び炭化タンタル層の形成時には、所定の精
度に仕上げられた型母材148を有機溶剤で洗浄した後に
型母材支持体146により支持する。次に、真空槽140内を
所定の真空度まで排気し、パイプ158からアルゴンガス
を導入し、高周波電源によりコイル150に高周波電圧を
印加してグロー放電を発生させ、更にバイアス電源149
により型母材148に負の電圧を印加して、アルゴンイオ
ンによる型母材148のスパッタクリーニングを行なう。
その後、電源157によりカソード電極154に高周波または
直流の電圧を印加して該タンタルターゲット156の近傍
にアルゴンのグロー放電を発生させて、タンタルターゲ
ットにアルゴンイオンの衝撃を与え、バイアス電源149
により型母材148に負のバイアス電圧を印加して、タン
タルのスパッタリングを行なうことができる。これによ
り、型母材148の表面にタンタル層が形成される。続い
て、更にパイプ160から炭化水素ガス（メタン及びアセ
チレン）を導入し、電源151によりコイル150に高周波電
圧を印加して炭化水素プラズマを形成し、該プラズマ中
の炭素イオンを型母材148の方へと引き込むことによ
り、タンタルの反応性スパッタリングを行なうことがで
きる。これにより、上記タンタル層上に炭化タンタル層
が形成される。

この様な反応性スパッタリング法を用いて、それぞれ上
記No.8,No.9と同様の母材、タンタル層及び炭化タンタ
ル層を有する型部材（No.16,No.17）を得た。尚、この
時得られた炭化タンタル層のタンタル含有率は50原子％
であった。

該No.16,No.17を用いて、上記第５図に関し説明したと
同様にして、連続20000回のプレス成形を行なったとこ
ろ、タンタル層及び炭化タンタル層の剥離は生じなかっ
た。また、型部材及び光学素子の双方とも表面粗さはそ
れ程劣化しなかった。

製造及び成形の実施例3: 超硬合金［WC（90％）＋Co（10％）］及び焼結SiCを母
材材料として型母材を作り、該母材の成形面に厚さ方向
に上記第４図（ｃ）の組成分布を有する炭化タンタル層
を形成して、以下の通り上記第３図に示される本発明に
よる型部材を製造した。また、比較のために、上記型母
材の成形面に被覆を行なわない型部材及び該成形面にSi
C層またはTiN層を形成した型部材、更には該成形面に厚
さ方向に組成が均一の炭化タンタル層を形成した型部材
（これは上記実施例１のものに相当するが、ここでは比
較例としている）を製造した。製造した型部材の一覧表
を第８表に示す。尚、第８表において、No.18及びNo.19
は本発明実施例であり、No.20、No.21、No.22、No.23、
No.24及びNo.25は比較例である。

これら型部材の製造は以下の様にして行なわれた。

次に、上記No.18及びNo.19については、Bunshah法によ
る活性化反応蒸着法により型母材の成形面上に炭化タン
タル層を形成した。

炭化タンタル層の形成は次の様にして行なった。

上記の様にして得られた型母材を有機溶剤で洗浄し、真
空槽内にセットした。次に、該真空槽内を約１×10^-5To
rr以下に減圧し、同時に型母材を300℃程度に加熱し
た。次いで、反応ガスとして炭化水素ガス（メタン及び
アセチレン）を導入し、イオン化電圧50V程度を印加し
ながら金属タンタルを電子銃で蒸発させた。この際、炭
化水素ガス（メタン及びアセチレン）を３×10^-4から８
×10^-4Torrまで徐々に増加させ、同時に電子銃の調節に
より金属タンタル蒸発量を徐々に少なくした。これによ
り、蒸発タンタルと炭素とが反応して型母材表面上に堆
積し炭化タンタル層が形成された。得られた炭化タンタ
ル層の厚さ方向のタンタル含有率分布は上記第４図
（ｃ）の通りであった。また、該炭化タンタル層の厚さ
は約１μｍであった。

上記No.24及びNo.25については、炭化水素ガス導入量及
び電子銃を一定の条件に維持することを除いて、それぞ
れ上記No.18及びNo.19の場合と同様にして炭化タンタル
層を形成した。得られた炭化タンタル層のタンタル含有
率は50原子％であった。また、該炭化タンタル層の厚さ
はいづれも約１μｍであった。

上記No.23については、上記No.24及びNo.25の場合と同
様にしてBunshah法による活性化反応蒸着法により型母
材の成形面上にTiN層を形成した。得られたTiN層の厚さ
は約１μｍであった。

また、上記No.22については、通常のスパッタリング法
により母材の成形面上にSiC層を形成した。得られたSiC
層の厚さは約１μｍであった。

以上の様なプレス成形の前後における型部材30,32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型部材30,32との離型性
について第９表に示す。

次に、融着発生のないNo.18、No.19、No.20、No.23、N
o.24及びNo.25について、同一型部材を用いて連続10000
回のプレス成形を行なった。この際の型部材30,32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10表に示す。

上記10000回のプレス成形で表面粗さが良好であったNo.
18,No.19,No.24,No.25について同一型部材を用いて更に
連続20000回までのプレス成形を試みたところ、No.24,N
o.25はいずれも14000回に到達するまでに被覆層が剥離
したが、No.18,No.19はいづれも20000回まで被覆層の剥
離を生ずることがなく且つ型部材及び光学素子の双方と
も表面粗さはそれ程劣化しなかった。

上記実施例では炭化タンタル層の形成方法としてBunsha
h法による活性化反応蒸着法が用いられているが、炭化
タンタル層はその他の方法たとえば反応性スパッタリン
グ法を用いて形成することもできる。この方法は上記第
６図の装置を用いて上記製造及び成形の実施例１と同様
にして行なうことができる。

その際、炭化タンタル層中の炭素とタンタルとの比率
は、成膜条件を適宜設定するにより所望の値とすること
ができる。該比率に大きく影響する成膜条件としては、
真空槽140内の真空度、アルゴンガスの圧力及び炭化水
素ガスの圧力、及び電源145,149,151,157の電圧等があ
る。これら成膜条件を適宜変化させながら成膜を行なう
ことにより、厚さ方向に組成分布が変化する炭化タンタ
ル層を形成することができる。

以上の様な反応性スパッタリング法によれば、型母材近
傍に炭化水素ガスを供給して炭化水素プラズマを形成す
るので、任意の炭素／タンタル比率分布の炭化タンタル
層を容易に形成することができる。

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、本発明の型部材によればそ
の他のクラウン系等のガラスについても同様に良好な精
度での成形が可能である。

上記実施例では、PVD法やCVD法で形成された炭化タンタ
ル層をそのまま用いているが、該方法により炭化タンタ
ル層を比較的厚く形成しておき、その後表面を鏡面研摩
した上で用いることもできる。また、多数回のプレスに
より表面に欠陥が生じた場合にも、この様な研摩により
良好な表面を再生することができる。

［発明の効果］以上の様な本発明によれば、成形面が炭化タンタル層で
被覆されているので、繰返しプレス成形に際し精度劣化
が少なく、更に特に高温での使用においてもガラスとの
融着を生ずることのない長寿命の光学素子成形用型部材
が提供される。

更に、炭化タンタルのヌープ硬さHkはたとえば2900であ
り、ヌープ硬さ2000のTiNに比較し高硬度であるため傷
が付きにくく、このため使用時においてクリーニングを
繰返しても傷付きにくく、それ故に良好な表面精度の光
学素子を長期にわたって製造することができる。

また、本発明型部材は、型母材として加工性の良好なも
のを選択することができるので、製造が容易である。

更に、本発明によれば、炭化タンタル層の下層としてタ
ンタル層を設けることにより、被覆層の内部応力が少な
く且つ被覆層と型母材との接合力が大きく従って耐久性
の良好な型母材が得られる。

更に、本発明によれば、炭化タンタル層の組成を厚さ方
向に変化させて型母材側を高タンタル含有率とすること
により、被覆層の内部応力が少なく且つ被覆層と型母材
との接合力が大きく従って耐久性の良好な型母材が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明による型部材を示す概略断面図
である。第４図（ａ）〜（ｉ）は炭化タンタル層の厚さ方向に関
するタンタル含有率分布を示すグラフである。第５図は光学素子のプレス成形に用いられる装置の断面
図である。第６図は本発明による型部材の製造に使用される装置を
示す図である。 30,32:型部材、130:型母材、131:タンタル層、132,13
2′：炭化タンタル層、148:型母材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも成形面が炭化タンタルで被覆さ
れていることを特徴とする、光学素子成形用型部材。
【請求項２】少なくとも成形面が炭化タンタルで被覆さ
れており、該炭化タンタル被覆層の下層としてタンタル
層が設けられていることを特徴とする、光学素子成形用
型部材。
【請求項３】炭化タンタルがタンタル含有率20〜80原子
％である、請求項１または２に記載の光学素子成形用型
部材。
【請求項４】少なくとも成形面が炭化タンタルで被覆さ
れており、該炭化タンタル被覆層が厚さ方向に関し組成
が変化していることを特徴とする、光学素子成形用型部
材。
【請求項５】炭化タンタル被覆層が表面から型母材側へ
と次第にタンタル含有率が高くなる組成を有する、請求
項４に記載の光学素子成形用型部材。
【請求項６】炭化タンタル被覆層が型母材との界面にお
いてタンタル含有率45〜100原子％である、請求項４に
記載の光学素子成形用型部材。
【請求項７】炭化タンタル被覆層が表面においてタンタ
ル含有率20〜80原子％である、請求項４に記載の光学素
子成形用型部材。