JPH0741325A - 光学素子成形用型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成形面がＡｌＮで形成されている光学素子成
形用型に窒素イオンを注入することにより、ガラスとの
融着を防止し、耐久性を向上する。 【構成】 ＡｌＮ粉末に助剤としてＹ₂ Ｏ₃ 粉末を添加
し、鋳込み成形した後に焼結させて型ブランク１を得
る。この型ブランク１の成形面２へ窒素イオンを注入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素子成形用型に関
し、特に加熱軟化させたガラスを成形型にてプレスする
ことにより光学素子を得る際に用いる成形用型に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガラスを加熱軟化させてプレスす
ることにより光学素子を製造する際に使用される成形用
型は一般に耐熱性やガラスとの離型性が要求される。そ
のため、成形用型には耐熱性セラミックスや耐熱性コー
ト剤が使用されている。しかしながら、前記セラミック
ス材料は助剤を介して粉末を焼結させて製造するため、
加熱により粒子間の結合に変化が生じたり、粒子が成長
したりする。また、耐熱性コート材は基材との密着性が
低く、薄利する問題が生じる。

【０００３】そこで、上記問題点を解決すべく、例えば
特開平３−８３８２５号公報記載の発明においては、イ
ットリウムおよび／またはトリウムを助剤としたＡｌＮ
を焼結もしくは蒸着することにより、粒子変化を防止し
たり、密着性を向上させることが開示されている。ま
た、特開平３−２０８８２１号公報記載の発明において
は、アルミニウムのハロゲン化物とガスとをマイクロ波
で反応させて蒸着する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記各従来
技術には以下の様な問題がある。すなわち、前記特開平
３−８３８２５号公報に記載される発明のように、助剤
を添加すると焼結では粒子間に助剤とＡｌＮの化合物が
生成する。また、蒸着ではＡｌＮとの化合物として膜が
形成される。さらに、特開平３−２０８８２１号公報に
記載される発明のように、ガスとの反応でＡｌＮを形成
させるとガスに混入している不純物との化合物が形成さ
れる。また、未反応のアルミニウムがそのまま膜として
形成される。

【０００５】これらの化合物は高温で反応しやすい特性
のため、高温のガラスが接触すると反応して融着が生じ
やすい。前記発明の実施例においては、５０００ショッ
トの耐久性が記載されているが、高軟化点ガラスや溶融
ガラスを成形すると耐久性が低く融着が生じる問題が発
生した。

【０００６】因って、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、高軟化点ガラスや溶融ガラスの成形に
おいてもガラスとの融着が生じず、かつ耐久性の高い光
学素子成形用型を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも成
形面がＡｌＮで形成されている光学素子成形用型におい
て、前記成形面に窒素イオンを１×１０⁶ ｉｏｎ／ｃｍ
² 以上注入して構成したものである。

【０００８】

【作用】一般に、ＡｌＮの焼結体はＡｌＮ粒界に助剤が
液層焼結されている。助剤がＹ₂ Ｏ₃ の場合、その粒界
にはアルミニウムとイットリアと酸素との化合物が生成
される。また、蒸着の場合はターゲットに助剤を混入さ
せた場合、アルミニウムと助剤との化合物が生成され
る。さらに、ガス反応による蒸着の場合は導入ガスに含
む不純物によりＡｌＮ以外の化合物が生成される。これ
らのＡｌＮ以外のアルミニウム化合物がガラスとの融着
の原因となる。

【０００９】そこで、前記アルミニウム化合物を窒化
し、ＡｌＮを形成させる手段として窒素イオンを注入す
る。図１はＡｌＮ基板をターゲットとしてＰＶＤ法によ
りＡｌＮ膜を形成させた面へ窒素イオンを注入したとき
のＸＲＤパターンを示すグラフである。図１中の（ａ）
はイオン注入前であり、（ｂ）は窒素イオンを２×１０
¹⁷ｉｏｎ／ｃｍ² 注入したときのパターンである。この
図から窒素イオンを注入することによりＡｌＮの（００
２）軸が成長していることが確認できる。この結果よ
り、蒸着で生成されたアルミ化合物が窒素イオンを注入
することによりＡｌＮを形成させることが確認された。

【００１０】また、前記窒素イオンを注入した型と従来
の型とを成形して比較したところ、従来の型材では５０
００ショットでガラスの融着が生じたが、窒素イオンを
注入した型では１００００ショット成形してもガラスの
融着は生じなかった。

【００１１】

【実施例１】図２〜図４は本実施例を示し、図２は型ブ
ランクの側面図、図３はイオン注入に用いた装置の概略
構成図、図４は成形に用いた装置の概略構成図である。

【００１２】以下に、ＡｌＮ焼結体の製造を説明する。
本実施例では助剤にＹ₂ Ｏ₃ を使用した。不純物酸素量
０．９％以下で平均粒径１．５μｍのＡｌＮ粉末にＹ₂
Ｏ₃ 粉末４ｗｔ％添加し、水もしくはアルコールを加え
て５時間混練する。混練後、図２に示される形状のＢＮ
材の型に鋳込み成形する。約２００℃で水分を蒸発させ
たのち焼結炉にて焼結させる。焼結雰囲気は窒素雰囲気
中にて行った。焼結させた型ブランク１の外周部を研削
加工により形状を仕上げる。また、成形面２は成形レン
ズ形状と近似した形状まで研削加工し、研削後ダイヤモ
ンドパウダーにて研磨加工する。研磨により表面形状精
度ＰＶ０．２μｍ以下、表面粗さＲｍａｘ０．０８μｍ
以下まで仕上げる。

【００１３】次に、イオン注入方法を説明する。前記型
ブランク１を図３に示す装置にて窒素イオンを注入し
た。前記型ブランク１を保持台３の上にセットし、装置
内を２×１０^-6Ｔｏｒｒまで真空排気した。続いて、装
置ガス導入口６からＮ₂ ガスを導入してフィラメント
７，コイル８および引出し電極９から構成されるイオン
発生部１０でイオン化し、マグネット１１およびスリッ
ト１２等から構成される質量分析部１３を通過させ、加
速管４およびＸＹ走査電極５から構成される加速部１４
にて加速し、Ｎイオンを加速電圧６５０ｋｅＶ，注入量
１×１０¹⁶ｉｏｎ／ｃｍ² で型ブランク１の成形面２に
注入した。この方法により、イオン注入した型ブランク
１の成形面２をＸＲＤにて分析した結果、表面部はほぼ
ＡｌＮのピークが確認された。しかしながら、イオン注
入していないＡｌＮ材には他の化合物のピークが確認さ
れた。

【００１４】次に、成形方法を説明する。ガラスを溶融
ルツボ１５にてガラス粘度で１０² ポアズに加熱溶融さ
せる。溶融後、プランジャー１７を上昇させて定量の溶
融ガラス１６をノズルより排出させる。排出後、切断用
シャー１８で溶融ガラス１６を切断し、搬送皿２０上に
ガラスゴブ１９を落下させる。落下後、ヒーター２１に
て表面を加熱し、前記切断工程で生じたシャーマークを
除去する。シャーマーク除去後、搬送アーム２２にて搬
送皿２０を上下成形型２４，２３間に搬送し、且つ搬送
アーム２２が１８０°回転することによりガラスゴブ１
９を下型２３上に落下させる。ガラスゴブ１９の落下
後、搬送アーム２２は更に後退し、下型２３が上昇して
上型２４とで、始めはプレス圧５ｋｇ／ｃｍ² ，プレス
時間５秒、その後プレス圧５５ｋｇ／ｃｍ² ，プレス時
間２０秒間プレス成形した。なお前記上型２４および下
型２３はガラス粘度で１０¹⁰〜１０¹³ポアズに相当する
温度に加熱保持されている。

【００１５】本実施例の成形型で連続成形を行ったとこ
ろ、ガラスとの融着も無く高精度の光学素子を１５００
０ショット連続可能であった。しかしながら、イオン注
入していない成形型では５０００ショットにて融着が生
じた。また、ＡｌＮ焼結体に窒素イオンを注入すること
により、注入された表面部の強度が初期曲げ強度値で３
５ｋｇｆ／ｍｍ² であったものが４２ｋｇｆ／ｍｍ²ま
で上昇し、強度を向上させる効果もあることが確認され
た。

【００１６】尚、本実施例では溶融ガラスを滴下する成
形方法を記載したが、ガラスを近似形状に研磨加工した
プリフォームを用いた成形方法でも同様な効果がある。
また、イオン注入量を１×１０¹⁶ｉｏｎ／ｃｍ² とした
が、１×１０⁶ ｉｏｎ／ｃｍ² まで減少させても同様な
効果がある。しかしそれ以下にすると、Ａｌ化合物がＡ
ｌＮに完全に変化しないため効果が低下する。逆に、１
×１０¹⁶ｉｏｎ／ｃｍ² 以上注入してもガラスとの融着
効果は得られるが、スパッタ減少により表面粗さが低下
する。よって、表面が荒れた場合は注入層が無くならな
い程度に成形面を再研磨する。これにより同様な効果が
得られる。

【００１７】

【実施例２】本実施例は、ＳｉＣ基材にＡｌＮをＣＶＤ
法により蒸着し、さらに窒素イオンを注入した例であ
る。ＳｉＣ基材を前記実施例１における型ブランク１と
同様な形状に加工する。ここで、成形面は形状精度ＰＶ
０．５μｍ以下、表面粗さＲｍａｘ０．３μｍ以下まで
仕上げる。基材加工後、ＡｌＮ膜をＣＶＤ法により形成
した。ＳｉＣ基材をＣＶＤ装置にセットし、３×１０^-6
Ｔｏｒｒまで真空排気する。排気後、ＡｌＣｌ₃ ガスと
ＮＨ₃ ガスとを１：１の割合で、４×１０^-3Ｔｏｒｒに
なるまで導入する。ガスを導入すると同時に、１２００
〜１３００℃に加熱する。加熱により前記導入ガスが反
応してＡｌＮとＨＣｌが生成される。ＡｌＮはＳｉＣ基
材上に形成されて成長し、ＨＣｌガスは排気される。約
１５時間反応させて約２０μｍの膜を形成した。膜形成
後、成形面を再研磨し、形状制度ＰＶ０．２μｍ以下、
表面粗さＲｍａｘ０．０８μｍ以下まで仕上げた。

【００１８】イオン注入は前記実施例１と同条件で行っ
た。また、成形方法も前記実施例１と同方法で行った。

【００１９】本実施例の成形型で連続成形を行ったとこ
ろ、ガラスとの融着も無く高精度の光学素子を１０００
０ショット連続可能であった。しかしながら、イオン注
入していない成形型では４０００ショットにて融着が生
じた。また、ＡｌＮ蒸着膜に窒素イオンを注入すること
により、注入された表面部の硬さが１０５０Ｈｖであっ
たものが１３００Ｈｖまで上昇し、表面硬さを向上させ
る効果もあった。

【００２０】尚、本実施例では蒸着方法としてＣＶＤ法
を用いたが、ＡｌＮ基板をターゲットとしたＰＶＤ法で
も同様な効果が得られる。また、成形方法は溶融ガラス
を滴下する成形方法であるが、ガラスを近似形状に研磨
加工したプリフォームを用いた成形方法でも同様な効果
がある。さらに、イオン注入量を１×１０¹⁶ｉｏｎ／ｃ
ｍ² としたが、１×１０⁶ ｉｏｎ／ｃｍ² まで減少させ
ても同様な効果がある。しかしそれ以下にすると、Ａｌ
化合物がＡｌＮに完全に変化しないため効果が低下す
る。逆に、１×１０¹⁶ｉｏｎ／ｃｍ² 以上注入してもガ
ラスとの融着効果は得られるが、スパッタ減少により表
面粗さが低下する。よって、表面が荒れた場合は注入層
が無くならない程度に成形面を再研磨する。これにより
同様な効果が得られる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る光学素
子成形用型によれば、成形面がＡｌＮで形成されている
光学素子成形用型に窒素イオンを注入することにより、
ガラスとの融着を防止することが可能となり耐久性が向
上した。さらに、イオン注入することにより、ＡｌＮの
硬さおよび曲げ強度が向上するため、型強度の向上も可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示すグラフである。

【図２】実施例１を示す側面図である。

【図３】実施例１を示す概略構成図である。

【図４】実施例１を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ 型ブランク ２ 成形面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも成形面がＡｌＮで形成されて
   いる光学素子成形用型において、前記成形面に窒素イオ
   ンを１×１０⁶ ｉｏｎ／ｃｍ² 以上注入して構成したこ
   とを特徴とする光学素子成形用型。