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JPH06279037A - Mold for molding optical element and its production - Google Patents

Mold for molding optical element and its production

Info

Publication number
JPH06279037A
JPH06279037A JP9192593A JP9192593A JPH06279037A JP H06279037 A JPH06279037 A JP H06279037A JP 9192593 A JP9192593 A JP 9192593A JP 9192593 A JP9192593 A JP 9192593A JP H06279037 A JPH06279037 A JP H06279037A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mold
molding
glass
film
optical element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9192593A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Taniguchi
靖 谷口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP9192593A priority Critical patent/JPH06279037A/en
Publication of JPH06279037A publication Critical patent/JPH06279037A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • C03B11/084Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor
    • C03B11/086Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor of coated dies
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • C03B11/08Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00Press-moulding glass
    • C03B2215/02Press-mould materials
    • C03B2215/08Coated press-mould dies
    • C03B2215/14Die top coat materials, e.g. materials for the glass-contacting layers
    • C03B2215/24Carbon, e.g. diamond, graphite, amorphous carbon

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a mold having a specular surface with a few defects, causing neither release nor cracks in molding glass. CONSTITUTION:In a mold for molding an optical element, useful for press molding an optical element made of glass, a carbon film formed at least on a molding surface of a parent material of the mold has a ratio I(D)/I(C) of intensity I(D) at 1,360cm<-1> and intensity I(C) at 1,580<-1> of Raman spectroscopy of 0.95<=I(D)/I(C)<=1.45. Consequently, a mold having a specular surface with a few defects, causing neither release nor cracks in molding glass can be obtained. When optical elements are molded by using the mold, mold release characteristics between glass and the mold are extremely excellent and molded articles having excellent surface roughness, face accuracy, transmittance and shape precision are obtained for a long period of time.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ、プリズム等の
ガラスよりなる光学素子をガラス素材のプレス成形によ
り製造するのに使用される型の製造方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a mold used for manufacturing an optical element made of glass such as a lens and a prism by press molding a glass material.

【0002】[0002]

【従来の技術】研磨工程を必要としないでガラス素材の
プレス成形によってレンズを製造する技術は従来の製造
において必要とされた複雑な工程をなくし、簡単且つ安
価にレンズを製造することを可能とし、近年、レンズの
みならずプリズムその他のガラスよりなる光学素子の製
造に使用されるようになってきた。
2. Description of the Related Art A technique for manufacturing a lens by press-molding a glass material without requiring a polishing step eliminates the complicated steps required in the conventional manufacturing, and makes it possible to manufacture a lens easily and inexpensively. In recent years, it has come to be used for manufacturing not only lenses but also optical elements made of glass such as prisms.

【0003】このようなガラスの光学素子のプレス成形
に使用される型材に要求される性質としては、硬度、耐
熱性、離型性、鏡面加工性等に優れていることが挙げら
れる。従来、この種の型材として金属、セラミックス及
びそれらをコーティングした材料等、数多くの提案がさ
れている。いくつかの例を挙げるならば、特開昭49−
51112には13Crマルテンサイト鋼が、特開昭5
2−45613にはSiC及びSi3 4 が、特開昭6
0−246230には超硬合金に貴金属をコーティング
した材料が、また、特開昭61−183134、61−
281030、特開平1−301864にはダイヤモン
ド薄膜もしくはダイヤモンド状炭素膜、特開昭64−8
3529には硬質炭素膜、特公平2−31012には炭
素膜をコーティングした材料が提案されている。
The properties required of the mold material used for press molding of such glass optical elements include excellent hardness, heat resistance, mold release property, mirror surface workability and the like. Heretofore, many proposals have been made for this type of mold material such as metals, ceramics and materials coated with them. To give some examples, JP-A-49-
51112 is made of 13Cr martensitic steel.
2-45613 includes SiC and Si 3 N 4 , which are disclosed in
No. 0-246230 is a material obtained by coating a noble metal on a cemented carbide, and is also disclosed in JP-A-61-183134 and 61-
281030, JP-A-1-301864 discloses a diamond thin film or diamond-like carbon film, JP-A-64-8.
3529 proposes a hard carbon film, and Japanese Examined Patent Publication No. 31012 proposes a material coated with a carbon film.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとしている課題】しかし、13Cr
マルテンサイト鋼は酸化し易く、更に高温でFeがガラ
ス中に拡散してガラスが着色する欠点を持つ。SiC及
びSi3 4 は一般的には酸化されにくいとされている
が、高温ではやはり酸化が起こり表面にSiO2 の膜が
形成されるためガラスの融着を生じる。更に、高硬度の
ため型自体の加工性が極めて悪いという欠点をもつ。貴
金属をコーティングした材料は融着を起こしにくいが、
極めて柔らかいため傷がつき易く変形し易いという欠点
を持つ。
[Problems to be Solved by the Invention] However, 13Cr
Martensitic steel is easily oxidized, and further has a defect that Fe diffuses into the glass at a high temperature and the glass is colored. It is generally said that SiC and Si 3 N 4 are difficult to oxidize, but at high temperature, oxidation also occurs and a SiO 2 film is formed on the surface, so that glass fusion occurs. Further, it has a drawback that the workability of the mold itself is extremely poor due to the high hardness. Materials coated with precious metals do not easily cause fusion,
Since it is extremely soft, it has the drawback that it is easily scratched and deformed.

【0005】また、ダイヤモンド薄膜は高硬度で熱的安
定性にも優れているが、多結晶膜であるため表面粗度が
大きく、鏡面加工する必要がある。DLC膜、a−C:
H膜、硬質炭素膜を用いた型は、型とガラスの離型性が
良く、ガラスの融着を起こさないが、成形操作を数百回
以上繰り返して行うと、前記膜が部分的に剥離し成形品
において十分な成形性能が得られないことがある。
The diamond thin film has high hardness and excellent thermal stability, but since it is a polycrystalline film, it has a large surface roughness and needs to be mirror-finished. DLC film, aC:
The mold using the H film and the hard carbon film has good mold releasability between the mold and the glass, and does not cause glass fusion, but when the molding operation is repeated several hundred times or more, the film is partially peeled off. However, a molded product may not have sufficient molding performance.

【0006】この原因として以下のことが考えられる。The following are possible causes for this.

【0007】前述の膜はいずれも非常に大きな圧縮応
力を有しており、成形プロセスにおける急加熱−急冷却
にともなう応力解放の結果として剥離、クラック等が生
じる。同様に型母材と膜の熱膨張係数の違いと熱サイク
ルに起因する熱応力によっても同様な現象が生じる。
型母材によっては、表面状態により膜が部分的に形成さ
れなかったり、膜厚が薄いことがある。例えば、WC−
CoやSiC,Si34 等の焼結体では、粒の欠落や
焼結時のポアが避けられず、成形研磨面に数μm以上の
穴が存在している。こうした面に膜を形成したとき、こ
れらの穴には膜が形成されなかったり、極端に膜厚の薄
い状態になる。従って、こうした部分の膜の付着強度
や、機械的強度は著しく低下するため剥離やクラックの
発生起点となりやすい。WC−CoのCoに代表され
る焼結体中の焼結助材と前述の膜の間で拡散による合金
形成が生じる。こうした部分は成形時にガラスの融着が
生じガラス中に含有される成分と反応し析出物を生じる
結果、耐久性の劣化を招く。以上のように、成形性、耐
久性、経済性に優れた光学素子成形用型を実現するに至
っていない。
Each of the above-mentioned films has a very large compressive stress, and peeling, cracking, etc. occur as a result of the stress release associated with rapid heating and rapid cooling in the molding process. Similarly, a similar phenomenon occurs due to the difference in thermal expansion coefficient between the mold base material and the film and the thermal stress caused by the thermal cycle.
Depending on the surface condition, the film may not be partially formed or the film thickness may be thin depending on the mold base material. For example, WC-
In a sintered body of Co, SiC, Si 3 N 4 or the like, deficiency of grains and pores at the time of sintering cannot be avoided, and holes having a size of several μm or more exist on the molded and polished surface. When a film is formed on such a surface, no film is formed in these holes or the film is extremely thin. Therefore, the adhesion strength and the mechanical strength of the film in such a portion are remarkably reduced, so that they easily become the starting points of peeling and cracking. An alloy is formed by diffusion between the above-mentioned film and the sintering aid in the sintered body typified by Co of WC-Co. Such a portion causes fusion of glass during molding and reacts with components contained in the glass to form a precipitate, resulting in deterioration of durability. As described above, an optical element molding die excellent in moldability, durability, and economy has not been realized yet.

【0008】また、特公平2−31012では、膜厚が
50Å未満では膜が不均一になるため炭素膜の形成効果
が減少し、5000Åを超えると加圧成形による面精度
が低下するが、50〜5000Åならば問題は生じない
としている。しかしながら、この発明の実施例における
炭素膜は、基板との付着力が小さく、あるいは大きな圧
縮応力のために、成形過程において膜剥離を生じる。こ
の結果、剥離部におけるガラスの融着や成形品の外観不
良を引き起こし、耐久性の優れた実用的な型を提供する
に至っていない。
Further, in Japanese Patent Publication No. 2-31012, when the film thickness is less than 50Å, the film becomes non-uniform, so that the carbon film forming effect is reduced, and when it exceeds 5000Å, the surface accuracy due to pressure molding is reduced. If ~ 5,000Å, no problems will occur. However, the carbon film according to the embodiment of the present invention has a small adhesive force with the substrate or has a large compressive stress, so that film peeling occurs in the molding process. As a result, fusion of glass in the peeled portion and poor appearance of the molded product are caused, and a practical mold having excellent durability has not been provided yet.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、該型母材の少
なくとも成形表面に、ラマン・スペクトルの1360c
-1の強度I(D) と1580cm-1の強度I(G) の比I
(D) /I(G) が、0.95≦I(D) /I(G) ≦1.45
である炭素膜を形成した型により、上述の問題を解決し
たものである。
The present invention provides a Raman spectrum of 1360c on at least the molding surface of the mold base material.
The ratio I of the intensity of m -1 I (D) and the intensity of the 1580 cm -1 I (G)
(D) / I (G) is 0.95 ≦ I (D) / I (G) ≦ 1.45
The above-mentioned problem is solved by the mold having the carbon film.

【0010】以下、本発明に関して詳細に説明する。本
発明において型母材として用いられる材料は、WC,S
iC,TiC,TaC,BN,TiN,AlN,Si3
4,SiO2 ,Al2 3 ,ZrO2 ,W,Ta,M
o,サーメット,サイアロン,ムライト,WC−Co合
金等から選ばれる。
The present invention will be described in detail below. The material used as the mold base material in the present invention is WC, S
iC, TiC, TaC, BN, TiN, AlN, Si 3
N 4 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , W, Ta, M
o, cermet, sialon, mullite, WC-Co alloy, etc.

【0011】炭素はガラスに対し密着力が小さいことか
ら、古くよりガラスの成形用型に用いられてきた。ガラ
スモールドでは、この炭素とガラスの性質を利用して型
母材の成形面に前述の硬質で滑らかな炭素膜を形成す
る。炭素膜としては、ダイヤモンド膜、DLC膜、a−
C:H膜、硬質炭素膜が挙げられるが、ダイヤモンド膜
は多結晶で表面が粗いために鏡面加工を要するという問
題がある。一方、アモルファスなDLC膜、a−C:H
膜、硬質炭素膜は、内部応力が大きくガラスが成形され
る高温領域では熱安定性に欠け、成形回数が増えるに従
い、型母材と膜の付着強度が低下するという問題が発生
する。すなわち、ガラスモールドに於ける型表面材料と
しての炭素膜の問題は、主に型母材と膜の付着強度に係
わるものである。この点に関して、成形面に、ラマン・
スペクトルの1360cm-1の強度I(D) と1580c
-1の強度I(G) の比I(D) /I(G) が、0.95≦I
(D)/I(G) ≦1.45である炭素膜を形成することに
より従来問題とされてきた問題を解決することができ
る。図1に代表的な炭素膜のラマンスペクトルを示す。
図中1は、a−C:H膜のラマンスペクトル、2はa−
C:H膜をアニールした膜のラマンスペクトル、3はグ
ラファイトのイオンビーム・スパッタリング法で作製し
た硬質炭素膜(水素を含有しない)のラマンスペクトル
である。図1より明らかなように、これらの膜の136
0cm-1の強度I(D) と1580cm-1の強度I(G)
比I(D) /I(G) は、I(D) /I(G) <0.95であ
る。また、図中1のa−C:H膜はアニールにより図中
2のようにラマンスペクトルは大きく変化する。これ
は、熱処理により膜中の水素が脱離し、炭素の結合状態
がsp3結合からsp2 結合に変化するためと考えられ
る。このように熱処理すなわち成形(温度)において、
これらの膜は構造変化を起こすため型母材との付着強度
が低下し、膜剥離という問題を生じると推測される。な
お、アモルファスな炭素膜を特徴付けるためにラマン・
スペクトルの1360cm-1、1580cm-1のラマン
線を用いる。ここで、1580cm-1のラマン線(E2g
モード)は完全なグラファイト構造で観測されるラマン
線で、1360cm-1のラマン線は構造が乱れた結晶子
の大きさが数十Å〜数百Åで観測されるラマン線であ
る。
Since carbon has a small adhesion to glass, it has been used for a glass molding die for a long time. In the glass mold, the properties of carbon and glass are used to form the hard and smooth carbon film on the molding surface of the mold base material. As the carbon film, diamond film, DLC film, a-
The C: H film and the hard carbon film can be mentioned, but the diamond film has a problem that it needs a mirror finish because it is polycrystalline and has a rough surface. On the other hand, amorphous DLC film, aC: H
The film and the hard carbon film have a large internal stress and lack thermal stability in a high temperature region where glass is formed, and as the number of times of forming increases, the adhesion strength between the die base material and the film decreases. That is, the problem of the carbon film as the mold surface material in the glass mold is mainly related to the adhesion strength between the mold base material and the film. In this regard, Raman
Intensity I (D) of the spectrum at 1360 cm -1 and 1580c
The ratio I (D) / I (G) of the intensity I (G) of m −1 is 0.95 ≦ I
By forming a carbon film with (D) / I (G) ≤ 1.45, it is possible to solve the problems which have been conventionally considered to be problems. FIG. 1 shows a Raman spectrum of a typical carbon film.
In the figure, 1 is the Raman spectrum of the aC: H film, and 2 is the a-
Raman spectrum of a film obtained by annealing a C: H film, 3 is a Raman spectrum of a hard carbon film (containing no hydrogen) produced by an ion beam sputtering method of graphite. As can be seen in FIG. 1, 136 of these membranes
The ratio I of the intensity of 0 cm -1 I (D) and the intensity of 1580cm -1 I (G) (D ) / I (G) is I (D) / I (G ) <0.95. In addition, the Raman spectrum of the aC: H film 1 in the figure changes significantly as shown by 2 in the figure by annealing. It is considered that this is because hydrogen in the film is desorbed by the heat treatment and the bond state of carbon is changed from sp 3 bond to sp 2 bond. In this way, in heat treatment or molding (temperature),
It is presumed that these films cause a structural change, which lowers the adhesion strength with the die base material and causes film peeling. In order to characterize the amorphous carbon film, Raman
1360 cm -1 of the spectrum, using the Raman lines of the 1580 cm -1. Here, the Raman line of 1580 cm -1 (E 2g
Mode) is the Raman line observed in a perfect graphite structure, and the Raman line at 1360 cm -1 is the Raman line observed when the crystallite size with disordered structure is several tens of Å to several hundred Å.

【0012】一方、本発明の炭素膜のラマン・スペクト
ルを図2に示す。図中4は、成膜後のラマン・スペクト
ル、5は熱処理後のラマン・スペクトルを示す。これよ
り、本発明の炭素膜は、熱処理前後においてそのラマン
・スペクトルが殆ど変化しておらず、熱処理言い換えれ
ば成形により膜構造変化を生じない、熱的に安定な膜で
あることが分かる。このように、熱的に安定な構造を有
し成形回数が増えても膜剥離を生じない炭素膜は、その
ラマン・スペクトルにおいて0.95≦I(D)/I(G)
≦1.45である。I(D) /I(G) <0.95の炭素膜
は、前述したように成形により膜構造が変化し、膜剥離
を生じる。I(D) /I(G) >1.45の炭素膜は、グラ
ファイト化した領域が多く、膜硬度が低下し、成形時に
傷が入ったり、微小なガラスの融着を生じる。なお、ラ
マン・スペクトルの強度に関しては、測定に使用する装
置、測定条件により異なるが、本発明では励起波長48
8nmのレーザーを2mWで照射したレーザー・ラマン
顕微鏡で、スリット幅500μm(分解能14.3cm
-1)で測定した場合の測定値によっている。(シングル
モノクロメーター、検出器はMCP(Multi Channel Pla
te) 、積算回数は10回で測定した。)ラマン・スペク
トルにおいて0.95≦I(D) /I(G) ≦1.45であ
る炭素膜を製造する方法としては、高イオンエネルギー
の炭素イオンビームを用いた成膜方法が挙げられる。こ
の方法で作製した炭素膜は、その界面において炭素が型
母材もしくは型母材上に形成した中間層材料とミキシン
グ(原子混合)されている。ミキシング層の状態は、炭
素原子濃度が母材側に比べ表面側で高くなっているのに
対し、炭素以外の原子濃度は表面側に比べ母材側で高く
なっている。この状態を模式的に表したものが図3であ
る。図中、横軸は表面から型母材に向かう深さを表して
おり、深さ0の位置が表面である。一方、縦軸は原子濃
度を表している。特に、表面における炭素濃度が十分に
高ければ、ガラスとの離型性が良好でガラス成分との反
応析出物も生じない。
On the other hand, the Raman spectrum of the carbon film of the present invention is shown in FIG. In the figure, 4 shows the Raman spectrum after the film formation, and 5 shows the Raman spectrum after the heat treatment. From this, it is understood that the carbon film of the present invention has a substantially unchanged Raman spectrum before and after the heat treatment, that is, it is a thermally stable film in which the film structure does not change due to the heat treatment. As described above, a carbon film having a thermally stable structure and in which film peeling does not occur even when the number of moldings is increased is 0.95 ≦ I (D) / I (G) in its Raman spectrum.
≦ 1.45. As described above, the carbon film of I (D) / I (G) <0.95 has a change in film structure due to molding, resulting in film peeling. The carbon film of I (D) / I (G) > 1.45 has many graphitized regions, and the film hardness is lowered, and scratches are generated during molding, and minute glass fusion occurs. The intensity of the Raman spectrum depends on the device used for the measurement and the measurement conditions, but in the present invention, the excitation wavelength is 48
Laser Raman microscope irradiating 8nm laser with 2mW, slit width 500μm (resolution 14.3cm
-1 ) It depends on the measured value when it is measured. (Single monochromator, detector is MCP (Multi Channel Pla
te), and the number of times of integration was 10 times. ) As a method for producing a carbon film having a Raman spectrum of 0.95 ≦ I (D) / I (G) ≦ 1.45, there is a film forming method using a carbon ion beam of high ion energy. In the carbon film produced by this method, carbon is mixed (atomic mixture) with the die base material or the intermediate layer material formed on the die base material at the interface. In the state of the mixing layer, the carbon atom concentration is higher on the surface side than on the base material side, while the atom concentration other than carbon is higher on the base material side than on the surface side. FIG. 3 schematically shows this state. In the figure, the horizontal axis represents the depth from the surface toward the die base material, and the position where the depth is 0 is the surface. On the other hand, the vertical axis represents the atomic concentration. In particular, if the carbon concentration on the surface is sufficiently high, the releasability from the glass is good and no reaction deposit with the glass component is generated.

【0013】炭素イオンビームのイオンエネルギーは5
keV以上が好適である。イオンエネルギーが5keV
未満で形成した炭素膜は、I(D) /I(G) <0.95で
成形過程において膜剥離を生じる。このときのイオン電
流密度は、0.8mA/cm2 〜2.0mA/cm2
好適である。イオン電流密度が、0.8mA/cm2
満では成膜時間が長くなり、2.0mA/cm2 を超え
る場合には、I(D) /I(G) >1.45の膜に近づくた
めに、付着強度の問題はないものの成形回数の増加にと
もない成形表面の表面粗度の劣化が生じ易い。なお、イ
オンエネルギーは5keV以上であればよいが、実用的
には5keV〜10keVが好適である。
The ion energy of the carbon ion beam is 5
KeV or higher is preferable. Ion energy is 5 keV
The carbon film formed with less than I (D) / I (G) <0.95 causes film peeling during the molding process. The ion current density at this time is preferably 0.8 mA / cm 2 to 2.0 mA / cm 2 . Ion current density, the film forming time becomes longer is less than 0.8 mA / cm 2, if it exceeds 2.0 mA / cm 2 is, I (D) / I ( G)> 1.45 to approach the film In addition, although there is no problem of adhesion strength, deterioration of the surface roughness of the molding surface is likely to occur as the number of molding times increases. The ion energy may be 5 keV or more, but practically 5 keV to 10 keV is preferable.

【0014】炭素膜の厚さは1nm以上100nm以下
が好適である。ここで、炭素膜(ミキシング層)の厚さ
は、型母材もしくは中間層とミキシング層の界面におい
て炭素濃度の変化量が50%となる点から表面までの深
さと定義する。1nmよりも薄い場合には、十分なミキ
シング状態とならないため前述の効果が減少し、100
nmよりも厚くなると表面状態が粗くなり成形性能が低
下するとともに、膜応力が大きくなり、成形時に微小な
剥離を生じ易くなる。より理想的な厚さは、20nmか
ら50nmの範囲である。従って、型母材としては安定
したミキシング状態が得られ、炭素と結合しやすい(炭
化物を形成しやすい)元素からなる単一組成の材料で、
同時に高温での機械的強度、表面硬度が高く、耐酸化性
に優れていることが理想である。型母材の成形面に中間
層を設けることにより、こうした条件を満足することが
できる。中間層としては、Si、Al、周期律表の4A
族、5A族、6A族の金属及びこれらの炭化物、窒化
物、炭窒化物、炭酸化物、炭酸窒化物、硼化物、硼窒化
物、更に硼素の炭化物、窒化物及びこれらの少なくとも
一種以上からなる化合物、混合物であれば良い。中間層
材料は、型母材に対して付着強度の高いものを選択すれ
ば良く、必要最小限の膜厚であれば良い。なお、ミキシ
ング層中には酸素、水素、窒素の他、ミキシング層を形
成する際に原料ガスとして用いられるArやF等が数a
t%〜十数at%程度存在しても良い。
The thickness of the carbon film is preferably 1 nm or more and 100 nm or less. Here, the thickness of the carbon film (mixing layer) is defined as the depth from the point where the amount of change in carbon concentration is 50% at the interface between the mold base material or the intermediate layer and the mixing layer to the surface. When the thickness is less than 1 nm, the above effect is reduced because the mixing state is not sufficient.
When the thickness is more than nm, the surface condition becomes rough and the molding performance is deteriorated, and the film stress is increased, so that minute peeling easily occurs during molding. A more ideal thickness is in the range 20 nm to 50 nm. Therefore, as a mold base material, a stable mixing state is obtained, and a single composition material composed of an element that easily bonds with carbon (easily forms a carbide),
At the same time, it is ideal that it has high mechanical strength at high temperature, high surface hardness, and excellent oxidation resistance. These conditions can be satisfied by providing the intermediate layer on the molding surface of the die base material. As the intermediate layer, Si, Al, 4A of the periodic table
Group 5A, 6A metal and their carbides, nitrides, carbonitrides, carbonates, carbonitrides, borides, boronitrides, and also boron carbides, nitrides and at least one or more of these Any compound or mixture may be used. The material of the intermediate layer may be selected from materials having high adhesion strength to the die base material, and may have the minimum necessary film thickness. In the mixing layer, in addition to oxygen, hydrogen, and nitrogen, Ar, F, and the like used as raw material gases when forming the mixing layer are several a.
You may exist about t% -a dozen at%.

【0015】成形により型表面が荒れたり欠陥が生じた
場合には、ドライプロセスでミキシング層を除去した後
再びミキシング層を形成すれば良い。これは、型母材の
表面硬度が高いために、成形によって生じる欠陥がミキ
シング層に限定されるからである。ドライプロセスによ
るエッチング方法としては、プラズマ・エッチング、ス
パッタ・エッチング、イオンビーム・エッチング、リア
クティブイオン・エッチング等の方法が用いられる。エ
ッチングガスとしては、O2 、H2 、N2 、Ar、Ai
r、CF4 等とこれらの混合ガスが用いられる。エッチ
ングにより型の表面形状特に表面粗さを劣化させないよ
うなエッチング条件を選択することが好ましい。なお、
膜の除去はドライプロセスに限定されるものではなく、
ダイヤモンド砥粒を用いた機械的研磨や、化学的にエッ
チングする方法を併用することができる。
When the mold surface is roughened or defective due to molding, the mixing layer may be removed by a dry process and then the mixing layer may be formed again. This is because the surface hardness of the mold base material is high, so that the defects caused by molding are limited to the mixing layer. As the etching method by the dry process, methods such as plasma etching, sputter etching, ion beam etching, and reactive ion etching are used. As an etching gas, O 2 , H 2 , N 2 , Ar, Ai
r, CF 4, etc. and their mixed gas are used. It is preferable to select etching conditions that do not deteriorate the surface shape of the mold, especially the surface roughness, by etching. In addition,
The film removal is not limited to the dry process,
Mechanical polishing using diamond abrasive grains and a method of chemically etching can be used together.

【0016】ミキシング層は、イオンビーム蒸着法、イ
オンプレーティング法、イオン注入法、イオンビームミ
キシング法等により形成される。炭素のミキシングに用
いるガスとしては、含炭素ガスであるメタン、エタン、
プロパン、エチレン、ベンゼン、アセチレン等の炭化水
素;塩化メチレン、四塩化炭素、クロロホルム、トリク
ロルエタン等のハロゲン化炭化水素;メチルアルコー
ル、エチルアルコール等のアルコール類;(CH3 2
CO、(C6 5 2 CO等のケトン類;CO、CO2
等のガス、及びこれらのガスにN2 ,H2 ,O2 ,H2
O,Ar等のガスを混合したものが挙げられる。
The mixing layer is formed by an ion beam vapor deposition method, an ion plating method, an ion implantation method, an ion beam mixing method or the like. Gases used for carbon mixing include carbon-containing gases such as methane, ethane,
Hydrocarbons such as propane, ethylene, benzene and acetylene; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, carbon tetrachloride, chloroform and trichloroethane; alcohols such as methyl alcohol and ethyl alcohol; (CH 3 ) 2
Ketones such as CO and (C 6 H 5 ) 2 CO; CO and CO 2
N 2 gas, and these gases etc., H 2, O 2, H 2
A mixture of gases such as O and Ar can be used.

【0017】ここで、炭素イオンビームを用いてミキシ
ング層を形成する場合について説明する。炭素イオンビ
ームは、カウフマン型イオン源により生成する。図13
に代表的なカウフマン型イオン源の模式図を示す。図中
33は磁場発生用円筒コイル、34はフィラメント、3
5はガス導入部、36はアノード、37は引き出し電
極、38はイオンビーム、39は型母材、40は基板ホ
ルダーである。ガス導入部より前述の原料ガス、例えば
CH4 とH2 をイオン化室に導入し、プラズマを形成し
た後、引き出し電極に電圧を印加してイオンビームを引
き出し型母材に照射する。このとき、引き出し電圧が基
板に対して5kV以上となるようイオン源、基板位置等
を調節してミキシング層を形成する。
Here, the case of forming the mixing layer by using the carbon ion beam will be described. The carbon ion beam is generated by a Kauffman type ion source. FIG.
Figure 2 shows a schematic diagram of a typical Kauffman ion source. In the figure, 33 is a cylindrical coil for magnetic field generation, 34 is a filament, 3
5 is a gas introduction part, 36 is an anode, 37 is an extraction electrode, 38 is an ion beam, 39 is a mold base material, and 40 is a substrate holder. The above-mentioned raw material gas, for example, CH 4 and H 2 is introduced into the ionization chamber from the gas introduction part to form plasma, and then a voltage is applied to the extraction electrode to irradiate the extraction base material with an ion beam. At this time, the ion source, the substrate position, etc. are adjusted so that the extraction voltage is 5 kV or more with respect to the substrate to form the mixing layer.

【0018】ミキシング層における各原子の混合状態
は、図3に示したものに限定されるものではなく、直線
状、ステップ状等であっても良い。すなわち、C原子濃
度とその他の原子濃度は、ミキシング層において前述し
た勾配であれば良く、そのプロファイルは一つに限定さ
れるものではない。但し、表面においてはC原子濃度が
100%でその他の原子濃度が0%であることが理想的
である。また、型母材もしくは中間層における原子濃度
は、必ずしもストイキオメトリである必要はない。
The mixed state of each atom in the mixing layer is not limited to that shown in FIG. 3, and may be linear, stepped or the like. That is, the C atom concentration and the other atom concentrations may have the same gradient as described above in the mixing layer, and the profile thereof is not limited to one. However, it is ideal that the C atom concentration is 100% and the other atom concentrations are 0% on the surface. Further, the atomic concentration in the mold base material or the intermediate layer does not necessarily have to be stoichiometry.

【0019】本発明は、型母材の少なくとも成形表面
に、ラマン・スペクトルの1360cm-1の強度I(D)
と1580cm-1の強度I(G) の比I(D) /I(G) が、
0.95≦I(D) /I(G) ≦1.45である炭素膜を形
成した型により、耐久性に優れた光学素子成形用型を実
現するものである。
According to the present invention, the intensity I (D) of Raman spectrum at 1360 cm -1 is applied to at least the molding surface of the die base material.
And the ratio I (D) / I (G) of the intensity I (G) at 1580 cm −1 is
The mold for forming the carbon film satisfying the condition of 0.95 ≦ I (D) / I (G) ≦ 1.45 realizes an optical element molding mold having excellent durability.

【0020】なお、本発明はレンズ、ミラー、グレーテ
ィング、プリズム等の光学素子に限定されるものではな
く、光学素子以外のガラス、プラスチック成形品に対し
ても実用できることは言うまでもない。
It is needless to say that the present invention is not limited to optical elements such as lenses, mirrors, gratings, prisms and the like, and can be applied to glass and plastic molded products other than optical elements.

【0021】[0021]

【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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】(実施例1)図4及び図5は本発明に係わ
る光学素子成形用型の一つの実施様態を示すものであ
る。図4は光学素子のプレス成形面の状態を示し、図5
は光学素子成形後の状態を示す。図4中6は型母材、7
はガラス素材を成形する成形面、8は炭素のミキシング
層、9はガラス素材であり、図5中10は光学素子であ
る。図4に示すように型の間に置かれたガラス素材9を
プレス成形することによってレンズ等の光学素子10が
形成される。
(Embodiment 1) FIGS. 4 and 5 show one embodiment of an optical element molding die according to the present invention. FIG. 4 shows the state of the press-molded surface of the optical element.
Shows the state after molding the optical element. In FIG. 4, 6 is a mold base material, 7
Is a molding surface for molding a glass material, 8 is a carbon mixing layer, 9 is a glass material, and 10 in FIG. 5 is an optical element. As shown in FIG. 4, an optical element 10 such as a lens is formed by press molding a glass material 9 placed between molds.

【0023】次に、本発明の光学素子成形用型について
詳細に説明する。
Next, the optical element molding die of the present invention will be described in detail.

【0024】型母材として焼結SiCを所定の形状に加
工した後、CVD法により多結晶のSiC膜を形成した
後成形面を鏡面研磨したものを用いた。この型を良く洗
浄したのち、図6に示すIBD(Ion Beam Deposition
)装置に設置した。図中11は真空槽、12はイオン
ビーム装置、13はイオン化室、14はガス導入口、1
5はイオンビーム引き出しグリッド、16はイオンビー
ム、17は型母材、18は基板ホルダー及びヒーター、
19は排気口を示す。まず、ガス導入口よりArガス3
5sccmをイオン化室に導入しイオン化した後、イオ
ンビーム引き出しグリッドに500Vの電圧を印加して
イオンビームを引き出し、型母材に3分間照射して成形
表面の自然酸化膜の除去と清浄化を行った。
The mold base material used was one in which sintered SiC was processed into a predetermined shape, a polycrystalline SiC film was formed by the CVD method, and then the molding surface was mirror-polished. After thoroughly cleaning this mold, IBD (Ion Beam Deposition) shown in FIG.
) Installed in the device. In the figure, 11 is a vacuum chamber, 12 is an ion beam device, 13 is an ionization chamber, 14 is a gas inlet, 1
5 is an ion beam extraction grid, 16 is an ion beam, 17 is a mold base material, 18 is a substrate holder and a heater,
Reference numeral 19 indicates an exhaust port. First, Ar gas 3 from the gas inlet
After introducing 5 sccm into the ionization chamber for ionization, a voltage of 500 V is applied to the ion beam extraction grid to extract the ion beam, and the mold base material is irradiated for 3 minutes to remove and clean the native oxide film on the molding surface. It was

【0025】引き続き、CH4 :18sccm、H2
36sccmをイオン化室に導入してガス圧3.7×1
-4Torrとし、加速電圧10kVでイオンビームを
引き出し成形面に照射して40nmの炭素膜を形成し
た。このとき基板前方に配置した移動可能のファラディ
カップにより測定したイオンビームの電流密度は、1.
5mA/cm2 であった。基板とイオン源の引き出しグ
リッドまでの距離を100mm、基板温度は室温とし
た。同条件で作成した分析サンプルの炭素膜をAES
(Auger Electron Spectroscopy )により深さ方向分析
した結果を図7に示す。図7より明らかなようにミキシ
ング層の厚さは40nmで、炭素Cの濃度は表面側の9
5%から型母材側に向かって減少していた。一方、Si
原子の濃度は表面側の5%から型母材側に向かって増加
していた。すなわち、C、Si濃度の深さ方向のプロフ
ァイルが図7である。型母材側では、CとSiの濃度が
それぞれ50%とSiCのストイキオメトリになってい
る。ミキシング層の厚さは、型母材界面の前後において
C濃度が極大から極小となる変化量の50%の深さから
表面までの厚さと定義する。同様に、図8に炭素膜のラ
マン分光分析の結果を示す。これより、I(D) /I(G)
=1.08であった。
Subsequently, CH 4 : 18 sccm, H 2 :
Gas pressure of 3.7 × 1 by introducing 36 sccm into the ionization chamber
An ion beam was extracted at an acceleration voltage of 10 kV at a pressure of 0 −4 Torr, and a molding surface was irradiated with the ion beam to form a 40 nm carbon film. At this time, the current density of the ion beam measured by the movable Faraday cup arranged in front of the substrate was 1.
It was 5 mA / cm 2 . The distance between the substrate and the extraction grid of the ion source was 100 mm, and the substrate temperature was room temperature. AES the carbon film of the analytical sample created under the same conditions
The result of depth direction analysis by (Auger Electron Spectroscopy) is shown in FIG. As is clear from FIG. 7, the thickness of the mixing layer is 40 nm and the concentration of carbon C is 9 on the surface side.
It decreased from 5% toward the die base material side. On the other hand, Si
The atomic concentration increased from 5% on the surface side toward the mold base material side. That is, FIG. 7 shows a profile of C and Si concentrations in the depth direction. On the die base material side, the concentrations of C and Si are 50% and SiC stoichiometry, respectively. The thickness of the mixing layer is defined as the thickness from the depth to the surface of 50% of the amount of change in the C concentration from the maximum to the minimum before and after the interface of the mold base material. Similarly, FIG. 8 shows the result of Raman spectroscopic analysis of the carbon film. From this, I (D) / I (G)
= 1.08.

【0026】次に、本発明による光学素子成形用型によ
ってガラスレンズのプレス成形を行った例を示す。図9
中、51は真空槽本体、52はそのフタ、53は光学素
子を成形するための上型、54はその下型、55は上型
を押さえるための上型おさえ、56は胴型、57は型ホ
ルダー、58はヒーター、59は下型を突き上げる突き
上げ棒、60は該突き上げ棒を作動するエアシリンダ、
61は油回転ポンプ、62,63,64はバルブ、65
は不活性ガス流入パイプ、66はバルブ、67はリーク
バルブ、68はバルブ、69は温度センサ、70は水冷
パイプ、71は真空槽を支持する台を示す。
Next, an example in which a glass lens is press-molded by the optical element molding die according to the present invention will be shown. Figure 9
Inside, 51 is a vacuum tank main body, 52 is its lid, 53 is an upper mold for molding an optical element, 54 is its lower mold, 55 is an upper mold holder for holding the upper mold, 56 is a body mold, and 57 is A mold holder, 58 is a heater, 59 is a push-up rod for pushing up the lower mold, 60 is an air cylinder for operating the push-up rod,
61 is an oil rotary pump, 62, 63, 64 are valves, 65
Is an inert gas inflow pipe, 66 is a valve, 67 is a leak valve, 68 is a valve, 69 is a temperature sensor, 70 is a water cooling pipe, and 71 is a stand for supporting a vacuum chamber.

【0027】レンズを製作する工程を次ぎに述べる。The process of manufacturing the lens will be described below.

【0028】フリント系光学ガラス(SF14)を所定
の量に調整し、球状にしたガラス素材を型のキャビティ
ー内に置き、これを成形装置内に設置する。ガラス素材
を投入した型を装置内に設置してから真空槽51の蓋5
2を閉じ、水冷パイプ70に水を流し、ヒーター58に
電流を流す。このとき窒素ガス用バルブ66及び68は
閉じ、排気系バルブ62,63,64も閉じている。
尚、油回転ポンプ61は常に回転している。パルプ62
を開け排気を開始してから10-2Torr以下になった
らバルブ62を閉じ、バルブ66を開いて窒素ガスをボ
ンベより真空槽内に導入する。所定の温度になったらエ
アシリンダ60を作動させて200kg/cm2 の圧力
で1分間加圧する。圧力を解除した後、冷却速度を−5
℃/minで転移点以下になるまで冷却し、その後は−
20℃/min以上の速度で冷却を行い200℃以下に
下がったらバルブ66を閉じ、リークバルブ63を開い
て真空槽51内に空気を導入する。それから蓋52を開
け上型おさえを外して成形物を取り出す。上記のように
して、フリント系光学ガラスSF14(軟化点Sp=5
86℃、転移点Tg=485℃)を使用して図5に示す
レンズ10を成形した。このときの成形条件すなわち時
間−温度関係図を図10に示す。
The flint type optical glass (SF14) is adjusted to a predetermined amount, a spherical glass material is placed in the mold cavity, and this is placed in the molding apparatus. After placing the mold into which the glass material has been put in the apparatus, the lid 5 of the vacuum chamber 51
2 is closed, water is passed through the water cooling pipe 70, and an electric current is passed through the heater 58. At this time, the nitrogen gas valves 66 and 68 are closed, and the exhaust system valves 62, 63 and 64 are also closed.
The oil rotary pump 61 is always rotating. Pulp 62
The valve 62 is closed and the valve 66 is opened to introduce nitrogen gas into the vacuum chamber from the cylinder when the temperature becomes 10 -2 Torr or less after opening the chamber and starting exhaust. When the temperature reaches a predetermined temperature, the air cylinder 60 is operated to apply a pressure of 200 kg / cm 2 for 1 minute. After releasing the pressure, cool down at -5
Cooling to below the transition point at ℃ / min, then-
Cooling is performed at a rate of 20 ° C./min or more, and when the temperature drops to 200 ° C. or less, the valve 66 is closed, the leak valve 63 is opened, and air is introduced into the vacuum chamber 51. Then, the lid 52 is opened, the upper die holder is removed, and the molded product is taken out. As described above, the flint optical glass SF14 (softening point Sp = 5
The lens 10 shown in FIG. 5 was molded by using 86 ° C. and a transition point Tg = 485 ° C.). FIG. 10 shows a molding condition at this time, that is, a time-temperature relationship diagram.

【0029】前記型を用いて500回成形を行った。成
形後の型は、傷や割れといった欠陥やガラス中に含まれ
るPbOの還元析出物であるPbやガラスの融着が光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡(SEM)によって観察されな
かった。また、成形品についても表面粗さ、面精度、透
過率、形状精度とも良好でPbの析出や成形時のガス残
りと言った問題もなかった。
Molding was performed 500 times using the mold. In the mold after molding, defects such as scratches and cracks and fusion of Pb and glass, which are reduction precipitates of PbO contained in glass, were not observed by an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM). Moreover, the surface roughness, surface accuracy, transmittance, and shape accuracy of the molded product were also good, and there were no problems such as Pb precipitation or gas residue during molding.

【0030】次に、この型を用いて図11に示す成形装
置により成形を行った。
Next, molding was performed using this mold by the molding apparatus shown in FIG.

【0031】図11において、102は成形装置、10
4は取入れ用置換室であり、106は成形室であり、1
08は蒸着室であり、110は取り出し用置換室であ
る。112、114、116はゲートバルブであり、1
18はレールであり、120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。124、138、
140、150はシリンダであり、126、152はバ
ルブである。128は成形室106内においてレール1
18に沿って配列されているヒータである。
In FIG. 11, 102 is a molding device and 10 is a molding device.
4 is a substitution chamber for taking in, 106 is a forming chamber, 1
Reference numeral 08 is a vapor deposition chamber, and 110 is a take-out replacement chamber. Reference numerals 112, 114 and 116 are gate valves, and 1
18 is a rail, and 120 is a pallet that can be transported on the rail in the direction of arrow A. 124, 138,
140 and 150 are cylinders, and 126 and 152 are valves. 128 is a rail 1 in the molding chamber 106
The heaters are arranged along the line 18.

【0032】成形室106内はパレット搬送方向に沿っ
て順に加熱ゾーン106−1、プレスゾーン106−2
および徐冷ゾーン106−3とされている。プレスゾー
ン106−2において、上記シリンダ138のロッド1
34の下端には成形用上型部材130が固定されてお
り、上記シリンダ140のロッド136の上端には成形
用下型部材132が固定されている。これら上型部材1
30及び下型部材132は本発明による型部材である。
蒸着室108内においては、蒸着物質146を収容した
容器142及び該容器を加熱するためのヒータ144が
配置されている。
Inside the molding chamber 106, a heating zone 106-1 and a pressing zone 106-2 are sequentially arranged in the pallet conveying direction.
And the slow cooling zone 106-3. In the press zone 106-2, the rod 1 of the cylinder 138 is
A molding upper mold member 130 is fixed to the lower end of 34, and a molding lower mold member 132 is fixed to the upper end of the rod 136 of the cylinder 140. These upper mold members 1
30 and the lower mold member 132 are mold members according to the present invention.
In the vapor deposition chamber 108, a container 142 containing a vapor deposition material 146 and a heater 144 for heating the container are arranged.

【0033】クラウン系ガラスSK12(軟化点Sp=
672℃、ガラス転移点Tg=550℃)を所定の形状
およ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120に設置し、取入れ置換
室104内の120−1の位置へ入れ、該位置のパレッ
トをシリンダ124のロッド122によりA方向に押し
てゲートバルブ112を越えて成形室106内の120
−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104内にパレットを成形室1
06内で120−2→…→120−8の位置へと順次搬
送した。この間に、加熱ゾーン106−1ではガラスブ
ランクをヒータ128により徐々に加熱し120−4の
位置で軟化点以上とした上で、プレスゾーン106−2
へと搬送し、ここでシリンダ138、140を作動させ
て上型部材130及び下型部材132により200kg
/cm2 の圧力でプレス温度620℃で一分間プレス
し、その後加圧力を解除しガラス転移点以下まで冷却
し、その後シリンダ138、140を作動させて上型部
材130及び下型部材132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106−3
ではガラス成形品を徐々に冷却した。なお、成形室10
6内には不活性ガスを充満させた。成形室106内にお
いて120−8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114を越えて蒸着室108内の12
0−9の位置へと搬送した。通常、ここで真空蒸着を行
うのであるが本実施例では該蒸着を行わなかった。そし
て、次の搬送ではゲートバルブ116を越えて取り出し
置換室110内の120−10の位置へと搬送した。そ
して、次の搬送時にはシリンダ150を作動させてロッ
ド148によりガラス成形品を成形装置102外へと取
り出した。
Crown type glass SK12 (softening point Sp =
(672 ° C., glass transition point Tg = 550 ° C.) was roughly processed into a predetermined shape and size to obtain a blank for molding.
The glass blank is placed on the pallet 120, placed at the position 120-1 in the intake / replacement chamber 104, and the pallet at that position is pushed in the direction A by the rod 122 of the cylinder 124 to pass through the gate valve 112 and 120 in the forming chamber 106.
-2 position, and thereafter, the pallets are newly sequentially introduced into the replacement chamber 104 at a predetermined timing in the same manner.
It was conveyed in order to the position of 120-2 → ... → 120-8 within 06. In the meantime, in the heating zone 106-1, the glass blank is gradually heated by the heater 128 to make the softening point or higher at the position 120-4, and then the press zone 106-2.
200 kg by the upper mold member 130 and the lower mold member 132 by operating the cylinders 138 and 140.
/ Cm 2 at a pressing temperature of 620 ° C. for 1 minute, then release the pressure and cool to below the glass transition point, and then operate the cylinders 138 and 140 to operate the upper mold member 130 and the lower mold member 132 with glass. It was released from the molded product. At the time of the pressing, the pallet was used as a body member for molding. After that, the slow cooling zone 106-3
Then, the glass molded product was gradually cooled. The molding chamber 10
The inside of 6 was filled with an inert gas. The pallet that has reached the position 120-8 in the forming chamber 106 is passed through the gate valve 114 in the next transfer to pass the pallet 12 in the vapor deposition chamber 108.
It was transported to the 0-9 position. Usually, vacuum vapor deposition is performed here, but this vapor deposition is not performed in this embodiment. Then, in the next transportation, the material was transported over the gate valve 116 to the position 120-10 in the take-out replacement chamber 110. Then, at the time of the next conveyance, the cylinder 150 was operated and the glass molded product was taken out of the molding apparatus 102 by the rod 148.

【0034】以上のようなプレス工程により3000回
成形した後の型部材の成形面及び成形された光学素子の
表面粗さ、並びに型部材と成形された光学素子との離型
性は良好であった。特に、型部材の成形面について光学
顕微鏡、走査電子顕微鏡(SEM)で観察しても傷やク
ラック等の欠陥やガラス成分の反応析出物、ガラスの融
着は見られなかった。
The molding surface of the mold member and the surface roughness of the molded optical element after molding 3,000 times by the above pressing process, and the releasability between the mold member and the molded optical element are good. It was In particular, when the molding surface of the mold member was observed with an optical microscope or a scanning electron microscope (SEM), defects such as scratches and cracks, reaction precipitates of glass components, and fusion of glass were not observed.

【0035】(実施例2)実施例1と同様の型母材を用
い、図12に示すECRイオン源を持つ成膜装置により
炭素膜を50nm形成した。図中20は真空槽、21は
排気系、22はECRイオン源、23はマイクロ波の発
振器、24はマイクロ波の導波管、25はマイクロ波導
入窓、26は空洞共振器タイプのプラズマ室、27は外
部磁場、28は引き出し電極、29はシャッター兼ファ
ラディカップ、30は型母材、31は基板ホルダー、3
2はガス導入系である。まず、基板ホルダーに型母材を
設置した後、装置内を5×10-6Torrに排気しガス
導入系よりArガスをイオン源に導入した。このArイ
オンビームにより型母材表面のクリーニングと酸化膜の
除去を行なった。この時の真空度は3×10-4Tor
r、イオン電流7mAで行なった。引き続き、イオン源
にC2 6 :45sccm、H2 :10sccmをガス
供給系より導入し、2.45GHzのマイクロ波を23
のマイクロ波発振器と24の導波管によって1000W
投入し、ECRプラズマをプラズマ室26に形成した。
このとき外部磁場27により、導入窓25で1500G
auss、引き出し電極28から50mmマイクロ波導
入窓側で875GaussのECR条件とした。次に、
イオン引き出し電極に8kVを印加してイオンビームを
引き出し型母材に照射して型No.1を作製した。この
時のイオン電流密度はファラディカップで1.3mA/
cm2 、真空度1×10-3Torr、基板温度は室温と
した。同一装置を用いて、イオン引き出し電極に0.5
kV印加してイオンビームを引き出し、型母材に照射し
て型No.2を形成した。この時のイオン電流密度はフ
ァラディカップで0.5mA/cm2 、真空度1×10
-3Torr、基板温度は室温とし、膜厚は50nmとし
た。次に、図12のイオン引き出し電極28を取り除
き、ECRプラズマCVD装置とした。Arイオンビー
ムによる型母材表面のクリーニングと酸化膜の除去を行
なった後、CH4 :10sccm、H2 :310scc
m、ガス圧20Torr、基板温度650℃で50nm
の炭素膜を形成し、型No.3とした。
Example 2 Using the same die base material as in Example 1, a carbon film having a thickness of 50 nm was formed by a film forming apparatus having an ECR ion source shown in FIG. In the figure, 20 is a vacuum chamber, 21 is an exhaust system, 22 is an ECR ion source, 23 is a microwave oscillator, 24 is a microwave waveguide, 25 is a microwave introduction window, and 26 is a cavity resonator type plasma chamber. , 27 is an external magnetic field, 28 is an extraction electrode, 29 is a shutter and Faraday cup, 30 is a mold base material, 31 is a substrate holder, 3
2 is a gas introduction system. First, after the mold base material was placed on the substrate holder, the inside of the apparatus was evacuated to 5 × 10 −6 Torr and Ar gas was introduced into the ion source from the gas introduction system. The surface of the die base material was cleaned and the oxide film was removed by this Ar ion beam. The degree of vacuum at this time is 3 × 10 −4 Tor
r and an ionic current of 7 mA. Subsequently, C 2 H 6 : 45 sccm and H 2 : 10 sccm were introduced into the ion source from the gas supply system, and a microwave of 2.45 GHz was applied to the ion source 23.
1000W with 24 microwaves and 24 waveguides
Then, an ECR plasma was formed in the plasma chamber 26.
At this time, the external magnetic field 27 causes 1500 G in the introduction window 25.
The ECR condition was 875 Gauss on the side of the 50 mm microwave introduction window from the auss and the extraction electrode 28. next,
By applying 8 kV to the ion extraction electrode and irradiating the extraction base material with an ion beam, the mold No. 1 was produced. The ion current density at this time is 1.3 mA / Faraday cup.
cm 2 , the degree of vacuum was 1 × 10 −3 Torr, and the substrate temperature was room temperature. Using the same device, 0.5 for the ion extraction electrode
An ion beam is extracted by applying kV to irradiate the mold base material and mold no. Formed 2. The ion current density at this time was 0.5 mA / cm 2 with a Faraday cup, and the degree of vacuum was 1 × 10.
-3 Torr, the substrate temperature was room temperature, and the film thickness was 50 nm. Next, the ion extraction electrode 28 shown in FIG. 12 was removed to obtain an ECR plasma CVD device. After cleaning the surface of the die base material with an Ar ion beam and removing the oxide film, CH 4 : 10 sccm, H 2 : 310 sccc
m, gas pressure 20 Torr, substrate temperature 650 ° C., 50 nm
Forming a carbon film of the mold No. It was set to 3.

【0036】この型を用いて、実施例1と同様に図11
の成形機によりクラウン系ガラスSK12(軟化点Sp
=672℃、ガラス転移点Tg=550℃)を1000
回成形した。各型のラマン・スペクトルI(D) /I(G)
と成形の結果を表1に示した。
Using this mold, as shown in FIG.
Crown glass SK12 (softening point Sp
= 672 ° C., glass transition point Tg = 550 ° C.) 1000
Molded once. Raman spectrum of each type I (D) / I (G)
Table 1 shows the molding results.

【0037】 [0037]

【0038】成形後の型No.1,2は、実施例1と同
様に傷や割れといった欠陥やガラス中に含まれるPbO
の還元析出物であるPbやガラスの融着が光学顕微鏡、
走査電子顕微鏡(SEM)によって観察されなかった。
また、成形品についても表面粗さ、面精度、透過率、形
状精度とも良好でPbの析出や成形時のガス残りと言っ
た問題もなかった。型No.3は、成形回数が300回
で部分的な膜剥離を生じた。型No.4は、成形過程で
成形面に傷が入り、微小なガラスの融着を生じた。
Mold No. after molding 1 and 2 are PbO contained in the glass and defects such as scratches and cracks as in Example 1.
Fusion of Pb or glass, which is the reduced precipitate of
It was not observed by scanning electron microscopy (SEM).
Moreover, the surface roughness, surface accuracy, transmittance, and shape accuracy of the molded product were also good, and there were no problems such as Pb precipitation or gas residue during molding. Type No. In No. 3, the number of times of molding was 300 and partial film peeling occurred. Type No. In No. 4, the molding surface was scratched during the molding process, and fine glass fusion occurred.

【0039】(実施例3)型母材としてWC(84%)
−TiC(8%)−TaC(8%)からなる焼結体を所
定の形状に加工した後、成形面をRmax.=0.02
μmに鏡面研磨した。この型母材の成形面にイオンプレ
ーティング法によりTiを200nm形成した後、Ti
Nを1800nm形成した。この型の成形面に実施例1
と同一方法、同一条件により炭素膜を形成した。
(Example 3) WC (84%) as a mold base material
After processing a sintered body made of -TiC (8%)-TaC (8%) into a predetermined shape, the molding surface was Rmax. = 0.02
It was mirror-polished to μm. After 200 nm of Ti was formed on the molding surface of this mold base material by the ion plating method, Ti was formed.
N was formed at 1800 nm. Example 1 was applied to the molding surface of this mold.
A carbon film was formed by the same method and under the same conditions.

【0040】次に、この型を用いて、実施例1と同様に
図11の成形機を用いてクラウン系ガラスSK12(軟
化点Sp=672℃、ガラス転移点Tg=550℃)を
1000回成形した。その結果、実施例1と同様の結果
が得られる。
Next, using this mold, the crown glass SK12 (softening point Sp = 672 ° C., glass transition point Tg = 550 ° C.) was molded 1000 times using the molding machine of FIG. 11 as in Example 1. did. As a result, the same results as in Example 1 are obtained.

【0041】なお、中間層としてTiN以外にSi、A
l、周期律表の4A族、5A族、6A族の金属及びこれ
らの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭酸窒化
物、硼化物、硼窒化物、更に硼素の炭化物、窒化物及び
これらの少なくとも一種以上からなる化合物、混合物を
形成した場合もTiNと同様の結果が得られた。
In addition to TiN, Si, A
1. Metals of Groups 4A, 5A and 6A of the Periodic Table and their carbides, nitrides, carbonitrides, carbonates, carbonitrides, borides, boronitrides, and further carbides of boron, nitrides and Similar results to TiN were obtained when a compound or mixture containing at least one of these compounds was formed.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、型母材の少なくと
も成形表面に、ラマン・スペクトルの1360cm-1
強度I(D) と1580cm-1の強度I(G) の比I(D)
(G)が、0.95≦I(D) /I(G) ≦1.45である
炭素膜を形成することにより、ガラスの成形に於て膜の
剥離やクラックが発生しない表面欠陥の少ない鏡面を有
する型が得られる。この型を用いガラス光学素子を成形
するとガラスと型の離型性が極めて良好であり、表面粗
さ、面精度、透過率、形状精度の良好な成形品が得られ
る。更に、この型を用いてプレス成形を長時間繰返して
も膜剥離やクラック、傷の発生という欠陥を生じない極
めて耐久性の高い光学素子成形用型が得られる。
As described above, according to the present invention, at least the molding surface of the mold base material, the ratio of the intensity of the Raman spectrum of 1360cm -1 I (D) and the intensity of 1580cm -1 I (G) I ( D) /
By forming a carbon film in which I (G) is 0.95 ≤ I (D) / I (G) ≤ 1.45, surface defects such as peeling and cracking of the film do not occur in glass molding. A mold with less mirror surface is obtained. When a glass optical element is molded using this mold, the releasability between the glass and the mold is extremely good, and a molded product having good surface roughness, surface accuracy, transmittance and shape accuracy can be obtained. Further, even if press molding is repeated for a long time using this mold, an extremely durable optical element molding mold that does not cause defects such as film peeling, cracking, and scratching can be obtained.

【0043】本発明により得られた光学素子成形用型を
用いることにより生産性の向上とコストダウンを実現す
ることが可能となった。
By using the optical element molding die obtained by the present invention, it has become possible to improve productivity and reduce cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明外の代表的な炭素膜のラマン・スペクト
ルである。
FIG. 1 is a Raman spectrum of a typical carbon film outside the present invention.

【図2】本発明の炭素膜の代表的なラマン・スペクトル
である。
FIG. 2 is a typical Raman spectrum of the carbon film of the present invention.

【図3】本発明に係る光学素子成形用型の成形表面に形
成したミキシング層の原子混合状態を示す模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic view showing a mixed state of atoms of a mixing layer formed on a molding surface of a mold for molding an optical element according to the present invention.

【図4】本発明に係わる光学素子成形用型の一例を示す
断面図で、プレス成形前の状態を示す。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of an optical element molding die according to the present invention, showing a state before press molding.

【図5】本発明に係わる光学素子成形用型の一例を示す
断面図で、プレス成形後の状態を示す。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of an optical element molding die according to the present invention, showing a state after press molding.

【図6】本発明の実施例で用いるIBD装置を示す概略
図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an IBD device used in an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例におけるミキシング層のAES
によるデプスプロファイルを示す。
FIG. 7: AES of a mixing layer in an embodiment of the present invention
3 shows a depth profile according to FIG.

【図8】本発明の実施例における炭素膜のラマン・スペ
クトルを示す。
FIG. 8 shows a Raman spectrum of a carbon film in an example of the present invention.

【図9】本発明に係わる光学素子成形用型を使用するレ
ンズの成形装置を示す断面図で、非連続成形タイプであ
る。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a lens molding apparatus using the optical element molding die according to the present invention, which is a discontinuous molding type.

【図10】レンズ成形の際の時間−温度関係図である。FIG. 10 is a time-temperature relationship diagram during lens molding.

【図11】本発明に係わる光学素子成形用型を使用する
レンズの成形装置を示す断面図で、連続成形タイプであ
る。
FIG. 11 is a sectional view showing a lens molding apparatus using the optical element molding die according to the present invention, which is a continuous molding type.

【図12】本発明の実施例で用いるECRイオン源を有
するイオンビーム成膜装置を示す概略図である。
FIG. 12 is a schematic view showing an ion beam film forming apparatus having an ECR ion source used in an example of the present invention.

【図13】本発明に係るカウフマン型イオン源を示す模
式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a Kauffman type ion source according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 a−C:H膜のラマン・スペクトル 2 熱処理したa−C:H膜のラマン・スペクトル 3 グラファイトのイオンビーム・スパッタで製作し
た炭素膜のラマン・スペクトル 4 成膜後の炭素膜のラマン・スペクトル 5 熱処理後の炭素膜のラマン・スペクトル 6 型母材 7 成形面 8 炭素層 9 ガラス素材 10 成形されたレンズ 11 真空槽 12 イオンビーム装置 13 イオン化室 14 ガス導入口 15 イオンビーム引出しグリッド 16 イオンビーム 17 型母材 18 基板ホルダー及びヒーター 19 排気口 20 真空槽 21 排気系 22 ECRイオン源 23 マイクロ波発振器 24 マイクロ波の導波管 25 マイクロ波の導入窓 26 空洞共振器タイプのプラズマ室 27 外部磁場 28 引き出し電極 29 シャッター兼ファラディ・カップ 30 型母材 31 基板ホルダー 32 ガス導入系 33 磁場発生用コイル 34 フィラメント 35 ガス導入系 36 アノード 37 イオンビーム引き出し電極 38 イオンビーム 39 型母材 40 基板ホルダー及びヒーター 51 真空槽 52 真空槽の蓋 53 上型 54 下型 55 上型押え 56 胴型 57 型ホルダー 58 ヒーター 59 下型を突上げる突上げ棒 60 エアシリンダ 61 油回転ポンプ 62、63、64 バルブ 65 不活性ガス導入バルブ 66 バルブ 67 リークパイプ 68 バルブ 69 温度センサ 70 水冷パイプ 71 真空槽を支持する台 102 成形装置 104 取入れ用置換室 106 成形室 108 蒸着室 110 取り出し用置換室 112 ゲートバルブ 114 ゲートバルブ 116 ゲートバルブ 118 レール 120 パレット 122 ロッド 124 シリンダ 126 バルブ 128 ヒータ 130 上型 132 下型 134 ロッド 136 ロッド 138 シリンダ 140 シリンダ 142 容器 144 ヒータ 146 蒸着物質 148 ロッド 150 シリンダ 152 バルブ 160 真空槽 161 型母材 162 ガス導入系 163 排気系 164 RF電源 165 ターゲット 166 プラズマ室 167 型 168 ガス供給系 169 マイクロ波発振器、導波管 170 排気系 171 基盤ホルダー 172 マイクロ波導入窓 173 電磁石
1 Raman spectrum of aC: H film 2 Raman spectrum of heat-treated aC: H film 3 Raman spectrum of carbon film produced by ion beam sputtering of graphite 4 Raman spectrum of carbon film after deposition Spectrum 5 Raman spectrum of carbon film after heat treatment 6 Type base material 7 Forming surface 8 Carbon layer 9 Glass material 10 Molded lens 11 Vacuum tank 12 Ion beam device 13 Ionization chamber 14 Gas inlet 15 Ion beam extraction grid 16 Ions Beam 17 type base material 18 Substrate holder and heater 19 Exhaust port 20 Vacuum chamber 21 Exhaust system 22 ECR ion source 23 Microwave oscillator 24 Microwave waveguide 25 Microwave introduction window 26 Cavity resonator type plasma chamber 27 External Magnetic field 28 Extraction electrode 29 Shutter and Faraday cup 30 type base material 31 substrate holder 32 gas introduction system 33 magnetic field generating coil 34 filament 35 gas introduction system 36 anode 37 ion beam extraction electrode 38 ion beam 39 type base material 40 substrate holder and heater 51 vacuum tank 52 vacuum tank lid 53 Upper mold 54 Lower mold 55 Upper mold retainer 56 Body 57 Mold holder 58 Heater 59 Push-up bar that pushes the lower mold 60 Air cylinder 61 Oil rotary pump 62, 63, 64 Valve 65 Inert gas introduction valve 66 Valve 67 Leak pipe 68 valve 69 temperature sensor 70 water-cooled pipe 71 table for supporting vacuum chamber 102 molding device 104 replacement chamber for intake 106 molding chamber 108 deposition chamber 110 displacement chamber for extraction 112 gate valve 114 gate valve 116 gate valve 118 rail 120 Pallet 122 Rod 124 Cylinder 126 Valve 128 Heater 130 Upper mold 132 Lower mold 134 Rod 136 Rod 138 Cylinder 140 Cylinder 142 Container 144 Heater 146 Deposition material 148 Rod 150 Cylinder 152 Valve 160 Vacuum tank 161 Type base material 162 Gas introduction system 163 Exhaust system 164 RF power supply 165 Target 166 Plasma chamber 167 type 168 Gas supply system 169 Microwave oscillator, waveguide 170 Exhaust system 171 Base holder 172 Microwave introduction window 173 Electromagnet

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形に
用いる光学素子成形用型において、該型母材の少なくと
も成形表面に形成されている炭素膜のラマン・スペクト
ルの1360cm-1の強度I(D) と1580cm-1の強
度I(G) の比I(D) /I(G) が、0.95≦I(D) /I
(G) ≦1.45であることを特徴とする光学素子成形用
型。
1. An optical element molding die used for press molding of an optical element made of glass. Intensity I (D) at 1360 cm -1 of the Raman spectrum of the carbon film formed on at least the molding surface of the die base material. ) And the intensity I (G) of 1580 cm −1 , the ratio I (D) / I (G) is 0.95 ≦ I (D) / I
(G) A mold for molding an optical element, wherein ≦ 1.45.
【請求項2】 ガラスよりなる光学素子のプレス成形に
用いる光学素子成形用型において、該型母材の少なくと
も成形表面にラマン・スペクトルの1360cm-1の強
度I(D) と1580cm-1の強度I(G) の比I(D) /I
(G) が、0.95≦I(D) /I(G) ≦1.45である炭
素膜を形成することを特徴とする光学素子成形用型の製
造方法。
2. A type optical element molding for use in press molding of the optical element made of glass, the intensity of the intensity I (D) and 1580 cm -1 of the Raman spectrum of 1360 cm -1 to at least the molding surface of the mold base material Ratio of I (G) I (D) / I
A method for producing an optical element molding die, wherein a carbon film in which (G) is 0.95 ≦ I (D) / I (G) ≦ 1.45 is formed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003089533A (en) * 2001-09-14 2003-03-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Glass lens mold

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