專利名稱：成形用模具的再生方法及光學(xué)元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對于用于將玻璃材料壓制成形，從而制造透鏡、棱鏡等玻璃光學(xué)元件而使用的光學(xué)元件成形用模具，適于在其成形面上的某個膜老化的情況下，將其除去、進(jìn)行再生的成形用模具的再生方法，以及使用利用該方法所再生的成形用模具的玻璃光學(xué)元件的制造方法。
背景技術(shù)：
在玻璃光學(xué)元件的壓制成形用成形模具中，我們知道在其成形面上設(shè)置碳系列膜作為脫型膜(日文離型膜)。
該脫型膜，在壓制時，在高溫下，在玻璃緊貼在成形面上時，防止熱粘砂，維持被精密加工的成形面的鏡面，還有，在高溫下使玻璃伸展時，在確保成形面和玻璃間的滑動制作上，極其有用。特別是，碳質(zhì)的脫型膜便宜，在上述性能點(diǎn)上也很優(yōu)良。
但是，如果執(zhí)行多次的壓制成形，該脫型膜部分地剝離或消失等，有損耗，沒有發(fā)揮充分的功能。盡管如此，如果持續(xù)壓制，玻璃會熱粘著在成形面上，模具的母材與玻璃起反應(yīng)，損傷模具。模具，盡管使用了對特殊材料的模具母材進(jìn)行精密加工，形成成形面的高價(jià)材料，但是如果產(chǎn)生了上述損傷則模具就已經(jīng)不能使用了。因此，為了要隨時確認(rèn)脫型膜的性能，修復(fù)其老化狀態(tài)，必須在脫型膜形成后執(zhí)行所謂的再生操作，即，每執(zhí)行規(guī)定次數(shù)的壓制就將其除去，再次成膜。由此，通常，可以將表面精度高的光學(xué)元件壓制成形，同時，能夠延長模具母材的壽命。
以往，作為光學(xué)元件成形用模具的再生方法，在特開平2-38330號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中記載了一種成形模具的再生方法在利用氧等離子體(palsma)拋光除去成形面上的具有硬質(zhì)碳系列膜的玻璃成形用模具的上述硬質(zhì)碳系列膜后，利用氟化氫或是其鹽的水溶液在成形模具的成形面上進(jìn)行洗凈處理。在特開平6-345447號公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)中，記載了一種成形模具的再生方法在利用氟類氣體或氟類氣體與氧的混合氣體的減壓等離子體蝕刻除去在成形面上具有碳系列膜的玻璃成形用模具的碳系列膜后，使用微小顆粒大小的磨粒執(zhí)行摩擦，除去玻璃中的成份擴(kuò)散后殘留所致的殘留附著物。在特許2505893號公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)中，公開了一種成形模具的再生方法利用含氧氣體的等離子體對膜的一部分進(jìn)行蝕刻，在蝕刻模具母材之前，改為由氬氣的等離子體產(chǎn)生的蝕刻，從而除去膜。

發(fā)明內(nèi)容
按照專利文獻(xiàn)1中的記載，在通過氧等離子體拋光來盡量除去硬質(zhì)碳系列膜時，母材表面被氧的等離子體所浸蝕，在母材表面產(chǎn)生了氧化層的變質(zhì)層，在該母材表面制作了碳系列膜的情況下，碳系列膜對母材表面的附著強(qiáng)度變?nèi)?，從而在壓制成形中，產(chǎn)生碳質(zhì)覆膜的剝離等問題。因此，記載了利用氟化氫或其鹽的水溶液，在成形模具的成形面上執(zhí)行洗凈處理的方法。通過這種洗凈處理，能夠除去母材表面的變質(zhì)層。但是，通過這種除去使母材表面稍微粗糙，如果反復(fù)執(zhí)行這種成形模具的再生，則上述表面粗造就會累加，這種粗糙在壓制時被復(fù)制，存在由于壓制成形品表面粗糙引起的光散射等而產(chǎn)生的所謂光澤變暗或白濁的外觀缺陷的問題。
在專利文獻(xiàn)2中，記載了在等離子體蝕刻處理后，使用平均顆粒大小0.5μm的鉆石膏的摩擦方法。但是，在這種方法中，仍然在母材表面生成氧化層、氟化層，即便能夠通過摩擦而除去殘留在成形面上的玻璃的揮發(fā)成分，由于母材是硬質(zhì)的，因此，不能除去母材表面的氧化層、氟化層等的變質(zhì)層或粗糙。
在專利文獻(xiàn)3記載的方法中，為了防止母材表面被等離子體浸蝕，在模具母材蝕刻前，從由氧氣的等離子體產(chǎn)生的蝕刻或拋光轉(zhuǎn)換為由氬氣的等離子體所產(chǎn)生的蝕刻或拋光，從而除去膜。但是，在這種方法中，必須有轉(zhuǎn)換的判斷。這里，由于為了進(jìn)行轉(zhuǎn)換判斷，通過等離子體的發(fā)光分析，一邊監(jiān)視蝕刻物質(zhì)的發(fā)光強(qiáng)度一邊進(jìn)行蝕刻等，需要附加的裝置和工序，因此，提高了成本。另外，氧氣和氬氣2種等離子體的使用也使蝕刻成本加倍。
如上所述，利用已有方法，沒有實(shí)現(xiàn)精度和經(jīng)濟(jì)性都良好的光學(xué)元件成形用模具的再生方法。
因此，本發(fā)明的目的是除去并再生成形用模具母材成形面的碳系列膜的方法，目的在于提供一種再生方法，不破壞成形用模具母材表面而能可靠除去碳系列膜，并能抑制成本和時間。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種使用利用該再生方法所再生的成形用模具的玻璃光學(xué)元件的制造方法。
為解決上述問題，本發(fā)明如下。
(權(quán)利要求1)一種成形用模具的再生方法，從在成形面上具有碳系列膜的成形用模具中除去所述膜，其特征在于，是通過由氫系列氣體的等離子體進(jìn)行的蝕刻或UV臭氧處理來執(zhí)行述膜的除去過程。
(權(quán)利要求2)如權(quán)利要求1所述的再生方法，所述氫系列氣體是氫氣或氫氣與氬氣的混合氣體。
(權(quán)利要求3)如權(quán)利要求1所述的再生方法，其特征在于，在UV臭氧處理中，在100℃以上600℃以下，對成形面上具有碳系列膜的成形用模具進(jìn)行加熱。
(權(quán)利要求4)如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的再生方法，在執(zhí)行通過氫系列氣體的等離子體進(jìn)行蝕刻或UV臭氧處理之前，利用酸溶液或堿性溶液來洗凈成形面。
(權(quán)利要求5)如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的再生方法，還在除去膜的成形面上成膜碳系列膜。
(權(quán)利要求6)如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的再生方法，提交給所述蝕刻或UV臭氧處理的成形用模具，其膜已經(jīng)老化。
(權(quán)利要求7)一種玻璃光學(xué)元件的制造方法，具有利用在成形面上具有碳系列膜的成形模具，對加熱軟化后的玻璃材料進(jìn)行壓制成形，其特征在于，所述壓制膜具通過利用氫系列氣體的等離子體的蝕刻或UV臭氧處理，來除去在成形面上具有碳系列膜的成形模具的所述膜，接下來，在除去膜的成形面上成膜碳系列膜，從而得以再生。
(權(quán)利要求8)如權(quán)利要求7所述的制造方法，提交給所述蝕刻或UV臭氧處理的成形用模具，其碳系列膜已經(jīng)老化。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種再生方法，通過使用在成形面上實(shí)施碳系列膜覆蓋的成形用模具來執(zhí)行光學(xué)元件的成形，即便是在其成形用模具的膜老化的情況下，也可以通過由氫系列氣體的等離子體進(jìn)行的蝕刻或UV臭氧處理來除去該膜，得到良好精度的成形品，從而既不花費(fèi)成本也不花費(fèi)時間。


圖1是在成形面上實(shí)施碳系列膜的成形用模具的說明圖。
圖2是等離子處理裝置的說明圖。
圖3是UV臭氧處理裝置的說明圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種成形用模具的再生方法，包含從在成形面上具有碳系列膜的成形用模具中除去所述膜的步驟。
通過本發(fā)明的方法所再生的成形用模具，在成形面上具有碳系列膜，考慮可能對光學(xué)鏡面進(jìn)行加工、保持耐壓制的沖擊的機(jī)械強(qiáng)度等，來選擇用作模具母材的材料。利用這種觀點(diǎn)所選的材料，例如可以舉出SiC、WC、TiC、TaC、BN、TiN、ALN、Si3N4、SiO2、AL2O3、ZrO2、W、Ta、Mo、金屬陶瓷、硅鋁氧氮耐熱陶瓷、莫來石、碳混合物(C/C)、碳纖維(CF)、WC-Co合金、以及不銹鋼等。特別是以SiC、WC、TiC、TaC、WC-Co合金、以及不銹鋼為模具母材的成形用模具，與氧或氟的反應(yīng)性很高，在利用使用氧或氟的已有方法的蝕刻中，容易使表面變質(zhì)或損傷。但是，如果使用本發(fā)明，則由于后述的選擇比強(qiáng)有力地起作用，而使本發(fā)明的效果顯著。
在對成形面進(jìn)行精密加工時，其表面粗糙度，在原子力顯微鏡(AFM)下測量估測的Rmax最好在80nm以下，在50nm下更好。
施加在成形面上的碳系列膜，是含有以碳為主要成分的膜，例如，能夠從鉆石狀的碳系列膜(以下成為DLC)、氫化的鉆石狀的碳系列膜(以下成為DLC:H)、四面體非結(jié)晶質(zhì)碳系列膜(以下成為ta-C)、氫化四面體非結(jié)晶質(zhì)碳系列膜(以下成為ta-c:H)、非結(jié)晶質(zhì)碳系列膜(以下成為a-c)、氫化非結(jié)晶質(zhì)碳系列膜(以下成為a-c:H)等中選出。但是，并沒有限制為這些碳系列膜。也可以是從這些中選擇出的2種以上的層疊或復(fù)合(同時使用多種成膜法的情況下的)的膜。這些碳系列膜保持了使成形面的分離性提高的功能。
(利用氫系列氣體的等離子體進(jìn)行蝕刻)在本發(fā)明的成形用模具的再生方法的第1方案中，利用氫系列氣體的等離子體而產(chǎn)生的蝕刻來除去具有成形模具的膜。
由氫系列氣體的等離子體而產(chǎn)生的蝕刻具有不會對母材表面進(jìn)行破壞、能夠除去碳系列膜的優(yōu)點(diǎn)。
這里，所謂氫系列氣體是含有氫的氣體，最好是含有1vol％氫以上的氣體，含有3vol％以上氫的氣體更好。更具體地說，作為氫系列氣體，最好使用氫氣或氫氣與氬氣的混合氣體。與氬氣的混合氣體最好是含氫氣1vol％以上的氣體，最好是含氫氣3vol％以上的氣體。
所謂蝕刻是利用化學(xué)反應(yīng)除去表面層的方法，也包含拋光。等離子體是使由電離而產(chǎn)生的電荷粒子存在于氣體中的狀態(tài)，包含離子或是原子團(tuán)的混合氣體、以離子或原子團(tuán)為主的氣體。
由氫類等離子體而產(chǎn)生的蝕刻，能夠利用例如是反應(yīng)性的離子蝕刻(ReactiveIon Etching)方式或是直接等離子體(Direct Plasma)方式的公知裝置來進(jìn)行，這種裝置可以作為市售品而得到。根據(jù)使用的裝置來適當(dāng)選擇蝕刻條件。標(biāo)準(zhǔn)條件是離子輸出為100～2000W。如果等離子輸出或是過高或是過低，則等離子體就不穩(wěn)定。能夠?qū)⒒鍦囟仍O(shè)定在室溫～300℃，如果過高，則后述的選擇比低下，如果過低，則有蝕刻速度低下的傾向。通過在常壓等離子處理裝置中使用常壓，在減壓等離子處理裝置中使用大約1Pa～100Kpa的氣壓，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體。
在本發(fā)明中使用的由氫系列氣體的等離子體而產(chǎn)生的蝕刻，其特征在于，對于對象物質(zhì)的選擇性高。一般來說，將膜和母材的蝕刻速度的比率稱為選擇比，氫與已有技術(shù)中使用的氧和CF4相比，盡管對碳的蝕刻速度是相同的，但對上述膜具母材的蝕刻速度極低。例如，在膜具母材為SiC或是WC的情況下，氫系列氣體的等離子體所產(chǎn)生的蝕刻速度是使用氧的等離子體或是CF4等離子體情況的1/100。這是因?yàn)槟＞吣覆暮蜌涞入x子體的反應(yīng)性低，即便產(chǎn)生了模具母材和氫的反應(yīng)層也非常薄。因此，由于如果使用氫系列氣體，蝕刻的選擇比就高，完全除去膜，因此，具有即便執(zhí)行了超過了必需量的蝕刻處理，母材表面也沒有實(shí)質(zhì)變質(zhì)的特性。即，由于在蝕刻除去了碳系列膜之后，即便氫等離子體接觸到模具的母材，也幾乎不對模具母材進(jìn)行蝕刻，因此，具有以下優(yōu)點(diǎn)即便假定蝕刻處理時間長于必需的時間，母材也不會變質(zhì)、損傷。另外，即便在母材表面產(chǎn)生反應(yīng)層，它是氫化層，在為了再生而再度成膜碳系列膜時，不妨礙膜的附著性。
在本發(fā)明的成形用模具的再生方法的第2方案中，是通過UV臭氧處理來除去成形用模具中所具有的膜的。
所謂UV臭氧處理，是利用紫外線來產(chǎn)生臭氧，利用由該臭氧分解生成的激發(fā)氧原子的氧化力，在短時間內(nèi)使有機(jī)物的污漬分解、揮發(fā)的方法，在超精密清洗、殺菌、除臭中廣泛使用。激勵氧原子的氧化力比氧等離子體的氧化力小，對碳的蝕刻速度為1/2～1/8左右。另一方面，對模具母材的蝕刻速度為1/100。例如，在將SiC或WC用于模具母材的情況下，如果使用UV臭氧處理，則選擇比(碳系列膜的蝕刻速度/模具母材的蝕刻速度)，為氧等離子體和CF4等離子體所產(chǎn)生的選擇比的數(shù)十倍。這樣對于UV臭氧處理中的激勵氧原子的模具母材的氧化力小，與模具母材生成的反應(yīng)層也很薄。
由于該反應(yīng)層的膜厚非常薄(例如能夠設(shè)定在1nm以下的膜厚)，因此，不會降低再成膜新的碳系列膜時的附著性。由于不使用藥品，因此還具有對環(huán)境的負(fù)擔(dān)小的優(yōu)點(diǎn)。產(chǎn)生UV臭氧時使用的UV光源的光功率最好在100W以上，200W以上更好。在大氣中氧是必需的，氧濃度最好在5vol％以上，在10％以上更好。UV臭氧處理時間一般在幾分鐘～幾小時之間。UV臭氧處理(紫外線、臭氧處理)可以利用公知裝置進(jìn)行處理。
在本發(fā)明的方法中，為了加速由UV臭氧處理而產(chǎn)生的碳系列膜的分解、除去，最好對基材進(jìn)行加熱。但是，如果加熱溫度超過600℃，則在一部分基材中，成形用模具表面受到氧化，在再次成膜脫型膜時，脫型膜的附著力受到損害，從而在脫型膜再生時招致障礙。因此，UV臭氧處理的基材加熱最好在600℃以下。UV臭氧處理的基材加熱在400℃以下更好。另一方面，由于基板溫度不足100℃，由UV臭氧處理而產(chǎn)生的碳系列膜的分解、除去的速度變慢，因此，UV臭氧處理中的基材加熱最好在100℃以上?；鍦囟葲]有必要恒定，也可以這樣將UV臭氧處理開始時的基板溫度設(shè)定為高，其后，使其緩慢降低等，從而改變溫度。
本發(fā)明的UV臭氧處理，與由氫系列氣體的等離子體產(chǎn)生的蝕刻的情況相同，具有所謂對對象物質(zhì)的選擇性高的優(yōu)點(diǎn)。即，在除去成形面上設(shè)置的碳系列膜中，既不會使成形模具的母材變質(zhì)，也不會損傷它。
在連續(xù)壓制后的成形用模具成形面的碳系列膜上，存在附著、殘留有微小但較多的玻璃或是來自于玻璃的揮發(fā)成分等的情況。在這些中，還存在難以利用由氫類等離子體產(chǎn)生的蝕刻和UV臭氧處理來除去它們的成分。因此，在本發(fā)明中，最好事先用酸溶液或堿性溶液來清洗成形用模具成形面的碳系列膜，除去表面的附著物。
作為酸溶液，例如能夠舉出濃度1wt％～50wt％的氟酸、酸性氟化銨水溶液、硝酸、硫酸、鹽酸、硝酸和鹽酸的混合物等。作為堿性溶液，例如可以舉出濃度為5wt％～70wt％的氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、氫氧化鋰水溶液等。在酸溶液或堿性溶液中的浸泡時間為幾分鐘～幾小時，浸泡液的溫度最好為室溫～50℃。
本發(fā)明的再生方法，還包含在除去了膜的母材表面成膜碳系列膜。
碳系列膜是前面提到的碳系列膜，成膜例如可以通過以下方法來執(zhí)行鉆石膜可以通過微波等離子體CVD法、熱絲(日文熟フイラメント)法、等離子體噴射法、電子回旋加速器共振等離子體CVD法、DC等離子體CVD法、光CVD法、激光CVD法等來執(zhí)行；DLC膜和DLC:H膜可以使用微波等離子體CVD法、熱絲法、等離子體噴射法、電子回旋加速器共振等離子體CVD法、DC等離子體CVD法、光CVD法、激光CVD法、離子電鍍法等的離子蒸鍍法、濺射法等來執(zhí)行；ta-C膜以及ta-C:H能通過FCA(Filtered Cathodic Arc)法等來執(zhí)行；a-C和a-C:H膜能夠通過等離子體CVD法、離子電鍍法等離子化蒸鍍法、濺射法、蒸鍍法來執(zhí)行。
碳系列膜的膜厚可以在1nm～1μm左右，最好在2nm～100nm。如果膜厚過薄，則不能得到分離性和耐久性，如果膜厚過厚，則產(chǎn)生與模具母材的密和性低下的問題。
本發(fā)明的再生方法，是能夠解決提交給所述蝕刻或UV臭氧處理的成形用模具上的膜老化的方法。但是，還可適用于具有除此之外的成形模具。
本發(fā)明的再生方法，并不僅僅限定在透鏡、反射鏡、光柵、等離子體等的光學(xué)元件用的成形模具上，不用說，對于光學(xué)元件之外的玻璃、棱鏡等的壓制品用的成形模具也同樣適用。
(玻璃光學(xué)元件的制造方法)本發(fā)明包含含有利用在成形面上具有碳系列膜的成形模具，對加熱軟化后的玻璃材料壓制成形的光學(xué)玻璃元件的制造方法。該玻璃光學(xué)元件的制造方法，其特征在于，所述成形模具通過氫系列氣體的等離子體而產(chǎn)生的蝕刻或UV臭氧處理來除去在成形面上具有碳系列膜的成形模具的所述膜，接著，通過在除去膜的成形面上成膜碳系列膜而再生一個膜。碳系列膜的除去方法與上述本發(fā)明的再生方法中所說明的方法相同。在除去了膜的成形面上成膜碳系列膜。碳系列膜的成膜，也能夠與上述本發(fā)明的再生方法中所說明的方法相同地執(zhí)行。加熱軟化后的玻璃材料的壓制成形等能夠利用公知方法來實(shí)施。
對采用本發(fā)明的、利用成形模具壓制成形的玻璃材料、形狀沒有特別的限制。但是，脫型膜容易老化的玻璃材料，即，模具的脫型膜再生頻率高的材料，本發(fā)明的效果顯著。例如，在由磷酸類的光學(xué)玻璃構(gòu)成的玻璃材料中，由于易于很難除去玻璃成分中的水分子，因此，在成形面中，與脫型膜的反應(yīng)性很高，脫型膜的老化快。因此，脫型膜的再生必須頻率很高，能夠顯著獲得本發(fā)明的效果。同樣，作為反應(yīng)性高的玻璃，可以舉出氟磷酸類、硼酸類的光學(xué)玻璃等。
上述反應(yīng)性高的玻璃，存在為了抑制其反應(yīng)性而將壓制時的玻璃材料溫度設(shè)置為低的情況(例如與玻璃粘度中的107.5～108.5dPa.s相當(dāng)?shù)臏囟?。由此，在這種情況中，如果壓力負(fù)荷大，則不能得到所需的壁厚。壓力負(fù)荷通?？梢允?0～300kg/cm2，但是，上述反應(yīng)性高的玻璃材料適于使用該范圍中的高負(fù)荷區(qū)域(例如是200～250kg/cm2)。但是，由于高負(fù)荷區(qū)域中的壓力加速了脫型膜的損傷、提高了再生頻率，因此，本發(fā)明在反應(yīng)性高的玻璃的壓制用成形模具的再生中是非常有利的。
在容易打碎要成形的光學(xué)元件的形狀的元件中(例如是中心壁厚、透鏡周邊部的壁厚差2倍以上的雙面凸透鏡、雙面凹透鏡、凹凸透鏡)，一般來說，為了防止打碎而使脫型膜的厚度較大。例如，將脫型膜的厚度設(shè)定在30～100nm左右。在這種脫型膜老化的情況下，在效率高地、完全除去脫型膜的同時，不會對母材有所損傷，這一點(diǎn)非常重要。為此，在脫型膜的厚度大的成形模具的再生中也使用本發(fā)明，是非常有效的。
在成形面的面粗糙度要求嚴(yán)格的光學(xué)元件中，例如Rmax為20nm以下的光學(xué)元件中，不允許脫型膜有稍微的表面粗糙。為此，在脫型膜的再生頻率變高的同時，模具母材的鏡面沒有老化，這一點(diǎn)特別重要，在這種情況中也能有效使用本發(fā)明。
在壓制成形工序中，利用成形模具，將被加熱到玻璃粘度在109dPa.Syixia的玻璃材料進(jìn)行壓制成形。此時，可以在壓制開始，將玻璃材料提供到成形模具內(nèi)，將模具和玻璃材料同時加熱到上述溫度，接著執(zhí)行壓制成形(所謂的等溫壓制)，還可以將模具外的加熱軟化后的玻璃材料提供給加熱后的成形模具，直接執(zhí)行壓制成形。在后一種情況中，對于模具溫度，能夠?qū)⒉ＡР牧系臏囟仍O(shè)定為高(所謂的非等溫壓制)，由此，能夠使模具的溫度設(shè)定設(shè)定得比等溫壓制的情況低。例如，能夠?qū)⒉ＡР牧霞訜岬讲Ａд扯仍?06以上108dPa.s以下的溫度，另一方面，也能夠?qū)⒊尚文＞呒訜岬讲Ａд扯鹊?08以上1011dPa.s以下的溫度。這種方法，在抑制脫型膜的老化、延長母材壽命方面是有利的，除此之外，由于還能夠縮短模具的加熱周期所需的時間，因此，也提高了生產(chǎn)效率。在任何一種壓制方法中，將壓制后的玻璃材料原樣保留在模具內(nèi)，冷卻到轉(zhuǎn)移點(diǎn)溫度以下，之后，將其分離、取出。
(實(shí)施例)以下，將通過實(shí)施例來進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。
實(shí)施例1圖1圖示了本發(fā)明的光學(xué)元件成形用模具的一個例子的實(shí)施形式。圖1中，1是模具母材，2是在使玻璃材料成形的成形面上設(shè)置的碳系列膜(脫型膜)。
首先，詳細(xì)說明光學(xué)元件成形用模具。作為模具母材，使用將通過CVD法制作的多晶SiC的成形面鏡面研磨為Rmax＝18nm的材料(粗糙度測定是利用AFM來執(zhí)行的)。在良好地清洗了該模具之后，使用離子電鍍法成膜裝置，在成形面上成膜一個DLC:H膜。利用ESCA進(jìn)行的深度方向的分析結(jié)果為表面DLC:H膜的厚度是80nm。顯微喇曼分析的結(jié)果，確認(rèn)了由于混亂(Disordered)的原子團(tuán)和石墨(Graphite)原子團(tuán)的中間距離有序(日文中距離秩序)而產(chǎn)生的在1380cm-1附近(D波段)和1580cm-1(G波段)附近的2個峰值，從而確認(rèn)膜構(gòu)造是DLC構(gòu)造。
將調(diào)整為規(guī)定量的光學(xué)玻璃硼硅酸鹽玻璃的玻璃A(轉(zhuǎn)移點(diǎn)Tg＝500℃，屈服點(diǎn)(日文屈伏點(diǎn))Ts＝540℃)的球狀玻璃材料(預(yù)型件)放置在成形模具的空穴內(nèi)，并將它放置在成形裝置內(nèi)。在氮?dú)猸h(huán)境中加熱到620℃，在150kg/cm2的壓力下，加壓1分鐘。在解除壓力后，以-50℃/分的冷卻速度冷卻到480℃，其后，以高于-100℃/分的速度執(zhí)行冷卻，當(dāng)壓制成形物的溫度在200℃以下時，取出成形物。如上所述，成形為外徑為12mmΦ，中心壁厚為1.5mm，コバ厚為0.5mm的雙面凸透鏡。既便連續(xù)壓制，也能得到良好的成形品作為光學(xué)元件。
如此，利用光學(xué)顯微鏡來觀察執(zhí)行1000次壓制之后的成形面的結(jié)果，認(rèn)為附著有雖然多但很微小的熱粘砂和揮發(fā)物。因此，浸泡在室溫下的20％的酸性氟化銨水溶液中30分鐘。洗凈后，通過光學(xué)顯微鏡來觀察成形面的結(jié)果，認(rèn)為沒有微小的熱粘砂和揮發(fā)物，確認(rèn)利用酸清洗將其除去。
接下來，如圖2所示，在等離子處理裝置容器內(nèi)的基板上，設(shè)置了酸清洗后的光學(xué)元件成形用模具，直到容器內(nèi)的氣壓變?yōu)?Pa，在真空排氣后，將氫3.5％氬96.5％的混合氣體導(dǎo)入容器內(nèi)，直到容器內(nèi)的氣壓變?yōu)?00Pa，與此同時，執(zhí)行放電，產(chǎn)生等離子體，執(zhí)行20分鐘的利用氫類等離子體產(chǎn)生的蝕刻處理。利用光學(xué)顯微鏡和掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察蝕刻后的成形面的結(jié)果，不認(rèn)為有殘留物，完全除去了DLC:H膜。利用AFM(原子力顯微鏡)測量粗糙度的結(jié)果是Rmax＝19nm，保全了母材成形面的表面形狀。
在良好地清洗了該處理后的光學(xué)元件成形用模具后，再次使用離子電鍍法成膜裝置，在成形面上成膜一個厚度80nm的DLC:H膜。在DLC:H膜上，沒有粗糙或膜脫落等異常情況，既便是連續(xù)壓制，也能再次得到良好的成形品作為光學(xué)元件。
這樣，既便重復(fù)執(zhí)行100次的1000次成形、酸清洗、由氫類等離子體產(chǎn)生的蝕刻處理、DLC:H膜成膜的再生處理，成形用模具的成形面的實(shí)質(zhì)的表面老化或DLC:H膜的成膜力的降低也很微小，不認(rèn)為在外觀品質(zhì)中有成形品光澤變暗等缺點(diǎn)。在重復(fù)執(zhí)行100次再生處理后的成形面的表面粗糙度為Rmax是30nm(AFM測量)。
比較例1在實(shí)施例1中，取代執(zhí)行1000次成形后的光學(xué)元件成形用模具的氫系列氣體的等離子體而產(chǎn)生的蝕刻處理，執(zhí)行由氧氣的等離子體產(chǎn)生的蝕刻處理。與實(shí)施例1相同，在等離子處理裝置容器內(nèi)的基板上設(shè)置酸清洗后的光學(xué)元件成形用模具，直到容器內(nèi)的氣壓變?yōu)?Pa，在真空排氣后，導(dǎo)入氧氣，直到容器內(nèi)真空度變?yōu)?×10-3托，與此同時，執(zhí)行放電，產(chǎn)生等離子體，執(zhí)行20分鐘的利用氧氣的等離子體產(chǎn)生的蝕刻處理。利用光學(xué)顯微鏡和掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察成形面的結(jié)果，不認(rèn)為有殘留物，完全除去了DLC:H膜。
在良好地清洗了該處理后的光學(xué)元件成形用模具后，再次使用離子電鍍法成膜裝置，在成形面上成膜一個厚度80nm的DLC:H膜。使用相同的玻璃材料，開始連續(xù)壓制，執(zhí)行30次壓制，就在成形面上產(chǎn)生光澤變暗或污點(diǎn)等外觀不良的情況。觀察成形后的成形面，認(rèn)為DLC:H膜剝離。
比較例2在實(shí)施例1中，取代執(zhí)行1000次成形后的光學(xué)元件成形用模具的氫系列氣體的等離子體而產(chǎn)生的蝕刻處理，執(zhí)行由氬氣的等離子體所產(chǎn)生的蝕刻處理。與實(shí)施例1相同，在等離子處理裝置容器內(nèi)的基板上，設(shè)置了酸清洗后的光學(xué)元件成形用模具，直到容器內(nèi)的氣壓變?yōu)?Pa，在真空排氣后，將氬氣導(dǎo)入容器內(nèi)，直到容器內(nèi)的氣壓變?yōu)?00Pa，與此同時，執(zhí)行放電，產(chǎn)生等離子體，執(zhí)行20分鐘的利用氬氣等離子體產(chǎn)生的蝕刻處理。利用光學(xué)顯微鏡和掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察成形面的結(jié)果，在成形面的整個表面上殘留有DLC:H膜。
在良好地清洗了該成形用模具之后，再次使用離子電鍍法成膜裝置，在成形面上成膜一個厚度80nm的DLC:H膜。使用相同的玻璃材料，開始連續(xù)壓制，執(zhí)行50次左右的壓制，就在成形面上產(chǎn)生光澤變暗或污點(diǎn)等外觀不良的情況。
實(shí)施例2～6按照表1和2，除了變更模具母材、碳系列膜、脫型膜成膜法、脫型膜的膜厚、光學(xué)玻璃、壓制條件、等離子處理前的清洗、蝕刻處理的氣體之外，其余都與實(shí)施例1相同，反復(fù)執(zhí)行100次再生處理。按照該表，成形用模具的成形面中，實(shí)質(zhì)的表面老化以及碳質(zhì)脫型膜的成膜力的降低都很微小，不認(rèn)為在成形品的外觀品質(zhì)上存在問題。
另外，在實(shí)施例2～6中，所壓制的透鏡如下。
實(shí)施例2外徑為10mmΦ，中心壁厚為0.5mm，コバ厚為1.5mm的凹透鏡；實(shí)施例3外徑為12mmΦ，中心壁厚為0.6mm，コバ厚為1.6mm的雙面凹透鏡；實(shí)施例4外徑為15mmΦ，中心壁厚為1.5mm，コバ厚為0.6mm的凸透鏡；實(shí)施例5外徑為16mmΦ，中心壁厚為0.8mm，コバ厚為1.8mm的凹透鏡；實(shí)施例6外徑為22mmΦ，中心壁厚為1.8mm，コバ厚為0.4mm的凸透鏡。
表1

表2

*壓力10～200kg/cm2；**HOYA(公司)制造的クリストロンズロ；***再生處理的結(jié)果利用同一模具，重復(fù)100次再生處理時的光學(xué)元件的外觀◎重復(fù)100次的再生操作，看不到光澤變暗、有污點(diǎn)的情況○重復(fù)100次的再生操作，出現(xiàn)光澤變暗、有污點(diǎn)的情況不超過30個×重復(fù)再生操作，出現(xiàn)光澤變暗、污點(diǎn)。
實(shí)施例7在實(shí)施例1中，取代執(zhí)行1000次成形后的光學(xué)元件成形用模具的氫系列氣體的等離子體而產(chǎn)生的蝕刻處理的是以圖3所示的，將酸清洗后的光學(xué)元件成形用模具放置在UV燈的輸出350W的UV臭氧處理裝置內(nèi)，直到容器內(nèi)的氣壓變?yōu)?0Pa，在真空排氣后，將氧氣導(dǎo)入容器內(nèi)，直到容器內(nèi)的氣壓變?yōu)榇髿鈮海c(diǎn)亮UV燈，執(zhí)行20分鐘的UV臭氧處理。
利用光學(xué)顯微鏡和掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察成形面的結(jié)果，不認(rèn)為有殘留物，完全除去了DLC:H膜。利用AFM膜測量粗糙度的結(jié)果是Rmax＝25nm，保全了母材成形面的表面形狀。
在良好地清洗了該處理后的光學(xué)元件成形用模具后，再次使用離子電鍍法成膜裝置，在成形面上成膜一個厚度30nm的DLC:H膜。在DLC:H膜上，沒有粗糙或是膜剝離等異常情況，既便連續(xù)壓制，也可以再次得到良好的成形品作為光學(xué)元件。
這樣，既便重復(fù)執(zhí)行100次的1000次成形、酸清洗、由氫類等離子體產(chǎn)生的蝕刻處理、DLC:H膜成膜的再生處理，成形用模具的成形面的實(shí)質(zhì)的表面老化或DLC:H膜的成膜力的降低也很微小，不認(rèn)為在外觀品質(zhì)中有缺點(diǎn)。在重復(fù)執(zhí)行100次再生處理后的成形面的表面粗糙度為Rmax 30nm(AFM測量)。
比較例3在實(shí)施例7中，取代進(jìn)行執(zhí)行1000次壓制后的光學(xué)元件成形用模具的UV臭氧處理，是在氧氣環(huán)境中，在800℃的溫度下執(zhí)行30分鐘的加熱處理。利用光學(xué)顯微鏡、掃描型電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)來觀察成形面的結(jié)果，不認(rèn)為有殘留物，完全除去了DLC:H膜。但是，利用AFM測量的粗糙度的結(jié)果是Rmax＝128nm，使母材成形面變粗糙。
在良好地清洗了該處理后的光學(xué)元件成形用模具后，再次使用離子電鍍法成膜裝置，在成形面上成膜一個厚度30nm的DLC:H膜，在開始相同的玻璃材料的連續(xù)壓制的位置上，從第一次壓制開始，就在成形面上產(chǎn)生了光澤變暗和污點(diǎn)等外觀不良的現(xiàn)象。
實(shí)施例8～12根據(jù)表3和4，除了變更模具母材、碳系列膜、脫型膜成膜法、脫型膜的膜厚、光學(xué)玻璃、壓制條件、UV臭氧處理前的清洗、UV臭氧處理的有無之外，都與實(shí)施例7相同，反復(fù)執(zhí)行100次再生處理。按照該表，成形用模具的成象面中，實(shí)質(zhì)的表面老化或碳質(zhì)脫型膜的成膜力的降低都很微小，不認(rèn)為在成形品的外觀品質(zhì)上存在問題。
另外，在實(shí)施例8～12中，所壓制的透鏡的形狀如下。
實(shí)施例8外徑為12mmΦ，中心壁厚為0.8mm，コバ厚為1.9mm的凹透鏡；實(shí)施例9外徑為8mmΦ，中心壁厚為0.4mm，コバ厚為1.2mm的雙面凹透鏡；實(shí)施例10外徑為18mmΦ，中心壁厚為1.8mm，コバ厚為0.6mm的凸透鏡；實(shí)施例11外徑為12mmΦ，中心壁厚為0.4mm，コバ厚為1.8mm的凹透鏡；實(shí)施例12外徑為6mmΦ，中心壁厚為1.2mm，コバ厚為0.4mm的雙面凸透鏡。
表3

*壓力100～200kg/cm2
表4

*壓力100～200kg/cm2；**HOYA(公司)制造的クリストロンズロ；***再生處理的結(jié)果利用同一模具，重復(fù)100次再生處理時的光學(xué)元件的外觀◎重復(fù)100次的再生操作，看不到光澤變暗、有污點(diǎn)的情況○重復(fù)100次的再生操作，出現(xiàn)光澤變暗、有污點(diǎn)的情況不超過30個×重復(fù)再生操作，出現(xiàn)光澤變暗、污點(diǎn)。
符號說明1模具母材2在形成玻璃原料的成形面上設(shè)置的碳被膜(脫型膜)3氣體導(dǎo)入口4等離子體5樣件6電極7排氣口8氣體導(dǎo)入口9UV管10 樣件11 加熱器12 排氣口
權(quán)利要求
1.一種成形用模具的再生方法，從在成形面上具有碳系列膜的成形用模具中除去所述膜，其特征在于，通過由氫系列氣體的等離子體所產(chǎn)生的蝕刻或UV臭氧處理來執(zhí)行所述膜的除去。
2.如權(quán)利要求1所述的再生方法，其特征在于，所述氫系列氣體是氫氣或氫氣和氬氣的混合氣體。
3.如權(quán)利要求1所述的再生方法，其特征在于，在所述UV臭氧處理中在100℃以上600℃以下對在成形面上具有碳系列膜的成形用模具進(jìn)行加熱。
4.如權(quán)利要求1～3之一所述的再生方法，其特征在于，在實(shí)施利用氫系列氣體的等離子體所產(chǎn)生的蝕刻或UV臭氧處理之前，利用酸溶液或堿性溶液來清洗成形面。
5.如權(quán)利要求1～4之一所述的再生方法，其特征在于，還在除去了碳系列膜的成形面上成膜碳系列膜。
6.如權(quán)利要求1～5之一所述的再生方法，其特征在于，提交給所述蝕刻或UV臭氧處理的成形用模具，其碳系列膜已經(jīng)老化。
7.一種玻璃光學(xué)元件的制造方法，包含利用在成形面上具有碳系列膜的成形模具，對加熱軟化后的玻璃材料進(jìn)行壓制成形，其特征在于，所述成形模具，通過利用由氫系列氣體的等離子體所產(chǎn)生的蝕刻或UV臭氧處理來除去在成形面上具有碳系列膜的成形模具的所述膜，接著，在除去了膜的成形面上成膜碳系列膜而進(jìn)行再生。
8.如權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，提交給所述蝕刻或UV臭氧處理的成形用模具，其碳系列膜已經(jīng)老化。
全文摘要
提供一種不對成形用模具母材表面提供損傷，就能可靠除去成形用模具成形面的碳系列膜，且能抑制成本和時間的再生方法，以及提供使用利用該再生方法再生的成形用模具的玻璃光學(xué)元件的制造方法。包含從在成形面上具有碳系列膜的成形用模具中除去所述膜的成形用模具的再生方法。利用由氫系列氣體的等離子體所產(chǎn)生的蝕刻或UV臭氧處理來執(zhí)行所述膜的除去。一種玻璃光學(xué)元件的制造方法，包含利用在成形面上具有碳系列膜的成形模具，對加熱軟化后的玻璃材料進(jìn)行壓制成形。所述成形模具，利用由氫系列氣體的等離子體所產(chǎn)生的蝕刻或UV臭氧處理來除去在成形面上具有碳系列膜的成形模具的所述膜，接下來，通過在除去了膜的成形面上成膜碳系列膜而進(jìn)行再生。
文檔編號B29C33/56GK1495132SQ03125508
公開日2004年5月12日 申請日期2003年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月11日
發(fā)明者近江成明 申請人:Hoya株式會社