Microsoft PowerPoint - 育成試験_伊藤光学_配布資料_ ppt

「真空アーク蒸着を用いた

赤外透過レンズ用金型保護膜の開発」

科学技術コーディネート事業 「育成試験」

発表者 神谷 雅男

研究開発機関

伊藤光学工業株式会社

シム・オプチカル株式会社

国立大学法人 豊橋技術科学大学

代表機関

協力支援機関

会社紹介

● 伊藤光学工業（株）： 眼鏡レンズ製造事業，コンタクトレンズ製造事業，光学薄膜部品製造事業

本社（蒲郡市） 豊川工場 シム・オプチカル（豊川工場内）と東海精密工業

グループ企業

● シムオプチカル（株）

： 光学機器用レンズ，高精度・大口径非球面ガラスモールドレンズ

ガラスモールド用金型

● 東海精密工業（株）

： 金型事業，樹脂成形事業，光学レンズ

産業機器用光学部品製造事業

● （株）ティーエスエル

： 眼鏡レンズ卸事業

● （株）伊藤オプチカル

： 眼鏡レンズ小売業

発表内容

１．研究開発の背景

1.1 光学ガラスレンズ産業

1.2 ガラスレンズモールドプレス

２．研究開発成果

2.1 研究開発の目的と課題

2.2 技術シーズ

フィルタードアーク蒸着装置とDLC膜

2.3 研究開発成果

DLC膜形成と膜質評価

モールドプレス評価

３．今後の取り組み

４．まとめ

光学ガラスレンズ産業

http://www.xenics.com/ http://www.japansensor.co.jp/ http://www.apiste.co.jp/

可視光線透過レンズ

可視光線透過レンズ

光ディスク機器 光ディスク機器

撮像機器

撮像機器

映像機器

映像機器

_{暗視カメラ}

_{暗視カメラ}

分析機器

分析機器

放射温度計

放射温度計

赤外光学機器

赤外光学機器

近赤外線 中間赤外線 遠赤外線 超遠赤外線 約0.8 1.5 5.6 25 1000 (m) マイクロ波 10-10 ₁₀-9 ₁₀-8 10-11 ₁₀-7 ₁₀-6 ₁₀-5 ₁₀-4 ₁₀-3 ₁₀-2 ₁₀-1 ₁ 10-12 赤外線 可視 光線 紫外線 X線 γ線 (m) 15 監視カメラ 車載カメラ 0 100 200 300 400 500 600 700 （億円） 2008年 2009年 2013年

赤外線透過レンズ

赤外線透過レンズ

http://www.edmundoptics.com プレスリリース「光学デバイス関連世界市場の調査」， 2009,富士経済グループ

暗視カメラの特徴

方式 近赤外線型 遠赤外線型 原理  近赤外光を投射 物体の反射光を映像化  物体の熱を検知 温度差を映像化 映像の特徴  近赤外線の投射が必要  自然な映像を表示  外部光（ヘッドライト等）の影響有  発熱体を映像化  熱源を強調表示  生体（人間・動物）の映像化に最適 可視化距離  ロービーム～ハイビームの距離 （40～250 m程度）  ハイビームの２倍（400～500 m 程度） 使用環境  悪天候（雨・霧・雪など）では，映像劣化  悪天候（雨・霧・雪など）では，映像劣化  比較的，歩行者などの視認が可能 自研センターニュース 2002年11月号より

自動車用夜間暗視装置の方式別特徴

自動車用夜間暗視装置の方式別特徴

赤外レンズ材料

近赤外線～ 遠赤外線 可視～遠赤 外線 紫外線～遠 赤外線 紫外線～遠 赤外線 可視～ 遠赤外線 近赤外線～ 遠赤外線 近赤外線～ 遠赤外線 透過光線 A: 2.6 (10m) B: 0.01 (10m) A: 2.2 (10.6m) B: 0.20 (10.6m) A: 1.47 (10m) B: 0.003 (6m) A: 1.4 (5m) B: 0.0015 (2.9m) A: 2.4 (10.6m) B: 0.0005 (10.6m) A: 3.42 (5m) B: 0.01 (3 m) A: 4.0 (10.6m) B: 0.03 (10.6m) 光学特性（参考値）※ 材料 製造方法 用途例 ゲルマニウム 研削，研磨，切削 遠赤外線カメラ，放射温 度計 シリコン 人体検知センサ，ガス分 析器，中～遠赤外線カメラ セレン化亜鉛 遠赤外線カメラ，放射温 度計，CO₂ レーザー フッ化カルシウム 放射温度計，ガス分析器 フッ化バリウム 放射温度計，ガス分析器 硫化亜鉛 研削，研磨，切削 焼結モールド成形 遠赤外線カメラ，放射温 度計 カルコゲナイドガラス モールドプレス成形 研削，研磨，切削 中～遠赤外線カメラ，ガス 分析器 組成 組成 ゲルマニウム，アンチモン，カルコゲン元素（セレン，テルル）など ゲルマニウム，アンチモン，カルコゲン元素（セレン，テルル）など ※ A: 屈折率，B: 吸収係数 （ ）内： 波長

ガラスレンズ製造法

第一研削 第一研磨 洗浄 第二研磨 第二研削 洗浄

研削・研磨法

モールド

プ

レ

ス

法

FUJINONホームページより抜粋 東芝機械ホームページより抜粋

研削

研磨

芯取り

ガラス材料

完成

ガラス材料

プレス成形

芯取り

完成

レンズ曲面形成

研削研磨に比べ，

_{①工程単純}

_{②工程時間短縮}

_{③複雑形状に対応}

製造コストが安価

ガラスレンズモールドプレス

セット 加熱 プレス 冷却 取出し

金型

金型保護膜

（離型膜）

ガラスレンズ ガラス材料 （プリフォーム材）

金型保護膜の開発

モールドプレス用ガラス材料の開発

金型材料の開発

金型の高精度研削・研磨技術の開発

モールドプレス機の開発

モールドプレス法の開発のポイント

カーボン系膜（DLC膜），金属系膜

研究開発の目的と課題

フィルタードアーク蒸着装置を用いた

赤外透過レンズ用金型保護膜の成膜技術開発

開発課題

フィルタードアーク蒸着装置と

その成膜技術

問題点

赤外透過レンズ成形において・・・

モールドプレス成形で金型保護膜の

耐久性が得られていない

赤外透過レンズ金型保護膜の開発

① ＤＬＣ膜形成プロセスの確立

② モールドプレス試験

技術シーズ

豊橋技術科学大学 滝川教授開発

Ｔ字状フィルタードアーク蒸着装置（T-FAD）

ノーマル法

(unfiltered)

T-FAD

陰極材料：特に，黒鉛陰極

ダイヤモンドライクカーボン膜

(Diamond-like carbon; DLC)

導電性金属（

Ti, Cr, Alなど）

特許第3865570号 （2006年）

Super

droplet-reduction

レンズ金型には 採用不可

T字状フィルタードアーク蒸着装置



真空中のアーク放電プラズマを利用



蒸発源は真空アーク放電の陰極



陰極蒸発源の近傍に陽極を配置



陰極および近傍へ磁界を印加

陰極点（蒸発点）を制御



高イオン化率



高イオンエネルギー

真空アーク蒸着

プラズマ発生の様相

(c) T-duct exit （Tilt angle)

(b) T-duct （front）

(a)

(b)

(c)

Plasma

Cathode

spot

Droplet

(a) Cathode surface

Droplet

ダイヤモンドライクカーボン（DLC）

●ダイヤモンド（sp3_） ●グラファイト（sp 2_）

水素フリー

DLC

構造：アモルファス（長距離秩序がなく，結晶粒界を持たない）

sp

2

結合とsp

3

結合が混在

水素含有

DLC

真空アーク

ta-C，a-C, ta-C:H, a-C:H

sp

3

_多

_sp

2

_多

スパッタ

a-C, a-C:H

プラズマ

CVD，イオン化蒸着

a-C:H

ｽｰﾊﾟｰDLC

成膜プロセス

金型基板洗浄

基板前処理

ＤＬＣ成膜



研磨



超音波洗浄



蒸気洗浄



Ar-RFプラズマ処理



イオンガンエッチング

基板表面の調整

異物（ダスト等）除去 有機物除去 表面粗さ

基板表面のクリーニング・酸化層除去



基板バイアス



基板温度



雰囲気ガス

目的の成膜には

基板にあわせたプロセス

基板を

装置内へ搬入

基板の取り出し

金型材料

無電解ニッケルメッキ／SUS系材，超硬合金（ＷＣ，タングステンカーバイド）



アーク電流



磁界制御



成膜圧力

表面粗さの増大は×

成膜プロセスパラメータ把握

基板前処理

0 5 10 15 20 0 20 40 60 80 100 120 140 WC Niメッキ エッチ ン グ 深 さ (nm) 処理時間 (min) 0 5 10 15 20 0 1 2 3 4 Niメッキ WC 表面粗さΔRa (nm) 処理時間 (min) エッチング有

表面粗さ（処理後－処理前）

エッチング深さ

エッチング無

エッチングによって，酸化層除去と

表面粗さの増大させない

Arプラズマエッチング処理

金型材料に応じた

基板前処理が必

要！

DLC膜形成プロセス

各金型材料（ニッケルメッキ加工材，超硬合金）にＤＬＣ膜を成膜。

ニッケルメッキ加工材には，中間層（金属系膜，他元素添加ＤＬＣ膜）導入を検討。

10000 1500 2000 5 10 15 Int. x5 -100 V -200 V -500 V -1000 V D G In te nsity (arb.u nit) Raman shift (cm-1)

窒素導入有り

窒素導入無し

カーボンアークプラズマの様相

基板バイアスを変化させた時の DLC膜のラマンスペクトル

他元素添加ＤＬＣ膜の形成（DLC:N）

ta-C a-C （測定レーザ波長：532 nm)

DLC膜の耐熱性評価

500

1000

1500

2000

2500

3000

0

5

10

15

20

加熱前 加熱後

G

D

Intensity

(

arb. unit)

Raman shift (cm

-1

)



雰囲気

： 窒素



加熱温度 ： 350℃



加熱時間 ： 24 時間

（測定レーザ波長：532 nm)

a-C，a-C:H

ta-C

ラマンスペクトルの変化が

ほぼ見られない。

Dバンドが表れ始め，

グラファイト化が進む。

加熱試験条件

スーパーDLC (ta-C) 水素含有DLC (a-C:H) アモルファスカーボン (a-C)

モールドプレス試験

赤外透過レンズ用

赤外透過レンズ用

DLC

DLC

成膜金型

成膜金型

（試作品）

（試作品）

赤外透過レンズ

赤外透過レンズ

（試作品）

（試作品）

モールドプレス

モールドプレス

超硬合金金型

ニッケルメッキ金型

モールドプレス実用性を確認。

充分な耐久性が得られなかった。（膜剥離の発生）

超硬合金金型 ニッケルメッキ金型

今後の取り組み

赤外撮像・映像機器メーカー ，分析機器メーカー ，

赤外ガラスレンズメーカー

製造・販売体制（伊藤光学グループ）

赤外撮像・映像機器，分析機器，車載機器など

東海精密工業

金型設計

金型研削・研磨

伊藤光学工業

金型成膜

光学薄膜加工

シム・オプチカル

モールドプレス成形

赤外ガラスレンズ・

成膜金型販売

販売先

製品

まとめ

ＤＬＣ膜形成プロセス

今後の取り組み



DLC膜付金型成形品のメーカー評価を得て，更なる試験を重ね，

DLC膜の耐久性や成形品の品質評価



ニッケルメッキ加工材には，DLC膜の中間層や金属系離型膜の再検討



金型成膜に適した量産向け成膜装置の開発



金型材料へ基板前処理の最適化，ＤＬＣ膜形成プロセスの検討



各金型材料へＤＬＣ膜を形成

モールドプレス試験



モールドプレス条件を最適化し，各素材のＤＬＣ膜付金型を試験



ＤＬＣ膜付金型の実用性を確認



ニッケルメッキ加工材では，耐久性は得られなかった