[发明专利]碳薄膜、光学元件成形用模具及光学元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用以保护基材的由正四面体非晶碳(Tetrahedral Amorphous Carbon，ta-C)所构成的碳薄膜、表面具备所述碳薄膜的光学元件成形用模具、以及使用所述光学元件成形用模具的光学元件的制造方法。

本申请案基于2010年11月9日申请的日本特愿2010-250679号而主张优选权，并在本文引用其内容。

背景技术

作为保护模具或钻孔器等基材的膜，付诸实际使用有由正四面体非晶碳所构成的碳薄膜(以下，简记为ta-C薄膜)。

而且，作为ta-C薄膜的成膜方法，主要应用有包括以电弧离子镀敷(arc ion plating，AIP)为代表的利用对基材施加的偏置电压使碳离子堆积在基材上的离子镀敷的方法。根据该成膜法，作为ta-C薄膜内部的碳原子彼此的键，可大量含有形成金刚石的碳原子彼此的键即sp³键，因此可使ta-C薄膜为非常硬(硬度较高)的膜。

在这种含有sp³键的ta-C薄膜中，一旦于较狭小的区域内进行观察则碳原子彼此形成有sp³键的牢固的网(network)，但一旦于较广大的区域内进行观察则形成为无秩序的非晶质(amorphous)构造，因此整体表面较由具有秩序的构造的结晶所构成的薄膜更为极其平滑，且摩擦系数变得极小，为0.1以下。因此，ta-C薄膜可在基材上形成硬度非常高且平滑的皮膜，因此作为模具或钻孔器等的与加工对象的滑动部分的保护膜较为适合，且被广泛利用。

然而，硬度较高的ta-C薄膜因为内部应力(压缩应力)非常大，所以存在如下问题：一旦施加来自外部的冲击(接触冲击)或热冲击，则易于使自身的内部应力释放而从基材剥离。此外，一旦成膜过厚的膜，内部应力将进一步增加，因此变得更易剥离。因此，为了延长薄膜因与加工对象的滑动导致磨耗而从基材上消失为止的时间，亦即以耐久性的提高为目的，不能仅采用增加膜厚这方法。为了抑制ta-C薄膜的从基材剥离，可考虑降低ta-C薄膜的sp³键的含量而缩小内部应力，加大与基材的附着力。然而根据该方法，薄膜的硬度亦同时变低，因此无法提高耐磨耗性。因此，在sp³键的含量相同的ta-C薄膜中，使耐磨耗性提高极为困难。

另外，在本说明书中，所谓“sp³键的含量”，是指ta-C薄膜中的相对于sp²键与sp³键的总数的sp³键数的比例。

目前，作为ta-C薄膜的制造方法，公开有如下方法：提高在基材上成膜ta-C薄膜时的偏置电压，而加强基材与薄膜之间的结合(mixing)，且进一步在该薄膜上形成sp³键的含量较高且硬度较高的薄膜，而形成两层构造的ta-C薄膜，提高与基材的附着力(参照专利文献1)。此外，公开有如下方法：形成由sp³键的含量不同的两层交互层叠而成的构造的ta-C薄膜，使耐磨耗性提高(参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2007-169698号公报，

专利文献2：日本特开2008-1951号公报。

发明内容

然而，由于ta-C薄膜的用途多样化，且根据用途由熟知的ta-C薄膜无法获得充分的耐磨耗性，因此一种硬度较高且从基材的剥离被抑制的新型的ta-C薄膜一直被寻求。

本发明的态样在于以提供一种硬度较高、且从基材的剥离被抑制的ta-C薄膜、于表面具备有所述薄膜的光学元件成形用模具、以及使用所述光学元件成形用模具的光学元件的制造方法为课题。

本发明的第一态样是一种碳薄膜，是由正四面体非晶碳所构成的碳薄膜(ta-C薄膜)，其特征在于：在膜厚方向具备多个由三层以上的sp³键含量在相邻层中互不相同的层层叠而成的单位构造(但排除由sp³键的含量不同的两层交互层叠而成的情况)。

本发明的第二态样是一种光学元件成形用模具，其特征在于：于表面具备有所述第一态样的碳薄膜。

本发明的第三态样是一种光学元件的制造方法，其特征在于：使用所述第二态样的光学元件成形用模具而对被成形物进行加压，且成形光学元件。

根据本发明的态样，可提供一种硬度较高、且从基材的剥离被抑制的ta-C薄膜、于表面具备有所述薄膜的光学元件成形用模具、以及使用所述光学元件成形用模具的光学元件的制造方法。

附图说明