(57)【要約】【課題】フッ素含有化合物層の耐久性を確実に向上させる。【解決手段】光学素子を成形するための成形型１０の製造方法は、成形面１０１Ｃ，１０２Ｃに無機酸化物層８１を形成し、当該無機酸化物層８１の表面を酸素プラズマ中に曝した後、この無機酸化物層８１の表面に、シランカップリング剤を含有するフッ素含有化合物層８２を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を成形するための成形型の製造方法であって、
成形面に無機酸化物層を形成し、
当該無機酸化物層の表面を酸素プラズマ中に曝した後、
この無機酸化物層の表面に、シランカップリング剤を含有するフッ素含有化合物層を形成することを特徴とする成形型の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の成形型の製造方法において、
前記無機酸化物層として、
SiO2、ITO、Al2O3、TiO2、TiO、ZnO、In2O3、SnO2、ZrO2、WO3またはNb2O5を含有する層を形成することを特徴とする成形型の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の成形型の製造方法において、
前記無機酸化物層として、
５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みを有する層を形成することを特徴とする成形型の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の成形型の製造方法において、
前記無機酸化物層を蒸着によって形成することを特徴とする成形型の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の成形型の製造方法によって製造されたことを特徴とする成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形型の製造方法及び成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズ等の光学素子を成形するための成形型においては、成形品を離型する際の離型性の向上を目的として、シランカップリング剤からなるフッ素含有化合物層が成形面に形成されている。
【０００３】
近年、このような成形型に関し、予め成形面の表面にSiO2やAl2O3等の無機酸化物層を形成した後、フッ素含有化合物層を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。この技術によれば、無機酸化物層の表面に存在する極性の高い水酸基に対してシランカップリング剤が共有結合するため、無機酸化物層に対するフッ素含有化合物層の密着性、ひいてはフッ素含有化合物層の耐久性が向上するようになっている。
【０００４】
ところで、無機酸化物層の表面にフッ素含有化合物層を形成する場合には、無機酸化物層表面の水酸基が多い程、シランカップリング剤と水酸基との共有結合が増加してフッ素含有化合物層の耐久性が向上するため、好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２６６４４１号公報
【特許文献２】特開２００６−７６２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、無機酸化物層表面の水酸基は、空気中の水分子が無機酸化物層の表面に化学吸着した後、光や温度等の影響で解離することにより発生するものである。そのため、上記特許文献１，２記載の技術を単純に適用してフッ素含有化合物層を形成したのでは、無機酸化物層表面における水酸基の出現量が環境条件によってばらつく結果、フッ素含有化合物層の耐久性もばらついてしまうため、耐久性の低いフッ素含有化合物層が形成される場合がある。
【０００７】
本発明の課題は、フッ素含有化合物層の耐久性を確実に向上させることのできる成形型の製造方法及び成形型を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面によれば、
光学素子を成形するための成形型の製造方法であって、
成形面に無機酸化物層を形成し、
当該無機酸化物層の表面を酸素プラズマ中に曝した後、
この無機酸化物層の表面に、シランカップリング剤を含有するフッ素含有化合物層を形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明の成形型の製造方法においては、
前記無機酸化物層として、
SiO2、ITO、Al2O3、TiO2、TiO、ZnO、In2O3、SnO2、ZrO2、WO3またはNb2O5を含有する層を形成することが好ましい。
【００１０】
また、本発明の成形型の製造方法においては、
前記無機酸化物層として、
５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みを有する層を形成することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の成形型の製造方法においては、
前記無機酸化物層を蒸着によって形成することが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の側面によれば、成形型において、
本発明の成形型の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、無機酸化物層の表面を酸素プラズマ中に曝すので、酸素プラズマによって生じる酸素ラジカルが無機酸化物層の表面上や近傍の水分子と反応し、当該無機酸化物層の表面に多数の水酸基を生じさせる。そして、このように無機酸化物層の表面を酸素プラズマ中に曝した後、シランカップリング剤を含有するフッ素含有化合物層を無機酸化物層の表面に形成するので、シランカップリング剤を多数の水酸基と共有結合させることができる。従って、フッ素含有化合物層の無機酸化物層に対する密着性、ひいてはフッ素含有化合物層の耐久性を確実に向上させ、成形型の離型性を長期間に亘って向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】光学素子を射出成形するための成形装置の概略構成を示す概念図である。
【図２】固定型，可動型の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
図１は、光学素子を射出成形するための成形装置１の概略構成を示す概念図である。
【００１６】
この図に示すように、成形装置１は、成形材料Ｓの搬送方向における上流側から下流側に向かって、ホッパ１１と、シリンダ１２と、ノズル１３と、成形型１０等とを備えている。
【００１７】
ホッパ１１は、光学素子の成形材料Ｓが供給される部分であり、シリンダ１２に連結されている。シリンダ１２は、内部にスクリュー１２０を備えるとともに、先端部でノズル１３に連結されており、ホッパ１１から供給された成形材料Ｓをスクリュー１２０によって混練しつつノズル１３側に押し出すようになっている。また、このシリンダ１２の側面には、シリンダ１２内部の成形材料Ｓを溶融させるためのヒータ１２１が設けられている。
【００１８】
ノズル１３は、シリンダ１２から押し出された成形材料Ｓを成形型１０に射出する部分であり、後述する成形型１０のスプルー１０３に連通している。
【００１９】
成形型１０は、ノズル１３に対して固定された固定型１０１と、当該固定型１０１に対してＸ方向に接離可能に設けられた可動型１０２とを有する射出成形型であり、これら固定型１０１及び可動型１０２が当接することによって成形材料Ｓの流路としてのスプルー１０３、ランナー１０４及びゲート１０５と、成形材料Ｓを光学素子の形状に成形するためのキャビティ１０６とを形成するようになっている。
【００２０】
ここで、固定型１０１は光学素子の一方の面を成形するようになっており、可動型１０２は他方の面を成形するようになっている。
【００２１】
このうち、可動型１０２は、光学素子の外周側のフランジ部分を成形する環状の環状型１０２Ａと、環状型１０２Ａに嵌合されて中央側の光学面を成形する突き出し型１０２Ｂとを有している。この突き出し型１０２Ｂは、環状型１０２Ａに嵌合した状態でＸ方向に摺動可能となっており、突き出し部材１０２Ｃに押圧されて固定型１０１側に突出することにより、成形後の光学素子を成形型１０から離型させるようになっている。
【００２２】
以上の固定型１０１，可動型１０２（環状型１０２Ａ及び突き出し型１０２Ｂ）は、図２に示すように、それぞれ光学素子のネガ形状の成形面１０１Ｃ，１０２Ｃを画成する型本体８０と、当該成形面１０１Ｃ，１０２Ｃに対して順に積層された無機酸化物層８１及びフッ素含有化合物層８２とを有している。
型本体８０は、公知の金型材料によって形成されている。
【００２３】
無機酸化物層８１は、SiO2、ITO、Al2O3、TiO2、TiO、ZnO、In2O3、SnO2、ZrO2、WO3またはNb2O5を含有する層である。但し、無機酸化物層８１に含有される無機酸化物はこれらに限定されず、酸素プラズマによって表面に水酸基を多数生じさせるものであれば、他の無機酸化物でも良い。
【００２４】
この無機酸化物層８１は、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みを有している。無機酸化物層８１の厚みが５ｎｍ未満であると、無機酸化物層８１の厚みにムラが生じて局所的に無機酸化物層８１の存在しない領域ができてしまう。また、厚みが２０ｎｍより大きいと、無機酸化物層８１によって成形面１０１Ｃ，１０２Ｃの転写形状がダレてしまう。
【００２５】
フッ素含有化合物層８２は、シランカップリング剤を含有するフッ素化合物の層であり、シランカップリング剤中のシラノール基が無機酸化物層８１の表面に脱水縮合することで当該無機酸化物層８１に固着されている。なお、フッ素含有化合物層８２におけるフッ素化合物の種類は任意に選択することができ、また、シランカップリング剤の含有量は任意に設定することができる。このようにシランカップリング剤を含有するフッ素化合物としては、例えば旭硝子社製の「サイトップＣＴＬ−１０７Ｍ」（「サイトップ」は登録商標）や、ダイキン工業社製の「オプツールＤＳＸ」（登録商標）、住友３Ｍ社製の「ノベックＥＧＣ−１７２０」（「ノベック」は登録商標）などを用いることができる。
【００２６】
このフッ素含有化合物層８２は、３ｎｍ以上、２０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上、１０ｎｍ以下の厚みを有している。フッ素含有化合物層８２の厚みが３ｎｍ未満であると、フッ素含有化合物層８２の厚みにムラが生じて局所的にフッ素含有化合物層８２の存在しない領域ができてしまう。また、厚みが２０ｎｍより大きいと、フッ素含有化合物層８２によって成形面１０１Ｃ，１０２Ｃの転写形状がダレてしまう。更に、フッ素含有化合物層８２の体積に対して表面積が小さくなり過ぎる分、無機酸化物層８１の表面とシラノール基との脱水縮合の反応が弱くなり、フッ素含有化合物層８２と無機酸化物層８１との共有結合が少なくなる結果、フッ素含有化合物層８２が剥離し易くなってしまう。
【００２７】
続いて、成形装置１を用いた光学素子の製造方法について説明する。
まず、光学素子の成形材料Ｓをホッパ１１に入れ、ヒータ１２１で溶融させつつスクリュー１２０によって混練し、ノズル１３の方向に搬送する。なお、成形材料Ｓとしては、例えばシクロオレフィンポリマー等、従来より公知の樹脂材料を用いることができる。但し、成形材料Ｓは樹脂材料に限らず、ガラス材料であっても良い。
【００２８】
次に、融けた成形材料Ｓをノズル１３から成形型１０のスプルー１０３、ランナー１０４、ゲート１０５、キャビティ１０６に注入し、キャビティ１０６内で加圧成形する。これにより、成形材料Ｓが固化して光学素子が成形される。
【００２９】
そして、可動型１０２を固定型１０１から離間させて光学素子の成形品を可動型１０２側に残した後、突き出し部材１０２Ｃによって突き出し型１０２Ｂを環状型１０２Ａから突出させて、環状型１０２Ａから光学素子を押し出す。
以上の工程により、光学素子が製造される。
【００３０】
続いて、成形装置１における成形型１０の製造方法について説明する。
まず、型本体８０の成形面１０１Ｃ，１０２Ｃに対し、蒸着法によって無機酸化物層８１を５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みで形成する。ここで、蒸着法としては、物理蒸着法を用いることができ、より詳細には、真空蒸着法を用いることができる。なお、このような蒸着を行う装置としては、従来より公知の装置を用いることができる。
【００３１】
次に、無機酸化物層８１の表面を酸素プラズマ中に曝す。これにより、酸素プラズマによって生じる酸素ラジカルが無機酸化物層８１の表面上や近傍の水分子と反応する結果、無機酸化物層８１の表面に多数の水酸基が生じる。なお、酸素プラズマを発生させる装置としては、従来より公知の装置を用いることができる。
【００３２】
そして、無機酸化物層８１の表面にフッ素含有化合物層８２を３ｎｍ以上、２０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上、１０ｍｍ以下の厚みで形成する。これにより、シランカップリング剤中のシラノール基が無機酸化物層８１の表面の水酸基と共有結合して当該無機酸化物層８１に固着され、成形型１０が製造される。ここで、フッ素含有化合物層８２の形成方法としては、ディップコーティングやスピンコーティング等の塗布法を用いることができる。なお、コーティングを行う装置としては、従来より公知の装置を用いることができる。
【００３３】
以上の本実施形態によれば、無機酸化物層８１の表面を酸素プラズマ中に曝すので、酸素プラズマによって生じる酸素ラジカルが無機酸化物層８１の表面上や近傍の水分子と反応し、無機酸化物層８１の表面に多数の水酸基を生じさせる。そして、このように無機酸化物層８１の表面を酸素プラズマ中に曝した後、シランカップリング剤を含有するフッ素含有化合物層８２を無機酸化物層８１の表面に形成するので、シランカップリング剤を多数の水酸基と共有結合させることができる。従って、フッ素含有化合物層８２の無機酸化物層８１に対する密着性、ひいてはフッ素含有化合物層８２の耐久性を確実に向上させ、成形型１０の離型性を長期間に亘って向上させることができる。
【００３４】
また、無機酸化物層８１として、５ｎｍ以上の厚みを有する層を形成するので、５ｎｍ未満の層を形成する場合と比較して、無機酸化物層８１の厚みにムラが生じて局所的に無機酸化物層８１の存在しない領域ができてしまうのを防止することができる。従って、フッ素含有化合物層８２の密着耐久性をより確実に向上させ、成形型１０の離型性をより長期間に亘って向上させることができる。
また、無機酸化物層８１として、２０ｎｍ以下の厚みを有する層を形成するので、２０ｎｍより大きい層を形成する場合と比較して、無機酸化物層８１によって成形面１０１Ｃ，１０２Ｃの転写形状がダレてしまうのを防止することができる。従って、成形型１０の転写性を向上させることができるため、光学性能の高い光学素子を成形することができる。
【００３５】
また、フッ素含有化合物層８２として、３ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上の厚みを有する層を形成するので、３ｎｍ未満の層を形成する場合と比較して、フッ素含有化合物層８２の厚みにムラが生じて局所的にフッ素含有化合物層８２の存在しない領域ができてしまうのを防止することができる。従って、成形型１０の離型性を確実に向上させることができる。
また、フッ素含有化合物層８２として、２０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以下の厚みを有する層を形成するので、２０ｎｍより大きい層を形成する場合と比較して、フッ素含有化合物層８２によって成形面１０１Ｃ，１０２Ｃの転写形状がダレてしまうのを防止することができる。従って、成形型１０の転写性を向上させることができるため、光学性能の高い光学素子を成形することができる。更に、フッ素含有化合物層８２の体積に対して表面積が小さくなり過ぎない分、無機酸化物層８１の表面とシラノール基との脱水縮合の反応が弱くなってフッ素含有化合物層８２と無機酸化物層８１との共有結合が少なくなってしまうのを防止することができるため、フッ素含有化合物層８２の無機酸化物層８１に対する密着性、ひいてはフッ素含有化合物層８２の耐久性をより確実に向上させ、成形型１０の離型性をより長期間に亘って向上させることができる。
【００３６】
なお、本発明は上記の実施形態及び変形例に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００３７】
例えば、上記実施形態では、成形型１０の成形面１０１Ｃ，１０２Ｃに無機酸化物層８１及びフッ素含有化合物層８２を形成することとして説明したが、成形型１０の表面全体に形成することとしても良い。
【００３８】
また、無機酸化物層８１を蒸着法で形成することとして説明したが、ゾルゲル法によって形成しても良い。
また、フッ素含有化合物層８２を塗布法で形成することとして説明したが、蒸着法によって形成しても良い。
【実施例１】
【００３９】
以下、実施例および比較例を挙げることにより、本発明に係る成形型の製造方法をさらに具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００４０】
（１）サンプルの作製
本発明の実施例，比較例として、以下の表１に示すような成形型のサンプルを作製した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
具体的には、（１）〜（５）のサンプルでは、無機酸化物としてSiO2を含有する無機酸化物層８１を型本体８０の成形面１０１Ｃ，１０２Ｃに３ｎｍ，５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍ，５０ｎｍの厚みで形成し、無機酸化物層８１の表面を酸素プラズマに曝した後、無機酸化物層８１の表面にフッ素含有化合物層８２を５ｎｍの厚みで形成して成形型を作製した。
【００４３】
また、（６）〜（１０）のサンプルでは、無機酸化物としてAl2O3を含有する無機酸化物層８１を型本体８０の成形面１０１Ｃ，１０２Ｃに３ｎｍ，５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍ，５０ｎｍの厚みで形成し、無機酸化物層８１の表面を酸素プラズマに曝した後、無機酸化物層８１の表面にフッ素含有化合物層８２を５ｎｍの厚みで形成して成形型を作製した。
【００４４】
また、（１１）〜（１５）のサンプルでは、無機酸化物としてITOを含有する無機酸化物層８１を型本体８０の成形面１０１Ｃ，１０２Ｃに３ｎｍ，５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍ，５０ｎｍの厚みで形成し、無機酸化物層８１の表面を酸素プラズマに曝した後、無機酸化物層８１の表面にフッ素含有化合物層８２を５ｎｍの厚みで形成して成形型を作製した。
【００４５】
また、（１６）のサンプルでは、無機酸化物層８１を形成せずに型本体８０の成形面１０１Ｃ，１０２Ｃを酸素プラズマに曝した後、成形面１０１Ｃ，１０２Ｃにフッ素含有化合物層８２を５ｎｍの厚みで形成して成形型を作製した。
【００４６】
また、（１７）〜（２１）のサンプルでは、無機酸化物としてSiO2を含有する無機酸化物層８１を型本体８０の成形面１０１Ｃ，１０２Ｃに３ｎｍ，５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍ，５０ｎｍの厚みで形成し、無機酸化物層８１の表面にフッ素含有化合物層８２を５ｎｍの厚みで形成して成形型を作製した。但し、これら（１７）〜（２１）のサンプルでは、無機酸化物層８１の表面を酸素プラズマに曝さずにフッ素含有化合物層８２を形成している。
【００４７】
また、（２２）のサンプルでは、無機酸化物層８１を形成せずに型本体８０の成形面１０１Ｃ，１０２Ｃにフッ素含有化合物層８２を５ｎｍの厚みで形成して成形型を作製した。但し、この（２２）のサンプルでは、成形面１０１Ｃ，１０２Ｃを酸素プラズマに曝さずにフッ素含有化合物層８２を形成している。
【００４８】
なお、以上（１）〜（２２）のサンプルにおいて、無機酸化物層８１の蒸着にはシンクロン社製の蒸着機「ＢＭＳ８００」を用い、加熱設定温度を１９０℃、真空度を２×１０−３Paとして蒸着を行った。
【００４９】
また、酸素プラズマの発生にはヤマト科学社製のプラズマ処理機「プラズマリアクター  ＰＲ４１」を用い、出力を５００Ｗ、酸素ガス流量を６０ml/minとして酸素プラズマを発生させた。ここで、酸素プラズマに対する無機酸化物層８１の暴露時間は３０分とした。
【００５０】
また、フッ素含有化合物としては、上述の「オプツールＤＳＸ」（「オプツール」は登録商標）を用いた。
【００５１】
（２）サンプルの評価
作製した各サンプルの成形型を用いて５００００個のレンズを成形した。
次に、１ショット目、２５０００ショット目、５００００ショット目のレンズに関し、以下の基準に従ってレンズ性能及び離型性を評価したところ、上述の表１に示す通りとなった。
【００５２】
＜レンズ性能＞
○：光学性能に問題がなく、実用上、問題がない。
△：光学性能が規格範囲内にぎりぎり収まり、実用上、問題がない。
【００５３】
＜離型製＞
○：離型不良に起因する欠損がレンズ表面に存在しない
△：離型不良に起因する荒れがレンズ表面に僅かに観察されるものの、実用上、問題がない。
×：離型不良に起因する欠損がレンズ表面に明らかに観察され、実用上、問題がある。
【００５４】
（３）まとめ
表１の結果から、（１）〜（１５）の成形型のサンプルでは、（１６）〜（２２）のサンプルと比較して、離型性が長期間に亘って向上している。このことから、成形面に無機酸化物層を形成し、当該無機酸化物層の表面を酸素プラズマ中に曝した後、この無機酸化物層の表面にフッ素含有化合物層を形成することにより、離型性を長期間に亘って向上させられることが分かる。
【００５５】
また、（１），（６），（１１）の成形型のサンプルでは、（２）〜（５），（７）〜（１０），（１２）〜（１５）のサンプルと比較して、ショット数が多くなると離型性が僅かに低下している。このことから、無機酸化物層の厚みを５ｎｍ以上とすることにより、成形型の離型性をより長期間に亘って向上させられることが分かる。
【００５６】
また、（５），（１０），（１５）の成形型のサンプルでは、（１）〜（４），（６）〜（９），（１１）〜（１４）のサンプルと比較して、レンズ性能が低下している。このことから、無機酸化物層の厚みを２０ｎｍ以下とすることにより、成形型の転写性を向上させ、光学性能の高い光学素子を成形できることが分かる。
【符号の説明】
【００５７】
１０                成形型
８１                無機酸化物層
８２                フッ素含有化合物層
１０１Ｃ，１０２Ｃ  成形面
【図１】
2010173237.tif 000004
【図２】
2010173237.tif 000005