(57)【要約】【課題】保護膜の密着性及び膜質の分布を自由に設計できる保護膜の形成方法、膜形成用装置、及び膜形成システム等を提供すること。【解決手段】保護成分の粒子体Ｐを所定方向ＰＤから母材ＢＭの表面へと供給して保護膜ＰＭを形成する保護膜の形成方法は、所定方向ＰＤと、母材ＢＭの表面とがなす角度を調節する角度調節工程を有する。この角度調節工程は、母材ＢＭの表面の少なくとも１区画が所定方向ＰＤに略直交する期間を継続する直交継続工程を有することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護成分の粒子体を所定方向から母材表面へと供給して保護膜を形成する保護膜の形成方法であって、
前記所定方向と、前記母材表面とがなす角度を調節する角度調節工程を有する形成方法。
【請求項２】
前記角度調節工程は、前記母材表面の少なくとも１区画が前記所定方向に略直交する期間を継続する直交継続工程を有する請求項１記載の形成方法。
【請求項３】
前記角度調節工程は、前記母材表面を構成する各区画が前記所定方向に略直交する時間を調整する直交時間調整工程を有する請求項１又は２記載の形成方法。
【請求項４】
前記直交時間調整工程は、前記各区画が前記所定方向に略直交する時間を均等化する均等化工程を有する請求項３記載の形成方法。
【請求項５】
前記母材表面を構成する各区画上の膜厚を検出し、この膜厚の分布に基づいて、各区画が前記粒子体に曝される時間を調節する曝時間調節工程を更に有する請求項１から４いずれか記載の形成方法。
【請求項６】
請求項１から５いずれか記載の形成方法で形成された保護膜を表面に備える成形型。
【請求項７】
請求項６記載の成形型を用いて成形されたガラス成形体。
【請求項８】
請求項７記載のガラス成形体からなる光学素子。
【請求項９】
請求項８記載の光学素子を用いた光学機器。
【請求項１０】
母材表面の上への保護膜の形成に用いられる膜形成用装置であって、
母材表面の形状を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段で記憶された形状に基づいて、保護成分の粒子体が供給される所定方向と、前記母材表面とがなす角度を調節する角度調節手段と、を備える形成装置。
【請求項１１】
前記角度調節手段は、前記母材表面の少なくとも１区画が前記所定方向に略直交する期間を継続するように、前記角度を調節する直交継続手段を有する請求項１０記載の膜形成用装置。
【請求項１２】
前記角度調節手段は、前記母材表面を構成する各区画が前記所定方向に略直交する時間を調整するように、前記角度を調節する直交時間調整手段を有する請求項１０又は１１記載の膜形成用装置。
【請求項１３】
前記直交時間調整手段は、前記各区画が前記所定方向に略直交する時間を均等化する均等化手段を有する請求項１２記載の膜形成用装置。
【請求項１４】
前記母材表面を構成する各区画上の膜厚を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された膜厚の分布に基づいて、各区画が前記粒子体に曝される時間を調節する曝時間調節手段と、を更に備える請求項１０から１３いずれか記載の膜形成用装置。
【請求項１５】
前記曝時間調節手段は、前記母材を回転させる回転手段と、この回転手段の回転速度を調整する速度調整手段と、を有する請求項１４記載の膜形成用装置。
【請求項１６】
請求項１０から１５いずれか記載の膜形成用装置と、前記母材表面へと前記粒子体を供給する供給装置と、を備える膜形成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護膜の形成方法、膜形成用装置、及び膜形成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子等の成形体は、成形体の軟化状態に加熱し、成形型でプレスしてプレス体を形成し、このプレス体を研磨したり、あるいは光学ガラスからプリフォームを作製し、このプリフォームを、高精度に仕上げられた表面を有する金型でモールドプレスしたりすることで製造されている。しかし、研磨には多大な時間及び費用が費やされることから、特に非球面レンズを製造する際、後者のモールドプレス技術が用いられる機会が増えている。
【０００３】
ここで、モールドプレスに用いられる金型については、金型の耐久性やガラスとの離型性の向上のため、成形面に保護膜を形成することで、抗酸化性、耐熱性、成形体の軟化材料に対する安定性等を付与する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
一般に、母材表面への保護膜の形成は、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、イオンプレーディングといった技術を用い、保護成分の粒子体を母材表面へ供給することで行われる。具体的には、母材を水平方向に回転させつつ、母材表面の一部に向けて保護成分の粒子体を供給する。そして、保護膜の膜厚が均等になるよう、母材の回転速度を適宜調節する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２３２３０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、従来の方法では、母材表面への保護膜の密着性が全く考慮されていない。この結果、保護膜の密着性が不均一になった場合には、保護膜が部分的に剥離する等の問題が生じやすいし、意図的に密着性を箇所ごとに変えて設定することもできず、設計の自由度が不充分である。また、従来の方法では、膜質も考慮されておらず、この結果、表面の粗さが部位間で異なることで、モールドプレスにおける成形が不均一になる等の問題が生じやすい。
【０００７】
本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、保護膜の密着性及び膜質の分布を自由に設計できる保護膜の形成方法、膜形成用装置、及び膜形成システムを提供することを第１の目的とする。また、本発明は、上記方法で形成された保護膜を備える成形型、この成形型を用いて成形されたガラス成形体、光学素子、及び光学機器を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、母材表面に対する粒子体の供給方向の変化につれて、母材表面への保護膜の密着性及び膜質が変化することを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【０００９】
（１）  保護成分の粒子体を所定方向から母材表面へと供給して保護膜を形成する保護膜の形成方法であって、
前記所定方向と、前記母材表面とがなす角度を調節する角度調節工程を有する形成方法。
【００１０】
（２）  前記角度調節工程は、前記母材表面の少なくとも１区画が前記所定方向に略直交する期間を継続する直交継続工程を有する（１）記載の形成方法。
【００１１】
（３）  前記角度調節工程は、前記母材表面を構成する各区画が前記所定方向に略直交する時間を調整する直交時間調整工程を有する（１）又は（２）記載の形成方法。
【００１２】
（４）  前記直交時間調整工程は、前記各区画が前記所定方向に略直交する時間を均等化する均等化工程を有する（３）記載の形成方法。
【００１３】
（５）  前記母材表面を構成する各区画上の膜厚を検出し、この膜厚の分布に基づいて、各区画が前記粒子体に曝される時間を調節する曝時間調節工程を更に有する（１）から（４）いずれか記載の形成方法。
【００１４】
（６）  （１）から（５）いずれか記載の形成方法で形成された保護膜を表面に備える成形型。
【００１５】
（７）  （６）記載の成形型を用いて成形されたガラス成形体。
【００１６】
（８）  （７）記載のガラス成形体からなる光学素子。
【００１７】
（９）  （８）記載の光学素子を用いた光学機器。
【００１８】
（１０）  母材表面の上への保護膜の形成に用いられる膜形成用装置であって、
母材表面の形状を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段で記憶された形状に基づいて、保護成分の粒子体が供給される所定方向と、前記母材表面とがなす角度を調節する角度調節手段と、を備える形成装置。
【００１９】
（１１）  前記角度調節手段は、前記母材表面の少なくとも１区画が前記所定方向に略直交する期間を継続するように、前記角度を調節する直交継続手段を有する（１０）記載の膜形成用装置。
【００２０】
（１２）  前記角度調節手段は、前記母材表面を構成する各区画が前記所定方向に略直交する時間を調整するように、前記角度を調節する直交時間調整手段を有する（１０）又は（１１）記載の膜形成用装置。
【００２１】
（１３）  前記直交時間調整手段は、前記各区画が前記所定方向に略直交する時間を均等化する均等化手段を有する（１２）記載の膜形成用装置。
【００２２】
（１４）  前記母材表面を構成する各区画上の膜厚を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された膜厚の分布に基づいて、各区画が前記粒子体に曝される時間を調節する曝時間調節手段と、を更に備える（１０）から（１３）いずれか記載の膜形成用装置。
【００２３】
（１５）  前記曝時間調節手段は、前記母材を回転させる回転手段と、この回転手段の回転速度を調整する速度調整手段と、を有する（１４）記載の膜形成用装置。
【００２４】
（１６）  （１０）から（１５）いずれか記載の膜形成用装置と、前記母材表面へと前記粒子体を供給する供給装置と、を備える膜形成システム。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、粒子体の供給方向と母材表面とがなす角度を調節することで、母材表面への粒子体の密着性及び膜質が変化するため、保護膜の密着性及び膜質の分布を自由に設計できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る膜形成システムの一部を示す図である。
【図２】図１の膜形成システムのブロック図である。
【図３】図１における母材表面の姿勢の変化を示す斜視図である。
【図４】図１における母材表面の姿勢の変化を示す図である。
【図５】図１における母材表面のうち所定方向に略直交する区画の推移例を示す図である。
【図６】図１における母材表面のうち所定方向に略直交する区画の推移を示すグラフである。
【図７】図１の膜形成システムに適用される母材表面の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る膜形成システム１０の一部を示す図であり、図２は膜形成システム１０のブロック図である。図１に示されるように、膜形成システム１０は、供給装置２０及び支持部３０を備える。
【００２８】
支持部３０は母材ＢＭを支持し、図示しない保持部材により、支持部３０に対する母材ＢＭの姿勢が後述の変角や回転にかかわらず変化しないようにする。そして、支持部３０に対向するように供給装置２０が配置されていて、支持部３０上の母材ＢＭへと保護成分の粒子体Ｐを供給する。
【００２９】
図１に示される供給装置２０は従来公知のスパッタリング装置であり、保護成分を含むターゲット２１を有する。そして、このターゲット２１に、イオン化した希ガス原子等を衝突させることで、粒子体Ｐが下方の母材ＢＭの表面へと供給され、やがて保護膜ＰＭが形成される。母材ＢＭの表面への粒子体Ｐの供給方向を所定方向ＰＤと定義する。図１に示す所定方向ＰＤは、鉛直方向であるが、これに限られない。
【００３０】
保護成分は、保護膜ＰＭに要求される特性に応じて適宜選択されてよい。例えば、保護膜ＰＭがガラス成形に使用される場合には、ガラスに対する安定性、耐熱性、抗酸化性といった特性が要求されるため、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｗ、Ｒｅ、Ｔａ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ等の成分を含んでよい。
【００３１】
なお、供給装置２０は、母材ＢＭへの膜密着性の点で、図１のようなスパッタリング装置が好ましいが、これに限られず、化学蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、イオンプレーディングといった従来公知の成膜技術を適用できる装置であればよい。このように、本明細書における粒子体は、固体に限定されず気体又は液体であってもよく、原子、分子、イオン等のいかなる形態を有してもよい。
【００３２】
図２に示されるように、膜形成システム１０は、供給装置２０及び支持部３０に加え、膜形成用装置７０を更に備えている。この膜形成用装置７０の詳細を以下説明する。
【００３３】
膜形成用装置７０は、供給装置２０及び／又は支持部３０に設けられた変角機構４０を有していて、この変角機構４０により供給装置２０及び支持部３０のなす角度を調節することができる（角度調節工程）。これにより、所定方向ＰＤと母材ＢＭの表面とがなす角度（以後、交差角度と称する）が変化する。ここで、交差角度が直角に近づくにつれ、母材ＢＭの表面への粒子体Ｐの衝突時のエネルギが増すため、形成される保護膜ＰＭの密着性が増す一方、交差角度が直角から離れるにつれ、母材ＢＭの表面への粒子体Ｐの衝突時のエネルギが減少するため、保護膜ＰＭの密着性が減る。また、衝突時のエネルギの増減により、膜の密度及び硬度が変化し、表面粗さ等の膜質が変化する。従って、母材ＢＭの表面を構成する各区画における交差角度を調節することで、保護膜ＰＭの密着性及び膜質を適切に設計できる。なお、変角機構４０の具体的構成は、従来周知の通りであってよいため、省略する。
【００３４】
本実施形態の変角機構４０はＸ方向変角機構４１及びＹ方向変角機構４３を有する。これにより、図３に示すように、支持部３０はＸ方向変角機構４１によってＸ方向に変角し、Ｙ方向変角機構４３によってＹ方向に変角する。これらＸ方向変角機構４１及びＹ方向変角機構４３を適宜組み合わせて用いることにより、所定方向ＰＤと母材ＢＭの表面とのなす角度が任意方向に関して変化するため、種々の表面形状を有する母材ＢＭに対応できる。例えば、Ｘ方向変角機構４１及びＹ方向変角機構４３の各々による単位時間あたりの変角量及びその比を適切に設定することで、所定方向ＰＤと母材ＢＭの表面とのなす角度を、所望の方向へ適切な速度で変化させることができる。
【００３５】
ここで、膜形成用装置７０は、母材ＢＭの表面形状を記憶する記憶部５５（記憶手段）を備えており、この記憶部５５で記憶された形状に基づいて、角度調節部５０が交差角度を調節する。これにより、用いる母材ＢＭの表面形状に対応して交差角度が調節されるので、種々の表面形状を有する母材ＢＭに、所望の密着性及び膜質の分布を有する保護膜ＰＭを形成できる。なお、記憶部５５に記憶される形状は、母材ＢＭの２次元又は３次元の形状であってよいが、密着性及び膜質の分布の設計精度を向上できる点では３次元の形状であることが好ましい。
【００３６】
前述のように、交差角度が直角であるときに保護膜ＰＭの密着性が最大になることから、保護膜ＰＭの密着性分布に最も寄与するのは、母材ＢＭの各区画が所定方向ＰＤに略直交する時間である。そこで、角度調節部５０は、各区画が所定方向ＰＤに略直交する時間を調整する（直交時間調整工程）ように、交差角度を調節する直交時間調整部５３（直交時間調整手段）を有することが好ましい。これにより、密着性分布を容易に設計できることが期待される。本明細書における略直交とは、直交のみならず、必要とされる設計精度に応じて直交に近似した状態も指す。なお、各区画が所定方向ＰＤに、略直交に限られず所望の角度をなす時間を調整してよい。
【００３７】
各区画が所定方向ＰＤに略直交する時間を調整する一例を、図４〜６を参照して以下説明する。
【００３８】
図４は、母材ＢＭ表面の姿勢の変化を示す図である。図４に示す母材ＢＭの表面は部分球面であるため、まず、図４（ａ）の状態では、母材ＢＭの略中央に位置する区画が、所定方向ＰＤに略直交する直交区画ＯＰである。次に、変角機構４０によって支持部３０が左方向に傾くと、直交区画ＯＰは右方向へと移り（図４（ｂ））、更に支持部３０が右方向に傾くと、直交区画ＯＰは左方向へと移る。
【００３９】
図５は、直交区画ＯＰの推移を示す母材ＢＭの平面図である。直交区画ＯＰが推移する軌道は、特に限定されず、母材ＢＭの各区画が直交区画ＯＰになる時間が計画に沿ったものになるよう適宜設定されてよい。特に限定されないが、直交区画ＯＰは、例えば図５（ａ）のように母材ＢＭの略中央から外縁へと螺旋状に推移してもよいし、図５（ｂ）のように母材ＢＭの一端からジグザグに他端へと推移してもよい。
【００４０】
なお、直交区画ＯＰは、高い膜密着性が要求される箇所に重点的に推移させればよく、図５では、全区画に高い膜密着性を付与するため直交区画ＯＰが全区画に推移する態様を示したが、これに限られず、母材ＢＭの一部の区画にのみ推移してもよい。
【００４１】
図２に戻って、直交時間調整部５３は、均等化手段としての均等化部５３１を有することが好ましい。これにより、各区画が所定方向ＰＤに略直交する時間が均等化される（均等化工程）ので、母材ＢＭの表面全体に亘り均一な膜密着性を得ることができる。
【００４２】
また、角度調節部５０は、直交継続手段としての直交継続部５１を有することが好ましい。これにより、母材ＢＭの表面の少なくとも１区画が所定方向ＰＤに略直交する期間を継続する（直交継続工程）ように、交差角度が調節されるため、膜密着性に優れ且つ所望の膜質を有する保護膜ＰＭを短時間で形成できる。
【００４３】
直交継続部５１及び直交時間調整部５３の作用の詳細を、図６を参照しつつ説明する。
【００４４】
図６は、母材ＢＭの表面における直交区画ＯＰの経時的な推移例を示すグラフである。図６に示される態様では、直交区画ＯＰは、時間０〜ｔにおいて区画１に、ｔ〜２ｔにおいて区画２に推移している。従って、時間０〜２ｔにおいては、直交継続部５１が、母材ＢＭの表面の少なくとも１区画が所定方向ＰＤに略直交する期間を継続していることになる。
【００４５】
次に、時間２ｔ〜（２ｔ＋α）の間には、直交継続部５１を作動しなかった結果、いずれの区画も所定方向ＰＤに略直交しない期間が介在している。その後、再び直交継続部５１が作動し、時間（２ｔ＋α）〜（３ｔ＋α）において区画３に、（３ｔ＋α）〜（４ｔ＋α）において区画４に直交区画ＯＰが推移している。
【００４６】
やがて、直交区画ＯＰが区画ｎに推移し終わると、この推移を必要に応じて繰り返し、再び区画１、２・・・へ推移する。このような推移が完了したとき、直交区画ＯＰが各区画に推移する時間は等しく、ｔ×（繰返し数）になる。これは直交時間調整部５３が全期間に亘り作動したことによる。なお、直交区画ＯＰの推移軌道は、図６に示すように各回を通じて同一であってもよいし、各回で異なっていてもよい。例えば、直交区画ＯＰは、区画ｎへ推移した後、区画（ｎ−１）、（ｎ−２）・・・と推移してもよい（初回の推移軌道の逆行）し、初回の軌道とは全く異なる軌道を推移してもよい。
【００４７】
図６に示される態様では、区画１〜ｎに推移する各回の時間をｔで一定としたが、直交区画ＯＰの推移時間の和が区画同士の間で等しい限りにおいて、これに限られない。例えば、各回での直交区画ＯＰの推移時間は区画同士の間で異なっても、それに応じて推移回数を異ならせることで、推移時間の和を区画同士で等しくすればよい。
【００４８】
図２に戻って、膜形成用装置７０は、母材ＢＭの表面を構成する各区画上の保護膜ＰＭの膜厚を検出する検出部６１を有し、この検出部６１で検出された膜厚の分布に基づいて、曝時間調節部６０（曝時間調節手段）は、各区画が粒子体Ｐに曝される時間を調節する（曝時間調節工程）。これにより、所望の膜厚分布を有する保護膜ＰＭを形成することができる。なお、膜厚の分布は、保護膜ＰＭが使用される用途等に応じて、適宜設計されてよい。つまり、通常は膜厚が均等に分布することが好ましいが、これに限られるものではない。
【００４９】
本実施形態における曝時間調節部６０は、検出部６１で検出された膜厚分布に基づいて、変角機構４０による変角の速度及び方向、並びに回転モータ６３（回転手段）による支持部３０の回転速度を制御する速度調整手段を構成する。なお、回転モータ６３は、支持部３０を水平方向に回転させる駆動源である。これにより、変角機構４０又は回転モータ６３の一方のみを制御するのに比べ、より自由度の高い制御を行うことができるため、種々の表面形状を有する母材ＢＭに対応できる。
【００５０】
以上のようにして形成された保護膜ＰＭは、所望の密着性及び膜質の分布を有しているため、種々の用途に好適に使用できる。例えば、保護膜ＰＭを表面に備える成形型は、高精密な形状を要求されるガラス成形体の成形に好適であり、この成形型を用いて成形されたガラス成形体からなる光学素子、及びこの光学素子を用いた光学機器は、光学的に極めて優れたものである。また、母材としてガラス成形体を用いることで、ガラス成形体の表面に反射防止性等の特性を有した保護膜を形成してもよい。
【００５１】
なお、成形型の表面への保護膜ＰＭの配置は、特に限定されず、母材ＢＭとして成形型を用い、成形型の表面に直接的に形成することで行ってもよいし、母材ＢＭとしてマスター型を用いて、一旦マスター型の表面に形成した保護膜ＰＭを成形型に転写することで行ってもよい。
【００５２】
（変形例）
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５３】
例えば、図３及び４では、支持部３０の姿勢が変化する態様を示したが、これに限られず、供給装置２０の姿勢を変化させることで所定方向ＰＤを変えてもよく、供給装置２０及び支持部３０の双方の姿勢を変化させてもよい。
【００５４】
また、図１で用いた母材ＢＭは、部分球面の表面を有していたが、これに限られず、任意の表面形状を有してよい。例えば図７に示されるように、母材ＢＭの表面は凹凸を有してもよい。このような場合には、所定方向ＰＤに略直交する直交区画ＯＰが複数依存するが、複数の直交区画ＯＰの一部又は全部を適切に推移させることで、所望の密着性及び膜質の分布を有する保護膜ＰＭを形成できる。
【符号の説明】
【００５５】
１０  膜形成システム
２０  供給装置
３０  支持部
４０  変角機構
４１  Ｘ方向変角機構
４３  Ｙ方向変角機構
５０  角度調節部（角度調節手段）
５１  直交継続部（直交継続手段）
５３  直交時間調整部（直交時間調整手段）
５５  記憶部（記憶手段）
６０  曝時間調節部（曝時間調節手段）
６１  検出部
６３  回転モータ
７０  膜形成用装置
５３１  均等化部（均等化手段）
ＢＭ  母材
ＰＭ  保護膜
ＰＤ  所定方向
ＯＰ  直交区画
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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