(57)【要約】【課題】面の精度が規格内となる所定の範囲内に収められた光学素子をより多く成形することができる光学素子用成形型を提供する。【解決手段】ガラス素材Ｗを型母材８の成形面８ａで押圧し光学素子を成形するための光学素子用成形型２であって、成形面８ａに、成形面８ａの周縁８ｂから成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って所定の範囲内で漸次厚くなるように形成された保護膜１１を備える。この所定の範囲とは、例えば、成形される光学素子が規格内となるための、成形面が光学素子を押圧する所定の範囲に対応する保護膜の厚さの範囲を意味する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス素材を型母材の成形面で押圧し光学素子を成形するための光学素子用成形型であって、
前記成形面に、該成形面の周縁から当該成形面の中心に向かうに従って所定の範囲内で漸次厚くなるように形成された保護膜を備えることを特徴とする光学素子用成形型。
【請求項２】
ガラス素材を型母材の成形面で押圧し光学素子を成形するための光学素子用成形型の製造方法において、
前記型母材に前記成形面を形成する工程と、
前記成形面に、該成形面の周縁から当該成形面の中心に向かうに従って所定の範囲内で漸次厚くなるように制御しつつ保護膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする光学素子用成形型の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光学素子用成形型の製造方法において、
前記型母材として、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を用いることを特徴とする光学素子用成形型の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の光学素子用成形型の製造方法において、
前記保護膜が白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも１種類の元素、又は該元素のうち少なくとも１種類を含む化合物から形成されていることを特徴とする光学素子用成形型の製造方法。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれかに記載の光学素子用成形型の製造方法において、
前記保護膜を形成する工程において、
前記成形面を、ターゲットの表面に対向させるとともに、前記ターゲットの前記表面の中心における法線上に前記成形面の前記中心が位置するように配置し、
かつ前記ターゲットの前記表面から前記成形面までの距離を調節しつつスパッタリング法により前記保護膜を形成することを特徴とする光学素子用成形型の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子用成形型の製造方法において、
前記保護膜を形成する工程において、
前記ターゲットと前記成形面との間に、自身の内腔部を前記法線が通る貫通孔が形成され該貫通孔の外縁部で前記ターゲットから放出されるスパッタ粒子を遮る補正板を設けて、前記保護膜の厚さを制御することを特徴とする光学素子用成形型の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の光学素子用成形型を使用し、前記ガラス素材を前記型母材の成形面に備えられた前記保護膜で押圧し、前記光学素子を成形することを特徴とする光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子用成形型、光学素子用成形型の製造方法、並びに光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス素材を型母材の成形面で押圧してプレス成形し光学素子とする光学素子用成形型が知られている。特に、近年は、光学系の高性能化に伴い、非球面形状のみならず自由曲面形状等の複雑な形状の光学素子を大量に安く生産できるプレス成形の需要が高まっている。
この光学素子用成形型の一つとして、例えば、特許文献１に示すように、焼結した超硬合金等からなる型母材と、この型母材の表面上に形成された白金、パラジウム等の元素含む合金等で形成された表面層（保護膜）と、これら型母材と表面層との間に形成された中間層とを備えた光学素子成形用型が知られている。
この光学素子成形用型のように表面層を設けることで、雰囲気中の酸素により成形面が酸化して型母材が劣化するのを防止するとともに、ガラス素材と型母材との離型性が向上するとされる。
【０００３】
前記の表面層は、例えば、スパッタリング法によりターゲットから放出されるスパッタ粒子を型母材の成形面に堆積させることで形成される。
また、一般的に、光学素子用成形型を用いて光学素子をプレス成形するときには、ガラス素材は曲率形状に形成されて供給される。そして、例えば、凸形状に形成された成形面の最も突出した部分である中心でガラス素材を押圧し、成形面の周縁に向けて押し広げることで光学素子を成形している。
このプレス成形の際に、光学素子は表面層に押圧される面の精度が規格内となる所定の範囲で収まるように光学素子用成形型が製作される。また、表面層（保護膜）の膜厚分布は成膜される成形型の形状や、成膜時の成膜材料の飛来方向等によるもので、意図的に管理はされていない。
一般的に、型母材上に形成された保護膜がガラス素材に当接する部分は、成形面の中心に形成された部分から成形面の周縁に形成された部分へと広がっていくので、保護膜が磨耗する量は成形面の中心に形成された部分の方が周縁に形成された部分より多くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４４３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記光学素子用成形型で光学素子の成形を繰り返し行うと、保護膜のうちガラス素材との接触時間が長い部分、言い換えればプレス成形時にガラス素材から接線に対し、垂直応力と水平応力の合力を大きく受ける部分では、保護膜が磨耗して磨り減る。その結果、成形を繰り返すにつれて、光学素子用成形型で形成される光学素子の形状が変化し、面精度が良品となる所定の範囲から外れて、良品の光学素子が得られなくなる恐れがあった。
一般的に、ガラス素材は曲率形状に形成されて光学素子用成形型に供給される。そして、型母材上に形成された保護膜がガラス素材に当接する部分は、成形面の中心に形成された部分から成形面の周縁に形成された部分へと広がっていくので、保護膜が磨耗する量は成形面の中心に形成された部分の方が周縁に形成された部分より多くなる。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、面の精度が規格内となる所定の範囲内に収められた光学素子をより多く成形することができる光学素子用成形型及び光学素子用成形型の製造方法、そしてこの光学素子用成形型を使用した光学素子の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の光学素子用成形型は、ガラス素材を型母材の成形面で押圧し光学素子を成形するための光学素子用成形型であって、前記成形面に、該成形面の周縁から当該成形面の中心に向かうに従って所定の範囲内で漸次厚くなるように形成された保護膜を備えることを特徴としている。
また、本発明の光学素子用成形型の製造方法は、ガラス素材を型母材の成形面で押圧し光学素子を成形するための光学素子用成形型の製造方法において、前記型母材に前記成形面を形成する工程と、前記成形面に、該成形面の周縁から当該成形面の中心に向かうに従って所定の範囲内で漸次厚くなるように制御しつつ保護膜を形成する工程と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
また、上記の光学素子用成形型の製造方法において、前記型母材として、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を用いることがより好ましい。
なお、ここで言う主成分とは、型母材を構成する不純物成分等を除いた成分のうち、含有量のモル数が最も多い成分のことを意味する。
【０００９】
また、上記の光学素子用成形型の製造方法において、前記保護膜が白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも１種類の元素、又は該元素のうち少なくとも１種類を含む化合物から形成されていることがより好ましい。
【００１０】
また、上記の光学素子用成形型の製造方法において、前記保護膜を形成する工程において、前記成形面を、ターゲットの表面に対向させるとともに、前記ターゲットの前記表面の中心における法線上に前記成形面の前記中心が位置するように配置し、かつ前記ターゲットの前記表面から前記成形面までの距離を調節しつつスパッタリング法により前記保護膜を形成することがより好ましい。
【００１１】
また、上記の光学素子用成形型の製造方法において、前記保護膜を形成する工程において、前記ターゲットと前記成形面との間に、自身の内腔部を前記法線が通る貫通孔が形成され該貫通孔の外縁部で前記ターゲットから放出されるスパッタ粒子を遮る補正板を設けて、前記保護膜の厚さを制御することがより好ましい。
【００１２】
また、本発明の光学素子の製造方法は、上記の光学素子用成形型を使用し、前記ガラス素材を前記型母材の成形面に備えられた前記保護膜で押圧し、前記光学素子を成形することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光学素子用成形型及び光学素子の製造方法によれば、面の精度が規格内となる所定の範囲内に収められた光学素子をより多く成形することができる。また、本発明の光学素子用成形型の製造方法によれば、前記光学素子用成形型を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の上型を使用した金型ユニットの要部断面である。
【図２】同上型の製造方法を示す説明図である。
【図３】同上型の製造方法を示す説明図である。
【図４】同上型の製造方法を示す説明図である。
【図５】同上型の製造方法を示す説明図である。
【図６】同上型の製造方法を示す説明図である。
【図７】同上型を使用した金型ユニットで平凹レンズを成形する方法を示す説明図である。
【図８】同上型を使用した金型ユニットで平凹レンズを成形する方法を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態の上型の変形例を示す要部断面図である。
【図１０】本発明の実施形態の上型の製造方法の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る光学素子用成形型の実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の光学素子用成形型を用いた金型ユニットの要部断面である。
光学素子用成形型は、ガラス素材を型母材の成形面で押圧し光学素子を成形するために用いられる型である。以下では、光学素子用成形型で、片側のみが凹んだ平凹レンズ（光学素子）の凹形状を形成する場合を例にとって説明する。
図１に示すように、金型ユニット１は、本実施形態の光学素子用成形型（以下、「上型」と称する）２と、この上型２の下方に対向して配置された下型３と、下型３に対して上型２が上下方向、すなわち鉛直方向Ｄのみに移動するように案内する筒状の胴型４と、上型２の上面に取付けられ、上型２を鉛直方向Ｄに駆動する駆動部５と、を備えている。すなわち、上型２及び下型３は、ガラス素材Ｗを押圧する押圧方向が鉛直方向Ｄに沿うように配置されている。
【００１６】
上型２は、略円筒状に形成された型母材８と、この型母材８の側面の上端部に径方向外側に突出するように形成されたフランジ部９とを有する。
型母材８は、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金を用いて形成されている。型母材８の底部には、成形する平凹レンズの凹形状の曲率半径に合わせた凸面である成形面８ａが形成されている。そして、凸面８ａの中心が型母材８の軸線Ｃ１上に位置するように、成形面８ａが形成されている。さらに成形面８aの光学機能形状の転写面の光軸が、型母材８の軸線Ｃ１上に位置されているように形成されている。
なお、ここで言う主成分とは、型母材８を構成する不純物成分等を除いた成分のうち、含有量のモル数が最も多い成分のことを意味する。
また、フランジ部９の下面には、リング状であって所定の厚さに形成されたスペーサ９ａが取付けられている。
【００１７】
型母材８の成形面８ａには、クロム窒化物による中間層１０が形成されている。そして、中間層１０には、成形面８ａの周縁８ｂから成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って漸次厚くなるように保護膜１１が形成されている。なお、以下で、「中間層の厚さ」、「保護膜の厚さ」、又は「平凹レンズの厚さ」等というときには、中間層、保護膜、又は平凹レンズの鉛直方向Ｄの厚さを意味するものとする。また、以下では、説明の便宜のため、平凹レンズを繰返し成形することにより保護膜１１のみが磨耗するものとして説明する。
図１中において、保護膜１１中に二点鎖線で示した線は、成形面８ａの全体に形成される保護膜１１の厚さが、成形面８ａの周縁８ｂに形成された保護膜１１の厚さに等しい場合を示している。このように、保護膜１１の厚さは、成形面８ａの周縁８ｂに形成された部分が最も薄く、成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も厚いという一定の膜厚分布を有するように設定されている。なお、保護膜１１の厚さについては、後で再度詳しく説明する。
本実施形態では、保護膜１１は、白金及びイリジウムを含む化合物により形成されている。
【００１８】
下型３は、型母材８と等しい外径を有するように略円筒状に形成された型母材１２と、この型母材１２の側面の下端部に径方向外側に突出するように形成されたフランジ部１３とを有する。
型母材１２は型母材８と同じ材料で形成され、型母材１２の上面には、型母材１２の軸線に直交する平面となるように成形面１２ａが形成されている。そして、型母材１２の成形面１２ａには、中間層１０と同じ材料で形成された中間層１４が厚さが一定となるように形成されている。さらに、中間層１４には、保護膜１１と同じ材料で形成された保護膜１５が厚さが一定となるように形成されている。
この保護膜１１は、後述するように、ガラス素材Ｗを押圧してプレス成形するたびに、ガラス素材Ｗから受ける反力に応じて磨耗していく。
下型３は、フランジ部１３の上面を胴型４の下面に取付けるとともに型母材１２の外周面を胴型４の内周面に取付けることで、胴型４に固定されている。
【００１９】
型母材８の軸線Ｃ１は、胴型４及び下型３の軸線に一致するように配置されている。
また、上型２及び下型３には、不図示の加熱手段がそれぞれ設けられ、上型２の保護膜１１と下型３の保護膜１５との間に供給されるガラス素材Ｗを一定の温度に加熱できるようになっている。
【００２０】
ガラス素材Ｗは略球状に形成されて、下型３の保護膜１５上であって軸線Ｃ１上に供給される。特に、凸レンズをプレス成形する場合には、成形面においてガラス素材Ｗを押圧する部分の曲率半径は、ガラス素材Ｗにおける押圧される部分の曲率半径より大きくなるように構成されている。
そして、後述するように、上型２の保護膜１１と下型３の保護膜１５との間にガラス素材Ｗを供給し、スペーサ９ａの下面を胴型４の上面に当接させたときに、上型２の保護膜１１と下型３の保護膜１５との鉛直方向Ｄの距離が所定の値になり、所定の寸法の平凹レンズが成形できるようになっている。このとき、保護膜１１が受ける応力は、成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も大きくなり、中心８ｃから離間するに従って小さくなる。すなわち、保護膜１１は、成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も磨耗しやすくなっている。
また、一般的に、平凹レンズの各部位において、製品として規格内となる面の精度の所定の範囲が定められている。この面の精度の所定の範囲は、平凹レンズの精度や平凹レンズにおける部位により異なるものである。
そして、成形面８ａの中心８ｃの周辺部に形成された保護膜１１の厚さは、前述のように、成形面８ａの周縁８ｂに形成された部分が最も薄く、成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って漸次厚くなるという一定の膜厚分布を有するように設定されている。言い換えれば、保護膜１１の厚さの分布は、成形される平凹レンズの面の精度が製品として規格内となる面の精度の所定の範囲に収まるように、所定の範囲に設定されている。
【００２１】
成形面８ａの中心８ｃに形成される保護膜１１の厚さは、平凹レンズにおいて成形面８ａの中心８ｃで成形される部分、すなわち平凹レンズの中心における厚さが、製品として規格内となる所定の範囲の面の精度、つまり下限値から上限値の間に対応するように設定される。ここで、レンズの中心における厚さがレンズの製品として規格内となる所定の範囲の面の精度の下限値に対応しているとは、レンズが規格内となる所定の面精度を得られる範囲内で、最もレンズの中心の厚さが薄いときを指す。また、レンズの中心における厚さが、レンズの製品として規格内となる所定の範囲の面の精度の上限値に対応しているとは、レンズが規格内となる所定の面精度を得られる範囲内で、最もレンズの中心の厚さが厚いときを指す。
そして、本実施形態では、保護膜１１における成形面８ａの中心８ｃに成形される部分の厚さは、平凹レンズが製品として規格内となる面精度の下限値に対応するように設定されている。言い換えれば、保護膜１１における成形面８ａの中心８ｃに成形される部分の厚さは、平凹レンズが製品として規格内となる範囲でできるだけ厚く設定されている。
【００２２】
ただし、保護膜が厚すぎると、保護膜に微小なクラックが発生して保護膜が中間層や型母材から剥がれたり、厚い保護膜で成形されるレンズの表面が粗くなったりする恐れがある。このため、保護膜１１の厚さは２５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
また、保護膜１１の厚さは、成形面８ａの中心８ｃで２００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下、成形面８ａの周縁８ｂで２００ｎｍ以上となるとともに、成形面８ａの周縁８ｂに形成される保護膜１１より成形面８ａの中心８ｃに形成される保護膜１１の方が厚くなるように設定されることが好ましい。保護膜１１の厚さが２００ｎｍ未満になると、保護膜１１が薄くなり過ぎて型母材８の酸化を防止し難くなる。
なお、保護膜１１の厚さは、成形面８ａの中心８ｃで６００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、成形面８ａの周縁８ｂで５００ｎｍ以上となるとともに、成形面８ａの周縁８ｂに形成される保護膜１１より成形面８ａの中心８ｃに形成される保護膜１１の方が厚くなるように設定されることがより好ましい。
【００２４】
次に、以上のように構成された金型ユニット１を構成する上型２の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を用いて略円筒状の型母材８を形成し、この型母材８の側面の上端部にフランジ部９を設ける。そして図３に示すように、型母材８の底部に、成形する平凹レンズの凹形状の曲率半径に合わせた凸面である成形面８ａを形成し、この成形面８ａを研磨する。
【００２５】
続いて、ＤＣスパッタ法により、型母材８の成形面８ａに中間層１０及び保護膜１１を順に形成する。
まず、図４に示すように、型母材８の成形面８ａを、クロム窒化物で形成された、例えば略円板状のターゲット２１の表面２１ａに対向させるとともに、ターゲット２１の表面２１ａの中心２１ｂにおける法線Ｃ２上に成形面８ａの中心８ｃが位置するように、上型２をスパッタチャンバ２２内に配置し、不図示の保持手段により上型２を保持する。このとき、型母材８の軸線Ｃ１は、ターゲット２１の法線Ｃ２と同一直線上に位置するように配置され、さらに、法線Ｃ２が鉛直方向Ｄに沿うように配置される。
ここで、ターゲット２１と上型２に電圧供給ユニット２３をそれぞれ電気的に接続し、雰囲気調節ユニット２４により、スパッタチャンバ２２内に例えば不活性ガスのアルゴンを充填する。
【００２６】
次に、図５に示すように、電圧供給ユニット２３により、ターゲット２１と上型２との間に、所定の電圧を供給する。すると、イオン化したアルゴン原子２５がターゲット２１と上型２との電位差により、ターゲット２１の表面２１ａに衝突し、表面２１ａからスパッタ粒子２６を放出させる。
すると、型母材８の成形面８ａにスパッタ粒子２６が堆積し、クロム窒化物による中間層１０が形成される。
【００２７】
続いて、図６に示すように、ターゲット２１に代えて、白金及びイリジウムを含む化合物により形成された略円板状のターゲット２７をスパッタチャンバ２２内に配置する。
この場合においても、型母材８の成形面８ａを、ターゲット２７の表面２７ａに対向させるとともに、ターゲット２７の表面２７ａの中心２７ｂにおける法線Ｃ３上に成形面８ａの中心８ｃが位置するように配置する。
そして、保持手段により上型２の法線Ｃ３方向の位置を調節して、ターゲット２７の表面２７ａから中間層１０の中心までの距離Ｌが所定の値になるように調節する。
【００２８】
さらに、電圧供給ユニット２３により、ターゲット２７と上型２との間に、所定の電圧を供給する。イオン化したアルゴン原子２５は、ターゲット２７の表面２７ａに衝突し、表面２７ａからスパッタ粒子２８を放出する。
中間層１０の下方側の面において、法線Ｃ３上に配置された部分はターゲット２７の表面２７ａと平行になっているので、保護膜１１の鉛直方向Ｄの厚さが最も厚くなる。また、法線Ｃ３上に配置されていない部分は、法線Ｃ３から離間するに従ってターゲット２７の表面２７ａに対してより傾くように形成されている。このため、中間層１０の下方側の面において、法線Ｃ３から離間した部分ほど、形成される保護膜１１の鉛直方向Ｄの厚さが薄くなる。
【００２９】
上記の成形面８ａへの保護膜１１の形成は、成形時間を制御して行われる。そして、中間層１０を介して成形面８ａに、成形面８ａの周縁８ｂから成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って漸次厚くなるような保護膜１１が形成される。
【００３０】
次に、以上のように構成された上型２を使用した金型ユニット１で平凹レンズを成形する方法について説明する。
まず、駆動部５により上型２を鉛直方向Ｄの上方に移動させた状態で、下型３の保護膜１５上であって軸線Ｃ１上にガラス素材Ｗを供給する。そして、図１に示すように、駆動部５により上型２を鉛直方向Ｄの下方に移動させ、不図示の加熱手段により上型２及び下型３を介してガラス素材Ｗを一定の温度に加熱しておく。
【００３１】
続いて、図７に示すように、ガラス素材Ｗを下方から下型３の保護膜１５で支持しつつ、駆動部５により上型２を鉛直方向Ｄの下方に移動させ、ガラス素材Ｗを上方から保護膜１１で押圧する。このとき、上型２を、スペーサ９ａの下面が胴型４の上面に当接するまで鉛直方向Ｄの下方に移動させる。
ガラス素材Ｗの上部は、保護膜１１において成形面８ａの中心８ｃに形成された部分により下方に押圧され、ガラス素材Ｗは軸線Ｃ１から離間する方向に変形していく。そして、上型２の保護膜１１と下型３の保護膜１５との間に平凹レンズＷ１が形成される。
このとき、保護膜１１はガラス素材Ｗから反力を受けるが、この反力は、保護膜１１において成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も大きく、軸線Ｃ１から離間するに従って小さくなる。保護膜１１は、ガラス素材Ｗから受ける反力の大きさに応じて磨耗していく。
【００３２】
続いて、加熱手段による加熱を停止し、図８に示すように、駆動部５により上型２を鉛直方向Ｄの上方に移動させ、金型ユニット１から平凹レンズＷ１を取出す。
このように、上型２と下型３との間にガラス素材Ｗを供給し、ガラス素材Ｗを下方から下型３で支持しながら上型２で上方から押圧することを繰返して、平凹レンズＷ１を繰返し成形する。
【００３３】
こうして、本発明の実施形態の上型２を使用した金型ユニット１によれば、成形面８ａに形成された保護膜１１はガラス素材Ｗの成形のたびに磨耗していくが、保護膜１１が磨耗した部分は、平凹レンズＷ１における鉛直方向Ｄの寸法が大きくなる。
また、ガラス素材Ｗは略球状に形成されて上型２と下型３との間に供給される。そして、保護膜１１がガラス素材Ｗに当接する部分は、成形面８ａの中心８ｃに形成された部分から成形面８ａの周縁８ｂに形成された部分へと広がっていくので、保護膜１１が磨耗する量は成形面８ａの中心８ｃに形成された部分の方が周縁８ｂに形成された部分より多くなる。
【００３４】
このため、成形面８ａの中心８ｃに形成する保護膜１１の厚さを、平凹レンズＷ１が製品として規格内となるための平凹レンズＷ１の中心における面の精度の所定の範囲を満たす範囲で厚くする。すなわち、成形面８ａの中心８ｃに形成する保護膜１１の厚さを、規格内の平凹レンズＷ１が成形できる範囲で厚くする。さらに、規格内となるための面の精度の所定の範囲の中で成形面８ａの周縁８ｂから成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って漸次厚くなるように保護膜１１を形成する。
そして、保護膜１１において成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も厚いが、金型ユニット１で平凹レンズＷ１を繰返して成形するにつれて、保護膜１１において成形面８ａの中心８ｃに形成された部分が最も磨耗することとなる。従って、この部分の保護膜１１が、平凹レンズＷ１が規格内となるための平凹レンズＷ１の中心における面の精度の上限値に対応する厚さに磨耗するまで、規格内の平凹レンズＷ１を繰返し成形することができる。
よって、この保護膜１１が形成された平凹レンズＷ１を用いて、面の精度が規格内となる平凹レンズＷ１をより多く成形することができる。
【００３５】
また、型母材８としてタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を用いるので、型母材８の硬度を高め、平凹レンズＷ１の形状を安定させて成形することができる。
また、保護膜１１は白金及びイリジウムを含む化合物により形成されているので、型母材８の酸化を抑えるとともに、成形される平凹レンズＷ１と型母材８との離型性を向上させることができる。
【００３６】
また、前記の上型２の製造方法によれば、スパッタ粒子はターゲット２７の表面２７ａから放出されるので、ターゲット２７の表面２７ａに対して平行に配置された成形面８ａの部分の方が、ターゲット２７の表面２７ａに対して傾いて配置された成形面８ａの部分よりも、スパッタリングにより形成される保護膜１１が厚くなる。
このため、型母材８の成形面８ａを、ターゲット２７の表面２７ａに対向させるとともに、ターゲット２７の表面２７ａの中心２７ｂにおける法線Ｃ３上に成形面８ａの中心８ｃが位置するように配置してスパッタリングを行うことで、下向きの凸面である成形面８ａに、成形面８ａの周縁８ｂから成形面８ａの中心８ｃに向かうに従って漸次厚くなるように保護膜１１を形成することができる。
【００３７】
また、スパッタ粒子はターゲット２７の表面２７ａからある程度広がりながら放出されるため、ターゲット２７の表面２７ａから成形面８ａまでの距離が近いと成形面８ａの中心８ｃと周縁８ｂに形成された保護膜１１の厚さの差が大きくなり、この距離が遠いと前記厚さの差が小さくなる。従って、ターゲット２７の表面２７ａから成形面８ａまでの距離を調節することで、成形面８ａにおける中心８ｃから周縁８ｂまでに形成される保護膜１１の厚さの分布を調節することができる。
また、前記の平凹レンズＷ１の製造方法によれば、面の精度が製品として規格内となる平凹レンズＷ１をより多く成形することができる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、上記実施形態では、保護膜１１、１５は、白金及びイリジウムを含む化合物により形成されていた。しかし、保護膜の材質としてはこれに限ることなく、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選択される少なくとも１種類の元素、又はこれらの元素のうち少なくとも１種類を含む化合物や合金から形成されていても良い。
また、上記実施形態では、上型２に中間層１０は備えられなくても良いし、下型３に中間層１４は備えられなくても良い。
【００３９】
また、上記実施形態では、型母材８及び型母材１２の材質として、タングステンカーバイドを主成分とする超硬合金の代わりに、ランタン系ガラスや二酸化ケイ素を用いても良い。
また、上記実施形態では、光学素子用成形型が平凹レンズＷ１の凹形状を形成する上型２である場合を説明した。しかし、光学素子用成形型は、例えば図９に示すように、両凸レンズを形成するための凹面である成形面３１ａを備えた金型３１であっても良い。
この変形例の金型３１において、成形面３１ａには中間層３２が形成され、成形面３１ａの周縁３１ｂから成形面３１ａの中心３１ｃに向かうに従って漸次厚くなるように保護膜３３が形成される。
【００４０】
また、上記実施形態では、上型２の中間層１０及び保護膜１１をＤＣスパッタ法により形成した。しかし、中間層１０及び保護膜１１を形成する方法は、ＤＣスパッタ法に限ることなく、ＲＦスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法等の成膜手法を用いても良い。
また、上記実施形態では、型母材８は略円筒状に形成されるとしたが、型母材８の形状はこれに限ることなく、底部に設けられる面に中心が特定できる形状であれば良い。例えば、型母材が直方体状であれば、底部に設けられる面は矩形となり、前記中心は矩形の対角線の交点となる。
【００４１】
また、上記実施形態では、上型２の保護膜１１を形成するときには、例えば図１０に示すように、ターゲット２７と成形面８ａとの間に設けられた補正板３６を用いても良い。
この補正板３６は、略リング状に形成された部材であり、ターゲット２７の表面２７ａに沿うとともに、表面２７ａの法線Ｃ３が補正板３６に形成された貫通孔３６ａの内腔部を通るように配置される。なお、貫通孔３６ａが円柱状の内腔として形成され、貫通孔３６ａの軸線が表面２７ａの法線Ｃ３に一致するように補正板３６が配置されることが好ましい。また、貫通孔３６aの直径は、成形面８aの直径の８割に加工されている。
ターゲット２７の表面２７ａから放出されるスパッタ粒子２８は、貫通孔３６ａの内腔部を通るものだけが中間層１０に堆積し、貫通孔３６ａの外縁部３６ｂに向かうスパッタ粒子２８は補正板３６に遮られて、中間層１０には堆積しない。
このように、補正板３６を設けることで、成形面８ａの周縁８ｂに形成される保護膜１１より成形面８ａの中心８ｃに形成される保護膜１１の方がより厚くなるように調節することができる。
【実施例１】
【００４２】
次に、上記の上型２を製造した結果、及び、この上型２を使用した金型ユニット１で平凹レンズを成形した結果について説明する。
型母材８の材料としてタングステンカーバイドを主成分とする超硬合金を用い、成形面８ａを表面粗度Ｒａが０．００５μｍとなるように研磨した。
スパッタリングのターゲットとしては、クロム窒化物で形成されたターゲット２１と、白金及びイリジウムを含む化合物により形成されたターゲット２７を用いた。そして、ターゲット２７の表面２７ａから中間層１０の中心までの距離Ｌが、１００ｍｍとなるように調節した（図６を参照）。
なお、本実施例の光学素子の面の精度の公差がＰＶ値で０．３μｍ以下であったため、ＰＶ値で０．３μｍ以内が規格内となるための所定の範囲の面精度に対応する保護膜１１の厚さの所定の範囲であるとする。
型母材８の成形面８ａに中間層１０を形成した後で、保護膜１１を一定時間成形した。この試験結果を表１の実施例１に示す。
【００４３】
【表１】
2010265152.tif 000003
【００４４】
成形の結果、保護膜１１の鉛直方向Ｄの厚さは、成形面８ａの周縁８ｂで４００ｎｍ、成形面８ａの中心８ｃで６００ｎｍとなった。
【００４５】
本実施例では、成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の厚さを６００ｎｍとすることで、金型ユニット１による成形当初の平凹レンズＷ１の中心の厚さは、設計値より薄くなる。そして、成形される平凹レンズＷ１の中心の厚さが設計値より３００ｎｍ厚くなるまで、すなわち成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の厚さが当初の厚さより５００ｎｍ薄くなって１００ｎｍとなるまで、規格内の平凹レンズＷ１を成形することができる。
また、本実施例では、成形面８ａの周縁８ｂに対する成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の鉛直方向Ｄの形成速度は、１．５倍になることが分かった。
【００４６】
さらに、この金型ユニット１で平凹レンズＷ１を繰返し成形した試験結果を表１の実施例１に示す。
平凹レンズＷ１を３０００回成形したときには、金型ユニット１に不具合はなかった。そして、平凹レンズＷ１を６０００回成形したときには、成形面８ａの中心８ｃに形成された保護膜１１が磨耗して、規格内の平凹レンズＷ１を成形できなくなることが分かった。
また、比較例として、前記の金型ユニット１において、保護膜１１の厚さのみを変えて試験を行った。すなわち、上型２に形成される保護膜の厚さが、成形面８ａの周縁８ｂに形成される部分と成形面８ａの中心８ｃに形成される部分がともに４００ｎｍになるように、言い換えれば保護膜の厚さが４００ｎｍで均一になるように形成した。
この比較例での試験結果は、表１の比較例に示されるように、平凹レンズＷ１を３０００回成形したときに、成形面８ａの中心８ｃに形成された保護膜が磨耗して、規格内の平凹レンズＷ１を成形できなくなることが分かった。
この比較例では、成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の厚さが、当初の厚さ４００ｎｍより３００ｎｍ薄くなって１００ｎｍとなるまで、規格内の平凹レンズＷ１を成形することができる。ただし、前記実施例１が保護膜１１の厚さが当初の厚さより５００ｎｍ薄くなるまで規格内の平凹レンズＷ１を成形できたのに対し、この比較例では保護膜の厚さが当初の厚さより３００ｎｍ薄くなるまでしか規格内の平凹レンズＷ１を成形できないこととなる。
【実施例２】
【００４７】
本実施例が上記の実施例１と異なる点は、保護膜１１の材質をイリジウムとルテニウムの合金としたことと、上記実施形態の変形例で図１０に示したように、ターゲット２７と成形面８ａとの間に補正板３６を設けたことである。
補正板３６は、上型２に保護膜１１を形成する前に、中間層１０の下部から下方に１ｍｍのところに配置した。そして、保護膜１１の全成形時間の３分の１が経過したときに補正板３６をスパッタチャンバ２２内から取外し、引き続いて補正板３６を用いずに保護膜１１を形成した。
成形の結果、表１の実施例２に示すように、保護膜１１の鉛直方向Ｄの厚さは、成形面８ａの周縁８ｂで４００ｎｍ、成形面８ａの中心８ｃで６００ｎｍとなった。そして、本実施例では、成形面８ａの周縁８ｂに対する成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の鉛直方向Ｄの形成速度は、１．５倍になることが分かった。
【００４８】
さらに、この金型ユニット１で平凹レンズＷ１を繰返し成形した試験結果を表１の実施例２に示す。
平凹レンズＷ１を３０００回成形したときには、金型ユニット１に不具合はなかった。そして、平凹レンズＷ１を６０００回成形したときには、成形面８ａの中心８ｃに形成された保護膜１１が磨耗して、規格内の平凹レンズＷ１を成形できなくなることが分かった。
【実施例３】
【００４９】
本実施例が上記の実施例２と異なる点は、イリジウムと白金の合金による保護膜１１を形成したことと、保護膜１１の全成形時間の１．０９分の１が経過したときに補正板３６をスパッタチャンバ２２内から取外し、引き続いて補正板３６を用いずに保護膜１１を形成したことである。
成形の結果、表１の実施例３に示すように、保護膜１１の鉛直方向Ｄの厚さは、成形面８ａの周縁８ｂで２００ｎｍ、成形面８ａの中心８ｃで２５００ｎｍとなった。そして、本実施例では、成形面８ａの周縁８ｂに対する成形面８ａの中心８ｃでの保護膜１１の鉛直方向Ｄの形成速度は、１２．５倍になることが分かった。
【００５０】
さらに、この金型ユニット１で平凹レンズＷ１を繰返し成形した試験結果を表１の実施例３に示す。
平凹レンズＷ１を３０００回成形したときには、金型ユニット１に不具合はなかった。そして、平凹レンズＷ１を３００００回成形したときには、成形面８ａの中心８ｃに形成された保護膜１１が磨耗して、規格内の平凹レンズＷ１を成形できなくなることが分かった。
【符号の説明】
【００５１】
２    上型（光学素子用成形型）
８    型母材
８ａ  成形面
８ｂ  周縁
８ｃ  中心
１１  保護膜
２７  ターゲット
２７ａ  表面
２７ｂ  中心
３６  補正板（遮蔽板）
３６ａ  貫通孔
３６ｂ  外縁部
Ｃ３  法線
Ｗ    ガラス素材
Ｗ１  平凹レンズ（光学素子）
【図１】
2010265152.tif 000004
【図２】
2010265152.tif 000005
【図３】
2010265152.tif 000006
【図４】
2010265152.tif 000007
【図５】
2010265152.tif 000008
【図６】
2010265152.tif 000009
【図７】
2010265152.tif 000010
【図８】
2010265152.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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