(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品の表面形状に沿う形状に形成された表面部に、粒成長により、表面粗さが最大高さ（ＲＺ）で０．１μｍ以上、２μｍ以下の凹凸部が形成されている本体部材と、
該本体部材の前記表面部に前記凹凸部を介して積層され、成形材料と離型可能に密着する成形面を構成する離型膜と、
を備えることを特徴とする、光学素子成形用型。
【請求項２】
前記凹凸部は、表面粗さが、最大高さ（ＲＺ）で、０．２μｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子成形用型。
【請求項３】
前記離型膜は、前記凹凸部に積層される最下層と、前記成形面を形成する最外層とを、少なくとも含む多層膜である
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の光学素子成形用型。
【請求項４】
前記本体部材の前記表面部および前記凹凸部は、炭化ケイ素からなる
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子成形用型。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子成形用型を用いて前記成形材料を成形して前記成形品を得る、光学素子の製造方法。
【請求項６】
本体部材の表面部に、成形品の表面形状に沿う形状の鏡面を形成する鏡面形成工程と、
前記鏡面に粒成長させて前記鏡面に、表面粗さが最大高さ（ＲＺ）で０．１μｍ以上、２μｍ以下の凹凸部を形成する粒成長工程と、
前記本体部材の表面部に前記凹凸部を介して離型膜を成膜する離型膜形成工程と、
を備えることを特徴とする、光学素子成形用型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子成形用型、光学素子の製造方法、および光学素子成形用型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子成形用型は、離型性を向上するために、成形品の表面形状に沿う形状に形成された鏡面に離型膜が成膜される場合がある。また、離型膜と本体部材との密着強度を向上し、離型膜の耐久性を向上するため、中間層を介して離型膜を形成することが知られている。
例えば、ガラス製の光学素子をプレス成形する光学素子成形用型の分野では、特許文献１に示すように、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金を型母材とする場合に、金属チタン（Ｔｉ）で形成された下地層、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）で形成された中間層、プラズマソースイオンインプラテーション法により成膜された、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で形成された密着層、およびフィルタードアークカソーディックバキュームアーク法（ＦＣＶＡ法）により成膜されたテトラヘドラルアモルファスカーボン（ｔａＣ）による離型層が、型母材上に順次積層された光学素子成形用型等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５９１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の光学素子成形用型には、以下のような問題があった。
中間層に用いる材料は、本体部材および離型膜の双方との密着性がよい材料を用いる必要があるが、このような中間層の選択肢は少ないため、本体部材または離型膜に用いることができる材料の選択肢が狭くなっていた。
例えば、ガラス製の光学素子のプレス成形では、ガラスに対する離型性が良好な離型膜に対して、本体部材が超硬合金である場合には良好な中間層の材料が見出されているが、この中間層は、本体部材が炭化ケイ素の焼結体とは良好な密着性が得られない場合がある。このため、例えば、本体部材に炭化ケイ素の焼結体を使用して、同様な離型膜を用いるためには、炭化ケイ素に適する中間層が必要となる。
このような中間層は、従来の中間層に比べて膜構成が複雑になるため、プロセス数が増えて製造時間が増大してしまうという問題がある。また、プロセス数が増えることで、膜剥離、異物混入などの不具合の原因になりやすいという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、膜構成を複雑化することなく、離型膜と本体部材との密着性を向上することができる光学素子成形用型および光学素子成形用型の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の光学素子成形用型は、成形品の表面形状に沿う形状に形成された表面部に、粒成長により、表面粗さが最大高さ（ＲＺ）で０．１μｍ以上、２μｍ以下の凹凸部が形成されている本体部材と、該本体部材の前記表面部に前記凹凸部を介して積層され、成形材料と離型可能に密着する成形面を構成する離型膜と、を備える構成とする。
【０００７】
また、本発明の光学素子成形用型では、前記凹凸部は、表面粗さが、最大高さ（ＲＺ）で、０．２μｍ以上、１μｍ以下であることが可能である。
【０００８】
また、本発明の光学素子成形用型では、前記離型膜は、前記凹凸部に積層される最下層と、前記成形面を形成する最外層とを、少なくとも含む多層膜であることが可能である。
【０００９】
また、本発明の光学素子成形用型では、前記本体部材の前記表面部および前記凹凸部は、炭化ケイ素からなることが可能である。
【００１０】
本発明の光学素子の製造方法は、本発明の光学素子成形用型成形用型を用いて前記成形材料を成形して前記成形品を得る方法である。
【００１１】
本発明の光学素子成形用型の製造方法は、本体部材の表面部に、成形品の表面形状に沿う形状の鏡面を形成する鏡面形成工程と、前記鏡面に粒成長させて前記鏡面に、表面粗さが最大高さ（ＲＺ）で０．１μｍ以上、２μｍ以下の凹凸部を形成する粒成長工程と、前記本体部材の表面部に前記凹凸部を介して離型膜を成膜する離型膜形成工程と、を備える方法とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学素子成形用型および光学素子成形用型の製造方法によれば、本体部材の表面部に粒成長による凹凸部を形成し、凹凸部を介して離型膜を成膜するため、膜構成を複雑化することなく、離型膜と本体部材との密着性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】図１におけるＡ（Ｂ）部の模式的な部分拡大図、およびこの部分断面図のＣ部、Ｄ部の模式的な部分拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型に用いる離型膜の膜構成の一例を示す模式的な部分断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の鏡面形成工程、粒成長工程の模式的な工程説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の光学素子成形用型の主要部を示す模式的な断面図およびそのＪ部の模式的な部分拡大図である。
【図７】本発明の第１および第２の実施形態の変形例の光学素子成形用型の主要部を示す模式的な断面図およびそのＫ部の模式的な部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の一例を示す模式的な断面図である。図２（ａ）は、図１におけるＡ（Ｂ）部の模式的な部分拡大図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図２（ａ）におけるＣ部、Ｄ部の模式的な部分拡大図である。図３は、本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型に用いる離型膜の膜構成の一例を示す模式的な部分断面図である。
【００１６】
本実施形態の光学素子成形用型は、ガラス材料をプレス加工して、レンズ等のガラス製光学素子を製造する金型組立体の一部を構成するものであり、光学素子の光学面の形状をガラス材料に転写する成形面を備える。
光学素子の種類としては、ガラス製であれば、特に限定されず、例えば、レンズ、プリズム、ミラー、フィルタ、基板などの適宜の種類を採用することができる。光学素子が曲率を有する場合には、凸面でも凹面でもよい。
以下では、光学素子の一例として、凸レンズ面と凹レンズ面とを有するメニスカス形状のレンズ（不図示）を成形する場合の例で説明する。
【００１７】
このレンズを成形するための金型組立体１は、図１に示すように、下型２（光学素子成形用型）、上型３（光学素子成形用型）、および胴型４を備える。
下型２は、円筒状の側面２ｂを有する略円柱状部材であり、軸方向の一端部（図１の下側）に側面２ｂから外周方向に突出するフランジ部２ｃが形成され、軸方向の他端部（図１の上側）に、凸レンズ面の形状をガラス材料に転写する凹面形状を有する成形面２ａが形成されている。
【００１８】
側面２ｂ、フランジ部２ｃは、高硬度で耐熱性が良好な材料で形成された基材２Ａの表面によって形成されている。
基材２Ａの材質としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の焼結体を採用することができる。
【００１９】
基材２Ａの軸方向の他端側には、図２（ａ）に示すように、成形面２ａの形状に沿う凹面として形成された基材表面Ｓ２Ａ上に、鏡面形成層２Ｂ、離型膜２Ｃがこの順に積層され、離型膜２Ｃの最外面によって、成形面２ａが構成されている。
【００２０】
鏡面形成層２Ｂは、基材表面Ｓ２Ａの凹凸形状を平滑化するとともに、離型膜２Ｃと接する表面部に、成形面２ａの形状に沿う鏡面ｓ２（図２（ｂ）の二点鎖線参照）を形成した後、離型膜２Ｃとの密着性を向上するための凹凸部Ｓ２Ｂ（図２（ｂ）参照）を形成するものである。
凹凸部Ｓ２Ｂは、鏡面形成層２Ｂの表面部を構成する鏡面ｓ２に粒成長して形成された凹凸形状である。
凹凸部Ｓ２Ｂの凹凸の大きさとしては、離型膜２Ｃの密着強度が良好となるとともに、成形面２ａの面精度が許容値以下となる適宜の凹凸量を採用することができる。
成形品のレンズ面に必要な面精度にもよるが、例えば、カメラに用いるレンズの場合、好適な凹凸の大きさとして、表面粗さ（ＪＩＳ  B  ０６０１−２００１）の最大高さＲＺが、０．１μｍ以上、２μｍ以下を挙げることができる。
ＲＺが、０．１μｍより小さいと、離型膜２Ｃに対するアンカー効果が得られにくいため、密着強度が低下してしまう。また、結晶が粗大化して、ＲＺが２を越えると、表面積が小さくなり、アンカー効果が低減してしまうため、離型膜との密着性が不十分になってしまう。また、表面の凹凸が大きすぎて、成形面２ａの面精度が悪化し、成形面２ａの形状が転写される成形品の凸レンズ面の面精度が悪くなってしまう。
このため、ＲＺは、０．１μｍ以上、２μｍ以下の範囲でより狭い範囲であることがより好ましい。例えば、ＲＺは、０．２μｍ以上、１μｍ以下の範囲であることがより好ましい。
【００２１】
ここで、最大高さＲＺは、断面曲線から基準長さだけ抜き取った部分（以下，抜き取り部分という）の平均線に平行な2直線で抜き取り部分をはさんだとき，この２直線の間隔を断面曲線の縦倍率の方向に計測して，その値をマイクロメートル単位（μm）で表したものである。
【００２２】
鏡面形成層２Ｂの材質は、基材表面Ｓ２Ａの凹凸形状を平滑化可能で基材表面Ｓ２Ａと密着しやすい材料であって、粒成長により凹凸部Ｓ２Ｂを形成することができれば、特に限定されない。
鏡面形成層２Ｂの成膜方法は、鏡面形成層２Ｂの材質に応じて適宜の成膜方法、例えば、スパッタリング法、分子線エピタキシャル法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等を採用することができる。
【００２３】
離型膜２Ｃは、最外層が、成形に用いるガラス材料との離型性が良好な材料であれば、適宜の材料による適宜の層構成を採用することができる。層構成は、例えば、単層構成でも、多層構成でもよい。
一般に、基材がタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金からなる場合に好適な離型膜の構成は、ＳｉＣの焼結体に対しては良好な密着強度を有しないが、本実施形態では、鏡面形成層２Ｂに凹凸部Ｓ２Ｂが形成されているため、このような超硬合金を基材とする場合の離型膜も好適である。このように、本実施形態の凹凸部Ｓ２Ｂは、従来の基材の鏡面に形成しただけでは、良好な密着強度が得られない周知の離型膜の構成であっても、密着強度を向上することができる。したがって、離型膜２Ｃとしては、超硬合金用の離型膜に限らず、周知の他の離型膜も好適である。
本実施形態では、離型膜２Ｃの一例として、このような超硬合金に好適な膜構成を採用している。
すなわち、離型膜２Ｃの膜構成は、図３に示すように、鏡面形成層２Ｂの凹凸部Ｓ２Ｂから、下地層５（最下層）、金属層６、窒化物層７、および表面層８（最外層）がこの順に積層されている。
離型膜２Ｃの成膜方法は、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などを用いることができるが、膜密度、膜組成の純度などからイオンビームスパッタ法が特に好適である。
【００２４】
下地層５は、凹凸部Ｓ２Ｂを覆って密着する層状部分であり、タングステン（Ｗ）、および炭化タングステン（ＷＣ）のうち少なくとも１種類の材料から非晶質状態に形成されている。
金属層６は、下地層５との密着強度が良好な材料からなる層状部分であり、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、およびモリブデン（Ｍｏ）のうち少なくとも１種類の金属材料からなる。
窒化物層７は、金属層６との密着強度が良好な材料からなる層状部分であり、Ｃｒ、Ｔｉ、およびＭｏのうち少なくとも１種類の元素を含む窒化物からなる。
表面層８は、窒化物層７との密着強度が良好であって、成形に用いるガラス材料に対する離型性が良好となる材料からなる層状部分である。
表面層８の表面は成形面２ａを構成するため、表面粗さが小さい鏡面とされる。例えば、算術平均粗さＲａで０．００５μｍ以下とする。
表面層８に好適な材料としては、貴金属類を挙げることができる。特に好適な材料としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、およびレニウム（Ｒｅ）から構成される元素群の中の少なくとも１種類の元素、または前記元素群の中の少なくとも１種類の元素を含む合金、また前記元素群の中の少なくとも１種類の元素を含む化合物を挙げることができる。
【００２５】
このような離型膜２Ｃの構成において、下地層５は、鏡面形成層２Ｂの凹凸部Ｓ２Ｂに積層される最下層を構成しており、表面層８は、成形面２ａを形成する最外層を構成している。
【００２６】
離型膜２Ｃの特に好適な膜構成の例としては、以下の膜構成を挙げることができる。
下地層５がＷＣ、金属層６がＣｒ、窒化物層７がＣｒＮからなる場合、またはこれらを主成分とする場合には、表面層８として、ＰｔとＩｒとの合金、ＩｒとＲｅとの合金、またはＰｔからなる金属が特に好適である。
また、下地層５がＷＣ、金属層６がＴｉ、窒化物層７がＴｉNからなる場合、またはこれらを主成分とする場合には、表面層８としては、ＰｔとＩｒとの合金、ＩｒとＲｅとの合金、Ｐｔからなる金属が特に好適である。
【００２７】
上型３は、下型２の側面２ｂと同一の外径の筒状の側面３ｂを有する略円柱状部材であり、軸方向の一端部（図１の上側）に側面３ｂから外周方向に突出するフランジ部３ｃが形成され、軸方向の他端部（図１の下側）に光学素子の凹レンズ面の形状をガラス材料に転写する凸面形状を有する成形面３ａが形成されている。
【００２８】
側面３ｂ、フランジ部３ｃは、下型２と同様の材質からなる基材３Ａの表面によって形成されている。
基材３Ａの軸方向の他端側には、図２（ａ）に示すように、成形面３ａの形状に沿う凹面として形成された基材表面Ｓ３Ａ上に、鏡面形成層３Ｂ、離型膜３Ｃがこの順に積層され、離型膜３Ｃの最外面によって、成形面３ａが構成されている。
鏡面形成層３Ｂは、下型２の鏡面形成層２Ｂと同様な構成を有し、同様な材料で形成されている。このため、鏡面形成層３Ｂは、凹凸部Ｓ２Ｂと同様な凹凸部Ｓ３Ｂが形成されている。
また、離型膜３Ｃは、離型膜２Ｃと同様な構成を有し、同様な材料で形成されている。このため、離型膜３Ｃは、凹凸部Ｓ３Ｂを介して、鏡面形成層３Ｂを覆うように形成されている。
【００２９】
このような構成により、下型２において、基材２Ａと鏡面形成層２Ｂとは、本体部材を構成している。また、上型３において、基材３Ａと鏡面形成層３Ｂとは、本体部材を構成している。
【００３０】
胴型４は、図１に示すように、下型２の側面２ｂの外径および上型３の側面３ｂの外径に等しい内径を有する内周面４ａを有し、下型２の側面２ｂ、および上型３の側面３ｂを、それぞれ軸方向に摺動可能に嵌合する円筒状部材である。
これにより、胴型４の一端部（図１の下側）を下型２のフランジ部２ｃに係止した状態で、下型２に外嵌され、他端部（図１の上側）には、成形面３ａを成形面２ａと対向させた状態で、上型３が着脱可能に挿入できるようになっている。
このように、胴型４の両端部に下型２、上型３が挿入された状態では、互いに対向する成形面２ａ、３ａの間に成形空間が形成される。
胴型４の材質は、炭化ケイ素、超硬合金を採用することができる。
【００３１】
次に、このような構成の金型組立体１における下型２、上型３の製造方法について、成形面２ａ、３ａの形成に関する製造工程を中心に説明する。
また、これらの製造工程は、下型２と上型３の外形状の違いを除いて同一であり、成形面２ａの形成に関する製造工程の説明は、成形面３ａの形成に関する製造工程にも同様に適用できる。したがって、以下では、下型２に成形面２ａを形成する場合の例で説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程フローを示すフローチャートである。図５（ａ−１）、（ｂ−１）は、本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の鏡面形成工程の模式的な工程説明図である。図５（ａ−２）、（ｂ−２）は、それぞれ図５（ａ−１）、（ｂ−１）におけるＥ部、Ｆ部の模式的な部分拡大図である。図５（ｃ−１）、（ｄ−１）は、本発明の第１の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の粒成長工程の模式的な工程説明図である。図５（ｃ−２）、（ｄ−２）は、それぞれ図５（ｃ−１）、（ｄ−１）におけるＧ部、Ｈ部の模式的な部分拡大図である。
【００３２】
本実施形態の光学素子成形用型の製造方法は、図４に示すように、鏡面形成工程Ｓ１、粒成長工程Ｓ２、および離型膜形成工程Ｓ３を備える。
【００３３】
まず、鏡面形成工程Ｓ１を行う。本工程は、本体部材の表面部である鏡面形成層２Ｂに、成形品の表面形状に沿う形状の鏡面を形成する工程である。
本実施形態では、まず、ＳｉＣ粒子を焼結して基材２Ａを形成する。基材２Ａの基材表面Ｓ２Ａは、成形品の表面形状に略沿う形状に形成するが、図５（ａ−１）、（ａ−２）に模式的に示すように、ＳｉＣの焼結体では、焼結粒子の粒径が、例えば、５μｍ〜１０μｍのような大きさを有するため、基材表面Ｓ２Ａにも同程度の凹凸が残り、鏡面を形成することはできない。
そこで、図５（ｂ−１）、（ｂ−２）に模式的に示すように、基材表面Ｓ２Ａ上に、例えば、ＣＶＤによりＳｉＣ層２Ｂ１を形成する。ＳｉＣ層２Ｂ１を構成するＳｉＣは、β−ＳｉＣである。
【００３４】
ＣＶＤによるＳｉＣ粒子は、粒径が、例えば、１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度と、焼結粒子に比べて格段に粒径が小さくなっている。このため、鏡面形成層２Ｂ１の表面ｓ１は、基材表面Ｓ２Ａの凹凸に対応する凹凸形状が残っているが、研磨加工によって、平滑化することが可能である。
そこで、図５（ｃ−１）、（ｃ−２）に示すように、表面ｓ１を研磨加工して、成形品の表面形状に沿う形状の鏡面ｓ２を最外面に有する鏡面形成層２Ｂ２を形成する。鏡面ｓ２の表面粗さは、Ｒａで０．００５μｍ以下となるようにすることが好ましい。
以上で、鏡面形成工程Ｓ１が終了する。
【００３５】
次に、粒成長工程Ｓ２を行う。本工程は、鏡面ｓ２に粒成長させて鏡面ｓ２に凹凸部Ｓ２Ｂを形成する工程である。
すなわち、鏡面ｓ２を形成した状態の下型２を、例えば、窒素ガス（Ｎ２）等の不活性ガスを充填して非酸化雰囲気とした電気炉内に配置して、加熱を行う。
β−ＳｉＣは、加熱されると、α−ＳｉＣとして粒成長を起こす。このため、鏡面ｓ２から種々方向に結晶が成長して、微小突起が集まった凹凸形状による凹凸部Ｓ２Ｂが形成される（図５（ｄ−１）、（ｄ−２）参照）。
【００３６】
粒成長は、ＳｉＣ素材の作製プロセスの中では起こることが知られていた。特に結晶粒サイズが数十μｍ以上に巨大化する場合は異常結晶粒成長と呼ばれ、材料の均質性、物性を損なうことから、粒成長は可能な限り抑制されていた。
本発明者は鋭意研究を重ねた結果、この粒成長を制御することで、離型膜を成膜する際のアンカー効果を奏し、かつ、成形面の鏡面性を確保できる範囲の凹凸部Ｓ２Ｂの好適な範囲を見出し、本発明に到った。
すなわち、加熱温度および加熱時間を好適な範囲に設定することで、離型膜形成工程Ｓ３で形成する離型膜２Ｃに対する密着強度が良好となり、かつ離型膜２Ｃの最外面の面精度が良好となる凹凸形状の大きさを有する凹凸部Ｓ２Ｂを形成することができる。
【００３７】
ここで、鏡面形成層２Ｂ２の鏡面ｓ２の表面粗さがＲＺで０．００５μｍの場合に、加熱温度と加熱時間の組合せによる表面粗さの変化を実験した結果の一例を、下記の表１として示す。
【００３８】
【表１】
0005948071.tif 000002
【００３９】
上記表１に示すように、ＳｉＣの場合、加熱温度が１６００℃〜２４００℃の範囲では、加熱時間を０．５時間〜３時間の間で適宜設定することによって、表面粗さがＲＺで、０．０７μｍ〜１０μｍまで変化していることが分かる。
すなわち、粒成長の成長速度は加熱温度が低いほど遅くなるため、加熱温度と加熱時間との組合せを適宜設定すれば、粒成長が進みすぎることなく一定のＲＺを得ることが可能である。
上記の温度範囲で適宜の加熱時間をかければ、異常粒成長を発生させることとなく、凹凸部Ｓ２ＢのＲＺの好ましい範囲０．１μｍ〜２μｍや、より好ましい範囲０．２μｍ〜１μｍを実現することが可能である。
また、ガラスのプレス成形における成形温度は、例えば、４００℃〜８００℃と、本工程の加熱温度よりも充分低いため、光学素子の成形中にＳｉＣが粒成長することはない。このため、プレス成形を繰り返しても成形面２ａの表面形状の面精度は維持される。
【００４０】
予め設定した加熱時間が経過したら、加熱を停止し、冷却した後、下型２を電気炉から搬出する。
以上で粒成長工程Ｓ２が終了する。
【００４１】
なお、鏡面形成層２Ｂの材質が異なる場合でも、予め、加熱温度および加熱時間とＲＺの大きさとを、同様にして実験によって調べておくことにより、好適な加熱温度および加熱条件の条件を設定することが可能である。
【００４２】
次に、離型膜形成工程Ｓ３を行う。本工程は、本体部材の表面部に凹凸部Ｓ２Ｂを介して離型膜２Ｃを成膜する工程である。
本実施形態では、図３に示すように、凹凸部Ｓ２Ｂ上に、下地層５、金属層６、窒化物層７、および表面層８をこの順に順次成膜する。成膜はイオンビームスパッタリングにより行う。
表面層８の表面粗さＲａが０．００５μｍより大きい場合は、表面を鏡面研磨して、Ｒａを０．００５μｍより小さくする。
以上で、離型膜形成工程Ｓ３が終了する。
このようにして下型２が製造される。
【００４３】
本実施形態の下型２によれば、基材２Ａの表面部に、凹凸部Ｓ２Ｂを有する鏡面形成層２Ｂを形成し、凹凸部Ｓ２Ｂを介して離型膜２Ｃを成膜しているため、離型膜２Ｃの密着性を向上することができる。このため、下型２の離型膜２Ｃの耐久性を向上することができる。
また、離型膜２Ｃとして、例えば、従来広く用いられている、基材が超硬合金の場合の離型膜の構成を、基材がＳｉＣの焼結体の場合に適用しても、良好な密着強度が得られる。このため、離型膜の膜構成を複雑化することなく、離型膜２Ｃと本体部材との密着性を向上することができる。
【００４４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の光学素子成形用型について説明する。
図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態の光学素子成形用型の主要部を示す模式的な断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＪ部の模式的な部分拡大図である。
【００４５】
本実施形態の金型組立体１１は、図１に示すように、上記第１の実施形態の金型組立体１１の下型２、上型３に代えて、下型１２（光学素子成形用型）、上型１３（光学素子成形用型）を備える。
下型１２（上型１３）は、図６（ａ）に示すように、上記第１の実施形態の下型２（上型３）の鏡面形成層２Ｂ（３Ｂ）を削除したものである。このため、本実施形態では、基材２Ａ（３Ａ）が本体部材を構成する。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４６】
本実施形態の下型１２（上型１３）は、基材２Ａ（３Ａ）の表面に鏡面ｓ１２（本体部材の表面部、図６（ｂ）の二点鎖線参照）を形成することができるとともに、鏡面ｓ１２からの粒成長によって凹凸部Ｓ１２（Ｓ１３）を形成することができる場合の実施形態である。
このような基材２Ａ（３Ａ）の材質としては、例えば、超硬合金、サーメット、窒化ケイ素、窒化アルミ、窒化ホウ素等を挙げることができる。
【００４７】
本実施形態の下型１２（上型１３）は、上記第１の実施形態と略同様にして製造することができる。以下では、上記第１の実施形態と同様に、下型１２を製造する場合の例で説明する。
本実施形態の鏡面形成工程Ｓ１は、基材２Ａの表面に成形品の表面形状に沿う形状の鏡面ｓ２を形成する工程である。超硬合金を構成するＷＣ粒子の粒径は、例えば、０．５μｍ〜１．５μｍとＳｉＣの焼結体粒子に比べて小さい。このため、焼結により基材２Ａの外形を形成した後、成形品の表面形状に沿う面を研磨加工することにより、表面粗さがＲａで０．００５μｍ以下程度の鏡面ｓ２を形成することができる。
以上で、鏡面形成工程Ｓ１が終了する。
【００４８】
次に、本実施形態の粒成長工程Ｓ２を行う。本工程は、鏡面ｓ２に粒成長させて鏡面ｓ２に凹凸部Ｓ１２を形成する工程である。
すなわち、鏡面ｓ２を形成した状態の下型１２を、非酸化雰囲気の電気炉に入れて、予め設定した加熱温度、加熱時間で熱処理して、鏡面ｓ２から粒成長させる。
以上で、粒成長工程Ｓ２が終了する。
【００４９】
離型膜形成工程Ｓ３は、基材２Ａの表面部に凹凸部Ｓ１２を介して離型膜２Ｃを成膜する工程である。離型膜２Ｃは、上記第１の実施形態と同様にして成膜することができる。
このようにして、本実施形態の下型１２を製造することができる。
【００５０】
本実施形態の下型１２は、基材２Ａの表面に直に凹凸部Ｓ１２を形成しているため、上記第１の実施形態に比べて製造工程を簡素化することができる。
【００５１】
なお、上記各実施形態の説明では、光学素子成形用型として、光学素子を製造する金型であって、光学素子の光学面の形状を転写する成形面を有する場合の例で説明したが、光学面以外の成形品の形状を形成する成形面を同様な構成とすることも可能である。
また、光学素子成形用型は、面精度が良好な成形面を要する適宜の成形品を製造することが可能である。
【００５２】
また、上記第１の実施形態の説明では、基材２Ａと鏡面形成層２Ｂとが、同種類の材料で構成されている場合の例で説明したが、基材２Ａと鏡面形成層２Ｂとは、互いに良好に密着することができる材料であれば、異なる種類の材料を組み合わせることが可能である。
【００５３】
また、上記各実施形態の説明では、電気炉による加熱処理を行うことで粒成長工程を行った場合の例で説明したが、加熱処理は電気炉の加熱には限定されず、適宜のエネルギー印加手段を採用することが可能である。例えば、イオンビーム、プラズマ、レーザー照射などによって、エネルギーを印加することによって粒成長させてもよい。
【００５４】
また、上記各実施形態の説明では、粒成長工程Ｓ２を電気炉内で行い、専用の成膜装置で離型膜形成工程Ｓ３を行う場合の例で説明した。粒成長工程Ｓ２の後に、金型を成膜装置に移動する際、粒成長した成形面に浮遊有機物などの異物が付着することがある。このような場合、異物により粒成長した成形面と、離型膜との密着性を損なう恐れがある。
粒成長工程Ｓ２と離型膜形成工程Ｓ３とを連続的に実施できるような装置を用いることで、上記のような障害を避けることが可能である。
また、連続的に工程を実施することにより、粒成長した直後に離型膜を設けることで、粒成長で活性化された状態の表面に離型膜が成膜され、より密着力を増すことが期待できる。
【００５５】
また、上記の各実施形態の説明では、離型膜２Ｃの膜構成は、本体部材がＳｉＣの焼結体であっても、凹凸部Ｓ２Ｂを介すことにより超硬合金基材向けの離型膜を設けることができることを示すため、下地層５、金属層６、窒化物層７、および表面層８がこの順に積層されている４層構成の場合の例で説明した。
このような構成によれば、本体部材の表面部の材質が、超硬合金以外の場合でも、従来の超硬合金基材向け離型膜、および離型膜を形成する製造工程を、変更無しにそのまま使うことができる。このため、離型膜を変えることなく、光学素子成形用型の本体部材の表面部との密着強度を向上することができる。これにより、本体部材の基材のみを、例えば、超硬合金とＳｉＣとに使い分けることが容易になるという利点がある。
しかし、このような離型膜の膜構成は一例であり、離型膜は、必要に応じて、適宜の膜構成を構成することができる。すなわち、上記各実施形態の膜構成は、最外層である表面層８と、その他の中間層である下地層５、金属層６、および窒化物層７という構成を有しているが、中間層の材質、層構成（層の組合せや順序）は、最外層の材質や必要な密着強度に応じて適宜の材質、層構成を採用することができる。
例えば、これらの中間層の一部の層を削除したり、それぞれを材質や組成を変えて複数設けるようにしたり、他の異なる中間層を挿入したり、層の積層順序を変えたりしてもよい。
また、離型膜の中間層は、少なくとも一部が、材料の組成が層厚方向に変化する材料傾斜層であってもよい。
また、離型膜は、同一材質が均質に分布した単層であってもよいが、材料傾斜層からなる単層でもよい。
【００５６】
ここで、このような離型膜の膜構成の変形例について説明する。
図７は、本発明の第１および第２の実施形態の変形例の光学素子成形用型の主要部を示す模式的な断面図およびそのＫ部の模式的な部分拡大図である。
本変形例の下型２０は、図７（ａ）に示すように、上記第１の実施形態の下型２における離型膜２Ｃと鏡面形成層２Ｂとの間に、中間層２１が挿入された膜構成を有する離型膜２０Ｃを備えるもの、または、上記第２の実施形態の下型１２における離型膜２Ｃと基材２Ａとの間に、中間層２１が挿入された膜構成を有する離型膜２０Ｃを備えるものである。
これらの変形例では、中間層２１は、離型膜２Ｃを構成する下地層５、金属層６、窒化物層７とともに、離型膜２０Ｃにおける中間層の一部を構成する。このため、下地層５は、離型膜２０Ｃにおいては最下層を構成しておらず、中間層２１が最下層を構成している。
中間層２１によれば、離型膜２Ｃと同様の多層膜を、さらに強固に、凹凸部Ｓ２Ｂまたは凹凸部Ｓ１２に接合することが可能である。
このような中間層２１の材質としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる元素群のうちのいずれかの金属、または、前記元素群のうちの少なくとも１つを含む合金、または前記元素群のうちのいずれかを含む化合物、または窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、 窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、窒化アルミクロム（ＡｌＣｒＮ）のうちのいずれかを含む構成が好適である。
このような下型２０の製造方法は、粒成長工程と前記離型膜形成工程との間に、このような中間層形成工程を備えることで実現される。
【００５７】
また、上記の実施形態で説明した構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
【実施例】
【００５８】
以下では、上記第１の実施形態の具体的な実施例について、評価結果とともに説明する。
［実施例１］
実施例１の下型２は、本体部材はＳｉＣ焼結体で形成され、成形レンズの凸レンズ面に沿う形状の表面に、ＣＶＤによって厚さ０．５ｍｍのＳｉＣが成膜されている（ＣＶＤ−ＳｉＣ）。このＣＶＤ−ＳｉＣの表面を研磨して、表面粗さＲａが約０．００５μｍの鏡面Ｓ２を形成した（鏡面形成工程Ｓ１）。
次に、鏡面Ｓ２が形成されたこの本体部材を、窒素パージした電気炉に搬入して、加熱温度１９００℃で３０分間熱処理して、鏡面ｓ２のＳｉＣを粒成長させ、ＲＺが約０．４μｍの凹凸部Ｓ２Ｂを形成した（粒成長工程Ｓ２）。
次に、凹凸部Ｓ２Ｂを介して、ＷＣ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｉｒ−Ｒｅを順次成膜し、下地層５、金属層６、窒化物層７，表面層８を形成した。これにより、離型膜２Ｃが形成された（離型膜形成工程Ｓ３）。
【００５９】
［実施例２］
実施例２の下型２は、実施例１と同様の鏡面形成工程Ｓ１、粒成長工程Ｓ２を行った後、イオンビームスパッタリング装置へ移動した。真空中で凹凸部Ｓ２Ｂにアルゴンイオンビームを５分間照射し、続けてＩｒ−Ｒｅを成膜して離型膜２Ｃを形成した。
このため、実施例２における離型膜２Ｃは、単層構成の離型膜になっている。
【００６０】
［比較例］
比較例として、実施例１において、粒成長工程Ｓ２を省略した下型を作成した。
【００６１】
［評価］
実施例１、２、比較例の光学素子成形用型の各離型膜の膜密着力の評価を行った。
測定機として膜密着力測定機（（株）レスカ製  ＣＳＲ−２０００）を用い、臨界剥離強度の測定を行った。
臨界剥離強度の測定値は、比較例が１３０ｍＮであったのに対し、実施例１では２００ｍＮ、実施例２では２４０ｍＮとなった。
これらの結果から、実施例１、２では、凹凸部Ｓ２Ｂを有することにより、凹凸部を有しない比較例に比べて、離型膜の臨界剥離強度が格段に高くなっており、離型膜の本体部材の表面部に対する密着力が向上していることが分かる。
【符号の説明】
【００６２】
１、１１  金型組立体
２、１２  下型（光学素子成形用型）
２Ａ、３Ａ  基材（本体部材）
２Ｂ、３Ｂ  鏡面形成層（本体部材）
２Ｃ、３Ｃ  離型膜
２ａ、３ａ  成形面
３、１３  上型（光学素子成形用型）
４  胴型
５  下地層（最下層）
６  金属層
７  窒化物層
８  表面層（最外層）
２１  中間層（最下層）
ｓ２、ｓ１２  鏡面（本体部材の表面部）
Ｓ２Ａ、Ｓ３Ａ  基材表面
Ｓ２Ｂ、Ｓ３Ｂ、Ｓ１２、Ｓ１３  凹凸部
Ｓ１  鏡面形成工程
Ｓ２  粒成長工程
Ｓ３  離型膜形成工程
【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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