(57)【要約】【課題】光学素子成形用金型の面精度補正方法において、光学素子を繰り返し成形することによる成形面の面精度の変化を容易に補正することができるようにする。【解決手段】光学素子を成形するための成形面Ｓ２、Ｓ３を金型本体の表面に保護膜を設けて形成した光学素子成形用金型の面精度補正方法であって、成形により局所的に凹んだ凹変形部Ｃ２、Ｃ３が形成された成形面Ｓ２、Ｓ３上に、凹変形部Ｃ２、Ｃ３を除く成形面Ｓ２、Ｓ３に当接する押圧部材１５Ａを配置する押圧部材配置工程と、押圧部材配置工程により成形面Ｓ２、Ｓ３上に配置された押圧部材１５Ａを介して成形面Ｓ２、Ｓ３を押圧する金型押圧工程と、を備える。【選択図】図５
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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面を金型母材の表面に保護膜を設けて形成した光学素子成形用金型の面精度補正方法であって、
成形により局所的に凹んだ凹変形部が形成された前記成形面上に、前記凹変形部を除く前記成形面に当接する押圧部材を配置する押圧部材配置工程と、
該押圧部材配置工程により前記成形面上に配置された前記押圧部材を介して前記成形面を押圧する金型押圧工程と、
を備える光学素子成形用金型の面精度補正方法。
【請求項２】
前記光学素子成形用金型は、
前記金型母材が、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用金型の面精度補正方法。
【請求項３】
前記光学素子成形用金型は、
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、もしくはこれら元素を含む合金、化合物から形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子成形用金型の面精度補正方法。
【請求項４】
前記押圧部材は、
前記光学素子成形用金型で成形された光学素子を加工して形成したものを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子成形用金型の面精度補正方法。
【請求項５】
光学素子を成形するための成形面を金型母材の表面に保護膜を設けて形成した光学素子成形用金型を用いて、繰り返し成形を行う光学素子成形方法であって、
１回以上成形が行われた後に、請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子成形用金型の面精度補正方法における前記押圧部材配置工程および前記金型押圧工程を行うことを特徴とする光学素子成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子成形用金型の面精度補正方法および光学素子成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばガラス材料などの光学素材を加熱軟化させ成形型にて押圧成形する光学素子成形方法が知られている。このような光学素子成形方法では、高温に加熱されたガラス材料を押圧成形するため、成形に用いる光学素子成形用金型に対する熱的、機械的な負荷が大きく、光学素子成形金型の劣化が進行しやすかった。このため、光学素子成形用金型の成形面には硬質の保護膜が形成されている。
例えば、特許文献１には、金属とセラミックスからなる複合材を母材とし、これに窒化物、炭化物、酸化物および金属の中から選ばれた一種以上の中間層を介して、貴金属層を形成したことを特徴とする光学ガラス素子のプレス成形用型が記載されている。
このプレス成型用型によれば、母材に含まれる金属成分が成形面を形成する貴金属層に拡散しないため高精度で長寿命のプレス成形用型となるとされている。
また、特許文献２には、ガラスよりなる光学素子のプレス成型に用いる光学素子成型用金型において、金型母材の少なくとも成型面の表面に引張り応力を有する少なくともＴｉ（ＣＮ）又はＴｉ（ＣＮＯ）膜の１種以上が被覆されており、該Ｔｉ（ＣＮ）又はＴｉ（ＣＮＯ）膜の金型母材表面に略平行に最も強く配向している面が（２１１）又は（３１１）であることを特徴とする光学素子成型用金型が記載されている。
この光学素子成型用金型によれば、保護膜であるＴｉ（ＣＮ）又はＴｉ（ＣＮＯ）膜が金型母材表面に略平行に最も強く配向している面が（２１１）又は（３１１）であるため、膜表面方向に細長い柱状の結晶粒群により構成され、機械強度が高く、成型面の表面が滑らかで、しかも、ガラスとの反応が少ない、優れた膜となるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭６２−２８０９３号公報
【特許文献２】特開２００７−２０４３０３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金型には、以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、保護膜の耐久性に優れ、保護膜の磨耗やガラスに対する化学反応を抑制することができるため、耐久性の低い保護膜を有するものに比べるとより多くの成形を行うことが可能である。しかし、本発明者の観察によれば、このように耐久性の高い保護膜が形成された光学素子成形用金型であり、かつ保護膜にはクラックなどの欠陥や磨耗などが見られない場合であっても、成形面の面精度が経時的に悪化していく場合がある。
このような場合、保護膜にクラック等の欠陥がなくても、面精度測定により成形面の面精度が光学素子の面精度規格を上回るほど悪化していることが分かれば、金型は寿命が来たものとして廃棄していた。このため、保護膜の寿命が向上するのみでは必ずしも金型寿命の向上にはつながらないという問題がある。
また、従来、光学素子成形用金型に要求される成形面の面精度が一旦悪化した場合に面精度を容易に補正することができる技術は知られていなかった。
【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、光学素子を繰り返し成形することによる成形面の面精度の変化を容易に補正することができる光学素子成形用金型の面精度補正方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、光学素子の品質を安定させるとともに光学素子成形用金型の寿命を延ばすことができる光学素子成形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金型の面精度補正方法は、光学素子を成形するための成形面を金型母材の表面に保護膜を設けて形成した光学素子成形用金型の面精度補正方法であって、成形により局所的に凹んだ凹変形部が形成された前記成形面上に、前記凹変形部を除く前記成形面に当接する押圧部材を配置する押圧部材配置工程と、該押圧部材配置工程により前記成形面上に配置された前記押圧部材を介して前記成形面を押圧する金型押圧工程と、を備える方法とする。
【０００７】
また、本発明の光学素子成形用金型の面精度補正方法では、前記光学素子成形用金型は、  前記金型母材が、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金で形成されたことが好ましい。
【０００８】
また、本発明の光学素子成形用金型の面精度補正方法では、前記光学素子成形用金型は、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、もしくはこれら元素を含む合金、化合物から形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の光学素子成形用金型の面精度補正方法では、前記押圧部材は、前記光学素子成形用金型で成形された光学素子を加工して形成したものを用いることが好ましい。
【００１０】
本発明の光学素子成形方法では、光学素子を成形するための成形面を金型母材の表面に保護膜を設けて形成した光学素子成形用金型を用いて、繰り返し成形を行う光学素子成形方法であって、１回以上成形が行われた後に、本発明の光学素子成形用金型の面精度補正方法における前記押圧部材配置工程および前記金型押圧工程を行う方法とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学素子成形用金型の面精度補正方法によれば、成形面の凹変形部を除く領域に押圧部材を当接させて成形面を押圧することで、成形面と凹変形部との高さの差を低減することができるため、光学素子を繰り返し成形することによる成形面の面精度の変化を容易に補正することができるという効果を奏する。
また、本発明の光学素子成形方法によれば、１回以上成形が行われた後に、本発明の光学素子成形用金型の面精度補正方法における押圧部材配置工程および金型押圧工程を行うため、光学素子の品質を安定させるともに、光学素子成形用金型の寿命を延ばすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法を適用する金型の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法を適用する光学素子成形方法の一例を示す動作説明図である。
【図３】金型の成形面に形成される凹変形部について説明する模式的な平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法に用いる押圧部材を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法の押圧部材配置工程および金型押圧工程を示す模式的な工程説明図である。
【図６】図５におけるＡ部およびＢ部の模式的な詳細図である。
【図７】光学素子を成形するための成形素材の一例を示す模式的な断面図である。
【図８】光学素子を成形するための成形素材の他例を示す模式的な断面図である。
【図９】成形素材の他例により成形面に形成される凹変形部の他例について説明する模式的な平面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の変形例に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法に用いる押圧部材を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法を適用する金型の一例を示す模式的な断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法を適用する光学素子成形方法の一例を示す動作説明図である。図３は、金型の成形面に形成される凹変形部について説明する模式的な平面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法に用いる押圧部材を示す模式的な断面図である。図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法の押圧部材配置工程を示す模式的な工程説明図である。図６（ａ）は、図５（ａ）におけるＡ部の模式的な詳細図である。図６（ｂ）は、図５（ｂ）におけるＢ部の模式的な詳細図である。
なお、各図面は、模式図のため形状や寸法は誇張されている（以下の図面も同じ）。
【００１５】
本実施形態の光学素子成形用金型の面精度補正方法は、例えば、光学ガラスなどが塊状に形成された成形素材を加熱して軟化させ、金型で挟持して加圧することによって、金型の成形面の形状を成形素材に転写する光学素子成形方法に用いる金型（光学素子成形用金型）に好適な面精度補正方法である。
光学素子としては、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、平行平板などの例を挙げることができる。
以下では、一例として、図１、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、成形素材が球状のガラス素材５からなり、光学素子成形用金型である金型１を用いて、光学素子として両凸レンズである成形品１５（図２（ｂ）参照）を成形する場合の例で説明する。
成形品１５は、曲率半径がｒａの凸球面である第１レンズ面１５ａと、曲率半径がｒｂである第２レンズ面１５ｂとを有し、レンズ側面１５ｅが円筒状に成形された両凸レンズからなる。
また、ガラス素材５は、予め成形品１５と同一の質量に計量され略球状の塊状に形成された部材である。例えば、球状に成形されたプリフォームを用いてもよいし、ガラス母材を球状に削りだしたものを用いてもよい。
ガラス素材５は、厳密な球体でなくてもよいが、成形品１５よりは球体に近似しているため、ガラス素材５の曲率半径ｒは場所によりある程度バラツキがあるとしても、第１レンズ面１５ａ、第２レンズ面１５ｂの曲率半径ｒａ、ｒｂよりも小さくなっている。
【００１６】
本実施形態の光学素子成形方法に用いる金型１は、図１に示すように、下型２、胴型４、および上型３を備える。
下型２は、成形品１５のレンズ側面１５ｅの直径に等しい側面２ｃを有する略円柱状の金型本体２ａと、金型本体２ａの下端部の側方に突出されたフランジ部２ｄとを有する軸状部材であり、フランジ部２ｄ側の底面２ｅを、図２（ａ）に示す成形装置２０の加熱ステージ２０ａ上に載置して用いる。
金型本体２ａの底面２ｅと反対側の端部（上端部）には、成形品１５の第１レンズ面１５ａを成形するための凹球面である成形面Ｓ２が形成されている。成形面Ｓ２の曲率半径は、第１レンズ面１５ａと同じｒａである。
本実施形態の金型本体２ａは、金型母材であるタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金によって形成されている。なお、ここでいう「主成分」とは、金型本体２ａ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（以下の「主成分」も同様）。
また、成形面Ｓ２は、金型母材を第１レンズ面１５ａと同形状に加工した後、第１レンズ面１５ａに必要な面精度に応じて、さらに表面の面粗度をRａ=０．００５μmに仕上げ、その後、スパッタリング法により白金とイリジウムとからなる保護膜２ｂを成膜することにより形成されている。本実施形態では、スパッタリング法としてＤＣスパッタ法を用いて成膜を行っている。
保護膜２ｂの膜厚は、例えば、下型２の中心軸上で膜厚が２０００ｎｍとなるようにしている。
【００１７】
胴型４は、内面が滑らかな円筒部材であり、下型２の金型本体２ａの側面２ｃに対して着脱可能に外嵌され、下端部がフランジ部２ｄに当接するように配置されている。
また、胴型４は、フランジ部２ｄに下端部が当接された状態で、成形面Ｓ２の上方まで延びる長さを有している。
【００１８】
上型３は、成形面Ｓ２に代えて成形品１５の第２レンズ面１５ｂを成形するための凹球面である成形面Ｓ３が設けられている点を除いて、下型２と略同形状、同材質に設けられている軸状部材である。成形面Ｓ３の曲率半径は、第２レンズ面１５ｂと同じｒｂである。
すなわち、成形品１５のレンズ側面１５ｅの直径に等しい側面３ｃを有する略円柱状の金型本体３ａと、金型本体３ａの上端部の側方に突出されたフランジ部３ｄとを有し、側面３ｃを胴型４の内面に摺動可能に嵌合できるようになっている。
このため、上型３は、胴型４の内周面を案内面として上下方向に進退移動できるようになっている。
また、側面３ｃを胴型４に内嵌した状態では、フランジ部３ｄの端面である上面３ｅは、底面２ｅと平行である。
また金型本体３ａは、金型母材であるタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金によって形成されている。
成形面Ｓ３は、金型母材を第１レンズ面１５ｂと同形状に加工した後、第２レンズ面１５ｂに必要な面精度に応じて、さらに表面の面粗度をＲａ＝０．００５μｍに仕上げ、その後、スパッタリング法により白金とイリジウムとからなる保護膜３ｂを成膜することにより形成されている。
本実施形態の保護膜３ｂは、保護膜２ｂと同様にＤＣスパッタリング法で形成し、その膜厚は、上型３の中心軸上で膜厚が２０００ｎｍとなるようにしている。
【００１９】
金型１を用いた成形品１５の成形について説明する。
まず、図１に示すように、上型３を胴型４から引き抜いた状態で、成形面Ｓ２上にガラス素材５（図１の二点鎖線参照）を配置する。
次に、上型３を成形面Ｓ３が下側に向いた状態で胴型４内に貫入させ、図２（ａ）に示すように、成形面Ｓ３がガラス素材５に当接するまで下降させる。
本実施形態のガラス素材５は、図２（ａ）に示すように、第１レンズ面１５ａ、第２レンズ面１５ｂを成形する成形面Ｓ２、Ｓ３の曲率半径ｒａ、ｒｂより小さな曲率半径ｒを有しているため、成形面Ｓ２、Ｓ３の中心軸上でそれぞれ点状に接触する。
このようにして、金型１の内部にガラス素材５が配置された金型組立体１０が形成される。
【００２０】
次に、金型組立体１０を成形装置２０に搬送して成形を行う。
成形装置２０は、不活性雰囲気を形成する不図示のチャンバー内に、金型組立体１０を載置して成形温度まで加熱する加熱ヒータを内蔵した板状の加熱ステージ２０ａと、加熱ステージ２０ａの上方に対向して設けられ、金型組立体１０を上方から下側に加圧する加圧機構２０ｃと、加圧機構２０ｃの下端部に水平方向に延ばして設けられた加圧板２０ｂとを備えている。
成形温度は、ガラス素材５の材料のガラス転移点以上の適宜温度に設定する。
なお、金型組立体１０の熱容量が大きい場合などでは、成形効率を向上するため、加圧板２０ｂの内部にも加熱ステージ２０ａと同様の加熱ヒータを設け、加圧板２０ｂからも金型組立体１０を加熱できるようにすることが好ましい。
【００２１】
加熱ステージ２０ａ上に移送された金型組立体１０は、加熱ステージ２０ａに当接する下型２の底面２ｅを通して加熱されるとともに、加圧機構２０ｃによって下降された加圧板２０ｂが上型３の上面３ｅに当接することで、加熱ステージ２０ａと加圧板２０ｂとの間に挟持して保持される
底面２ｅが加熱されると、下型２および胴型４を通してガラス素材５および上型３も加熱される。ガラス素材５が成形温度に達して変形が可能になったら、加圧機構２０ｃを下降させて上型３を加圧する。これにより、ガラス素材５は成形面Ｓ２、Ｓ３および胴型４の内周面で形成される成形空間に沿って変形していく。
このとき、球状のガラス素材５は上下方向に潰されていくため、ガラス素材５は成形面Ｓ２、Ｓ３の中心から周縁に向かって徐々に接触面積が増大するようにして変形していく。
【００２２】
ガラス素材５が成形空間内に隙間なく満たされたら、加圧板２０ｂの下降を停止し、その状態を一定時間保持した後、加熱を中止してガラス転移点より低い温度まで徐冷する。
成形品１５が変形するおそれがなくなるまで冷却されたら、チャンバーから金型組立体１０を搬出し、金型１を分解して成形品１５を脱型する。
以上で、１つの成形品１５の成形が終了する。
【００２３】
このような成形工程において、成形面Ｓ２、Ｓ３は、いずれも、ガラス素材５が変形を開始してから成形面Ｓ２、Ｓ３に隙間なく密着して変形が終了するまでの間、場所により不均等な押圧力を受ける。特に、成形面Ｓ２、Ｓ３の中心部は、変形の初期にガラス素材５と点状に接触して押圧力を受けるため、押圧力が集中して最も大きな負荷を受ける。
このため、このような成形を多数繰り返すと、図３、図５（ａ）に示すように、成形面Ｓ２、Ｓ３の中心部における平面視円状の領域に、第１レンズ面１５ａ、第２レンズ面１５ｂの面精度が規格外となるような微小な凹変形部Ｃ２、Ｃ３が発生する。
【００２４】
このような凹変形部Ｃ２、Ｃ３は、従来、保護膜２ｂ、３ｂの磨耗と考えられていたが、発明者は、鋭意研究の結果、本実施形態のように、白金とイリジウムとからなるような耐摩耗性の強い保護膜の場合には、磨耗というよりも金型本体２ａ、３ａの圧縮永久変形により発生していることを見出した。すなわち、金型本体２ａ、３ａを構成する超硬合金、あるいはセラミックス材料は高温でも高強度を有する材料として知られているが、焼結体であるため、純金属に比べると組織の緻密性、均一性が低く、レンズの面精度に影響を及ぼすような微小な変形は、軟化したガラスから受ける低い圧縮力の繰り返しでも容易に起こることが判明した。
例えば、金型１の成形面Ｓ２、Ｓ３に対してフォームタリサーフにて面精度の測定を行ってから、５０００回の成形を繰り返した後、同様の面精度測定を行い、面精度の変化を比較したところ、保護膜２ｂ、３ｂが磨耗やクラックなどが見られないにもかかわらず、成形面Ｓ２、Ｓ３の中心部のφ１．０（ｍｍ）の円領域に、深さ１．０μｍの凹変形部Ｃ２、Ｃ３が形成されていた。
【００２５】
本発明者は、このような凹変形部Ｃ２、Ｃ３が金型本体２ａ、３ａの圧縮変形により発生し、表面の保護膜２ｂ、３ｂはその変形にならっているにすぎない点に着眼し、凹変形部Ｃ２、Ｃ３による面精度の劣化を補正する本発明に到った。
以下では、本実施形態に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法（以下、単に面精度補正方法と称する）について具体的に説明する。
【００２６】
本実施形態の面精度補正方法は、凹変形部Ｃ２、Ｃ３が発生した金型１に対して、押圧部材配置工程を行った後、金型押圧工程を行うことにより面精度を補正する。
押圧部材配置工程は、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、成形により局所的に凹んだ凹変形部Ｃ２、Ｃ３が形成された成形面Ｓ２、Ｓ３上に、凹変形部Ｃ２、Ｃ３を除く成形面Ｓ２、Ｓ３に当接する押圧部材１５Ａを配置する工程である。なお、凹変形部Ｃ３、成形面Ｓ３の形状および相対位置関係は凹変形部Ｃ２、成形面Ｓ２と略同様のため、詳細図は、図６（ａ）を共通に利用して示している（図６（ｂ）も同様）。
【００２７】
本実施形態の押圧部材１５Ａは、図４に示すように、金型１によってすでに成形された成形品１５に加工を施して、第１レンズ面１５ａ、第２レンズ面１５ｂ上の光軸を中心とする平面視円径の凹部１５ｃ、１５ｄを形成したものである。金型１によってすでに成形された成形品１５に加工を施して押圧部材１５Ａとすることで、工程を簡略化することができる。
凹部１５ｃ（１５ｄ）の平面視の円径は、凹変形部Ｃ２（Ｃ３）の平面視の円径と同様のφ１．０（ｍｍ）とする。また、凹部１５ｃ（１５ｄ）の深さは、凹変形部Ｃ２（Ｃ３）の深さより深ければ特に限定されない。本実施形態では、一例として、０．０１ｍｍ以上、凹ませたものを採用した。
凹部１５ｃ（１５ｄ）の形成方法は、例えば、研削などの機械加工を採用することができる。
【００２８】
本工程では、このようにして製作された押圧部材１５Ａを、第１レンズ面１５ａが成形面Ｓ２上、第２レンズ面１５ｂが成形面Ｓ３上にそれぞれ位置するように配置する。押圧部材１５Ａは金型１で成形された部材であるため、図６（ａ）に示すように、第１レンズ面１５ａ、第２レンズ面１５ｂは、それぞれ成形面Ｓ２、Ｓ３に密着して当接する。
【００２９】
次に金型押圧工程を行う。
本工程は、押圧部材配置工程により成形面Ｓ２、Ｓ３上に配置された押圧部材１５Ａを介して成形面Ｓ２、Ｓ３を押圧する工程である。
本実施形態では、金型組立体１０のガラス素材５に代えて押圧部材１５Ａを配置した金型組立体１０Ａを成形装置２０の加熱ステージ２０ａ上に配置し、押圧部材１５Ａがガラス転移点よりも低い温度範囲を保つ温度に下型２、上型３を加熱する。例えば、ガラス転移点よりも１００Ｋだけ低い温度に加熱する。
そして、この状態で加圧機構２０ｃによって加圧板２０ｂを上面３ｅに当接するまで下降させて、一定圧力、例えば、１０．０ＭＰａで加圧する。
このとき、押圧部材１５Ａはガラス転移点よりも低温のため、固体ガラスの性質を保持しており、流動することもなく、また弾性変形もほとんど起こらないため、加圧板２０ｂからの加圧力が第１レンズ面１５ａ（第２レンズ面１５ｂ）を介して成形面Ｓ２（Ｓ３）に作用する。
【００３０】
保護膜２ｂ（３ｂ）は、スパッタリングによって形成された緻密性、均一性の高い高強度の金属薄膜であるため、加圧力を受けても膜厚が変動することはないが、金型本体２ａ（３ａ）のＷＣの組織は、保護膜に比べて緻密性、均一性が劣るため、加圧力を受けるとＷＣの組織の内部には微視的な応力集中が発生して、微細組織レベルの破壊が進行し、図６（ｂ）に示すように、圧縮永久変形を起こして、第１レンズ面１５ａ（第２レンズ面１５ｂ）と接触している成形面Ｓ２（Ｓ３）が金型本体２ａ（３ａ）の内部側に後退する。このようなＷＣの組織の破壊は、ガラス素材５のガラス転移点に近いような、ある程度の高温に加熱された状態ほど容易に起こる。
【００３１】
また、押圧部材１５Ａはガラス転移点より低温であるため、凹部１５ｃ（１５ｄ）が潰れるような変形も起こらない。このため、凹部１５ｃ（１５ｄ）に対向する凹変形部Ｃ２（Ｃ３）には加圧力が作用しない。
この結果、凹変形部Ｃ２（Ｃ３）の近傍の金型本体２ａ（３ａ）の組織は圧縮力を受けず、凹変形部Ｃ２（Ｃ３）の外縁部が成形面Ｓ２（Ｓ３）によって引っ張られて内部側に後退するものの、凹変形部Ｃ２（Ｃ３）の中心部は内部側に後退しない。
したがって、凹変形部Ｃ２（Ｃ３）は周囲に比べて相対的に突出されたのと等価となり、凹変形部Ｃ２（Ｃ３）の凹形状が緩和、もしくは解消される。
一方、第１レンズ面１５ａ、１５ｂと密着して押圧された成形面Ｓ２（Ｓ３）の部分の面精度はほとんど変化しないため、全体として成形品１５の面精度の規格内、もしくは製作時とほぼ同様な面精度に補正された成形面Ｓ１２（Ｓ１３）が形成される（図６（ｂ）参照）。すなわち、成形面Ｓ１２（Ｓ１３）では、成形面Ｓ２（Ｓ３）と凹変形部Ｃ２（Ｃ３）との間にあった高さの差は低減される。
【００３２】
成形面Ｓ１２、Ｓ１３の面精度は、凹変形部Ｃ２、Ｃ３を除く成形面Ｓ２、Ｓ３の範囲において金型本体２ａ、３ａが圧縮される量に依存する。このため、加圧板２０ｂの下降量を計測することによって面精度の補正量を予測することができる。理論的には、凹変形部Ｃ２、Ｃ３の深さの和だけ圧縮されれば、凹変形部Ｃ２、Ｃ３を略解消することができるが、面精度は成形品１５の規格値の範囲内に補正できればよいため、加圧板２０ｂの下降量の目標値は理論的な下降量と必ずしも一致させなくてもよい。
本実施形態では、加圧板２０ｂの下降量が０．００２ｍｍに到達したところで、加圧機構２０ｃの加圧を終了した。
以上で、金型押圧工程が終了する。
【００３３】
金型押圧工程終了後、金型組立体１０Ａを分解して、成形面Ｓ１２、Ｓ１３の面精度を測定したところ、いずれもＰＶ値が０．３μｍ以下と良好な面精度が得られた。このため、成形品１５の成形を再度行うことが可能だった。また、本方法を行う前後で、保護膜２ｂ、３ｂの膜厚の変化は無く、保護膜として必要な耐熱・耐酸化性を有していた。
また、凹変形部Ｃ２（Ｃ３）の深さは、成形品１５の面精度の規格を若干上回る程度のオーダーであり、このような補正による成形面Ｓ１２、Ｓ１３の曲率半径の変化は、レンズの曲率半径の規格上は無視できる大きさである。
【００３４】
なお、上記の押圧部材配置工程、金型押圧工程を行った後、押圧部材１５Ａを取り外して、成形面Ｓ１２、Ｓ１３の面精度の再測定を行い、面精度の補正が不十分な場合に、再度、押圧部材配置工程、金型押圧工程を行うようにしてもよい。
また、面精度不良を起こした金型１に対して、予めこのような補正、再測定を繰り返す実験を行い、加圧板２０ｂの下降量と面精度の補正量との相関データをとることにより、補正すべき面精度に応じた加圧板２０ｂの下降量の目標値を設定することもできる。
【００３５】
このように、本実施形態の光学素子成形用の面精度補正方法によれば、成形面Ｓ２（Ｓ３）の凹変形部Ｃ２（Ｃ３）を除く領域に押圧部材１５Ａを当接させて成形面Ｓ２（Ｓ３）を押圧することで、成形面Ｓ２（Ｓ３）と凹変形部Ｃ２（Ｃ３）との高さの差を低減することができるため、光学素子を繰り返し成形することによる成形面Ｓ２（Ｓ３）の面精度の変化を容易に補正することができる。
このため、下型２、上型３を作り替えたり、保護膜２ｂ、３ｂを補修したりしなくてよいため、短時間、かつ安価に面精度補正を行うことができる。
また、このような面精度補正を必要に応じて繰り返すことで、保護膜２ｂ、３ｂの耐久寿命まで、下型２、上型３の寿命を延ばすことができる。
【００３６】
また、本実施形態では、押圧部材１５Ａとしては、成形品１５に凹部１５ｃ、１５ｄを追加工したものを用いるため、押圧部材１５Ａを容易、かつ安価に形成することができる。
また、実際に面精度不良となった成形品１５の面精度を実測し、不良発生部の位置を実測値に基づいて解析して凹部１５ｃ、１５ｄを設けることができるため、補正すべき凹変形部Ｃ２、Ｃ３の位置に正確に対応した押圧部材１５Ａを得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、成形装置２０を用いて、加熱ステージ２０ａの温度設定や、加圧機構２０ｃの加圧動作を成形動作時と変えるだけで面精度の補正を行うことができる。
このため、例えば、成形品１５の成形工程で、成形面の面精度不良による成形品１５の面精度不良が発生した場合に、成形工程を中断して、金型組立体１０を金型組立体１０Ａに代える作業を行うだけで、迅速に面精度補正作業を行うことができる。
【００３８】
なお、上記の説明では、成形素材として、球状のガラス素材５を用いた場合の例で説明したが、成形素材の形状は、球状体には限定されない。
図７は、光学素子を成形するための成形素材の一例を示す模式的な断面図である。図８は、光学素子を成形するための成形素材の他例を示す模式的な断面図である。図９は、成形素材の他例により成形面に形成される凹変形部の他例について説明する模式的な平面図である。図１０は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る光学素子成形用金型の面精度補正方法に用いる押圧部材を示す模式的な断面図である。
【００３９】
例えば、図７に示すように、ガラス素材５に代えて、成形品１５と同一の質量に計量され、第１レンズ面１５ａ、第２レンズ面１５ｂよりもそれぞれ小さな曲率半径ｒＡ、ｒＢを有する両凸レンズ状の塊状体であるガラス素材６を採用することができる。
この場合、金型１の内部にガラス素材６を配置した金型組立体１１によって、成形品１５の成形を行うことができる。
金型組立体１１では、ガラス素材６は、ガラス素材５と同様に成形面Ｓ２、Ｓ３の中心で点状に接触するため、ガラス素材６を用いて金型１による成形を行うと、成形面Ｓ２、Ｓ３に上記第１の実施形態と同様の凹変形部Ｃ２、Ｃ３が形成される。
このため、押圧部材１５Ａを用いて本実施形態の面精度補正方法を行うことができる。
また、回転楕円体状の成形素材も同様である。
【００４０】
［変形例］
また、金型１を用いた光学素子成形では、図８に示すように、ガラス素材５に代えて、成形品１５と同一の質量に計量された円板状のガラス素材７を採用することができる。
ガラス素材７は、成形品１５のレンズ側面１５ｅの直径より小さな直径ｄを有する円筒状の側面７ｃと、成形品１５のレンズ厚さよりも厚い板厚を有する円板部材である。
この場合、金型１の内部にガラス素材７を配置した金型組立体１２によって、成形品１５の成形を行うことができる。
その際、ガラス素材７は、成形面Ｓ２に対してはガラス素材７の円状の下面７ａと側面７ｃとの交線のなす稜線７ｄが線接触する。また、成形面Ｓ３に対してはガラス素材７の円状の上面７ｂと側面７ｃとの交線のなす稜線７ｅが線接触する。
このため、ガラス素材７を用いて金型１による成形を行うと、成形面Ｓ２、Ｓ３には、図９に示すように、成形面Ｓ２、Ｓ３の中心に中心軸が一致した直径ｄの円周上に分布する凹変形部Ｄ２、Ｄ３が形成される。
【００４１】
この場合、上記第１の実施形態の面精度補正方法の押圧部材１５Ａに代えて、図１０に示す押圧部材１５Ｂを用いる変形を施すことで、同様に面精度の補正を行うことができる。
本変形例の押圧部材１５Ｂは、金型１ですでに成形された成形品１５の第１レンズ面１５ａ、第２レンズ面１５ｂ上の光軸を中心とする直径ｄの円周に沿って、それぞれ凹溝部１５ｆ、１５ｇを形成したものである。
凹溝部１５ｆ（１５ｇ）の径方向の断面は、図６（ａ）に示すように、凹変形部Ｄ２（Ｄ３）の径方向の幅と同様の幅に凹まされている。また、凹溝部１５ｆ（１５ｇ）の溝深さは、凹変形部Ｄ２（Ｄ３）の深さより深ければ特に限定されない。本変形例では、一例として、凹変形部Ｄ２（Ｄ３）の深さ１．０μｍに対応して、０．０１ｍｍ以上、凹ませたものを採用した。
凹変形部Ｄ２（Ｄ３）の形成方法は、研削などの機械加工を採用することができる。
【００４２】
本変形例の面精度補正方法は、押圧部材１５Ａに代えて、押圧部材１５Ｂを用いるほかは、上記第１の実施形態の押圧部材配置工程、金型押圧工程と同様であり、容易に理解されるため詳細説明は省略する。
【００４３】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る光学素子成形方法について説明する。
本実施形態の光学素子成形方法は、光学素子を成形するための成形面を金型母材の表面に保護膜を設けて形成した光学素子成形用金型を用いて、繰り返し成形を行う光学素子成形方法であって、１回以上成形が行われた後に、上記第１の実施形態の光学素子成形用金型の面精度補正方法における押圧部材配置工程および金型押圧工程を行う方法である。
【００４４】
例えば、上記第１の実施形態の金型組立体１０を用いて、成形品１５の繰り返し成形を行う場合に、ｎ回成形を行った後に、押圧部材１５Ａを用いて、押圧部材配置工程および金型押圧工程を行って、成形品１５の面精度不良が発生する前に、成形面Ｓ２、Ｓ３の面精度の補正を行う。
このため、押圧部材配置工程および金型押圧工程を行う成形回数ｎは、繰り返し成形を行うことにより面精度不良が発生する成形回数Ｎを予め調べておき、ｎ＜Ｎとなる一定値に固定し、金型押圧工程での加圧板２０ｂの下降量は、ｎ回の成形で形成される凹変形部Ｃ２、Ｃ３の深さに応じた下降量としておく。
【００４５】
上記第１の実施形態で説明したように、押圧部材配置工程および金型押圧工程は、金型組立体１０による成形工程とほとんど同様にして行うことができるため、段取り替えなどもほとんど不要である。したがって、繰り返しの成形工程の間に、押圧部材配置工程および金型押圧工程は挟んでも時間増はわずかである。例えば、金型押圧工程では成形後の場合のような成形品１５の形状が安定するまでの徐冷が不要であるため、成形回数が１回増えたよりも少ない時間増で済む。
【００４６】
本実施形態の光学素子形成方法によれば、面精度不良が発生する前に、漸次面精度を補正しておくことができる。このため、成形品１５に面精度不良が発生してから面精度補正方法を行う場合に比べて、成形面Ｓ２、Ｓ３の面精度を測定して凹変形部Ｃ２、Ｃ３の大きさや深さを測定する作業や、凹変形部Ｃ２、Ｃ３の大きさや深さに合わせて押圧部材１５Ａを製作する作業や、凹変形部Ｃ２、Ｃ３の深さの実測値に合わせて加圧板２０ｂの下降量を設定する手間を省くことができる。
この結果、面精度不良が発生してから面精度補正方法を行う場合に比べて、成形の生産性を向上することができる。
【００４７】
本実施形態におけるｎの値は、Ｎに近いことが成形の効率上は好ましいが、面精度のバラツキの安定性が重視される高精度の光学素子の成形では、ｎは、Ｎより十分小さい１以上の値を採用してもよい。
また、ｎは一定値には限定されず、例えば、成形品１５の検査結果により面精度が悪化する傾向が明らかになった場合に、ｎをより小さい値に変えて、より短い間隔で押圧部材配置工程および金型押圧工程を行うようにしてもよい。
【００４８】
このように本実施形態の光学素子成形方法によれば、１回以上成形が行われた後に、本発明の光学素子成形用金型の面精度補正方法における押圧部材配置工程および金型押圧工程を行うため、光学素子の品質を安定させるともに、光学素子成形用金型の寿命を延ばすことができる。
【００４９】
なお、上記各実施形態、変形例の説明では、金型母材の材質としてＷＣを主成分とする超硬合金を採用した場合の例で説明したが、金型母材の材質はこれに限定されない。例えば、炭化ケイ素やステンレスなどを用いても良い。
【００５０】
また、上記各実施形態、変形例の説明では、成形面を形成するため、ＤＣスパッタ法により白金とイリジウムとからなる保護膜を成膜した場合の例で説明したが、保護膜の材質はこれに限定されない。例えば、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よい。
また、これらの成膜法もＤＣスパッタ法には限定されない。例えば、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よい。
【００５１】
また、上記各実施形態、変形例の説明では、金型押圧工程は、金型を押圧部材に用いるガラス材料のガラス転移点よりも低温で押圧を行う例で説明した。この場合、押圧部材が固体状態で容易には変形しないため、効率的に成形面を加圧することができる。
ただし、加圧を終了するまでの間に押圧部材が変形して、凹変形部に当接することがなければ、ガラス転移点以上、ガラス屈伏点以下の温度に加熱して加圧を行ってもよい。
また、上記の各実施形態、変形例では、金型押圧工程の加圧力が１０．０ＭＰａの場合の例で説明したが、これは一例であって、金型母材を変形させることができる適宜の加圧力に設定することができる。
例えば、１０．０ＭＰａ未満で繰り返し加圧してもよい。
【００５２】
また、上記各実施形態、変形例の説明では、押圧部材として、金型１で成形された成形品１５を追加工した部材を採用した場合の例で説明したが、成形面に凹変形部を除く範囲で密着して当接することができ、金型母材に比べて変形しにくい部材であれば、成形品１５以外の部材を用いてもよい。
例えば、保護膜と同等以上の硬さを有し押圧時の加熱に耐える金型母材よりも硬質な金属や、金型母材より硬質のセラミックスの表面に成形面と同様の保護膜を形成した部材を、凹変形部を除く成形面の形状に形成してもよい。
【００５３】
また、上記各実施形態、変形例の説明では、上型の成形面の面精度と下型の成形面の面精度とを同時に補正する場合の例で説明したが、押圧部材を上型または下型の一方のみに配置して押圧部材を加圧して、上型の成形面と下型の成形面とを別々に補正してもよい。
【００５４】
また、上記各実施形態、変形例の説明では、光学素子が両凸レンズの場合の例で説明したが、凹変形部は金型の成形面と成形素材の曲率の差があれば発生するものであり、光学素子の形状は、両凸レンズには限定されない。例えば、平凸レンズ、両凹レンズ、平凹レンズ、メニスカスレンズの形状でもよい。
また、成形面は球面には限定されず、平面、非球面、自由曲面などの形状を有していてもよい。
【００５５】
また、上記の各実施形態、各変形例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。
【符号の説明】
【００５６】
１  金型
２  下型
２ａ、３ａ  金型本体（金型母材）
２ｂ、３ｂ  保護膜
３  上型
４  胴型
５、６、７  ガラス素材（成形素材）
１０、１０Ａ、１１、１２  金型組立体
１５  成形品（光学素子）
１５Ａ、１５Ｂ  押圧部材
１５ａ  第１レンズ面
１５ｂ  第２レンズ面
１５ｃ、１５ｄ  凹部
１５ｆ、１５ｇ  凹溝部
２０  成形装置
２０ａ  加熱ステージ
２０ｂ  加圧板
２０ｃ  加圧機構
Ｃ２、Ｃ３、Ｄ２、Ｄ３  凹変形部
Ｓ２、Ｓ３  成形面
Ｓ１２、Ｓ１３  成形面
【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】
2011153039.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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