(57)【要約】【課題】離型膜において、高温の成形を繰り返しても離型性能が低下しにくいようにする。【解決手段】離型膜４は、貴金属元素を含む金属または合金からなり、成形温度にて溶融しない膜本体２と、成形温度にて、膜本体２において成形材料と接触する表面２ａに移動可能な状態で膜本体２の内部に分散された離型剤３と、を備える。【選択図】図２
2019001683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貴金属元素を含む金属または合金からなり、成形温度にて溶融しない膜本体と、
前記成形温度にて、前記膜本体において成形材料と接触する表面に移動可能な状態で前記膜本体の内部に分散された離型剤と、
を備える、離型膜。
【請求項２】
前記離型剤は、前記表面から前記膜本体の厚さ未満の範囲に分散されている、
請求項１に記載の離型膜。
【請求項３】
前記離型剤の融点は、前記成形温度よりも低い、
請求項１または２に記載の離型膜。
【請求項４】
前記離型剤は、無機材料である、
請求項３に記載の離型膜。
【請求項５】
前記膜本体は、前記離型剤が分散する範囲に、ナノポーラス構造を有する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の離型膜。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の離型膜を備える、
光学素子成形用型。
【請求項７】
成形型本体の少なくとも一部を構成し、成形面が形成された基材を準備することと、
前記基材の表面に、貴金属元素を含む金属または合金からなる膜本体材料と、前記膜本体材料に分散された除去材料と、を有するベース膜を成膜することと、
前記ベース膜から前記除去材料の少なくとも一部を除去することにより、前記ベース膜の内側から前記ベース膜の表面に連通する空隙部を形成することと、
前記空隙部に離型剤を導入することと、
を含む、光学素子成形用型の製造方法。
【請求項８】
成形型本体の少なくとも一部を構成し、成形面が形成された基材を準備することと、
前記基材の表面に、貴金属元素を含む金属または合金からなる下地膜を成膜することと、
前記下地膜の表面に、貴金属元素を含む金属または合金からなる膜本体材料と、前記膜本体材料に分散された除去材料と、を有するベース膜を成膜することと、
前記ベース膜から前記除去材料の少なくとも一部を除去することにより、前記ベース膜の内側から前記ベース膜の表面に連通する空隙部を形成することと、
前記空隙部に離型剤を導入することと、
を含む、光学素子成形用型の製造方法。
【請求項９】
成形型本体の少なくとも一部を構成し、成形面が形成された基材を準備することと、
前記基材の表面に、貴金属元素を含む金属または合金を有するベース膜を成膜することと、
前記ベース膜の表面に微小な開口部を有し、前記開口部から前記ベース膜の内側に空隙部が延びるナノポーラス構造を、前記ベース膜に形成することと、
前記空隙部に離型剤を導入することと、
を含む、光学素子成形用型の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の離型膜を備える光学素子成形用型を用いて、前記成形材料を成形することによって、光学素子を成形することと、
前記光学素子を複数成形した後、前記離型膜の内部に前記離型剤を補充することと、
を繰り返す、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、離型膜、光学素子成形用型，光学素子成形用型の製造方法、および光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形用のガラス材料を軟化点以上の成形温度に加熱し、光学素子成形用型によってプレス加工する光学素子の製造方法が知られている。
高温に加熱されたガラス材料は、光学素子成形用型と融着しやすいため、光学素子成形用型の成形面には離型膜が形成されることが多い。しかし、離型膜は成形が繰り返されると経時劣化するため、離型膜は定期的に成膜し直される必要がある。
離型膜の寿命を延ばすために、成形面とガラス材料との間に離型剤を介在させることも知られている。離型剤としては、有機化合物が用いられる。
例えば、特許文献１には、ガラス材料の加熱軟化時に熱分解して炭素薄膜を形成する有機化合物を、加熱前にガラス材料に塗布するガラスの成形方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１１６２５３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、従来の離型剤は、一回の成形によって、分解あるいは揮発することによって消耗するため、離型剤は、成形が行われるたびに、成形材料または光学素子成形用型の成形面に塗布される必要がある。例えば、特許文献１に記載の離型剤は、成形時に分解して炭素が形成される有機化合物であるため、一回の成形によって、塗布されたすべての離型剤が分解されてしまう。このため、成形ごとに行われる離型剤の塗布作業によって製造効率が低下するという問題がある。
さらに有機化合物からなる離型剤は、熱分解による生成物が成形体の表面に残留するおそれがある。この場合、残留物の特性によっては、残留物によって成形体の表面にクモリが生じるおそれもある。
【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、高温の成形を繰り返しても離型性能が低下しにくい離型膜、光学素子成形用型，光学素子成形用型の製造方法、および光学素子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、本発明の第１の態様の離型膜は、貴金属元素を含む金属または合金からなり、成形温度にて溶融しない膜本体と、前記成形温度にて、前記膜本体において成形材料と接触する表面に移動可能な状態で前記膜本体の内部に分散された離型剤と、を備える。
【０００７】
上記離型膜においては、前記離型剤は、前記表面から前記膜本体の厚さ未満の範囲に分散されていてもよい。
上記離型膜においては、前記離型剤の融点は、前記成形温度よりも低くてもよい。
上記離型膜においては、前記離型剤は、無機材料であってもよい。
上記離型膜においては、前記膜本体は、前記離型剤が分散する範囲に、ナノポーラス構造を有してもよい。
【０００８】
本発明の第２の態様の光学素子成形用型は、上記離型膜を備える。
【０００９】
本発明の第３の態様の光学素子成形用型の製造方法は、成形型本体の少なくとも一部を構成し、成形面が形成された基材を準備することと、前記成形型本体の表面に、貴金属元素を含む金属または合金からなる膜本体材料と、前記膜本体材料に分散された除去材料と、を有するベース膜を成膜することと、前記ベース膜から前記除去材料の少なくとも一部を除去することにより、前記ベース膜の内側から前記ベース膜の表面に連通する空隙部を形成することと、前記空隙部に離型剤を導入することと、を含む。
【００１０】
本発明の第４の態様の光学素子成形用型の製造方法は、成形型本体の少なくとも一部を構成し、成形面が形成された基材を準備することと、前記基材の表面に、貴金属元素を含む金属または合金からなる下地膜を成膜することと、前記下地膜の表面に、貴金属元素を含む金属または合金からなる膜本体材料と、前記膜本体材料に分散された除去材料と、を有するベース膜を成膜することと、前記ベース膜から前記除去材料の少なくとも一部を除去することにより、前記ベース膜の内側から前記ベース膜の表面に連通する空隙部を形成することと、前記空隙部に離型剤を導入することと、を含む。
【００１１】
本発明の第５の態様の光学素子成形用型の製造方法は、成形型本体の少なくとも一部を構成し、成形面が形成された基材を準備することと、前記成形型本体の表面に、貴金属元素を含む金属または合金を有するベース膜を成膜することと、前記ベース膜の表面に微小な開口部を有し、前記開口部から前記ベース膜の内側に空隙部が延びるナノポーラス構造を、前記ベース膜に形成することと、前記空隙部に離型剤を導入することと、を含む。
【００１２】
本発明の第６の態様の光学素子の製造方法は、上記離型膜を備える光学素子成形用型を用いて、前記成形材料を成形することによって、光学素子を成形することと、前記光学素子を複数成形した後、前記離型膜の内部に前記離型剤を補充することと、を繰り返す。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の離型膜、光学素子成形用型，光学素子成形用型の製造方法、および光学素子の製造方法によれば、高温の成形を繰り返しても離型性能が低下しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の離型膜の構成を示す模式的な断面図である。
【図３】図２におけるＢ部における模式的なＡ視拡大図である。
【図４】図３におけるＣ−Ｃ断面図である。
【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工程説明図である。
【図６】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説明図である。
【図７】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説明図である。
【図８】図７におけるＦ部における模式的なＥ視拡大図である。
【図９】図８におけるＨ−Ｈ断面図である。
【図１０】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説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程説明図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態の離型膜の構成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】
【００１５】
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。
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の離型膜および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縦断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態の離型膜の構成を示す模式的な断面図である。図３は、図２におけるＢ部における模式的なＡ視拡大図である。図４は、図３におけるＣ−Ｃ断面図である。各図面は、模式図のため、寸法や形状は誇張されている（他の図面も同様）。
【００１７】
図１に示すように、成形用型組立体１０は、下型１０Ａ（光学素子成形用型）、上型１０Ｂ（光学素子成形用型）、および胴型１０Ｃを備える。下型１０Ａ、上型１０Ｂ、および胴型１０Ｃは、下型１０Ａ、上型１０Ｂ、および胴型１０Ｃの各中心軸線が互いに同軸になる位置関係に配置されている。
成形用型組立体１０は、成形材料Ｇを用いて光学素子を成形するために用いられる。
成形材料Ｇは、光学素子を構成するための適宜のガラス材料からなる。成形材料Ｇは、適宜の塊状の形状に成形されている。図１には、一例として成形材料Ｇの形状は球形である。ただし、成形材料Ｇの形状は、成形用型組立体１０によってプレス成形可能な形状であれば、球形には限定されない。成形材料Ｇは、球形の他にも、例えば、円板状、回転楕円体状、光学素子に対する相似形状などの形状でもよい。
成形材料Ｇの成形手段は、モールド成形でもよいし、切削、研磨等の機械加工でもよい。
成形用型組立体１０によって成形される光学素子の種類、形状は限定されない。例えば、光学素子の例としては、レンズ、ミラー、プリズム、平行平板などが挙げられる。図１には、一例として、フランジ付き両凸レンズを成形する場合に用いられる成形用型組立体１０が描かれている。
【００１８】
下型１０Ａは、円筒面状の側面１０ｃを備えた略円柱状部材からなる。下型１０Ａは、軸方向の第１端部（図１における図示上側の端部）に、型表面１０ａが形成されている。
型表面１０ａは、成形材料Ｇに光学素子の表面形状を転写する。例えば、光学素子がフランジ付き両凸レンズの場合、型表面１０ａの形状は、凸レンズ面を形成する凹面と、フランジ表面を形成する平面との組み合わせによって構成されてもよい。
下型１０Ａの軸方向における第１端部と反対側の第２端部には、フランジ部１０ｄが形成されている。フランジ部１０ｄは、下型１０Ａの側面１０ｃから径方向の外方に延びている。
【００１９】
図２に示すように、型表面１０ａは、離型膜４によって構成されている。離型膜４は、基材１Ａに形成された成形面１ａ上に成膜されている。
基材１Ａは、例えば、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、炭化珪素、炭素などの、高硬度で耐熱性が良好な材料から構成されている。基材１Ａは、離型膜４を除く下型１０Ａの全体を構成していてもよい。基材１Ａは、下型１０Ａの第１端部のみに配置されていてもよい。離型膜４を除く下型１０Ａの全体は、成形型本体を構成する。このため、基材１Ａは、成形型本体の少なくとも一部を構成する。
成形面１ａは、成形される光学素子の表面に近似する形状を有する。成形面１ａは、鏡面研磨されている。例えば、成形面１ａの面精度は、ＰＶ値で０．１５μｍ以下であってもよい。例えば、成形面１ａの表面粗さは、算術平均粗さＲａで３ｎｍ以下であってもよい。
【００２０】
離型膜４は、膜本体２と、離型剤３と、を備える。
膜本体２は、貴金属元素を含む金属または合金であって、かつ成形温度にて溶融しない材料で構成される。膜本体２の組成としては、成形材料Ｇとの融着が起こりにくい適宜の組成が用いられる。膜本体２に含まれる貴金属元素の例としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、およびパラジウム（Ｐｄ）が挙げられる。膜本体２としては、１種類の貴金属単体、もしくは２種類以上の貴金属による合金が用いられてもよい。貴金属元素はガラス材料の成形温度においてガラスの成分と成形中に化学反応を起こしにくい。このため、成形されたガラス材料に対する離型性が良好になる。
例えば、膜本体２には、レニウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）などの貴金属以外の金属が１種類以上添加されてもよい。
膜本体２に添加される貴金属以外の元素には、後述する空隙部５を形成するため、膜本体２から除去可能な元素が含まれていてもよい。例えば、Ｒｅ、Ｍｏは、酸化物になると、昇華するため、膜本体２に含有された後でも膜本体２から除去可能である。
【００２１】
膜本体２は、成形面１ａ側から順に、膜本体基層部２Ａと、膜本体上層部２Ｂと、を備える。
膜本体基層部２Ａは、膜本体２の材料で構成された稠密な層状部である。膜本体基層部２Ａにおいて成形面１ａに密着する表面は、膜本体２の底面２ｂを構成する。
膜本体上層部２Ｂは、膜本体基層部２Ａに重なるように形成されている。膜本体基層部２Ａと反対側の表面は、膜本体２の表面２ａを構成する。表面２ａは、成形時に成形材料Ｇと接触する膜本体２の最表面である。
【００２２】
図４に示すように、膜本体上層部２Ｂは、多数の空隙部５を有する。空隙部５は、後述する離型剤３を移動可能に収容するために用いられる。空隙部５が膜本体２の製造時に形成された後、空隙部５には後述する離型剤３が導入される。未使用の離型膜４における各空隙部５には離型剤３が充填されている。図３、４は、このような未使用の離型膜４の一例が模式的に描かれている。後述するように、光学素子の成形時に空隙部５の外部に離型剤３が移動しても、空隙部５の内周面の形状は変化しない。
以下では、図３、４を参照して空隙部５に関する説明を行う場合にも、必要に応じて、離型剤３が導入されていない状態を前提として説明することがある。
【００２３】
空隙部５は、表面２ａにおいて開口するように形成されている。このため、図３に示すように、表面２ａには各空隙部５による開口部２ｃが開口している。図３においては、図示の簡略化のため、開口部２ｃはいずれも円形に描かれている。しかし、開口部２ｃの形状は円形には限定されない。例えば、開口部２ｃは、楕円状、多角形状、長孔状などの形状に形成されていてもよい。
図４に示すように、空隙部５は、開口部２ｃから、図示略の膜本体基層部２Ａに向かって、図示下側に延びる。各空隙部５は、他の空隙部５と合流したり、他の空隙部５を貫通したりしてもよい。各空隙部５は、図示略の膜本体基層部２Ａに向かって複数に分岐してもよい。
【００２４】
膜本体上層部２Ｂの層厚方向における各空隙部５の長さは、一定値である必要はない。空隙部５の端部のうち、底面２ｂ寄りに延びた端部の群と、全体として滑らかに接する仮想的な包絡面は、膜本体上層部２Ｂと膜本体基層部２Ａとの境界面ＢＳ（図２参照）を規定する。
図２に示すように、膜本体２の膜厚方向において、表面２ａから境界面ＢＳまで距離は、膜本体上層部２Ｂの層厚ｔ２を規定する。層厚ｔ２は、膜厚方向から見た各位置で変化していてもよいが、本実施形態では、層厚ｔ２は略一定である。
離型膜４の底面２ｂから表面２ａまでの膜厚をｔ１とすると、膜本体基層部２Ａ、膜本体上層部２Ｂの層厚は、それぞれ、ｔ１−ｔ２、ｔ２（ただし、０＜ｔ２＜ｔ１）である。
層厚ｔ１は、０．２μｍ以上３．０μｍとすることができる。
膜本体基層部２Ａの層厚ｔ１−ｔ２は、離型膜４として必要な膜強度と、成形面１ａに対する密着強度とが、必要な強度になるように決められる。例えば、ｔ１を１．２μｍとすると、層厚ｔ１−ｔ２は、０．１μｍ以上、１．１μｍ以下であってもよい。層厚ｔ１−ｔ２は、０．２μｍ以上、０．６μｍ以下であることがより好ましい。
膜本体上層部２Ｂの層厚ｔ２は、空隙部５に充填される離型剤３の必要量に応じて決められる。例えば、ｔ１を１．２μｍとすると、層厚ｔ２は、０．１μｍ以上、１．１μｍ以下であってもよい。層厚ｔ２は、０．６μｍ以上、１．０μｍ以下であることがより好
ましい。
層厚ｔ２は、層厚ｔ１の１／２以下であってもよい。
【００２５】
膜本体上層部２Ｂは、離型剤３が充填されていない状態では、膜本体基層部２Ａよりも疎な層状部である。各空隙部５は、互いに同一形状を有していてもよいし、規則的に配置されていてもよい。ただし、図３、４には、各空隙部５の形状は互いに異なっており、かつ配置にも規則性がない場合の例が模式的に図示されている。
膜本体上層部２Ｂは、孔径がナノオーダーの大きさの多数の細孔の少なくとも一部が互いに連通し合う多孔質構造であるナノポーラス構造を有していてもよい。
各空隙部５の延伸方向に直交する断面の大きさは、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがより好ましい。ここで、断面の大きさが１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である、とは、各断面における最小内径および最大内径が、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを意味する。
表面２ａにおける各空隙部５の開口部２ｃの内径Ｄも１ｎｍ以上２０ｎｍであることがより好ましい。
【００２６】
膜本体上層部２Ｂは、膜本体２に用いる材料によって構成されている。膜本体上層部２Ｂの材料は、表面２ａにおいて貴金属元素を含んでいれば、膜本体基層部２Ａの材料と同一組成を有していてもよいし、膜本体基層部２Ａの材料と異なる組成を有していてもよい。膜本体上層部２Ｂが膜本体基層部２Ａの材料と異なる組成を有する場合、膜本体上層部２Ｂの組成は、膜本体基層部２Ａの組成において一部の成分が除去または低減されていてもよい。
【００２７】
離型剤３は、成形材料Ｇと膜本体２との融着を抑制するため、成形材料Ｇおよび膜本体２の少なくとも一方に対して固着しにくい材料で構成される。離型剤３は、光学素子の成形後に、成形品の表面に付着しても容易に除去可能であるか、または付着したままでも光学素子の光学性能に影響しない材料が用いられる。
離型剤３は、成形温度にて表面２ａに移動可能な状態で膜本体２の内部に分散されている。具体的には、図４に示すように、離型剤３は、膜本体上層部２Ｂの空隙部５に導入されている。
ここで、離型剤３が成形温度にて表面２ａに移動可能な状態とは、成形温度に対応する熱エネルギーが加わることで移動できる状態になれば、移動原理は特に限定されない。
例えば、離型剤３は、成形温度によって、液相または気相に相変化することによって、空隙部５に沿って移動し、開口部２ｃから表面２ａに到達できるような物質が用いられてもよい。この場合、離型剤３としては、成形温度よりも融点が低い適宜の無機材料または有機材料が用いられてもよい。ただし、熱的な安定性が良好である点では、有機材料よりも無機材料がより好ましい。
例えば、離型剤３は、成形温度に対応する熱エネルギーが加わることで、例えば、還元、酸化、熱分解などの化学変化が引き起こされる結果、空隙部５に沿って移動し開口部２ｃから表面２ａに到達できるような物質が生成される物質が用いられてもよい。
【００２８】
離型剤３は、膜本体２および成形材料Ｇとの熱膨張率の相違によって、離型性能が得られる物質が選ばれてもよい。離型剤３の熱膨張率が、膜本体２および成形材料Ｇの少なくとも一方の熱膨張率が異なる場合、成形後の冷却時の収縮率の相違によって、離型剤３と表面２ａとの界面、または離型剤３と成形材料Ｇとの界面に面方向のせん断ずれが生じる。このため、成形材料Ｇが離型膜４から離型しやすくなる。
【００２９】
例えば、離型剤３として好適な材料の例としては、亜鉛、錫、アンチモン、五酸化アンチモンなどが挙げられる。
【００３０】
図１に示すように、上型１０Ｂは、円筒面状の側面１０ｅを備えた略円柱状部材からなる。上型１０Ｂは、軸方向の第１端部（図１における図示下側の端部）に、型表面１０ｂが形成されている。
型表面１０ｂは、ガラス材料に光学素子の表面形状を転写する。例えば、光学素子がフランジ付き両凸レンズの場合、型表面１０ｂの形状は、凸レンズ面を形成する凹面と、フランジ表面を形成する平面との組み合わせによって構成されてもよい。
上型１０Ｂの軸方向における第１端部と反対側の第２端部には、フランジ部１０ｆが形成されている。フランジ部１０ｆは、上型１０Ｂの側面１０ｅから径方向の外方に延びている。
【００３１】
図２に示すように、型表面１０ｂは、型表面１０ａと同様の離型膜４によって構成されている。型表面１０ｂにおける離型膜４は、基材１Ｂに形成された成形面１ｂ上に成膜されている。基材１Ｂは、基材１Ａと同様な材料で構成される。
基材１Ａと同様、基材１Ｂは、離型膜４を除く上型１０Ｂの全体を構成していてもよい。基材１Ｂは、上型１０Ｂの第１端部のみに配置されていてもよい。離型膜４を除く上型１０Ｂの全体は、成形型本体を構成する。このため、基材１Ｂは、成形型本体の少なくとも一部を構成する。
成形面１ｂは、成形される光学素子の表面に近似する形状を有する。成形面１ｂは、鏡面研磨されている。成形面１ｂの面精度、表面粗さは、成形面１ａと同様である。
【００３２】
図１に示すように、胴型１０Ｃは、下型１０Ａの側面１０ｃ、および上型１０Ｂの側面１０ｅを摺動可能に外嵌する内周面１０ｇを有する円筒状部材である。
胴型１０Ｃの軸方向の長さは、後述する成形用型組立体１０の組立状態におけるフランジ部１０ｄ、１０ｆ間の距離よりも短い。
このような構成により、胴型１０Ｃは、成形を行う間、下型１０Ａおよび上型１０Ｂを同軸の位置関係に保持するとともに、上型１０Ｂを軸方向に移動可能に案内できる。
胴型１０Ｃは、成形温度に対する耐熱性を有する適宜の金属材料やセラミックスで構成されてもよい。本実施形態における銅型１０Ｃの材料は、一例として、高硬度で耐熱性が良好な超硬合金が用いられている。
【００３３】
成形用型組立体１０は、下型１０Ａおよび上型１０Ｂの各第１端部を胴型１０Ｃに挿入した状態に組み立てられる。型表面１０ａ、１０ｂの間には、成形に必要な質量に秤量された成形材料Ｇが配置される。
【００３４】
本実施形態の光学素子成形用型の製造方法について説明する。
図５、６、７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説明図である。図８は、図７におけるＦ部における模式的なＥ視拡大図である。図９は、図８におけるＨ−Ｈ断面図である。図１０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説明図である。
【００３５】
上述したように、下型１０Ａおよび上型１０Ｂは成形面１ａ、１ｂの形状が異なるのみである。そこで、以下では、本実施形態の光学素子成形用型の製造方法について、下型１０Ａを例にとって説明する。簡単のため、基材１Ａは、成形型本体の形状に形成されるとして説明する。
【００３６】
下型１０Ａを製造するために、本実施形態では、図５に示すように、成形面１ａが形成された基材１Ａが準備される。ただし、図５は、基材１Ａの一部が拡大された模式的な断面図である（以下、図６〜１０も同じ）。
下型１０Ａによって製造する光学素子が決まると、光学素子の外形状と、成形に使用する成形材料Ｇとが特定される。成形材料Ｇは、成形材料Ｇの屈伏点よりも高温の成形温度において、光学素子の形状に成形される。
基材１Ａに用いる材料として、成形温度に耐える材料が選定される。基材１Ａに用いる材料は、例えば、側面１０ｃを有する円柱の端部にフランジ部１０ｄが突出した形状などの形状に成形される。この後、フランジ部１０ｄと反対側の円柱の端部に、成形面１ａが形成される。成形面１ａの仕上げ工程では、鏡面研磨が施される。
以上で、成形面１ａが形成された基材１Ａが準備される。
【００３７】
この後、成形面１ａ上に離型膜４が形成される。本実施形態では、離型膜４を形成することには、ベース膜を成膜することと、ベース膜に空隙部５を形成することと、空隙部５に離型剤３を導入することと、が含まれる。
図６に示すように、まず、成形面１ａ上にベース膜２０が成膜される。
本実施形態では、成形面１ａ寄りのベース膜２０は膜本体基層部２Ａ（図２参照）を構成する。成形面１ａと反対側の表面２０ａ寄りのベース膜２０には膜本体上層部２Ｂ（図２参照）が形成される。このため、ベース膜２０の材料としては、少なくとも、成形面１ａ寄りには膜本体基層部２Ａと同じ材料が、表面２０ａ寄りには膜本体上層部２Ｂと同じ材料が、それぞれ含まれている。
具体的には、ベース膜２０には、膜本体基層部２Ａおよび膜本体上層部２Ｂに共通して含まれる膜本体材料と、膜本体上層部２Ｂから除去可能な除去材料と、が含まれる。ここで、膜本体上層部２Ｂから除去可能であるとは、除去材料自体が除去可能であってもよいし、除去材料が熱分解したり、化学変化したりすることによって、除去可能であってもよい。
【００３８】
除去材料は少なくとも膜本体上層部２Ｂが形成される領域に分散されている。除去材料は、ベース膜２０において、膜厚方向に均一に分布していてもよいし、膜本体上層部２Ｂが形成される領域に偏在していてもよい。除去材料が膜本体基層部２Ａとなる領域に分布する場合には、除去材料としては、成形温度よりも融点が高く、成形温度において膜本体材料の内部で安定な材料が用いられる。
除去材料は、空隙部５を形成するため少なくとも膜本体上層部２Ｂが形成される領域からは除去される。このため、除去材料は、成形材料Ｇの離型性が向上する材料でなくてもよい。
【００３９】
ベース膜２０内における除去材料の分布は、形成する空隙部５に対応する分布であることがより好ましい。ただし、除去材料の分布は、後述する除去材料の除去過程において、除去材料が初期の分布状態から移動することによって、後述する空隙部５の形状が得られる分布であってもよい。
例えば、ベース膜２０において除去材料が微小単位で離間して分布している場合に、後述する除去過程においてベース膜２０内で移動と凝集とを繰り返すことによって、ベース膜２０内に空隙部５の形状が形成されてもよい。
例えば、ベース膜２０において、除去材料が気化してベース膜２０の外部に抜ける場合に、周囲の膜本体材料を吹き飛ばしたり、変形させたりすることで、初期の分布状態と異なる形状の空隙部５の形状が形成されてもよい。
【００４０】
例えば、除去材料として好適な材料としては、レニウム、モリブデン、銀、マンガン、コバルト、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。
【００４１】
成膜方法としては、ベース膜２０の材料に応じて適宜の成膜方法が選択される。例えば、ベース膜２０を成形面１ａ上に成膜する成膜方法の例としては、蒸着、ＲＦスパッタ、ＤＣスパッタ、マグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタ、イオンプレーティング、イオンミキシングなどが挙げられる。
鏡面研磨などの仕上げ工程を要することなく、ベース膜２０の表面２０ａの凹凸が成形型表面として許容範囲内になる成膜方法が用いられる場合には、ベース膜２０の膜厚ｔ３は膜本体２の膜厚ｔ１と同じ厚さとされる。
ベース膜２０の表面２０ａの凹凸が成形型表面として許容範囲内に収まるために、成膜後に鏡面研磨などの仕上げ工程が必要な場合には、ベース膜２０の膜厚ｔ３は、膜本体２の膜厚ｔ１に仕上げ代が加算された厚さとされる。
【００４２】
ベース膜２０が成膜された後、ベース膜２０に空隙部５が形成される。
本実施形態では、図７に模式的に示すように、膜本体上層部２Ｂとなる領域から、ベース膜２０内の除去材料が除去されることによって、空隙部５が形成される。
除去材料の除去方法としては、例えば、除去材料を酸化などの化学反応によって揮発しやすい物質に変換した後、加熱する除去方法が行われてもよい。例えば、除去材料を酸化などの化学反応によって溶融しやすい物質に変換した後、加熱する除去方法が行われてもよい。
このような除去材料の除去方法によれば、ベース膜２０内の除去材料は、表面２０ａに露出した部位から順次除去されてゆくため、図８、９に示すように、除去材料の分布した領域に、ナノオーダーの連通孔からなる空隙部５が形成される。除去材料の出口として形成される表面２０ａにおける開口は、ナノオーダーの開口部２０ｃを構成する。
このようにして、図７に示すように、境界面ＢＳと表面２０ａとの間には、膜本体上層部２０Ｂが形成される。境界面ＢＳと底面２ｂとの間には、ベース膜２０が残ることで膜本体基層部２Ａが形成される。このようにして、ベース膜２０から膜本体２１が形成される。
【００４３】
膜本体２１において膜本体上層部２０Ｂは、図９に模式的に示すように、ベース膜２０の材料から除去材料が除去もしくは低減された材料で構成されたナノポーラス構造になっている。
【００４４】
この後、膜本体２１の空隙部５に離型剤３が導入される。
離型剤３の導入方法は、離型剤３が空隙部５に導入できれば、特に限定されない。例えば、図１０に示すように、離型剤３が含有される離型剤導入材料５０が膜本体２１の表面２０ａに配置された後、離型剤導入材料５０を加熱して離型剤導入材料５０中の離型剤３を空隙部５に移動させることによって導入されてもよい。
例えば、離型剤導入材料５０は、離型剤３自体または離型剤３を含む膜で構成されてもよい。この場合、離型剤導入材料５０の成膜方法としては、例えば、蒸着、ＲＦスパッタ、ＤＣスパッタ、マグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタ、イオンプレーティング、イオンミキシングなどが用いられてもよい。
例えば、離型剤導入材料５０は、ベース部材と、ベース部材の内部において外部に向かって移動可能に含有された離型剤３または離型剤３が生成される材料成分と、から構成されてもよい。ここで、離型剤３が生成される材料成分とは、ベース材料から外部に出た際もしくは空隙部５の内部に移動した際に、離型剤３となる物質を意味する。この場合、例えば、離型剤３または離型剤３が生成される材料成分がガラスに含有可能であれば、離型剤導入材料５０としては、離型剤３または離型剤３が生成される材料成分が含有されたガラス板が用いられてもよい。
例えば、離型剤導入材料５０は、離型剤３または離型剤３が生成される材料成分が分散された分散液による塗膜で構成されてもよい。
【００４５】
離型剤導入材料５０から空隙部５に離型剤３が導入されたら、離型剤導入材料５０は、表面２０ａ上から除去される。
例えば、離型剤導入材料５０が表面２０ａに成膜されている場合には、適宜の除去加工によって離型剤導入材料５０が除去される。その際、膜本体２１における膜本体上層部２０Ｂの厚さがｔ２を超える場合には、膜本体上層部２Ｂの厚さがｔ２になるまで、膜本体上層部２Ｂおよび空隙部５の上部が除去加工される。この除去加工は少なくとも鏡面研磨の仕上げ加工が含まれることがより好ましい。
除去加工が行われると、膜本体上層部２Ｂの上部に表面２０ａよりも低い表面２ａが形成される。このようにして、空隙部５に離型剤３が導入された状態の膜本体２が製造される。
例えば、離型剤導入材料５０がガラス板などの表面２０ａから移動可能な部材で構成されている場合には、離型剤導入材料５０は、単に表面２０ａから移動されて除去される。
膜本体２１における膜本体上層部２Ｂの厚さがｔ２を超える場合には、離型剤導入材料５０が移動された後、膜本体上層部２Ｂの厚さがｔ２になるまで、膜本体上層部２０Ｂおよび空隙部５の上部が除去加工される。この除去加工には、鏡面研磨の仕上げ加工が含まれることがより好ましい。
ただし、膜本体上層部２０Ｂの表面２０ａを鏡面研磨しなくても、下型１０Ａとして必要な面精度が得られる場合には、表面２０ａは、予め表面２ａと同じ高さに形成される。
【００４６】
このようにして、図２に示すように、基材１Ａの成形面１ａに離型膜４が形成される。これにより、下型１０Ａが製造される。
上型１０Ｂは、基材１Ａに代えて基材１Ｂが準備され、基材１Ｂの成形面１ｂ上に離型膜４が形成される以外は上記と同様にして、製造される。
【００４７】
下型１０Ａ、上型１０Ｂを用いた光学素子の成形は以下のようにして行われる。
図１に示すように、内部に成形材料Ｇが配置されるように成形用型組立体１０が組み立てられる。
この後、成形用型組立体１０は、防塵された加工室内に配置された加熱プレート１１Ａ、１１Ｂによって挟持される。加熱プレート１１Ａは、下型１０Ａのフランジ部１０ｄを下方から支持する。加熱プレート１１Ｂは、上型１０Ｂのフランジ部１０ｆに上方から当接する。加熱プレート１１Ｂは、図示略のプレス機構によって、上型１０Ｂを下型１０Ａに向けて加圧することができる。
加熱プレート１１Ａ、１１Ｂの内部には、それぞれヒーター１２が配置されている。ヒーター１２は、例えば、セラミック製のカートリッジヒーターが用いられてもよい。
ヒーター１２は、加熱プレート１１Ａ、１１Ｂを加熱する。ヒーター１２は、加熱プレート１１Ａ、１１Ｂからの熱伝導によって下型１０Ａ、上型１０Ｂの型表面１０ａ、１０ｂの温度が成形温度になるまで加熱を続ける。ヒーター１２は、成形が終了するまで、型表面１０ａ、１０ｂの温度を成形温度に保つ。成形温度は、成形材料Ｇが変形しやすい軟化状態になる温度、例えば、屈伏点以上の温度に設定される。
【００４８】
成形材料Ｇは、型表面１０ａ、１０ｂからの輻射および型表面１０ａ、１０ｂの当接部からの熱伝導によって昇温される。成形材料Ｇの全体が、屈伏点以上の温度になったら、図示略のプレス機構によって、加熱プレート１１Ｂが下降される。加熱プレート１１Ｂが下降されるにつれて、下型１０Ａと上型１０Ｂとの間の成形材料Ｇがプレス成形されていく。
プレス成形の間、型表面１０ａ、１０ｂを構成する各離型膜４は、成形温度に加熱された状態で、成形材料Ｇと接触する。各離型膜４における膜本体上層部２Ｂの表面２ａの開口部２ｃには、離型剤３が露出している。離型剤３は、成形温度にて表面２ａに移動可能な状態で膜本体上層部２Ｂに含有されているため、表面２ａと成形材料Ｇとの間に介在する。例えば、離型剤３は、成形温度において溶融したり揮発したりすることによって、開口部２ｃから表面２ａと成形材料Ｇとの間に移動する。ただし、成形材料Ｇは、成形面１ａ、１ｂの各表面２ａの間で加圧されているため、表面２ａと成形材料Ｇの表面との間には加圧力に応じて薄層化された最小限の離型剤３が介在するのみであり、残余の離型剤３は、空隙部５に閉じ込められている。
【００４９】
成形材料Ｇが所定のレンズ厚を有する形状にプレスされたら、プレス機構が停止される。プレスされた成形材料Ｇの変形が安定したら、加熱プレート１１Ａ、１１Ｂの加熱が停止される。これにより、成形用型組立体１０の放熱冷却が開始される。成形用型組立体１０内の成形材料Ｇには、型表面１０ａ、１０ｂの形状が転写され、プレス成形による成形品が形成される。
成形室内に、成形用型組立体１０を冷却する冷却プレートが設けられている場合には、加熱プレート１１Ａ、１１Ｂの挟持が解除された後、成形用型組立体１０が冷却プレートに移動されて、成形用型組立体１０の冷却が行われる。離型剤３のうち成形温度によって溶融した成分は、それぞれの融点以下に冷却されることによって固化する。
成形品が脱型可能な温度まで冷却されたら、成形用型組立体１０から成形品を脱型する。このとき、下型１０Ａ、上型１０Ｂは、離型膜４における膜本体２の材質の持つ離型性能と、表面２ａと成形品との間に介在する離型剤３が持つ離型性能と、が相俟って、円滑に脱型される。このようにして、光学素子の外形を有する成形品が製造される。
成形時に空隙部５の外部に移動しなかった離型剤３は、空隙部５の内部で固化しているため、脱型時に外部に引き抜かれることはない。
脱型された成形品は、必要に応じて、芯出しなどの機械加工、あるいは、適宜の膜コートなどが施される。
このようにして、光学素子が製造される。
【００５０】
以上、説明したように、本実施形態の下型１０Ａ、上型１０Ｂを用いた光学素子の製造方法によれば、１回の成形において、空隙部５の一部を占める離型剤３が表面２ａに移動する結果、例えば、揮発したり、成形材料Ｇに付着したりして離型剤３の一部が消費される。しかし、離型剤３が成形温度よりも融点が低い金属などの無機材料からなる場合、より低融点の有機材料に比べると、揮発によって消費される量は、格段に少なくなる。
このように、離型剤３の一部は、一回の成形で消費されるが、次の成形が行われる場合には、空隙部５内に残る離型剤３が上記と同様にして表面２ａに移動する。このため、膜本体上層部２Ｂの空隙部５内の離型剤３が残存する間は、離型剤３による離型性能が持続する。このため、本実施形態の下型１０Ａ、上型１０Ｂによれば、高温の成形を繰り返しても離型性能が低下しにくい。
【００５１】
これに対して、例えば、従来知られている有機系離型剤が空隙部５を有しない成形用型の成形面表面に塗布して用いられる場合、有機系離型剤は、１回の成形によって略すべて消費される。一部の有機系離型剤が残留するとしても、有機系離型剤の融点と成形温度との差が大きい場合には、成形時に有機系離型剤が分解したり変性したりする。このため、有機系離型剤が残留しても、塗布時の離型性能は得られず、むしろ融着の原因になりやすい。このため、成形型表面に残留した有機系離型剤または有機系離型剤の由来物は、成形ごとに清掃される必要がある。
このような従来の光学成形用型および成形方法によれば、１回の離型剤の塗布によって、良好な成形を複数回続けて行うことは難しい。そこで、成形が行われるたびに、有機系離型剤の塗布と成形後の成形を繰り返す必要があるため、成形準備および成形型のメンテナンスに多大の時間がかかる。
さらに、変性した状態で成形面に固着した有機系離型剤は、容易には清掃できないため、成形を繰り返すと、有機系離型剤の固着部からガラスの融着が誘発されやすくなる。このため、型寿命も短くなってしまう。
以上、有機系離型剤が成形に用いられた場合の例で説明したが、成形温度で変性しにくい無機材料が離型剤として用いられた場合でも、離型膜が空隙部を有しない場合には、成形ごとに離型剤を塗布し直す手間がかかることは同様である。
【００５２】
本実施形態の下型１０Ａ、上型１０Ｂによれば、空隙部５は、貴金属を含む金属または合金の内部に形成されているため、離型剤３が外部に移動した状態でも、空隙部５は潰れることなく残っている。
このため、成形の繰り返しによって、膜本体上層部２Ｂに含有された離型剤３が少なくなった場合に、空隙部５に新たな離型剤３を補充する工程が行われてもよい。離型剤３を補充する工程は、離型膜４の製造時において、空隙部５に離型剤３を導入する際に用いられた方法が用いられる。
このように、上述の光学素子の製造方法において、離型剤３を補充する工程が追加される場合、下型１０Ａ、上型１０Ｂの離型膜４がさらに長期間使用可能になる。離型剤３が消費されても、膜本体２を再使用できるため、離型剤３が消費された時点で離型膜４を再形成する場合に比べて、下型１０Ａ、上型１０Ｂのランニングコストが低減される。
【００５３】
［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の製造方法について説明する。
図１１〜１３は、本発明の第２の実施形態の光学素子成形用型の製造方法の工程説明図である。
【００５４】
本実施形態の光学素子成形用型の製造方法は、上記第１の実施形態と同様の離型膜４を製造するために用いられる。以下では、下型１０Ａを製造する場合の例で、上記第１の実施形態と異なる点を中心として説明する。
【００５５】
まず、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様にして、基材１Ａが準備される。
この後、成形面１ａ上に離型膜４が形成される。本実施形態では、離型膜４を形成することには、下地膜を成膜することと、ベース膜を成膜することと、ベース膜に空隙部５を形成することと、空隙部５に離型剤３を導入することと、が含まれる。
図１１に示すように、まず、成形面１ａ上に下地膜３０が成膜される。本実施形態では、下地膜３０は、膜本体基層部２Ａを構成する。このため、下地膜３０の膜厚ｔ４は、膜本体基層部２Ａの層厚であるｔ１−ｔ２に等しい。
下地膜３０の材料としては、膜本体基層部２Ａと同じ材料が使用可能である。ただし、本実施形態では、下地膜３０には、空隙部５が形成されないため、ベース膜２０に含まれるような空隙部５を形成するための除去材料は含まれなくてもよい。
下地膜３０の成膜方法としては、上記第１の実施形態におけるベース膜２０の成膜方法として例示されたような適宜の成膜方法が用いられる。
【００５６】
この後、図１２に示すように、下地膜３０の表面３０ａ上にベース膜３３が成膜される。ベース膜３３は、膜本体上層部２Ｂおよび空隙部５を形成するために用いられる。
ベース膜３３は、膜本体材料３２と、除去材料３５と、を有する。
膜本体材料３２は、貴金属元素を含む金属または合金からなる。膜本体材料３２は、膜本体上層部２Ｂと同じ材料が用いられる。膜本体材料３２は、下地膜３０との密着性が高い材料であれば、下地膜３０の材料と異なっていてもよいし、同じでもよい。
膜本体材料３２の分布は、形成する膜本体上層部２Ｂに対応する分布であることがより好ましい。ただし、膜本体材料３２の分布は、後述する除去材料３５の除去過程における除去材料３５の移動に伴って変化してもよい。
【００５７】
除去材料３５は、上記第１の実施形態におけるベース膜２０に含有される除去材料と同様の材料が用いられる。
除去材料３５の分布は、形成する空隙部５に対応する分布であることがより好ましい。ただし、除去材料３５の分布は、上記第１の実施形態におけるベース膜２０内の除去材料と同様、後述する除去材料３５の除去過程において、除去材料が初期の分布状態から移動することによって、後述する空隙部５の形状が得られる分布であってもよい。
【００５８】
ベース膜３３の成膜方法としては、ベース膜３３の材質に応じて、ベース膜２０と同様な適宜の成膜方法が選択される。
鏡面研磨などの仕上げ工程を要することなく、ベース膜３３の表面３２ａの凹凸が成形型表面として許容範囲内になる成膜方法が用いられる場合には、ベース膜３３の膜厚ｔ５は膜本体上層部２Ｂと同じ層厚ｔ２とされる。
ベース膜３３の表面３２ａの凹凸が成形型表面として許容範囲内に収まるために成膜後に鏡面研磨などの仕上げ工程が必要な場合には、ベース膜３３の膜厚ｔ５は膜本体上層部２Ｂの層厚ｔ２に仕上げ代が加算された厚さとされる。
【００５９】
ベース膜３３が成膜された後、ベース膜３３に空隙部５が形成される。
本実施形態では、図１２に模式的に示すベース膜３３から、除去材料３５が除去されることによって、図１３に示すように、空隙部５が形成される。
除去材料３５の除去方法としては、例えば、上記第１の実施形態におけるベース膜２０の除去材料の除去方法と同様な方法が用いられてもよい。
さらに、本実施形態の場合、除去材料３５が完全に除去されても、空隙部５は、ベース膜３３の膜厚の範囲のみに形成される。このため、除去材料３５としては、例えば、成形温度以上で気化することにより、ベース膜３３からすべて除去できる材料が用いられてもよい。
除去材料３５がベース膜３３からすべて除去される場合、除去材料３５の種類は特に限定されない。例えば、除去材料３５は、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよい。
除去材料３５の一部がベース膜３３に残る場合、除去材料３５としては、成形温度よりも融点が高く、成形温度において膜本体材料の内部で安定な材料が用いられる。
以下では、一例として、除去材料３５がベース膜３３からほぼすべて除去される場合の例で説明する。
【００６０】
このような除去材料３５がベース膜３３から上述した適宜の除去方法によって除去されることによって、除去材料３５の分布した領域に、ナノオーダーの連通孔からなる空隙部５が形成される（図８、９参照）。除去材料の出口として形成される表面３２ａの開口は、上記第１の実施形態と同様に、ナノオーダーの開口部２０ｃを構成する。
本実施形態では、空隙部５は、ベース膜３３の膜厚方向に貫通するように形成される。空隙部５の下端部は下地膜３０の表面３０ａに達する。下地膜３０の表面３０ａは、本実施形態における膜本体基層部２Ａと膜本体上層部２０Ｂとの境界面ＢＳを構成する（図１３参照）。
境界面ＢＳと表面３２ａとの間には、膜本体上層部３０Ｂが形成される。境界面ＢＳと離型剤導入材料５０の底面３０ｂとの間は、ベース膜３３の材料からなる膜本体基層部２Ａが形成される。このようにして、膜本体基層部２Ａと膜本体上層部３０Ｂとが積層した膜本体３１が形成される。
【００６１】
膜本体３１において膜本体上層部３０Ｂは、ベース膜３３の材料から除去材料３５が除去され、膜本体材料３２で構成されたナノポーラス構造になっている。
【００６２】
この後、膜本体３１の空隙部５に、上記第１の実施形態と同様にして、離型剤３が導入される。さらに、必要に応じて、表面３２ａが仕上げ加工されて、図２に示すような離型膜４が形成される。このようにして、離型膜４を備える下型１０Ａが製造される。
【００６３】
以上、説明したように、本実施形態の光学素子成形型の製造方法によれば、上記第１の実施形態と同様の離型膜４を備える下型１０Ａ、上型１０Ｂが製造できるため、上記第１の実施形態と同様の作用を備える。
さらに、本実施形態では、離型膜４が、下地膜３０と、ベース膜３３と、の２層構造から出発して製造される。
このため、除去材料３５は、ベース膜３３のみに添加すればよいため、除去材料３５として、成形面１ａ、１ｂとの密着性がよくない材料も使用することができる。
さらに、除去材料３５がベース膜３３から略すべて除去されることによって、ベース膜３３の膜厚の略全範囲に延びる空隙部５が容易に形成できるため、空隙部５の深さの制御が容易になる。
本実施形態によれば、除去材料３５がベース膜３３からすべて除去することによって、離型膜４の全体に除去材料３５が含まれないようにすることもできる。このため、本実施形態では、離型膜４に残留すると離型膜４の膜強度が低下するような材料であっても、除去材料３５として使用することができる。
【００６４】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態の離型膜および光学素子成形用型について説明する。
図１４は、本発明の第３の実施形態の離型膜の構成を示す模式的な断面図である。
【００６５】
図１４に示すように、本実施形態の離型膜４４は、上記第１の実施形態の離型膜４における膜本体２に代えて、膜本体４２を備える。
離型膜４４は、上記第１の実施形態における下型１０Ａ、上型１０Ｂにおいて、離型膜４に代えて用いられる。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心として説明する。
【００６６】
膜本体４２は、膜厚がｔ１である以外は、上記第１の実施形態における膜本体上層部２Ｂと同様に構成されている。すなわち、膜本体４２は、上記第１の実施形態の膜本体２において、ｔ１＝ｔ２としたのと同様に構成されている。
膜本体４２の底面４２ｂは、基材１Ａ（１Ｂ）の成形面１ａ（１ｂ）に密着している。膜本体４２の表面４２ａは、成形時に成形材料Ｇと接触する膜本体４２の最表面である。
膜本体４２には、底面４２ｂから表面４２ａの間に延びる以外は、上記第１の実施形態と同様の空隙部５が形成されている。図３、４に示すように、膜本体４２における空隙部５は、表面４２ａにおいて上記第１の実施形態と同様の開口部２ｃとして開口している。空隙部５の少なくとも一部は、底面４２ｂにおいて開口している。
本実施形態における空隙部５は、膜厚方向における長さが異なる以外は、上記第１の実施形態と同様な形状に形成されている。本実施形態における空隙部５には、上記第１の実施形態と同様な離型剤３が導入されている。
膜本体４２の材料は、上記第１の実施形態における膜本体上層部２Ｂと同様な材料からなる。
【００６７】
このような構成の膜本体４２は、例えば、上記第１の実施形態における膜本体２における空隙部５の膜厚方向における形成領域を、成形面１ａ（１ｂ）まで延ばすことによって製造されてもよい。
例えば、膜本体４２は、上記第２の実施形態におけると同様のベース膜３３を成形面１ａ（１ｂ）に膜厚ｔ１で成膜した後、上記第２の実施形態と同様にして除去材料３５が除去されることによって製造されてもよい。
成形面１ａ（１ｂ）上に形成された膜本体４２における空隙部５に、離型剤３を導入する方法は、上記第１の実施形態と同様の方法が用いられる。
【００６８】
本実施形態の離型膜４４を備える下型１０Ａ、上型１０Ｂによれば、離型膜４４において、成形温度にて離型剤３が表面４２ａに移動可能に分散されているため、上記第１の実施形態と同様の作用を備える。
さらに、本実施形態では、離型剤３が離型膜４４の膜厚方向に全体にわたって分散されているため、上記第１の実施形態に比べて、より多くの離型剤３を離型膜４４に含有させることができる。このため、下型１０Ａ、上型１０Ｂにおける良好な成形が可能なショット数が向上する。
【００６９】
なお、上記各実施形態の説明では、成形材料がガラスの場合の例で説明した。しかし、光学素子の成形材料は、樹脂であってもよい。
【００７０】
上記各実施形態の説明では、ベース膜における除去材料が粒子状の場合の例で説明した。しかし、除去材料は、例えば、繊維状、棒状、板状などの適宜の形状を有していてもよい。
【実施例】
【００７１】
次に、上記第１および第２の実施形態に関する光学素子成形用型およびその製造方法の実施例１〜３について、それぞれの離型膜の製造方法を中心として説明する。各製造方法は、下型１０Ａ、上型１０Ｂに共通であるため、以下では、下型１０Ａを中心として説明する。
【００７２】
［実施例１］
実施例１は、第１の実施形態に関する実施例である。
まず、離型膜４を除く下型１０Ａの形状を有する超硬合金によって製造された基材１Ａが準備された。基材１Ａの成形面１ａは、機械研磨により鏡面研磨された。
この後、基材１Ａの成形面１ａに、イオンビームスパッタによって、白金と、白金に分散されたとレニウムとからなるベース膜２０（ｔ３＝３（μｍ））が形成された（図６参照）。ベース膜２０の表面２０ａには、白金と、レニウムと、がそれぞれ露出していた。本実施例では、白金が膜本体材料、レニウムが除去材料に相当する。
ベース膜２０が形成された基材１Ａは、レニウムを酸化するため、大気雰囲気の電気炉において４００℃、１５分間の加熱処理が施された。これにより、上層部にナノポーラス構造を有する膜本体２１が形成された（図７参照）。
膜本体２１の表面２０ａのＴＥＭ観察が行われた。表面２０ａには、内径５ｎｍ〜１５ｎｍ程度の開口部２０ｃが確認された。
【００７３】
加熱処理によって膜本体２１が形成される過程について簡単に説明する。酸化レニウムは、融点３６０℃でありかつ昇華する物質である。このため、ベース膜２０の開口部２０ｃに露出したレニウムが酸化されて酸化レニウムが生成すると、酸化レニウムが昇華してベース膜２０の内部から電気炉内に移動する。ベース膜２０の内部のレニウムは、酸化レニウムが昇華して形成された空隙部５から進入する酸素によって酸化されるため、空隙部５がベース膜２０の内部に延びていく。このようにして、膜本体２１が形成されたと考えられる。
空隙部５が形成される深さは、例えば、加熱温度、加熱時間など加熱処理条件によって決まる。
【００７４】
この後、離型剤３となる亜鉛を含有するガラス板を離型剤導入材料５０として用いることにより、空隙部５に離型剤３が導入された。具体的には、膜本体２１の表面２０ａに離型剤導入材料５０を載置した状態（図１０参照）で、窒素雰囲気の電気炉において、６００℃、６０分間の加熱処理が施された。
これにより、離型剤導入材料５０に含有される亜鉛が、開口部２０ｃを通して、空隙部５に導入され、離型膜４を有する下型１０Ａが製造された。
同様にして、離型膜４および下型１０Ａの観察用サンプルが作成された。観察用サンプルにおける離型膜４は、ＦＩＢ（集束イオンビーム）加工され、加工断面がＴＥＭ／ＥＤＳ（透過型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分析）によって測定された。測定結果によれば、ベース膜２０の表面２０ａから、深さ０．５μｍの範囲に亜鉛元素が分布していた。このため、深さ０．５μｍの範囲の空隙部５に亜鉛が導入されたと考えられる。
【００７５】
同様にして、上型１０Ｂが製造された。本実施例の下型１０Ａ、上型１０Ｂを用いて、成形温度６２０℃にてガラスのプレス成形が行われ、光学素子の形状の成形が製造された。
１００ショットの成形が行われる間、成形品の焼付きが生じることはなかった。各成形品の表面には、クモリなどの不具合は生じなかった。
亜鉛は成形温度６２０℃において溶湯するため、離型膜４の開口部２ｃを通して成形材料Ｇと離型膜４との間に介在することで成形型の離型性能が向上したと考えられる。
【００７６】
［実施例２］
実施例２は、第１の実施形態に関する実施例である。
まず、離型膜４を除く下型１０Ａの形状を有する炭化珪素によって製造された基材１Ａが準備された。
この後、基材１Ａの成形面１ａに、イオンビームスパッタによって、白金と、白金に分散されたとモリブデンとからなるベース膜２０（ｔ３＝２（μｍ））が形成された（図６参照）。ベース膜２０の表面２０ａには、白金と、モリブデンと、がそれぞれ露出していた。本実施例では、白金が膜本体材料、モリブデンが除去材料に相当する。モリブデンの酸化物は、レニウムの酸化物と同様、昇華する。
ベース膜２０が形成された基材１Ａは、モリブデンを酸化するため、大気雰囲気の電気炉において酸化処理が行われた。電気炉は直径５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの石英管の長手方向の中央に、前記石英管を取り囲む長さ３００ｍｍの管状電気炉が設けられている。石英管の一方より大気が導入され、他方より排出される。大気を導入する側の石英管にはキセノンエキシマランプが設けられており、石英管内部を照射できるようになっている。キセノンエキシマランプを点灯し、石英管内部を照射した状態で、電気炉による５５０℃、３０分間の加熱が行われた。キセノンエキシマランプが照射されたのは、石英管内部の大気中の酸素を光分解し活性酸素やオゾンを生成し、これがベース膜２０表面付近に気流に乗って搬送されることでモリブデンの酸化を促進するためである。
この後、キセノンエキシマランプが消灯され、電気炉による７００℃、２時間の加熱処理が行われた。これにより、酸化モリブデンが昇華され、上層部にナノポーラス構造を有する膜本体２１が形成された（図７参照）。
【００７７】
この後、離型剤３となる錫が、膜本体２１の表面２０ａに蒸着された。錫の蒸着層は、本実施例では、離型剤導入材料５０として用いられた（図１０参照）。
錫が蒸着された膜本体２１は、窒素雰囲気の電気炉において、３５０℃、６０分間の加熱処理が施された。
これにより、錫が溶融し、開口部２０ｃを通して、空隙部５に導入された。この後、膜本体２１の表面が鏡面研磨されることで、離型膜４を有する下型１０Ａが製造された。
【００７８】
同様にして、上型１０Ｂが製造された。本実施例の下型１０Ａ、上型１０Ｂを用いて、成形温度８００℃にてガラスのプレス成形が行われ、光学素子の形状の成形品が製造された。
１００ショットの成形が行われる間、成形品の焼付きが生じることはなかった。各成形品の表面には、クモリなどの不具合は生じなかった。
錫は成形温度８００℃において溶融するため、離型膜４の開口部２ｃを通して成形材料Ｇと離型膜４との間に介在することで成形型の離型性能が向上したと考えられる。
【００７９】
［実施例３］
実施例３は、第２の実施形態に関する実施例である。
まず、離型膜４を除く下型１０Ａの形状を有する超硬合金によって製造された基材１Ａが準備された。
この後、基材１Ａの成形面１ａに、蒸着によって金からなる下地膜３０（ｔ４＝１（μｍ））が形成された（図１１参照）。
この後、下地膜３０の表面３０ａに膜厚ｔ５のベース膜３３が塗布された（図１２参照）。具体的には、ベース膜３３は、ポリビニルアルコールが添加された金ナノ粒子分散ペーストが用いられた。この金ナノ粒子分散ペーストは、塩化金酸をクエン酸ナトリウムで還元し、これを遠心分離により濃縮することで得られた金ナノ粒子溶液にポリビニルアルコールが添加されて製造された。
ベース膜３３の表面３２ａには、金と、ポリビニルアルコールと、がそれぞれ露出していた。本実施例では、金が膜本体材料３２、ポリビニルアルコールが除去材料３５に相当する。
下地膜３０およびベース膜３３が形成された基材１Ａは、ポリビニルアルコールを焼き飛ばすため、大気雰囲気の電気炉による５００℃、３０分間の加熱が行われた。これにより、ポリビニルアルコールが焼き飛ばされて、残留する金粒子によってナノポーラス構造を有する膜本体上層部３０Ｂが形成された（図１３参照）。膜本体上層部３０Ｂの底面３０ｂを構成する金粒子は、下地膜３０の表面３０ａと密着して一体化した。これにより、膜本体基層部２Ａ（下地膜３０）と膜本体上層部３０Ｂとを有する膜本体３１が形成された。
【００８０】
この後、離型剤３となる五酸化アンチモンが、水およびトリエタノールアミンからなる溶媒に分散されたナノ分散液が膜本体３１の表面３２ａに塗布された。五酸化アンチモンのナノ分散液の塗膜は、本実施例では、離型剤導入材料５０として用いられた（図１０参照）。
五酸化アンチモンのナノ分散液が塗布された膜本体３１は、大気雰囲気の電気炉において、３５０℃、６０分間の加熱処理が施された。これにより、五酸化アンチモンが空隙部５の内部に吸収された。
この後、五酸化アンチモンが吸収された膜本体３１の表面３２ａが鏡面研磨されることで、離型膜４を有する下型１０Ａが製造された。鏡面研磨に用いられた研磨液は、アルミナ系研磨剤分散液が用いられた。
【００８１】
同様にして、上型１０Ｂが製造された。本実施例の下型１０Ａ、上型１０Ｂを用いて、成形温度４００℃にてガラスのプレス成形が行われ、光学素子の形状の成形品が製造された。
３００ショットの成形が行われる間、成形品の焼付きが生じることはなかった。各成形品の表面には、クモリなどの不具合は生じなかった。
五酸化アンチモンは成形温度４００℃において溶融するため、離型膜４の開口部２ｃを通して成形材料Ｇと離型膜４との間に介在することで成形型の離型性能が向上したと考えられる。
【００８２】
［比較例］
実施例１〜３と比較するため、比較例の成形用型が製作された。比較例の成形用型は、実施例１の下型１０Ａ、上型１０Ｂの、離型膜４に代えて白金製の離型膜が形成された。比較例の成形用型を用いた光学素子の製造方法では、離型膜の表面に、グリセリンをアルコールで希釈した有機離型剤が塗布された状態で、実施例１と同様の成形条件で、光学素子の成形が行われた。
３０ショットの成形が行われたときに、成形品の焼付きが生じ、成形品の表面にもクモリが生じた。したがって、成形用型としての寿命は、実施例１〜３に比べて格段に短くなっていた。
この原因は、成形温度で分解された有機離型剤成分が離型膜および成形品表面に固着したためと考えられる。
【００８３】
以上、本発明の好ましい各実施形態および各実施例を説明したが、本発明はこれらの各実施形態及び各実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００８４】
１ａ、１ｂ  成形面
１Ａ、１Ｂ  基材
２、２１、３１、４２  膜本体
２ａ、２０ａ、３０ａ、３２ａ、４２ａ  表面
２Ａ  膜本体基層部
２Ｂ、２０Ｂ、３０Ｂ  膜本体上層部
２ｃ、２０ｃ  開口部
３  離型剤
４、４４  離型膜
５  空隙部
１０ａ、１０ｂ  型表面
１０Ａ  下型（光学素子成形用型）
１０Ｂ  上型（光学素子成形用型）
０、３３  ベース膜
３０  下地膜
３２  膜本体材料
３５  除去材料
５０  離型剤導入材料
Ｇ  成形材料
【図１】
2019001683.tif 000003
【図２】
2019001683.tif 000004
【図３】
2019001683.tif 000005
【図４】
2019001683.tif 000006
【図５】
2019001683.tif 000007
【図６】
2019001683.tif 000008
【図７】
2019001683.tif 000009
【図８】
2019001683.tif 000010
【図９】
2019001683.tif 000011
【図１０】
2019001683.tif 000012
【図１１】
2019001683.tif 000013
【図１２】
2019001683.tif 000014
【図１３】
2019001683.tif 000015
【図１４】
2019001683.tif 000016