(57)【要約】【課題】成形型の加工及び再生をウエットエッチングではなく、また研削工程なしに実現できる成形型の表面処理方法及び成形型を提供すること。【解決手段】まず、予め基材、中間層及び表面層を構成するタングステンカーバイド（ＷＣ）、クロム（Ｃｒ）及び窒化クロム（ＣｒＮ）のそれぞれに対して、イオンビームの入射角度以外は表面処理時と同一の照射条件にして、イオンビームの入射角度と成形面１２内のエッチングレート分布との関係を求める。上記の関係に基づいて成形面１２を構成するＣｒとＣｒＮとの膜厚比率から、成形型制御角度γをパラメータとして、成形面１２の面頂から周端部方向までのエッチングレート分布を算出する。これらに基づいて、加工に必要なエッチング深さに対する最適な成形型制御角度γ及び処理時間の組み合わせ条件を求めて加工するものとした。【選択図】      図１
2004224657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも曲面を有する成形面にイオンビームを照射して成形面にエッチング処理を施すビーム照射工程を備えた成形型の表面処理方法であって、
前記ビーム照射工程では、前記成形面の中心軸に対する前記イオンビームの入射角度と成形面内のエッチングレート分布との関係を予め求め、該関係に基づいて前記入射角度及び前記イオンビームの照射時間の少なくとも一方を決定することを特徴とする成形型の表面処理方法。
【請求項２】
前記ビーム照射工程では、前記入射角度及び前記照射時間を変えて前記イオンビームを複数回照射することを特徴とする請求項１記載の成形型の表面処理方法。
【請求項３】
前記ビーム照射工程では、前記イオンビームの照射前後における前記成形面の形状変化が最小となる前記入射角度及び照射時間とすることを特徴とする請求項１又は２記載の成形型の表面処理方法。
【請求項４】
前記ビーム照射工程では、被膜を有する前記成形面に対して前記イオンビームを照射し、前記被膜及び前記被膜下の基材材質の少なくとも一つをエッチング処理し、
該工程後に、前記成形面に新たな被膜を形成する再生工程を備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか記載の成形型の表面処理方法。
【請求項５】
前記ビーム照射工程では、前記入射角度及び前記照射時間を前記被膜の成分及び前記被膜下の基材材質の少なくとも一つに応じて求めた前記関係に基づいて決定することを特徴とする請求項４記載の成形型の表面処理方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか記載の成形型の表面処理方法により成形面が表面処理されていることを特徴とする成形型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学ガラス素子等を成形するための成形型の表面処理方法及び成形型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズ等の光学ガラス素子には、球面レンズや非球面レンズ等があり、特に非球面レンズの製造にあたっては、非球面形状のものでも成形可能なガラスプレス成形法が多く採用されている。
【０００３】
このガラスプレス成形法は、予め所望の面品質及び面精度に仕上げられている球面又は非球面の成形型の上で光学ガラスの塊状物を加熱し、或いは予め加熱してあるガラスの塊状物を成形型の上に載せた後プレス成形することによって、それ以降の研磨工程を省略可能にまで表面が仕上げられた成形物を得る方法である。
【０００４】
このガラスプレス成形法に使用する成形型は、成形を繰り返すとやがて、成形面が劣化し、成形品質が低下する場合がある。そのため、成形型をさらに使用する場合には成形面を表面処理して再生する必要が生じる。
【０００５】
従来の成形型の表面処理方法としては、成形型の基材と表面層との間にクロムを主成分とした中間層を有する成形型を用いて成形を行い、再生時には、この成形型をクロム溶解性処理液にて処理し、中間層及び表面層を溶解剥離させた後、新たな中間層及び表面層を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、成形型の成形面にイオンビームを照射して、成形面の被膜をエッチング処理した後、成形面に新たな被膜を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、基板と表面層との間に１層又は２層以上の中間層を有する成形型を再生する場合、この表面層及び中間層の最上部をイオンビーム照射によるエッチング処理によって除去した後、露出した中間層をその中間層の主成分が溶解する処理液で処理して溶解除去し、次いで新たな中間層及び表面層を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−１９２７３３号公報
【特許文献２】
特開平５−３２４２４号公報
【特許文献３】
特開２００１−１３０９１８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の成形型の表面処理方法においては、以下に示す課題があった。
特許文献１に記載の方法の場合、一般に、クロム溶解性処理液として硝酸第２セリウムアンモン溶液、又は塩酸に過酸化水素水及び界面活性剤を混合した溶液の２種類が用いられている。前者の溶液はクロム以外の金属や、クロムの窒化物及び炭化物は溶解しにくい特性を有している。一方、後者の溶液は、クロム以外の物質をも溶解することができるものの、基材までも溶解してしまう可能性が高い。そのため、クロム溶解性処理液としては前者の硝酸第２セリウムアンモン溶液を使用せざるを得ないことから、中間層をクロム以外の物質にて形成した成形型にはほとんど適用できない問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の方法の場合、成形面の面頂の光軸と直交する軸を中心に成形型が揺動しているので、揺動時に成形面の任意の位置における法線方向が上記光軸と一致しない部分を有する成形面の場合、成形面の中心部と周辺部とではエッチング深さが均一にならず、加工によって表面形状が変化してしまうことがあった。特に、表面層と基材との間に複数の層が存在している場合や、曲率半径が小さい場合に発生する可能性があった。
【０００９】
さらに、特許文献３に記載の方法の場合、イオンビームと溶液処理の２工程の作業が必要となって時間と手間がかかってしまうとともに、使用する溶液処理液に対して中間層をクロムで形成した場合のみ有効であり、他の物質で中間層を形成した成形型にはほとんど適応できないという問題があった。
【００１０】
そして、複数の成形を行った成形型の成形面は、成形初期の形状に比べ変化している場合があり、このような型表面形状を所望の形状に加工するためには、上記いずれの従来の方法を用いた場合でも研削工程等でさらに再加工しなければならない。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、成形型の加工及び再生をウエットエッチングではなく、また研削工程なしに実現できる成形型の表面処理方法及び成形型を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の成形型の表面処理方法は、少なくとも曲面を有する成形面にイオンビームを照射して成形面にエッチング処理を施すビーム照射工程を備えた成形型の表面処理方法であって、前記ビーム照射工程では、前記成形面の中心軸に対する前記イオンビームの入射角度と成形面内のエッチングレート分布との関係を予め求め、該関係に基づいて前記入射角度及び前記イオンビームの照射時間の少なくとも一方を決定することを特徴とする。
【００１３】
この成形型の表面処理方法によれば、予め求められた成形面の中心軸に対するイオンビームの入射角度と成形面内のエッチングレート分布との関係から、イオンビームの入射角度及び照射時間の少なくとも一方を決定するので、イオンビームの入射角度とエッチングレートとによって成形面の任意の位置において所望の深さのエッチングが可能となり、成形面を高精度に加工することができる。
【００１４】
本発明は、請求項１記載の成形型の表面処理方法において、前記ビーム照射工程では、前記入射角度及び前記照射時間を変えて前記イオンビームを複数回照射することを特徴とする。
【００１５】
この成形型の表面処理方法によれば、イオンビームを複数回照射するので、一回のイオンビームの照射によるエッチングが不十分であった成形面をさらにエッチングすることが可能となり、成形面全体として高精度な加工を行うことができる。
【００１６】
本発明は、請求項１又は２記載の成形型の表面処理方法において、前記ビーム照射工程では、前記イオンビームの照射前後における前記成形面の形状変化が最小となる前記入射角度及び照射時間とすることを特徴とする。
【００１７】
この成形型の表面処理方法によれば、成形面の形状変化が最小となるので、イオンビームの照射前後で成形面の形状維持を図ることができ、成形面の再生処理を高精度に行うことが可能になる。
【００１８】
本発明は、請求項１から３の何れか記載の成形型の表面処理方法において、前記ビーム照射工程では、被膜を有する前記成形面に対して前記イオンビームを照射し、前記被膜及び前記被膜下の基材材質の少なくとも一つをエッチング処理し、該工程後に、前記成形面に新たな被膜を形成する再生工程を備えていることを特徴とする。
【００１９】
この成形型の表面処理方法によれば、ビーム照射工程とその後に再生工程とを備えているので、ビーム照射工程におけるエッチング処理によって古い被膜を除去し、又は、成形面の表面形状を高精度に矯正し、その後の再生工程によって露出した又は矯正された成形面に新しい被膜を形成して成形型を再生することができる。
【００２０】
本発明は、請求項４記載の成形型の表面処理方法であって、前記ビーム照射工程では、前記入射角度及び前記照射時間を前記被膜の成分及び前記被膜下の基材材質の少なくとも一つに応じて求めた前記関係に基づいて決定することを特徴とする。
【００２１】
この成形型の表面処理方法によれば、イオンビームの入射角度及び照射時間を被膜の成分及び被膜下の基材材質の少なくとも一つに応じて求めた関係に基づいて決定するので、被膜の成分及び基材材質にとって最適な照射条件が得られ、ビーム照射工程後の再生工程に適した成形面の状態を得ることができる。
【００２２】
本発明の成形型は、請求項１から５の何れか記載の成形型の表面処理方法により成形面が表面処理されていることを特徴とする。
【００２３】
この成形型によれば、上記本発明の表面処理方法により成形面が所望の形状や状態若しくは再生被膜を有することになるので、この成形型にてプレス成形することによって、高精度に表面が仕上げられた光学ガラス素子を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態の再生処理（表面処理）に用いる成形型１０は、図１に示すように真空チャンバ１１内に配設され、その成形面１２がイオンビーム射出孔（図示略）と対向する位置に配設されている。
この成形型１０は中心軸１３を有するタングステンカーバイド（ＷＣ）からなる基材１４の成形面１２部分に、膜厚０．５μｍのクロム（Ｃｒ）からなる中間層（被膜）１５が形成され、さらにこの中間層１５の上に膜厚０．２μｍの窒化クロム（ＣｒＮ）からなる表面層（被膜）１６が形成されて構成されている。
この成形型１０は、ガラスプレス成形に３０００回使用されて成形面１２の表面が劣化したものである。成形面１２は、曲率半径２０ｍｍ、外径９ｍｍの凸面形状となっている。
【００２５】
ここでイオンビームの入射角度αは、成形面１２の中心軸１３に対するイオンビームの角度である。また、成形型制御角度γは、イオンビームの入射方向と成形面１２の中心軸１３とを平行とした状態を０度とした場合、この状態から傾けたときの角度である。したがって、イオンビームの入射角度αと成形型制御角度γとは等価のものである。
【００２６】
イオンビーム射出孔の形状は、イオンビームの収束度に影響するので、エッチングされる成形面１２にイオンビームが均一に照射されるように予め成形されている。
ここで、イオンビームに用いるガスはＡｒガスを用いる。Ｎ２や他の不活性ガスの場合、反応性が高くなること及び高価であること等から適当でないからである。
【００２７】
次に、本実施形態の成形型の表面処理方法による表面処理実施例について説明する。
まず、予め基材１４、中間層１５及び表面層１６を構成するＷＣ、Ｃｒ及びＣｒＮのそれぞれに対して、イオンビームの入射角度以外は表面処理時と同一の照射条件にして、イオンビームの入射角度αと成形面１２内のエッチングレート分布との関係を図４に示すように求める。
なお、図４において、（１）の線はＷＣ、（２）の線はＣｒ、（３）の線はＣｒＮを示すものである。
【００２８】
上記の関係に基づいて成形面１２を構成するＣｒとＣｒＮとの膜厚比率から、図５に示す成形型制御角度γをパラメータとして、成形面１２の面頂から周端部方向までのエッチングレート分布を算出する。図５の場合は、成形型制御角度γとして（１）０度、（２）１０度、（３）２０度、（４）３０度、（５）４０度、（６）５０度とした。
同様に基材材質であるＷＣに対しても、図５と同様に上記の関係から図６に示す成形型制御角度γをパラメータとして成形面１２の面頂から周端部方向までのエッチングレート分布を算出する。図６に示す成形型制御角度γも図５と同様の値（１）〜（６）とした。
これらによって、加工に必要なエッチング深さに対して最適な成形型制御角度γ及び処理時間の組み合わせ条件が求められる。
【００２９】
続いて、以下のビーム照射工程にて成形型１０の表面処理を行う。
まず、成形型制御角度γを４０度として成形型１０を配設する。そして、真空チャンバ１１内から不純物ガス、水、酸素及び窒素等をできるだけ除去するのに１．３×１０−４Ｐａ以下まで減圧する必要があるため、本実施形態では４．０×１０−５Ｐａに減圧する。その後、図５及び図６に基づき、成形面１２に向かってＡｒガスのイオンビームをイオンビーム射出孔から２０分間照射して、表面層１６及び中間層１５をエッチング処理にて除去し、基材１４の表面を露出させる。
【００３０】
このとき、イオンビームに印加される加速電圧及びＡｒガス圧力は、経済性とエッチング後の表面粗さとの関係から決められるパラメータであり、それぞれ４００Ｖから１ｋｖ及び６．７×１０−３Ｐａ〜６．７×１０−２Ｐａの範囲内から選択するのが好ましい。そこで、本実施形態では、加速電圧を６００Ｖとし、ガス圧力を２．０×１０−２Ｐａとした。なお、このときの加速電流は１２０ｍＡ、減速電圧は−２００Ｖとした。
【００３１】
次に、成形型１０の成形型制御角度γを５度として、さらに成形面１２に向かってＡｒガスのイオンビームをイオンビーム射出孔から８分間照射してエッチング処理を行った。
このとき、処理後の成形面１２の表面形状を測定したところ、膜除去前の表面形状との表面形状変化のＰＶ値が０．１μｍ以下であった。
【００３２】
その後、成形面１２に新たな被膜を形成する再生工程に移して膜除去前と同様の膜構成となるように中間層１５及び表面層１６を成形面に成膜すると、再生された成形型１０が得られた。
上記によって再生された成形型１０を用いてガラスプレス成形を行ったところ、成形面に剥離等の問題は発生せず、良好な成形を行うことができた。
【００３３】
この成形型の表面処理方法によれば、成形面１２に形成された中間層１５及び表面層１６を成形面１２の表面形状変化を極力抑えた状態で除去することができる。また、膜除去した成形面１２に再び成膜する際に、研削工程を経ず再生工程に進んで成膜することができ、高精度に短時間で再生された成形型を得ることができる。
【００３４】
次に、本発明に係る第２の実施形態について、第１の実施形態と同様に図１を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
第２の実施形態と上記第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態では
表面形状が設計値と同じ状態の成形面１２に対する表面処理を実施しているが、第２の実施形態ではさらに成形型が劣化して表面形状が設計値に比べて変形した状態の成形型２０における成形面２１に対して表面処理を実施している点である。
すなわち、成形面の被膜のみならず、被膜下の基材も含めてエッチング処理して成形するものである。
【００３６】
この成形型２０の成形面２１は曲率半径２０ｍｍ、外径９ｍｍの凸面を有するが、成形面２１の表面形状が設計値に対して周端部から面頂方向にかけて凸状に約０．２μｍ突出して形成されている。
【００３７】
次に、本実施形態の成形型の表面処理方法を用いた表面処理実施例について説明する。
成形型２０を構成する材質が第１の実施形態と同一なので、図５及び図６に示すエッチングレート分布を利用する。
【００３８】
続いて、成形型２０を第１の実施形態と同様に真空チャンバ１１内に配設する。このときの成形型制御角度γは５０度とした。
その後、真空チャンバ１１内を第１の実施形態と同一の真空状態とし、成形面２１に向かって第１の実施形態と同一の状態としたＡｒガスのイオンビームをイオンビーム射出孔から２０分間照射してエッチング処理を行った。
こうして処理後の成形面２１の表面形状を測定したところ、設計値の表面形状との変化量のＰＶ値が０．１μｍ以下であった。
【００３９】
その後、成形面２１に新たな中間層１５及び表面層１６を形成する再生工程に移り、膜除去前と同様の膜構成となるように膜を成膜して成形型２０を再生する。
上記によって再生された成形型２０を用いてガラスプレス成形を行ったところ、剥離等の問題は発生せず、良好な成形が行えた。
【００４０】
この成形型の表面処理方法によれば、成形型２０の成形面２１を設計値の表面形状に修正しながら成形面２１に形成された中間層１５及び表面層１６を除去することができる。また、膜除去した成形面２１に再び成膜する際に、研削工程を経ずに再生工程に進んで成膜することができ、高精度に短時間で再生された成形型を得ることができる。
【００４１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
すなわち、上記の実施形態では、成形型制御角度γを１段階あるいは２段階変化させてイオンビームを照射しているが、照射回数はこれに限られることはない。
また、中間層には膜厚０．５μｍのＣｒ材、表面層には膜厚０．２μｍのＣｒＮ材で形成した成形型としているが、イオンミリングでエッチング可能な材質及び膜厚であれば、予め各材料のイオンビームの入射角度とエッチングレート分布との関係を調べておくことにより、同様の作用・効果を得ることができる。
さらに、成形に用いて表面が劣化した成形型のみならず、成形使用前の成形型や、成膜前の型基材に対しても同様の方法により形状修正加工を行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明した本発明においては以下の効果を奏する。
本発明の成形型の表面処理方法によれば、イオンビームの入射角度とエッチングレートとによって成形面の任意の位置において所望の深さのエッチングが可能となり、成形面を高精度に加工することができるので、成形型の加工及び再生をウエットエッチングではなく、また研削工程なしに実現できる。
【００４３】
本発明の成形型によれば、光学ガラス素子の表面形状の品質を高精度に維持しつつ、製造工程及び製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態における成形型の配置概要図である。
【図２】図１のＡ部拡大断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における成形型の配置概要図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるイオンビームの入射角度とエッチングレートとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態における成形型制御角度をパラメータとする成形面の任意の位置と被膜のエッチングレートとの関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態における成形型制御角度をパラメータとする成形面の任意の位置と基材のエッチングレートとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，２０  成形型
１２，２１  成形面
１４  基材
１５  中間層（被膜）
１６  表面層（被膜）
【図１】
2004224657.tif 000003
【図２】
2004224657.tif 000004
【図３】
2004224657.tif 000005
【図４】
2004224657.tif 000006
【図５】
2004224657.tif 000007
【図６】
2004224657.tif 000008