(57)【要約】      （修正有）【課題】金型の側面および/又は胴型の内面などの摺動部の摩擦を大幅に減少させ、胴型の内での成形用金型の摺動にともなう、偏心精度の低下を防止すること、及びこすれによって生じるパーティクルの発生を防止することができる成形装置の提供、及びそのような成形装置を用いたガラス光学素子の製造方法の提供。【解決手段】少なくとも一方が可動の一対の成形用金型と、胴型とを有し、前記可動の金型は、その側面を前記胴型の内周面によって摺動ガイドされる、モールドプレス成形装置であって、前記胴型内周面または、前記可動の金型の側面の少なくとも一方の摺動面の少なくとも一部に、自己組織化膜が形成されている。加熱軟化した状態の成形素材を、プレス成形することによって光学素子を製造する方法であって、プレス成形を上記のモールドプレス成形装置を用いて行う。【選択図】図３
2005239435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が可動の一対の成形用金型と、胴型とを有し、前記可動の金型は、その側面を前記胴型の内周面によって摺動ガイドされる、モールドプレス成形装置において、
前記胴型内周面または、前記可動の金型の側面の少なくとも一方の摺動面の少なくとも一部に、自己組織化膜が形成されていることを特徴とする、
前記モールドプレス成形装置。
【請求項２】
前記胴型内周面及び可動の金型の側面の摺動面の両方に、自己組織化膜が形成されている請求項1に記載のモールドプレス成形装置。
【請求項３】
前記自己組織化膜は、クロロトリアルキルシラン化合物、ジクロロジアルキルシラン化合物、トリクロロアルキルシラン化合物、アルキルジメチル（ジメチルアミノ）シラン化合物、アルカンチオール化合物、ジアルキルスルフィド化合物、ジアルキルジスルフィド化合物、又はジメチルアンモニウム化合物を用いて成膜されたものであることを特徴とする、請求項1又は２のモールドプレス成形装置。
【請求項４】
加熱軟化した状態の成形素材を、プレス成形することによって光学素子を製造する方法において、前記プレス成形を請求項１〜３のいずれか１項に記載のモールドプレス成形装置を用いて行うことを特徴とする、前記製造方法。
【請求項５】
前記プレス成形を連続的に行ない、かつプレス成形を所定回数行うごとに、前記自己組織化膜の成膜を行うことを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、得ようとする光学素子形状に基づき、精密に形状加工を行った成形型を用いて、加熱軟化したガラス素材（たとえばガラスプリフォーム）をプレス成形することにより、ガラスレンズ等のガラス光学素子を製造するために用いられる装置、及びこの装置を用いる光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
予め、所望の光学素子形状に基づいて、精密に形状加工した成形型を用いて、ガラスレンズやプリズム、回折格子など、高い形状精度及び面精度を有する光学素子を製造する方法（精密モールドプレス）が知られている。
【０００３】
このようなモールドプレス法においては、通常、胴型と、少なくとも一方が上下に可動の上下一対の成形用金型を用い、ガラスの軟化点以上の温度で軟化したガラス素材を押圧し、金型の成形面を転写することによって、プレス成形が行われる。すなわち、可動の金型が、その側面を胴型の内周面によって位置規制されつつ摺動することで、上下一対の金型が接離し、プリフォームを押圧し、また離型するのである。このとき、胴型内周面との摺動により、可動の型はガイドされ、一対の金型の同軸性が保たれる。
【０００４】
特開平７−２５３４号公報（特許文献１）には、プレス成形装置の、胴型又は型部材の一方の摺動部分に、マイクロ波プラズマCVD法などによる水素化アモルファス炭素膜が被覆された成形用型が記載されている。従来、成形用型の摺動部材は、プレス成形に使用すると酸化が進むため、定期的に紙やすりで擦るなどのメンテが必要であったが、この成形用型では、上記炭素膜の被覆によって、かじりなどの支障ないように改良されている。
【特許文献１】特開平７−２５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
可動の金型は、ガラスの軟化点以上の高温下において、駆動手段による駆動力を受けて、胴型の内部を摺動し、ガラス素材に荷重をかけるが、このとき金型の側面と胴型の内周面との間に生じる摩耗によって、次第に両者の間のクリアランスが大きくなる。摺動部材を炭素膜で被覆した特許文献1に記載の成形用型においてもこの現象は抑制出来なかった。上記クリアランスの拡大は、上下型によって成形される光学素子の同軸性を損なう結果となり、成形される光学素子の偏心精度を悪化させる。更にこの過程で摺動面のこすれ摩耗に起因するパーティクルが、金型内に飛散して成形面に付着すると、ガラス素子の表面欠陥となってしまう。
【０００６】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、金型の側面および/又は胴型の内面などの摺動部の摩擦を大幅に減少させ、胴型の内での成形用金型の摺動にともなう、偏心精度の低下を防止すること、及びこすれによって生じるパーティクルの発生を防止することができる成形装置の提供、及びそのような成形装置を用いたガラス光学素子の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明は以下の通りである。
（１）少なくとも一方が可動の一対の成形用金型と、胴型とを有し、前記可動の金型は、その側面を前記胴型の内周面によって摺動ガイドされる、モールドプレス成形装置において、前記胴型内周面または、前記可動の金型の側面の少なくとも一方の摺動面の少なくとも一部に、自己組織化膜が形成されていることを特徴とする、前記モールドプレス成形装置。
（２）前記胴型内周面及び可動の金型の側面の摺動面の両方に、自己組織化膜が形成されている（１）に記載のモールドプレス成形装置。
（３）前記自己組織化膜は、クロロトリアルキルシラン化合物、ジクロロジアルキルシラン化合物、トリクロロアルキルシラン化合物、アルキルジメチル（ジメチルアミノ）シラン化合物、アルカンチオール化合物、ジアルキルスルフィド化合物、ジアルキルジスルフィド化合物、又はジメチルアンモニウム化合物を用いて成膜されたものであることを特徴とする、（１）又は（２）のモールドプレス成形装置。
（４）加熱軟化した状態の成形素材を、プレス成形することによって光学素子を製造する方法において、前記プレス成形を（１）〜（３）のいずれかに記載のモールドプレス成形装置を用いて行うことを特徴とする、前記製造方法。
（５）前記プレス成形を連続的に行ない、かつプレス成形を所定回数行うごとに、前記自己組織化膜の成膜を行うことを特徴とする、（４）に記載の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の成形装置では、大がかりな設備や特別な付加設備を必要とせず、簡便に、プレス成形装置の摺動部の摩擦を減少させることにより、プレス工程中に起こりやすい型の噛みこみや、こすれによるパーティクルの発生を抑止することができる。このため、本発明の成形装置を用いることで、偏心精度の高い光学素子が歩留りよく連続生産できる。また、パーティクルによって発生していた、光学素子のポツ（光学素子表面上の点状の欠陥）も抑止される。さらに、本発明においては、自己組織化膜の成膜を成形工程中で、装置を停止させずに行うこともできるため、生産性の向上にも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のモールドプレス成形装置は、少なくとも一方が可動の一対の成形用金型と、胴型とを有し、前記可動の金型は、その側面を前記胴型の内周面によって摺動ガイドされる装置であって、胴型内周面または、可動の金型の側面の少なくとも一方の摺動面の少なくとも一部に、自己組織化膜が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
［自己組織化膜］
本発明では、摺動面の少なくとも一部に自己組織化膜を形成する。
自己組織化膜とは、例えば、杉村博之、高井治；日本学術振興会薄膜第131委員会第199回研究資料 平成12.2.1 p.34-39、Seunghwan Lee, Young-Seok Shon, Ramon Colorado, Jr.,Rebecca L. Guenard, T. Randall Lee and Scott S. Perry；Langmuir 16巻(2000), p.2220-2224等の文献により知られている。その構造は、図１に示すように、溶液又は雰囲気１中の分子２の官能基０（○部で示す）が自己的に被成膜基材３の表面と反応し、被成形基材３の表面上に自己的に、自発的に配列・組織化して形成された、被覆率がほぼ100％の膜４である。
【００１１】
自己組織化膜は英語ではself-assembled monolayer（SAM）と呼ばれており、一度の成膜処理で表面に形成される単分子層を指す場合もあるが、成膜を繰り返し処理することで、多分子層の成膜も可能であり、本発明の自己組織化膜は、単分子層のみではなく、図２の様な多分子層の６や７を含む。
【００１２】
本発明に係る自己組織化膜は、例えば、特定の有機化合物分子を選択し、この有機化合物分子と被成形基材（摺動面）を接触させ、反応条件を整えることにより、有機化合物分子の配向性がそろった有機単分子膜として形成される。有機化合物分子が、被成膜基材の表面（摺動面）の基と反応して配列することで膜が形成されるため、極めて被覆率が高い成膜が可能である。膜形成を効率的に行なうため、被成膜基材の前処理を行なってもよい。有機化合物分子としては、例えば、反応性の有機ケイ素含有化合物、有機硫黄含有化合物、有機フッ素含有化合物及び有機窒素含有化合物を挙げることができる。
【００１３】
これら有機化合物が、自己的・自発的に被成膜基材の表面（摺動面）との反応し得る官能基は、例えば、有機ケイ素含有化合物では主に−Cl基（後述する反応式（１））、有機硫黄含有化合物では主に−H基、又は（S−S）基、（後述する反応式（２）及び（３））、有機窒素含有化合物では主に−H基（後述する反応式（４））、であることができる。      
【００１４】
例えば、雰囲気１中の分子２と被成膜基材３の表面（摺動面）との反応は以下のものであることができる。
【００１５】
クロロトリアルキルシラン化合物、ジクロロジアルキルシラン化合物、トリクロロアルキルシラン化合物、など、有機化合物中にCl原子をもつ基があると、これが反応性の官能基となり、反応式（１）のとおり、被成膜基材３の表面（摺動面）の−OH基と自己的・自発的に反応して、脱HClが起こり、被成膜基材３の表面に前記化合物を出発原料とする自己組織化膜が形成される。尚、後述するように、成形用金型、および/又は胴型の型母材の表面には、通常OH基が存在し、かつ自己組織化膜を形成する前に、成形用金型、および/又は胴型の型母材の表面にOH基を形成する処理を行ってもよい。
【００１６】
【化１】
2005239435.tif 000003
【００１７】
尚、清浄な被成膜基材は反応性が高く、ガラスを大気に曝すと空気中の水分子と反応し、被成膜基材は全面的に-OH基に覆われているため、上記の反応が進むのである。
【００１８】
また、例えばアルカンチオール化合物の場合には、化合物中のチオール基のS原子と結合しているH原子が官能基となり、反応式（２）のとおり、被成膜基材３の表面（摺動面）の−OH基と自己的・自発的に反応して、脱H2が起こり、被成膜基材３の表面（摺動面）に前記化合物を出発原料とする自己組織化膜が形成される。
【００１９】
【化２】
2005239435.tif 000004
【００２０】
更に、例えばジアルキルジスルフィド化合物の場合には、化合物中のS−S結合が官能基となり、反応式（３）のとおり、被成膜基材３の表面（摺動面）の−OH基と自己的・自発的に反応して、脱H2が起こり、被成膜基材３の表面に前記化合物を出発原料とする自己組織化膜が形成される。
【００２１】
【化３】
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【００２２】
ジメチルアンモニウム化合物、アルキルジメチル（ジメチルアミノ）シラン化合物の場合には、化合物中のＮ原子に結合するH原子が官能基となり、反応式（４）のとおり、被成膜基材３の表面（摺動面）の−Cl基と自己的・自発的に反応して、脱HClが起こり、被成膜基材３の表面（摺動面）に前記化合物を出発原料とする自己組織化膜が形成される。
【００２３】
【化４】
2005239435.tif 000006
【００２４】
尚、被成膜基材を、塩素を含む乾燥雰囲気に曝した場合には、その表面が−Cl基で覆われることから、上記の反応が進むのである。
【００２５】
上述のとおり、自己組織化膜の形成するためには、自己的・自発的に被成膜基材表面（摺動面）の−OH基や−Cl基と反応する官能基を有する化合物を、その官能基の反応性を保全した状態で、被成膜基材表面（摺動面）と接触させることが必要である。例えば、自己組織化膜の原料となる有機化合物を、水分や塩素を相当量含んだ雰囲気中に放置すると、官能基の反応性が失われやすい。従って、有機化合物は、官能基の反応性を維持する状態で保管することが好ましい。
【００２６】
自己組織化膜を形成するための反応は、反応速度が大きいことが好適である。反応式（１）〜（４）で述べた、−Cl基、−H基、（S―S）基は、反応速度が優れて大きいため好適である。他方、官能基がOR基（アルコキシ基）など、反応速度が小さい基をもつ出発原料を用いると、下記反応式（５）で示される反応が生じるが、この反応の進行は遅く、成膜速度は相対的に小さい。
【００２７】
【化５】
2005239435.tif 000007
また、本発明に用いる自己組織化膜の出発原料として用いる有機化合物分子は、末端に上記官能基をもつが、他の末端（上記官能基を結合末端とすると、表面末端側）にアルキル基、アリール基、ビニル基、エポキシ基、またはフッ素を有することができる。好ましくは、アルキル基、アリール基である。
【００２８】
自己組織化膜の出発原料として用いる、反応性の有機ケイ素含有化合物、有機硫黄含有化合物、有機フッ素含有化合物及び有機窒素含有化合物としては、例えば、以下の化合物を挙げることができる。但し、これらの化合物に限定されるものではなく、被成膜基材（成形型の金型、及び胴型）の表面（摺動面）において自己組織化膜を形成できる物質であれば良い。
【００２９】
クロロトリアルキルシラン化合物として、クロロトリメチルシラン、クロロトリエチルシラン、ペンタフルオロフェニルジメチルクロロシラン、tert-ブチルジメチルクロロシラン、(3-シアノプロピル)ジメチルクロロシラン、クロロトリフルオロメチルシランなどおよびこれらの誘導化合物、ジクロロジアルキルシラン化合物として、ジクロロジメチルシラン、ジクロロメチルビニルシラン、ジクロロジフルオロメチルシラン、ジクロロ-n-オクタデシルメチルシラン、n-オクチルメチルジクロロシラン、ジクロロシクロヘキシルメチルシランなどおよびこれらの誘導化合物、トリクロロアルキルシラン化合物として、トリクロロビニルシラン、n-オクタデシルトリクロロシラン、イソブチルトリクロロシラン、n-オクタフルオロデシルトリクロロシラン、シアノヘキシルトリクロロシランなどおよびこれらの誘導化合物、トリクロロアリールシラン化合物としてフェニルトリクロロシラン、アルキルジメチル（ジメチルアミド）シラン化合物として、トリメチル（ジメチルアミド）シラン、トリエチル（ジメチルアミド）シラン、ペンタフルオロフェニルジメチル（ジメチルアミド）シラン、トリフルオロメチル（ジメチルアミド）シラン、tert-ブチルジメチル（ジメチルアミド）シラン、(3-シアノプロピル)ジメチル（ジメチルアミド）シランなどおよびこれらの誘導化合物、アルカンチオール化合物として、１-ブタンチオール、１-デカンチオール、１-フルオロデカンチオール、ｏ-アミノチオフェノール、２-メチル-２-プロパンチオール、ｎ-オクタデカンチオールなどおよびこれらの誘導化合物、ジアルキルスルフィド化合物として、エチルメチルスルフィド、ジプロピルスルフィド、ｎ-ヘキシルスルフィド、フルオロエチルメチルスルフィド、フェニルビニルスルフィドなどおよびこれらの誘導化合物、エチルフェニルスルフィド及びその誘導化合物、ジアルキルジスルフィド化合物として、ｐ-トリルジスルフィド、ジアリルジスルフィド、メチルプロピルジスルフィド、フルオロメチルプロピルジスルフィド、ジフルフリルジスルフィドなどおよびこれらの誘導化合物、メチルフェニルジスルフィドおよびその誘導化合物、ジメチルアンモニウム化合物として、ジヘキサデシルジメチルアンモニウムアセテート、ジオクタデシルジメチルアンモニウムアセテート、臭化ジエイコシルジメチルアンモニウム、ヨウ化ジメチルジオクタデシルアンモニウム、ジオクタフルオロデシルジメチルアンモニウムアセテート、ヨウ化ジメチルジオレイルアンモニウムなど、およびこれらの誘導化合物。
【００３０】
自己組織化膜の成膜方法は、例えば自己組織化膜の出発原料を溶解した無水有機溶液に被成膜基材（成形型の金型、及び胴型）を浸漬する浸漬反応法がある。自己組織化膜の出発原料を無水キサンなどの非極性有機溶液、無水トルエン、無水クロロホルムなどの有機溶液、およびこれらの混合溶液を溶媒として溶解して作製した溶液に浸漬することによって成膜する。濃度は、0.1〜20vol％、好ましくは0.1〜10vol％とすることができる。
【００３１】
又は、好ましくは、自己組織化膜は、気相中での反応によって成膜することも可能である。例えば、窒素ガスなどの乾燥雰囲気内において、自己組織化膜の出発原料を含む無水有機溶液の気体を、被成膜基材（成形型の金型、及び胴型）の表面に吹きつける、または気体に暴露させることにより、10秒〜10分保程度持することで成膜することができる。又は、自己組織化膜の出発原料を上記と同様の無水有機溶媒に溶解し、溶液を加熱もしくは減圧することによって気化し、気体を被成膜基材にふきつけ、又は暴露する。
【００３２】
気相反応によって自己組織化膜を成膜する場合には、たとえば、被成膜基材を容器内にセットし、容器内を0.2気圧以下、好ましくは、0.1気圧以下の気圧にまで排気した後、自己組織化膜の出発原料を無水有機溶剤で希釈して調整したコーティング溶液を配置し、容器内で気化させ、又は、気体を吹き付けることによって、成膜することができる。溶液を容器内に噴霧することによって気化を促進させてもよい。自己組織化膜の出発原料が被成膜基材と反応し、表面に、均一に、自己組織化膜が形成される。
【００３３】
例えば、側面を含む成形金型の表面および/又は胴型の内面などの摺動部の表面を自己組織化膜で完全に覆うために必要な量の50倍〜10000倍が好ましく、更には、100倍〜2000倍が好適に用いられる。必要な量とは、自己組織化膜中の1分子の占有面積と、側面を含む成形金型の表面および/又は胴型の内面などの摺動部の全表面積から求めることができる。
【００３４】
上記のような成膜法は、大がかりな設備を必要としない簡便な処理方法であり、被成膜基材の表面層状態を均一かつ一定に管理できる。
【００３５】
自己組織化膜出発原料を含む有機溶液の溶媒は、好ましくは無水有機溶媒である。これは、出発原料の有機化合物分子が水分子と反応することによってその反応性を失うことを避けるためである。また、極性基をもつ溶媒を用いると、同様に有機化合物分子との結合を形成して、有機化合物分子が反応性を失うことがあるため、溶媒としては非極性のものを選択することが好ましい。即ち、用いる溶媒は、有機化合物分子の官能基の反応性を維持し得るものから選択されることが好ましい。具体的には、例えばヘキサンなどの無水非極性有機溶液、トルエン、クロロホルムなどの無水有機溶液、およびこれらの混合溶液であることが好ましい。
【００３６】
一方、アルコール類など極性を有する有機溶媒で自己組織化膜の出発化合物を希釈した場合には、下記反応式（６）に示すとおり、官能基とアルコール中の−OH基とが反応して、官能基が失われ、被成膜基材表面（摺動面）の−OH基や−Cl基と反応が起きにくくなることがある。従って、有機溶媒は-OH基などを有さないことが好ましい。
【００３７】
【化６】
2005239435.tif 000008
【００３８】
上記コーティング溶液において、出発原料の濃度は、0.05〜10vol％の範囲とすることが好ましく、0.05〜5vol％の範囲とすることがより好ましい。濃度が小さすぎると被覆率が不充分になるが、大きすぎても被覆率は上がらず、自己組織化が阻害される傾向がある。
【００３９】
自己組織化膜が形成された場合には、規則性をもった原子の配列に対し、その結合状態のIR活性を反映したピークを呈するIR-RASなどの表面分析により検出することができる。換言すれば、IR-RAS分析において、自己組織化膜が形成された場合は、例えば図４のように、分子の規則的配列に由来するピークが観察される。しかし、自己組織化膜ではなく規則的な分子の配列がない膜の場合にはピークは観察されない。
【００４０】
自己組織化膜は、熱力学的にも安定であり、用いた分子（例えば、有機化合物分子）の選択により、分子の末端に存在する官能基の性質に依存した物理・化学的性質(例えば、表面自由エネルギー)を一律に、容易に制御することができる。表面自由エネルギーは、表面の反応性の尺度であり、値が低いと反応性が乏しく、値が大きいと反応性は強い。
【００４１】
清浄な被成膜基材の反応性は高く、例えば大気に曝露すると、大気の水分と反応して、その表面は全面的に−OH基で覆われる。また、塩素を含む乾燥雰囲気に曝露した場合は、その表面は全面的に−Cl基で覆われる。従って、被成膜基材の表面（摺動面）は、全面的に、−OH基（もしくは−Cl基）で覆われるので、反応性の高い官能基と被成膜基材表面の−OH基（もしくは−Cl基）との反応により、図１の様に、被成膜基材の表面（摺動面）に緻密に分子が配列した自己組織化膜が形成されるのである。
【００４２】
尚、自己組織化膜の成膜に際しては、被成膜基材表面が清浄でなければならない。清浄度は、表面自由エネルギーによって評価することができる。好ましくは、自己組織化膜成膜前の基材表面の表面自由エネルギーは、50ｍJ/m2以上である。
【００４３】
表面自由エネルギーが50mJ/m2未満であると、基体表面の汚染が多くなり、この汚染部では、自己組織化膜の成膜が損なわれ、自己組織化膜が成膜されていない部分（膜ヌケ）が多くなる。成膜時の基体表面の表面自由エネルギーが60mJ/m2以上が好ましく、さらに、65mJ/m2以上がより好ましい。
【００４４】
基体を清浄にする手段は、湿式洗浄、あるいはプラズマ（アルゴン、窒素、水素など）によるクリーニングなどとすることができる。
【００４５】
湿式法では、「物理的剥離」→「基材表面エッチングをともなう汚れのリフトオフ」→「汚れの溶解」を、この順に行うことができる。「物理的剥離」では、超音波やブラシッシングを用い、好ましくは洗剤（酸性、中性、アルカリ性）などの薬液を添加し、汚れを効率よく除去する。リンス（すすぎ）には、純水を用いることができる。「基材表面エッチングをともなう汚れのリフトオフ」では、エッチングに適した酸性もしくはアルカリ性の薬剤を添加した溶液に、基体を浸漬する。超音波や加熱などを伴っても良い。リンス（すすぎ）には、純水を用いることができる。また、「汚れの溶解」、とくに有機系汚れの溶解では、エチルエーテル、アセトン、イソプロピルアルコールなどの有機系溶剤に、基体を浸漬する。超音波や加熱などの手段を用いてもよい。リンス（すすぎ）には、イソプロピルアルコールなどを用い、ベーパー乾燥を用いることが好ましい。
【００４６】
プラズマ処理は、公知のプラズマ処理を用いて、例えば10-4Torr程度の減圧後、アルゴンガスに置換した後、500WのRF発振パワーにてアルゴンプラズマを励起し、アルゴンプラズ中で数分間〜数10分間の時間、保持することにより、基体表面を清浄化することができる。基体の加熱温度は100℃〜200℃程度が好ましい。
【００４７】
自己組織化膜が形成された基体は、反応性の低い状態となる。本発明により自己組織化膜を形成した金型又は胴型表面の表面エネルギーは50mJ/m2以下であることが好ましい。40mJ/m2以下がより好ましく、更に、30mJ/m2以下がより一層好ましい。この範囲内であれば、摺動面は自己組織化膜による十分な被覆面となり、摺動性が向上する。すなわち、摺動による金型の胴型への噛みこみなどが防止され、パーティクルの発生が抑止される。
【００４８】
表面自由エネルギーの評価については後述する。
本発明において、自己組織化膜が設けられた表面は、その最表面において、分子配列がそろい、かつ、表面の反応性が極めて低い有機分子会合体を形成しており、最表面（分子の末端）に存在する官能基の性質に依存した物理・化学的性質（例えば摩擦）を一律に制御することができ接触する物体との摩擦を極めて低くすることができる。摩擦は、たとえば、市販のAFM（原子間力顕微鏡）装置を用いて、コンタクトモードによるLFM法（Lateral Force Measurement）により実測することが可能である。
【００４９】
なお、自己組織化膜の膜厚の評価は、ESCA又はエリプソメータなどによる表面分析により、分析可能である。
【００５０】
本発明に係る自己組織化膜の膜厚は0.1nm以上、30nm以下であることが好ましい。より好ましくは0.3nm以上20nm以下、更には0.5nm以上10nm以下が更に好適に用いられる。
膜厚が小さすぎると下地の化学的作用が大きくなり、自己組織化膜を形成しても、表面自由エネルギーが大きく、摩擦が大きくなり、摺動不良が起きやすい。一方、自己組織化膜の膜厚が厚すぎると、膜内の歪みにより膜が剥離し易くなる。
【００５１】
自己組織化膜の膜厚の制御は、自己組織化膜の出発原料の選択により容易に行うことができる。すなわち出発原料として用いる有機化合物分子の長さにより、膜厚を制御することができる。そのため、成膜中に膜厚をモニタリングすることなく膜厚を制御することができる。また、同一の分子を用いれば、常に同じ膜厚に成膜できる。
【００５２】
［表面自由エネルギーの評価］
表面自由エネルギーの値は、一般的には、純水、CH2I2、グリセリン、イソペンタン、パーフルオロヘキサン等を用いた接触角測定より定量的に評価でき、市販の接触角測定器を用いることにより評価することができる。表面自由エネルギーの値を得るには、上記液体の中から２種類の異なるものを用いて、測定対象の表面の接触角を測定し、算定することができる。
【００５３】
本発明では、例としてOwens-Wendt-Kaelble法を用いて表面自由エネルギーを評価した。
例えば、純水およびCH2I2の接触角測定よりOwens-Wendt-Kaelble法を用いた表面自由エネルギーの評価を以下のように行うことができる。表面自由エネルギー（γ）は、固体又は液体の分散力（Dispersion Force）γdと固体又は液体の極性相互作用力（Polar Interaction Force）γpとの和で与えられる。
【００５４】
【数１】
2005239435.tif 000009
【００５５】
(1)式を固体の表面自由エネルギー（γs）で考えると、下記式（2）となる。ここで添字のsはSolidを表わす。また、同様に液体では下記式（3）となり、添字LはLiquidを表す。
【００５６】
【数２】
2005239435.tif 000010
【００５７】
【数３】
2005239435.tif 000011
【００５８】
膜の表面自由エネルギーは、水とCH2I2（ジヨードメタン）の2種類の液体を用い、それぞれを固体上に同量滴下し、求めた接触角から表面自由エネルギーを算出する。
【００５９】
Owens-Wendt-Kaelble法により、以下の計算式を用いた。
【００６０】
【数４】
2005239435.tif 000012
【００６１】
尚、2種類の液体のγLd及びγLpはそれぞれ表１の文献値を使用し、(3)式より2種類の液体それぞれのγLを求める。
【００６２】
【表１】
2005239435.tif 000013
【００６３】
例えば、水の接触角が104.9°、ジヨードメタンの接触角は72.0°であれば、(4)式、(5)式のθに代入し、その他のエネルギー値は表1の値を用いる。その結果は以下の通りである。
【００６４】
【数５】
2005239435.tif 000014
【００６５】
また、ジヨードメタンの接触は72.0°を用いて(5)式と同様に計算すると
【００６６】
上式(6)によって得られたγsdを(5)式に代入すると
【００６７】
【数６】
2005239435.tif 000015
となり、これら(6)及び(7)式の値を(2)式に代入することにより下記の結果が得られる。
【００６８】
【数７】
2005239435.tif 000016
【００６９】
従って、固体の表面自由エネルギーγsが22.30mJ/m2と求められる。
【００７０】
本発明で、自己組織化膜を形成した摺動面は極めて摩擦力の低い面である。摩擦は、接触する2つの表面の間に働く物理・化学的な作用に依存し、化学的な作用（反応性）は表面自由エネルギーにより評価できる。表面自由エネルギーの値は、上記の測定により定量的に評価でき、市販の接触角測定器を用いることにより、ほぼ自動的に評価することができる。
【００７１】
一例として、LFM法を用いて評価した摩擦、Owens-Wendt-Kaelble法を用いて評価した薄膜表面摩擦（相対値）及び表面自由エネルギーの相関を表２に示す。LFM法による摩擦の測定は、デジタルインスツルメント社製Nano-ScopeIII装置（AFM装置）によった。
【００７２】
【表２】
2005239435.tif 000017
＊1炭素膜；蒸着法によりSiC基材に成膜した平均膜厚2.5nmの炭素膜
＊2自己組織化膜；ビニルトリクロロシラン（CH2=CH2SiCl3）を無水ヘキサンへ溶解した溶液（濃度：2wt%）に、SiC基材を浸漬して成膜した膜厚0.6nmの自己組織化膜。
【００７３】
自己組織化膜においては、表面自由エネルギーが低い、即ち、化学的な作用（反応性）が低い性質により、摩擦を極めて低減することに寄与している。
膜の被覆率も、表面自由エネルギーより評価することができる。清浄な基体の表面は反応性が高く、−OH基で覆われた後でも、その表面自由エネルギーの値は大きい。一方、自己組織化膜の表面に存在する結合（分子の末端に存在する官能基）は、基体の表面より反応性が低く、その表面自由エネルギーの値も小さい。したがって、膜表面の表面自由エネルギーは自己組織化膜の被覆率の目安になる。たとえば、被覆率が100％の自己組織化膜の表面自由エネルギーをXmJ/m2、成膜していない基体の表面自由エネルギーをY mJ/m2とすると、被覆率と表面自由エネルギーの間には直線関係があるので、表面自由エネルギーがZ mJ/m2の場合の膜の被覆率は、下記の式（８）で与えられる。
【００７４】
【数８】
2005239435.tif 000018
【００７５】
本発明の自己組織化膜を用いると、被覆率が他の成膜法によるより高くなる。なお、ガラス素材表面を覆う膜の全てが自己組織化膜であることが好ましいが、一部、自己組織化されていない膜が混在しても、本発明の効果を得られる範囲であれば、本発明に含まれる。自己組織化膜の被覆率は、60％以上であることが好ましく、更に、被覆率は80％以上であることが好適である。尚、被覆率100％の状態とは、成膜時間と温度を変化させたときに、IR−RASで明確なピークが得られ、そのピーク高さが不変（飽和）となったものであるとすることができる。
【００７６】
表面自由エネルギーは、前述のとおり、表面の反応性と被覆率の尺度であり、値が低いと反応性が低く、かつ、被覆率が高い。本発明においては、プレス成形に用いる基体（摺動面）の表面エネルギーが大きすぎると、摺動性が不充分になるので、一定以上の被覆率とすることが好ましい。
【００７７】
［成形装置］
図３は本発明の成形装置の構成を模式的に示し、ここでは、金型１４（上下型）の側面１６を含む表面の摺動部に自己組織化膜を成膜し、および/又は胴型１５の内面１７の摺動部に自己組織化膜を成膜した。
【００７８】
型材としては、得ようとする光学素子形状にもとづいて、精密な形状加工が可能であること、かつ繰り返しプレス荷重に耐える硬度や耐熱性を有した型素材であれば制限はない。例えば、成形用金型、および胴型の型母材としては、SiC、WC、TiC、TaC、BN、TiN、AlN、Si3 N4、SiO2 、Al2 O3 、ZrO2 、W、Ta、Mo、サーメット、サイアロン、ムライト、WC-Co合金等が用いられる。これらの材料の最表面にはOH基が存在する。たとえば、SiCの場合、表面は酸化されており、この酸化層の結合（Si−O）の終端にはHが結合し、最表面にはSi−O Hの様にOH基が形成されている。
【００７９】
そこで、上記反応式のとおり、自己組織化膜の出発化合物の官能基と、成形用金型、および胴型の型母材の最表面のOH基とが結合し、成形用金型、および/又は胴型の型母材の表面に自己組織化膜が形成される。自己組織化膜を形成する前に、成形用金型、および/又は胴型の型母材の表面にOH基を形成する処理を行ってもよい。
【００８０】
型母材成形面は、精密加工の後、離型膜を設けることが好ましい。離型膜としては、炭素を主成分とするものが好ましく、ダイヤモンド状炭素膜（以下、DLC）、水素化ダイヤモンド状炭素膜（以下、DLC：H）、テトラヘドラルアモルファス炭素膜（以下、ta-C）水素化テトラヘドラルアモルファス炭素膜（以下、ta-C：H）、アモルファス炭素膜（以下、a-C）、水素化アモルファス炭素膜（以下、a-C：H）等から選ばれる膜を用いることが好ましい。これらは、DＣ−プラズマＣＶＤ法、ＲＦ−プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法等のプラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法などのイオン化蒸着法、スパッタ法、蒸着法やFCA法等の手法によって成膜される。
【００８１】
［プレス成形］
本発明による光学素子の製造方法は、加熱軟化した状態の成形素材を、プレス成形することによって光学素子を製造する方法において、上記自己組織化膜を成形装置の所定面に成膜したモールドプレス成形装置を用いて行う。
【００８２】
すなわち、成形前に、一対の金型の少なくとも一方（可動の金型）の側面、および/又は胴型の内周面、つまり互いに摺動する部分に自己組織化膜を成膜したのちに、成形素材を供給してプレス成形を行うことにより、光学素子を製造する。このとき、上記気相反応による自己組織化膜の成膜を行えば、装置を組み立てた状態のままで成膜することができるので、より好ましい。この場合、上記のような成形装置を備えたプレス成形室に自己組織化膜の出発原料の気体を導入する。例えば、プレス成形装置を設置した、窒素ガスなどの不活性雰囲気のプレス室内に自己組織化膜の出発原料を含む有機溶液の蒸気ガスを導入することにより、加熱又はプレス室を減圧することにより、10秒〜数分程度の短時間で金型の側面および/又は胴型の内周面などの摺動部の表面に、自己組織化膜を被覆することが可能である。このとき、金型の成形面も同時に成膜されてもよく、好ましい。これによって、成形面の滑り性、光学素子との離型性が向上し、成形歩留りの向上に寄与する。
【００８３】
また、連続的なプレス成形工程に際し、所定のプレスショット（回）数毎に、プレス成形室において、上記の方法により、金型と胴型の摺動面又はそれらに加え、金型成形面に、自己組織化膜を成膜することにより、装置を停止させることなく、かつ摺動部の表面状態を一定に維持できる。
【００８４】
成形金型と胴型との摺動にともない、自己組織化膜は消耗するので、連続的なプレス運転をつづけると、十分な効果が得られにくくなる。そこで、本発明に係る自己組織化膜の成膜は、1〜50ショット毎に行うことが好ましい。より好ましくは1〜40ショット毎、更には1〜30ショット毎が好適である。
【００８５】
このとき、例えば１ショット毎に成膜する場合には、成形金型の表面および/又は胴型の内面などの摺動部への自己組織化膜の成膜とともに、成形面に載置された成形素材（プリフォーム）にも同時に成膜してもよい。成形素材がガラスプリフォームである場合には、ガラス表面に存在する−OH基により、自己組織化膜が成膜される。これにより、型とガラスの融着、クモリ、白濁および／もしくはワレ等を抑止する離型効果を付与できる。
【００８６】
ガラス素材を成形用型内に投入し、加熱軟化により成形可能になった状態でこれを押圧し、成形型の成形面を転写することによってガラス素子を成形する。押圧開始時、又は押圧中に冷却を開始し、成形されたガラス素子を、型内で所定温度、好ましくはTg以下の温度まで保持しつつ降温する。その後、離型し、成形された光学素子を取出す。成形時の雰囲気は、後述の離型膜などを保護するため、非酸化性とすることが好ましい。
【００８７】
プレス条件は、例えば、ガラス素材を成形型内に配置した後、ガラス粘度で108〜1012dPa・s相当の温度に加熱し、プレス成形を行なってもよく、また、ガラス粘度で、108〜1012ｄPa・s粘度相当に加熱した成形型に、ガラス粘度で106〜109ｄPa・s相当温度に加熱したガラス素材を供給し、プレス成形してもよい。成形時の雰囲気は、非酸化性とすることが好ましい。そのようにすることで、成形型やガラス素材に被覆された膜の酸化を防止することができる。
【００８８】
このようなプレス成形により、連続生産を中断することがなく、成形金型および/又は胴型の摺動の摩擦を低減し、こすれによる、噛みこみや摩耗、パーティクル発生を防止し、ガラス光学素子を得ることができる。
【００８９】
本発明の製造方法は、レンズ、ミラー、グレーティング、プリズム、マイクロレンズ、積層型回折光学素子等の光学素子の製造に有効に適用できるほか、光学素子以外のガラスの成形品の製造に対しても適用できることは言うまでもない。上記ではガラスを成形素材として用いた例を説明したが、これに限定されない。
【実施例】
【００９０】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１
吹きつけによる成膜
図３のように胴型に上下一対の金型がガイドされる構成の成形装置を用いて、ガラスレンズの成形を行った。この装置は、不図示のサーボモータによって、下型が胴型内周面と摺動しつつ上昇し、ガラス素材に荷重を与える。下型と胴型とのクリアランスは、3μmであった。尚、図３では、上型、下型と胴型とのクリアランスは誇張して表示してある。尚、上型、下型（金型材）と胴型（スリーブ材）は、後述の表３に示す通りである。
【００９１】
プレス成形室の雰囲気を窒素ガスに置換し、ホウケイ酸塩系ガラス（ガラス転移温度が520℃、屈折率（nd）は1.69350、線膨張係数は69×10-7／℃）からなる光学ガラスをあらかじめ球形に予備成形したガラスプリフォームからなるガラス素材を用いてプレス成形を連続的に行った。
【００９２】
このとき、プレスショット5回毎に、成形用金型および胴型に、オクチルトリクロロシラン（CH3(CH2)7SiCl3）を無水ヘキサンで0.5vol%まで希釈して調製した自己組織化膜コーティング溶液を気化したガスを、成形用金型および胴型の近傍に吐出口をもつノズルより20秒間吹きつけた。成形用金型および胴型に吹きつけるオクチルトリクロロシランの量は、側面を含む金型の表面および胴型の内面を自己組織化膜で覆うために必要な量の900倍とした。なお、この量はオクチルトリクロロシランより形成される自己組織化膜中の1分子の占有面積（0.2nm2）と、側面を含む金型の表面および胴型の内面の全表面積との比から求めた。自己組織化膜の成膜時には、プレス成形質の雰囲気は0.05気圧の窒素とした。また、成形用金型および胴型の温度は約150〜200℃とし、オクチルトリクロロシランの分解温度（窒素中では400℃以上）より低温とした。
【００９３】
金型側面の表面および胴型の内面を日本分光製FT／IR620装置を用いてIR-RASで分析した結果、分子配列に基づくピークが観察され、コートは自己組織化されていることが確認された。また、デジタルインスツルメント社製Nano-ScopeIII装置を用いてLFM法で測定した摩擦（蒸着炭素膜に対する相対値）は、0.3〜0.5であり、摩擦が極めて低いことがわかった。ESCAで評価した自己組織化膜の膜厚は1.3nmであり、純水およびCH2I2の接触角測定よりOwens-Wendt-Kaelble法の解析を用いて算出された表面エネルギーは25〜35mJ/m2であった。純水の接触角は73度から101度、CH2I2の接触角は50度から81度であった。この表面自由エネルギーの値から、自己組織化膜の被覆率は90％以上と評価された。
【００９４】
上記成形型にプリフォームを供給し、610℃まで加熱して150ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で１分間加圧した。圧力を解除した後、冷却速度を−50℃／ｍｉｎで480℃になるまで冷却し、その後は−100℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却を行い、プレス成形物の温度が200℃以下に下がったら、成形物（レンズ）を取り出した。
なお、成形型としては、ＣＶＤ法により作製した多結晶ＳｉＣの成形面をＲｍａｘ＝18nmに鏡面研磨した後、イオンプレーティング法成膜装置を用いて、成形面にDLC:H膜（水素化ダイヤモンド状炭素膜）を成膜したものを用いた。
【００９５】
同一型でプレスショット10000回まで連続プレス成形した結果、噛みこみなどの摺動不良や停止もなく、また、成形したガラス素子の表面には、こすれパーティクルによるポツなどの外観不良は認められなかった。また、プレス成形後に成形用金型および胴型を観察したところ、こすれ等の摺動不良にもとづく欠陥は認められなかった。さらに、10000ショット後の成形用金型と胴型とのクリアランスは、成形前と同様の3μmであった。
【００９６】
比較例１
プレス成形前に側面を含む金型の表面および胴型の内面への自己組織化膜の成膜をせずに、実施例１と同様に、同一型で連続プレス成形を開始した。途中、金型と胴型の噛みこみなどの摺動不良により、プレスショット2000回までに9回停止した。また、1200回程度から、こすれパーティクルによるポツなどの外観不良が発生し、1500回以降の500ケの外観不良率は19％に達したので、ショット2000回でプレスを中止した。
また、プレス成形後に成形用金型および胴型を観察したところ、成形用金型の側面および胴型の内面の一部に摺動不良によるこすれが認められた。
【００９７】
実施例２
プレス室内にガス充填
実施例１と同一の装置、及びガラス素材を用いてガラスレンズを成形した。但し、窒素ガス雰囲気であるプレス室内において、プレスショット10回毎に、オクチルトリクロロシラン（CH3(CH2)7SiCl3）を無水ヘキサンで0.1vol%まで希釈して調整したコーティング溶液を気化した蒸気ガスを導入し、60秒間放置して、気相反応法により、成形用金型の側面および胴型の内面に、膜厚1.3nmの自己組織化膜を成膜した。プレス室内に導入したオクチルトリクロロシランの量は、成形用金型の側面および胴型の内面を自己組織化膜で覆うために必要な量の3500倍とした。成膜時のプレス室内の雰囲気は、0.08気圧の窒素ガスとした。成形用金型およびスリーブの温度は約150〜200℃とした。
【００９８】
側面を含む金型の表面および胴型の内面をIR-RASで分析した結果、分子配列に基づくピークが観察され、コートは自己組織化されていることが確認された。また、デジタルインスツルメント社製Nano-ScopeIII装置を用いてLFM法で測定した摩擦（蒸着炭素膜に対する相対値）は、0.3〜0.5であり、摩擦が極めて低いことがわかった。
【００９９】
実施例１と同様のプレス成形工程により、レンズを製造した。また、プレス前の成形用金型と胴型とのクリアランスは3μmであった。
なお、成形型としては、ＣＶＤ法により作製した多結晶ＳｉＣの成形面をＲｍａｘ＝20nmに鏡面研磨した後、スパッター法成膜装置を用いて、成形面にDLC膜（ダイヤモンド状炭素膜）を成膜したものを用いた。
【０１００】
同一型でプレスショット10000回まで連続プレス成形した結果、噛みこみなどの摺動不良に停止もなく、また、成形したガラス素子の表面には、こすれパーティクルによるポツなどの外観不良は認められなかった。また、プレス成形後に成形用金型および胴型を観察したところ、こすれ等の摺動不良にもとづく欠陥は認められなかった。さらに、10000ショット後の成形用金型と胴型とのクリアランスは、成形前と同様の3μmであった。
【０１０１】
実施例３〜７
ガラス、コーティング溶液、コーティング方法などを表３及び４のとおり変更した以外は、実施例１と同様に、プレス装置内で成形用金型の側面およびスリーブの内面に自己組織化膜をコーティングした後、同一型でプレス回数10000回まで連続プレスした。
表３及び４のとおり、摺動不良や停止もなく、また、成形したガラス素子の表面には、パーティクルによるポツなどの外観不良は認められなかった。
【０１０２】
【表３】
2005239435.tif 000019
＊自己組織化膜原料の量；側面を含む金型の表面および胴型の摺動面を自己組織化膜で覆うために必要な量に対する倍数
＊＊自己組織化の判定； ESCAおよびIR-RASでの分析より自己組織化の有無を判定
○：自己組織化あり、×：自己組織化なし
＊＊＊摩擦；デジタルインスツルメント社製Nano-ScopeIII装置を用いてLFM法で測定した摩擦（蒸着炭素膜に対する相対値）。
＊＊＊＊カミコミ停止回数；同一型でのプレス回数10000回までのカミコミ停止の回数
＊＊＊＊＊パーティクルによる外観不良；同一型でのプレス回数10000回まで連続プレスをしたレンズ外観のパーティクルによる不良率
◎：不良率＜0.1％
○：不良率が0.1％〜0.5％
×：不良率＞0.5％
【０１０３】
【表４】
2005239435.tif 000020
＊自己組織化膜原料の量；側面を含む金型の表面および胴型の摺動面を自己組織化膜で覆うために必要な量に対する倍数
＊＊自己組織化の判定； ESCAおよびIR-RASでの分析より自己組織化の有無を判定
○：自己組織化あり、×：自己組織化なし
＊＊＊摩擦；デジタルインスツルメント社製Nano-ScopeIII装置を用いてLFM法で測定した摩擦（蒸着炭素膜に対する相対値）。
＊＊＊＊カミコミ停止回数；同一型でのプレス回数10000回までのカミコミ停止の回数
＊＊＊＊＊パーティクルによる外観不良；同一型でのプレス回数10000回まで連続プレスをしたレンズ外観のパーティクルによる不良率
◎：不良率＜0.1％
○：不良率が0.1％〜0.5％
×：不良率＞0.5％
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】自己組織化膜の説明図。
【図２】複分子層からなる自己組織化膜の説明図。
【図３】表面層に自己組織化膜を有する成形型の説明図。
【図４】自己組織化膜のIR-RAS分析結果。
【符号の説明】
【０１０５】
０  自己組織化膜の出発原料の官能基
１  自己組織化膜の出発原料を含む雰囲気（溶液、気体）
２  溶液中の自己組織化膜の出発原料の分子
３  被成膜基材
４  自己組織化膜
５  自己組織化膜の分子
６  複層化した自己組織化膜
７  複分子層からなる自己組織化膜
８  自己組織化膜の分子Ａ
９  自己組織化膜の分子Ｂ
１０  自己組織化膜の分子１
１１  自己組織化膜の分子２
１２  自己組織化膜の分子３
１３  自己組織化膜の分子４
１４  成形用金型
１５  胴型
１６  自己組織化膜を成膜した摺動面（金型）
１７  自己組織化膜を成膜した摺動面（胴型）
【図１】
2005239435.tif 000021
【図３】
2005239435.tif 000022
【図４】
2005239435.tif 000023
【図２】
2005239435.tif 000024