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技術 ガラス素子用成形金型の製造方法、ガラス素子用成形金型、光学素子の成形方法、及びガラスブランクの成形方法

出願人 コニカミノルタ株式会社
発明者 湯浅清司速水俊一
出願日 2013年3月25日 (7年9ヶ月経過) 出願番号 2013-062661
公開日 2013年7月11日 (7年5ヶ月経過) 公開番号 2013-136517
状態 未査定
技術分野 ガラスの成形
主要キーワード ビームシェーパー 制御駆動装置 成形素子 漬エッチング 結晶境界 結晶面配向 中間膜層 イオンアシスト効果
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年7月11日)のものです。
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図面 (16)

課題

結晶面配向による選択的エッチング等を排し、リサイクル回数を増やし金型寿命延ばすことができるガラス素子用成形金型の製造方法を提供すること。

解決手段

CVD−SiC膜層22,32に形成される基準面SS上に、PVD法を用いて非常に薄いSiC中間膜層23,33を形成し、ストイキオメトリのずれのない膜を形成することで、酸・アルカリ等の溶液に対する耐性を著しく高めることができる。また、PVD法は成膜温度もCVDに比べて低く、結晶粒成長せず、特定の結晶面の選択エッチングも排除できる。さらに、CVD−SiC膜層22,32の精密加工後にSiC中間膜層23,33を形成するため、下層のCVD−SiC膜層22,32の成膜自由度を高くすることができる。

概要

背景

ガラス素子(例えばガラスレンズ)の成形用金型として、CVD法で形成されたCVD−SiC金型を用いるものがある(特許文献1参照)。このCVD−SiC金型の転写面には、一般的に金属等の保護膜が形成されている。この保護膜は、ある程度の成形を繰り返した後に、CVD−SiC金型から酸・アルカリからなる除去液を用いた浸漬エッチングにより剥離され、リサイクルされてCVD−SiC金型が再形成される。

概要

結晶面配向による選択的エッチング等を排し、リサイクル回数を増やし金型寿命延ばすことができるガラス素子用成形金型の製造方法を提供すること。CVD−SiC膜層22,32に形成される基準面SS上に、PVD法を用いて非常に薄いSiC中間膜層23,33を形成し、ストイキオメトリのずれのない膜を形成することで、酸・アルカリ等の溶液に対する耐性を著しく高めることができる。また、PVD法は成膜温度もCVDに比べて低く、結晶粒成長せず、特定の結晶面の選択エッチングも排除できる。さらに、CVD−SiC膜層22,32の精密加工後にSiC中間膜層23,33を形成するため、下層のCVD−SiC膜層22,32の成膜自由度を高くすることができる。

目的

本発明は、この結晶面の違いによる選択的エッチング等を排し、リサイクル回数を増やし金型寿命を延ばすことができるガラス素子用成形金型の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

SiCで形成されたガラス素子成形転写面土台となる母材の表面上にCVD法にてCVD−SiC膜層を形成する工程と、前記CVD−SiC膜層にガラス素子の成形転写面に対応する基準面を形成する工程と、前記基準面を形成した前記CVD−SiC膜層の上にPVD法にてSiC中間膜層を形成する工程と、前記SiC中間膜層の上に保護膜を形成する工程と、を備えることを特徴とするガラス素子用成形金型の製造方法。

請求項2

SiCで形成されガラス素子の成形転写面の土台となる母材の表面上にPVD法にてSiC中間膜層を形成する工程と、前記SiC中間膜層の上にCVD法にてCVD−SiC膜層を形成する工程と、前記CVD−SiC膜層にガラス素子の成形転写面に対応する基準面を形成する工程と、前記基準面を形成した前記CVD−SiC膜層の上に保護膜を形成する工程と、を備えることを特徴とするガラス素子用成形金型の製造方法。

請求項3

前記保護膜は、Au、Pt、Ir、及びRhのいずれかの貴金属若しくはそれらを含む合金、又はCr、Ti、及びAlのいずれかの金属若しくはそれらを含む化合物の膜で形成されることを特徴とする請求項1及び請求項2のいずれか一項に記載のガラス素子用成形金型の製造方法。

請求項4

ガラス素子の第1の成形転写面を成形するための下型と、前記ガラス素子の第2成形転写面を成形するための上型と、を備え、前記下型と前記上型の少なくとも一方は、SiCで形成され前記成形転写面の土台となる母材と、前記母材の表面上に形成される前記成形転写面に対応する基準面を表面に有するCVD−SiC膜層と、前記CVD−SiC膜層の上にPVD法にて形成されるSiC中間膜層と、前記SiC中間膜層の上に形成される保護膜とを有することを特徴とするガラス素子用成形金型。

請求項5

ガラス素子の第1の成形転写面を成形するための下型と、前記ガラス素子の第2の成形転写面を成形するための上型と、を備え、前記下型と前記上型の少なくとも一方は、SiCで形成され前記成形転写面の土台となる母材と、前記母材の表面上にPVD法にて形成されるSiC中間膜層と、前記SiC中間膜層の上に形成される前記成形転写面に対応する基準面を表面に有するCVD−SiC膜層と、前記CVD−SiC膜層の上に形成される保護膜とを有することを特徴とするガラス素子用成形金型。

請求項6

前記保護層は、Au、Pt、Ir、及びRhのいずれかの貴金属若しくはそれらを含む合金、又はCr、Ti、及びAlのいずれかの金属若しくはそれらを含む化合物の膜で形成されることを特徴とする請求項4及び請求項5のいずれか一項に記載のガラス素子用成形金型。

請求項7

前記SiC中間膜層の厚さは、0.001μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項4から請求項6までのいずれか一項記載のガラス素子用成形金型。

請求項8

前記SiC中間膜層は、スパッタ法により成膜されることを特徴とする請求項4から請求項7までのいずれか一項に記載のガラス素子用成形金型。

請求項9

前記SiC中間膜層は、蒸着法により成膜されることを特徴とする請求項4から請求項7までのいずれか一項に記載のガラス素子用成形金型。

請求項10

前記SiC中間膜層は、イオンプレーティング法により成膜されることを特徴とする請求項4から請求項7までのいずれか一項に記載のガラス素子用成形金型。

請求項11

請求項4から請求項10までのいずれか一項に記載のガラス素子用成形金型を用いることを特徴とする光学素子成形方法

請求項12

請求項11に記載の光学素子の成形方法を用いて成形されることを特徴とする光学素子。

請求項13

情報記録媒体用基板に加工されることとなる薄板状のガラスブランクを成形するためのものであって、請求項4から請求項10までのいずれか一項に記載のガラス素子用成形金型を用いることを特徴とするガラスブランクの成形方法。

請求項14

請求項13に記載のガラスブランクの成形方法を用いて成形されることを特徴とするガラスブランク。

技術分野

0001

本発明は、ガラス素子用成形金型の製造方法、ガラス素子用成形金型、ガラス素子用成形金型を用いた光学素子成形方法、かかる光学素子の成形方法により得られた光学素子、ガラス素子用成形金型を用いたガラスブランクの成形方法、及びかかるガラスブランクの成形方法により得られたガラスブランクに関する。

背景技術

0002

ガラス素子(例えばガラスレンズ)の成形用金型として、CVD法で形成されたCVD−SiC金型を用いるものがある(特許文献1参照)。このCVD−SiC金型の転写面には、一般的に金属等の保護膜が形成されている。この保護膜は、ある程度の成形を繰り返した後に、CVD−SiC金型から酸・アルカリからなる除去液を用いた浸漬エッチングにより剥離され、リサイクルされてCVD−SiC金型が再形成される。

先行技術

0003

特開2004−244306号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、このCVD法で成膜されたSiC膜は本来ならば酸やアルカリに耐性がある物質であり、上記リサイクル工程における保護膜のエッチング除去においても何ら影響は受けないが、成膜品質のばらつき等(例えば局所的なストイキオメトリのずれ(SiとCの1対1の成分比のずれ)等)により、結晶面の違いによる選択的エッチングが起こる場合がある。また、母材焼結体粒径の大きい結晶上にエピタキシャル的成長で大きくなった結晶粒界境界線露出して光学面の表面粗さが大きくなる場合がある。そのため、上述のような表面状態では所望の成形転写面成形素子に転写することが難くなる。よって、成形金型としての使用が不可能となり、金型寿命が短くなるという問題がある。

0005

そこで、本発明は、この結晶面の違いによる選択的エッチング等を排し、リサイクル回数を増やし金型寿命を延ばすことができるガラス素子用成形金型の製造方法を提供することを目的とする。

0006

また、本発明は、上記ガラス素子用成形金型の製造方法により作製したガラス素子用成形金型、このガラス素子用成形金型を用いた光学素子やガラスブランクの成形方法、及びこの成形方法により得られる低コストで精密かつ滑らかな面を有する光学素子やガラスブランク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

0007

上記課題を解決するため、本発明に係る第1のガラス素子用成形金型の製造方法は、SiCで形成されガラス素子の成形転写面の土台となる母材の表面上にCVD(chemical vapor deposition)法にてCVD−SiC膜層を形成する工程と、CVD−SiC膜層にガラス素子の成形転写面に対応する基準面を形成する工程と、基準面を形成したCVD−SiC膜層の上にCVD以外の成膜法、例えばスパッタ法等のPVD(physical vapor deposition)法にてSiC中間膜層を形成する工程と、SiC中間膜層の上に保護膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

0008

上記第1のガラス素子用成形金型の製造方法によれば、CVD−SiC膜層の上に形成される基準面上にPVD法による非常に薄いSiC中間膜層を形成し、ストイキオメトリのずれのない膜を形成することで酸・アルカリ等の溶液に対する耐性を著しく高めることができる。また、PVD法は成膜温度もCVD(通常1000℃より高い)に比べて低く(例えば300〜400℃程度)、結晶粒も成長せず、特定の結晶面の選択エッチングも排除できる。さらに、CVD−SiC膜層の精密加工後にSiC中間膜層を形成するため、下地のCVD−SiC膜層の成膜自由度を高くすることができる。また、成形転写面に見られる欠陥が光学素子に転写することで発生していたガラス素子の不良を低減することができ、ガラス素子の収率上がり、ガラス素子用成形金型の寿命飛躍的に延ばすことができる。

0009

上記課題を解決するため、本発明に係る第2のガラス素子用成形金型の製造方法は、SiCで形成されガラス素子の成形転写面の土台となる母材の表面上にPVD法にてSiC中間膜層を形成する工程と、SiC中間膜層の上にCVD法にてCVD−SiC膜層を形成する工程と、CVD−SiC膜層にガラス素子の成形転写面に対応する基準面を形成する工程と、基準面を形成したCVD−SiC膜層の上に保護膜を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

0010

上記第2のガラス素子用成形金型の製造方法によれば、CVD−SiC膜層の成膜前に母材表面にPVD法により非常に薄いSiC中間膜層を形成するが、その成膜温度がCVD(通常1000℃より高い)に比べて低く(例えば300〜400℃程度)、アモルファスあるいは小さい結晶粒の中間層上に成長するCVD膜結晶粒成長が小さい。そのため、リサイクル工程における保護膜のエッチング除去においてCVD−SiC膜層の特定の結晶面の選択エッチングが発生したとしても結晶粒が小さいために表面粗さが大きくならない。

0011

本発明の具体的な態様又は観点では、保護膜は、Au、Pt、Ir、及びRhのいずれかの貴金属若しくはそれらを含む合金、又はCr、Ti、及びAlのいずれかの金属若しくはそれらを含む化合物の膜で形成されることを特徴とする。この場合、成形の際に、ガラスが成形金型の成形転写面に融着するのを防ぐことができる。

0012

上記課題を解決するため、本発明に係る第1のガラス素子用成形金型は、ガラス素子の第1の成形転写面を成形するための下型と、ガラス素子の第2成形転写面を成形するための上型と、を備え、下型と上型の少なくとも一方は、SiCで形成され成形転写面の土台となる母材と、母材の表面上に形成される成形転写面に対応する基準面を表面に有するCVD−SiC膜層と、CVD−SiC膜層の上にPVD法にて形成されるSiC中間膜層と、SiC中間膜層の上に形成される保護膜とを有することを特徴とする。

0013

上記第1のガラス素子用成形金型によれば、CVD−SiC膜層の上に形成される基準面上にPVD法による非常に薄いSiC中間膜層が形成され、ストイキオメトリのずれのない膜を形成することで酸・アルカリ等の溶液に対する耐性が著しく高くなっている。また、成膜温度もCVDに比べて低く、結晶粒も成長せず、特定の結晶面の選択エッチングも排除できるようになっている。さらに、CVD−SiC膜層の精密加工後にSiC中間膜層が形成されているため、CVD−SiC膜層の成膜自由度が高くなっている。また、成形転写面に見られる欠陥がガラス素子に転写することで発生していたガラス素子の不良を低減することができ、ガラス素子の収率が上がり、ガラス素子用成形金型の寿命を飛躍的に延ばすことができる。

0014

上記課題を解決するため、本発明に係る第2のガラス素子用成形金型は、ガラス素子の第1の成形転写面を成形するための下型と、ガラス素子の第2の成形転写面を成形するための上型と、を備え、下型と上型の少なくとも一方は、SiCで形成され成形転写面の土台となる母材と、母材の表面上にPVD法にて形成されるSiC中間膜層と、SiC中間膜層の上に形成される成形転写面に対応する基準面を表面に有するCVD−SiC膜層と、CVD−SiC膜層の上に形成される保護膜とを有することを特徴とする。

0015

上記第2のガラス素子用成形金型によれば、CVD−SiC膜層の成膜前に母材表面にPVD法により非常に薄いSiC中間膜層が形成されているが、成膜温度がCVDに比べて低く、アモルファスあるいは小さい結晶粒の中間層上に成長するCVD膜は結晶粒成長が小さい。そのため、リサイクル工程における保護膜のエッチング除去においてCVD−SiC膜層の特定の結晶面の選択エッチングが発生したとしても結晶粒が小さいために表面粗さが大きくならないものとなっている。

0016

本発明の具体的な態様又は観点では、SiC中間膜層の厚さは、0.001μm以上10μm以下、好ましくは0.01〜2μmであることを特徴とする。この場合、SiC中間膜層の厚さを0.001μm以上10μm以下とすることにより、よりSiC膜の配向性ランダムにすることができる。なお、SiC中間膜層形成による成形転写面の形状変化をできるだけ防ぐため、中間膜層の厚さはできるだけ薄いことが望ましい。

0017

本発明の別の態様では、SiC中間膜層は、スパッタ法により成膜されることを特徴とする。この場合、SiC中間膜層がスパッタで成膜されることにより、ストイキオメトリのずれのない膜が形成される。また、被成膜面との密着力を強くすることができる。

0018

本発明のさらに別の態様では、SiC中間膜層は、蒸着法により成膜されることを特徴とする。この場合、SiC中間膜層が蒸着法で成膜されることにより、被成膜面の形状にかかわらず、比較的膜厚均質なSiC中間膜層となる。

0019

本発明のさらに別の態様では、SiC中間膜層は、イオンプレーティング法により成膜されることを特徴とする。この場合、SiC中間膜層がイオンプレーティング法で成膜されることにより、より被成膜面との密着が強いSiC中間膜層となる。

0020

上記課題を解決するため、本発明に係る光学素子の成形方法は、上述のガラス素子用成形金型を用いることを特徴とする。

0021

上記光学素子の成形方法では、溶融ガラスプレス成形する際に上述のガラス素子用成形金型を用いることにより、光学素子に結晶境界が転写されず、光学精度がよい光学素子となる。また、成形金型の耐久性がよいため、例えば1000〜2000ショット成形しても同一形状の光学面の再現性を維持することができる。

0022

また、本発明に係る光学素子は、上記光学素子の成形方法を用いて成形されることを特徴とする。これにより、高精度で滑らかな光学面を有する光学素子を再現性よく得ることができる。

0023

上記課題を解決するため、本発明に係るガラスブランクの成形方法は、情報記録媒体用基板に加工されることとなる薄板状のガラスブランクを成形するためのものであって、上述のガラス素子用成形金型を用いることを特徴とする。

0024

上記ガラスブランクの成形方法では、溶融ガラスをプレス成形する際に上述のガラス素子用成形金型を用いることにより、金型のリサイクルが可能となり金型コストの低減が可能となる。

0025

また、本発明に係るガラスブランクは、上記ガラスブランクの成形方法を用いて成形されることを特徴とする。これにより、高精度で滑らかな成形面を有するガラスブランクを再現性よく得ることができる。

図面の簡単な説明

0026

第1実施形態に係るガラスレンズの製造方法に用いる成形金型の断面構造を説明する図である。
成形金型の主要な部分についての拡大断面図である。
(A)〜(C)は、成形金型から成形される光学素子の図である。
(A)〜(C)は、成形金型の製造工程を説明する断面図である。
(A)、(B)は、成形金型の製造工程を説明する断面図である。
成形金型を用いた光学素子(例えばガラスレンズ)の製造工程について説明する断面図である。
(A)、(B)は、成形金型を用いたガラスレンズの製造工程について説明する断面図である。
(A)〜(C)は、成形金型の再生工程を説明する断面図である。
成形金型の再生工程を説明する断面図である。
(A)〜(C)は、第2実施形態における成形金型の製造工程を説明する断面図である。
(A)、(B)は、第2実施形態における成形金型の製造工程を説明する断面図である。
(A)、(B)は、第3実施形態における成形金型を説明する断面図である。
(A)、(B)は、第4実施形態における成形金型を説明する断面図である。
図13の成形金型から成形されるガラスブランクの斜視図である。
成形装置の変形例について説明する図である。

実施例

0027

〔第1実施形態〕
図1等を参照して、本発明の第1実施形態に係るガラス素子用成形金型としての成形金型10について説明する。成形金型10を組み込んだ成形装置200は、原材料であるガラスを溶融して直接プレス,あるいは加熱されたプリフォームガラス加圧成形するための装置であり、図3に示すような光学素子(例えばガラスレンズ100、導光板300、ビームシェーパー400等)を製造することができる。本実施形態では特にガラスレンズ100の成形について説明する。なお、成形装置200は、主要な部材である成形金型10の他に、ガラスレンズ100の成形にあたって上型1及び下型2の開閉等を行うための制御駆動装置4等をさらに備える。

0028

成形金型10は、可動側の上型1と、固定側の下型2とを備える。成形の際、下型2は固定状態に維持され、上型1は下型2に対向するように移動して、両型1,2を互いに突き合わせるような型閉じが行われる。

0029

上型1は、型本体1a、支持部1bと、ヒータ部1cとを備える。上型1は、成形に際しての転写面11として、相対的に曲率の小さな光学面101aを形成するための光学面転写面11aと、フランジ面101bを形成するためのフランジ面転写面11bとを有する。このうち、光学面転写面11aとフランジ面転写面11bとは、上型1の本体部分によって画定されている。また、ヒータ部1cには、型本体1aを適度に加熱するための電気ヒータ40aが内蔵されている。

0030

上型1に設けた型本体1aは、図2に示すように、母材21の表面上に、CVD−SiC膜層22と、SiC中間膜層23と、保護膜層24とを順次積層した構造を有する。

0031

母材21は、ガラスレンズ100の光学面101a、及びフランジ面101bの土台となる部材である。母材21は、SiCの焼結体で形成されており、極めて高い硬度を有する。

0032

CVD−SiC膜層22は、母材21表面上に形成されており、各転写面11a,11bに対応する基準面SSを表面に有する。CVD−SiC膜層22は、CVD法により形成されたSiCの多結晶膜である。CVD−SiC膜層22の厚さは、例えば約100μmである。

0033

SiC中間膜層23は、CVD−SiC膜層22の上に形成されている薄膜である。SiC中間膜層23は、例えばスパッタ法により形成され、弱い配向性又はランダムな配向性を有し比較的均一なSiC膜である。このSiC中間膜層23の厚さは、例えば0.001μm以上10μm以下(好ましくは0.01μm以上0.2μm以下)となっている。

0034

保護膜層24は、CVD−SiC膜層22等を保護するとともに光学面転写面11aを形成するための層であり、SiC中間膜層23の上に形成されている。保護膜層24は、スパッタ法により成膜される。保護膜層24の厚さは、例えば数μmである。なお、保護膜は、Au、Pt、Ir、及びRhのいずれかの貴金属若しくはそれらを含む合金(例えばPt−Ir合金)、又はCr、Ti、及びAlのいずれかの金属若しくはそれらを含む化合物(例えばTiO2、Cr2O3、TiN、TiAlN)の膜で形成される。

0035

下型2は、型本体2a、支持部2bと、ヒータ部2cとを備える。下型2のうち型本体2aは、成形に際しての転写面12として、相対的に曲率の大きな光学面102aを形成するための光学面転写面12aと、フランジ面102bを形成するためのフランジ面転写面12bとを有する。

0036

下型2に設けた型本体2aも、上型1の型本体1aと同様に、母材31の表面上に、CVD−SiC膜層32と、SiC中間膜層33と、保護膜層34とを順次積層した構造を有する。これらの母材31と、CVD−SiC膜層32と、SiC中間膜層33と、保護膜層34は、上型1の母材21と、CVD−SiC膜層22と、SiC中間膜層23と、保護膜層24とそれぞれ同様のものであるので説明を省略する。

0037

上型1と下型2とは、加圧成形時において、上型1の各転写面11a,11bと、下型2の各転写面12a,12bに対して同軸に配置されるなど、適切な位置関係を保つものともなっている。

0038

制御駆動装置4は、成形金型10によるガラスレンズ100の成形のために、電気ヒータ40a、40bへの給電の制御や、上型1及び下型2の開閉動作等の成形金型10を組み込んだ成形装置200全体の制御を行う。なお、制御駆動装置4に駆動された上型1は、水平なAB方向に移動可能であるとともに、鉛直のCD方向に移動可能になっている。例えば両型1,2を合わせて型閉じを行う際には、まず下型2の上方に上型1を移動させて両型1,2の軸CX1,CX2を一致させ、上型1を降下させて下型2側に所定の力で押し付ける。なお、制御駆動装置4は、上型1と下型2とが型閉じの際に所定の間隔を保つように制御している。

0039

以下、図4及び図5を参照して成形金型10のうち下型2の製造方法について具体的に説明する。

0040

まず、図4(A)に示すように、母材31を準備する。この母材31は、SiCの焼結体で形成されており、放電加工砥石90による研削加工研磨加工等によって、ガラスレンズ100の光学面102a、及びフランジ面102bに近い形状を有する表面31aが形成されている。

0041

このようにして準備した母材31の表面31a上にCVD法にてCVD−SiC膜層32を形成する。SiCの原料としては、例えばトリクロロメチルシラン水素との混合ガスを用いる。

0042

CVD−SiC膜層32を成膜後、図4(C)に示すように、CVD−SiC膜層32の表面32aを加工して基準面SSを得る。基準面SSは、例えば研削工具81等を用いた研削加工により形成される。この基準面SSは、ガラスレンズ100の光学面101a及びフランジ面101bに正確に対応する光学面形状を有している。CVD−SiC膜層32は、機械加工に適しており、研削工具81によって高精度で平滑な基準面SSを加工することができる。なお、研削加工に代えて或いは追加して切削加工を施すことによって、基準面SSを得ることもできる。

0043

基準面SSを形成した後、図5(A)に示すように、CVD−SiC膜層32の基準面SS上にスパッタ法を用いてSiC中間膜層33を形成する。スパッタ法として、例えばRF(radio−frequency)スパッタ法を用いることで、ランダムな配向性を示す一様なアモルファス状SiC薄膜簡易に得ることができる。なお、CVD−SiC膜層32とSiC中間膜層33とは、同一の物質であるSiC膜で形成されており、密着性が良好なだけでなく、SiC中間膜層33による結晶成長及び配向規制して、欠陥の少ない一様なSiC表面を得ることができる。ここで、SiC中間膜層33の厚さは、0.001μm〜0.05μmとなっている。なお、SiC中間膜層33は、図4(C)における精密加工後の基準面SS上に成膜されることから、基準面SSの形状変化を防ぐため、SiC中間膜層23は、可能な限り薄いことが望ましい。

0044

SiC中間膜層33を形成後、図5(B)に示すように、SiC中間膜層33の表面33a上に保護膜層34を形成する。この保護膜層34は、例えばスパッタを用いて成膜される。

0045

なお、上型1も下型2と同様に製造される。この際、上型1における母材21、CVD−SiC膜層22、SiC中間膜層23、保護膜層24の形成方法は、下型2における母材31、CVD−SiC膜層32、SiC中間膜層33、保護膜層34の形成方法とそれぞれ同様である。

0046

以下、図1等に示す成形金型10を用いたガラスレンズ100の成形方法について説明する。図6図7(A)、及び図7(B)は、成形金型10を用いたガラスレンズ100の製造の各工程について説明するための断面図である。

0047

先ず、図6に示すように、不図示の坩堝等で溶融させた溶融ガラスGを溜めている原材料供給部50の下部に形成されているノズルNZを下型2の転写面12の中央上方に配置し、溶融ガラスGをノズルNZから転写面12上に自然滴下する(滴下工程)。このとき、溶融ガラスGの滴下に先立って、転写面12を電気ヒータ40bにて、ガラスレンズ100の原材料である溶融ガラス滴GDガラス転移点温度程度の温度に加熱しておく。なお、ガラス滴下後はノズルNZを上型1の昇降に邪魔にならない位置へ退避させておく。かかるノズルNZからの自然落下によるガラス供給方法により、ガラスレンズ100を得るために滴下させる溶融ガラス滴GDの重量のバラツキを抑えることができる。なお、溶融ガラスGに用いる原材料のガラスとしては、例えば、リン酸塩系ガラス等が該当する。

0048

所定量の溶融ガラス滴GDをノズルNZから転写面12上に滴下した後、溶融ガラス滴GDが未だ加圧変形可能な温度にある間に、図7(A)に示すように、予め下型2と同程度の温度に加熱しておいた上型1を下降させ、転写面11と転写面12とを互いに対向させた状態で上型1とを下型2に近接させて、下型2上の溶融ガラス滴GDを上下型1,2間で加圧成形する(成形工程)。

0049

上記滴下工程から成形工程にかけて溶融ガラス滴GDの温度が漸次低下していくことにより、ガラスレンズ100の一方側の光学面101a及びフランジ面101bと、他方側の光学面102a及びフランジ面102bとを有するガラスレンズ100が成形される。溶融ガラス滴GDを十分に冷却した後、下型2及び上型1の加圧解除して、図7(B)に示すように、上型1を上昇させることにより、ガラスレンズ100を型外へ取り出す(取出工程)。

0050

以下、図8及び図9を参照して、繰り返しの使用によって劣化した下型2の再生方法について説明する。

0051

図8(A)に示すように、ガラスレンズ100の成形を多数回(例えば数100ショット)繰り返すと、例えば下型2では、転写面12を構成する保護膜層34が徐々に薄くなって欠陥が生じたり表面234aの状態が劣化したりする。これを放置した場合、転写不良、ガラスの融着等のエラーが発生する。なお、上型1でも同様の状況が発生するが、重複するので、以下では説明を省略する。

0052

上記のように保護膜層34が劣化した場合、図8(B)に示すように、エッチング溶液槽に所定時間浸漬して、最上層である保護膜層34のみをエッチングによって除去する。エッチング溶液は酸又はアルカリの溶液である。

0053

保護膜層34のエッチング除去後、図8(C)に示すように、研磨剤加工具82とを用いて露出したSiC中間膜層33を軽く研磨する。これにより、SiC中間膜層33の表面33aの平滑度を高めることができる。

0054

SiC中間膜層33の研磨後図9に示すように、SiC中間膜層33の表面33a上に例えばスパッタを用いて保護膜層34を再形成する。この工程は、図5(B)に対応する。以上によって、下型2すなわち成形金型10を再生することができる。

0055

以上では、SiC中間膜層23,33の成膜にスパッタ法を用いているが、SiC中間膜層23,33の成膜には、蒸着法、イオンプレーティング等の各種PVD法を用いることができる。なお、SiC中間膜層23,33の成膜には、CVD−SiC膜層22,32の面配向の影響を受けにくくするという観点で、成膜粒子エネルギーの大きい成膜方法が向いている。一方で、SiC中間膜層23,33の成膜には、CVD−SiC膜層22,32等への影響を少なくする観点で、基材の加熱が少ないもの、イオンアシスト効果を少なくしたものを用いることが好ましい。

0056

以上のように第1実施形態の成形金型10の製造方法によれば、CVD−SiC膜層22,32に形成される基準面SS上に、PVD法を用いて非常に薄いSiC中間膜層23,33を形成し、ストイキオメトリのずれのない膜を形成することで、酸・アルカリ等の溶液に対する耐性を著しく高めることができる。また、PVD法は成膜温度もCVD(1000℃より高い)に比べて低く(300〜400℃程度)、結晶粒も成長せず、特定の結晶面の選択エッチングも排除できる。さらに、CVD−SiC膜層22,32の精密加工後にSiC中間膜層23,33を形成するため、下層のCVD−SiC膜層22,32の成膜自由度を高くすることができる。

0057

また、本実施形態の成形金型10の製造方法では、精密加工に都合のよい結晶面を配向させたCVD−SiC膜層22,32を成膜して加工を施した後に、SiC中間膜層23,33及び保護膜層24,34を形成するので、機械加工性がよく耐アルカリ酸性能を持ち合わせた成形金型10を得ることができる。すなわち、成形金型10が化学的にさらに安定した状態になるため、薬液によって容易に侵食されず、成形金型10の寿命を飛躍的に伸ばし、コストを低減することができる。例えば、本実施形態の成形金型10の場合、再生処理によって1000〜2000ショットまで繰り返し使用が可能になり、SiC中間膜層23,33を設けない従来型の成形金型の繰り返し使用回数(数100ショット)に対して約2〜4倍と、飛躍的に寿命が延びた。

0058

〔第2実施形態〕
以下、本発明に係る第2実施形態のガラス素子用成形金型等について説明する。第2実施形態のガラス素子用成形金型等は、第1実施形態の金型を変形したものであり、特に説明しない部分は、第1実施形態と同様である。

0059

図10及び図11は、本実施形態の成形金型10のうち下型2の製造方法について説明すする断面図である。なお、第1実施形態と同様に、上型1も下型2も同様に製造されるため、上型1については説明を省略する。

0060

図11(B)に示すように、下型2に設けた型本体2aは、母材31の表面上に、SiC中間膜層39と、CVD−SiC膜層32と、保護膜層34とを順次積層した構造を有する。

0061

まず、図10(A)に示すように、母材31を準備する。この母材31には、ガラスレンズ100の光学面102a、及びフランジ面102bに近い形状を有する表面31aが形成されている(図3(A)参照)。

0062

このようにして準備した母材31の表面31a上に、図10(B)に示すように、スパッタ法を用いてSiC中間膜層39を形成する。なお、母材31とSiC中間膜層39とは、同一の物質であるSiC膜で形成されており、密着性が良好なだけでなく、SiC中間膜層23による結晶成長及び配向を規制して、欠陥の少ない一様なSiC表面を得ることができる。そのため、後に成膜されるCVD−SiC膜層32の膜質を向上させることができる。ここで、SiC中間膜層39の厚さは、0.001μm〜0.1μmとなっている。

0063

SiC中間膜層33を形成後、図10(C)に示すように、SiC中間膜層39の表面39a上にCVD法にてCVD−SiC膜層32を形成する。

0064

CVD−SiC膜層32を成膜後、CVD−SiC膜層32の表面32aに機械加工を施して基準面SSを得る。基準面SSは、例えば研削工具を用いた研削加工により形成される。この基準面SSは、ガラスレンズ100の光学面102a及びフランジ面102bに正確に対応する光学面形状を有している。なお、図11(A)に示すように、研削加工に代えて或いは追加して切削工具83等を用いた切削加工を施すことによって、基準面SSを得ることもできる。

0065

基準面SSを形成した後、図11(B)に示すように、CVD−SiC膜層32の基準面SS上に保護膜層34を形成する。この保護膜層34は、例えばスパッタを用いて成膜される。

0066

以上のように第2実施形態の成形金型10の製造方法によれば、CVD−SiC膜層32の成膜の前に、母材31の表面上にPVD法を用いて薄いSiC中間膜層39を形成するが、その成膜温度がCVD(1000℃より高い)に比べて低く(300〜400℃程度)、アモルファスあるいは小さい結晶粒の中間層上に成長するCVD膜は結晶粒成長が小さく、リサイクル工程における保護膜層34のエッチング除去においてCVD−SiC膜層32の特定の結晶面の選択的エッチングが発生したとしても、結晶粒が小さいために表面粗さが大きくなるのを防ぐことができる。

0067

なお、SiC中間膜層39の成膜には、CVD−SiC膜層32の面配向の影響を受けにくくするという観点で、成膜粒子エネルギーの大きい成膜方法が向いている。一方で、SiC中間膜層33の成膜には、母材31への影響を少なくする観点で、基材の加熱が少ないもの、イオンアシスト効果を少なくしたものを用いることが好ましい。

0068

〔第3実施形態〕
以下、本発明に係る第3実施形態のガラス素子用成形金型等について説明する。第3実施形態のガラス素子用成形金型等は、第1実施形態の金型を変形したものであり、特に説明しない部分は、第1実施形態と同様である。

0069

図12は、図3(B)に示す光学素子である導光板300を製造するための成形金型310である。導光板300は、端面より導入した光を均一に面発光させる板であり、その一方の面が微細構造を有した面、例えば直線状の凹凸パターンとなっており、この場合、断面が鋸状となっている。この導光板300は、例えば液晶ディスプレイバックライト等に用いられる。

0070

図12(A)に示すように、上型301は、導光板300の成形面300aを形成するための転写面311を有する。転写面311は、導光板300の成形面300aに対応する凹凸パターンを有する。上型301のうち型本体301aは、母材321の表面上に、CVD−SiC膜層322と、SiC中間膜層323と、保護膜層324とを順次積層した構造を有する。

0071

下型302は、導光板300の成形面300bを形成するための転写面312を有する。転写面312は、導光板300の成形面300bに対応し平面となっている。下型302のうち型本体302aも型本体301aと同様に、母材331の表面上に、CVD−SiC膜層332と、SiC中間膜層333と、保護膜層334とを順次積層した構造を有する。

0072

成形金型310を用いた導光板300の製造方法は、第1実施形態の成形金型10の代わりに成形金型310を組み込んだ成形装置200と同様の成形装置を用いる他は略同じとなっている。

0073

なお、本実施形態において、上型301及び下型302の積層構造を第2実施形態と同様の構成にしてもよい。具体的には、図12(B)に示す成形金型320のように、上型301に設けた型本体301aは、母材321の表面上に、SiC中間膜層329と、CVD−SiC膜層322と、保護膜層324とを順次積層した構造を有する。下型302に設けた型本体302aは、母材331の表面上に、SiC中間膜層339と、CVD−SiC膜層332と、保護膜層334とを順次積層した構造を有する。

0074

〔第4実施形態〕
以下、本発明に係る第4実施形態のガラス素子用成形金型等について説明する。第4実施形態のガラス素子用成形金型等は、第1実施形態の金型を変形したものであり、特に説明しない部分は、第1実施形態と同様である。

0075

図13(A)は、図14に示すガラスブランク500を製造するための成形金型510である。ガラスブランク500は、情報記録媒体基板に加工されることとなる平坦かつ平滑な薄板状の円板である。

0076

上型501は、ガラスブランク500の成形面500aを形成するための転写面511を有する。転写面511は、ガラスブランク500の成形面500aに対応し平面となっている。上型501のうち型本体501aは、母材521の表面上に、CVD−SiC膜層522と、SiC中間膜層523と、保護膜層524とを順次積層した構造を有する。

0077

下型502は、ガラスブランク500の成形面500bを形成するための転写面512を有する。転写面512は、ガラスブランク500の成形面500bに対応し平面となっている。下型502のうち型本体502aも型本体501aと同様に、母材531の表面上に、CVD−SiC膜層532と、SiC中間膜層533と、保護膜層534とを順次積層した構造を有する。

0078

成形金型510を用いたガラスブランク500の製造方法は、第1実施形態の成形金型10の代わりに成形金型510を組み込んだ成形装置200と同様の成形装置を用いる他は略同じとなっている。

0079

なお、本実施形態において、上型501及び下型502の積層構造を第2実施形態と同様の構成にしてもよい。具体的には、図13(B)に示す成形金型520のように、上型501に設けた型本体501aは、母材521の表面上に、SiC中間膜層529と、CVD−SiC膜層522と、保護膜層524とを順次積層した構造を有する。下型502に設けた型本体502aは、母材531の表面上に、SiC中間膜層539と、CVD−SiC膜層532と、保護膜層534とを順次積層した構造を有する。

0080

以上、本実施形態に係るガラスレンズ100の製造方法について説明したが、本発明に係るガラスレンズの製造方法は上記のものには限られない。例えば、上記実施形態では、型本体1a,2a等の転写面11,12等の大きさや形状は例示であり、所望の大きさや形状とすることができる。

0081

また、上記実施形態では、溶融ガラス滴GDを直接下型2に滴下して加圧成形するダイレクトプレス法により成形をしたが、図15に示す成形装置201を用いてプリフォームGGを再加熱して加圧成形するリヒートプレス法によりガラス素子を成形してもよい。

0082

10…成形金型、 1…上型、 2…下型、 11、12…転写面、 4…制御駆動装置、 21,31…母材、 22,32…CVD−SiC膜層、 23,33,39…SiC中間膜層、 24,34…保護膜層、 100…ガラスレンズ、 101a、102a…光学面、 200…成形装置、SS…基準面

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