JP2001009843A

JP2001009843A - 成形型，成形型を用いたゾルゲル組成物およびゾルゲル組成物の製造方法

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Publication number: JP2001009843A
Application number: JP11278739A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Aramo; 勝秀新毛; Kenichi Nakama; 健一仲間; Isao Muraguchi; 功村口
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-01-16
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: EP1048427A2; JP3751778B2; US6530554B2; US20030025225A1; CA2306572A1; US20030001069A1; US20020190433A1; EP1048427A3

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な離型性が得られる成形型を提供すると
ともに、この成形型を用いたゾルゲル組成物およびゾル
ゲル組成物の製造方法を提供する。【解決手段】ゾルゲル組成物を製造するために、ゾル
ゲル材料に対して押圧される成形型10であって、該成形
型10の成形面14に、金属および／または無機酸化物から
なる緩衝層18を介して、金(Au)薄膜等の離型膜15を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形型，成形型を
用いたゾルゲル組成物およびゾルゲル組成物の製造方法
に係り、例えば読取専用光学式情報記録媒体(CD-ROM)，
平板マイクロレンズあるいはグレーティング素子等の各
種光学部品に適用可能な成形型，この成形型を用いたゾ
ルゲル組成物および該ゾルゲル組成物の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば読取専用光学式情報記録媒体(CD-
ROM)，平板マイクロレンズあるいはグレーティング素子
等の各種光学部品を製造するために用いられるゾルゲル
法は、所定の基板上に一定厚みで塗布したゾルゲル材料
に対して、所定の表面形状を有する成形型を一定時間押
圧させながら加熱し、次いでゾルゲル材料から成形型を
離間させてから再度ゾルゲル材料を焼結して溶媒を蒸発
させ、これにより所望の表面形状および膜厚を有するゾ
ルゲル組成物を得るものである。

【０００３】ところで、前述したゾルゲル法において、
ゾルゲル組成物の製造工程を高速化するとともに不良発
生率を低下させ、かつ、ゾルゲル組成物の寸法精度を向
上させるためには、ゾルゲル材料に対して成形型が良好
な離型性を有していることが必須となっている。このた
め、従来より、ゾルゲル法に用いられる成形型として
は、ゾルゲル材料に対する良好な離型性が得られるよう
な適宜な樹脂製とされていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
ゾルゲル法においては、従来に比較して、更なる製造工
程の高速化，不良発生率の低下および寸法精度の向上が
求められつつあるため、一層離型性に優れた成形型が求
められている。本発明は、前述した要望を満たすために
なされたものであり、その目的は良好な離型性が得られ
る成形型を提供すると共に、この成形型を用いたゾルゲ
ル組成物および該ゾルゲル組成物の製造方法を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明の成形型は、請求項１に記載したよう
に、ゾルゲル組成物を製造するために、ゾルゲル材料に
対して押圧される成形型であって、前記ゾルゲル材料に
対して接触する成形面に離型膜が設けられていることを
特徴としている。ここで、離型膜としては、ゾルゲル材
料に対する良好な離型性が得られるとともに、ゾルゲル
材料に対する押圧に耐え得る所定の強度，ゾルゲル材料
に対する加熱に耐え得る耐熱性，ゾルゲル材料に対して
反復接触しても腐食しないような耐食性，および所望の
形状に容易に成形できるような成形性等が得られる材質
であればよく、例えば金(Au)，白金(Pt)，銅(Cu)，パラ
ジウム(Pd)，銀(Ag)，ニッケル(Ni)およびこれらの合金
等を例示できる。このような成形型においては、成形面
に離型膜が設けられているため、ゾルゲル組成物を製造
するにあたって、ゾルゲル材料に対する良好な離型性が
得られ、これにより従来に比較して製造工程の高速化，
不良発生率の低下および寸法精度の向上を達成できるこ
とになる。

【０００６】また、本発明の成形型は、請求項２に記載
したように、前記離型膜が金(Au)，白金(Pt)，銅(Cu)，
パラジウム(Pd)，銀(Ag)，ニッケル(Ni)およびこれらの
合金のうちのいずれかであることを特徴としている。こ
こで、離型膜としては、所望の効果が得られれば、前述
した材質を択一的あるいは複合的に用いてもよく、膜厚
寸法，成形方法等は任意である。なお、離型膜として用
いられる合金は、前述した材質のうちの複数を選択的に
採用していればよく、前述した材質をすべて含む形態に
限定しない。また、離型膜として合金を用いる場合、各
材質の比率は任意である。このような成形型において
は、表面の酸化が生じ難い金(Au)，白金(Pt)，銅(Cu)，
パラジウム(Pd)，銀(Ag)，ニッケル(Ni)およびこれらの
合金のうちのいずれかにより離型膜が設けられているた
め、成形面に経時変化が生じ難く、これにより優れた耐
久性が得られることになる。

【０００７】さらに、本発明の成形型は、請求項３に記
載したように、前記離型膜を保持する基材を有し、該基
材が樹脂，ガラス，金属およびこれらの結合物のうちの
いずれかであることを特徴としている。ここで、基材と
しては、離型膜と同様な性能が得られるとともに、離型
膜に近似した膨張係数が得られる適宜な材料を採用すれ
ばよい。このような成形型においては、成形面の面積に
関わらず離型膜を薄膜化できることになる。また、この
成形型においては、基材が樹脂の場合、微細な加工が容
易にでき、成形性が良いという利点がある。一方、基材
がガラス，金属の場合は耐熱性と強度とが高く、耐久性
に優れる。

【０００８】そして、本発明の成形型は、請求項４に記
載したように、前記基材と前記離型膜との間に金属およ
び／または無機酸化物からなる緩衝層が設けられている
ことを特徴としている。このような成形型においては、
離型膜と基材との間に例えばアルミニウム(Al)，クロム
(Cr)，スズをドープした酸化インジュウム(ITO)等の緩
衝層が設けられているため、基材に対して離型膜が緩衝
層を介して強固に成膜されることになる。すなわち、こ
の成形型においては、離型膜が基材に対して直接設けら
れている場合に比較して、離型膜が基材から剥離する虞
れ、つまり離型膜がゾルゲル材料に対して転写される虞
れが少なく、これにより耐久性を向上できることにな
る。

【０００９】また、本発明の成形型は、請求項５に記載
したように、前記離型膜の表面に凹部が設けられている
ことを特徴としている。なお、この凹部は、基材の表面
に設けられた形状が表れたものである。ここで、凹部と
しては、例えば球状，円錐状，角錐状や断面任意形状の
スリット状等を例示できる。そして、球状，円錐状，角
錐状は、離型膜の全域あるいは部分的に任意数設ければ
よく、多数設ける場合の互いの相対位置関係等も限定し
ない。一方、凹部としてスリットを設ける場合、スリッ
トは直線状，曲線状に任意条設けてもよく、複数条設け
る場合には同心円状，格子状に設けてもよい。この成形
型においては、離型膜の表面に凹部が設けられているた
め、寸法精度の高い読取専用光学式情報記録媒体(CD-RO
M)，平板マイクロレンズあるいはグレーティング素子等
の各種光学部品を製造できることになる。

【００１０】次に、本発明のゾルゲル組成物は、請求項
６に記載したように、請求項１ないし請求項５のうちの
いずれかに記載した成形型を、ゾルゲル材料に押圧する
ことにより成形されることを特徴としている。このよう
なゾルゲル組成物においては、成形面に離型膜を設けた
成形型により成形されるため、従来に比較して製造工程
の高速化，不良発生率の低下および寸法精度の向上を達
成できることになる。

【００１１】そして、本発明のゾルゲル組成物の製造方
法は、請求項７に記載したように、請求項６に記載した
ゾルゲル組成物をゾルゲル材料に対する成形型に用いた
ものであってもよい。このようなゾルゲル組成物におい
ては、従来に比較して寸法精度が向上しているため、高
精度なレプリカが得られることになる。

【００１２】また、本発明のゾルゲル組成物の製造方法
は、請求項８に記載したように、前記ゾルゲル組成物が
前記ゾルゲル材料に対して離型性を示す官能基を有する
ものであってもよい。ここで、具体的な官能基として
は、比較的反応性に乏しいメチル基，エチル基，イソプ
ロピル基，3，3，3−トリフルオロプロピル基，フェニ
ル基等を例示できる。このようなゾルゲル組成物の製造
方法においては、離型膜に接触すると所定の官能基がゾ
ルゲル組成物の外層を形成するため、離型膜に対する良
好な離型性が得られることになる。したがって、このゾ
ルゲル組成物は、本質的に白金(Pt)，金(Au)等の離型膜
を必要とせず、ゾルゲル材料の成形型として利用でき
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る実施形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本発
明の実施形態である成形型10は、例えば読取専用光学
式情報記録媒体(CD-ROM)，平板マイクロレンズあるいは
グレーティング素子等の各種光学部品を製造するための
成形型とされる。または、このような光学部品を製造
するために、当該成形型10を雛型としてゾルゲル材料に
よりレプリカ成形型11を製造するマスター成形型とされ
る。

【００１４】以下、本発明に係る実施形態について、主
として、上記のマスター成形型とする場合を例に挙
げ、詳細に説明する。成形型10は、ゾルゲル組成物であ
るレプリカ成形型11を製造するために、プレス装置(図
示せず)に支持される平板状の保持体12と、保持体12の
下面に固定された基材13と、基材13の成形面14に設けら
れた離型膜15とを含んで構成されている。

【００１５】基材13は、例えば樹脂，ガラス，金属およ
びこれらの結合物のうちのいずれかとされ、具体的に
は、離型膜15およびゾルゲル組成物に近似した膨張係数
が得られるようなエポキシ樹脂，石英ガラス，アルミニ
ウム(Al)，銀(Ag)，クロム鋼(SUS)，真鍮を含む銅(Cu)
系合金，ニッケル(Ni)系合金，珪素(Si)等が採用されて
いる。

【００１６】ここで、基材13として例えばエポキシ樹脂
等の樹脂を採用した場合、ガラス製あるいは金属製の基
材を用いた場合に比較して加工成形が容易である。一
方、基材13として例えば石英ガラス，アルミニウム(A
l)，銀(Ag)，クロム鋼(SUS)，真鍮を含む銅(Cu)系合
金，ニッケル(Ni)系合金，珪素(Si)等のガラスや金属を
採用した場合、樹脂製の基材を用いた場合に比較して良
好な強度および耐熱性が得られる。なお、基材13がエポ
キシ樹脂の場合、ゾルゲル材料の加熱成形時の熱および
圧力に耐えられるように、ガラスあるいは金属等の保持
体を備えることが好ましい。

【００１７】この基材13は、レプリカ成形型11に対面す
る成形面14に凹部である複数の溝16が形成されている。
各溝16は、それぞれ断面形状が同一寸法の略Ｖ字状とさ
れ、互いに平行配置されている。

【００１８】図２に示すように、このような基材13は、
成形面14全域にわたって、金属および無機酸化物からな
る緩衝層18が設けられている。緩衝層18としては、アル
ミニウム(Al)，クロム(Cr)，スズをドープした酸化イン
ジュウム(ITO)等を例示でき、成形面14に沿って所定厚
み、かつ、均等厚みで単層形成あるいは積層形成されて
いる。（なお、緩衝層18は、好ましくは単層で膜厚10nm
ないし50nmであるが、本発明は、これに限定されるもの
ではない。）図２に示す緩衝層18は、膜厚100nmのアル
ミニウム(Al)層18Ａ，膜厚280nmのシリカ(SiO₂ )層18
Ｂ，膜厚170nmのチタニア(TiO₂ )層18Ｃおよび所定膜厚
のクロム(Cr)層あるいはスズをドープした酸化インジュ
ウム(ITO)層18Ｄが積層形成されている。

【００１９】離型膜15は、例えば金(Au)，白金(Pt)，銅
(Cu)，パラジウム(Pd)，銀(Ag)，ニッケル(Ni)およびこ
れらの合金等とされ、緩衝層18の最表層に沿って形成さ
れている。この離型膜15は、表面が平滑であるほど離型
性が高いことから、スパッタリング法により均一、か
つ、平滑に成膜されていることが好ましい。また、離型
膜15としては、金(Au)あるいは白金(Pt)が耐熱性，耐食
性の点から特に好ましい。金(Au)あるいは白金(Pt)を用
いる場合、緩衝層18にはクロム(Cr)あるいはスズをドー
プした酸化インジュウム(ITO)を用いることが離型膜15
と基材13との接着性の点から好ましい。

【００２０】一方、レプリカ成形型11は、図１および図
２に示すように、例えば石英ガラス等により形成された
平板状の基板19と、基板19上に一定の厚みで塗布された
ゾルゲル材料20(図２中二点鎖線参照)とで構成される。
ゾルゲル材料20としては、下記式(１)および(２)に示す
有機無機複合体のうちの少なくともいずれか一方を含む
ものが好ましく、これらの組成に増粘材としてポリエチ
レングリコールを添加した組成がさらに好ましい。Ｒ_nＳｉＸ’_4-n・・・（１）ここで、Ｒは炭素数１ないし４の炭化水素基あるいは、
置換もしくは未置換のアリール基であり、Ｘ’はアルコ
キシル基またはハロゲン原子、ｎは１または２の整数で
ある。ＭＸ’_n・・・・・・（２）ここで、ＭはSi，Ti，Zr，Alのうちのいずれかの金属原
子、Ｘ’はアルコキシル基またはハロゲン原子、ｎは３
または４の整数である。

【００２１】そして、このようなゾルゲル材料20として
は、シラン系が特に好ましい。その理由は、シラン系の
ゾルゲル材料20を採用すれば、原料の加水分解，縮重合
反応が比較的穏やかに進行するため、プレス成形する際
に必要な低粘度の状態を長く維持できる利点を有するか
らであり、また、低粘度を維持するために有効な有機鎖
を置換した式(１)で表される原料は、一般的で入手しや
すく、安価である点等の利点が得られるからである。

【００２２】また、この実施形態におけるゾルゲル材料
20は、成形固化後に他のゾルゲル材料に対して良好な離
型性を示す適宜な官能基を有していることが好ましい。
具体的な官能基としては、比較的反応性に乏しいメチル
基，エチル基，イソプロピル基，3，3，3−トリフルオ
ロプロピル基，フェニル基等を例示できる。

【００２３】次に、以上のような成形型10を用いたレプ
リカ成形型11の製造手順と、レプリカ成形型11を用いた
ゾルゲル組成物の製造手順とを説明する。まず、プレス
装置を起動させることにより、成形型10をメチル基など
の官能基を有するゾルゲル材料20に向かって接近させ、
離型膜15を介して成形面14をゾルゲル材料20に一定時
間、かつ、一定圧力で押圧させると共に所定温度に加熱
する(→加熱成形法)。次に、成形型10をゾルゲル材料20
から離間させてから、再びゾルゲル材料20を焼結するこ
とにより溶媒を除去する。（なお、成形型10を離間させ
ることなく加熱してもよい。）このように製造されたレ
プリカ成形型11は、ゾルゲル材料20の表面形状が成形面
14に形成された各溝16に対応した表面形状となっている
(図２中実線参照)。

【００２４】次に、このレプリカ成形型11を用いて、別
のゾルゲル材料20に対して再びプレス成形して新たなゾ
ルゲル組成物を製造する。このように製造されたゾルゲ
ル組成物は、その表面が前述した成形型10の成形面14と
同一の形状および寸法を有し、成形型10に対するレプリ
カとなる。（このようなレプリカは、レプリカ成形型11
の材料と同じ比較的反応性に乏しい官能基を有するゾル
ゲル材料20により形成されているため、レプリカ成形型
11がプレス成形後に容易に離型でき、成形型10の成形面
14に形成された溝16が再現された。こうしたレプリカに
金(Au)反射コートを蒸着し、回析効率を評価したとこ
ろ、成形型10の回析効率と同じ60％(波長1550nm)であっ
た。）

【００２５】（作用効果）以上のような実施形態によれ
ば、成形型10の成形面14に離型膜15が設けられているた
め、レプリカ成形型11を製造するにあたって、ゾルゲル
材料20に対する良好な離型性が得られ、これにより従来
に比較してレプリカ成形型11の製造工程を高速化できる
とともに不良発生率を低下でき、かつ、寸法精度を向上
できる。

【００２６】特に、この成形型10によれば、離型膜15が
金(Au)，白金(Pt)，銅(Cu)，パラジウム(Pd)，銀(Ag)，
ニッケル(Ni)，これらの合金であるため、離型膜15の表
面に酸化等の経時変化が生じ難く、優れた耐久性が得ら
れる。さらに、成形型10によれば、離型膜15を保持する
基材13が樹脂，ガラス，金属およびこれらの結合物のう
ちのいずれかであるため、成形面14の面積に関わらず離
型膜15を薄膜化できる。

【００２７】また、前述した成形型10によれば、基材13
と離型膜15との間に緩衝層18が設けられているため(→
図２参照)、離型膜15が基材13に対して直接設けられて
いる場合に比較して、離型膜15が基材13から剥離する虞
れを少なくでき、これにより耐久性を向上できる。

【００２８】そして、この成形型10によれば、成形面14
に凹部である溝16が設けられているため、読取専用光学
式情報記録媒体(CD-ROM)，平板マイクロレンズあるいは
グレーティング素子等の各種光学部品を製造できること
になる。また、このような光学部品を製造するために、
この成形型10を雛型としてゾルゲル材料によりレプリカ
成形型11を製造するマスター成形型を得ることができ
る。そして、このレプリカ成形型11は、前述のように構
成された成形型10を押圧することにより成形されるた
め、従来に比較して製造工程を高速化できるとともに不
良発生率を低下でき、かつ、寸法精度を向上できる。

【００２９】また、この実施形態によれば、前述のよう
に構成された成形型10を用いてレプリカ成形型11を製造
した後、このレプリカ成形型11を用いて成形型10と同様
なレプリカを製造するため、従来に比較してレプリカの
寸法精度および形状精度を向上できる。特に、この実施
形態によれば、ゾルゲル材料20が離型性を示す官能基を
有しているため、ゾルゲル材料20が離型膜15に接触する
と、所定の官能基がレプリカ成形型11の外層を形成し、
これにより成形型10がゾルゲル組成物であるレプリカ成
形型11から容易に離型できる。これは、かかる官能基が
反応性に乏しく、比較的嵩高なものであるため、ゾルゲ
ル材料が重合する際に外向きに配向し易いことに起因す
ると考えられる。

【００３０】そして、このレプリカ成形型11は、外向き
に配向された官能基が外層を形成しているため、金(A
u)，白金(Pt)などの離型膜を本質的に必要とせず、他の
ゾルゲル材料20に対する良好な離型性が得られ、これに
よりレプリカの製造を容易、かつ、円滑に行える。そし
て、このようにして多数のレプリカ成形型11を製造し、
次いで、これらのレプリカ成形型11により成形されたゾ
ルゲル組成物は、グレーティングレンズとしても利用で
きるものである。

【００３１】（変形例）成形型10としては、図１および
図２に示すレプリカ成形型11以外にも、成形面14の表面
形状を適宜選択することにより、図３〜図５に示すレプ
リカ成形型31，41，51を成形できる。（なお、図３〜図
５中の19は、前掲の図１および図２中の19と同様、石英
ガラス等により形成された平板状の基板である。）

【００３２】図３に示すレプリカ成形型31は、図１およ
び図２に示す成形型10の成形面14に溝16を格子状に設け
ることにより、ゾルゲル材料20の表面に交差格子が成形
されている。また、図４に示すレプリカ成形型41は、図
１および図２に示す成形型10の成形面14に凹状の球面を
設けることにより、ゾルゲル材料20の表面に凸状の球面
が多数形成されている。そして、図５に示すレプリカ成
形型51は、図１および図２に示す成形型10の成形面14に
断面半円状の溝を平行に設けることにより、ゾルゲル材
料20の表面に凸状の円弧面が多数形成されている。

【００３３】そして、レプリカ成形型31を成形するため
の成形型は、成形面に略四角錐状の凹部がマトリクス状
に多数形成されている。また、レプリカ成形型41を成形
するための成形型は、成形面に球状の凹部がマトリクス
状に多数形成されている。さらに、レプリカ成形型51を
成形するための成形型は、成形面に略断面半円状の溝が
平行に多数形成されている。なお、上記レプリカ成形型
31，41，51も、グレーティングレンズとしても利用でき
るものである。

【００３４】

【実施例】次に、基材，離型膜，緩衝層等の材質，膜
厚，成膜方法や、緩衝層の有無を変えて複数種類の成形
型を試作し、これらの成形型によりゾルゲル組成物を製
造した。そして、これらの成形型における離型性の評
価，再現性の評価および総合評価を表１にまとめたので
説明するとともに評価する。

【００３５】

【表１】

【００３６】なお、各成形型の基材としては、第１の基
材および第２の基材を選択的に用いた。すなわち、第１
の基材は、耐フッ酸性が高い金属膜を成膜した石英ガラ
スを用意し、この金属膜に対してフォトレジスト工程を
経て微細な穴開け加工を施した後、フッ酸水溶液内にお
いて所定時間エッチングし、次いで金属膜を除去した。
このような第１の基材は、表面に微細な凹凸が多数形成
されている。

【００３７】一方、第２の基材は、石英ガラス製の保持
体に反射タイプの回析格子(樹脂製)が設けられた市販品
を用いた。この市販品は、ドライエッチング，干渉露光
等の適宜な方法により表面に微細凹凸が形成されたガラ
ス板を用意すると共に、石英ガラス保持体上にエポキシ
樹脂を塗布しておき、エポキシ樹脂に前記ガラス板の微
細凹凸を転写して回析格子が設けられたレプリカを製作
し、このレプリカの表面をアルミニウム(Al)層および酸
化物による保護層により被覆したものである。

【００３８】また、表１中、離型性の評価は、成形型を
ゾルゲル材料に対して一定の圧力で一定時間押圧させた
後、ゾルゲル材料から成形型が容易、かつ、迅速に離型
できることを調査し、「○……良好，△……可，×……
不可」の三段階に評価した。更に、再現性の評価は、成
形型の成形面に設けられた凹部の形状，寸法と、ゾルゲ
ル組成物の表面に形成された回析格子や球面の形状，寸
法とを比較し、「○……良好，△……可，×……不可」
の三段階に評価した。そして、総合評価は、離型性，再
現性以外にも、例えば離型膜の成膜容易性や耐久性，耐
食性，耐熱性等を考慮し、「○……良好，△……可，×
……不可」の三段階に評価した。

【００３９】（例１）第１の基材に対して、スパッタ法
により緩衝層として膜厚10μｍのスズをドープした酸化
インジュウム(ITO)薄膜を成膜した後、この薄膜上に、
離型膜として膜厚20μｍの金(Au)薄膜をスパッタ法によ
り成膜して成形型を得た。この成形型は、表面が金色で
あり、蛍光灯に翳すとスズをドープした酸化インジュウ
ム(ITO)薄膜および金(Au)薄膜を透過して蛍光灯を視認
できた。この成形型を用いてゾルゲル組成物である平板
マイクロレンズを成形した。

【００４０】平板マイクロレンズの材料としては、ソー
ダライムガラス製の基板と、この基板に塗布された膜厚
30μｍのゾルゲル材料とから構成されている。ここで、
ゾルゲル材料は、エチルアルコールを用いてフェニルト
リエキトキシシランおよびジメチルジエトキシシランを
希釈してから、酸水溶液により加水分解してコーティン
グ液を得た後、このコーティング液を熱処理によりゾル
ゲル化させている。

【００４１】この例１においては、予め成形型の成形面
を顕微鏡により観察しておき、ゾルゲル材料に対して成
形型の成形面を押し付けると共に、ホットプレート上に
おいて30分間200℃まで加熱することによりゾルゲル材
料を硬化させた後、ゾルゲル材料を自然空冷させてから
成形型を離型させることにより、平板マイクロレンズを
製造する工程を２回繰り返した。この成形型は、第１の
基材の表面形状に基づいて、平板マイクロレンズの表面
に凸レンズ状の球面を多数形成する。この際、成形型
は、ゾルゲル材料から容易、かつ、迅速に離型できた。

【００４２】そして、１回目および２回目の平板マイク
ロレンズ製造後に、それぞれ成形型の成形面を顕微鏡に
より観察し、平板マイクロレンズ製造前の状態と比較し
たが、異常は認められず、離型膜の剥離，転写は皆無で
あった。また、この例１において、１回目および２回目
の平板マイクロレンズに形成された球面は、それぞれ高
さ寸法が17μｍ，焦点距離が約220μｍ(波長633nm)であ
った。すなわち、１回目および２回目の平板マイクロレ
ンズは、平面形状に違いが認められなかった。従って、
この例１は、離型性の評価，再現性の評価および総合評
価が“○”となっている。

【００４３】（例２）第２の基材に設けられている回析
格子に対して、反応性スパッタ法により緩衝層となるク
ロム(Cr)薄膜を成膜した。この際、酸素プラズマにより
回析格子の最表面が洗浄されて酸化物薄膜層となると共
に、クロム(Cr)が酸化される。従って、酸化物状態で接
合するクロム(Cr)と酸化物薄膜層とを介して、クロム(C
r)薄膜が回析格子に対して強固に付着した。次に、真空
下において、クロム(Cr)薄膜上に、離型膜として金(Au)
薄膜を連続成膜して成形型を得た。この際、真空下であ
るため、離型膜である金(Au)がクロム(Cr)薄膜に対して
強固に付着した。

【００４４】そして、メチルトリエトキシシランを主成
分とするゾルゲル材料に対して、成形型の成形面を押し
付けるプレス工程を30回繰り返し、回析格子が転写され
たゲル膜を多数得た。この際、成形型は、離型膜の剥
離，転写は皆無であり、かつ、ゾルゲル材料から容易、
かつ、迅速に離型できた。次に、これらのゲル膜に350
℃の熱処理を加えた後、反射率82％(波長1550nm)の金(A
u)反射コートをスパッタ法により成膜してゾルゲル組成
物を得た。

【００４５】そして、これらのゾルゲル組成物につい
て、回析効率の測定および顕微鏡による観察を行った。
回析効率の測定は、波長可変レーザー光源より得た1550
nmのレーザー光を回折格子に入射させ、その回折光強度
をフォトディテクターにより測定すると共に、回折格子
への入射光量を同じフォトディテクターにより測定し、
両者を比較することで回折効率を評価した。その結果、
成形型の一次回折光の回析効率が61％(波長1550nm)であ
るのに対して、ゾルゲル組成物の回折格子の一次回折光
の効率は58％〜75％(波長1550nm）であり、再現良く転
写されていることが判った。

【００４６】一方、顕微鏡による観察の結果、回折格子
のピッチは、成形型が601本／mmであるのに対して、ゾ
ルゲル組成物は599〜602本／mmであり、精度良く転写さ
れていることが判った。従って、この例２においても、
離型性の評価，再現性の評価および総合評価が“○”と
なっている。

【００４７】（例３）第２の基材に設けられている回析
格子に対して、緩衝層を設けずに反応性スパッタ法によ
り金(Au)薄膜を成膜した成形型を用い、例１と同様に、
平板マイクロレンズを複数回数成形した。この成形型
は、平板マイクロレンズの成形にあたって、１回目から
数十回目までは良好な離型性および再現性を維持できた
が、数十回目以降に、金(Au)薄膜が、第２の基材に予め
設けられている保護層(緩衝層)の“アルミニウム(Al)層
および酸化物層”から一部剥離して平板マイクロレンズ
に付着し、離型性が大幅に低下した。

【００４８】数十回以降に製造された平板マイクロレン
ズに対して、表面に付着した金(Au)薄膜を覆うように、
反射防止コート（多孔質シリカ(SiO₂)膜）を成膜し、洗
浄したところ、反射防止コートが金(Au)薄膜と共に剥離
し、平板マイクロレンズとして使用できなくなった。ま
た、金(Au)薄膜が一部剥離した成形型を用いてプレス成
形したところ、離型性が著しく低下して離型困難とな
り、力ずくで成形型および平板マイクロレンズを引き剥
がしたところ、ゾルゲル材料が成形型の成形面に一部付
着し、不良品が発生した。従って、この例３は、離型性
の評価，再現性の評価および総合評価が“△”となって
いる。

【００４９】（例４）第１の基材に対して、スパッタ法
により緩衝層を設けずに離型膜として膜厚20μｍの金(A
u)薄膜を成膜した成形型を用い、例１と同様に平板マイ
クロレンズを複数回数成形した。この成形型は、平板マ
イクロレンズの成形にあたって、１回目から数回目まで
は良好な離型性および再現性を維持できたが、10回目以
降に金(Au)薄膜が一部剥離して平板マイクロレンズに付
着し、離型性が大幅に低下した。

【００５０】この際、平板マイクロレンズは、表面に多
数形成された球面の高さ寸法が17μｍであるため再現性
を維持できたものの、金(Au)薄膜が付着したため、透過
性が低下し、レンズとして所望の機能を発揮できない。
さらに、金(Au)薄膜が一部剥離した成形型を用いて、連
続して平板マイクロレンズを成形したところ、離型性が
著しく低下して離型困難となり、力ずくで成形型および
平板マイクロレンズを引き剥がしたところ、ゾルゲル材
料が成形型の成形面に一部付着し、不良品が発生した。
従って、この例４は、離型性の評価，再現性の評価およ
び総合評価が“△”となっている。

【００５１】（例５：比較例）第１の基材を成形型とし
て用い、例１と同様に平板マイクロレンズを複数回数成
形した。この成形型は、離型性が得られず、力ずくで成
形型および平板マイクロレンズを引き剥がしたところ、
ゾルゲル材料が成形型の成形面に一部付着し、不良品が
発生した。従って、この例５は、離型性の評価，再現性
の評価および総合評価が“×”となっている。

【００５２】以上の結果から、例１〜例４は、成形型の
成形面に離型膜として金(Au)薄膜が設けられているた
め、ゾルゲル組成物の成形回数が一定回数以下であれ
ば、例５(比較例)に比して、ゾルゲル材料に対する良好
な離型性を得られることが判る。また、例１および例２
は、成形型の基材および離型膜間に緩衝層が設けられて
いるため、例３に比較して、金(Au)薄膜の耐久性が優れ
ていることが判る。特に、例２は、緩衝層としてクロム
(Cr)薄膜が成膜されているため、例１に比較して、金(A
u)薄膜の耐久性が更に優れている。

【００５３】（例６）この例６は、前記例２の手順で得
られたゾルゲル組成物であって、金(Au)反射コートを成
膜しない製品を成形型(レプリカ成形型)として使用した
例である。即ち、例２の成形型で得られたゾルゲル組成
物(但し、金反射コートを成膜しないゾルゲル組成物)を
成形型として使用し、前記例２と同じ組成のゲル膜(メ
チルトリエトキシシランを主成分とするゲル膜)に対し
てプレス成形を実施した。プレス成形後、スタンパーは
容易に離型でき、もとの回折格子と同様のピッチ(600本
／mm)を持つ回折格子が転写されていた。

【００５４】こうして得られた回折格子に対し、前記例
２と同様に金の反射コートを蒸着し、回折効率を評価し
たところ、一次回折光の効率は、例２で得られた回折格
子と同様、60％(波長1550nm)であり、再現良く転写され
ていることが判った。この例６においても、前記例１〜
例５と同様、“離型性の評価，再現性の評価および総合
評価”をしたところ、いずれも“○”であった。

【００５５】なお、本発明は、前記例1〜例４および例
６に限定されるものでなく、前述した実施形態において
例示した、ゾルゲル組成物，成形面，離型膜，基材，緩
衝層，凹部，官能基等の材質，形状，寸法，形態，数，
配置個所，物性，膜厚，成膜方法，比率等は、本発明を
達成できるものであれば任意であり、限定されない。

【００５６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の成形型
によれば、請求項１に記載したように、ゾルゲル材料に
対して接触する成形面に離型膜が設けられているため、
ゾルゲル材料に対する良好な離型性が得られ、これによ
り、従来に比較して製造工程の高速化，不良発生率の低
下および寸法精度の向上を達成できる。また、本発明の
成形型によれば、請求項２に記載したように、離型膜が
金(Au)，白金(Pt)，銅(Cu)，パラジウム(Pd)，銀(Ag)，
ニッケル(Ni)およびこれらの合金のうちのいずれかであ
るため、表面の酸化等の経時変化が生じ難く、これによ
り優れた耐久性が得られる。さらに、本発明の成形型に
よれば、請求項３に記載したように、離型膜を保持する
基材が樹脂，ガラス，金属およびこれらの結合物のうち
のいずれかであるため、成形面の面積に関わらず離型膜
を薄膜化できる。

【００５７】そして、本発明の成形型によれば、請求項
４に記載したように、基材と離型膜との間に金属および
／または無機酸化物からなる緩衝層が設けられているた
め、離型膜が基材に直接設けられている場合に比較し
て、離型膜が基材から剥離する虞れ、すなわち離型膜が
ゾルゲル材料に対して転写される虞れが少なく、これに
より耐久性を向上できる。また、本発明の成形型によれ
ば、請求項５に記載したように、離型膜の表面に凹部が
設けられているため、読取専用光学式情報記録媒体(CD-
ROM)，平板マイクロレンズあるいはグレーティング素子
等の各種光学部品を製造できる。

【００５８】次に、本発明のゾルゲル組成物によれば、
請求項６に記載したように、請求項１ないし請求項５の
うちのいずれかに記載した成形型を、ゾルゲル材料に押
圧することにより成形されるため、従来に比較して製造
工程の高速化，不良発生率の低下および寸法精度の向上
を達成できる。

【００５９】そして、本発明のゾルゲル組成物の製造方
法によれば、請求項７に記載したように、請求項６に記
載したゾルゲル組成物を、ゾルゲル材料を成形するため
の成形型に用いるため、従来に比較して寸法精度が向上
した高精度なレプリカが得られる。また、本発明のゾル
ゲル組成物の製造方法によれば、請求項８に記載したよ
うに、ゾルゲル組成物がゾルゲル材料に対して離型性を
示す官能基を有するため、離型膜に接触すると所定の官
能基がゾルゲル組成物の外層を形成し、これにより、離
型膜に対する良好な離型性が得られる。

【００６０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施形態を示す斜視図である。

【図２】成形型およびゾルゲル組成物を示す模式断面図
である。

【図３】ゾルゲル組成物の変形例を示す斜視図である。

【図４】ゾルゲル組成物の他の変形例を示す斜視図であ
る。

【図５】ゾルゲル組成物のその他の変形例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

10 成形型 11 レプリカ成形型（ゾルゲル組成物） 13 基材 14 成形面 15 離型膜 16 溝 18 緩衝層

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年３月２８日（２０００．３．２
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】（例１）第１の基材に対して、スパッタ法
により緩衝層として膜厚10ｎｍのスズをドープした酸化
インジュウム(ITO)薄膜を成膜した後、この薄膜上に、
離型膜として膜厚20ｎｍの金(Au)薄膜をスパッタ法によ
り成膜して成形型を得た。この成形型は、表面が金色で
あり、蛍光灯に翳すとスズをドープした酸化インジュウ
ム(ITO)薄膜および金(Au)薄膜を透過して蛍光灯を視認
できた。この成形型を用いてゾルゲル組成物である平板
マイクロレンズを成形した。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】（例４）第１の基材に対して、スパッタ法
により緩衝層を設けずに離型膜として膜厚20ｎｍの金(A
u)薄膜を成膜した成形型を用い、例１と同様に平板マイ
クロレンズを複数回数成形した。この成形型は、平板マ
イクロレンズの成形にあたって、１回目から数回目まで
は良好な離型性および再現性を維持できたが、10回目以
降に金(Au)薄膜が一部剥離して平板マイクロレンズに付
着し、離型性が大幅に低下した。

フロントページの続き (72)発明者村口功大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内Ｆターム(参考） 4F202 AH73 AJ02 AJ03 AJ09 AJ11 CA09 CB01 CD03 CD08 CD22 CD26 CK11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゾルゲル組成物を製造するために、ゾル
ゲル材料に対して押圧される成形型であって、前記ゾル
ゲル材料に対して接触する成形面に離型膜が設けられて
いることを特徴とする成形型。
【請求項２】前記離型膜が金(Au)，白金(Pt)，銅(C
u)，パラジウム(Pd)，銀(Ag)，ニッケル(Ni)およびこれ
らの合金のうちのいずれかであることを特徴とする請求
項１に記載の成形型。
【請求項３】前記離型膜を保持する基材を有し、前記
基材が樹脂，ガラス，金属およびこれらの結合物のうち
のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の成形型。
【請求項４】前記基材と前記離型膜との間に金属およ
び／または無機酸化物からなる緩衝層が設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の成形型。
【請求項５】前記離型膜の表面に凹部が設けられてい
ることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうちのい
ずれかに記載の成形型。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のうちのいずれ
かに記載の成形型をゾルゲル材料に押圧することにより
成形してなることを特徴とするゾルゲル組成物。
【請求項７】請求項６に記載のゾルゲル組成物を、ゾ
ルゲル材料を成形するための成形型に用いることを特徴
とするゾルゲル組成物の製造方法。
【請求項８】前記ゾルゲル組成物が、前記ゾルゲル材
料に対して離型性を示す官能基を有することを特徴とす
る請求項７に記載のゾルゲル組成物の製造方法。