JP2005272187A - 光学素子用の成形型及びその再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微小凹凸を有する型面を適正に再生することができる成形型及びその再生方法を提供すること。
【解決手段】 下型２１をレンズ成形装置から取り出して、その型面をクロム溶解性処理液等の処理液に浸漬する。これにより、処理液が保護層３３を通過して溶融層３２を迅速に溶解する。つまり、保護層３３や溶融層３２が迅速に剥離されて、基盤部材３１の下地用型面３１ａが露出する。次に、下地用型面３１ａ上にクロムを主成分とする膜をスパッタ法等を用いて成膜し、溶融層３２とする。次に、溶融層３２上に例えばＡｕ等を含む合金からなる貴金属膜をスパッタ法等を用いて成膜し、保護層３３とする。以上により、下型２１の再生が完了する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガラスレンズ等の光学素子をプレス成形するための成形型及びその再生方法に関し、特に、再生時に成形型の成形面の研磨工程を必要としない成形型及びその再生方法に関するものである。

ガラスレンズをプレス成形するための一般的な方法として、鏡面に加工した成型面に白金等の貴金属を被覆した一対の金型を準備し、予め適度に加熱した金型間に加熱した成形素材を搬送するとともに、両金型間で成形素材をプレスすることによって、成形品としてのガラスレンズを製造するものが知られている。

かかるプレス成形法において、金型を繰返して使用すると、被覆層が摩耗して十分な精度の光学面が得られなくなる。このような問題に対処すべく様々な表面再生法が提案されている。

以下、いくつか具体例を挙げて説明する。例えば、金型素材上にクロムを主成分とする中間層と白金等の保護層とを積層した金型を用い、再生に際しては硝酸二アンモニウムセリウム溶液で中間層を除去するものがある（特許文献１参照）。また、金型素材上に金属窒化物及びクロムからなる一対の中間層とＡｕ等の保護層とを積層した金型を用い、再生に際しては中間層を溶解する前に予めイオンビームエッチングによって保護層を除去するものがある（特許文献２参照）。また、ＷＣ等からなる金型素材上にガラス層とＴｉＮ等の保護層とを積層した金型を用い、再生に際しては酸若しくはアルカリ溶液で中間層を除去するものがある（特許文献３参照）。また、金型素材上にエッチストップ用の中間層、Ｎｉ等からなる切削加工層、及びＴｉ炭化物からなる中間層を形成するとともに表面を硬質炭素膜で被覆した金型を用い、再生に際しては切削加工やエッチング液を用いるものがある（特許文献４参照）。また、金型素材上に貴金属等からなるエッチング防止用の中間層とＴｉＣ等からなる保護膜とを積層した金型を用い、再生に際しては酸又はアルカリ溶液で保護膜を溶解するものがある（特許文献５参照）。さらに、金型素材上にＮｉ等からなる加工層と、ＴｉＣ等からなる中間層と、貴金属からなる保護層とを積層した金型を用い、再生に際しては適当な硬度の粒子を用いてサンドブラストすることによって加工層を除去するものがある（特許文献６参照）。

一方、ガラスレンズ等を製造する別の新しい成形技術として、ガラス滴を金型に滴下した後、そのままプレス成形するものが存在する。このようなガラスレンズの製造方法に用いる金型として、特に熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上の材料で構成され、かつ０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さを有するものが好適であることが分かっている（特許文献７）。このように表面に微小な凹凸を有する金型では、捕集されたガラス滴が金型上で収縮する過程で生じたエアーを凹凸の粗い目を介して除去することができる。また、金型の熱伝導率を適度に高く設定しておくことにより、捕集されたガラス滴が適度な速度で冷却され、金型表面の微小な凹凸がガラスレンズに転写されることを防止できる。

以上のようなガラス滴を金型でプレスする方法は、表面に傷、砂目、シャーマーク等の欠陥がないレンズを得ることができ、プリフォームを不要としサイクルタイムを短縮できる点で極めて優れた方法である。
特開平１−１９２７３３号公報 特開２００１−１３０９１８号公報 特開平３−２３７０２４号公報 特開２００１−１２２６３０号公報 特開平９−２３２２７２号公報 特開２００２−２５５５７２号公報 特許第２８２７３３７号公報

しかし、金型表面に上記のように微小な凹凸を設ける方法においても、金型を繰り返し使用することによって型面の再生が必要となる。これまでは、金型表面を再研削しブラスト、酸エッチング等によって再生していたが、時間やコストが増大するので、鏡面加工した金型同様に簡易な再生法を考案することが望まれる。ただし、金型表面に微小な凹凸が形成されている場合、鏡面加工した金型に適用される上述の型再生法をそのまま用いることは、必ずしも適切でない。つまり、平坦な型面と微小凹凸を有する型面とでは、それぞれレンズ成形時の機能が大きく異なっており、摩耗や再生の機構も当然異なっていると考えられるので、微小凹凸を有する型面に適した型再生法の開発が必要となる。

そこで、本発明は、微小凹凸を有する型面を適正に再生することができる成形型及びその再生方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１発明に係る光学素子用の成形型は、ガラス滴として滴下されるレンズ材料のプレス成形を可能にするものであり、（ａ）０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さの下地用型面を設けた基盤部材と、（ｂ）前記基盤部材の下地用型面上に形成され、所定の処理液によって溶解する少なくとも１以上の化学的に活性な溶融層を含む被覆層とを備える。ここで、Ｒaは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に基づくもので、凹凸の算術平均高さを意味する。

上記成形型では、下地用型面が０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さを有するので、この上に適当な膜厚の被覆層を形成するならば、型の表面を同様の表面粗さとすることができる。これにより、ガラス滴が成形型上で収縮する過程で生じたエアーを型面に形成された凹凸の隙間を介して除去することができ、ひけのない高精度の光学素子を提供することができる。また、被覆層が所定の処理液によって溶解する化学的に活性な溶融層を含むので、溶融層を処理液で除去するだけの簡単な工程によって、型面を再生することができる。この際、下地用型面が適度な表面粗さを有するので、溶融層の除去が迅速かつ効率的なものとなる。

また、本発明の具体的態様では、上記光学素子用の成形型において、前記基盤部材が、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、サーメット、ステンレス鋼、シリコン、アルミナ、及び、ジルコニアの１種以上を主成分とする。この場合、硬度、耐熱性等の観点で優れた基盤部材とすることができ、成形型の寿命を長く保持することができる。

また、上記成形型の別の具体的態様では、前記溶融層が、クロムを主成分とする。この場合、溶融層を高い選択性で除去することができる。

また、上記成形型のさらに別の具体的態様では、前記被覆層上に形成され、当該被覆層を保護する表面層をさらに備える。この場合、表面層の存在によって、光学素子表面のクモリ発生や、被覆層の表面劣化等の不都合を抑制できる。

また、上記成形型のさらに別の具体的態様では、前記表面層が、Ａｕ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔの１種以上を主成分とする貴金属膜である。この場合、型面の劣化が少なく、良好な型押し及び離型を達成することができる。

また、上記成形型のさらに別の具体的態様では、前記被覆層が、前記所定の処理液に対する耐性を有する阻止層を、前記少なくとも１以上の溶融層と前記下地用型面との間にさらに備える。この場合、所定の処理液によって下地用型面が浸食されることを確実に防止できる。

また、上記成形型のさらに別の具体的態様では、前記阻止層が、金属の窒化物、炭化物、酸化物、貴金属、及び、セラミックスの１種以上を主成分とする。この場合、所定の処理液に対する阻止層の耐性を確保することができる。

また、第２発明に係る光学素子用の成形型の再生方法は、上述の光学素子用の成形型の再生方法であって、（ａ）前記所定の処理液によって前記溶融層を溶解することによって前記被覆層を除去する工程と、（ｂ）前記被覆層を除去した状態の前記基盤部材の下地用型面上に、直接又は間接に新たな被覆層を形成する工程とを備える。

上記成形型の再生方法では、前記所定の処理液によって前記溶融層を溶解することによって前記被覆層を除去するので、劣化又は疲労し或いは不要となた被覆層を簡易な工程で迅速かつ正確に除去することができる。この際、溶融層や基盤部材の構成材料の選択によって下地用型面に与えるダメージを低減することができる。なお、下地用型面上に、直接又は阻止層を介して間接に新たな被覆層を形成した再生後の成形型においては、下地用型面が０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さを有するので、再生前と同様に、ひけのない高精度の光学素子を提供することができる。

また、第３発明に係る光学素子用の成形型の再生方法は、上述の光学素子用の成形型の再生方法であって、（ａ）イオンビームを利用したエッチングによって少なくとも前記表面層を除去する工程と、（ｂ）前記所定の処理液によって前記溶融層を溶解することによって前記被覆層を除去する工程と、（ｃ）前記被覆層を除去した状態の前記基盤部材の下地用型面上に、直接又は間接に新たな被覆層を形成する工程とを備える。

上記成形型の再生方法では、イオンビームを利用したエッチングによって少なくとも前記表面層を除去して溶融層を露出させることができるので、前記所定の処理液による前記被覆層の除去が効率的なものとなる。この際、溶融層や基盤部材の構成材料の選択によって下地用型面に与えるダメージを低減することができる。なお、下地用型面上に、直接又は阻止層を介して間接に新たな被覆層を形成した再生後の成形型においては、下地用型面が０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さを有するので、再生前と同様に、ひけのない高精度の光学素子を提供することができる。

また、第４発明に係る光学素子用の成形型は、ガラス滴として滴下されるレンズ材料のプレス成形を可能にするものであり、（ａ）０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さの下地用型面を設けた基盤部材と、（ｂ）前記基盤部材の下地用型面上に形成される被覆層とを備える。

上記成形型では、下地用型面が０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さを有するので、この上に適当な膜厚の被覆層を形成するならば、型の表面を同様の表面粗さとすることができる。これにより、ガラス滴が成形型上で収縮する過程で生じたエアーを型面に形成された凹凸の隙間を介して除去することができ、ひけのない高精度の光学素子を提供することができる。なお、被覆層はイオンビームエッチング等によって簡易に除去することができ、型面の再生が可能になる。この際、下地用型面が適度な表面粗さを有するので、被覆層の除去が迅速かつ効率的なものとなる。

また、本発明の具体的態様では、光学素子用の第２成形型において、前記基盤部材が、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、サーメット、ステンレス鋼、シリコン、アルミナ、及び、ジルコニアの１種以上を主成分とする。

また、本発明の具体的態様では、前記被覆層が、イオンビームに対する耐性を有する阻止層をさらに備える。この場合、阻止層がバリアとなってイオンビームによって基盤部材が露出することを防止できる。

また、本発明の具体的態様では、前記阻止層が、金属の窒化物、炭化物、酸化物、及び、セラミックスの１種以上を主成分とする。この場合、イオンビームに対する阻止層の耐性を確保することができる。なお、阻止層の材料としては、例えばＳｉＣ、ＳｉＮ等が考えられる。

また、本発明の具体的態様では、前記被覆層が、Ａｕ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，及び、Ｐｔの１種以上を主成分とする貴金属膜をイオンビームによって除去すべき被エッチング層として有する。

また、第５発明に係る光学素子用の成形型の再生方法は、上述の光学素子用の成形型の再生方法であって、（ａ）イオンビームを利用したエッチングによって前記被覆層を除去する工程と、（ｂ）前記被覆層を除去した状態の前記基盤部材の下地用型面上に、直接又は間接に新たな被覆層を形成する工程とを備える。

上記成形型の再生方法では、イオンビームを利用したエッチングによって被覆層を除去して下地用型面を露出させることができる。この際、被覆層や基盤部材の構成材料の選択によって下地用型面に与えるダメージを低減することができる。なお、下地用型面上に、直接又は阻止層を介して間接に新たな被覆層を形成した再生後の成形型においては、下地用型面が０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さを有するので、再生前と同様に、ひけのない高精度の光学素子を提供することができる。

また、本発明の具体的態様では、第４本発明に係る光学素子用の成形型において、前記被覆層がクロムを主成分とする。この場合、被覆層を所定の処理液によって除去することができる。

また、本発明の具体的態様では、前記被覆層が、クロムを主成分とする材料を溶融する所定の処理液に対する耐性を有する阻止層をさらに備える。この場合、所定の処理液によって下地用型面が浸食されることを確実に防止できる。

また、本発明の具体的態様では、前記阻止層が、金属の窒化物、炭化物、酸化物、貴金属、及び、セラミックスの１種以上を主成分とする。この場合、所定の処理液に対する阻止層の耐性を確保することができる。

また、第６本発明に係る光学素子用の成形型の再生方法は、第４発明に係る光学素子用の成形型の再生方法であって、（ａ）イオンビームを利用したエッチングによって少なくとも前記被膜層の最表面を除去する工程と、（ｂ）前記所定の処理液によって前記被覆層を溶解することによって前記被覆層を完全に除去する工程と、（ｃ）前記被覆層を除去した状態の前記基盤部材の下地用型面上に、直接又は間接に新たな被覆層を形成する工程とを備える。

上記成形型の再生方法では、イオンビームや所定の処理液を利用したエッチングによって被覆層を除去して下地用型面を露出させることができる。つまり、イオンビームを利用したエッチングによって被膜層の最表面に形成された酸化膜等を除去し、処理液を利用したエッチングによって被覆層の本体を除去する。この際、被覆層や基盤部材の構成材料の選択によって下地用型面に与えるダメージを低減することができる。なお、下地用型面上に、直接又は阻止層を介して間接に新たな被覆層を形成した再生後の成形型においては、下地用型面が０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さを有するので、再生前と同様に、ひけのない高精度の光学素子を提供することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学素子用の成形型を用いたレンズ成形装置の構造を説明する正面図である。

レンズ成形装置１０は、ガラスを溶融するルツボ１１と、ルツボ１１の下端から延びるノズル１２と、ルツボ１１及びノズル１２を加熱するための炉側ヒータ１３，１４と、ノズル１２先端のガラス滴ＧＤを光学的に観察するための観察装置１５，１６とを備える。また、ノズル１２の下方には、ガラス滴ＧＤを受ける下型２１が配置されており、下型側ヒータ２２によって所望の温度に保持されている。ルツボ１１中のガラス融液ＭＧは、炉側ヒータ１３によって加熱されており、撹拌棒１７によって均一に混合される。炉側ヒータ１３，１４の温度を適宜設定することにより、ノズル１２の下端から滴下させるガラス滴ＧＤのサイズや落下頻度を適宜に調節することができる。この際、ノズル１２の下端に形成されたガラス滴ＧＤのサイズや状態が、観察装置１５，１６によってリアルタイムで観察される。

下型２１は、不図示の駆動機構によって水平方向に移動可能となっており、図示のノズル１２直下の捕捉位置から上型２４の直下のプレス位置まで移動して保持される。上型２４は、上型側ヒータ２５によって所望の温度に保持されており、不図示の駆動機構によって昇降可能になっている。捕捉位置で塊状のガラス滴ＧＤを受け取った下型２１がプレス位置まで移動すると、上型２４が降下して下型２１と嵌合する。両型２１，２４の間に挟まれたガラス滴ＧＤはプレスよってレガラスンズに変形加工され、徐冷によって最終製品に仕上げられる。

図２は、下型２１の断面構造を概念的に説明する図である。下型２１は、下地用型面３１ａを設けた基盤部材３１と、下地用型面３１ａ上に形成された被覆層である溶融層３２と、溶融層３２上に形成された表面層である保護層３３とを有する。

ここで、基盤部材３１は、例えばタングステンカーバイドで形成されるが、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、サーメット、ステンレス鋼、シリコン、アルミナ、ジルコニア等の他の材料で形成することができる。さらに、これらの材料に他の少量成分を追加することもできる。なお、タングステンカーバイドは、硬度、耐熱性等の観点で優れており、基盤部材３１の材料として好ましい。

また、溶融層３２は、クロムを主成分とする。このような溶融層３２は、クロム溶解性処理液によって迅速に溶解され、基盤部材３１の微小凹凸を有する下地用型面３１ａ表面から確実に除去される。つまり、クロム溶解性処理液は、溶融層３２に対して基盤部材３１に比較して極めて高いエッチング能力を有するので、エッチング後によって溶融層３２がきれいに除去され、残った下地用型面３１ａは、ほとんどダメージを受けていない状態となる。なお、クロム溶解性処理液としては、例えば硝酸二アンモニウムセリウム溶液が好適に使用される。

また、保護層３３は、例えばＡｕ等を含む合金で形成された貴金属膜であるが、Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ等の他の材料で形成することができる。さらに、これらの材料を合金化したり、他の少量成分を追加することもできる。このような保護層３３を設けることにより、光学面の転写が容易になり、型面の劣化が少なく、良好な型押し及び離型を達成することができる。

図３は、下型２１の型面の状態を概念的に説明する拡大断面図である。基盤部材３１の下地用型面３１ａは、微小突起Ｐ１をランダムに形成したものであり、その表面粗さは、０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaとなっている。このような微小突起Ｐ１は、例えばブラスト処理、酸エッチング、砂かけ処理等によって形成される。中間の溶融層３２は、ランダムな凹凸を形成した下地用型面３１ａ上にほぼ一様に形成されるので、下地用型面３１ａの表面粗さをそのまま反映した突起Ｐ２が残る。溶融層３２は、例えばスパッタ、イオンプレーティング等を用いて形成することができる。最上の保護層３３は、ランダムな凹凸を有する溶融層３２上にほぼ一様に形成されるので、下地用型面３１ａ及び溶融層３２の表面粗さをそのまま反映した突起Ｐ３が残る。保護層３３は、例えばスパッタ、イオンプレーティング等を用いて形成することができる。なお、保護層３３の谷間部分には、多くの場合、成膜不良の部分としてクラック等の欠陥部ＤＥが形成される。欠陥部ＤＥは、保護層３３の成膜に指向性のある物理的成膜方法を用いた場合に顕著になる傾向がある。このような欠陥部ＤＥは、クロム溶解性処理液等を容易に浸透させて溶融層３２に導くので、下型２１をクロム溶解性処理液等に浸漬した場合、クロム溶解性処理液等が効率的に浸透して溶融層３２を迅速に溶解する。これにより、保護層３３の存在にも拘わらず、つまり保護層３３が突起Ｐ３で十分に摩耗していない場合であっても、溶融層３２を確実に除去することができる。

以上の説明は、下型２１についてのものであったが、上型２４も同様の構造とすることができる。

以下、図２等に示す下型２１の再生について説明する。図１に示すようなレンズ成形装置１０を連続的に稼働した場合、下型２１が繰返使用によって徐々に劣化する。つまり、レンズ成形装置１０によって形成されたガラスレンズのレンズ面にクモリ等が生じて得られたガラスレンズの光学特性が次第に劣化する。このように劣化した下型２１の成形面は、以下の工程によって再生可能である。具体的には、下型２１をレンズ成形装置１０から取り出して、その型面をクロム溶解性処理液等の処理液に浸漬する。これにより、処理液が保護層３３を通過して溶融層３２を迅速に溶解する。つまり、保護層３３や溶融層３２が迅速に剥離されて、基盤部材３１の下地用型面３１ａが露出する。次に、基盤部材３１に付着した処理液を洗浄・除去し、乾燥した下地用型面３１ａ上にクロムを主成分とする膜をスパッタ法等を用いて成膜し、溶融層３２とする。この溶融層３２の厚さは、０．０５〜２０μｍ程度とする。次に、溶融層３２上に例えばＡｕ等を含む合金からなる貴金属膜をスパッタ法等を用いて成膜し、保護層３３とする。この保護層３３の厚さは、０．０５〜２０μｍ程度とする。以上により、下型２１の再生が完了するが、下型２１の型面は元通り、図２や図３に示す状態となる。なお、以上の再生処理において、溶融層３２の厚さが０．０５μｍよりも薄いと溶融層としての機能を果たさなくなり、溶融層３２の厚さが２０μｍよりも厚いと型の光学面が形状変化しやすくなってしまう。また、保護層３３の厚さが０．０５μｍよりも薄いと保護層としての機能を果たさなくなり、保護層３３の厚さが２０μｍよりも厚いと型の光学面が形状変化しやすくなってしまう。

以上の再生法は状況に応じて適宜変更することも可能である。例えば、保護層３３に図３に示すような欠陥部ＤＥが形成されにくい場合や、欠陥部ＤＥが完全に埋め込まれる場合には、予めイオンビームスパッタを利用して保護層３３を除去することもできる。イオンビームスパッタによって保護層３３を物理エッチングする場合、エッチングの条件にもよるが、保護層３３の突起Ｐ３（図３参照）の頂部が除去されて溶融層３２の突起Ｐ２等が露出するが、基盤部材３１の突起Ｐ１がカットされて微細凹凸が小さくなることは防止される。その後、下型２１の型面をクロム溶解性処理液等の処理液に浸漬すると、溶融層３２が効率的に除去される、以後の工程はイオンビームスパッタを用いない場合と同様であり説明を省略する。

図４は、図２の下型２１の変形例を示す断面図である。下型２１の下地用型面３１ａ上には、クロム溶解性処理液等の処理液に対する耐性を有する阻止層１３６が形成されている。つまり、下地用型面３１ａと溶融層３２との間に阻止層１３６が挿入されており、クロム溶解性処理液等の処理液による下地用型面３１ａの浸食を確実に防止することができる。阻止層１３６は、例えばＡｕ等を含む合金で形成された貴金属膜であるが、Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ等の他の材料で形成することができる。さらに、これらの材料に他の少量成分を追加することもできる。阻止層１３６は、例えばスパッタ、イオンプレーティング等を用いて形成することができる。このの厚さは、０．０５〜２０μｍ程度とする。阻止層１３６の厚さが０．０５μｍよりも薄いと阻止層としての機能を果たさなくなり、阻止層１３６の厚さが２０μｍよりも厚いと型の光学面が形状変化しやすくなってしまう。なお、阻止層１３６は、ランダムな凹凸を有する下地用型面３１ａ上にほぼ一様に形成されるので、下地用型面３１ａの表面粗さをそのまま反映した突起が表面に形成される。よって、その上の溶融層３２や保護層３３の表面にもランダムな凹凸が形成される。この際、最上の保護層３３の谷間にクロム溶解性処理液等を浸透させる欠陥部が形成される点は図３の場合と同様である。ただし、阻止層１３６に欠陥が形成されることを防止する必要がある。このため、阻止層１３６は、膜厚分布を均一にし易い成膜法を用いることが望ましく、例えばＣＶＤ法によって好適に形成される。

図４等に示す下型１２１の再生について説明する。劣化した下型１２１をレンズ成形装置１０から取り出して、その型面をクロム溶解性処理液等の処理液に浸漬する。これにより、処理液が保護層３３を通過して溶融層３２を迅速に溶解する。つまり、保護層３３や溶融層３２が迅速に剥離されて、基盤部材３１の下地用型面３１ａが露出する。この際、阻止層１３６の存在によって、基盤部材３１の浸食が確実に防止され、下地用型面３１ａの形状が微小凹凸を含め完全に保持される。次に、阻止層１３６や基盤部材３１に付着した処理液を洗浄・除去し、乾燥した阻止層１３６上にクロムを主成分とする膜をスパッタ法等を用いて成膜し、溶融層３２とする。次に、溶融層３２上に例えばＡｕ等を含む合金からなる貴金属膜をスパッタ法等を用いて成膜し、保護層３３とする。以上により、下型２１の再生が完了するが、下型２１の型面は元通り、図２や図３に示す状態となる。なお、この場合も、予めイオンビームスパッタを用いて保護層３３を部分的に除去し、露出した溶融層３２をクロム溶解性処理液等の処理液によって除去することができる。

以下、具体的な実施例について説明する。基盤部材３１として、６種類の表面粗さの金型母材を準備する。金型母材は、タングステンカーバイドＷＣで形成した。基盤部材３１の下地用型面３１ａ上に、まずＣＶＤ法でＳｉＣ膜を約０．２μｍ堆積して阻止層１３６を形成した。ＳｉＣ膜は、イオンをアシストしたＣＶＤで成膜することができる。その後、阻止層１３６上に、スパッタ法でクロム層を約０．２μｍ堆積して溶融層３２を形成し、この溶融層３２の上にスパッタ法でＰｔ−Ｉｒ合金層を約０．２μｍ堆積して保護層３３とした。なお、阻止層１３６や溶融層３２の形成に用いた成膜法はマグネトロンスパッタ法であった。このようにして得た型部材について、プレス成形とエッチングの試験とを行って、その性能を確かめた。プレス成形の試験において、実施例の型部材を利用してガラス成形を３０００回行って、ガラスレンズである成形品の光学面の精度をチェックした。また、エッチングの試験において、３０００回使用後の型部材をクロム溶解性処理液である硝酸二アンモニウムセリウム溶液でエッチング処理した。以下の表１は結果をまとめたものである。

表からも明らかなように、クロム溶解性処理液によるエッチング処理時間は、表面粗さが大きいほどエッチング時間が短くなっている。また、エア溜まりを防止する観点からは、下地用型面３１ａの表面粗さが０．００５μｍＲa以上であることが望ましいことが分かる。さらに、ガラスレンズである成形品の光学面の精度を確保する観点からは、下地用型面３１ａの表面粗さが０．０５μｍＲa以下であることが望ましいことが分かる。

液処理後、浸漬前後の基盤部材３１の下地用型面３１ａについて、表面形状の違いを３次元形状測定器ＵＡ３Ｐにより観察したところ、下地用型面３１ａの形状に変化は無かった。次に、表面層、溶融層を除去した型に、新たに溶融層３２、最表面層である保護層３３を形成した。このような再生処理を行った型部材を用いて、ガラス滴のプレス成形を行ったところ問題なく成形できた。

以上の実施例により、薬品処理のみで型再生が可能であることが確認できたが、次にイオンエッチングで型再生を試みた。３０００回のガラス成形後の型を、Ａｒイオンビームで６０分間エッチングし、保護層３３であるＰｔ−Ｉｒ層を除去した。その後、使用後の型部材を硝酸二アンモニウムセリウム溶液に１分間浸し、溶融層３２を除去した。処理前後における下地用型面３１ａの表面形状の違いを３次元形状測定器ＵＡ３Ｐにより観察したところ、下地用型面３１ａの形状に変化は無かった。次に、表面層、溶融層を除去した型に、新たに溶融層３２、最表面層である保護層３３を形成した。このような再生処理を行った型部材を用いて、ガラス滴のプレス成形を行ったところ問題なく成形できた。

〔第２実施形態〕
図５は、第２実施形態に係る光学素子用の成形型を説明する側方断面図である。図示の下型２２１は、図１の下型２１に置き換わるものであり、図１に示すレンズ成形装置１０に組み込まれる。この下型１２１の下地用型面３１ａ上には、イオンビームスパッタによって除去されやすい被覆層２３３が形成されている。すなわち、被覆層２３３は、例えばＡｕ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ等の貴金属若しくはその合金からなる薄膜であり、例えばタングステンカーバイド等からなる基盤部材３１に比較してエッチング速度が高い。

図５に示す下型２２１の再生について説明する。劣化した下型２２１をイオンビームスパッタ装置で処理して、その下地用型面３１ａ上の被覆層２３３をエッチング除去する。この際、被覆層２３３のエッチレートが大きく、被覆層２３３のみが選択的に迅速に除去され、下地用型面３１ａがダメージをほとんど受けることなく露出する。なお、下地用型面３１ａについては、もともと表面が荒れているため、イオンビームのダメージを受けても、ダメージがそれほど問題にならない。次に、被覆層２３３上に例えば貴金属或いはその合金の膜をスパッタ法等を用いて成膜し、被覆層２３３とする。以上により、下型２２１の再生が完了し、下型２２１の型面は元通り図５に示す状態となる。

図６は、図５の下型２２１の変形例を示す断面図である。この下型３２１の下地用型面３１ａ直上には、イオンビームスパッタに対する耐性を有する阻止層３３６が形成されている。つまり、下地用型面３１ａと被覆層２３３との間に阻止層３３６が挿入されており、イオンビームスパッタによるエッチング処理において下地用型面３１ａのダメージを確実に防止することができるイオンビームスパッタに対する耐性が必要な阻止層３３６としては、例えばＳｉＣ、ＳｉＮ等の、被覆層２３３よりもエッチングレートが遅い材料が使用される。

〔第３実施形態〕
図７は、第３実施形態に係る光学素子用の成形型を説明する側方断面図である。図示の下型４２１は、図５の下型２２１に置き換わるものである。この下型４２１の下地用型面３１ａ上には、クロム溶解性処理液等の薬品処理によって除去されやすい被覆層４３３が形成されている。すなわち、被覆層４３３は、例えばクロムを主成分とする薄膜であり、例えばタングステンカーバイド等からなる基盤部材３１に比較してエッチング速度が高い。ただし、被覆層４３３をクロムを主成分とする薄膜で形成した場合、成形を繰返す過程で薄膜の最表面が酸化して酸化クロム層等になる。酸化クロム層は、クロム溶解性処理液等の薬品に溶解しにくいが、イオンエッチングによりを除去することはできる。

図７に示す下型４２１の再生について説明する。劣化した下型４２１をまずイオンビームを利用したエッチングによって処理して、その下地用型面３１ａ上の被覆層４３３の最上層をエッチング除去する。これにより、薬品に溶解しにくい酸化クロム層が確実に除去される。次に、被覆層４３３をクロム溶解性処理液等で処理して、その下地用型面３１ａ上に残った被覆層４３３を完全にエッチング除去する。この際、被覆層４３３のエッチレートが大きく、被覆層４３３のみが選択的に迅速に除去され、下地用型面３１ａがほとんどダメージを受けることなく露出する。次に、被覆層４３３上に例えばクロムを主成分とする薄膜をスパッタ法等を用いて成膜し、被覆層４３３とする。以上により、下型４２１の再生が完了し、下型４２１の型面は元通り図７に示す状態となる。

図８は、図７の下型４２１の変形例を示す断面図である。この下型５２１の下地用型面３１ａ直上には、クロム溶解性処理液等の薬品処理に対する耐性を有する阻止層５３６が形成されている。つまり、下地用型面３１ａと被覆層４３３との間に阻止層５３６が挿入されており、処理液等の処理液によるエッチング処理において下地用型面３１ａのダメージを確実に防止することができる。阻止層５３６としては、例えばＰｔ合金、ＳｉＣ、ＳｉＮ等のクロム溶解性処理液等の処理液によって溶けにくい材料が使用される。

第１実施形態に係る光学素子用成形型を用いたレンズ成形装置の構造を説明する正面図である。 下型の断面構造を概念的に説明する図である。 下型の型面の状態を概念的に説明する拡大断面図である。 下型の変形例を説明する断面図である。 第２実施形態の下型を説明する断面図である。 下型の変形例を説明する断面図である。 第３実施形態の下型を説明する断面図である。 下型の変形例を説明する断面図である。

符号の説明

１０…レンズ成形装置、 １１…ルツボ、 １２…ノズル、 １３，１４…炉側ヒータ、 ２１…下型、 ２４…上型、 ３１…基盤部材、 ３１ａ…下地用型面、 ３２…溶融層、 ３３…保護層、 ＤＥ…欠陥部、 ＧＤ…ガラス滴

Claims (19)

1. ０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さの下地用型面を設けた基盤部材と、
   前記基盤部材の下地用型面上に形成され、所定の処理液によって溶解する少なくとも１以上の溶融層を含む被覆層とを備え、
   ガラス滴として滴下されるレンズ材料のプレス成形を可能にする光学素子用の成形型。
2. 前記基盤部材は、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、サーメット、ステンレス鋼、シリコン、アルミナ、及び、ジルコニアの１種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１記載の光学素子用の成形型。
3. 前記溶融層は、クロムを主成分とすることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の光学素子用の成形型。
4. 前記被覆層上に形成され、当該被覆層を保護する表面層をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の光学素子用の成形型。
5. 前記表面層は、Ａｕ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，及び、Ｐｔの１種以上を主成分とする貴金属膜であることを特徴とする請求項４記載の光学素子用の成形型。
6. 前記被覆層は、前記所定の処理液に対する耐性を有する阻止層を、前記少なくとも１以上の溶融層と前記下地用型面との間にさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の光学素子用の成形型。
7. 前記阻止層は、金属の窒化物、炭化物、酸化物、貴金属、及び、セラミックスの１種以上を主成分とすることを特徴とする請求項６記載の光学素子用の成形型。
8. 請求項１から請求項７記載のいずれか一項記載の光学素子用の成形型の再生方法であって、
   前記所定の処理液によって前記溶融層を溶解することによって前記被覆層を除去する工程と、
   前記被覆層を除去した状態の前記基盤部材の下地用型面上に、直接又は間接に新たな被覆層を形成する工程と
   を備える光学素子用の成形型の再生方法。
9. 請求項４、及び請求項５のいずれか一項記載の光学素子用の成形型の再生方法であって、
   イオンビームを利用したエッチングによって少なくとも前記表面層を除去する工程と、
   前記所定の処理液によって前記溶融層を溶解することによって前記被覆層を除去する工程と、
   前記被覆層を除去した状態の前記基盤部材の下地用型面上に、直接又は間接に新たな被覆層を形成する工程と
   を備える光学素子用の成形型の再生方法。
10. ０．００５μｍＲa〜０．０５μｍＲaの表面粗さの下地用型面を設けた基盤部材と、
    前記基盤部材の下地用型面上に形成される被覆層とを備え、
    ガラス滴として滴下されるレンズ材料のプレス成形を可能にする光学素子用の成形型。
11. 前記基盤部材は、タングステンカーバイド、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、サーメット、ステンレス鋼、シリコン、アルミナ、及び、ジルコニアの１種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１０記載の光学素子用の成形型。
12. 前記被覆層は、イオンビームに対する耐性を有する阻止層をさらに備えることを特徴とする請求項１０及び請求項１１のいずれか一項記載の光学素子用の成形型。
13. 前記阻止層は、金属の窒化物、炭化物、酸化物、及び、セラミックスの１種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１２記載の光学素子用の成形型。
14. 前記被覆層は、Ａｕ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｒｈ，及び、Ｐｔの１種以上を主成分とする貴金属膜をイオンビームによって除去すべき被エッチング層として有することを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか一項記載の光学素子用の成形型。
15. 請求項１０から請求項１４のいずれか一項記載の光学素子用の成形型の再生方法であって、
    イオンビームを利用したエッチングによって前記被覆層を除去する工程と、
    前記被覆層を除去した状態の前記基盤部材の下地用型面上に、直接又は間接に新たな被覆層を形成する工程と
    を備える光学素子用の成形型の再生方法。
16. 前記被覆層は、クロムを主成分とすることを特徴とする請求項１０及び請求項１１
    のいずれか一項記載の光学素子用の成形型。
17. 前記被覆層は、クロムを主成分とする材料を溶融する所定の処理液に対する耐性を有する阻止層をさらに備えることを特徴とする請求項１６項記載の光学素子用の成形型。
18. 前記阻止層は、金属の窒化物、炭化物、酸化物、貴金属、及び、セラミックスの１種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１７記載の光学素子用の成形型。
19. 請求項１０、請求項１１、請求項１６及び請求項１７のいずれか一項記載の光学素子用の成形型の再生方法であって、
    イオンビームを利用したエッチングによって少なくとも前記被膜層の最表面を除去する工程と、
    前記所定の処理液によって前記被覆層を溶解することによって前記被覆層を完全に除去する工程と、
    前記被覆層を除去した状態の前記基盤部材の下地用型面上に、直接又は間接に新たな被覆層を形成する工程と
    を備える光学素子用の成形型の再生方法。
    
    

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