JP2008110902A

JP2008110902A - 光学素子成形用金型及びその製造方法

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Publication number: JP2008110902A
Application number: JP2006295728A
Authority: JP
Inventors: Kurato Saito; 蔵人齋藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2008-05-15

Abstract

【課題】母材の表面に形成した被膜の表面に微小凹凸の生じない光学素子成形用金型の製造方法を提供する。
【解決手段】光学素子成形用金型１の製造方法であって、ターゲット５のスパッタ面６の表面粗さＲａを５μｍ以下に加工する工程と、前記ターゲット５を用いて、スパッタ法により母材２の表面に被膜４を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、被膜形成工程を有する光学素子成形用金型及びその製造方法に関する。

従来、光学素子の成形に用いられる金型の製造方法において、母材の成形面上にイオンビームスパッタ法により密着性に優れた中間層を形成し、その上にさらに耐熱性に優れた離型膜を形成することで、長寿命で離型膜の剥離しにくい金型を得る方法（例えば、特許文献１参照。）が知られている。また、母材の成形面上に離型膜を形成した後、ポリッシャで離型膜に研磨加工を施し、離型膜の表面における粒界の段差をなくすことによって、表面粗さを低減した金型を得る方法（例えば、特許文献２参照。）も知られている。
特開平８−１３３７６２号公報特開２００３−２７７０７７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、ターゲットを用いて中間層や離型膜等の被膜を形成しているため、成膜時間が長くなるにつれて、ターゲットの表面が荒れて凹凸が生じ、原子間結合の弱い部分が発生する。原子間結合の弱い部分は、成膜の時に容易に飛散してしまうため、飛散物として成形面に混入してしまう。また、成膜時間が長くなると、成膜による不純物の発生が増加し、ターゲット表面に付着して溶け込む。ターゲット表面に溶け込んだ不純物は成膜と同時に成形面に混入してしまうという問題がある。

また、特許文献２に開示された技術においては、成膜後に研磨加工を施すことによって被膜表面の粗さ（凸部）は除去されるが、上述した飛散物や不純物が混入したために生じた凸部は、密着力が弱いために研磨加工によって剥離を起こし、その跡が微小な凹みとなる。この凹みは、研磨加工で除去することができない。

飛散物や不純物が原因となって形成されるこれらの微小凹凸は、成形の際に光学素子の表面に転写されるため、高い外観精度が要求される光学素子の作製においては、不良品の発生原因となっている。特に、φが１０ｍｍ以下である小径の光学素子の作製においては、１つの微小凹凸であっても光学機能面の中で占有する面積比率が大きいため不良品となりやすい。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、成形面上に形成される被膜の表面に微小凹凸のない光学素子成形用金型及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、光学素子成形用金型の製造方法であって、ターゲットを、スパッタ面の表面粗さＲａが５μｍ以下になるように加工する工程と、前記ターゲットを用いて、スパッタ法により母材の表面に被膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。

本発明の光学素子成形用金型の製造方法によれば、一度スパッタリングに使用されたターゲットであっても、荒れたスパッタ面を加工し、表面粗さを小さくしてから被膜形成工程において使用するので、飛散物の発生を抑えることにより、母材の表面に形成される被膜の表面に微小凹凸のない光学素子成形用金型を製造することができる。特に、高精度を要求される光学素子の成形に効果を発揮する光学素子成形用金型を製造することができる。

また上記発明において、前記光学素子成形用金型は、その光学有効径φが１０ｍｍ以下である光学素子を製造するためのものであってもよい。この場合、小径の光学素子の成形に適した金型を製造することができる。

また上記発明において、前記母材は、超硬合金または超硬合金を含む合金でもよく、前記ターゲットは、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、ハフニウム、タンタルのうち少なくとも１つを含む合金からなるものでもよい。この場合、これらの金属はすべてガラスに対する離型性が良好であるが、成形に供するガラス素材に対して最適な離型性を示す金属材料を選択することで、高精度を要求される光学素子の成形に適した金型を製造することができる。また、これらの合金をターゲットに用いることで、形成された被膜の再結晶化を遅延させることができるため、より高精度を要求される光学素子の成形に適した金型を製造することができる。

本発明の第２の態様は、光学素子成形用金型であって、本発明の光学素子成形用金型の製造方法によって製造されたことを特徴とする。

本発明の光学素子成形用金型によれば、母材の表面に形成される被膜の表面に微小凹凸がないため、光学素子を成形する際に、その表面に微小凹凸が転写されることがなく、小径の光学素子や、高い外観精度が要求される光学素子であっても、精度よく成形することができる。

本発明によれば、母材の表面に形成した被膜の表面に微小凹凸の生じない光学素子成形用金型を製造することができる。特に、小径の光学素子や高精度を要求される光学素子の成形に適した光学素子成形用金型を製造することができる。

本発明の第１実施形態について図１および図２を参照して説明する。本実施形態の光学素子成形用金型（以下、「金型」と称する。）１は、超硬合金からなる母材２の成形面３上に、炭化タングステン（ＷＣ）からなる被膜４が形成されて構成されている。また、金型１の製造方法は、図２に示すように、母材を加工するステップＳ１と、ターゲットのスパッタ面を加工するステップＳ２と、加工したターゲットを用いて、スパッタ法により被膜４を形成するステップＳ３とを備えている。以下、各ステップについて説明する。

まず、ステップＳ１において、超硬合金からなる母材２を、所望の形状に加工し、表面の一部を成形面３として所望の形状に加工する。次に、ステップＳ２において、ＷＣからなるターゲット５のスパッタ面６を加工する。ターゲット５は一度スパッタリングに使用したものであるため、スパッタ面６が荒れている。そこで、スパッタ面６を研削加工で平滑にした後、表面粗さＲａが５μｍ以下になるよう平面研磨加工を行い、さらに超音波洗浄で加工によって生じた汚れを除去し、真空乾燥を実施する。

上記処理を行ったターゲット５は、スパッタ面６を研削加工で平滑化することにより研磨加工の加工性も向上し、表面粗さの均一性が確保されている。
ステップＳ３において、加工後のターゲット５を用いて、ビーム電流５０〜２００ｍＡ、ビーム電圧５００〜１５００Ｖの条件下で、イオン源７を用いたイオンビームスパッタリング法によって０．１〜１μｍの厚さの被膜４を形成することにより、金型１を得る。

成形面３上の被膜４の表面の外観を観察したところ、従来の方法で作成された金型（以下、従来金型と称する）においては微小凹凸が多数確認されたが、本実施形態の金型１においては微小凹凸のない被膜４を得ることができた。ターゲットの表面粗さＲａを１μｍ以下に加工した場合は、さらに被膜表面の外観が良好であり、表面粗さＲａを０．１μｍ以下に加工した場合は、被膜表面の外観が最も良好であった。

また、従来金型を用いて光学素子の成形を行ったところ、金型の被膜表面の微小凹凸が、成形された光学素子の表面に転写され、外観不良の光学素子が発生したが、本実施形態の方法によって製造された金型１を用いて成形した光学素子の表面には、微小凹凸は観察されず、良品レベルが確保されていた。

次に、本発明の第２実施形態について図２、図３（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。本実施形態の金型１１は、超硬合金からなる母材１２の成形面１３上に、クロム（Ｃｒ）被膜１４が形成され、さらにその上に窒化クロム（ＣｒＮ）被膜２４が形成されて構成されている。

金型１１の製造方法は、基本的には上述した第１実施形態の製造方法と同様である。まず、ステップＳ１において、母材１２を所望の形状に加工し、成形面１３の加工を行う。次に、ステップＳ２において、クロムターゲット１５のスパッタ面１６および窒化クロムターゲット２５のスパッタ面２６の加工を行う。クロムターゲット１５および窒化クロムターゲット２５のいずれも、一度スパッタリングに使用したものであるため、各スパッタ面１６、２６が荒れている。そこで、各スパッタ面１６、２６の表面粗さＲａが５μｍ以下になるようレーザー加工を施し、さらに、超音波洗浄で加工によって生じた汚れを除去し、真空乾燥を実施する。

ステップＳ３において、上記処理を施した各ターゲット１５、２５を用いて、ビーム電流５０〜２００ｍＡ、ビーム電圧５００〜１５００Ｖの条件下で、イオン源７を用いたイオンビームスパッタリング法によって、クロムおよび窒化クロムからなるそれぞれ０．１〜１μｍの厚さの各被膜１４、２４を形成して金型１１を得る。

成形面１３上の窒化クロム被膜２４の表面の外観を観察したところ、従来金型においては微小凹凸が多数確認されたが、本実施形態の金型１１においては微小凹凸のない被膜を得ることができた。

さらに、本実施形態においては、成形面１３上に中間層としてのクロム被膜１４が形成され、その上に耐熱性に優れた窒化クロム被膜２４が形成されているため、長寿命かつ被膜の剥離しにくい金型１１を得ることができた。

また、従来金型を用いて光学素子の成形を行ったところ、金型の被膜表面の微小凹凸が、成形された光学素子の表面に転写され、外観不良の光学素子が発生したが、本実施形態の方法によって製造された金型１１を用いて成形した光学素子の表面には、微小凹凸は観察されず、良品レベルが確保されていた。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の金型と第１実施形態の金型１の異なる点は、ＷＣからなる被膜４に代えて、貴金属からなる被膜が形成されている構成とした点である。

本実施形態の金型の製造方法は、第１実施形態の製造方法と同様である。まず、ステップＳ１において、母材の形状および成形面の加工を行う。次に、ステップＳ２において、Ｐｔ−Ｉｒ合金からなるターゲットのスパッタ面を加工する。前記ターゲットは一度スパッタリングに使用したものであるため、スパッタ面が荒れているので、ラッピングによって表面粗さＲａが５μｍ以下になるよう仕上げ、さらに、超音波洗浄で加工によって生じた汚れを除去し、真空乾燥を実施する。

ステップＳ３において、上記処理を施したターゲットを用いて、ビーム電流５０〜２００ｍＡ、ビーム電圧５００〜１５００Ｖの条件下で、イオンビームスパッタリング法によって０．１〜１μｍの厚さのＰｔ−Ｉｒ合金からなる被膜を形成して金型を得る。

成形面上の被膜表面の外観を観察したところ、従来金型においては微小凹凸が多数確認されたが、本実施形態の金型においては微小凹凸のない被膜を得ることができた。

また、従来金型を用いて光学素子の成形を行ったところ、金型の被膜表面の微小凹凸が、成形された光学素子の表面に転写され、外観不良の光学素子が発生したが、本実施形態によって製造された金型を用いて成形した光学素子の表面には、微小凹凸は観察されず、良品レベルが確保されていた。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施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。
例えば上述した各実施形態においては、スパッタ法としてイオンビームスパッタリング法を用いたが、ターゲットを使用するものであればよく、ＤＣスパッタ、ＲＦスパッタ、マグネトロンスパッタ等の他のスパッタ法を用いることも可能である。

本発明は、光学素子成形用金型の製造および光学素子の成形に利用することができる。

本発明の第１実施形態の光学素子成形用金型の製造方法を示す模式図である。本実施形態の光学素子成形用金型の製造方法を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態の光学素子成形用金型の製造方法を示す模式図である。

符号の説明

１、１１…光学素子成形用金型、２、１２…母材、３、１３…成形面（表面）、４…被膜、５…ターゲット、６、１６、２６…スパッタ面、１４…クロム被膜（被膜）、２４…窒化クロム被膜（被膜）、１５…クロムターゲット（ターゲット）、２５…窒化クロムターゲット（ターゲット）

Claims

ターゲットを、スパッタ面の表面粗さＲａが５μｍ以下になるように加工する工程と、
前記ターゲットを用いて、スパッタ法により母材の表面に被膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする光学素子成形用金型の製造方法。
前記光学素子成形用金型が、その光学有効径φが１０ｍｍ以下である光学素子を製造するためのものであることを特徴とする請求項１記載の光学素子成形用金型の製造方法。
前記母材は、超硬合金または超硬合金を含む合金であり、前記ターゲットは、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、ハフニウム、タンタルのうち少なくとも１つを含む合金からなることを特徴とする請求項１または２記載の光学素子成形用金型の製造方法。
請求項１から３のいずれか一項記載の光学素子成形用金型の製造方法によって製造されたことを特徴とする光学素子成形用金型。