JP2009073723A - 成形用金型の洗浄方法、被洗浄部材の洗浄方法及びガラス光学素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便かつ効率的で、金型に対するダメージが少ない、成形用金型の洗浄方法等を提供する。
【解決手段】ガラスを主成分とする素材をプレス成形してレンズを製造するレンズ成形装置に使用される成形用金型２１の洗浄方法は、洗浄すべき成形用金型２１をレンズ成形装置から取り外す工程と、取り外された成形用金型２１を洗浄する洗浄装置２０に設置する工程と、洗浄装置２０にて、設置された成形用金型２１の周囲環境に所定のガスを導入する工程と、導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し、成形用金型２１の表面をプラズマ化されたガスに晒す工程とを含む。
【選択図】図２
【解決手段】ガラスを主成分とする素材をプレス成形してレンズを製造するレンズ成形装置に使用される成形用金型２１の洗浄方法は、洗浄すべき成形用金型２１をレンズ成形装置から取り外す工程と、取り外された成形用金型２１を洗浄する洗浄装置２０に設置する工程と、洗浄装置２０にて、設置された成形用金型２１の周囲環境に所定のガスを導入する工程と、導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し、成形用金型２１の表面をプラズマ化されたガスに晒す工程とを含む。
【選択図】図２
Description
本発明は、成形用金型の洗浄方法、被洗浄部材の洗浄方法、及び、ガラス光学素子をプレス成形する成形用金型を洗浄する工程を含むガラス光学素子の製造方法に関する。
光通信等に用いられるレンズや、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）のピックアップヘッドに搭載されるレンズ（光ピックアップ）及びデジタルカメラに用いられるレンズなどの光学素子は、その耐熱性と耐候性の高さ、並びに屈折率の高さからガラス素材が用いられる場合が多い。そして、ガラスレンズの表面を非球面とすれば単一レンズで収差をなくすことができ、レンズを含むデバイスの軽量化が可能となる。
非球面ガラスレンズの製造には、金型を用いたプレス成形が採用される。所望の精度に仕上げられた非球面成形面を有する金型の上で加熱され軟化されたガラスをプレスすることにより光学素子を得る。
非球面ガラスレンズの製造には、金型を用いたプレス成形が採用される。所望の精度に仕上げられた非球面成形面を有する金型の上で加熱され軟化されたガラスをプレスすることにより光学素子を得る。
しかし、プレス成形を繰り返すと金型の成形面にガラスが島状に付着し堆積することが一般に知られている。特に、レンズに接触する成形面にガラス付着物が堆積すると、レンズに曇り等が発生して光学素子としての機能が著しく低下する。このガラス付着物は、ガラス素材を加熱した際に生じるガラスからの揮発物が関係し、ガラスを素材として採用する限り避けることはできない。
かかる問題に対して、従来は、定期的かつ機械的に金型からガラス付着物を除去していた。ここで、機械的除去とは、アルミナ等の硬質材料の細粉を金型に吹き付けて削り落としたり、或いは、ダイヤモンドペースト等で金型の成形面を研磨して除去することを意味する。
かかる問題に対して、従来は、定期的かつ機械的に金型からガラス付着物を除去していた。ここで、機械的除去とは、アルミナ等の硬質材料の細粉を金型に吹き付けて削り落としたり、或いは、ダイヤモンドペースト等で金型の成形面を研磨して除去することを意味する。
しかしながら、このような機械的除去は、高精度に仕上げられた成形面（特に光学面）の形状精度を狂わす原因となるので、作業は熟練した技能者に限定される。また、機械的除去作業により形状精度が狂った場合、金型を再加工しなくてはならず、結果的に成形品のコストを吊り上げる。公報記載の従来技術として、フッ化水素水溶液を用いて洗浄することで、機械的除去を行わず化学的にガラス付着物を除去する技術が提案されている。
ところで、化学的にガラス付着物を除去する洗浄方法では、ガラス付着物を溶解処理した後に、金型を水及び溶剤で洗浄した後に乾燥する工程等が必要になる。また、ガラス付着物を溶解するときに発生するガスが、ガラス付着物と溶解液の間に介在して処理効率を劣化させるので、長時間の処理が必要となる。更に、低融点ガラスの成形金型の母材として一般に用いられる超硬合金や、超低融点ガラスの成形金型に含まれるニッケル系合金は、溶解液中のフッ化水素に侵され易く、金型を溶解液に長時間浸漬することはできなかった。
本発明は、簡便かつ効率的で、金型に対するダメージが少ない、成形用金型の洗浄方法
等を提供することを目的とする。
本発明は、簡便かつ効率的で、金型に対するダメージが少ない、成形用金型の洗浄方法
等を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明にかかる成形用金型の洗浄方法は、ガラスを主成分とする素材をプレス成形してガラス光学素子を製造するガラス光学素子製造装置に使用される成形用金型の洗浄方法であって、洗浄すべき成形用金型をガラス光学素子製造装置から取り外す工程と、取り外された成形用金型を、成形用金型を洗浄する洗浄装置に設置する工程と、洗浄装置にて、設置された成形用金型の周囲環境に所定のガスを導入する工程と、導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し、成形用金型の表面をプラズマ化されたガスに晒す工程とを含むことを特徴とする。
ここで、所定のガスは、ハロゲン元素を含むガス（但し、フッ化水素（HF）及び塩化水素（HCl）を除く）であることを特徴とすれば、成形用金型の表面に堆積したガラス成分の付着物はプラズマ化されたガスに化学反応して除去されるので、成形用金型を簡便に洗浄できて好ましい。
また、所定のガスは、フッ化炭素（CF4）、４フッ化硫黄（SF4）、６フッ化硫黄（SF6）、及び６フッ化２炭素（C2F6）のうち少なくともいずれか１種類のガスを含むことを特徴とする。
更に、取り外された成形用金型を成形用金型を洗浄する洗浄装置に設置する工程は、成形用金型の成形面を露出させ、成形面以外の箇所を覆い隠すためのマスクを使用して設置することを特徴とする。
また、所定のガスは、フッ化炭素（CF4）、４フッ化硫黄（SF4）、６フッ化硫黄（SF6）、及び６フッ化２炭素（C2F6）のうち少なくともいずれか１種類のガスを含むことを特徴とする。
更に、取り外された成形用金型を成形用金型を洗浄する洗浄装置に設置する工程は、成形用金型の成形面を露出させ、成形面以外の箇所を覆い隠すためのマスクを使用して設置することを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明にかかる被洗浄部材の洗浄方法の洗浄方法は、ガラス光学素子製造装置に使用される被洗浄部材の洗浄方法であって、洗浄すべき被洗浄部材をガラス光学素子製造装置から取り外す工程と、取り外された被洗浄部材を、被洗浄部材の所定部分を露出させ所定部分以外の箇所を覆い隠すためのマスクを使用して洗浄装置に設置する工程と、洗浄装置にて、設置された被洗浄部材の周囲環境に所定のガスを導入する工程と、導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し、被洗浄部材の表面をプラズマ化されたガスに晒す工程とを含むことを特徴とする。
ここで、マスクは、被洗浄部材が配される部分と隣接する部分に金属膜が形成されていることが好ましく、金属膜は、ニッケル（Ni）、鉄（Fe）、コバルト（Co）、クロム（Cr）から選ばれる少なくとも１種類を含むことが更に好ましい。
また、導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し被洗浄部材の表面をプラズマ化されたガスに晒す工程は、炭素（C）、珪素（Si）、リン（P）、ホウ素(B）、マグネシウム（Mg）、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、ニオブ（Nb）、タングステン（W）から選ばれる少なくとも１種類の単体、酸化物、窒化物またはフッ化物を除去するためのものであることを特徴とする。
更に、所定のガスは、ハロゲン元素を含むガス（但し、フッ化水素（HF）及び塩化水素（HCl）を除く）であることが好ましく、所定のガスは、CF4、C2F6、SF4、SF6のうち少なくともいずれか１種類のガスを含むことが好ましく、所定のガスは、酸素または水素を主成分とするガスであることが好ましい。
また、導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し被洗浄部材の表面をプラズマ化されたガスに晒す工程は、炭素（C）、珪素（Si）、リン（P）、ホウ素(B）、マグネシウム（Mg）、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、ニオブ（Nb）、タングステン（W）から選ばれる少なくとも１種類の単体、酸化物、窒化物またはフッ化物を除去するためのものであることを特徴とする。
更に、所定のガスは、ハロゲン元素を含むガス（但し、フッ化水素（HF）及び塩化水素（HCl）を除く）であることが好ましく、所定のガスは、CF4、C2F6、SF4、SF6のうち少なくともいずれか１種類のガスを含むことが好ましく、所定のガスは、酸素または水素を主成分とするガスであることが好ましい。
上記課題を解決するために、本発明にかかるガラス光学素子の製造方法は、ガラスを主成分とする素材をプレス成形してガラス光学素子を製造するガラス光学素子製造装置から、洗浄すべき成形用金型を取り外す工程と、取り外された成形用金型を、成形用金型を洗浄する洗浄装置に設置する工程と、洗浄装置にて、設置された成形用金型の周囲環境に所定のガスを導入する工程と、導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し、成形用金型の表面をプラズマ化されたガスに晒す工程と、プラズマ化されたガスに晒された後に成形用金型をガラス光学素子製造装置に再度取り付ける工程と、成形用金型が取り付けられたガラス光学素子製造装置を使ってガラス光学素子をプレス成形により製造する工程とを含む。
ここで、成形用金型は、タングステンカーバイト（WC）、炭化珪素、グラッシーカーボン、インコネル、スタバックス、及びダイス鋼のうちいずれかひとつを主成分とする母材を含んで構成されることを特徴とすれば、成形用金型母材のプラズマ化されたガスに対する化学反応性はガラス付着物の反応性に対して著しく小さいので、洗浄による成形用金型へのダメージを少なくできて好ましい。
また、洗浄装置は、成形用金型が設置される金型設置台と、金型設置台に対向配置された対向電極とを含み、金型設置台と対向電極との間には高周波電圧が印加されることを特徴とすれば、成形用金型の成形面だけを露出した状態で洗浄したり、スペーサを使用して高さが異なる成形用金型の成形面をほぼ同じ高さにして洗浄することにより、成形用金型へのダメージの蓄積を回避し、処理の均一性と安定性を確保できて好ましい。
更に、洗浄装置は、洗浄装置の対向電極に高周波電圧が印加されることを特徴とする。
更にまた、洗浄装置は、洗浄装置の金型設置台に高周波電圧が印加されることを特徴とする。
また、洗浄装置は、成形用金型が設置される金型設置台と、金型設置台に対向配置された対向電極とを含み、金型設置台と対向電極との間には高周波電圧が印加されることを特徴とすれば、成形用金型の成形面だけを露出した状態で洗浄したり、スペーサを使用して高さが異なる成形用金型の成形面をほぼ同じ高さにして洗浄することにより、成形用金型へのダメージの蓄積を回避し、処理の均一性と安定性を確保できて好ましい。
更に、洗浄装置は、洗浄装置の対向電極に高周波電圧が印加されることを特徴とする。
更にまた、洗浄装置は、洗浄装置の金型設置台に高周波電圧が印加されることを特徴とする。
本発明によれば、簡便かつ効率的で、金型に対するダメージが少ない、ガラス光学素子成形用金型の洗浄方法等を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態にかかる成形用金型を使用したガラス光学素子製造装置の一例としてのレンズ成形装置１０の構成図である。
図１（Ａ）に示されているように、レンズ成形装置１０は、ガラスをプレス成形して光学素子の一例としてのレンズを製作する下金型１１及び上金型１２と、下金型１１及び上金型１２の動作を規制する胴型１３とを有して構成される。
図１は、本実施の形態にかかる成形用金型を使用したガラス光学素子製造装置の一例としてのレンズ成形装置１０の構成図である。
図１（Ａ）に示されているように、レンズ成形装置１０は、ガラスをプレス成形して光学素子の一例としてのレンズを製作する下金型１１及び上金型１２と、下金型１１及び上金型１２の動作を規制する胴型１３とを有して構成される。
下金型１１及び上金型１２は、例えば、タングステンカーバイト（WC）を主成分とする超硬合金を含んで構成される。下金型１１及び上金型１２は、好適な離型を実現するため、成形面１５，１６に被膜層が形成されている。被膜層は、例えば、白金（Pt）−イリジウム（Ir）合金により形成される。尚、下金型１１及び上金型１２は、炭化珪素やグラッシーカーボン等耐フッ素性が高い素材で母材が構成されても良い。更に、インコネル、スタバックス、ダイス鋼等で構成されても良い。また、被膜層は、白金−イリジウム合金以外の貴金属合金、貴金属と遷移金属との合金、貴金属と汎用金属との合金、カーボン、又はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等フッ素や塩素との反応性が低い材料がいずれも好適に使用される。
胴型１３は、例えば、タングステンカーバイトを主成分とする超硬合金を含んで構成され、図示しない駆動系を使って上下動する上金型１２の動作を規制して、下金型１１と上金型１２との中心軸がずれないようにしている。
胴型１３は、例えば、タングステンカーバイトを主成分とする超硬合金を含んで構成され、図示しない駆動系を使って上下動する上金型１２の動作を規制して、下金型１１と上金型１２との中心軸がずれないようにしている。
以上の構成を有するレンズ成形装置１０がレンズをプレス成形する製造工程を以下に説明する。
下金型１１と上金型１２との間にガラスプリフォーム１４を設置する。
ここで、ガラスプリフォーム１４は、シリカを主成分とし、例えば、アルミナ、ナトリウム、フッ化ランタン等が添加された低融点ガラスにより構成される。尚、ガラスプリフォーム１４は、例えば、設置されたガラスプリフォーム１４の伸びが停止し、収縮が始まる屈伏温度（屈伏点）が約６００℃以下の低融点ガラスであっても、屈伏温度が約４００℃以下の超低融点ガラスであってもよい。
下金型１１と上金型１２との間にガラスプリフォーム１４を設置する。
ここで、ガラスプリフォーム１４は、シリカを主成分とし、例えば、アルミナ、ナトリウム、フッ化ランタン等が添加された低融点ガラスにより構成される。尚、ガラスプリフォーム１４は、例えば、設置されたガラスプリフォーム１４の伸びが停止し、収縮が始まる屈伏温度（屈伏点）が約６００℃以下の低融点ガラスであっても、屈伏温度が約４００℃以下の超低融点ガラスであってもよい。
下金型１１及び上金型１２を加熱して屈伏温度付近になったとき、下金型１１−上金型１２間に圧力を加えてガラスプリフォーム１４をプレス成形し、レンズ（ガラス成形体）１７を製造する（図１（Ｂ）参照）。
下金型１１及び上金型１２が十分に冷却した後に、上金型１２を胴型１３から抜いてガラス成形体１７を取り出す。
下金型１１及び上金型１２が十分に冷却した後に、上金型１２を胴型１３から抜いてガラス成形体１７を取り出す。
以上に説明したレンズ製造工程を繰り返すと、下金型１１及び上金型１２の成形面１５，１６にガラス付着物が堆積する。このレンズ製造工程を数百回繰り返すとレンズの表面光沢に悪影響を及ぼすことが経験により判っている。そのため、概ね１００〜５００回繰り返した後にレンズ成形装置１０を解体し、下金型１１及び上金型１２の成形面１５，１６を洗浄する必要がある。
図２は、本実施の形態にかかるガラス光学素子をプレス成形する成形用金型２１の洗浄装置２０の構成図である。
成形用金型２１の洗浄装置２０は、ガラスをプレス成形して光学素子の一例としてのレンズを製作する成形用金型２１と、その成形用金型２１が設置される金型設置台２２と、金型設置台２２に対向して配置される対向電極２３とを有する。また、洗浄装置２０は、成形用金型２１の周囲環境に所定の処理ガスを導入する処理ガス導入バルブ２４と、金型設置台２２と対向電極２３との間に高周波電圧を印加する高周波電源２５と、周囲環境から空気又は処理ガスを排気する排気バルブ２６及び排気ポンプ２７とを有して構成される。
成形用金型２１の洗浄装置２０は、ガラスをプレス成形して光学素子の一例としてのレンズを製作する成形用金型２１と、その成形用金型２１が設置される金型設置台２２と、金型設置台２２に対向して配置される対向電極２３とを有する。また、洗浄装置２０は、成形用金型２１の周囲環境に所定の処理ガスを導入する処理ガス導入バルブ２４と、金型設置台２２と対向電極２３との間に高周波電圧を印加する高周波電源２５と、周囲環境から空気又は処理ガスを排気する排気バルブ２６及び排気ポンプ２７とを有して構成される。
成形用金型２１は、例えば、レンズ製造工程を概ね１００〜５００回繰り返した下金型
１１又は上金型１２（図１参照）が該当する。
金型設置台２２は、成形用金型２１を搭載できる強度を有した、例えば、ステンレス等の導電体で構成される。そして、金型設置台２２は、対向電極２３と共に、高周波電源２５に接続される。
１１又は上金型１２（図１参照）が該当する。
金型設置台２２は、成形用金型２１を搭載できる強度を有した、例えば、ステンレス等の導電体で構成される。そして、金型設置台２２は、対向電極２３と共に、高周波電源２５に接続される。
対向電極２３は、例えば、ステンレス等の導電体で構成される。対向電極２３は、成形用金型２１が搭載された金型設置台２２に対してほぼ平行になるように、対向電極２３は金型設置台２２に対して対向配置され、後述する高周波電源２５に接続される。
処理ガス導入バルブ２４は、後述する排気バルブ２６及び排気ポンプ２７とが、金型設置台２２と対向電極２３との間に形成される成形用金型２１の周囲環境から空気を排出して所定の真空度に達した後に、処理ガスを導入する。ここで、処理ガスは、常温において気体のガスが好ましく、例えば、フッ素或いは塩素等ハロゲン元素を含むガスが好適に使用される。フッ素或いは塩素等ハロゲン元素を含むガスとしては、CF4、C2F6、SF4、SF6等が挙げられる。また、プラズマの安定放電や、処理効果促進のために、アルゴン（Ar）、酸素、水素、炭酸ガスを添加することも有効であり、これらの副添加ガスを１種、もしくは複数種用いて使用することも好ましい。更に、酸素または水素を主成分とするガスでもよい。なおここで酸素または水素を主成分とするガスとは、酸素または水素が体積含有比率で５０％以上含むガスであることを意味する。
処理ガス導入バルブ２４は、後述する排気バルブ２６及び排気ポンプ２７とが、金型設置台２２と対向電極２３との間に形成される成形用金型２１の周囲環境から空気を排出して所定の真空度に達した後に、処理ガスを導入する。ここで、処理ガスは、常温において気体のガスが好ましく、例えば、フッ素或いは塩素等ハロゲン元素を含むガスが好適に使用される。フッ素或いは塩素等ハロゲン元素を含むガスとしては、CF4、C2F6、SF4、SF6等が挙げられる。また、プラズマの安定放電や、処理効果促進のために、アルゴン（Ar）、酸素、水素、炭酸ガスを添加することも有効であり、これらの副添加ガスを１種、もしくは複数種用いて使用することも好ましい。更に、酸素または水素を主成分とするガスでもよい。なおここで酸素または水素を主成分とするガスとは、酸素または水素が体積含有比率で５０％以上含むガスであることを意味する。
高周波電源２５は、金型設置台２２と対向電極２３との間に高周波電圧を印加する。印加される高周波は、処理ガス導入バルブ２４によって導入される処理ガスが励起されてプラズマを生起させる程度の周波数及び電圧を有する。
ここで、高周波電圧の印加方法として、ＲＦプラズマ、マイクロ波プラズマ、ＤＣプラズマ等がいずれも使用可能である。多量のガラス付着物が堆積する金型等絶縁物質を含む金型の場合は、放電のし易さからＲＦプラズマ又はマイクロ波プラズマが好適である。更に、洗浄装置２０の構成の簡便さから、ＲＦプラズマが好適である。
ここで、高周波電圧の印加方法として、ＲＦプラズマ、マイクロ波プラズマ、ＤＣプラズマ等がいずれも使用可能である。多量のガラス付着物が堆積する金型等絶縁物質を含む金型の場合は、放電のし易さからＲＦプラズマ又はマイクロ波プラズマが好適である。更に、洗浄装置２０の構成の簡便さから、ＲＦプラズマが好適である。
高周波放電に使用されるいわゆるＲＦプラズマの場合、金型設置台２２を接地して対向電極２３に高周波電圧を印加する図２に示すグラウンドモード、金型設置台２２に高周波電圧を印加して対向電極２３を接地するＲＦモード（後述する図３参照）、および金型設置台２２にＤＣ電源２８（図４参照）を印加し金型設置台２２と対向電極２３に高周波電圧を印加するＤＣバイアスモード（後述する図４参照）、更に金型設置台と対向電極共にラジオ波を印加するＲＦバイアスモード（図示省略）がある。
排気バルブ２６及び排気ポンプ２７は、金型設置台２２と対向電極２３との間に形成される成形用金型２１の周囲環境から、所定の真空度に達するまで空気を排出する。また、排気バルブ２６及び排気ポンプ２７は、処理が終了した後に、処理ガスを排気する際に使用される。
排気バルブ２６及び排気ポンプ２７は、金型設置台２２と対向電極２３との間に形成される成形用金型２１の周囲環境から、所定の真空度に達するまで空気を排出する。また、排気バルブ２６及び排気ポンプ２７は、処理が終了した後に、処理ガスを排気する際に使用される。
以上の構成を有する洗浄装置２０における金型の洗浄方法を以下に説明する。
成形用金型２１が金型設置台２２上の所定位置に搭載された後、排気バルブ２６及び排気ポンプ２７が協働して、所定の真空度に達するまで成形用金型２１の周囲環境から空気を排出する。所定の真空度に達した後、処理ガス導入バルブ２４から、処理ガスが導入される。
そして、金型設置台２２と対向電極２３との間に、高周波電源２５によって高周波電圧が印加される。印加された高周波電圧により処理用ガスが分解されて、ラジカルやイオンが生成される。生成されたラジカルやイオンは、金型に堆積したガラス付着物に衝突して化学反応し、気化により付着ガラスが除去される。
除去することが可能な成分としては、炭素（C）、珪素（Si）、リン（P）、ホウ素B）、マグネシウム（Mg）、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、ニオブ（Nb）、タングステン（W）から選ばれる少なくとも１種の単体、酸化物、窒化物またはフッ化物等が挙げられる。
成形用金型２１が金型設置台２２上の所定位置に搭載された後、排気バルブ２６及び排気ポンプ２７が協働して、所定の真空度に達するまで成形用金型２１の周囲環境から空気を排出する。所定の真空度に達した後、処理ガス導入バルブ２４から、処理ガスが導入される。
そして、金型設置台２２と対向電極２３との間に、高周波電源２５によって高周波電圧が印加される。印加された高周波電圧により処理用ガスが分解されて、ラジカルやイオンが生成される。生成されたラジカルやイオンは、金型に堆積したガラス付着物に衝突して化学反応し、気化により付着ガラスが除去される。
除去することが可能な成分としては、炭素（C）、珪素（Si）、リン（P）、ホウ素B）、マグネシウム（Mg）、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、ニオブ（Nb）、タングステン（W）から選ばれる少なくとも１種の単体、酸化物、窒化物またはフッ化物等が挙げられる。
尚、上記洗浄方法は、上述したグラウンドモード、ＲＦモード、ＤＣバイアスモード、及びＲＦバイアスモードのいずれにも使用可能である。ただし、ＲＦモード、ＤＣバイアスモード、ＲＦバイアスモードの場合は電場で加速されたイオンが成形用金型２１に入射するため、物理的なエッチングが併用されることにより、成形用金型２１に若干のダメージを与える可能性がある。
グラウンドモードの場合は、イオン入射が少なく成形用金型２１へのダメージは少ないが、処理時間がやや長めになる。
従って、高周波電圧の印加方法は、付着ガラスのつき方、量、処理のタイミング等を考慮して使い分けることが望ましい。
グラウンドモードの場合は、イオン入射が少なく成形用金型２１へのダメージは少ないが、処理時間がやや長めになる。
従って、高周波電圧の印加方法は、付着ガラスのつき方、量、処理のタイミング等を考慮して使い分けることが望ましい。
（実施例１）
タングステンカーバイトを主成分とする超硬合金にPt−Ir被膜層が形成された成形用金型２１を用い、ホウケイ酸塩クラウンガラスの一種で、光学ガラスの中で最も一般的なガラスのＢＫ７を窒素雰囲気下で５００ショット成形した。その後、使用した成形用金型２１を前述の洗浄装置２０（図２参照）に設置し、次にＳＦ６と酸素との混合比４：１の混合ガスを５０ＳＣＣＭ（ＳＣＣＭとは、当該ガスが２５℃１気圧のときのｃｍ３／ｍｉｎ）導入し、続いて１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を２００Ｗ印加し、６０分間処理を行った。ガラス付着物の除去状態は平均表面粗さＲａで評価した。金型のダメージは光学顕微鏡により目視で行った。
（実施例２）
図３は、実施例２にかかる洗浄装置３０の構成図である。
金型設置台２２に高周波電圧を印加して対向電極２３を接地し（ＲＦモード）、処理時間を３０分とした点が、実施例１と相違する。他は実施例１と同様に洗浄処理を行った。
タングステンカーバイトを主成分とする超硬合金にPt−Ir被膜層が形成された成形用金型２１を用い、ホウケイ酸塩クラウンガラスの一種で、光学ガラスの中で最も一般的なガラスのＢＫ７を窒素雰囲気下で５００ショット成形した。その後、使用した成形用金型２１を前述の洗浄装置２０（図２参照）に設置し、次にＳＦ６と酸素との混合比４：１の混合ガスを５０ＳＣＣＭ（ＳＣＣＭとは、当該ガスが２５℃１気圧のときのｃｍ３／ｍｉｎ）導入し、続いて１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を２００Ｗ印加し、６０分間処理を行った。ガラス付着物の除去状態は平均表面粗さＲａで評価した。金型のダメージは光学顕微鏡により目視で行った。
（実施例２）
図３は、実施例２にかかる洗浄装置３０の構成図である。
金型設置台２２に高周波電圧を印加して対向電極２３を接地し（ＲＦモード）、処理時間を３０分とした点が、実施例１と相違する。他は実施例１と同様に洗浄処理を行った。
（実施例３）
図４は、実施例３にかかる洗浄装置４０の構成図である。
金型設置台２２にＤＣ電源２８を印加し金型設置台２２と対向電極２３に高周波電圧を印加し（ＤＣバイアスモード）、処理時間を３０分とした点が、実施例１と相違する。他は実施例１と同様に洗浄処理を行った。
図４は、実施例３にかかる洗浄装置４０の構成図である。
金型設置台２２にＤＣ電源２８を印加し金型設置台２２と対向電極２３に高周波電圧を印加し（ＤＣバイアスモード）、処理時間を３０分とした点が、実施例１と相違する。他は実施例１と同様に洗浄処理を行った。
図２に示す洗浄装置２０を用い、処理ガスとしてＣＨ３Ｃｌと酸素との混合比２：１の混合ガスを用いた。他は実施例１と同様に洗浄処理した。
（比較例１）
上記実施例１と同じ成形用金型２１を用い、ＢＫ７を窒素雰囲気下で２００ショット成形した。その後、ＨＦ５０％水溶液に２時間浸漬して洗浄処理を行った。
（比較例２）
上記実施例１と同じ成形用金型２１を用い、ＢＫ７を窒素雰囲気下で２００ショット成形した。その後、フッ化アンモニウム３０％水溶液に５時間浸漬して洗浄処理を行った。
処理前及び処理後の平均表面粗さＲａと金型ダメージとを表１に示す。
上記実施例１と同じ成形用金型２１を用い、ＢＫ７を窒素雰囲気下で２００ショット成形した。その後、ＨＦ５０％水溶液に２時間浸漬して洗浄処理を行った。
（比較例２）
上記実施例１と同じ成形用金型２１を用い、ＢＫ７を窒素雰囲気下で２００ショット成形した。その後、フッ化アンモニウム３０％水溶液に５時間浸漬して洗浄処理を行った。
処理前及び処理後の平均表面粗さＲａと金型ダメージとを表１に示す。
表１から判るように、本実施の形態によれば、成形用金型２１にダメージを与えることなく、且つ、短時間で付着ガラスを除去できることが判った。
本実施の形態によれば、成形用金型２１に与えるダメージを少なくできる。また、短時間で付着ガラスを除去できるので、成形用金型２１を簡便かつ効率的に洗浄できる。
本実施の形態によれば、溶解液に浸漬して成形用金型２１に堆積したガラス付着物を化学的に除去する洗浄方法に比して、水及び溶剤の洗浄と金型乾燥等の工程が不要となる。よって、溶解液を取り扱わないので安全であり、熟練作業者を必要としない。
本実施の形態によれば、溶解液に浸漬して成形用金型２１に堆積したガラス付着物を化学的に除去する洗浄方法に比して、水及び溶剤の洗浄と金型乾燥等の工程が不要となる。よって、溶解液を取り扱わないので安全であり、熟練作業者を必要としない。
（他の実施の形態）
成形用金型２１に材料として用いられる超硬合金、炭化珪素、グラッシーカーボン等は、フッ素系プラズマに対する耐久性が高いので、洗浄処理では金型設置台２２上に成形用金型２１を直接設置し、成形用金型２１全体を洗浄処理しても大きな問題はないと考えられる。しかし、洗浄処理の繰り返しによるダメージの蓄積を抑制するためには、成形面１５，１６（図１参照）だけを露出し他の箇所を覆い隠して洗浄処理することが好適である。マスク５０の一例を図５及び図６に示す。
成形用金型２１に材料として用いられる超硬合金、炭化珪素、グラッシーカーボン等は、フッ素系プラズマに対する耐久性が高いので、洗浄処理では金型設置台２２上に成形用金型２１を直接設置し、成形用金型２１全体を洗浄処理しても大きな問題はないと考えられる。しかし、洗浄処理の繰り返しによるダメージの蓄積を抑制するためには、成形面１５，１６（図１参照）だけを露出し他の箇所を覆い隠して洗浄処理することが好適である。マスク５０の一例を図５及び図６に示す。
図５は、成形用金型２１洗浄時に使用されるマスク５０の斜視図であり、図６はその断面図である。
マスク５０は、耐フッ素性が高い材料が好適であるが、軽量でかつ加工性が高い点で、アルミニウム（Al）が特に好適である。
マスク５０は、耐フッ素性が高い材料が好適であるが、軽量でかつ加工性が高い点で、アルミニウム（Al）が特に好適である。
図５及び図６に示されているように、成形用金型２１の成形面１５，１６のみが露出され、他の部分は覆い隠される。このような状態で、図２に示す洗浄装置２０の金型設置台２２上に配されて洗浄されることで、成形用金型２１へのダメージの蓄積を回避できる。
更に、成形面１５，１６をほぼ平面にすることによりプラズマ放電時の電場を安定させることができ、処理の均一性と安定性を確保することが可能となる。高さが異なる成形用金型２１に対しては、例えば、成形用金型２１と同じ材料で構成されたスペーサ５１を使用することにより同時に洗浄処理することが可能である。
更に、成形面１５，１６をほぼ平面にすることによりプラズマ放電時の電場を安定させることができ、処理の均一性と安定性を確保することが可能となる。高さが異なる成形用金型２１に対しては、例えば、成形用金型２１と同じ材料で構成されたスペーサ５１を使用することにより同時に洗浄処理することが可能である。
本実施の形態によれば、マスク５０を用いることで洗浄処理に必要な成形面１５，１６だけが露出され他の箇所が覆い隠されるので、成形用金型２１に与えるダメージを少なくできる。
なお、成形用金型２１の形状や、洗浄条件によって成形用金型２１の洗浄・除去分布が一様でなくなる場合がある。この現象が生じる１つの要因として、成形用金型２１の外周端に起こる電位集中により、成形用金型２１の外周端にラジカルやイオンが集中的に衝突し、エッチングが加速されることが挙げられる。これが生じると、成形用金型２１の外周端は、選択的にエッチングされやすい。そのため、成形用金型２１の中心部と周辺部との洗浄分布が不均一となりやすく、加えて、成形用金型２１の外周端が荒れやすくなる。
このような洗浄状態の不均一を抑制するため、マスクには、成形用金型２１が配される部分と隣接する部分に金属膜が形成されていることが好ましい。即ち、この金属膜は導電性であるため、成形用金型２１に衝突するラジカルやイオンの分布が均一になりやすくなる。よって、上述した外周端に対するイオンの集中的な衝突を抑制しやすくなる。その結果、洗浄分布の不均一が生じにくくなると共に、成形用金型２１の外周端を荒れにくくすることができる。
図７は、成形用金型２１が配される部分と隣接する部分に金属膜が形成されているマスク５０の例を示した図である。また、図８は、図７に示すマスク５０のＸ−Ｘ’断面図である。なお図７および図８において、成形用金型２１は、図示していない。
図７に示したマスク５０は、成形用金型２１が配される円形状の孔部５２の周囲に金属膜５３が円環形状に形成されている。この金属膜５３は、導電性であって、上述した洗浄装置による洗浄処理により除去されにくいものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ニッケル（Ni）、鉄（Fe）、コバルト（Co）、クロム（Cr）により形成することができる。また、これらの金属から選ばれる少なくとも１種を含む合金等であってもよい。
図７に示したマスク５０は、成形用金型２１が配される円形状の孔部５２の周囲に金属膜５３が円環形状に形成されている。この金属膜５３は、導電性であって、上述した洗浄装置による洗浄処理により除去されにくいものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ニッケル（Ni）、鉄（Fe）、コバルト（Co）、クロム（Cr）により形成することができる。また、これらの金属から選ばれる少なくとも１種を含む合金等であってもよい。
この金属膜５３の大きさは例えば孔部５２の直径が１５ｍｍである場合、円環形状の内周部の直径を、１５ｍｍ、外周部の直径を、３０ｍｍとすることができる。また、金属膜５３の厚さは、５μｍとすることができる。このような金属膜５３は、蒸着、スパッタリング等の方法で作成することができる。
なお、図７に示したマスク５０に形成されている金属膜５３は、円環形状としたが、これに限られるものではなく、他の形状でもよい。例えば、金属膜５３をマスク５０の上面全体に形成してもよい。
なお、図７に示したマスク５０に形成されている金属膜５３は、円環形状としたが、これに限られるものではなく、他の形状でもよい。例えば、金属膜５３をマスク５０の上面全体に形成してもよい。
（実施例５）
図９は、実施例５において洗浄を行う成形用金型２１を説明した図である。
図９で示した成形用金型２１は、タングステンカーバイトを主成分とする超硬合金からなる。そして、成形面１５，１６の直径Ｌが１５ｍｍであり、高さＨが１０ｍｍである。また、成形面１５，１６にカーボンよりなる被膜層が形成されている。
このような成形用金型２１を使用し、ＢＫ７を窒素雰囲気下で５００ショット成形した。その後、使用した成形用金型２１を前述のＲＦモードを採用した洗浄装置３０（図３参照）に設置した。このとき、マスク５０を使用し、成形用金型２１の成形面１５，１６は露出させ、他の部分は覆い隠すようにした。なお、マスク５０としては、図７で説明を行った金属膜５３が形成されたものを使用した。次に酸素ガスを１００ＳＣＣＭ導入し、続いて１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を５００Ｗ印加し、１０分間処理を行った。
図９は、実施例５において洗浄を行う成形用金型２１を説明した図である。
図９で示した成形用金型２１は、タングステンカーバイトを主成分とする超硬合金からなる。そして、成形面１５，１６の直径Ｌが１５ｍｍであり、高さＨが１０ｍｍである。また、成形面１５，１６にカーボンよりなる被膜層が形成されている。
このような成形用金型２１を使用し、ＢＫ７を窒素雰囲気下で５００ショット成形した。その後、使用した成形用金型２１を前述のＲＦモードを採用した洗浄装置３０（図３参照）に設置した。このとき、マスク５０を使用し、成形用金型２１の成形面１５，１６は露出させ、他の部分は覆い隠すようにした。なお、マスク５０としては、図７で説明を行った金属膜５３が形成されたものを使用した。次に酸素ガスを１００ＳＣＣＭ導入し、続いて１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を５００Ｗ印加し、１０分間処理を行った。
（実施例６）
マスク５０として図５で説明した金属膜５３が形成されていないものを使用したこと以外は、実施例５と同様にして成形用金型２１の洗浄を行った。
マスク５０として図５で説明した金属膜５３が形成されていないものを使用したこと以外は、実施例５と同様にして成形用金型２１の洗浄を行った。
（実施例７）
洗浄装置として図４で説明を行ったＤＣバイアスモードを採用した洗浄装置４０を使用したこと以外は、実施例５と同様にして成形用金型２１の洗浄を行った。
洗浄装置として図４で説明を行ったＤＣバイアスモードを採用した洗浄装置４０を使用したこと以外は、実施例５と同様にして成形用金型２１の洗浄を行った。
（実施例８）
マスク５０として図５で説明した金属膜５３が形成されていないものを使用し、洗浄装置として図４で説明を行ったＤＣバイアスモードを採用した洗浄装置４０を使用したこと以外は、実施例５と同様にして成形用金型２１の洗浄を行った。
マスク５０として図５で説明した金属膜５３が形成されていないものを使用し、洗浄装置として図４で説明を行ったＤＣバイアスモードを採用した洗浄装置４０を使用したこと以外は、実施例５と同様にして成形用金型２１の洗浄を行った。
（実施例９）
成形用金型２１の成形面１５，１６に形成する被膜層をシリコンカーバイト(SiC)にしたこと以外は、実施例５と同様に成形用金型２１の洗浄を行った。
成形用金型２１の成形面１５，１６に形成する被膜層をシリコンカーバイト(SiC)にしたこと以外は、実施例５と同様に成形用金型２１の洗浄を行った。
（実施例１０）
成形用金型２１の成形面１５，１６に形成する被膜層をシリコンカーバイト(SiC)にしたこと以外は、実施例６と同様に成形用金型２１の洗浄を行った。
成形用金型２１の成形面１５，１６に形成する被膜層をシリコンカーバイト(SiC)にしたこと以外は、実施例６と同様に成形用金型２１の洗浄を行った。
（実施例１１）
成形用金型２１の成形面１５，１６に形成する被膜層をシリコンカーバイト(SiC)にしたこと以外は、実施例７と同様に成形用金型２１の洗浄を行った。
成形用金型２１の成形面１５，１６に形成する被膜層をシリコンカーバイト(SiC)にしたこと以外は、実施例７と同様に成形用金型２１の洗浄を行った。
（実施例１２）
成形用金型２１の成形面１５，１６に形成する被膜層をシリコンカーバイト(SiC)にしたこと以外は、実施例８と同様に成形用金型２１の洗浄を行った。
成形用金型２１の成形面１５，１６に形成する被膜層をシリコンカーバイト(SiC)にしたこと以外は、実施例８と同様に成形用金型２１の洗浄を行った。
実施例５〜１２について、次のような評価を行った。
洗浄を行った成形用金型２１の成形面１５，１６を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いて観察を行い、その画像により洗浄状態を目視にて判定した。
なお、本実施の形態においては、ガラス付着物のみならず被膜層も除去される。そしてこのとき、ガラス付着物および被膜層が除去されており、成形面１５，１６に荒れがなければ「◎」とした。また、ガラス付着物および被膜層が除去されているが、成形面１５，１６に荒れが発生している場合で、その荒れの程度が軽微なときは、「○」とした。
洗浄を行った成形用金型２１の成形面１５，１６を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いて観察を行い、その画像により洗浄状態を目視にて判定した。
なお、本実施の形態においては、ガラス付着物のみならず被膜層も除去される。そしてこのとき、ガラス付着物および被膜層が除去されており、成形面１５，１６に荒れがなければ「◎」とした。また、ガラス付着物および被膜層が除去されているが、成形面１５，１６に荒れが発生している場合で、その荒れの程度が軽微なときは、「○」とした。
また、判定は、成形用金型２１の成形面１５，１６の３箇所において行った。
図１０は、成形面１５，１６において観察を行った箇所について説明を行った図であり、成形用金型２１を成形面１５，１６の方向から見た図である。観察を行った箇所は、成形面１５，１６の中央部であるＡ点、成形面１５，１６の外周端の任意の１点であるＢ点、および成形面１５，１６の外周端の１点でありＢ点に対し時計回りに９０度回転させた箇所に位置するＣ点とした。
図１０は、成形面１５，１６において観察を行った箇所について説明を行った図であり、成形用金型２１を成形面１５，１６の方向から見た図である。観察を行った箇所は、成形面１５，１６の中央部であるＡ点、成形面１５，１６の外周端の任意の１点であるＢ点、および成形面１５，１６の外周端の１点でありＢ点に対し時計回りに９０度回転させた箇所に位置するＣ点とした。
以下の表２に判定結果を示す。
表２から判るように、成形用金型２１の洗浄を行う際に金属膜５３を形成したマスク５０を使用した場合は、被膜層の材質や洗浄装置の種類にかかわらず、ガラス付着物および被膜層が除去されており、荒れも生じていなかった。また、成形用金型２１の洗浄を行う際に金属膜５３を形成しないマスク５０を使用した場合は、ガラス付着物および被膜層は除去されているが、成形用金型２１の外周端において軽微な荒れが発生した。但し、成形用金型２１の使用には問題がない程度であった。
なお、以上の説明で成形用金型２１の洗浄方法について説明を行ったが、以上の方法で洗浄を行えるのは、成形用金型２１に限られるものではない。この洗浄が行われる被洗浄部材としては、成形用金型２１の他に、光学素子製造装置における光学材料成分が付着した部材であればよい。例えば、機能膜の蒸着やスパッタの際に用いられるマスクの光学材料成分を除去したい場合や、機能膜の成膜に失敗した光学素子について再度成膜を行うため成膜に失敗した機能膜を除去したい場合などが挙げられる。
また、この場合も前述のマスク５０を用いて、被洗浄部材の所定部分を露出させ、所定部分以外の箇所を覆い隠すことができる。これにより被洗浄部材の洗浄すべき所定部分において洗浄分布の不均一が生じにくくなると共に、被洗浄部材の端部を荒れにくくすることができる。
また、この場合も前述のマスク５０を用いて、被洗浄部材の所定部分を露出させ、所定部分以外の箇所を覆い隠すことができる。これにより被洗浄部材の洗浄すべき所定部分において洗浄分布の不均一が生じにくくなると共に、被洗浄部材の端部を荒れにくくすることができる。
１０…レンズ成形装置（ガラス光学素子製造装置）、１７…レンズ（ガラス成形体、光学素子）、２０，３０，４０…洗浄装置、２１…成形用金型、２２…金型設置台、２３…対向電極、２５…高周波電源、５０…マスク、５３…金属膜
Claims (16)
- ガラスを主成分とする素材をプレス成形してガラス光学素子を製造するガラス光学素子製造装置に使用される成形用金型の洗浄方法であって、
洗浄すべき前記成形用金型を前記ガラス光学素子製造装置から取り外す工程と、
取り外された前記成形用金型を、当該成形用金型を洗浄する洗浄装置に設置する工程と、
前記洗浄装置にて、設置された前記成形用金型の周囲環境に所定のガスを導入する工程と、
導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し、前記成形用金型の表面をプラズマ化されたガスに晒す工程と
を含むことを特徴とする成形用金型の洗浄方法。 - 前記所定のガスは、ハロゲン元素を含むガス（但し、フッ化水素（HF）及び塩化水素（HCl）を除く）であることを特徴とする請求項１に記載の成形用金型の洗浄方法。
- 前記所定のガスは、フッ化炭素（CF4）、４フッ化硫黄（SF4）、６フッ化硫黄（SF6）、及び６フッ化２炭素（C2F6）のうち少なくともいずれか１種類のガスを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形用金型の洗浄方法。
- 取り外された前記成形用金型を当該成形用金型を洗浄する洗浄装置に設置する前記工程は、当該成形用金型の成形面を露出させ、当該成形面以外の箇所を覆い隠すためのマスクを使用して設置することを特徴とする請求項１に記載の成形用金型の洗浄方法。
- ガラス光学素子製造装置に使用される被洗浄部材の洗浄方法であって、
洗浄すべき前記被洗浄部材を前記ガラス光学素子製造装置から取り外す工程と、
取り外された前記被洗浄部材を、当該被洗浄部材の所定部分を露出させ当該所定部分以外の箇所を覆い隠すためのマスクを使用して洗浄装置に設置する工程と、
前記洗浄装置にて、設置された前記被洗浄部材の周囲環境に所定のガスを導入する工程と、
導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し、前記被洗浄部材の表面をプラズマ化されたガスに晒す工程と
を含むことを特徴とする被洗浄部材の洗浄方法。 - 前記マスクは、前記被洗浄部材が配される部分と隣接する部分に金属膜が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の被洗浄部材の洗浄方法。
- 前記金属膜は、ニッケル（Ni）、鉄（Fe）、コバルト（Co）、クロム（Cr）から選ばれる少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項６に記載の被洗浄部材の洗浄方法。
- 導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し前記被洗浄部材の表面をプラズマ化されたガスに晒す前記工程は、炭素（C）、珪素（Si）、リン（P）、ホウ素（B）、マグネシウム（Mg）、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、ニオブ（Nb）、タングステン（W）から選ばれる少なくとも１種類の単体、酸化物、窒化物またはフッ化物を除去するためのものであることを特徴とする請求項５に記載の被洗浄部材の洗浄方法。
- 前記所定のガスは、ハロゲン元素を含むガス（但し、フッ化水素（HF）及び塩化水素（HCl）を除く）であることを特徴とする請求項５に記載の被洗浄部材の洗浄方法。
- 前記所定のガスは、CF4、C2F6、SF4、SF6のうち少なくともいずれか１種類のガスを含むことを特徴とする請求項５に記載の被洗浄部材の洗浄方法。
- 前記所定のガスは、酸素または水素を主成分とするガスであることを特徴とする請求項５に記載の被洗浄部材の洗浄方法。
- ガラスを主成分とする素材をプレス成形してガラス光学素子を製造するガラス光学素子製造装置から、洗浄すべき成形用金型を取り外す工程と、
取り外された前記成形用金型を、当該成形用金型を洗浄する洗浄装置に設置する工程と、
前記洗浄装置にて、設置された前記成形用金型の周囲環境に所定のガスを導入する工程と、
導入された所定のガスに高周波電圧を印加してプラズマ化し、前記成形用金型の表面をプラズマ化されたガスに晒す工程と、
プラズマ化されたガスに晒された後に前記成形用金型を前記ガラス光学素子製造装置に再度取り付ける工程と、
前記成形用金型が取り付けられた前記ガラス光学素子製造装置を使ってガラス光学素子をプレス成形により製造する工程と
を含むことを特徴とするガラス光学素子の製造方法。 - 前記成形用金型は、タングステンカーバイト（WC）、炭化珪素、グラッシーカーボン、インコネル、スタバックス、及びダイス鋼のうちいずれかひとつを主成分とする母材を含んで構成されることを特徴とする請求項１２に記載のガラス光学素子の製造方法。
- 前記洗浄装置は、前記成形用金型を搭載する設置する金型設置台と、当該金型設置台に対向配置された対向電極とを含み、
前記金型設置台と前記対向電極との間には高周波電圧が印加されることを特徴とする請求項１２に記載のガラス光学素子の製造方法。 - 前記洗浄装置は、当該洗浄装置の対向電極に高周波電圧が印加されることを特徴とする請求項１４に記載のガラス光学素子の製造方法。
- 前記洗浄装置は、当該洗浄装置の金型設置台に高周波電圧が印加されることを特徴とする請求項１４に記載のガラス光学素子の製造方法。
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| JPH1160254A (ja) * | 1997-08-07 | 1999-03-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プレス成形用金型及び磁気ディスク用ガラス基板 |
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