JP2010269964A - 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、光学素子、ガラスブランクの成形方法、及びガラスブランク - Google Patents

Abstract

【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。
【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。
【選択図】図２

Description

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の成形方法、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。

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。

特開２００４−２４４３０６号公報

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、母材焼結体の粒径の大きい結晶上にエピタキシャル的な成長で大きくなった結晶粒界の境界線が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を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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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膜の配向性を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。

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。

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、比較的膜厚が均質なＳｉＣ中間膜層となる。

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。

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。

上記光学素子の成形方法では、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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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を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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＴｉＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ）の膜で形成される。

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。

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。

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。

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。

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。

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、放電加工や砥石９０による研削加工や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。

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と水素との混合ガスを用いる。

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。

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薄膜を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。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。

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。

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。

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。

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を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。

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）。

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の加圧を解除して、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）。

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。

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。

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。

保護膜層３４のエッチング除去後、図８（Ｃ）に示すように、研磨剤と加工具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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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のバックライト等に用いられる。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (14)

1. ＳｉＣで形成された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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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の成形方法。
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。
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。
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。

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