JPH01218808A - 光学素子のプレス成形用金型の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は微細加工を施した高精度な光学素子をプレス成
形によって大量に生産するためのプレス成形用金型の作
製方法に関するものである。

従来の技術 高晴度な光学素子を直接プレスして成形するためには、
型材料としては高温でも安定で、耐酸化性に優れ、ガラ
スあるいはプラスチックに対して不活性でありプレスし
た時に形状精度が崩れないように機械的強度の優れたも
のが必要であり、その反面、加工性に優れていなければ
ならない。

以上のような光学素子のプレス成形用型に必要な条件を
、ある程度満足する型材料として、特開昭５９−９９０
５９号公報に記載の超硬合金を母材とし、その母材のプ
レス面を機械加工によって、所望の形状に加工し、その
面に保護膜として貴金属層を被覆した型が用いられてい
る。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の型材は非常に機械的強度が優れ、
さらに化学的にも非常に安定な為、直接機械的に加工を
施したり、湿式のエツチングにより、加工を行うには限
界がある。また、同一形状の型を高精度に再現性良く、
大量に作製することは大変困難であり、作製時間および
コストが非常にかかってしまう。

本発明では上記問題点に鑑み、物理的方法で金型表面の
保護膜上に直接微細加工を施すことによって、直接プレ
ス成形法による、光学性能の良い高精度な光学素子の成
形を可能にする為のプレス成形用金型を容易に、且つ、
大量に作製することを目的としている。

ｆｆ！題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明では光学素子と反応
しに＜＜、耐熱性があり機械的強度が優れた型として、
母材にＷＣを主成分とする超硬合金、または、ＴｉＮ、
ＴｉＣ，Ｃｒａ　ｃ２あるいはＡｌ２Ｏ，を主成分とす
るサーメットを用い、プレス面にはＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、
Ｒｈ、Ｏｓ。

Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａのうち、少なくとも一種類以上の
金属を含む合金薄膜を保護膜としてコーティングして構
成されたものを用い、保護膜の表面に物理的方法で直接
微細加工を施すことによって、光学性能の良い高精度な
光学素子のプレス成形を可能にする為のプレス成形用金
型を容易に、且つ、大量に作製するものである。

作用 本発明は上記した方法によって、微細加工を施した光学
素子のプレス成形用型を作製し、この型を用いることに
よって光学性能の良い高精度な光学素子を直接プレスし
て、大量に成形することを可能としたものである。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

まず、第１の実施例として、本発明を非球面ガラスレン
ズの作製に実施した例について説明する。

最初に、母材として直径２０ｔｍ、厚さ６ｎのＷＣを主
成分とする超硬合金を用い、その母材を曲率半径が４６
０の凹面形状のプレス面を有する型に加工した。この型
のプレス面を超微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡面に
研摩した０次に、この鏡面上にスパッタ法により５μｍ
の厚みでｐｔ−Ｔａ合金薄膜を保護膜としてコーティン
グして球面形状のプレス成形用型を作製した。このよう
にして構成される未加工のプレス成形用型の断面構造図
を第１図に示した。第１図において、１１は母材、１２
は保護膜である。

上記の球面形状のプレス成形用型の表面に紫外線硬化性
のビスアジド化合物系の樹脂を塗布し、その上に半径が
４６鶴の透明なプラスチック半球に所望の非球面加工を
施し、離型剤を塗布した原盤を載せて軸合せを行うて固
定した。この状態での概略図を第２図に示した。第２図
において、２１は紫外線硬化性のビスアジド化合物系の
樹脂、２２は非球面加工を施した透明な原盤である。

次に、樹脂が硬化するまで原盤の裏面から紫外線を照射
し、樹脂の硬化後、原盤を取り除き、未加工の球面形状
のプレス成形用型の表面に非球面形状の樹脂層を形成す
る。

この型をドライエツチング装置にセットし、硬化したビ
スアジド化合物系の樹脂層の表面から均一に異方性エツ
チングを行い、樹脂層が全てエツチングされてから型を
取り出す、このようにして作製された型の表面は樹脂層
の表面形状を反映する。すなわち、樹脂層と保護膜との
エツチング速度が同じ場合は、エツチング後の保護膜表
面形状は樹脂層の表面形状と同じになり、樹脂層と保護
膜とのエツチング速度が異なる場合は、エツチング速度
の比率に伴った表面形状となる。この非球面形状のプレ
ス成形用型の断面図を第３図に示した。第３図において
、３１は球面形状の母材〜３２は表面を非球面形状に加
工した保護膜である。

この方法で作製した型は再現性良く、同じ形状の型を大
量に作製することができる。

この型を上下の型として、第４図に示したプレス成形機
にセントする。第４図において、４１は上型用固定ブロ
ック、４２は上型用加熱ヒーター、４３−ａは上型、４
４−ａは球状のガラス素子、４５−ａは下型、４６は下
型用加熱ヒーター、４７は下型用固定ブロック、４８は
上型用熱電対、４９は下型用熱電対、４１０はプランジ
ャー、４１１は位置決め用センサー、４１２はストッパ
ー、４１３は覆いである。

次に、酸化鉛（ｐｂｏ）７０重量％、シリカ（Ｓｉｎ）
２７重量％および残りが微量成分からなる酸化鉛系光学
ガラスを半径１０ｆｌの球状に加工したガラス素子４４
−ａを上下の型４３−ａおよび４５−ａの下型４５−ａ
の上に置き、その上に上型４３−ａを置き、そのまま５
２０℃まで昇温し、窒素雰囲気で約４０ｋｇ／−のプレ
ス圧によりプレスして２分間保持し、その後、そのまま
の状態で上下の型を３００℃まで冷却して、プレス成形
された非球面ガラスレンズを取り出して、非球面ガラス
レンズのプレス成形の工程を完了する。

以上の工程を繰り返して１００００回目のプレス終了時
に、上下の型４３−ａおよび４５−ａをプレス成形機よ
り取りはずして、プレス面の状態を光学顕微鏡で観察し
、その時のプレス面の表面粗さ（ＲＭＳ値、人）を測定
して、それぞれの型精度を評価した。

プレス試験の結果を第１表に示した。試料ｌｌ＆Ｌｌお
よび２のように、ここで作製した型においては、１ｏｏ
ｏｏ回プレス後でも、表面粗さ（ＲＭＳ値）で、それぞ
れ、１２．１人および１２．４人でほとんど荒れず、型
形状も変化していないことがわかる。

このように、本発明によって高精度な非球面形状のプレ
ス成形用型を容易に、且つ、大量に作製することが可能
となり、この型を用いることにより高精度な非球面ガラ
スレンズを直接プレス成形で大量に成形することが可能
となった。

（以下余白） 次に、第２例として、ピンチが０．１龍で、段差が０．
５μｍののこぎり歯状の表面形状をした回折格子の作製
に実施した例について説明する。

厚さ７１．５ｃｍ角のＷＣを主成分とする超硬合金平板
を母材とし、プレス面を超微細なダイヤモンド砥粒を用
いて鏡面に研摩した０次に、この鏡面上にイオンブレー
ティング法により４μｍの厚みでＰｔ−Ｒｈ−Ｗ合金薄
膜を保護膜としてコーティングして平面形状のプレス成
形用型を作製した。このようにして構成される未加工の
プレス成形用型の断面構造図を第５図に示した。第５図
において、５１は母材、５２保護膜である。

上記の平面形状のプレス成形用型の表面に紫外線硬化性
のビスアジド化合物系樹脂を塗布したものの上に離型剤
を塗布し、プラスチック平板の表面をピッチが０．　Ｉ
　Ｍで、段差が０．５μｍののこぎり歯状の表面形状に
加工した原盤を載せて、原盤の裏面からビスアジド化合
物系樹脂が硬化するまで紫外線を照射し、原盤を取り除
く。

この型をドライエツチング装置にセントし、硬化したビ
スアジド化合物系樹脂層の表面から均一に異方性エツチ
ングを行い、樹脂層が全てエツチングされてから型を取
り、出す。このようにして、表面にのこぎり歯状の微細
加工を施した型を上型とし、平型を下型として、第４図
に示したプレス成形機にセットし、第１の実施例と同様
に、ＰｂＯが７０重量％、ＳｉＯが２７重量％および残
りが微量成分からなる酸化鉛系光学ガラスを厚さ２１ｍ
１．５ｃｍ角の平板に加工したガラス素子４４−ｂを上
下の型４３−ｂおよび４５−ｂの下型４５−ｂの上に置
き、その上に上型４３−ｂを置き、そのまま５２０℃ま
で昇温し、窒素雰囲気で約４０ｋｇ／ｃｄのプレス圧に
よりプレスして２分間保持し、その後、そのままの状態
で上下の型を３００℃まで冷却して、プレス成形された
回折格子を取り出して、回折格子のプレス成形の工程を
完了する。

以上の工程を繰り返して１００００回目のプレス終了時
に、上型４３−ｂをプレス成形機より取りはずして、プ
レス面の状態を光学顕微鏡で観察し、評価した。その結
果、金型表面形状の変形もなく、金型表面の荒れもなく
、高精度な回折格子の量産が可能であることがわかった
。

なお、本発明を説明するために、第１および第２の実施
例においてプレス成形用型の母材としてＷＣを主成分と
する超硬合金を用い、保護膜としてＰｔ−Ｔａ合金薄膜
あるいはＰｔ−Ｒｈ−Ｗ合金ｆｆｔＢＩをコーティング
した型を例に挙げたが、ＷＣを主成分とする超硬合金の
代りにＴｉＮ。

ＴｉＣ，Ｃｒａ　ｃ、あるいはＡ１２０ａを主成分とす
るサーメットを母材とし、そのプレス面にＰｔ、Ｐｄ、
Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ。

Ｔａのうち、少なくとも一種類以上の金属を含む合金薄
膜をコーティング薄膜をコーティングして構成される型
を用いても、同様な方法で高精度な光学素子のプレス成
形用型を容易に、且つ、大量に作製することが可能とな
り、この型を用いることにより、高精度な光学素子を直
接プレス成形で大量に成形できることは言うまでもない
。

また、本発明を説明するために、第１および第２の実施
例において原盤としてプラスチックを用いたが、感光性
樹脂を硬化させる波長の光を通す材料であれば、どのよ
うな物でも利用できることは言うまでもない。

さらに、本発明を説明するために、第１および第２の実
施例において感光性樹脂として、紫外線硬化性のビスア
ジド化合物系樹脂を用いたが、他の領域の波長の光で硬
化する樹脂を用いても、同様の効果が得られることは言
うまでもない。

発明の効果 以上のように、本発明は光学素子のプレス成形用型を作
製するにあたり、未加工の光学素子のプレス成形用型の
表面に塗布した感光性樹脂に、表面に微細加工を施した
透明な原盤の裏側から光を照射することによって原盤の
表面形状を転写し、全体を均一に物理的にエツチングし
て光学素子のプレス成形用型の表面に微細加工を施す方
法により、高精度な光学素子のプレス成形用型を容易に
、且つ、大量に作製することが可能となり、この型を用
いることにより、高精度な光学素子を直接プレス成形で
大量に成形できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図および第５図は本発明を組み込
んだプレス成形機の概略図である。 １１・・・・・・母材、１２・・・・・・保護膜。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名Ｕ−−−母
材 第１図　　　　　ＩＺ−４慢膜 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）未加工の光学素子のプレス成形用型の表面に塗布
   した感光性樹脂に、表面に微細加工を施した透明な原盤
   の裏側から光を照射することによって原盤の表面形状を
   転写した後、全体を均一に物理的にエッチングし、金型
   表面に微細加工を施すことを特徴とする光学素子のプレ
   ス成形用金型の作製方法。
2. （２）原盤は樹脂あるいはガラスの表面に、機械加工あ
   るいは物理的および化学的エッチングによって微細加工
   を施した透明な原盤を用いることを特徴とする請求項第
   （１）項記載の光学素子のプレス成形用金型の作製方法
   。
3. （３）プレス成形用型として、母材にはタングステンカ
   ーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、または、チ
   タンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（Ｔｉ
   Ｃ）、クロムカーバイド（Ｃｒ＿３Ｃ＿２）あるいはア
   ルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）を主成分とするサーメットを
   用い、プレス面には白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）
   、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム
   （Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タ
   ングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）のうち、少なくと
   も一種類以上の金属を含む合金薄膜をコーティングして
   構成されることを特徴とする請求項第（１）項記載の光
   学素子のプレス成形用金型の作製方法。