JPH03146902A - レプリカ製作方法 - 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、面粗さの小さいレプリカの製作方法に関する
。

〔従来の技術〕

微小領域の表面分析技術開発を目指し、Ｘ線。

軟Ｘ線集光用光学素子の開発が精力的に進められている
。なかでも、全反射を利用した集光用反射鏡は、色収差
がなく集光効率も高いため、集光用光学素子としての期
待が大きい。

Ｘ線、軟Ｘ線用反射鏡の製作では、反射面の面粗さが最
も重要なポイントとなる。面粗さが大きい場合、設計ど
おりの集光特性が得られないばかりでなく、表面での乱
反射により反射率も極端に低下する。このため、上記反
射鏡の製作では、面粗さを使用するＸ線、軟Ｘ線の波長
程度に抑え込（４） むよう、超精密加工技術が駆使されている。

Ｘ線、軟Ｘ線反射鏡製作法の１つとしてレプリカ法があ
る（橋本他、精密工学会誌、第５４巻、５５頁、１９８
８年）。この方法は、超精密加工技術を用いて反射鏡金
型を製作し、次いでこの金型をもとにレプリカを製作す
る反射鏡製作法である。パイプ状物体の内面を反射面と
する軸対称反射鏡（たとえば、ウオルター型反射鏡、タ
ンデム型反射鏡等）の製作では、工作機械による直接加
工が不可能なため、レプリカ法が唯一の製作法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

先に述べたレプリカ法では、一端を封止した、たとえば
ガラスパイプ内に金型を挿入し、次いでガラスパイプ内
を真空排気しながら、このガラスパイプと金型を電気炉
内で加熱する。この加熱によりガラスが軟化して、大気
圧でまわりから押しつぶされることにより、金型形状ど
おりの内面を持つガラスパイプ（反射鏡レプリカ）が形
成される。

このレプリカ法において、常に同一の成型条件（５） （成型温度等）を用いているにもかかわらず、得られる
ガラスレプリカ表面（内面）の面粗さが一定しない、す
なわち、再現性が悪いという問題点があった。レプリカ
の面粗さは前述の如く反射鏡製作の最重要ポイントであ
る。上記再現性の悪さは、製作される反射鏡の信頼性を
低下させる。

本発明の目的は、レプリカの面粗さを向上させる、すな
わち、面粗さの小さいレプリカの製作方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明においては、レプリ
カ製作プロセスに成型時の脱ガスの発生を抑制するベー
キングプロセスを挿入、あるいは付加したものである。

〔作用〕

実験により、金型やガラスパイプからの脱ガスが、レプ
リカ内面の面粗さを低下させることがわかった。先に述
べたように、レプリカ製作時には、金型やガラスパイプ
は電気炉内で高温に加熱される　この時の加熱温度は、
たとえばパイレックス（６） ガラスを使用した場合、６００℃〜１０００℃である。

このような高温状態においては、ガラスパイプ内表面や
金型からガスが発生する。特に、金型からの脱ガスは大
きいと考えられる。

ガラスパイプの軟化が始まると、ガラスパイプは金型に
密着するため、金型から発生したガスは排気されずその
まま残る。このため、金型とガラスパイプの境界面には
多数の気泡状空間が形成され、これがレプリカ内面（表
面）の凸凹の原因となる。従って、レプリカ表面の面粗
さを向上（小さく）させるためには、脱ガス量を少なく
することがポイントとなる。このような工夫は、従来の
レプリカ法では威されていなかった。

そこで、本発明においては、レプリカ製作プロセスに金
型もしくはレプリカ材料（たとえば、ガラスパイプ）、
あるいは両者のベーキングプロセスを挿入、あるいは付
加した。

この場合、ベーキングはレプリカ製作プロセス前に行な
ってもよいし、レプリカ製作プロセス内で行なってもよ
い。また、金型のみ単独で行なつ（７） ても効果があることが実験により確認された。ベーキン
グ中の温度については、一定時間成型温度でもよいし、
一定時間内でゆるやかに変化させてもよい。この時間と
温度は金型やレプリカ材料等によって決まる。たとえば
、金型がタングステンカーバイド（ＷＣ）であり、レプ
リカ材料がパイレックスガラスである場合、１００℃〜
１０００℃、３０分以上が有効であった。特に、金型に
離型膜として金等を蒸着してレプリカ製作プロセス内で
ベーキングを行なう場合、金の再結晶化温度やガラスの
軟化が始まる温度以下でベーキングを行なうことが必要
である。この場合、ベーキング温度は５００℃以下が適
当であった。

本発明は反射鏡製作を例に述べられている。しかし、レ
プリカ法は、レンズや回折格子等の製作にも多く用いら
れている。本発明はこれらの製作に対しても有効である
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。

〈実施例１〉 （８） 第１図に基本的装置構成を示す。

金型ｌはパイプ２の中に収められている。パイプ２は、
レプリカ材料であり、たとえばパイレックスガラスでよ
い。金型１とパイプ２は電気炉３に挿入されており、パ
イプ２の内部は排気系４を用いて真空排気されている。

到達真空度は１ｏ−４〜１Ｏ−８Ｐａ台でよい。

電気炉３の内部には温度センサ５（たとえば、熱電対）
が設置されており、常時炉内の温度が監視されている。

温度センサ５からの出力信号は温度コントローラ７に入
力される。一方、入力装置８からは、あらかじめプログ
ラムされた温度変化に応じた信号が、温度コントローラ
７に入力される。温度コントローラ７ではこれら両信号
が比較され、両信号の差に応じた信号が電源６に入力さ
れる。すなわち、電源６は温度コントローラ７で制御さ
れている。この結果、電気炉３の温度は、入力装置８で
設定されたとおりに変化する。

第２図に電気炉３の温度変化の一例を示した。

先に述べたように、第２図に示された温度変化が（９） 入力装置８に入力されている。

電気炉３の温度は室温から上昇し、時刻ｔｚで温度Ｔｏ
に達する。時刻１１から時刻ｔ２までは、電気炉の温度
は一定温度Ｔｏに保たれる。この時刻ｔｌからｔ２まで
の間が先に述べたベーキングに相当する（ベーキング温
度やベーキング時間に関しては、既に述べたのでここで
は省略する）。

ベーキング終了後、電気炉３の温度は再び上昇し、レプ
リカ成型温度（最高温度）に到達する。

一定時間成型温度を保持した後、電気炉３への入力電流
が零となり、電気炉３内部およびレプリカや金型は自然
冷却される。以上のプロセスはすべて入力装置８に入力
されており、温度コントローラ７で管理されている。

レプリカ成型プロセスにベーキングを取り入れることに
より、金型１やパイプ２からの脱ガスを十分に行なうこ
とができる。この結果、レプリカ成型時の脱ガスの影響
を低減することができ、面粗さの小さいレプリカの製作
が可能となる。

〈実施例２〉 （１０） 装置の構成は実施例工と同じである。

実施例１では、ベーキング中の温度はＴ。で−定であっ
た。しかし、ベーキング中の温度は必ずしも一定である
必要はない。電気炉３の温度上昇が他の昇温過程に比べ
ゆるやかであれば、ベーキングの効果は同等である。

第３図にこの場合の温度変化を示した。時刻ｔ１でベー
キング開始温度Ｔｓに到達し、時刻ｔ２でベーキング終
了温度Ｔ２に到達する。その他は実施例１と同じである
。第３図に示された温度変化が、入力装置８に入力され
る。本実施例も実施例１と同等の効果を持つ。

〈実施例３〉 装置の構成は実施例１と同じである。

実施例ｔおよび２では、ベーキングが昇温過程の途中に
あった。しかし、昇温過程の最初からベーキングを行な
うことも可能である。第４図にこの場合の温度変化を示
した。電気炉３の温度は室温からゆるやかに上昇し、時
刻ｔ３でベーキング終了温度Ｔ８に到達する。その他は
先の実施例と（１１） 同じである。本実施例も実施例１，２と同等の効果を有
する。

〈実施例４〉 装置構成は実施例１と同じである。

本実施例はベーキングを何回かに分けて行なう実施例の
一例である。第５図にこの場合の温度変化を示した。ま
ず、時刻ｔ４と時刻ｔ５の間で、温度Ｔ　４で１回目の
ベーキングを行なう。次に１時刻ｔ６と時刻ｔ７の間で
、温度Ｔ５で２回目のベーキングを行なう。その他は先
の実施例と同じである。

１回目のベーキングでは、脱ガスしやすいガスの大部分
を排気する。２回目のベーキングでは、脱ガスしにくい
ガス（たとえば、表面に強く吸着したガス分子、あるい
は金型内部に深く侵入したガス分子等）が排気可能であ
る。このようにベーキングを複数回に分けて行なうこと
により、より完全なベーキングを行なうことができる。

この結果、脱ガス量も少なくなり、より面粗さの小さい
レプリカの製作が可能である。

（１２） 第５図では、ベーキング中の温度は一定（Ｔ４゜Ｔ５）
でとした。しかし、第３図に示したように、ベーキング
温度をゆるやかに上昇させてもよい。

また、ベーキング回数を必要に応じて増やしてもよい。

〈実施例５〉 本実施例の装置構成は実施例１と同じである。

また、昇温過程は第２図に示されたものと同じである。

先に示した実施例では、降温過程はすべて自然冷却であ
った。しかし、降温過程を強制冷却にした方がよい場合
もある。降温過程でも金型からガスが発生し、レプリカ
の面粗さが低下する可能性があるからである。このよう
な場合は、ガス発生の少ない温度まで強制冷却する方法
が有効である。

第６図にこの場合の一実施例を示した。第６図では、Ｔ
６からＴ７、Ｔ７からＴ８への２段階の強制冷却となっ
ている。強制冷却を複数回に分けた理由は、冷却過程で
生ずる熱歪を除去するためである。熱歪が生ずるおそれ
のない場合は、１回の強（１３） 制冷却でＴ８まで降温しでもよい。強制冷却の段階数は
必要に応じて増減できるものとする。

強制冷却の方法としては、電気炉３内部に空気や窒素ガ
ス、希ガス等を導入する方法がよい６本実施例を用いる
ことにより、より脱ガス発生量の少ない状態でレプリカ
製作が可能となる。

〈実施例６〉 実施例１から５では、ベーキングはすべてレプリカ製作
途中であった。・しかし、金型のベーキングをレプリカ
製作プロセス前に単独で行なってもよい。特に、先に述
べたように、レプリカ製作プロセスで金等の離型膜（金
型表面にコートする）を使用する場合、再結晶化による
離型膜表面の面荒れを防ぐため、ベーキング温度を極端
に高くとることはできない。さらに、ベーキング温度を
パイプ２（たとえばパイレックスガラス）の軟化開始温
度以下に抑えることも必要である。これらの制約から、
たとえばパイレックスガラスをパイプ２に使用した場合
、ベーキング温度は５００℃以下が目安となる。

（１４） 一方、脱ガス防止という観点からは、ベーキング温度は
高い方がよい。そこで、レプリカ製作プロセス前に金型
ｌを単独でベーキングすることになる。第７図はその一
実施例である。装置の基本構成は実施例１とほぼ同じで
ある。

本実施例と実施例１との大きな違いは、パイプ９である
。パイプ９は高温でも軟化しにくく、かつ清浄な材質で
できていることが必要である。たとえば、石英パイプが
望ましい。レプリカ威型温度は最高でも１０００℃以下
である。これに対し石英の軟化点は１６００℃前後であ
る。従って、石英パイプを用いて金型１を単独ベーキン
グした場合、ベーキング温度をレプリカ成型時の最高温
度にまで上昇できる。この結果、より完全なベーキング
が可能である。

第８図に金型単独ベーキングの温度変化を示した。ベー
キング温度Ｔ８は、レプリカ成型時の最高温度近くもし
くは以上にとればよい。ベーキング時間ｔ９〜ｔ６は３
０分以上が望ましい。

第８図に示した以外にも、第２図から第５図に（１５） 示したような温度変化での金型単独ベーキングが可能で
ある。

金型単独ベーキング終了後は、通常の（ベーキングのな
い）レプリカ製作プロセスを用いてレプリカ製作を行な
ってもよいし、先の実施例で示したようなベーキングを
含むレプリカ製作プロセスを採用してもよい。本実施例
に従えば、より高温でベーキングが可能なため脱ガスの
影響をさらに低減できる。この結果、面粗さのより小さ
いレプリカ製作が可能である。

〈実施例７〉 ベーキングの最中には、金型とパイプの間の隙間は大き
い方がよい。また、レプリカ成型時には、この隙間は小
さい程よい。

第９図に示した実施例は、この条件を同時に満足する実
施例の一例である。

第９図において、テーパ状の金型１−１がパイプ１２中
に設置されている。パイプ１２は、排気系４を用いてそ
の内部が排気されている。金型１１は棒１３により上に
持ち上げられており、棒１３（１６） は昇降装置１４を用いて上下に駆動される。

先に述べたように、ベーキング時には、金型１１は棒１
３により上に押し上げられている。この結果、パイプ１
２と金型１１との隙間（特にテーパ部分）は十分に大き
く、ベーキング時の脱ガス排気は容易である。レプリカ
成型時には、金型１１は捧１３の下降に伴って下げられ
、パイプ１２と金型１１との隙間は小さくなる。棒１３
としては、石英がよい。パイプ１２や棒１３の形状は、
目的に応じて可変とする。

本実施例に従えば、ベーキング時の脱ガス排気が容易か
つ、レプリカ成型時には金型１１とパイプ１２との隙間
が小さいので、面粗さの小さい良好なレプリカが得られ
る。本実施例は、金型１２がテーパ状である場合特に有
効である。

以上、本発明のいくつかの実施例を述べた。ここに述べ
た実施例の組合せも本発明に含まれるものとする。

言うまでもなく、本発明の本質はレプリカ製作プロセス
にベーキング工程を付加、あるいは挿入（１７） したことにある。ベーキング温度や時間は、金型や用い
るレプリカ材料等により、必要に応じて変化、決定され
るものとする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レプリカ成型時の脱ガス量を少なくで
きるので、レプリカ製作への脱ガスの影響を少なくでき
る。この結果、面粗さの小さいレプリカの製作が可能と
なり、良好な光学特性を持つ反射鏡の製作が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第７図、第９図はそれぞれ本発明の実施例のレ
プリカ製造のための加熱炉の概略構成図。 第２図乃至第６図および第８図は本発明の実施例におけ
る加熱炉の温度調節過程を示すグラフである。 １・・・金型、２・・・パイプ、３・・・電気炉、４・
・・排気系。 ５・・・温度センサ、６・・・電源、７・・・温度コン
トローラ、８・・・入力装置、９・・・パイプ、１０・
・・電気炉、１工・・・金型、１２・・・パイプ、１３
・・・棒、１４・・・昇降装置。 （１８） 第 １ 図 第 図 蒔 内 囲 杵 内 第 屈 杵 向 嘉 ５ 図 第 図 蒔 向 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、加熱を伴うレプリカ製作において、レプリカ製作用
   金型もしくはレプリカ材料、あるいは両者からの脱ガス
   を抑えて製作を行なうレプリカ製作方法。 ２、真空排気しながら加熱してレプリカを製作する方法
   において、レプリカ製作用金型もしくはレプリカ材料、
   あるいは両者からの加熱による脱ガスを抑えて製作を行
   なうレプリカ製作方法。 ３、レプリカ材料で囲まれた空間内にレプリカ製作用金
   型を設置して、この空間内を真空排気しながらレプリカ
   製作用金型およびレプリカ材料を加熱してレプリカを製
   作する方法において、レプリカ製作用金型もしくはレプ
   リカ材料、あるいは両者からの加熱による脱ガスを抑え
   て製作を行なうレプリカ製作方法。 ４、レプリカ製作用金型およびレプリカ材料を、レプリ
   カ製作中にベーキングする請求項第１項から第３項記載
   のレプリカ製作方法。 ５、上記ベーキングが、上記金型および材料を一定時間
   一定温度に保つことにより実行される請求項第４項記載
   のレプリカ製作方法。 ６、上記ベーキングが、上記金型および材料を一定時間
   一定温度範囲に保つことにより実行される請求項第４項
   記載のレプリカ製作方法。 ７、上記ベーキングが、上記金型および材料の一定時間
   内の温度上昇を、直前もしくは直後の昇温過程における
   温度上昇に比べ小さくすることにより実行される請求項
   第４項記載のレプリカ製作方法。 ８、上記ベーキングが、第５項から第７項に記載された
   ベーキング方法を複数回組合せて実行される請求項第４
   項記載のレプリカ製作方法。 ９、上記ベーキングが、上記金材および材料の温度を、
   あらかじめプログラムされた温度どおりに保つことで実
   行される請求項第４項記載のレプリカ製作方法。 １０、レプリカ製作用金型およびレプリカ材料の温度を
   、一定時間内に一定温度まで降下させる請求項第１項か
   ら第９項記載のレプリカ製作方法。 １１、レプリカ製作用金型を、レプリカ製作前にあらか
   じめベーキングする第１項から請求項第９項記載のレプ
   リカ製作方法。 １２、上記ベーキングが、上記金型を一定時間一定温度
   範囲に保つことで実行される請求項第１１項記載のレプ
   リカ製作方法。 １３、上記ベーキングが、レプリカ製作用金型およびレ
   プリカ材料のレプリカ製作中のベーキング温度に比べ、
   より高い温度で実行される請求項第１１項記載のレプリ
   カ製作方法。 １４、請求項第１項から第１３項記載のレプリカ製作方
   法を用いて製作されたレプリカ。 １５、請求項第１項から第１３項記載のレプリカ製作方
   法を用いて製作されたガラス製レプリカ。 １６、請求項第１項から第１３項記載のレプリカ製作方
   法を用いて製作された反射鏡レプリカ。 １７、ベーキング実行時に、レプリカ製作用金型を、レ
   プリカ製作用金型とレプリカ材料との隙間が大きくなる
   方向に移動してベーキングを行なう請求項第４項から第
   ９項記載のレプリカ製作方法。