JPH05297210A - 回折格子の成形用金型及びその製造方法及び回折格子及びその製造方法 - Google Patents

回折格子の成形用金型及びその製造方法及び回折格子及びその製造方法

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JPH05297210A JP4100835A JP10083592A JPH05297210A JP H05297210 A JPH05297210 A JP H05297210A JP 4100835 A JP4100835 A JP 4100835A JP 10083592 A JP10083592 A JP 10083592A JP H05297210 A JPH05297210 A JP H05297210A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は高精度の信頼性の高い同一形状のガ
ラス製回折格子を大量にかつ安価に作製することを目的
とする。 【構成】 高強度な母材３１の上面に予め高精度に加工
した回折格子原盤の反転形状を複写した薄膜３２を貼付
し、その上に保護層４３を形成することにより、高精度
なガラス製回折格子を繰り返しプレス成形できる金型を
容易に得ることができ、この金型を用いてガラスを繰り
返しプレス成形することにより、回折格子原盤と同一形
状のガラス製回折格子を作製した。 【効果】 本発明の方法により回折格子原盤の反転形状
を持つ、ガラスを繰り返しプレス成形できる回折格子用
金型の作製が可能となり、この金型を用いてガラスをプ
レス成形することによって、回折格子原盤と同一形状の
非常に信頼性の高いガラス製回折格子を大量にかつ安価
に作製することを可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は非常に耐久性の良い、高
精度な形状を有するガラス製回折格子および回折格子を
安価に製造するための方法とそのために必要な成形用金
型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高精度な回折格子を作製するに
は、その加工の容易さから、樹脂を直接加工する方法や
成形による方法が採用されていた（特開昭５４−１１０
８５７号公報、特公昭６０−２５７６１号公報）。
【０００３】しかしながら、このような樹脂製の回折格
子は、温度や湿度等の環境の変化によって、樹脂が体積
変化を起こし、形状が変化するために、回折格子の精度
が悪くなるという欠点を有している。さらには、樹脂の
強度が低いために、表面に傷が入りやすいという欠点も
あり、樹脂製では非常に高精度の信頼性の高い回折格子
は得られていない。
【０００４】これに対して、ガラス製の回折格子は耐久
性が良く、表面に傷が入りにくく、環境の変化に対して
も精度が損なわれることはない。そこで、ガラス製回折
格子の作製方法として、ガラスを直接ドライエッチング
により回折格子形状に加工する方法が提案されている
（特開昭５５−５７８０７号公報）。
【０００５】ドライエッチングによってガラスを加工す
る方法は、ガラス表面に直接回折格子形状を加工するこ
とができるが、一つの回折格子を作製するのに非常に時
間がかかり、同一形状のものを大量に作製することはで
きないという欠点を有している。
【０００６】従って、これまでの方法では非常に高精度
の信頼性の高い回折格子を量産化できなかった。
【０００７】一方、最近では光学ガラス素子（例えば、
非球面ガラスレンズ）の量産方法として、ガラスをプレ
ス成形する方法が提案されている。
【０００８】この方法で高精度な光学ガラス素子を加圧
成形して製造するには良好な像形成品質が要求される。
このため金型材料としては高温度でもガラスに対して化
学的に不活性であり、ガラスの成形面となる部分が充分
硬く、擦傷等の損傷を受けにくく、高温での成形により
成形面が塑性変形や粒成長を起こさず、繰り返し成形が
行えるように耐熱衝撃性が優れ、さらに、超精密加工が
行えるように加工性に優れていることが必要である。こ
れらの必要条件をある程度満足する金型材料として、Ｓ
ｉＣまたはＳｉ3Ｎ4が報告されている（特開昭５２−４
５６１３号公報）。
【０００９】また、最近では超硬合金母材上に白金族合
金薄膜をコーティングした金型も提案されている（特開
昭６０−２４６２３０号公報）。
【００１０】ＳｉＣまたはＳｉ3Ｎ4を金型材料に用いた
場合、これらの材料は極めて硬度が高いために、所望の
形状の成形用金型に加工することが非常に困難であり、
さらに、これらの材料はいずれも高温でガラスとの反応
性に富んでいるので、繰り返しプレス成形を行なうと、
ガラスが金型に付着し、高精度な回折格子が成形できな
くなるという欠点があった。
【００１１】また、超硬合金母材上に白金族合金薄膜を
コーティングした金型は研削加工は可能であるが、微細
形状に高精度に加工することができないという欠点があ
った。さらに、非常に高精度に加工するのに大変時間が
かかるという欠点があった。
【００１２】従って、これまでガラスをプレス成形して
回折格子を得るための金型の作製ができなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ガラスを繰り返しプレ
ス成形してガラス製回折格子を作製すれば、非常に高精
度の信頼性の高い回折格子の量産化が可能である。この
為には、非常に高強度で耐久性が良く、高精度のガラス
製回折格子のプレス成形用金型が必要である。しかしな
がら、従来の金型作製方法では回折格子用の金型を作製
することはできなかった。
【００１４】以上の欠点を克服するために、本発明では
ガラスを繰り返しプレス成形することができる、耐久性
の良い、非常に高精度のガラス製回折格子用金型を容易
に作製する方法を提供し、この金型を用いてガラスをプ
レス成形することにより、非常に高精度の信頼性の高い
回折格子を量産化することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するために、ガラスを繰り返しプレス成形することが
できるガラス製回折格子を作製するための金型を容易に
作製する方法を提供したものである。すなわち、予め高
精度に加工した回折格子原盤の表面に薄膜を形成し、回
折格子の反転形状を複写した薄膜のみを回折格子原盤よ
り精密に剥離し、ＷＣを主成分とする超硬合金、ＴｉＣ
あるいはＴｉＮを主成分とするサーメットまたはＷＣ焼
結体からなる母材の成形面に薄膜を貼付し、その表面に
Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕあるいはＯｓの中から少なくと
も１種類以上含有する白金族合金膜でコーティングする
ことにより、回折格子の成形用金型を作製し、この金型
を用いて、ガラスを繰り返しプレス成形することによっ
て、非常に高精度の耐久性の良いガラス製回折格子を大
量にかつ安価に製造できるようにしたものである。
【００１６】さらに、本発明の方法で作製した高精度の
回折格子は、ガラスに直接回折格子形状を形成したもの
であるので耐久性が大変優れ、直接樹脂で作製した回折
格子に比べて温度や湿度に対する変化が極めて少ない。
【００１７】
【作用】本発明のプレス成形用金型は、予め高精度に加
工した回折格子原盤の表面に薄膜を形成し、回折格子の
反転形状を複写した該薄膜のみを回折格子原盤より精密
に剥離し、ＷＣを主成分とする超硬合金、ＴｉＣあるい
はＴｉＮを主成分とするサーメットまたはＷＣ焼結体か
らなる母材の成形面に該薄膜を貼付し、その表面にＰ
ｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕあるいはＯｓの中から少なくとも
１種類以上含有する白金族合金膜を保護層として形成し
て構成されているので、非常に高強度で耐熱性にも優
れ、高温でもガラスと融着せず、繰り返しガラスをプレ
ス成形することができる。また、転写性にも優れている
ので回折格子原盤と同一の形状を持つガラス製回折格子
を再現性良く作製することができる。
【００１８】また、本発明の方法では、回折格子原盤の
形状を薄膜に写し取ったものを直接金型形状としている
ので、回折格子原盤の反転形状の金型を高精度に非常に
容易に作製することが可能となった。
【００１９】更に、本発明の回折格子はガラス製である
ので、耐久性に優れ、環境による形状変化もなく、非常
に信頼性の高いものとなる。
【００２０】
【実施例】以下、具体例について詳細に述べる。
【００２１】まず、本発明の回折格子のプレス成形用金
型の作製方法について、図面を用いて説明する。
【００２２】回折格子原盤は、平板ガラス基板にアルミ
ニウム（Ａｌ）を真空蒸着によって成膜し、ピッチが２
μｍ、深さ０．５μｍの鋸歯状の回折格子形状にルーリ
ングエンジンを用いて精密に加工したものを使用した。
回折格子原盤の断面図を図１に示す。図１に於て、１１
はガラス基板、１２は回折格子形状に加工したＡｌ薄膜
である。
【００２３】この回折格子原盤の表面に離型剤を塗布し
た後、ニッケル（Ｎｉ）蒸着膜を約０．１μｍの厚さで
形成し、その上に電気メッキ法によって５０μｍの厚み
のニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）合金メッキ薄膜を形成し
た。この様にして形成した薄膜を回折格子原盤より剥離
し、薄膜に回折格子原盤の反転形状を写し取った。この
状態の薄膜の断面構造を図２に示す。図２に於て、２１
はＮｉ−Ｐ合金メッキ膜、２２はＮｉ蒸着膜である。
【００２４】次に、この薄膜の裏面を平面に研磨し、接
着層を介して、直径２０mm、厚さ６mmのＴｉＮを主成分
とするサーメット円柱の上下の平面部分を鏡面に研磨し
た母材の表面に接着した。この状態での金型断面図を図
３に示した。図３に於て、３１はＴｉＮサーメット母
材、３２は回折格子の反転形状を写し取ったＮｉ−Ｐ合
金メッキ薄膜である。
【００２５】この状態の金型でガラスをプレス成形する
と、Ｎｉ−Ｐ合金薄膜の表面が酸化し高精度の回折格子
を作製することができなくなる。そこで、表面にスパッ
タリング法によって、約５μｍの厚みで白金−ルテニウ
ム−タンタル（Ｐｔ−Ｒｕ−Ｔａ）合金薄膜を保護層と
して形成した。
【００２６】以上のようにして、図４に示したような高
強度なＴｉＮを主成分とするサーメット母材３１の上面
に高精度に加工した回折格子原盤の反転形状を複写した
Ｎｉ−Ｐ合金薄膜３２を貼付し、その上にＰｔ−Ｒｕ−
Ｔａ合金保護層４３を形成した高精度なガラス製回折格
子のプレス成形用金型を容易に得ることができた。
【００２７】この様にして得られた回折格子のプレス成
形用金型は、回折格子原盤の形状をそのまま写し取った
ものであるので、この金型を用いてガラスをプレス成形
すれば、回折格子原盤と同一形状の高精度なガラス製回
折格子が得られる。
【００２８】次に、この回折格子のプレス成形用金型を
用いてガラスをプレス成形する方法について述べる。
【００２９】図５に本実施例で用いたプレス成形機の概
略図を示した。図５に於て、５１は上型用固定ブロッ
ク、５２は上型用加熱ヒーター、５３は上型、５４はガ
ラス平板、５５は下型、５６は下型用加熱ヒーター、５
７は下型用固定ブロック、５８は上型用熱電対、５９は
下型用熱電対、５１０はプランジャー、５１１は位置決
めセンサー、５１２はストッパー、５１３は覆いであ
る。
【００３０】前述の方法で作製した回折格子のプレス成
形用金型を上型５３とし、下型５５には、直径２０mm、
厚さ６mmのＴｉＮを主成分とするサーメット円柱の上下
の平面部分を鏡面に研磨した母材の表面に、スパッタリ
ング法によって約５μｍの厚みでＰｔ−Ｒｕ−Ｔａ合金
薄膜を保護層として形成した平面金型を用いた。この下
型５５の上に半径１０mm、厚さ１mmの円板形状に加工し
たＳＦ−８平板ガラス５４を置き、その上に上型５３を
置いて、そのまま５００℃まで昇温し、窒素雰囲気で約
４０kg/cm2のプレス圧により２分間圧力を保持し、その
後、そのままの状態で４００℃まで冷却して、成形され
たガラス平板を取り出して、ガラス製回折格子のプレス
成形工程を完了する。
【００３１】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金型５３及び５５を成形機より
取り外して、プレス面の状態を光学顕微鏡により観察
し、同時に、その時の表面粗さ（ｒｍｓ値、Å）を測定
して、それぞれの型精度を評価した。従来の金型材料で
は本実施例に示した高精度な回折格子形状に加工するこ
とはできないので、比較実験としては従来使用されてい
たＳｉＣ焼結体の平板金型およびＷＣを主成分とする超
硬合金母材にＰｔ−Ｉｒ合金膜を形成した平板金型を作
製し、同様に１００００回プレス成形を行い型精度を評
価した。
【００３２】プレス試験の結果を（表１）に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】試料Ｎｏ．２のＳｉＣ焼結体で作製した平
面金型は数回のプレス成形によって、上下両方の金型と
もに、表面にガラスが付着しそれ以上ガラスをプレスす
ることができなくなった。
【００３５】試料Ｎｏ．３のＷＣ母材のＰｔ−Ｉｒ合金
膜を形成した平面金型では、１００００回のプレス後で
も、表面粗さは上型が９．３Å、下型が９．１Åとな
り、プレス前とほとんど変化がなく、量産可能な金型で
あることがわかる。また、これらの金型の表面状態もプ
レス前の状態と全く変化していないことがわかった。し
かしながら、試料Ｎｏ．３のような構成で回折格子の金
型は、加工が困難なためできなかった。
【００３６】一方、試料Ｎｏ．１の上型の本発明の金型
はＳＦ−８ガラスを繰り返しプレス成形しても、表面状
態はまったく変化せず、１００００回プレス後も、表面
粗さの変化は認められなかった。従って、本発明の金型
は、試料Ｎｏ．２と同程度の金型寿命を持ち、しかも、
回折格子のプレス成形ができることがわかった。すなわ
ち、本発明の方法で得られた回折格子のプレス成形用金
型を用いてガラス平板をプレス成形することによって、
ガラス製回折格子の量産化が可能となった。
【００３７】また、プレス成形された１００００個のガ
ラス製回折格子の形状を測定すると、回折格子原盤と全
く同じ形状であることがわかった。更に、得られた回折
格子を、温度６０℃、湿度９５％の環境下で３００時間
放置した後、形状の変化を測定したが、全く変化がな
く、非常に信頼性に優れていることがわかった。
【００３８】以上のように、本発明の方法によって、ガ
ラス製回折格子をプレス成形するための金型を作製する
ことが可能となり、この方法で作製した金型は、非常に
耐久性が良く、長寿命で繰り返しガラス製回折格子をプ
レス成形することが可能となった。
【００３９】更に、作製された回折格子はガラス製であ
るので、非常に信頼性が高く、環境に対してもほとんど
変化しないという特徴を持つ。
【００４０】なお、本発明を説明するために、実施例に
於て、プレス成形用金型の母材として、ＴｉＮを主成分
とするサーメットを用いたが、ＷＣを主成分とする超硬
合金、ＴｉＣを主成分とするサーメットまたはＷＣ焼結
体を母材に用いても全く同様の結果が得られた。
【００４１】また、保護層としてＰｔ−Ｒｕ−Ｔａ合金
膜を用いたが、耐熱性があり、ガラスとの反応性の乏し
い他の白金族合金膜を用いても同様の結果が得られるこ
とは言うまでもない。
【００４２】さらには、回折格子原盤の反転形状を写し
取る薄膜の形成方法として、電析によるＮｉ−Ｐ合金メ
ッキ法を用いたが、回折格子原盤の反転形状を写し取る
ことができる方法であれば、どの様な方法であっても構
わない。
【００４３】以上のように、本発明によって非常に高精
度な信頼性の高いガラス製回折格子の量産化が可能とな
ったが、本発明を応用すれば、回折格子のみならず、こ
れまで作製が困難であった微細形状を持つ光学素子を
も、ガラスを成形することによって量産化が可能となる
ことは言うまでもない。
【００４４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば回折格子
原盤の反転形状を持つ、ガラスを繰り返しプレス成形で
きる回折格子用金型の作製が可能となり、この金型を用
いてガラスをプレス成形することによって、回折格子原
盤と同一形状の非常に信頼性の高いガラス製回折格子を
大量にかつ安価に作製することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に用いた回折格子原盤の断面図
【図２】本発明の実施例に於て、回折格子原盤の反転形
状を写し取ったＮｉ−Ｐ合金メッキ膜の断面図
【図３】ＴｉＮを主成分とするサーメット円柱の上下の
平面部分を鏡面に研磨した母材の表面に回折格子原盤の
反転形状を写し取ったＮｉ−Ｐ合金メッキ膜を接着した
状態での金型断面図
【図４】本発明の実施例における金型の断面図
【図５】本発明の実施例で用いたプレス成形機の概略図
【符号の説明】
１１ ガラス基板 １２ Ａｌ薄膜 ２１ Ｎｉ−Ｐ合金メッキ膜 ２２ Ｎｉ蒸着膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】予め高精度に加工した回折格子原盤の表面
    に薄膜を形成し、回折格子の反転形状を複写した前記薄
    膜のみを回折格子原盤より精密に剥離し、タングステン
    カーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、チタンカ
    ーバイド（ＴｉＣ）あるいはチタンナイトライド（Ｔｉ
    Ｎ）を主成分とするサーメットまたはＷＣ焼結体からな
    る母材の成形面に前記薄膜を貼付し、その表面に白金
    （Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ル
    テニウム（Ｒｕ）あるいはオスミウム（Ｏｓ）の中から
    少なくとも１種類以上含有する白金族合金膜を保護層と
    して形成して構成されることを特徴とする回折格子の成
    形用金型。
  2. 【請求項２】回折格子原盤の反転形状を複写する薄膜と
    して、耐熱性のある金属薄膜、金属酸化物薄膜、金属窒
    化物薄膜あるいは金属炭化物薄膜を用いることを特徴と
    する請求項１記載の回折格子の成形用金型。
  3. 【請求項３】予め高精度に加工した回折格子原盤の表面
    に薄膜を形成し、回折格子の反転形状を複写した前記薄
    膜のみを回折格子原盤より精密に剥離し、ＷＣを主成分
    とする超硬合金、ＴｉＣあるいはＴｉＮを主成分とする
    サーメットまたはＷＣ焼結体からなる母材の成形面に前
    記薄膜を貼付し、その表面にＰｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕあ
    るいはＯｓの中から少なくとも１種類以上含有する白金
    族合金膜でコーティングすることを特徴とする回折格子
    の成形用金型の製造方法。
  4. 【請求項４】予め高精度に加工した回折格子原盤の表面
    に電気メッキ、無電解メッキのウェット法あるいは真空
    蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングのドライ
    法によって薄膜を形成することを特徴とする請求項３記
    載の回折格子の成形用金型の製造方法。
  5. 【請求項５】予め高精度に加工した回折格子原盤の表面
    に薄膜を形成し、回折格子の反転形状を複写した前記薄
    膜のみを回折格子原盤より精密に剥離し、ＷＣを主成分
    とする超硬合金、ＴｉＣあるいはＴｉＮを主成分とする
    サーメットまたはＷＣ焼結体からなる母材の成形面に前
    記薄膜を貼付し、その表面にＰｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕあ
    るいはＯｓの中から少なくとも１種類以上含有する白金
    族合金膜を保護層として形成して構成される回折格子の
    成形用金型と、ＷＣを主成分とする超硬合金、ＴｉＣあ
    るいはＴｉＮを主成分とするサーメットまたはＷＣ焼結
    体からなる母材の成形面を平面に研磨し、その表面にＰ
    ｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕあるいはＯｓの中から少なくとも
    １種類以上含有する白金族合金膜を保護層として形成し
    て構成される平面金型の間にガラス平板を設置し、その
    ガラスの軟化点以上に加熱した後、加圧成形することを
    特徴する回折格子の製造方法。
  6. 【請求項６】予め高精度に加工した回折格子原盤の表面
    に薄膜を形成し、回折格子の反転形状を複写した前記薄
    膜のみを回折格子原盤より精密に剥離し、ＷＣを主成分
    とする超硬合金、ＴｉＣあるいはＴｉＮを主成分とする
    サーメットまたはＷＣ焼結体からなる母材の成形面に前
    記薄膜を貼付し、その表面にＰｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕあ
    るいはＯｓの中から少なくとも１種類以上含有する白金
    族合金膜を保護層として形成して構成される回折格子の
    成形用金型と、ＷＣを主成分とする超硬合金、ＴｉＣあ
    るいはＴｉＮを主成分とするサーメットまたはＷＣ焼結
    体からなる母材の成形面を平面に研磨し、その表面にＰ
    ｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕあるいはＯｓの中から少なくとも
    １種類以上含有する白金族合金膜を保護層として形成し
    て構成される平面金型の間にガラス平板を設置し、その
    ガラスの軟化点以上に加熱した後、加圧成形して作製さ
    れた回折格子。
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