JPWO2015194608A1 - 成形品、成形型及び成形型の製造方法 - Google Patents

Abstract

巨視的に鏡面状の成形面である上面（１０ａ）を有し、上面（１０ａ）上の局所的な領域に凹で形成される装飾部（１０ｄ）を有し、装飾部（１０ｄ）の段差量は、上面（１０ａ）から対称的な形状成分を加味した凹凸成分の半分より小さいため、成形品（１０）の成形において、硬化収縮時の応力が上面（１０ａ）全体に分散されて特定の部分に集中することがなくなり、成形材であるガラスがスムーズに離型されるため、透明な材料に装飾部（１０ｄ）を設けても、白濁及び欠けがない成形品（１０）を得ることができる。

Description

本発明は、透明な材料で形成され表面に文字、模様、図柄等の装飾部を有する成形品、当該成形品を製造するための成形型、及び当該成形型の製造方法に関する。

装飾パネルとして、透明な材料の表面に文字、模様、図柄等を表した凹凸（装飾部）を有するものをモールド法にて製造する場合、所望の装飾部の形状を反転させた装飾転写部を成形型に設ける必要がある。ここで、成形型の表面粗さが平坦なほど、成形される成形品の透明性が高くなるため、成形型の転写面全域を鏡面に仕上げる必要がある。例えば、レーザー彫刻によって樹脂成形品の表面に装飾部を有する凹構造を加工した場合、加工面の表面粗さが悪くなり、白濁してしまう。しかし、特許文献１に記載の装飾パネルの製造方法では、成形型上にインクによって形成された文字、模様、図柄等を印刷し、そのインクの凹凸をアクリル樹脂等に転写させることで、成形品の表面に装飾部を白濁させることなく形成している。

モールド成形では、溶けた成形材を成形型に流し込み、成形型の装飾転写部を転写した後、成形材が硬化するという現象が起こる。しかし、成形型の転写面に装飾転写部が設けられていると、成形材は装飾転写部で成形型と干渉して自由に収縮することができず、硬化収縮時の応力が装飾転写部に集中する。この応力によって硬化後の成形材が成形型から離型できなくなる場合や、離型時に装飾部に欠けが発生する場合があり問題となる。ガラスのような脆く欠けやすい成形材を用いるときに、この応力による欠けが問題となりやすい。欠けが発生しないように、成形型の装飾転写部にテーパーを設けて離型しやすい形状にすることが行われているが、装飾が小さい場合、テーパーによって装飾も小さくなり視認性が悪くなる場合がある。特許文献１に記載の製造方法で白濁がおきないようにインクの凸凹を用いて装飾部を形成することができるが、インクをフィルム状の印刷基材に印刷したり、成形後に印刷基材をアクリル樹脂から引きはがす手間が発生してしまう。また、特許文献１には、装飾部の欠けに関する課題について記載されていない。

特開２００８−５５７６１号公報

本発明は、透明な材料の表面に文字、模様、図柄等の装飾部を設けても、白濁及び欠けがない成形品を提供することを目的とする。

また、本発明は、上述の成形品を製造するための成形型及び当該成形型の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る成形品は、所定領域で巨視的に鏡面状の成形面を有し、所定領域内であって成形面上の局所的な領域に凹及び凸のいずれかで形成される装飾部を有し、装飾部の段差量は、成形面から対称的な形状成分を加味した凹凸成分の半分より小さい。ここで、巨視的に鏡面状とは、微視的に観察すると凹凸を有するが、所定領域を全体的に観察すると鏡面状であることを意味する。対称的な形状成分とは、上記所定領域内の断面において微細な凹凸をならした近似曲線を意味する。

上記成形品によれば、装飾部の段差量は成形面全体から見れば微小であり、成形面の凹凸の主成分が鏡面状の凹凸成分すなわちうねり成分となる。そのため、硬化収縮時の応力は成形面全体に分散されて特定の部分に集中することがなくなり、成形材をスムーズに離型することができる。これにより、透明な材料に装飾部を設けても、白濁及び欠けがない成形品となる。特に、成形材がガラスのような脆い材料である場合でも装飾部に欠けが発生しなくなり、装飾部のエッジが立つので、たとえ、装飾部の段差量が小さくても明確に認識できる。

本発明の具体的な態様又は観点では、上記成形品において、装飾部の段差をΔとし、成形面の表面形状のＰＶ値をＡ１としたときに、以下の条件式を満足する。
Ａ１／２＞Δ

本発明の別の観点では、装飾部の段差量は、１μｍ以下である。この場合、装飾部の輪郭を形成する段差部分で欠けが発生することを確実に防止することができる。

本発明のさらに別の観点では、成形品は、ガラスで形成される。

上記課題を解決するため、本発明に係る成形型は、所定領域で巨視的に鏡面状の転写面を有し、所定領域内であって転写面上の局所的な領域に凹及び凸のいずれかで形成される装飾転写部を有し、装飾転写部の段差量は、転写面から対称的な形状成分を加味した凹凸成分の半分より小さい。

上記成形型によれば、装飾転写部の段差量は転写面全体から見れば微小であり、転写面の凹凸の主成分が鏡面状の凹凸成分となる。そのため、硬化収縮時の応力は成形品の成形面全体に分散されて特定の部分に集中することがなくなり、成形材をスムーズに離型することができる。

本発明の具体的な態様又は観点では、上記成形型において、装飾転写部の段差をΔとし、転写面の表面形状のＰＶ値をＡ１としたときに、以下の条件式を満足する。
Ａ１／２＞Δ

本発明の別の観点では、転写面は、離型処理層を有する。この場合、離型処理層を剥離及び再形成すれば、１つの母材で装飾部の形状に応じた成形型を得ることができ、コストを削減することができる。

本発明のさらに別の観点では、離型処理層の厚さは、装飾転写部の段差量よりも大きい。この場合、離型処理層を剥離した後の成形型の母材を装飾転写部がない状態にすることができる。

上記課題を解決するため、本発明に係る成形型の製造方法は、成形型の転写面の所定領域を巨視的に鏡面状に加工する鏡面加工工程と、鏡面加工工程後、所定領域内の転写面上に装飾転写部に対応するマスクパターンを形成するマスク形成工程と、マスクパターンの露出部分をドライエッチングによってエッチングし、装飾転写部を形成する装飾加工工程と、を備える。

上記成形型の製造方法によれば、装飾転写部を形成する前に転写面全域を鏡面状に加工することにより、簡易に装飾転写部の段差量よりも大きい凹凸成分を有する成形面を得ることができる。また、例えばガスクラスターイオンビームを用いることにより、装飾部転写部は、表面粗さが平坦な面を加工することができ、鏡面加工工程で得られた鏡面性と同等かそれ以上の鏡面性を得ることができる。これにより、転写面全域において鏡面状態を保つことができる。

本発明の具体的な態様又は観点では、上記成形型の製造方法において、ドライエッチングにおいて、ガスクラスターイオンビームを用いる。この場合、ガスクラスターイオンビームの照射時間等によって、１μｍ以下のような微小な加工量も高精度に狙うことができる。

本発明の別の観点では、鏡面加工工程後、マスク形成工程前に、鏡面状の下地面上に離型処理層を形成する層形成工程を備える。この場合、離型処理層上に装飾転写部を形成することができる。

本発明のさらに別の観点では、鏡面加工工程において、転写面は、機械研磨によって鏡面加工される。

図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る成形品を説明する概念的な斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す成形品の概念的な断面図である。 図１Ａの成形品を成形するための成形型を説明する拡大断面図である。 図３Ａは、成形品の特定断面での表面形状を説明する概念図であり、図３Ｂは、図３Ａの表面形状から球面成分を除いたものを説明する概念図であり、図３Ｃは、図３Ｂの表面形状をさらに拡大して説明する図である。 図４Ａは、成形品の形状的な特徴を説明する断面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示す成形品を成形するための転写面の断面図である。 図５Ａ及び５Ｂは、第１実施形態に係る成形品の製造に用いる成形装置を説明する図である。 図２に示す成形型の製造に用いるエッチング装置を説明する図である。 第２実施形態に係る成形品を成形するための成形型を説明する拡大断面図である。

〔第１実施形態〕
図１Ａ及び１Ｂ等を参照して、本発明の第１実施形態に係る成形品について説明する。

成形品１０は、ガラスのプレス成形等によって形成される透明又は光透過性を有する部材である。成形品１０は、矩形の輪郭を有する板状の部材であるが、図１Ｂに示すように、断面に沿った特定方向に関して中央が厚くなっており、円筒又は蒲鉾状の外形を有する。成形品１０の上面１０ａは、全体的な領域１０ｎが円筒面となっており、成形品１０の下面１０ｂや側面１０ｃは、平坦面となっている。これらのうち、上面１０ａと下面１０ｂとは、成形されたままの状態で鏡面状の成形面となっている。側面１０ｃについては、成形時の鏡面状の成形面を残すこともできるが、磨りガラス状の加工を施すこともできる。なお、本実施形態において、所定領域として上面１０ａ全域が鏡面状となっているが、上面１０ａのうち後述する装飾部１０ｄを含む領域が鏡面状になっていればよく、例えば成形品１０の外縁付近については鏡面状でなくてもよい。

成形品１０の上面１０ａにおいて、円筒面の領域１０ｎのうち局所的な領域からレリーフ状の突起パターンとして装飾部１０ｄが形成されている。装飾部１０ｄは、文字、模様、図柄等を表した立体的な構造部分であり、例えば略一様な厚みを有する。装飾部１０ｄの厚み又は段差量は、例えば数μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以下である。なお、成形品１０の厚みは数ｍｍ程度となっている。

成形品１０は、例えばカバーガラスその他の装飾部品又は装飾用品として用いることができる。成形品１０の上面１０ａに形成された装飾部１０ｄは、数μｍ以下と極めて低いが、成形品１０に当てる光の角度や観察方向の調整によって淡く浮き出す模様として観察される。このため、成形品１０は、無色又は有色の透明部材であることが望ましい。

成形品１０の上面１０ａに設けられた装飾部１０ｄは、エッジの立った形状を有する。つまり、装飾部１０ｄは、輪郭に対応する側面１１ａと、側面１１ａに囲まれた平坦面１１ｂとを有する。側面１１ａは、鏡面状の周囲の領域１０ｎから略垂直に立ち上がっている。仮に側面１１ａが周囲の領域１０ｎから略垂直に立ち上がっていなければ、その段差が少ないこともあって視覚的に認識できなくなる。また、段差量が大きいほど装飾部１０ｄの視認は容易になると言える。その一方で、側面１１ａの段差量が大きいと、プレス成形が困難になる。つまり、略垂直に立ち上がる部分は、成形型（不図示）と噛み合う傾向が強く、この成形型の熱膨張係数と成形品１０の熱膨張係数とに比較的大きな差がある場合、装飾部１０ｄの側面１１ａのエッジに応力が集中して欠けが発生しやすくなり、離型も容易でなくなる。そのため、成形品１０の良品の製造が困難になり或いは歩留まりが低下する。このように、装飾部１０ｄの段差の設定は、適度な見やすさと製造の容易さとをバランスさせることが容易でないという事情があった。

ところで、成形品１０の面１０ａ，１０ｂは、設計通りの曲面又は平面であることが望ましいが、金型の加工精度等に起因して若干の僅かなうねりを有するものとなる。このようなうねりは、成形品１０が光学部品等である場合、極めて少なく設定されるのが通常であるが、用途によっては許容値をある程度大きくできる可能性もある。そして、うねりが成形品１０の微細な段差よりも十分に大きければ、成形時に段差に応力が集中しにくくなり、成形品１０の離型が容易になって成形品１０の装飾部１０ｄに欠けが生じにくくなると考えられる。本願発明者は、この点に着目し、成形品１０の装飾部１０ｄを見やすいものとしつつ製造に際して欠けが形成されにくくなるような成形方法や成形型を考案した。

以下、図１Ａ等に示す成形品１０を製造するための成形型及び成形装置の一例について具体的に説明する。

図２に示すように、成形型４０は、上型４１と下型４２とを有する。上型４１には、転写面４１ａが形成され、下型４２にも、転写面４２ａが形成されている。上型４１の転写面４１ａは、鏡面状に加工され、全体として対称性を有するが、成形品１０の装飾部１０ｄに対応する装飾転写部４１ｄを有する。下型４２の転写面４２ａは、鏡面状に加工され、全体として対称性を有する。上型４１と下型４２との間には、溶融ガラスＧＭがプレスされた状態で充填されている。この溶融ガラスＧＭは、平板状の成形品１０に成形され、成形品１０には、装飾転写部４１ｄに対応する装飾部１０ｄが形成される。なお、上型４１と下型４２との間には隙間を設けている。これは、溶融ガラスＧＭの体積に変動があっても同様の厚みの成形品１０を成形するためである。

図３Ａ〜３Ｃを参照して、成形品１０の装飾部１０ｄとして目的とする段差の形成を可能にするような成形品１０の表面のうねりについて説明する。図３Ａは、図１Ｂに対応し、成形品１０の上面１０ａの形状を誇張して示した図となっている。上面１０ａは、円筒面であり、点線で示すような円弧３１となるべきところ、実際は、実線で示すように非対称的なうねりＵを有する形状となっている。円弧３１は、対称的な形状成分である近似Ｒであり、上面１０ａを例えば最小自乗法によってフィッティングすることで得られる。図３Ｂは、上面１０ａの形状を近似Ｒである円弧３１からの偏差として示した図である。図３Ｃは、図３Ｂを縦方向にさらに拡大した図であり、上面１０ａのうねりＵが誇張された状態で示されている。上面１０ａに形成された装飾部１０ｄは、上面１０ａのうねりＵに重畳する状態で周囲の領域１０ｎから突起している。

図３Ｃに示す例では、上面１０ａのうねり成分のＰＶ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ）値は、上面１０ａにおける装飾部１０ｄの段差量、つまり装飾凹凸段差Δよりも大きくなり、成形品１０の製造時に、装飾部１０ｄの段差に応力が集中しにくくなるので、装飾部１０ｄに欠けを生じさせないで、成形品１０の離型性を確保でき、ガラスのような脆い材料であっても装飾部１０ｄの外周に欠けが生じにくいものとなっている。

図４Ａ及び４Ｂを参照して、成形品１０の上面１０ａ又は上型４１の転写面４１ａに形成される装飾凹凸段差Δの適正な範囲について考える。図３Ｃでも説明したように、装飾凹凸段差Δが成形品１０の上面１０ａ又は上型４１の転写面４１ａに形成されているうねり成分のＰＶ値よりも小さければ装飾部１０ｄに欠けが生じにくいが、製品上で装飾凹凸段差Δとうねり成分とを区別して計測等を行うことは容易でない。このため、うねり成分のＰＶ値に代えて表面形状のＰＶ値を用いる。表面形状のＰＶ値をＡ１とし、うねり成分のＰＶ値をＡ０とした場合、
Ａ１≦Ａ０＋Δ、つまりＡ０≧Ａ１−Δ … （１）
となる。ここで、うねり成分のＰＶ値Ａ０が装飾凹凸段差Δよりも大きいことが前提となっており、
Ａ０＞Δ … （２）
が満たされるべきであり、より確実には
Ａ１−Δ＞Δ … （３）
が満たされるものとする。つまり、
Ａ１／２＞Δ … （４）
が満たされるものとする。すなわち、装飾部１０ｄの段差量は、上面１０ａから対称的な形状成分を加味した凹凸成分、すなわち表面形状のＰＶ値Ａ１の半分より小さくなっている。ここで、対称的な形状成分とは、所定領域内の断面において微細な凹凸をならした近似曲線を意味しており、図３Ａ及び３Ｂで説明した近似Ｒと同意である。上記の式（４）の式を満たす場合、成形品１０の上面１０ａに形成される装飾凹凸段差Δが成形品１０の上面１０ａに形成されているうねり成分のＰＶ値よりも確実に小さくなり、成形品１０の製造時に成形品１０の離型性を確保でき、装飾部１０ｄの外周に欠けが生じることを防止できる。

以上は、成形品１０又は上型４１の特定断面について考えたが、成形品１０の任意の断面において同様の条件が成り立つことが望ましく、図３Ａの円弧３１は、円筒面その他の対称形状成分（又は対称形状成分面）で考えることが厳密である。このような対称形状成分に対する成形品１０の上面１０ａ又は上型４１の転写面４１ａの偏差又は面精度として処理することで、装飾凹凸段差Δや凹凸成分のＰＶ値Ａ１の管理の確実性が増す。

図５Ａに示すように、図２に示す成形型４０を組み込んだ成形装置１００は、原材料であるガラスを溶融して直接プレスする加圧成形のための装置である。成形装置１００は、主要な部材である金型装置６０の他に、成形品１０の製造にあたって金型装置６０に移動、開閉動作等を行わせるための制御駆動装置１００ａ、ガラス滴形成装置１００ｂ（図５Ｂ参照）等をさらに備える。

金型装置６０は、固定側の第１成形型６１と、可動側の第２成形型６２とを備える。第１成形型６１は、その先端に図４に示す成形型４０のうち下型４２に相当する部分を有し、第２成形型６２は、その先端に成形型４０のうち上型４１に相当する部分を有する。成形の際、第１成形型６１は固定状態に維持され、第２成形型６２は第１成形型６１に対向するように移動して、両型６１，６２を互いに突き合わせるような型閉じが行われる。

図５Ａを参照しつつ第１成形型６１について説明する。第１成形型６１は、下型４２と、支持部６１ｂと、ヒーター部６１ｃとを備える。第１成形型６１のうち下型４２は円筒状であり、転写面４２ａを有する。第１成形型６１の支持部６１ｂの根元に設けたヒーター部６１ｃには、下型４２を適度に加熱するための電気ヒーター６１ｈが内蔵されている。

次に、第２成形型６２について説明する。第２成形型６２は、上型４１と、支持部６２ｂと、ヒーター部６２ｃとを備える。第２成形型６２のうち上型４１は円筒状であり、転写面４１ａを有する。第２成形型６２の支持部６２ｂの根元に設けたヒーター部６２ｃには、上型４１を適度に加熱するための電気ヒーター６２ｈが内蔵されている。

第２成形型６２と第１成形型６１とは、加圧成形時において、第２成形型６２の転写面４１ａと、第１成形型６１の転写面４２ａとがそれぞれ同軸に配置され、プレス時及び冷却時に互いに所定間隔だけ離間する等、適切な位置関係を保つものとなっている。

制御駆動装置１００ａは、金型装置６０又は成形型４０による成形品１０の成形のために、電気ヒーター６１ｈ，６２ｈへの給電の制御や、第１成形型６１及び第２成形型６２の開閉動作等の成形装置１００全体の制御を行う。なお、制御駆動装置１００ａに駆動された第２成形型６２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６１，６２を合わせて型閉じを行う際には、まず第１成形型６１の上方位置に第２成形型６２を移動させて両型６１，６２の軸ＣＸ１，ＣＸ２を一致させ、延いては上側の転写面４１ａと下側の転写面４２ａとをそれぞれ一致させ、第２成形型６２を降下させて第１成形型６１側に所定の力で押し付ける。

図５Ｂに示すように、ガラス滴形成装置１００ｂは、原材料供給部９１を有する。原材料供給部９１は不図示のヒーターにより加熱され、原材料供給部９１内のガラスを溶融状態にしており、ノズル９１ａから滴下されるガラスの溶融状態を維持している。原材料供給部９１は、制御駆動装置１００ａにより移動や溶融ガラスＧの滴下タイミングが制御される。

原材料供給部９１は、不図示の坩堝等で溶融させた溶融ガラスＧを溜めており、所定のタイミングで溶融ガラスＧをノズル９１ａから吐出することにより、液滴状の溶融ガラスＧである溶融ガラス滴ＧＤを滴下させる部分である。

以下、成形品１０の製造方法の一例について説明する。図５Ｂに示すように、原材料供給部９１のノズル９１ａから滴下された溶融ガラス滴ＧＤを下型４２の転写面４２ａで受ける。溶融ガラス滴ＧＤは、第１成形型６１に設けた下型４２の転写面４２ａ上に広がって冷却される。そして、下型４２上の溶融ガラスが完全に固化する前であって加圧変形可能な温度の間に、下型４２上の溶融ガラスに第２成形型６２に設けた上型４１を相対的に押圧して成形する（成形工程）。この際、第１成形型６１の上方位置に第２成形型６２を移動させて両型６１，６２の軸ＣＸ１，ＣＸ２を一致させ、延いては上側の転写面４１ａと下側の転写面４２ａとを対向させた状態で押圧する。なお、第２成形型６２は、第１成形型６１と同程度の温度に加熱されている。その後、上下型４１，４２間の融合ガラスの温度が漸次低下していくことにより、上下面１０ａ，１０ｂ等を有する装飾パネルとしての成形品１０が成形される。成形品１０を十分に冷却した後、第１成形型６１及び第２成形型６２の加圧を解除して、第２成形型６２を上昇させることにより、成形品１０を離型し、型外へ取り出す（取出工程）。

以下、図２及び図４Ｂ等に示す成形型４０、特に装飾転写部４１ｄを設けた上型４１の製造方法の一例について具体的に説明する。

成形型４０のうち、上型４１は、切削等によって所望の形状に形成され、鏡面状に形成された下地面４１ｊを表側に有している。上型４１の下地面４１ｊは、巨視的には、対称形状を有するものであり、具体的には円筒の凹面に切削加工される。ここで、下地面４１ｊは、微視的には、図４Ｂに示すようなうねりを有している。このようなうねり成分のＰＶ値（振れ幅）は、装飾転写部４１ｄの深さに対応した値を有し、具体的には数μｍ以上（例えば８μｍ）となっている。下地面４１ｊのうねりは、加工制御によって強制的に設けることができるが、加工精度として不可避的に生じるものであってもよい。下地面４１ｊは、仕上げ加工によって最終的には巨視的に全域が鏡面状の転写面４１ａとなる（鏡面加工工程）。ここで、巨視的に鏡面状とは、微細に観察すると凹凸を有するが、所定領域を全体的に観察すると鏡面状であることを意味する。なお、上型４１の下地面４１ｊすなわち鏡面は、切削によって仕上げることもできるが、最後に機械研磨工程を追加することもできる。

その後、上型４１の下地面４１ｊには、所望の輪郭を有する浅い凹部が形成され、装飾転写部４１ｄとされる。装飾転写部４１ｄの形成には、例えばドライエッチング（具体的にはガスクラスターイオンビーム）が利用される。鏡面加工工程後の転写面４１ａに、マスクパターンを形成し（マスク形成工程）、マスクパターンの露出部分をエッチングすることで、転写面４１ａ上に所望のパターンを有する装飾転写部４１ｄを形成することができる（装飾加工工程）。

図６は、上型４１の下地面４１ｊ又は転写面４１ａに装飾転写部４１ｄを形成するためのエッチング装置の一例を示す。このエッチング装置３００は、上型４１となるべき被加工物ＷＡ表面のエッチングのためにガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）を照射するものであり、装置本体７０と、支持装置駆動部８１と、制御装置８２とを備える。

装置本体７０は、真空技術を利用してエッチングによる研磨を行う装置であり、ソースチャンバー７１ａとイオンチャンバー７１ｂとプロセスチャンバー７１ｃとを備える。各チャンバー７１ａ，７１ｂ，７１ｃには、真空ポンプを含む排気装置７２が付随している。

ソースチャンバー７１ａは、ガスを真空中に噴射する部分である。ガス源７３ａから延びるノズル７３ｂから供給されるガスは、例えばアルゴンガス、酸素ガス、窒素ガス、ＳＦ_６ガス、ヘリウムガスの他、化合物の炭酸ガス等であり、２種以上のガスを混合することも可能である。ソースチャンバー７１ａとイオンチャンバー７１ｂとを仕切るスキマー７３ｃは、開口を有し、ノズル７３ｂから噴射された高圧ガスのうち中心側のガスクラスターを選択的に通過させてビーム化する。つまり、ソースチャンバー７１ａからは、ガスクラスタービームＢ１が射出される。

イオンチャンバー７１ｂは、ガスクラスタービームＢ１を研磨用のガスクラスターイオンビームＢ２にする部分である。イオンチャンバー７１ｂにおいて、上流のイオン化部７４ａは、フィラメントを有する。このフィラメントからの熱電子をガスクラスタービームＢ１に衝突させることで、ガスクラスタービームＢ１を荷電粒子ビームとする。下流のレンズ部７４ｃは、加速部７４ｂを経た荷電粒子ビームを照射軸ＡＸに沿って略平行に進むビームとする。この結果、イオンチャンバー７１ｂの内部アパーチャー７４ｆからは、コリメートされ比較的大きな直径を有するガスクラスターイオンビームＢ２が射出される。内部アパーチャー７４ｆは、シャッター機能も有しており、ガスクラスターイオンビームＢ２を所望のタイミングでオン・オフすることができる。

ガスクラスターイオンビームＢ２を構成する粒子は、後述する被加工物ＷＡに照射されることによる被加工物ＷＡとの衝突によって壊れ、その際に、クラスター構成原子又は分子と被加工物構成原子又は分子との多体衝突が生じ、被加工物ＷＡの表面に対して水平方向への運動が顕著となる。これにより、被加工物ＷＡの表面における突起が主に削られ、原子サイズでの平坦な超精密研磨が可能となる。

プロセスチャンバー７１ｃは、被加工物ＷＡに対してガスクラスターイオンビームＢ２を衝突させてサブミクロン又はナノメートルのオーダーで精密研磨処理する部分であり、支持装置７５を備える。支持装置７５は、ステージ７５ａを有し、被加工物ＷＡをステージ７５ａ上に支持してガスクラスターイオンビームＢ２に対する被加工物ＷＡの姿勢を所望の状態に調整する。被加工物ＷＡは、成形型４０の上型４１の加工前すなわち転写面４１ａに装飾転写部４１ｄを形成する前の状態に対応し、装飾転写部４１ｄとなるべき部分を除いた残りの部分にマスクＭＡを形成したものとなっている。

制御装置８２は、装置本体７０の動作を統括的に制御している。つまり、制御装置８２は、装置本体７０を適宜動作させて被加工物ＷＡの表面をエッチングし、所望の深さの凹部を形成する。この凹部は、上型４１の転写面４１ａに形成すべき装飾転写部４１ｄに相当する。その他、制御装置８２は、ガス源７３ａ、イオン化部７４ａ、加速部７４ｂ、レンズ部７４ｃ、排気装置７２等の動作状態を直接的又は間接的に監視し制御している。

エッチングに際しては、被加工物ＷＡをステージ７５ａ上に固定する。被加工物ＷＡは、下地面４１ｊを形成した上型４１であり、転写面４１ａとなるべき鏡面状の下地面４１ｊがマスクＭＡによって局所的に覆われている。マスクＭＡは、レジストその他で形成され装飾転写部４１ｄに対応する位置に開口ＴＨを有している。被加工物ＷＡにガスクラスターイオンビームＢ２を所定時間照射すると、開口ＴＨの部分で下地面４１ｊがエッチングされ、凹部として装飾転写部４１ｄを形成することができる。この装飾転写部４１ｄの深さは、上述のように数μｍ以下、好ましくは１μｍ以下である。このように、ガスクラスターイオンビームは、照射時間等の調整によって、１μｍ以下のような微小な加工量も高精度に狙うことができるため、本工程に適している。

図６に示すエッチング装置３００を用いた場合、装飾転写部４１ｄに鏡面を形成できる。つまり、ＧＣＩＢによる加工粗さは、研磨面（鏡面）と同等かそれ以上とできるので、装飾転写部４１ｄの底面は、鏡面となる。上型４１の下地面４１ｊが研削による場合、平滑性があまり良好でない場合もあり得る。この場合、被加工物ＷＡを一旦プロセスチャンバー７１ｃ外に取り出してマスクＭＡを除去するならば、転写面４１ａ全体をＧＣＩＢで軽くエッチングすることができ、転写面４１ａの鏡面性を高めることができる。

本実施形態の成形品等によれば、装飾部１０ｄの段差量が成形面である上面１０ａ全体から見れば微小であり、上面１０ａの凹凸の主成分が上面１０ａ全域に及ぶ鏡面状の凹凸成分又はうねり成分となる。そのため、硬化収縮時の応力は上面１０ａ全体に分散されて特定の部分に集中することがなくなり、成形材であるガラスをスムーズに離型することができる。これにより、透明な材料に装飾部１０ｄを設けても、白濁及び欠けがない成形品１０となる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明に係る第２実施形態の成形品、成形型等について説明する。第２実施形態の成形品等は、第１実施形態の成形品等を一部変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態と同様である。

図７は、第２実施形態の成形品を成形するための成形型を説明する図であり、図４Ｂを一部変更したものとなっている。上型４１は、母材４１ｐの下地面１４１ｊ上に離型処理層４１ｑを設けたものである。上型４１において、離型処理層４１ｑの表面である下地面４１ｊに第１実施形態と同様のドライエッチング等によって装飾転写部４１ｄが形成されている。つまり、図６に示すエッチング装置３００を用い、ステージ７５ａ上に被加工物ＷＡをセットする。この場合、被加工物ＷＡは、上型４１の母材４１ｐ上に離型処理層４１ｑを形成した状態に対応し、装飾転写部４１ｄとなるべき部分を除いた残りの部分にマスクＭＡを形成したものとなっている。離型処理層４１ｑは、例えば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）、又は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）等で形成される層であり、化学的或いは物理的な成膜法（例えばコート又はメッキ等）によって形成される（層形成工程）。層形成工程は、第１実施形態で説明した鏡面加工工程後、マスク形成工程前に行われる。

離型処理層４１ｑの厚みｔは、装飾転写部４１ｄの装飾凹凸段差Δよりも大きいことが前提となっており、
ｔ＞Δ … （５）
となっている。このように、離型処理層４１ｑの厚みｔの値を装飾凹凸段差Δよりも大きくすることにより、エッチングによって形成される装飾転写部４１ｄにおいて母材４１ｐの下地面１４１ｊが露出することを防止できる。離型処理層４１ｑの厚みｔは、具体的には１μｍ以上、好ましくは数μｍ以上となっている。なお、離型処理層４１ｑのうねり成分は、母材４１ｐの下地面１４１ｊと略等しくなっている。離型処理層４１ｑに形成する装飾凹凸段差Δと、離型処理層４１ｑ又は下地面１４１ｊのうねり成分ＰＶ値Ａ０等との関係は、第１実施形態の場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。

本実施形態のように上型４１に離型処理層４１ｑを設けることにより、装飾転写部４１ｄの変更が容易である。つまり、離型処理層４１ｑをウェットエッチング等によって除去すると、母材４１ｐの下地面１４１ｊが露出し、この下地面１４１ｊは既定のうねりを有するので、この下地面１４１ｊ上に再度離型処理層４１ｑを形成し、ドライエッチング等によって別パターンの装飾転写部４１ｄを形成すれば、１つの母材４１ｐに複数種類の装飾転写部４１ｄを簡易に設けることができ、コストダウンを達成できる。なお、離型処理層４１ｑは、これが劣化した場合に剥離することもできる。この場合、上型４１の寿命を比較的長くすることができる。

なお、離型処理層４１ｑに装飾転写部４１ｄを形成した後、離型処理層４１ｑの表面である転写面４１ａ全体をＧＣＩＢで軽くエッチングすることができ、転写面４１ａの鏡面性を高めることができる。

以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、成形品１０の上面１０ａは、円筒面に限らず、平面、球面、放物面等とすることができる。この場合、平面、球面、放物面等の理想面からのずれをうねり成分と考えるものとする。

以上の説明では、成形品１０の上面１０ａにのみ装飾転写部４１ｄを形成する場合について説明したが、下型４２も上型４１と同様に加工することで、下面１０ｂにも同一パターン又は別パターンの装飾転写部４１ｄを形成することができる。

また、上記実施形態において、エッチングによって上型４１に装飾転写部４１ｄを形成するためのマスクＭＡは、下地面４１ｊをコートするレジストに限らず、上型４１から離れて配置される金属板であってもよい。この場合、金属板に形成された開口パターンに対応する装飾転写部４１ｄを形成することができる。

また、上記実施形態において、成形品１０をガラスで形成したが、樹脂で形成してもよい。

また、上記実施形態において、装飾部１０ｄを凸状としたが、凹形状にしてもよい。この場合、成形型４０の装飾転写部４１ｄは、装飾部１０ｄの形状に対応した凸形状となる。

Claims (12)

1. 所定領域で巨視的に鏡面状の成形面を有し、
   前記所定領域内であって前記成形面上の局所的な領域に凹及び凸のいずれかで形成される装飾部を有し、
   前記装飾部の段差量は、前記成形面から対称的な形状成分を加味した凹凸成分の半分より小さい成形品。
2. 前記装飾部の段差をΔとし、前記成形面の表面形状のＰＶ値をＡ１としたときに、以下の条件式を満足する、請求項１に記載の成形品。
   Ａ１／２＞Δ
3. 前記装飾部の段差量は、１μｍ以下である、請求項１及び２のいずれか一項に記載の成形品。
4. ガラスで形成される、請求項１から３までのいずれか一項に記載の成形品。
5. 所定領域で巨視的に鏡面状の転写面を有し、
   前記所定領域内であって前記転写面上の局所的な領域に凹及び凸のいずれかで形成される装飾転写部を有し、
   前記装飾転写部の段差量は、前記転写面から対称的な形状成分を加味した凹凸成分の半分より小さい成形型。
6. 前記装飾転写部の段差をΔとし、前記転写面の表面形状のＰＶ値をＡ１としたときに、以下の条件式を満足する、請求項５に記載の成形型。
   Ａ１／２＞Δ
7. 前記転写面は、離型処理層を有する、請求項５及び６のいずれか一項に記載の成形型。
8. 前記離型処理層の厚さは、前記装飾転写部の段差量よりも大きい、請求項７に記載の成形型。
9. 成形型の転写面の所定領域を巨視的に鏡面状に加工する鏡面加工工程と、
   前記鏡面加工工程後、前記所定領域内の前記転写面上に装飾転写部に対応するマスクパターンを形成するマスク形成工程と、
   前記マスクパターンの露出部分をドライエッチングによってエッチングし、前記装飾転写部を形成する装飾加工工程と、
   を備える成形型の製造方法。
10. 前記ドライエッチングにおいて、ガスクラスターイオンビームを用いる、請求項９に記載の成形型の製造方法。
11. 前記鏡面加工工程後、前記マスク形成工程前に、鏡面状の下地面上に離型処理層を形成する層形成工程を備える、請求項９及び１０のいずれか一項に記載の成形型の製造方法。
12. 前記鏡面加工工程において、前記転写面は、機械研磨によって鏡面加工される、請求項９から１１までのいずれか一項に記載の成形型の製造方法。

Images