JP2002255566A - ガラス用成形型及びガラス成形製品の製造方法 - Google Patents
ガラス用成形型及びガラス成形製品の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い形状精度を備えた光学素子や、表面に微
細な凹凸によってパターンが形成されたガラス基板など
を、プレス成形によって製造するためのガラス用成形型
を提供する。 【解決手段】 本発明のガラス用成形型は、ガラス状カ
ーボンで構成されている。成形型をガラス状カーボンで
構成することによって、型表面の研削及び研磨加工を高
い形状精度で行うことができる。また、型表面にフォト
リソグラフィ法を用いて微細なパターンを高い精度で形
成することも可能になる。従って、本発明のガラス用成
形型は、表面に幅がサブミクロン〜数ミクロン程度の微
細な凹凸によってパターンが形成されたガラス基板を製
造する際、その成形型として使用することができる。
細な凹凸によってパターンが形成されたガラス基板など
を、プレス成形によって製造するためのガラス用成形型
を提供する。 【解決手段】 本発明のガラス用成形型は、ガラス状カ
ーボンで構成されている。成形型をガラス状カーボンで
構成することによって、型表面の研削及び研磨加工を高
い形状精度で行うことができる。また、型表面にフォト
リソグラフィ法を用いて微細なパターンを高い精度で形
成することも可能になる。従って、本発明のガラス用成
形型は、表面に幅がサブミクロン〜数ミクロン程度の微
細な凹凸によってパターンが形成されたガラス基板を製
造する際、その成形型として使用することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば非球面レン
ズなどの高精度な光学素子や、その表面に微細な凹凸か
らなる平面的なパターンが形成されたガラス基板など
を、プレス成形によって製造する際に使用される成形型
に係る。
ズなどの高精度な光学素子や、その表面に微細な凹凸か
らなる平面的なパターンが形成されたガラス基板など
を、プレス成形によって製造する際に使用される成形型
に係る。
【０００２】
【従来の技術】近年、レンズやプリズムなどの光学素子
を製造する際、加熱して軟化させたガラス素材を成形型
を用いてプレス成形する方法が広く使用されている。こ
のような成形型を使用して高精度の光学部品を製造する
場合、その型表面（成形面）を高い形状精度で加工する
こと、及び型表面に鏡面加工を施す必要がある。このた
め、成形型の母材部分には、従来、超硬合金またはセラ
ミックスが使用されていた。更に、型表面へのガラスの
融着防止や酸化防止などの目的で、型表面を保護するた
め、一般的に、型表面には種々のコーティングが施され
る。
を製造する際、加熱して軟化させたガラス素材を成形型
を用いてプレス成形する方法が広く使用されている。こ
のような成形型を使用して高精度の光学部品を製造する
場合、その型表面（成形面）を高い形状精度で加工する
こと、及び型表面に鏡面加工を施す必要がある。このた
め、成形型の母材部分には、従来、超硬合金またはセラ
ミックスが使用されていた。更に、型表面へのガラスの
融着防止や酸化防止などの目的で、型表面を保護するた
め、一般的に、型表面には種々のコーティングが施され
る。
【０００３】（従来技術の問題点）従来、成形型の母材
部分に使用されている材料は、非常に硬く脆い材料であ
るので、その加工は、研削及び研磨によって行われてい
る。
部分に使用されている材料は、非常に硬く脆い材料であ
るので、その加工は、研削及び研磨によって行われてい
る。
【０００４】母材部分に従来の材料を使用した場合、非
球面、円筒面、トーリック面などを一様に加工すること
は、比較的容易である。しかし、例えば、回折格子、ハ
ードディスク、ＭＯディスクなどで用いられる微細な凹
凸からなるパターンは、加工用のダイヤモンド砥石が無
いので、研削によって加工することが不可能であり、ま
た、フォトリソグラフィを用いたエッチングでも、母材
の特性から、微細な溝を要求される寸法精度で加工する
ことは困難である。
球面、円筒面、トーリック面などを一様に加工すること
は、比較的容易である。しかし、例えば、回折格子、ハ
ードディスク、ＭＯディスクなどで用いられる微細な凹
凸からなるパターンは、加工用のダイヤモンド砥石が無
いので、研削によって加工することが不可能であり、ま
た、フォトリソグラフィを用いたエッチングでも、母材
の特性から、微細な溝を要求される寸法精度で加工する
ことは困難である。
【０００５】また、導波路のコアを成形するための成形
型でも、数μｍ角の溝加工が必要となる。この溝は複雑
な平面的なパターンで形成されるので、従来の加工法で
は溝加工が困難である。
型でも、数μｍ角の溝加工が必要となる。この溝は複雑
な平面的なパターンで形成されるので、従来の加工法で
は溝加工が困難である。
【０００６】なお、成形型の母材の上に機械加工が比較
的容易なメッキ層を設け、このメッキ層に微細加工を行
って回折格子などのパターンを形成した後、その表面に
ガラスの融着防止用の離型膜をコーティングする方法が
提案されている。しかし、この方法でも、溝の加工をダ
イヤモンドバイトを用いて行っているので、加工可能な
溝の幅や深さ、形成可能なパターンの種類、及び型表面
の表面粗さに限界がある。例えば、幅数μｍ程度の溝加
工は可能であるが、パターンは単純なものに限られる。
的容易なメッキ層を設け、このメッキ層に微細加工を行
って回折格子などのパターンを形成した後、その表面に
ガラスの融着防止用の離型膜をコーティングする方法が
提案されている。しかし、この方法でも、溝の加工をダ
イヤモンドバイトを用いて行っているので、加工可能な
溝の幅や深さ、形成可能なパターンの種類、及び型表面
の表面粗さに限界がある。例えば、幅数μｍ程度の溝加
工は可能であるが、パターンは単純なものに限られる。
【０００７】更に、成形型の母材部分を石英ガラスによ
って構成し、その表面にフォトリソグラフィを用いて微
細な凹凸によるパターンを形成することも提案されてい
る。しかし、この場合、成形対象のガラスの溶着を防止
するため、母材である石英ガラスの表面に離型膜をコー
ティングする必要がある。ここで、離型膜の膜厚とし
て、少なくとも数百ｎｍは必要となるので、幅が１μｍ
以下の溝を形成しようとする場合には、溝の中が離型膜
で埋まってしまうと言う問題がある。
って構成し、その表面にフォトリソグラフィを用いて微
細な凹凸によるパターンを形成することも提案されてい
る。しかし、この場合、成形対象のガラスの溶着を防止
するため、母材である石英ガラスの表面に離型膜をコー
ティングする必要がある。ここで、離型膜の膜厚とし
て、少なくとも数百ｎｍは必要となるので、幅が１μｍ
以下の溝を形成しようとする場合には、溝の中が離型膜
で埋まってしまうと言う問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来の成形型についての問題点に鑑み成されたもの
で、本発明の目的は、非球面レンズなどの高精度な光学
素子や、その表面に微細な凹凸によって平面的なパター
ンが形成されたガラス基板などを、プレス成形法によっ
て製造することを可能にする成形型を提供することにあ
る。
な従来の成形型についての問題点に鑑み成されたもの
で、本発明の目的は、非球面レンズなどの高精度な光学
素子や、その表面に微細な凹凸によって平面的なパター
ンが形成されたガラス基板などを、プレス成形法によっ
て製造することを可能にする成形型を提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のガラス用成形型
は、加熱して軟化させたガラス素材をプレス成形して成
形製品を製造する際に使用されるガラス用成形型であっ
て、ガラス状カーボンで構成され、型表面に微細な凹凸
からなるパターンがフォトリソグラフィによって形成さ
れていることを特徴とする。
は、加熱して軟化させたガラス素材をプレス成形して成
形製品を製造する際に使用されるガラス用成形型であっ
て、ガラス状カーボンで構成され、型表面に微細な凹凸
からなるパターンがフォトリソグラフィによって形成さ
れていることを特徴とする。
【００１０】また、本発明のガラス成形製品の製造方法
は、加熱して軟化させたガラス素材を成形型を用いてプ
レス成形して成形製品を製造する方法であって、前記成
形型として、ガラス状カーボンで構成され、型表面に微
細な凹凸からなるパターンがフォトリソグラフィによっ
て形成された成形型を用いることを特徴とする。
は、加熱して軟化させたガラス素材を成形型を用いてプ
レス成形して成形製品を製造する方法であって、前記成
形型として、ガラス状カーボンで構成され、型表面に微
細な凹凸からなるパターンがフォトリソグラフィによっ
て形成された成形型を用いることを特徴とする。
【００１１】本発明によるガラス用成形型の特徴につい
て説明する。
て説明する。
【００１２】ガラス状カーボンは、フルフリールアルコ
ール、フェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂
を、所定の粗形状に成形した後、加圧下で徐々に加熱す
ることによって、硬化させ更に炭素化させて作られる。
ガラス状カーボンは、無配向組織を有し、高い耐熱性及
び耐食性を備えるとともに、高い強度及び硬度を備えて
いる。更に、ガラス状カーボンは、一般的に使用されて
いる他の型材料とは異なり、ガラスとの間の離型性に優
れているので、型の表面に離型膜をコーティングする必
要が無い。
ール、フェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂
を、所定の粗形状に成形した後、加圧下で徐々に加熱す
ることによって、硬化させ更に炭素化させて作られる。
ガラス状カーボンは、無配向組織を有し、高い耐熱性及
び耐食性を備えるとともに、高い強度及び硬度を備えて
いる。更に、ガラス状カーボンは、一般的に使用されて
いる他の型材料とは異なり、ガラスとの間の離型性に優
れているので、型の表面に離型膜をコーティングする必
要が無い。
【００１３】なお、レンズ成形用の型を製作する場合に
は、従来から行われている研削及び研磨加工で型表面の
加工を精度良く行うことができる。更に、型表面に微細
な凹凸によってパターンを形成する場合には、フォトリ
ソグラフィの技術によって、比較的容易に多種多様なパ
ターンを高い精度で形成することが可能である。
は、従来から行われている研削及び研磨加工で型表面の
加工を精度良く行うことができる。更に、型表面に微細
な凹凸によってパターンを形成する場合には、フォトリ
ソグラフィの技術によって、比較的容易に多種多様なパ
ターンを高い精度で形成することが可能である。
【００１４】従って、ガラス用成形型をガラス状カーボ
ンで構成することによって、光学素子や、表面にサブミ
クロン〜数ミクロン程度の幅及び深さまたは高さの凹凸
によってパターンが形成されたガラス基板を成形するた
めの成形型を、高い形状精度で製作することが可能にな
る。
ンで構成することによって、光学素子や、表面にサブミ
クロン〜数ミクロン程度の幅及び深さまたは高さの凹凸
によってパターンが形成されたガラス基板を成形するた
めの成形型を、高い形状精度で製作することが可能にな
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に基づくガラス用成
形型の例を図面を用いて説明する。
形型の例を図面を用いて説明する。
【００１６】（例１）図１に、リブ状の微細な突起によ
ってパターンが形成されたガラス基板を成形する際に使
用される成形型の製作工程を示す。
ってパターンが形成されたガラス基板を成形する際に使
用される成形型の製作工程を示す。
【００１７】ａ．ガラス状カーボン基板３１を準備し、
その上に、ＰＶＤ法によって、エッチング用マスクとし
てのＡｕ（金）薄膜３２を堆積する（図１（ａ））。
その上に、ＰＶＤ法によって、エッチング用マスクとし
てのＡｕ（金）薄膜３２を堆積する（図１（ａ））。
【００１８】ｂ．Ａｕ薄膜３２の上に、スピンコータを
用いてフォトレジスト膜３３を塗布する（図１
（ｂ））。
用いてフォトレジスト膜３３を塗布する（図１
（ｂ））。
【００１９】ｃ．所定のパターンが形成されたフォトマ
スク３５を使用し、フォトマスク３５の上からフォトレ
ジスト膜３３に感光用光線としての紫外線を照射し、フ
ォトレジスト膜３３を感光させる（図１（ｃ））。
スク３５を使用し、フォトマスク３５の上からフォトレ
ジスト膜３３に感光用光線としての紫外線を照射し、フ
ォトレジスト膜３３を感光させる（図１（ｃ））。
【００２０】ｄ．フォトレジスト膜３３の感光部分を溶
剤で取り除く（図１（ｄ））。
剤で取り除く（図１（ｄ））。
【００２１】ｅ．フォトレジスト膜３３の上から、選択
的にエッチング用マスクを除去するための媒体としての
アルゴンイオンを用いてイオンスパッタリングを行い、
先にフォトレジスト膜３３が取り除かれた部分におい
て、Ａｕ薄膜３２を除去する（図１（ｅ））。
的にエッチング用マスクを除去するための媒体としての
アルゴンイオンを用いてイオンスパッタリングを行い、
先にフォトレジスト膜３３が取り除かれた部分におい
て、Ａｕ薄膜３２を除去する（図１（ｅ））。
【００２２】ｆ．残っているフォトレジスト膜３３を、
溶媒を用いて除去する（図１（ｆ））。
溶媒を用いて除去する（図１（ｆ））。
【００２３】ｇ．このようにしてパターニングされたＡ
ｕ薄膜３２をマスクにして、Ｏ２を用いて反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）を行い、ガラス状カーボン基板３
１の表面をエッチングする（図１（ｇ））。このとき、
エッチングの時間を調節することにより、形成される溝
の深さを制御することができる。
ｕ薄膜３２をマスクにして、Ｏ２を用いて反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）を行い、ガラス状カーボン基板３
１の表面をエッチングする（図１（ｇ））。このとき、
エッチングの時間を調節することにより、形成される溝
の深さを制御することができる。
【００２４】ｈ．アルゴンイオンを用いてイオンスパッ
タリングを行い、残っているＡｕ薄膜３２を除去する
（図１（ｈ））。これによって、ガラス状カーボン基板
３１の表面に、微細な溝によるパターンが形成される。
タリングを行い、残っているＡｕ薄膜３２を除去する
（図１（ｈ））。これによって、ガラス状カーボン基板
３１の表面に、微細な溝によるパターンが形成される。
【００２５】上記の方法を用いて、表面に、深さ０．１
μｍ、幅０．５μｍの溝によって所定のパターンが形成
された成形型を製作した。この成形型を、図２に示すプ
レス成形機に取り付け、次の条件によって、幅１０ｍｍ
×１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度のガラス基板を製作した。
μｍ、幅０．５μｍの溝によって所定のパターンが形成
された成形型を製作した。この成形型を、図２に示すプ
レス成形機に取り付け、次の条件によって、幅１０ｍｍ
×１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度のガラス基板を製作した。
【００２６】成形素材として低融点ガラス（Ｌ−ＢＡＬ
４２；オハラ（株）製）を使用し、成形温度５７０℃、
プレス力８００ｋｇｆでプレス成形を行った。５００個
のガラス基板を連続して成形し、その表面に形成された
リブ状の突起の高さを測定したところ、その高さは、ほ
ぼ０．１μｍとなり十分な転写性が確認された。また、
５００個のガラス基板を成形した後でも、型表面に特に
変化は認められず、十分な耐久性を備えていることが確
認された。
４２；オハラ（株）製）を使用し、成形温度５７０℃、
プレス力８００ｋｇｆでプレス成形を行った。５００個
のガラス基板を連続して成形し、その表面に形成された
リブ状の突起の高さを測定したところ、その高さは、ほ
ぼ０．１μｍとなり十分な転写性が確認された。また、
５００個のガラス基板を成形した後でも、型表面に特に
変化は認められず、十分な耐久性を備えていることが確
認された。
【００２７】
【発明の効果】本発明のガラス用成形型によれば、成形
型をガラス状カーボンによって構成した結果、光学素子
や表面に幅がサブミクロン〜数ミクロン程度の微細な凹
凸からなるパターンを備えたガラス基板を、高い形状精
度で、且つ低いコストで製造することが可能になる。
型をガラス状カーボンによって構成した結果、光学素子
や表面に幅がサブミクロン〜数ミクロン程度の微細な凹
凸からなるパターンを備えたガラス基板を、高い形状精
度で、且つ低いコストで製造することが可能になる。
【図１】本発明に基づくガラス用成形型の製作工程の一
例を示す図、（ａ）〜（ｈ）は各工程における処理内容
について説明する図。
例を示す図、（ａ）〜（ｈ）は各工程における処理内容
について説明する図。
【図２】ガラス用成形型が使用されるプレス成形機の概
要を示す図。
要を示す図。
１０・・・成形型、 ２１・・・固定軸、 ２２・・・移動軸、 ２３・・・上型ユニット、 ２４・・・下型ユニット、 ２５・・・透明石英管、 ２６・・・ランプユニット、 ３１・・・ガラス状カーボン基板、 ３２・・・Ａｕ薄膜、 ３３・・・フォトレジスト膜、 ３５・・・フォトマスク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 5/18 Ｇ０２Ｂ 5/18 Ｇ１１Ｂ 7/24 ５２６ Ｇ１１Ｂ 7/24 ５２６Ｖ ５３１ ５３１Ａ ５３１Ｂ 7/26 ５１１ 7/26 ５１１ ５２１ ５２１ (72)発明者 松月 功 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社内 (72)発明者 村越 洋 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社内 Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA13 AA37 AA39 AA41 AA45 AA55 5D029 KA24 KB02 KB03 5D121 AA02 CA07 DD06 EE26 EE28 GG10
Claims (2)
- 【請求項１】 加熱して軟化させたガラス素材をプレス
成形して成形製品を製造する際に使用されるガラス用成
形型であって、ガラス状カーボンで構成され、型表面に
微細な凹凸からなるパターンがフォトリソグラフィによ
って形成されていることを特徴とするガラス用成形型。 - 【請求項２】 加熱して軟化させたガラス素材を成形型
を用いてプレス成形して成形製品を製造する方法であっ
て、前記成形型として、ガラス状カーボンで構成され、
型表面に微細な凹凸からなるパターンがフォトリソグラ
フィによって形成された成形型を用いることを特徴とす
るガラス成形製品の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2001050637A JP2002255566A (ja) | 2001-02-26 | 2001-02-26 | ガラス用成形型及びガラス成形製品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=18911566
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| JP2001050637A Pending JP2002255566A (ja) | 2001-02-26 | 2001-02-26 | ガラス用成形型及びガラス成形製品の製造方法 |
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