JP2002255567A - 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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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
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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、母材部分１
１が石英ガラスで構成されている。型表面には、離型膜
１２として、例えば白金合金がコーティングされる。こ
のように、成形型の母材部分を石英ガラスで構成するこ
とによって、母材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、母材表面にフォトリソグ
ラフィの技術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、母材部分１
１が石英ガラスで構成されている。型表面には、離型膜
１２として、例えば白金合金がコーティングされる。こ
のように、成形型の母材部分を石英ガラスで構成するこ
とによって、母材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、母材表面にフォトリソグ
ラフィの技術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】
【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。
【０００８】
【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、その母材部分が石英ガラスで構成されたことを特徴
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、その母材部分が石英ガラスで構成されたことを特徴
とする。
【０００９】好ましくは、前記ガラス用成形型の型表面
に離型膜をコーティングする。
に離型膜をコーティングする。
【００１０】なお、前記ガラス用成形型を用いて、表面
に微細な凹凸からなるパターンが形成されたガラス基板
を製造する場合には、型表面に対応するパターンをフォ
トリソグラフィの技術を用いて形成することができる。
に微細な凹凸からなるパターンが形成されたガラス基板
を製造する場合には、型表面に対応するパターンをフォ
トリソグラフィの技術を用いて形成することができる。
【００１１】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、その母材部分が石英ガラスで構成された成
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、その母材部分が石英ガラスで構成された成
形型を用いることを特徴とする。
【００１２】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。
【００１３】石英ガラスは、他の一般的な光学ガラスと
異なり、単一の組成からなるので、融点が高い。このた
め、石英ガラスは、通常のガラス成形品のプレス成形が
行われる５００℃から８００℃の温度範囲では、ほとん
ど変形を生じない。また、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、石
英ガラスに対するフォトリソグラフィ技術が確立されて
いるので、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。
異なり、単一の組成からなるので、融点が高い。このた
め、石英ガラスは、通常のガラス成形品のプレス成形が
行われる５００℃から８００℃の温度範囲では、ほとん
ど変形を生じない。また、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、石
英ガラスに対するフォトリソグラフィ技術が確立されて
いるので、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、ガラス用成形型の母材部分を石英
ガラスで構成することによって、光学素子や、表面に数
μｍ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。
ガラスで構成することによって、光学素子や、表面に数
μｍ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、レンズ成形用の成形型の
概略図を示す。この成形型１０は、母材部分１１が石英
ガラスからなり、離型膜１２として、型表面に白金合金
が厚さ０．３μｍでコーティングされている。
概略図を示す。この成形型１０は、母材部分１１が石英
ガラスからなり、離型膜１２として、型表面に白金合金
が厚さ０．３μｍでコーティングされている。
【００１７】この成形型１０を、図２に示すプレス成形
機に取り付け、プレス成形によって径１２ｍｍ、厚さ５
ｍｍ程度の光学レンズを製作した。なお、図２におい
て、２１は固定軸、２２は移動軸、２３は上型ユニッ
ト、２４は下型ユニット、２５は透明石英管、２６は赤
外線ランプユニットである。
機に取り付け、プレス成形によって径１２ｍｍ、厚さ５
ｍｍ程度の光学レンズを製作した。なお、図２におい
て、２１は固定軸、２２は移動軸、２３は上型ユニッ
ト、２４は下型ユニット、２５は透明石英管、２６は赤
外線ランプユニットである。
【００１８】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
のレンズを連続して成形し、その面精度を測定したとこ
ろ、その平均値は０．３μｍ程度であった。また、５０
０個のレンズを成形した後でも、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
のレンズを連続して成形し、その面精度を測定したとこ
ろ、その平均値は０．３μｍ程度であった。また、５０
０個のレンズを成形した後でも、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。
【００１９】（例２）図３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。
【００２０】ａ．石英ガラス基板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タ
ングステン薄膜３２を堆積する（図３（ａ））。
に、ＰＶＤ法によって、エッチング用マスクとしてのタ
ングステン薄膜３２を堆積する（図３（ａ））。
【００２１】ｂ．タングステン薄膜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３
（ｂ））。
コータを用いてフォトレジスト膜３３を塗布する（図３
（ｂ））。
【００２２】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３（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３（ｃ））。
【００２３】ｄ．フォトレジスト膜３３の感光部分を溶
剤で取り除く（図３（ｄ））。
剤で取り除く（図３（ｄ））。
【００２４】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、タングステン薄膜３２を除去する（図３（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、タングステン薄膜３２を除去する（図３（ｅ））。
【００２５】ｆ．残っているフォトレジスト膜３３を、
アッシングにより除去する（図３（ｆ））。
アッシングにより除去する（図３（ｆ））。
【００２６】ｇ．このようにしてパターニングされたタ
ングステン薄膜３２をマスクにして、ＣＦ系ガスを用い
てドライエッチングを行い、石英ガラス基板３１の表面
をエッチングする（図３（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。
ングステン薄膜３２をマスクにして、ＣＦ系ガスを用い
てドライエッチングを行い、石英ガラス基板３１の表面
をエッチングする（図３（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。
【００２７】ｈ．アルゴンイオンを用いたイオンスパッ
タリングを行い、残っているタングステン薄膜３２を除
去する（図３（ｈ））。これによって、石英ガラス基板
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、残っているタングステン薄膜３２を除
去する（図３（ｈ））。これによって、石英ガラス基板
３１の表面に、微細な溝によるパターンが形成される。
【００２８】ｉ．最後に、石英ガラス基板３１の表面
に、離型膜３７として、ＰＶＤ法によって白金合金を厚
さ０．３μｍでコーティングする（図３（ｉ））。
に、離型膜３７として、ＰＶＤ法によって白金合金を厚
さ０．３μｍでコーティングする（図３（ｉ））。
【００２９】上記の方法を用いて、表面に、深さ３μ
ｍ、幅３μｍ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×１０
ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度のガラス基板を製作した。
ｍ、幅３μｍ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×１０
ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度のガラス基板を製作した。
【００３０】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３μｍとなり十分な転写性が確認された。また、５０
０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３μｍとなり十分な転写性が確認された。また、５０
０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。
【００３１】
【発明の効果】本発明のガラス用成形型によれば、成形
型の母材部分を石英ガラスによって構成した結果、光学
素子や表面に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。
型の母材部分を石英ガラスによって構成した結果、光学
素子や表面に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一例を示す概
略図。
略図。
【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。
【図３】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）〜（ｉ）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）〜（ｉ）は各工程における処理内容
について説明する図。
１０・・・成形型、 １１・・・母材部分、 １２・・・離型膜、 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・・・石英ガラス基板、 ３２・・・タングステン薄膜、 ３３・・・フォトレジスト膜、 ３５・・・フォトマスク、 ３７・・・離型膜。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ１１Ｂ 7/26 ５１１ Ｇ１１Ｂ 7/26 ５１１ (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 AA37 AA40 AA45 4G015 HA01 5D121 CA05 FF11
Claims (6)
- 【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、その母材部分が石英ガラスで構成された
ことを特徴とするガラス用成形型。 - 【請求項２】 型表面に離型膜がコーティングされてい
ることを特徴とする請求項１に記載のガラス用成形型。 - 【請求項３】 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
とする請求項１に記載のガラス用成形型。 - 【請求項４】 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、その母材部分が石英ガラスで構
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。 - 【請求項５】 前記成形型として、型表面に離型膜がコ
ーティングされた成形型を用いることを特徴とする請求
項４に記載のガラス成形製品の製造方法。 - 【請求項６】 前記成形型として、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請求項４に記載の
ガラス成形製品の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2001051857A JP4554835B2 (ja) | 2001-02-27 | 2001-02-27 | 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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| JP2001051857A JP4554835B2 (ja) | 2001-02-27 | 2001-02-27 | 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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|---|---|
| JP2002255567A true JP2002255567A (ja) | 2002-09-11 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4554835B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008242186A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Canon Inc | 回折光学素子及びそれを用いた光学系 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0251434A (ja) * | 1988-08-15 | 1990-02-21 | Hoya Corp | ガラスプレス成形用型 |
| JP2000185926A (ja) * | 1998-12-24 | 2000-07-04 | Canon Inc | ガラス光学素子成形用型、成形方法及び光学素子 |
-
2001
- 2001-02-27 JP JP2001051857A patent/JP4554835B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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| JPH0251434A (ja) * | 1988-08-15 | 1990-02-21 | Hoya Corp | ガラスプレス成形用型 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008242186A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Canon Inc | 回折光学素子及びそれを用いた光学系 |
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