JP4554835B2

JP4554835B2 - ガラス用成形型及びガラス成形製品の製造方法

Info

Publication number: JP4554835B2
Application number: JP2001051857A
Authority: JP
Inventors: 利尚鎌野; 聡福山; 功松月; 洋村越
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: JP2002255567A

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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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５ｍｍ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−ＢＡＬ４２；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、５００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。
【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））。
【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））。
【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））。
【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））。
【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））。
【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））。
【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。
【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。
【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））。
【００２９】
上記の方法を用いて、表面に、深さ３μｍ、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×１０ｍｍ、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−ＢＡＬ４２；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、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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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。

Claims

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、石英ガラスで構成された母材部分の表面に、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。
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。
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、石英ガラスで構成された母材部分の表面に、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。
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３に記載のガラス成形製品の製造方法。