JPH03237024A - 光学素子成形用の成形型の再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光学素子成形用の成形型およびその再生方法
に関し、より詳しくは、加熱により軟化させた光学素子
材料を押圧成形することにより光学素子を成形するため
の成形型及びその再生方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、光学素子は研磨工程により製造されてきたが、最
近では、加熱により素子材料を軟化させて成形型間で押
圧成形することにより光学素子を製造するダイレクトプ
レス（ガラスモールド法）が採用されつつある。この時
使用される成形型は、所望する面に加工した母材上に耐
酸化性、耐漏れ性の向上を目的としてセラミックスまた
は（及び）貴金属の被膜を施したものが主であり、中に
は両者の密着性向上のために中間層を設けたものもある
。

ところが、成形型はガラスモールド法で成形回数を重ね
た場合、表面に傷や曇りが生じ、また被膜の剥離が生じ
る等の劣化が見られ、成形した光学素子の品質が低下す
るという問題があった。この問題は母材、被膜材、素子
材料の性質及び成形条件に起因するものであり、この問
題を解決するために様々な材料や成形条件についての提
案がなされている。例えば、特開平１−１．１１７３７
号公報は被膜の硬度を上げることにより成形型の表面の
傷つきを無くす方法を提案している。

（発明が解決しようとする課題） ところが、前記の方法でも１０００回、　１００００回
と成形回数を重ねた場合には、成形型の劣化が見られた
。この場合、被膜のみを剥離して再生することは難しく
、被膜を完全に削り取ると母材も削ることになり、再び
精密加工、研磨工程を経て被膜を形成して成形型を再生
するか、全く新たに成形型を作製するしかなく、コスト
高になることが否めなかった。

本発明は上記の点を解決しようとするもので、その目的
は、母材を傷つけずに被膜のみを完全に剥離することに
よって容易にかつ安価に成形型を再生することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、光学素子材料を加熱により軟化させ、１対の
成形型及び胴壁の間で押圧成形することにより光学素子
を成形する成形型において、母材と被膜からなる成形型
の中間層としてガラス層を設けたことを特徴とする光学
素子成形用の成形型、並びに、その成形型を酸またはア
ルカリ溶液中に浸してガラス層を溶解させて母材から被
膜とガラス層を除去することを特徴とする光学素子成形
用の成形型の再生方法である。

第１図に本発明の光学素子成形用の成形型の断面図を示
す。この成形型は母材ｌと被膜２の間に中間層であるガ
ラス層３を設けたものであり、その作製方法としては、
例えば、まず母材１を超精密旋盤にて所望非球面に削っ
た後、ダイヤモンドペースト研磨材などを使用して粗さ
Ｒｗａｘ・０．０２μｍ以下になるように表面を研磨す
る。ここで母材ｌに用いられる材料としては、超硬合金
ＷＣ、ステンレス、Ｎｉ基耐熱合金、炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ１、窒化ケイ素（Ｓ１３Ｎ４１　、アルミナ（Ａ１２
０３）等が挙げられる。

次に、この母材ｌの表面にガラス層３を形成する。その
形成方法としては、ゾルゲル法を用いたディップコーテ
ィング法、スピナーコーティング法、スパッタリング法
等が挙げられる。このガラス層３は酸またはアルカリ溶
液に可溶であり、かつその転移点が光学素子の成形温度
より高いようなガラスで形成される。酸可溶性ガラスの
ゾル溶液でガラス層３を形成する場合は、例えば、以下
のようにして行われる。すなわち、テトラエトキシシラ
ンＳｌ　（ＯＣｚＨｓ）　４を主成分とし、他にＮａ、
　Ｃａなとの金属アルコキシドを混合し、エタノールを
加えた後にｐｌ＝　１の塩酸にて金属アルコキシドを加
水分解する。これにゲル化促進剤であるホルムアミドを
加え撹拌させて酸可溶性ガラスのゾル溶液を得る、これ
を上記のコーティング法により母材の表面にコートする
のである。

この時、母材１の成形面以外の部分はマスキングしてお
き、ガラス層３は成形面のみとする。次に、ゾルをゲル
化させ、その後徐々に温度を上げて加熱することにより
、ゲルをガラス化させて母材１上にガラス層を形成する
。

次に、ガラス層３の表面に被膜２を形成する。

被膜２は耐酸化性および耐濡れ性の向上を目的として設
けられるものである。被膜２に用いられる材料としては
、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ１、窒化
ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）　、アル
ミナｆＡｔｚｏ３）等のセラミックス物質または白金（
Ｐｔ）、ロジウムｆＲｈ）　、金（Ａｕ）等の貴金属物
質が挙げられる。また被膜２の形成方法としては従来公
知の方法が適用される。

このようにして作製した成形型を用いて光学素子を成形
する。第４図（ａ）は押圧成形前の成形部の状態を示す
概略説明図である。ここで使用する光学素子材料の成形
温度は成形型のガラス層３のガラス転移点よりも低いも
のである。

成形を繰り返して高精度の光学素子を再現性よく成形し
、型表面に傷や曇りができると、以下のようにガラス層
３を酸またはアルカリ溶液にて溶解し、被膜２を除去し
、成形型を再生する。

ここで用いられる酸としては、塩酸、フッ化水素酸等が
挙げられ、アルカリとしては水酸化ナトリウム、水酸化
カリウム等が挙げられる。

これにより劣化した被膜２が剥れ、母材ｌのみとなる。

この母材１は削り直したわけではないので、全く傷がな
く、洗浄後再び使用可能であり、この表面に再びガラス
層３及び被膜２を前述と同様の方法で形成させることに
より、永久的に使用可能となり、大幅なコストの低減に
つながることになる。

（作用） 成形型の母材と被膜の中間層として酸またはアルカリ溶
液に可溶なガラス層を設けることにより、成形型表面に
傷や曇りが生じ、また被膜の剥離が生じた場合、成形型
を酸またはアルカリ溶液に浸すことによりガラス層を溶
解させて母材を傷つけずに被膜を完全にかつ容易に剥離
することができる。これを洗浄後再びガラス層及び被膜
を形成することにより成形型を容易に再生させることが
でき、コストの低減を図ることができる。

実施例１ 第１図に示す光学素子成形用の成形型は母材１と被膜２
の間に中間層であるガラス層３を設けたもので、母材１
として超硬合金ＷＣを用いている。

成形型の作製にあたり、まず母材１を超精密旋盤にて所
望する非球面に削った後、ダイヤモンドペースト研磨材
を使用して粗さＲｗａｘ・０．０２ａｍ以下になるよう
に表面を研磨した。

次にこの母材ｌの表面に以下のようにして酸可溶性ガラ
スのゾルイ液でガラス層３を形成した。

その酸可溶性ガラスのゾル溶液は次の方法で得た。テト
ラエトキシシランＳｉ　ｆＯｃ２１１ｓ）　４を主成分
とし、他にＮａ、　Ｃａなとの金属アルコキシドを混合
し、エタノールを加えた後にｐＨ＝１の塩酸にて金属ア
ルコキシドを加水分解させた。これにゲル化促進剤であ
るホルムアミドを加え撹拌させて酸可溶性ガラスのゾル
溶液とした。

次に第２図に示すようにこの酸可溶性ガラスのゾル溶液
４に先に作製した母材ｌを浸し、１００ｍｍ／ｍｉｎの
速さで引き上げることにより、第３図に示すように母材
ｌの表面に厚さ２μｍのガラスのゾル層５を形成させた
。この時、母材ｌの成形面以外の部分はマスキングして
おき、ガラス層３は成形面のみとした。この状態で約１
週間放置し、ゾルをゲル化させ、その後徐々に温度を上
げて加熱することにより、ゲルをガラス化させて母材１
上にガラス層を形成した。本実施例で使用したガラスの
転移点は４８５℃である。

次に、この型の表面にスパッタリングにてｐｔ膜を１．
５μｍ形成させ、成形型とした。

このようにして作製した成形型を用いて光学ガラス素子
を成形した。第４図（ａ）は押圧成形前の成形部の概略
説明図である。素子材料としてはオハラ製５ＦＳＯＩ　
　（転移点３９３℃）を使用した。

まず、下型６上に球形に加工した光学素子材料８をのせ
、ヒーター１０により　４３０℃まで加熱した。温度は
熱雷対１２によって測定した。また加熱中は酸化による
成形型の酸化を抑えるために雰囲気ガス供給口１３より
非酸化性である窒素ガスを流した。

４３０℃の時点で第４図（ｂ）に示すようにシリング−
１１を降ろし、光学素子材料を約１００Ｋｇ／ｃｍ”の
圧力で押圧成形した。その後徐冷し、成形部温度が光学
素子材料の転移点（３９３℃）を下回った時点で圧力を
抜き、シリンダー１１を上昇させて成形品である光学素
子１４を取り出した（第５図）。

以上の条件で成形を繰り返すことにより、高精度の光学
素子を再現性よく成形することが可能であったが、成形
回数が約１０００回を越えたあたりから、型表面の細か
な傷や曇りが目立ち始めた。

そこで成形型を２規定の塩酸溶液１５に約１０時間浸し
、中間層であるガラス層を溶解させた（第６図（ａ）、
（ｂ））これにより劣化した被膜が剥れ母材のみとなる
。この母材ｌは削り直したわけではないので、全く傷が
なく、洗浄後再び使用可能であり、この表面に再びガラ
ス層３及び被膜２を前述と同様の方法で形成させること
により、永久的に使用可能となり、大幅なコストの低減
につながることになる。

実施例２ 母材の材料として炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いて実施例
１と同様の方法で研磨した。この母材上にスパッタリン
グ法で酸可溶性ガラスを厚さ約２μｍ形成させた。さら
にスパッタリングにてＰｔ、　Ａｕ、　Ｒｈの合金膜を
２μｍ形成させて成形型をとした。

この成形型を用いて約１０００回の成形を繰り返し行な
った後、成形型を２規定のフッ化水素酸溶液中に約ＩＯ
時間浸し、ガラス層を溶解して被膜を剥離させ、洗浄後
再びガラス層および被膜を前述と１ 同様の方法で形成することにより永久的な使用が可能と
なった。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように本発明によれば、成形型表
面に傷や曇りが生じ、また、被膜の剥れが生じた場合、
母材を傷付けずに被膜を完全に剥すことができるので成
形型を容易に再生することができ、永久的に使用可能で
コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学素子成形用の成形型の断面図、第
２図および第３図は本実施例の光学素子成形用の成形型
のガラス層形成の工程を示す説明図、第４図（ａ）は本
発明の光学素子成形用の成形型を用いた押圧成形前の成
形部の状態を示す概略図、第４図（ｂ）は本発明の光学
素子成形用成形型を用いた押圧成形中の成形部の状態を
示す概略説明図、第５図は本発明の光学素子成形用の成
形型を用いて成形された光学素子を示す正面図、第６図
（ａ、）、（ｂ）は本発明の光学素子成形用２ の成形型の被膜剥離工程の説明図である。 尚図中、ｌは母材、２は被膜、３はガラス層、４はゾル
溶液、５はガラスのゾル層、６は下型、７は上型、８は
光学素子材料、９は同型、１０は加熱用ヒーター、１１
はシリンダー、１２は熱電対、１３は雰囲気ガス供給口
、１４は成形された光学素子、１５は酸またはアルカリ
溶液である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学素子材料を加熱により軟化さ せ、１対の成形型及び胴型の間で押圧成形することによ
   り光学素子を成形する成形型において、母材と被膜から
   なる成形型の中間層としてガラス層を設けたことを特徴
   とする光学素子成形用の成形型。
2. （２）中間層であるガラス層が酸またはアルカリ溶液に
   可溶であることを特徴とする請求項１記載の光学素子成
   形用の成形型。
3. （３）ガラスの転移点をＴ℃、光学素子の成形温度をＸ
   ℃とした時、Ｔ＞Ｘであるガラスを中間層に用いること
   を特徴とする請求項１記載の光学素子成形用の成形型。
4. （４）中間層であるガラス層が、ゾルゲル法を用いたデ
   ィップコーティング法、スピナーコティング法またはス
   パッタリング法で形成されたことを特徴とする請求項１
   記載の光学素子成形用の成形型。
5. （５）光学素子材料を加熱により軟化させ、１対の成形
   型及び胴型の間で押圧成形することにより光学素子を成
   形する成形型において、母材、被膜および中間層である
   ガラス層より成る成形型を酸またはアルカリ溶液中に浸
   してガラス層を溶解させて母材から被膜とガラス層を除
   去することを特徴とする光学素子成形用の成形型の再生
   方法。