JPH0489212A - 光学素子成形用型部材 - 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、樹脂、ゴム等の流動性のある原料を型内に流
し込んで成形品母材の表面に所望の形状を成形するレプ
リカ成形法に使用する型部材に関する。

［従来の技術］ 従来、上記のような成形法に利用される型の材料として
金属、ガラス、プラスチック、石こう、ゴム等が用いら
れていたが、型内で樹脂モノマーを重合・硬化させて型
から離型する際、樹脂が型表面に密着あるいは接着して
しまい成形品を離型することが容易でなかった。これを
容易にする方法として、従来より■機械的に引き離す方
法、■表面に離型剤を塗布する方法、■型の温度を上下
させ樹脂と型の材料との膨張率の違いを利用する熱シヨ
ツク方法、■超音波振動を利用する方法等があった。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、■の方法は、成形品の一部に過大な力を
加えるために成形品に変形が生じたり、成形品の材料が
ゴムのようにある程度柔軟性のあるものでないと離型し
にくく、硬い成形品には適用できなかった。また、成形
品を型から取り出し易いように成形品にテーパー形状を
つけなければならず、成形品形状に制約を受けるという
問題点があった。

そのため■の方法、即ち離型材として、パラフィンワッ
クス、シリコーングリース、ポリビニルアルコール、ア
セチルセルロース、フッ素系の樹脂等を予めはけ又はス
プレーなどにより型に塗布し、型と成形品との密着を防
止する方法がよく用いられる。しかし、この方法は、成
形品側に離型材が移行するため、成形品が汚れ、離型材
の塗布厚み、塗布ムラの分だけ型から成形品への形状転
写性に狂いを生じる。更には、多数回成形するうちに離
型剤が減少し、離型効果が失なわれてしまうため常に離
型材を補充塗布しなければならず、効率がよくなかった
。

■の熱シヨツク法は、冷却、加熱をくりかえす方法であ
るか冷却時と加熱時の温度差が小さいと離型効果が小さ
い。また加熱の上限が成形品プラスチックの耐熱性によ
り限られるため、冷却温度を低（して温度差をつけると
成形表面に露結が起こり、汚れ、吸湿の原因となる。更
に、材料によっては、加熱時の成形品の軟化変形、冷却
時の割れ、材料の変質、寸法変化等が起こり、離型時間
もかなりかかる等の問題があった。

■の方法として特開昭６０−７６３１９号のような方法
も提案されているが、超音波振動を効率よ（伝えるため
の型材料は種類が少なく型材に制約を受け、しかも超音
波発振装置や型に見合った超音波ホーンの設計条件出し
等が必要で設備費がかかりすぎる等の問題があった。

本発明は、離型に際して種々の欠点を生み出す離型剤や
熱ショック、超音波振動、成形品に変形を及ぼす片寄っ
た機械的外力等を利用しなくても容易に離型可能な成形
用型部材を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明は、レプリカ法により樹脂層を有する
光学素子を形成するのに用いる光学素子成形用型部材に
おいて、少な（とも樹脂層と接する型母材表面に炭素膜
が被覆されている事を特徴とする光学素子成形用型部材
である。

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、ガラス表面に非球面樹脂層を形成するレプリ
カ法を示す模式断面図である。ｌは型母材、３はガスケ
ットであり、型母型ｌとガラスレンズ５の空隙部に樹脂
を注入し、ガスケット３を介してクリップ６で固定し、
レンズ側から光を照射しであるいは加熱して樹脂を硬化
させ、レンズ５上に樹脂層４を形成する。この際、型母
材ｌ上に炭素膜２を被覆しておくと非常に離型性が良い
事がわかった。

本発明において炭素膜とは、アモルファス炭素膜（ｉ−
カーボンとか、ダイヤモンド状炭素膜と呼ばれる事もあ
る）、ダイヤモンド膜、アモルファス炭素にグラファイ
ト、ダイヤモンドを様々な割合で含んでいる膜をいう。

アモルファス炭素膜は、ｓｐ、ｓｐ２．ｓｐ３結合を様
々な割合で含んでいる膜で、非常に結晶性の低い膜であ
る。膜中には、ダイヤモンドやグラファイトの微結晶が
含まれている事もある。製法によっては炭素原子以外の
他原子を膜中に多量に含んでいるものもあるが、本発明
の炭素膜は主として炭素原子からなる膜である。水素等
の他原子が多量に混入していると、光照射、温度上昇に
よってこれら原子の脱離がおこり、膜構造が変化し、膜
の劣化が急速に進行する。

グラフアイ１へは、それのみの膜ではなく、ダイヤモン
ドやアモルファス炭素と共存させた膜として用いる。

ダイヤモンドは、それのみからなる膜は生成可能である
が、膜表面は、個々の結晶の面が様々な方向を向いてい
るため凹凸が激しく膜堆積後に研磨を必要とする場合が
ある。研摩を省くためには、アモルファス炭素及びグラ
ファイトとの共存膜にする。

これらの炭素膜は、炭素含有ガスとキャリヤガスをイオ
ンビーム法、マイクロ波ＣＶＤ法、高周波ＣＶＤ法、熱
フイラメント法等を用いて励起したり、グラファイトや
ダイヤモンドのターゲットをイオンビームでスパッタす
る事等により形成される。

このような炭素膜を被覆する型母材としては、金属、石
英等のガラス、プラスチック、石こう、セラミックス等
を用いる。ガスケット材としては、プラスチック、マイ
ラ等を用いる。

本発明で使用する樹脂は活性エネルギー線硬化性、熱硬
化性、水硬化性、無酸素硬化型等の樹脂であり、具体的
には、アクリル系、エポキシ系、シリコン系、不飽和ポ
リエステル系、ナイロン系等のモノマー及びプレポリマ
ーあるいはこれらに重合開始剤、添加剤等を混合したも
のを用いる。

［実施例］ 次に本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。

１　（アモルファス　素　） 直径２０ｍｍ、参照曲率半径４５ｎ＋ｍ、最大偏差７０
μｍの凸状の焼結アルミナ非球面型をエタノール、引き
続きアセトンで洗浄し十分乾燥した。第２図に模式的に
示すイオンビーム堆積装置の型ホルダ−１３にこの型１
４を設置した。真空室１１を不図示の真空ポンプによっ
て排気口１６から２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒまで排気し
た後、ガス導入口１５よりＣＨ４，Ｈ，をそれぞれ１０
．　２０ＳＣＣＭでカウフマン型のイオン化室１２に導
入した。５００Ｖの加速電圧で活性種を加速し、アルミ
ナ型１４表面に炭素膜を１５分間堆積した。この時膜厚
は５０００人であった。その後、真空室１１を２×１０
Ｔｏｒｒまで排気した後、型ホルダ−１３に内蔵しであ
るヒーターを用いて４６０℃まで型温度を上げ２時間ア
ニールし、膜中水素の脱離を行なった。室温まで温度が
下がってから型１４を真空室から取り出した。膜の表面
粗さはＲｍａｘ　２５０Å以下であった。

このようにして形成した膜を型から硝り取り、マイクロ
グリッドで観察した。電子線回折では、１．８３〜２．
１０人、１．０〜１．１８人の距離にブロードな回折リ
ングが２本観察された。明視野像は全体にわたってアモ
ルファス模様を示していた。これらよりこの炭素膜はア
モルファス炭素膜と同定された。

この型を用いてレンズの片側に非球面樹脂層を形成した
。ガスケットはマイラシートを用い、樹脂はジシクロペ
ンチルオキシエチルアクリレート４０重量部、トリス（
２−アクリロキシ）インシアネート２０重量部、ポリウ
レタンアクリレート４０重量部、紫外線硬化剤としてヒ
ドロキシへキシルフェニルケトン２重量部からなる組成
物を用いた。成形は、レンズ側より２０ｃｍの距離から
４０　Ｗ／ｃｍの高圧水銀等の３６０ｎｍの光を用いて
３０分間照射した。

成形後のレンズの離形性は非常によくレンズ表面に問題
はなく、型表面は成形前の状態を保っていた。引き続き
１０００回の成形を行なったが、レンズ表面は充分な光
学精度をもっており、型表面にも樹脂の付着はなく、ア
モルファス炭素膜の型からの剥離も一切観察されなかっ
た。

ル較土ユ 実施例１の炭素膜被覆前のアルミナ型を用いた他は、実
施例１と全く同様な成形を行なった。

２９回目までは離型しにくい事はあっても樹脂の融着は
な（型、成形品とも良好であった。しかしながら、３０
回目の成形後レンズから型を離す事がきわめて難しかっ
たので、機械的に両者を弓張ったところ型の中心部に５
ｍｍ程の大きさで樹脂が融着していたので、この型によ
る成形は中止した。

比１肚ｌ 実施例１の炭素膜被覆前のアルミナ型の表面に離型剤と
して界面活性剤を塗布した他は、実施例１と全く同様な
成形を行なった。成型後のレンズ表面には白濁箇所がス
ポット状に生じ、レンズ表面の拭き取りをしなければ光
学部品としては使えなかった。

直径３０ｍｍ、参照曲率半径５０ｍｍ、最大偏差１００
ＬＬ＋＋の凹状のエポキシ樹脂非球面型２４を第３図に
模式的に示すイオンビームスパッタ装置の型ホルダ−２
３に設置した。真空室２１を不図示の真空ポンプによっ
て排気口２６から２×１０−７Ｔｏｒｒまで排気した後
、ガス導入口２５よりアルゴンを３０　ＳＣＣＭでイオ
ン化室２２に導入した。８００■の加速電圧でアルゴン
イオンビームをイオン化室２２より引き出し、このイオ
ンビームでターゲットホルダー２７に支持されているグ
ラファイト板２８をスパッタした。スパッタされた炭素
原子及び炭素原子集団は型２４上に堆積した。型温度３
００℃で３０分間スパッタを行なった。

実施例１と同様にしてスパッタ膜の電子線回折をとると
、３〜４人、　Ｌ８〜２．１人、　１１〜１．２人の距
離に３本の回折リングが観察され、それぞれグラファイ
トの（００２）、　　（１０１）、　（１１２）面の面
間隔に帰属できた。明視野像、暗視野像を撮るとアモル
ファスの炭素の中に粒径１０〜数百人のグラファイトが
散在している事がわかった。ラマンスペクトルを１ｌｌ
ｌ定すると１３６０ｃｍ−’と１５８０ｃｍ−’にアモ
ルファス炭素に帰属されるブロードなピークが観測され
ただけで、１３３３ｃｍ−’のダイヤモンドに帰属され
るピークは観測できなかった。従って、この膜はアモル
ファス炭素とグラファイトからなる事がわかった。又、
この型上の膜の表面粗さは３００人であった。

この型を用いてレンズの片側に非球面樹脂層を形成した
。ガスケットはプラスチックシートを用い、樹脂は実施
例１で用いた組成物を用い、成形は超高圧水銀灯の３２
０ｎｍの光を３０分間レンズ側から照射して行なった。

成形後のレンズの離型性は非常によくレンズ表面に問題
はな（、型表面は成形前の状態を保っていた。引き続＜
　１０００回の成形後もレンズ表面は充分な光学精度を
もっており、型表面にも樹脂の付着はな（、炭素膜の剥
離も一切観察されなかった。

比ＪＬｆ性１ 実施例２の炭素膜被覆前のエポキシ樹脂型を用いた他は
、実施例２と全く同様な成形を行なった。１回目から離
型性はきわめて悪く、型とレンズの一体に振動を加えて
両者を引き離した。引き続き１０回成形を行なったが各
回とも離型性が悪く型からレンズを取り出すのが容易で
はなかったので、１０回で成形を中止した。

直径２５ｍｍ、’）照的率半径４０＋ｎｎ＋、最大偏差
５０μｍの凹状ステンレス非球面型をエタノール、アセ
トン中で超音波１５！１．浄し乾燥させた。この型３５
を第４図に模式的に示す高周波ＣＶＤ装置の高周波電極
の一方３３上に設置し、真空室３１を不図示の真空ポン
プによって排気口３７より６　Ｘ　ｌ　０−５Ｔｏｒｒ
まで排気した後、ＣＨ，、Ｈ２をそれぞれ０．５．２０
　ＳＣＣＭの流量ででガス導入口３６より真空室３１に
導入した。１３．５６Ｍｆ（ｚの高周波電源３４により
電極間距離２０ｍｍの高周波電極３２．３３に１００Ｗ
印加し、２時間型上に堆積を行なった。

表面粗さはＲｍａｘ　２８０人であった。

実施例１と同様にして堆積膜の電子線回折をとると多結
晶パターンを示した。最も内側の回折リングのｄ（直は
３６人でグラファイトの（００２＋　と・帰属された。

これに加えて２，０６　１．２６．１，０８　０．８９
人にも回折リングが現われダイヤモンドと同定された。

ラマンスペクトルを測定するとアモルファス炭素に帰属
される１３３０ｃ＋ｎ−’、　１５８０ｃｍ−’のブロ
ードなピークに加えて１３３３ｃｌ’にきわめて弱いが
ダイヤモンドのピークが観測された。これらの結果より
この膜はダイヤモンド、グラファイト、アモルファス炭
素からなっていると同定された。

この型を用いてレンズの片側に非球面樹脂層を形成した
。ガスケットはマイラシートを用い、樹脂はビスフェノ
ールＡ型エポキシアクリレート６０重量部、ペンタエリ
スリトールテトラアクリレート４０重量部、ベンゾイン
イソプロピルエーテル２重量部からなる組成物を用いた
。クリップでとめた型とレンズを８０″Ｃまで加熱し、
２０分間温度を保持し樹脂層を形成した。

成形後のレンズの離型性は非常に良く、レンズに問題は
なく、型表面は成形前の状態を保っていた。引き続＜　
１０００回の成形後もレンズの表面は充分な光学精度を
もっており、型表面にも樹脂の付着はなく、炭素膜の剥
離も一切観察されなかった。

比較１ 実施例３の炭素膜被覆前のステンレス型を用いた他は、
実施例２と全（同様な成形を行なった。

１回目で型とガラスが接着してしまい両者を離す事がで
きなかったので、成形を中止した。

４　ダイヤモンド 直径３０ｍｍ、参照曲率半径４５ｍｍ、最大偏差７０μ
ｍの凸状の石英非球面型を平均粒径２０μｍのダイヤモ
ンド砥粒を含むエタノール中で２時間超音波洗浄した。

これは、ダイヤモンド粒子の核発生密度を上げるために
行なうものである。

この型４４を第５図に模式的に示すタングステンフィラ
メントＣＶＤ装置の型ホルダ−４３に設置し、加熱炉４
７により型表面温度を８００℃を保つようにし、真空室
４１を不図示の真空ポンプによって排気口４６から３　
Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒまで排気した。その後、ガス導入
口４５よりＣＩ（４，Ｈ２ガスをそれぞれ０．５．２０
０ＳＣＣＭの流量で真空室４１に導入し、タングステン
フィラメント４２の温度を２１００℃に設定してダイヤ
モンド膜を型４４上に１６時間堆積した。膜の表面粗さ
が大きがったのでＲｍａｘ３５０人まで研磨した。

実施例１と同様にして膜の一部をはぎとり電子線回折を
とると、ダイヤモンドの多結晶パターンが観測された。

更にラマンスペクトルでも１３３３ｃｍ−’のダイヤモ
ンドのピークのみが観察される事からこの膜はダイヤモ
ンドと同定された。

この型を用いてレンズの片側に非球面樹脂層を形成した
。ガスケットはマイラシートを用い、樹脂は１，２−プ
ロピレングリコールに無水フタル酸、無水マレイン酸を
添加したものを用いた。

２８０止の水銀灯でレンズ側から２０分間照射した後、
レンズを型からはずした。

きわめて容易にレンズと型を離す事ができた。

レンズの表面には問題はなく、型表面は成形前の状態を
保っていた。引き続＜　１０００回の成形後もレンズの
表面は充分な光学精度をもっており、型表面に樹脂の付
着はなく、炭素膜の剥離も一切観察されなかった。

比を日硼旦 実施例４の炭素膜被覆前のの石英型を用いた他は、実施
例４と全（同様な成形を行なった。７０回目までは、成
形品型ともに問題はなかったが、次第に成形品が型から
離れにくくなり始め、１２８回目に型周辺部に数箇所樹
脂の融着が発生したので１３０回で成形を中止した。

３１３Ｎ４からなる直径３５ＩＩ１ｍ、参照曲率半径４
５ｍｍ、最大偏差５０μｍの凹状の非球面型を平均粒径
２０μｍのダイヤモンド砥粒な含むエタノール中で２時
間超音波処理した後、エタノール、アセトン中で洗浄し
充分乾燥した。この型５７を、第６図に模式的に示すマ
イクロ波ＣＶＤ装置の型ホルダ−５６に設置した。次に
真空室５１を不図示の真空ポンプによって排気口５８か
ら２Ｘ１０−”Ｔｏｒｒまで排気した後、ガス導入口５
５よりＣＨ，、Ｈ。

ガスをそれぞれ２．２００３ＣＣＭで真空室５１に導入
した。２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源５２の出力を８
００Ｗにし導波管５３を通して型５７上にマイクロ波を
照射し、スリースタブ及びプランジャー５４を調節し、
型５７の位置にプラズマを発生した。圧力は１００　Ｔ
ｏｒｒ、型温度８５０℃で２０時間堆積した。

膜表面を表面粗さＲｍａｘ　３５０人まで研磨した後、
膜の一部を分析すると、ダイヤモンドとアモルファス炭
素からなっている事が判明した。

この型を用いてレンズの片側に非球面樹脂層を形成した
。ガスケットはマイラシートを用い、樹脂はウレタンア
クリレートを用い開始剤としてイルガキュアー９０７を
用いた。フィルターをがけず８０Ｗ／ｃｍの水銀灯で１
０分間レンズ側から照射した。

型とレンズの離型性はきわめてよ（、レンズの表面にも
問題がなかった。引き続き１０００回の成形を行なって
もレンズの表面は充分な光学精度を有しており、型表面
への樹脂の付着も観察されなかった。

比Ｊｌ粗旦 実施例５の炭素膜被覆前の５ｉｉＮ４型を用いた他は、
実施例５と全く同様な成形を行なった。離型性がきわめ
て悪く型からレンズをはずす事ができなかった。他に４
個、Ｓｉ３Ｎ４の型を用いて成形を行なってみたが、離
型性がきわめて悪かったので、耐久テストは中止した。

以上述べた実施例は、ガラス素材として球面レンズを用
いその上に非球面状の樹脂層を形成して非球面レンズを
作製する方法について述べてきたが、本発明は平坦ガラ
スに山型のくり返し形状の樹脂層を成形してレプリカ回
折格子を作製する場合やその他複雑な形状を有する光学
素子の成形に応用する事もできる。

又、炭素膜の製法も上記実施例に述べた方法だけではな
く、ＥＣＲ法、燃焼災法、熱プラズマ法、その他の方法
を用いる事が可能な事は言うまでもない。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したようにレプリカ法に用いる型材表面
に、アモルファス炭素、グラファイト、ダイヤモンドの
一種あるいはそれらの混合膜を被覆すると、 ■成形品を変形させずに容易に離型する事が可能となり
、 ■離型が容易であるため型そのものの耐久性が向上し、 ■離型材を使用していないために成形品への離型材への
移行が起きず、成形品表面の再処理の必要がな（なった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の型部材を用いてレンズ上に樹脂層を
形成する時の状態を示す模式断面図、第２図は実施例で
本発明の型部材の製造に用いたイオンビーム堆積装置、
第３図はイオンビームスパッタ装置、第４図は高周波Ｃ
ＶＤ装置、第５図はＷ−フィラメントＣＶＤ装置、第６
図はマイクロ波ＣＶＤ装置である。 １・・・型母材　２・・・炭素膜　　　３・・・ガスケ
ット４・・樹脂層　５・・・レンズ　　　６・・・クリ
ップ］１・・・真空室　１２・・イオン化室　］３・・
・型ホルダ−１４・・・型　　　１５・・・ガス導入口
　１６・・・排気口２１・・真空室　２２・・・イオン
化室　２３・・・型ホルダ−２４・・・型　　　２５・
・・ガス導入口　２６・・・排気口２７・・・ターゲッ
トホルダー ２８・・・グラファイト板　３１・・・真空室３２・・
・高周波電極　３３・・・高周波電極３４・・・高周波
電源　３５・・・型　　　３６・・・ガス導入口３７・
・排気口　　　４１・・・真空室４２・・・Ｗ−フィラ
メント　４３・・・型ホルダ４４・・型　　　４５・・
・ガス導入口　４６・・排気口４７・・・加熱炉　　　
５１・・真空室５２・・マイクロ波型ａ５３・・・導波
管５４・・・プランジャー及びスリースタブ５５・・・
ガス導入口　５６・・・型ホルダ−５７・・・型５８・
・排気口 第１図 光 第２図 代理人　弁理士　山　下　穣　平 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レプリカ法により樹脂層を有する光学素子を形成
   するのに用いる光学素子成形用型部材において、少なく
   とも樹脂層と接する型母材表面に炭素膜が被覆されてい
   る事を特徴とする光学素子成形用型部材。
2. （２）炭素膜がアモルファス炭素からなる膜である事を
   特徴とする請求項１記載の光学素子成形用型部材。
3. （３）炭素膜がダイヤモンドからなる膜である事を特徴
   とする請求項１記載の光学素子成形用型部材。
4. （４）炭素膜がダイヤモンド、グラファイト及びアモル
   ファス炭素からなる膜である事を特徴とする光学素子成
   形用型部材。