JP2004359481A

JP2004359481A - レンズ成形用レプリカ型の製造方法

Info

Publication number: JP2004359481A
Application number: JP2003157770A
Authority: JP
Inventors: Kinya Kato; 欣也加藤; Toshiyuki Imai; 利幸今井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24
Also published as: US20040244421A1

Abstract

【課題】高精度のレプリカ型を短期間で複数個製作することを可能とし、かつ、耐熱性が良好で硬度の高い成形面を有するレンズ成形用レプリカ型の製造方法を得る。
【解決手段】凸形状の基準面２を有するマスター型１を作製する工程１と、基準面２上に剥離用カーボン膜３を成膜する工程２と、該カーボン膜３上にＳｉＣ膜４を成膜する工程４と、ＳｉＣ膜４の表面を整形する工程４と、ＳｉＣ膜４上に基材５を接合する工程５と、ＳｉＣ膜４と接合した基材５をマスター型１から剥離する工程６と、カーボン膜３を除去する工程７と、を備えたレンズ成形用レプリカ型の製造方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ成形用レプリカ型の製造方法、特に、周辺傾斜角が大きい凸形状の光学面を有するレンズを成形するためのレプリカ型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
【特許文献１】
特開２００２−３２２６号公報
【０００３】
近年、光ピックアップ用ガラス製光学素子は光学面の形状に高精度が求められており、その成形に使用するセラミック製金型をより高精度で、かつ、短時間で加工する必要に迫られている。特に、青色光ピックアップ用対物レンズは光学面の周辺傾斜角が６０°以上の著しい凸形状である場合が多い。
【０００４】
ところで、周辺傾斜角が６０°以上の凸形状のレンズを成形するための金型は、深い凹形状を有する耐熱性の硬脆材料（通常、ＷＣが用いられる）からなるため、一般的な研削加工では工具レイアウトの関係から高精度での仕上げが困難である。
【０００５】
前記工具レイアウトの関係とは、凹形状の研削加工では、研削面の内部に工具（砥石）を配置しなければならず、必然的に、工具は小さくて細いものを使用することになることをいう。その結果、工具の剛性の低下や摩耗の増大を招いて加工精度が劣化する。
【０００６】
ところで、研削加工によらず、転写によって成形面（自由曲面多面体）を形成したレプリカ型及びその製造方法が特許文献１に開示されている。但し、この特許文献１に記載のレプリカ型は、必ずしも高温での使用に耐え得るものではなく、また、量産に適したものではない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、高精度のレプリカ型を短期間で複数個製作することを可能とし、かつ、耐熱性が良好で硬度の高い成形面を有するレンズ成形用レプリカ型の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明に係るレンズ成形用レプリカ型の製造方法は、凸形状の基準面を有するマスター型を作製する工程と、前記マスター型の基準面にＳｉＣ膜を成膜する工程と、前記ＳｉＣ膜上にレプリカ型となる基材を接合する工程と、ＳｉＣ膜と接合した基材を前記マスター型から剥離する工程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る製造方法においては、レプリカ型の成形面が凹形状であることに対応して、マスター型は凸形状であり、凸形状の研削加工は工具のレイアウトによる問題はなく、周辺傾斜角が６０°以上の凸形状であっても精度よく加工することが可能になる。それゆえ、マスター型の凸形状を転写したレプリカ型の成形面も高精度になり、かつ、転写法であるために短期間で複数個のレプリカ型を製作することができる。
【００１０】
また、本発明に係る製造方法においては、マスター型の基準面にはＳｉＣ膜を成膜し、該ＳｉＣ膜がレプリカ型の成形面を構成する。ＳｉＣ膜は耐熱性に優れ、高硬度であるため、ガラスレンズの成形に好適なレプリカ型を得ることができる。
【００１１】
本発明に係る製造方法においては、さらに、ＳｉＣ膜を成膜する前に、マスター型の基準面上に剥離用膜を成膜する工程を備えていてもよい。剥離用膜を成膜しておけば、マスター型からレプリカ型を分離する際、ＳｉＣ膜がマスター型から容易に剥離する。この剥離用膜は、例えば、カーボン膜である。
【００１２】
前記マスター型は耐熱性材料にて作製することが好ましく、例えば、ＳｉＣ又はＷＣを用いることができる。剥離用膜やＳｉＣ膜の蒸着による成膜条件が数百度の高温であることから、マスター型には耐熱性材料を使用することが好ましい。一方、マスター型はグラッシーカーボンにて作製してもよい。グラッシーカーボンは加工が容易であり、前記剥離用膜を成膜する必要がなくなる。
【００１３】
また、前記基材はＳｉＣ膜と同等の熱膨張係数の材料からなることが好ましく、例えば、ＳｉＣ、ＷＣ又はＳｉ_３Ｎ_４を用いることができる。熱膨張係数が等しいかほぼ等しければ、基材とＳｉＣ膜との間に熱ストレスが発生することを未然に防止できる。
【００１４】
また、前記マスター型の基準面はその周辺傾斜角が６０°以上の凸形状である。これにより、周辺傾斜角の大きい光ピックアップ用レンズを精度よく量産することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るレンズ成形用レプリカ型の製造方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
本発明に係るレンズ成形用レプリカ型の製造方法の一実施形態を図１に示す。この一実施形態は、本発明者らによって行われたレプリカ型の試作工程でもある。
【００１７】
まず、工程１として、マスター型１を作製する。材料としては、ＳｉＣ（シリコンカーバイド、炭化珪素）やＷＣ（タングステンカーバイド）などの耐熱性材料を用い、凸形状をなす基準面２を加工する。基準面２は、最終製品である光学レンズのレンズ面に対応するもので、周辺傾斜角θが６０°以上の非球面であり、半径は例えば２．７ｍｍ程度である。但し、必ずしも非球面である必要はない。基準面２は表面粗さがＲｚ２０ｎｍ以下の鏡面に加工した。Ｒｚは最大高さであり、ＪＩＳＢ０６０１−２００１で定義されている。加工は必要な表面粗さを達成可能であれば種々の方法を採用することができ、本試作では砥石による研削加工を採用した。
【００１８】
マスター型１の基準面２は凸形状であるため、凹形状に比べて工具のレイアウトに制約がなく、周辺傾斜角θが６０°以上であっても精度よく鏡面に加工することができる。マスター型１に耐熱性材料を使用するのは、後工程である剥離用カーボン膜３やＳｉＣ膜４の成膜条件である数百度の高温に十分に耐えることを考慮してのことである。
【００１９】
なお、マスター型１の材料としては、前記ＳｉＣ、ＷＣ以外にも種々の耐熱性材料を使用することができ、あるいは、グラッシーカーボンを使用してもよい。グラッシーカーボンであれば、基準面２の加工が容易であり、かつ、次工程である剥離用カーボン膜３の成膜を省略することができる。
【００２０】
次に、工程２として、前記マスター型１の基準面２上に剥離用カーボン膜３を蒸着によって成膜する。具体的には、マスター型１を洗浄後、真空チャンバー内にセットして真空度２×１０^−５Ｐａまで真空引きし、マスター型１を４００℃に加熱した状態で基準面２上にカーボンをＰＶＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により３０オングストロームの厚さに成膜した。
【００２１】
次に、工程３として、前記剥離用カーボン膜３上にＳｉＣ膜４を蒸着によって成膜する。具体的には、前記剥離用カーボン膜３上にＳｉＣをＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により数百μｍの厚さに蒸着した。仮に、燒結で成膜すると組織がポーラス（多孔質）状になり、レンズ成形時にガラスがポーラス侵入して融着する。蒸着膜ではこのような不具合を生じない。
【００２２】
次に、工程４として、前記ＳｉＣ膜４の表面を接合する基材５の形状に合うように、研削あるいは切削により整形する。即ち、基材５の接合面曲率半径に合うようにＳｉＣ膜４の表面を整形し、表面粗さをＲａ１０ｎｍ以下に仕上げた。Ｒａは算術平均高さであり、ＪＩＳＢ０６０１−２００１で定義されている。
【００２３】
次に、工程５として、基材５を前記ＳｉＣ膜４に接合する。接着剤としてはカーボン接着剤、セラミック接着剤などを使用することができる。具体的には、熱膨張係数４．３×１０^−６／Ｋ程度のアルミナを主成分とするセラミック接着剤を使用した。
【００２４】
基材５の材料としては、ＳｉＣ膜４と同等の熱膨張係数の材料を使用することが好ましい。このような材料を選択することによって、基材５とＳｉＣ膜４との間に熱ストレスが発生することが防止される。例えば、ＳｉＣ、ＷＣやＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）を使用すればよい。
【００２５】
ＳｉＣの熱膨張係数は約４．５×１０^−６／Ｋ、ＷＣの熱膨張係数は５〜７×１０^−６／Ｋ、Ｓｉ_３Ｎ_４の熱膨張係数は約３．５×１０^−６／Ｋである。なお、ＷＣは焼結体であるため、粒度や組成によってその熱膨張係数が若干変化する。
【００２６】
次に、工程６として、剥離用カーボン膜３に引張り応力を加え、ＳｉＣ膜４と接合した基材５をマスター型１から剥離する。基材５をクランプし、基準面２の中心に対して垂直方向に力をかけて引っ張り、剥離した。剥離用カーボン膜３のマスター型１に対する密着力が弱いために簡単に剥離する。
【００２７】
次に、工程７として、剥離用カーボン膜３を除去する。具体的には、５分間アッシングすることにより、ＳｉＣ膜４に付着しているカーボン膜３を除去した。
【００２８】
以上の工程１〜７によって、ＳｉＣ膜４の凹面を成形面とするレプリカ型６を得ることができる。このレプリカ型６はガラスあるいはプラスチックのレンズをプレス成形する際の金型として使用される。この場合、ＳｉＣ膜４の凹面が成形面となる。
【００２９】
以上の製造方法において、一つのマスター型１を作製しておけば、複数のレプリカ型６を短時間で製作することができる。マスター型１の基準面２は凸形状であることから高い精度で加工することができ、ひいては、レプリカ型６においてＳｉＣ膜４の成形面の精度も高くなる。
【００３０】
レンズの成形面として使用されるＳｉＣ膜４は耐熱性に優れ、高硬度であることから、レプリカ型６はガラスレンズの成形に好適である。
【００３１】
なお、本発明に係るレンズ成形用レプリカ型の製造方法は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００３２】
特に、マスター型、剥離用膜、基材の材料、及びＳｉＣ膜と基材との接着剤の種類は前記実施形態に示したもの以外に種々のものを使用することができる。また、マスター型や基材の形状や構造の細部は任意である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレンズ成形用レプリカ型の製造方法の一実施形態を工程順にしめす断面図である。
【符号の説明】
１…マスター型
２…基準面
３…剥離用カーボン膜
４…ＳｉＣ膜
５…基材
６…レプリカ型

Claims

凸形状の基準面を有するマスター型を作製する工程と、
前記マスター型の基準面にＳｉＣ膜を成膜する工程と、
前記ＳｉＣ膜上にレプリカ型となる基材を接合する工程と、
ＳｉＣ膜と接合した基材を前記マスター型から剥離する工程と、
を備えたことを特徴とするレンズ成形用レプリカ型の製造方法。
さらに、前記ＳｉＣ膜を成膜する前に、前記マスター型の基準面上に剥離用膜を成膜する工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレンズ成形用レプリカ型の製造方法。
前記マスター型はＳｉＣ又はＷＣにて作製することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレンズ成形用レプリカ型の製造方法。
前記マスター型はグラッシーカーボンにて作製することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレンズ成形用レプリカ型の製造方法。
前記基材はＳｉＣ、ＷＣ又はＳｉ_３Ｎ_４にて作製することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載のレンズ成形用レプリカ型の製造方法