(57)【要約】【課題】エアー溜まりの発生を良好に防止できるとともに、膜剥離の発生を抑制でき、耐久性に優れた金型の製造方法を提供する。【解決手段】基材に、所定の形状を有する成形面を形成し、スパッタ法により成形面に被覆層を成膜した後、被覆層の表面をエッチングにより粗面化する。被覆層は、基材を基材保持部で保持し、所定の回転軸で基材保持部を回転させるとともに、スパッタターゲットの表面の法線と回転軸との間の角度が時間的に変化するようにスパッタターゲットと基材保持部の相対位置を変化させながら成膜する。【選択図】図３
2010285316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
滴下した溶融ガラス滴からガラスゴブ又はガラス成形体を製造するための金型の製造方法であって、
基材に、所定の形状を有する成形面を形成する工程と、
スパッタ法により前記成形面に被覆層を成膜する工程と
前記被覆層の表面をエッチングにより粗面化する工程と、を有し、
前記被覆層は、前記基材を基材保持部で保持し、所定の回転軸で前記基材保持部を回転させるとともに、スパッタターゲットの表面の法線と前記回転軸との間の角度が時間的に変化するようにスパッタターゲットと前記基材保持部の相対位置を変化させながら成膜することを特徴とする金型の製造方法。
【請求項２】
前記成形面は、中心軸に対称な凹又は凸の形状を有し、
前記回転軸は、前記成形面の前記中心軸に略平行であることを特徴とする請求項１に記載の金型の製造方法。
【請求項３】
前記成形面は、直径が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、前記中心軸に垂直な平面に対する傾斜角度の最大値が５０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項２に記載の金型の製造方法。
【請求項４】
成膜する前記被覆層の膜厚は、前記成形面の全域において、前記成形面の前記中心軸の位置における膜厚の０．８倍以上１．２倍以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の金型の製造方法。
【請求項５】
前記被覆層をエッチングする際のエッチングレートは、前記成形面の全域において、前記成形面の前記中心軸の位置におけるエッチングレートの０．５倍以上５倍以下であることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の金型の製造方法。
【請求項６】
成膜する前記被覆層は、ＸＲＤにて検出される回折ピークの数及び各回折ピークの強度の大小関係が、前記成形面の全域において略同一であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の金型の製造方法。
【請求項７】
前記被覆層は、クロム、アルミニウム及びチタンのうち少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の金型の製造方法。
【請求項８】
第１の金型に溶融ガラス滴を滴下する工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を前記第１の金型の上で冷却する工程と、を有するガラスゴブの製造方法であって、
前記第１の金型は、請求項１から７の何れか１項に記載の金型の製造方法によって製造された金型であることを特徴とするガラスゴブの製造方法。
【請求項９】
第１の金型に溶融ガラス滴を滴下する工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を、前記第１の金型及び前記第１の金型に対向する第２の金型により加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、
前記第１の金型及び前記第２の金型のうち少なくとも一方は、請求項１から７の何れか１項に記載の金型の製造方法によって製造された金型であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滴下した溶融ガラス滴からガラスゴブ又はガラス成形体を製造するための金型の製造方法、並びに該製造方法により製造された金型を用いたガラスゴブ及びガラス成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ用レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、携帯電話用カメラレンズ、光通信用のカップリングレンズ等として、ガラス製の光学素子が広範にわたって利用されている。このようなガラス製の光学素子として、ガラス素材を成形金型で加圧成形して製造したガラス成形体を用いることが多くなってきた。
【０００３】
このようなガラス成形体の製造方法として、所定温度に加熱した下型に、下型より高温の溶融ガラス滴を滴下させ、滴下した溶融ガラス滴を、下型及び下型に対向する上型により加圧成形してガラス成形体を得る方法（以下、「液滴成形法」ともいう）が提案されている。この方法は、溶融ガラス滴から直接ガラス成形体を製造することができるので、１回の成形に要する時間を非常に短くできることから注目されている。
【０００４】
また、下型に滴下した溶融ガラス滴をそのまま冷却、固化してガラスゴブ（ガラス塊）を作製し、得られたガラスゴブを成形用金型と共に加熱して加圧成形することによりガラス成形体を製造する方法（リヒートプレス法）も知られている。
【０００５】
しかし、これらの方法においては、滴下した溶融ガラス滴が下型に衝突する際、溶融ガラス滴の下面（下型との接触面）の中央付近に微細な凹部が形成され、この凹部に入り込んだエアーが閉じこめられて、ガラス成形体の下面に凹部（エアー溜まり）が残存してしまうという問題があった。
【０００６】
このような問題を解決するため、基材の上に被覆層を成膜した後、被覆層の表面を粗面化した金型を用いて、凹部に入り込んだ空気の流路を確保することでエアー溜まりが残存することを防止する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、特許文献１には、粗面化するための被覆層をスパッタ法によって成膜する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００９／０１６９９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、被覆層を成膜する成形面が凸形状や凹形状の面の場合、特許文献１に記載されているように被覆層をスパッタ法で成膜する方法では、成形面の中央部と周辺部とで成膜した被覆層の膜質や膜厚が異なってしまう。そのため、周辺部において粗面化が過度に進行し、粗面化処理の際やガラス成形体の製造中に、被覆層の周辺部に膜剥離が発生しやすいという問題があった。
【０００９】
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、エアー溜まりの発生を良好に防止できるとともに、膜剥離の発生を抑制でき、耐久性に優れた金型の製造方法を提供することである。また、本発明の別の目的は、エアー溜まりのないガラスゴブ及びガラス成形体を安定的に製造することができるガラスゴブ及びガラス成形体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。
【００１１】
１．滴下した溶融ガラス滴からガラスゴブ又はガラス成形体を製造するための金型の製造方法であって、
基材に、所定の形状を有する成形面を形成する工程と、
スパッタ法により前記成形面に被覆層を成膜する工程と
前記被覆層の表面をエッチングにより粗面化する工程と、を有し、
前記被覆層は、前記基材を基材保持部で保持し、所定の回転軸で前記基材保持部を回転させるとともに、スパッタターゲットの表面の法線と前記回転軸との間の角度が時間的に変化するようにスパッタターゲットと前記基材保持部の相対位置を変化させながら成膜することを特徴とする金型の製造方法。
【００１２】
２．前記成形面は、中心軸に対称な凹又は凸の形状を有し、
前記回転軸は、前記成形面の前記中心軸に略平行であることを特徴とする前記１に記載の金型の製造方法。
【００１３】
３．前記成形面は、直径が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、前記中心軸に垂直な平面に対する傾斜角度の最大値が５０°以上９０°以下であることを特徴とする前記２に記載の金型の製造方法。
【００１４】
４．成膜する前記被覆層の膜厚は、前記成形面の全域において、前記成形面の前記中心軸の位置における膜厚の０．８倍以上１．２倍以下であることを特徴とする前記２又は３に記載の金型の製造方法。
【００１５】
５．前記被覆層をエッチングする際のエッチングレートは、前記成形面の全域において、前記成形面の前記中心軸の位置におけるエッチングレートの０．５倍以上５倍以下であることを特徴とする前記２から４の何れか１項に記載の金型の製造方法。
【００１６】
６．成膜する前記被覆層は、ＸＲＤにて検出される回折ピークの数及び各回折ピークの強度の大小関係が、前記成形面の全域において略同一であることを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の金型の製造方法。
【００１７】
７．前記被覆層は、クロム、アルミニウム及びチタンのうち少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする前記１から６の何れか１項に記載の金型の製造方法。
【００１８】
８．第１の金型に溶融ガラス滴を滴下する工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を前記第１の金型の上で冷却する工程と、を有するガラスゴブの製造方法であって、
前記第１の金型は、前記１から７の何れか１項に記載の金型の製造方法によって製造された金型であることを特徴とするガラスゴブの製造方法。
【００１９】
９．第１の金型に溶融ガラス滴を滴下する工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を、前記第１の金型及び前記第１の金型に対向する第２の金型により加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、
前記第１の金型及び前記第２の金型のうち少なくとも一方は、前記１から７の何れか１項に記載の金型の製造方法によって製造された金型であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基材を基材保持部で保持し、所定の回転軸で基材保持部を回転させるとともに、スパッタターゲットの表面の法線と回転軸との間の角度が時間的に変化するようにスパッタターゲットと基材保持部の相対位置を変化させながら被覆層を成膜するため、成形面の中央部と周辺部における被覆層の膜質及び膜厚の差を減少させることができる。そのため、成形面の中央部と周辺部における粗面化の進行度合の差も減少し、周辺部において粗面化が過度に進行してしまうことを防止することができる。従って、エアー溜まりの発生を良好に防止できるとともに、膜剥離の発生を抑制でき、耐久性に優れた金型を製造することができる。また、上記の方法で製造した金型を使用することで、エアー溜まりのないガラスゴブ及びガラス成形体を安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】各工程における金型の状態を示す断面図である。
【図２】実施形態で用いるスパッタ装置の一例を示す図である。
【図３】スパッタターゲットと基材保持部の動きの例を示す図である。
【図４】スパッタターゲットと基材保持部の動きの別の例を示す図である。
【図５】実施形態で用いるスパッタ装置の別の例を示す図であるである。
【図６】エッチングレートの意味を説明するための模式図であるである。
【図７】ガラス成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】実施形態で使用するガラス成形体の製造装置の模式図（工程Ｓ１０３における状態）である。
【図９】実施形態で使用するガラス成形体の製造装置の模式図（工程Ｓ１０５における状態）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図９を参照しつつ詳細に説明するが、本発明は該実施の形態に限られるものではない。
【００２３】
始めに、図１〜図６を用いて、金型の製造方法について説明する。図１は各工程における金型の状態を示す断面図、図２は本実施形態で用いるスパッタ装置の一例を示す図、図３はスパッタターゲットと基材保持部の動きの例を示す図、図４はスパッタターゲットと基材保持部の動きの別の例を示す図、図５は本実施形態で用いるスパッタ装置の別の例を示す図である。また、図６はエッチングレートの意味を説明するための模式図である。
【００２４】
（基材）
製造する金型のベースとなる基材１１には、予め、製造するガラスゴブやガラス成形体に応じた所定の形状の成形面１５を形成しておく（図１（ａ））。成形面１５の形状に制限はないが、中心軸に対称な凹又は凸の形状を有する場合に特に効果的である。また、従来、成形面１５の直径Ｄが小さく、中心軸に垂直な平面に対する傾斜角度βが大きいほど、成形面１５の中央部と周辺部における被覆層１２の膜質及び膜厚の差が顕著であったが、本実施形態の方法によれば、そのような場合であっても成形面１５の中央部と周辺部における被覆層の膜質及び膜厚の差を減少させることができる。中でも、成形面１５の直径Ｄが３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、中心軸に垂直な平面に対する傾斜角度βが５０°以上９０°以下の場合には、被覆層１２を均質化させる効果が高く、特に有効である。なお、ここで成形面１５とは、溶融ガラス滴と接触して溶融ガラス滴を成形する（変形させる）ための面を意味する。すなわち、ガラス成形体を製造するために溶融ガラス滴を加圧成形するための面の他、ガラスゴブを製造するために滴下した溶融ガラス滴を受けて変形させるための面も含むものである。
【００２５】
本実施形態においては、基材１１の上に成膜した被覆層１２に対して粗面化処理を行うため、被覆層１２の成膜前に基材１１を粗面化しておく必要はない。そのため、基材１１の材料は、粗面化の容易性や、粗面化した場合の耐久性等を考慮することなく選択することができ、溶融ガラス滴を加圧成形するための金型の材料として公知の材料の中から、条件に応じて適宜選択して用いることができる。好ましく用いることができる材料として、例えば、各種耐熱合金（ステンレス等）、タングステンカーバイドを主成分とする超硬材料、各種セラミックス（炭化珪素、窒化珪素等）、カーボンを含んだ複合材料等が挙げられる。また、これらの材料の表面にＣＶＤ炭化珪素膜などの緻密な加工層を形成したものであってもよい。
【００２６】
（成膜工程）
次に、スパッタ法により成形面１５に被覆層１２を成膜する（図１（ｂ））。本実施形態では、基材１１を基材保持部３４で保持し、所定の回転軸２１で基材保持部３４を回転させるとともに、スパッタターゲット３２の表面の法線２３と回転軸２１との間の角度αが時間的に変化するようにスパッタターゲット３２と基材保持部３４の相対位置を変化させながら被覆層１２を成膜する。従って、成形面１５の中央部と周辺部における被覆層１２の膜質及び膜厚の差を減少させることができ、エッチングによる粗面化の進行度合の差も減少するため、周辺部において粗面化が過度に進行してしまうことを防止することができる。
【００２７】
図２に本実施形態で用いるスパッタ装置３０の一例を示す。スパッタ装置３０は、真空チャンバ３１の内部に基材１１を保持する基材保持部３４と、被覆層１２の材料であり基材保持部の下方に配置されたスパッタターゲット３２と、スパッタターゲット３２に所定の電圧を印加するスパッタ電源３３とを備えている。また、基材保持部３４を所定の回転軸２１で回転（以下、「自転」ともいう）させるための自転駆動部３５と、スパッタターゲット３２の表面の法線２３と回転軸２１との間の角度αが時間的に変化するようにスパッタターゲット３２と基材保持部３４の相対位置を変化（以下、「チルト駆動」ともいう）させるためのチルト駆動部３６とを備えている。更に、真空チャンバ３１は、バルブ４１を介して、真空チャンバ３１の内部を所定の真空度まで排気するための排気ポンプ４２に接続されるとともに、流量調整バルブ４３を介して、真空チャンバ３１の内部にスパッタガスを導入するためのガスボンベ４４に接続されている。
【００２８】
被覆層１２の成膜に際し、先ず基材１１を、成形面１５を下向きにした状態で基材保持部３４に取り付ける。基材保持部３４で保持する基材１１は、１つでもよいし、複数でもよい。次に、バルブ４１を開き、真空チャンバ３１の内部を排気ポンプ４２によって所定の真空度まで排気する。通常は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力まで排気することが好ましい。また、基材保持部３４にヒーターを設けておき、基材１１を所定の温度に加熱しておくことも好ましい。真空チャンバ３１の内部が所定の真空度まで排気された後、流量調整バルブ４３を開いてガスボンベ４４よりスパッタガスを導入し、スパッタ電源３３によってスパッタターゲット３２に所定の電圧を印加してスパッタターゲット３２の上面付近にプラズマを発生させる。これにより、スパッタガスのイオンがスパッタターゲット３２に衝突し、スパッタターゲット３２の構成元素がスパッタ粒子としてはじき飛ばされる。はじき飛ばされたスパッタ粒子は上方の基材１１に到達して堆積し、成形面１５に被覆層１２が形成される。
【００２９】
本実施形態において、被覆層１２は、上述の自転とチルト駆動を行いながら成膜する。図２及び図３を参照しながら、自転とチルト駆動について説明する。自転は、所定の回転軸２１における基材保持部３４の回転のことであり、ここでは、自転駆動部３５によって基材保持部３４を図中の矢印Ｐ方向に回転させている。成形面１５が、中心軸２２に対称な凹又は凸の形状を有する場合には、回転軸２１を成形面１５の中心軸２２と略平行にすることが好ましい。そうすることで、成形面１５の中央部と周辺部における被覆層１２の膜質及び膜厚の差をより効果的に減少させることができる。回転速度は、基材１１の保持位置や成形面１５の形状、大きさ等に応じて適宜設定すればよい。例えば、２ｒｐｍ〜１０ｒｐｍの範囲に設定すればよい。
【００３０】
チルト駆動は、スパッタターゲット３２の表面の法線２３と回転軸２１との間の角度αが時間的に変化するように、スパッタターゲット３２と基材保持部３４の相対位置を変化させることであり、ここでは、チルト駆動部３６によって基材保持部３４を図中の矢印Ｑ方向に駆動している。角度αの大きさや駆動の速度は、基材１１の保持位置や成形面１５の形状、スパッタターゲット３２と基材１１との距離等に応じて適宜設定すればよい。例えば、角度αを左右それぞれ１０°〜４５°とし、０．５ｒｐｍ〜２ｒｐｍの速度で繰り返し駆動することが好ましい。チルト駆動の角度αは、成形面１５の傾斜角度βの最大値をβｍａｘとしたとき、α＞βｍａｘ／４．５であることが好ましく、α＞βｍａｘ／２．５であることがより好ましい。また、チルト駆動部３６によって基材保持部３４を駆動する代わりに、図４に示すようにスパッタターゲット３２を矢印Ｑ方向に駆動して、スパッタターゲット３２の表面の法線２３と回転軸２１との間の角度αを時間的に変化させる構成としてもよい。何れの場合も、Ｐ方向の１周期とＱ方向に１往復の時間をずらすことで、成膜面１５上への被覆層１２の非対称性を発生させないように調整する必要がある。
【００３１】
被覆層１２の材料に特に制限はないが、エッチングによる粗面化が容易で、ガラスとの反応性が低い材料が好ましい。中でも、クロム、アルミニウム及びチタンのうち少なくとも１つの元素を含む材料が好ましい。例えば、金属クロム、金属アルミニウム、金属チタン、これらの酸化物や窒化物、あるいはこれらの混合物等を好ましく用いることができる。これらの膜は、何れも容易に成膜でき、エッチングによって容易に粗面化を行うことができる。また、被覆層１２にクロム、アルミニウム及びチタンのうち少なくとも１つの元素が含まれていると、大気中での加熱によってこれらの元素が酸化し、表面に安定な酸化物の層が形成されるという共通した特徴がある。これらの酸化物は、標準生成自由エネルギー（標準生成ギブスエネルギー）が小さく非常に安定であるため、高温の溶融ガラス滴と接触しても容易に反応することがないという大きな利点を有している。中でも、クロムの酸化物は特に安定であるため、クロム元素を含む被覆層１２を設けることがより好ましい。
【００３２】
２種以上の元素を含む被覆層１２を成膜する場合、各元素を所定の割合で含むスパッタターゲット３２を用いて成膜してもよいし、それぞれの元素を含む複数のスパッタターゲット３２を用いて複合スパッタにより成膜してもよい。図５は、３つのスパッタターゲット３２Ａ、３２Ｂ及び３２Ｃを用いて複合スパッタを行うための装置の例を示している。図５の装置では、３つのスパッタターゲット３２Ａ、３２Ｂ及び３２Ｃは円周２５上に配置され、基材保持部３４を、円周２５の中心２６を通る軸２４の周りを図中の矢印Ｒ方向に回転させる公転駆動部３７を備えている。このような装置を用いて、上述の自転とチルト駆動に加え、基材保持部３４を３つのスパッタターゲット３２Ａ、３２Ｂ及び３２Ｃの上方を通過するように回転（公転）させながら成膜を行うことで、２種以上の元素を含む被覆層１２をより均質に成膜することができる。
【００３３】
被覆層１２の膜厚は、エッチングによる粗面化によって微小な凹凸を形成できるだけの厚みを有していればよく、通常は、０．０５μｍ以上が好ましい。逆に、被覆層１２が厚すぎると、膜はがれ等の欠陥が発生しやすくなる場合がある。そのため、被覆層１２の厚みは、０．０５μｍ〜５μｍが好ましく、０．１μｍ〜１μｍが特に好ましい。また、成形面１５が中心軸２２に対称な凹又は凸の形状を有する場合、成形面１５の中央部と周辺部における粗面化の進行度合の差を十分に減少させ、周辺部において粗面化が過度に進行してしまうことを防止するという効果を確実にするという観点から、被覆層１２の膜厚は、成形面１５の全域において、中心軸２２の位置における膜厚の０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下であることがより好ましい。
【００３４】
また、被覆層１２をＸＲＤ（Ｘ線回折）で評価した場合に検出される回折ピークの数や各回折ピークの強度の大小関係が異なると、エッチングレートに差が生じ、粗面化の進行度合の差が生じ易くなる場合がある。このような観点から、被覆層１２を成膜する際の自転とチルト駆動の条件は、ＸＲＤにて検出される被覆層１２の回折ピークの数及び各回折ピークの強度の大小関係が、成形面１５の全域において略同一となるように設定することがより好ましい。例えば、被覆層１２としてクロム膜を用いる場合、２θ＝４４°近傍に現れる（１１０）面の回折ピークと、２θ＝６４°近傍に現れる（２００）面の回折ピークの大小関係を等しくすることが効果的である。ＸＲＤによる回折ピークは、一般的なＸ線回折装置（例えば、株式会社リガク製Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ２５００）を用いればよく、測定条件も対象に応じて適宜選択すればよい。例えば、被覆層１２としてクロム膜を用いる場合、θ−２θ法で範囲０〜８０°、サンプリング幅０．０２°、スキャン速度５°／ｍｉｎの条件で測定すればよい。
【００３５】
（粗面化工程）
次に、被覆層１２の表面をエッチングによって粗面化する（図１（ｃ））。本実施形態においては、上述の通り、成形面１５の中央部と周辺部における被覆層１２の膜質及び膜厚の差が小さいため、粗面化の進行度合の差も小さく、周辺部において粗面化が過度に進行することによる膜剥離の発生を抑制することができる。
【００３６】
エッチングは、液体を用いるウェットエッチングでもよいし、ガスを用いるドライエッチングでもよい。中でも、液体を用いるウェットエッチングは、高価な設備を必要とせず、また容易に均一な凹凸を形成できるため好ましい。
【００３７】
ウェットエッチングの場合、反応性のエッチング液を被覆層１２に接触させて反応させ、被覆層１２を粗面化して表面に凹凸を形成する。容器に貯留したエッチング液に被覆層１２を浸漬させてもよいし、被覆層１２の上に所定量のエッチング液を供給してもよい。また、エッチング液をスプレー状に吹き付ける方法でもよい。エッチング液は、被覆層１２の材質に応じた公知のエッチング液を適宜選択すればよい。例えば、被覆層１２がクロム膜の場合、硝酸第二セリウムアンモンを含有する酸性溶液や、フェリシアン化カリウム及び水酸化カリウムを含むアルカリ性溶液が好適である。
【００３８】
また、ドライエッチングの場合、真空チャンバ内にエッチングガスを導入し、高周波を印加してプラズマを発生させ、プラズマにより生成されたイオンやラジカルによって被覆層１２の粗面化を行う。プラズマエッチングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などと称されることもある。廃液が発生しないために環境負荷が小さいこと、異物による表面の汚染が少ないこと、処理の再現性に優れることなどから、好ましい方法である。ドライエッチングの装置は、平行平板型、バレル（円筒）型、マグネトロン型、ＥＣＲ型など、公知の装置の中から適宜選択して用いればよく、特に制限はない。エッチングガスは、Ａｒなどの不活性ガスでもよいし、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒなどのハロゲンを含んだ反応性の高いガスを用いてもよい。中でも、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒなどのハロゲンを含んだガス（例えば、ＣＦ４、ＳＦ６、ＣＨＦ３、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＢｒなど）は反応性が高く、短時間で処理を行うことができる。また、これらのガスとＯ２、Ｎ２などとの混合ガスを用いてもよい。
【００３９】
上記の何れの方法による場合であっても、成形面１５の中央部と周辺部とで被覆層１２の膜質が異なるとエッチングレートに差が生じてしまうが、本実施形態においては被覆層１２の膜質及び膜厚が均一化されているため、粗面化の進行度合の差も小さい。被覆層１２のエッチングレートは、スパッタにより被覆層１２を成膜する際、成膜面に到達するスパッタ粒子の有するエネルギーの大きさによって異なり、自転とチルト駆動の条件によって調整することが可能である。このような観点から、被覆層１２を成膜する際の自転とチルト駆動の条件は、被覆層１２のエッチングレートができるだけ均一になるように設定することが好ましい。より具体的には、被覆層１２のエッチングレートが、成形面１５の全域において、成形面１５の中心軸２２の位置におけるエッチングレートの０．５倍以上５倍以下となるように設定することが好ましい。
【００４０】
ここで、図６を用いて、本明細書におけるエッチングレートの意味を説明する。図６（ａ）は、エッチング前の初期状態を示す図であり、基材１１の上に被覆層１２が形成されている。図６（ｂ）は、処理時間ｔだけエッチングを行った後の状態を示している。このとき、被覆層１２の厚みの減少量Ａを処理時間ｔで除したものがエッチングレートである。なお、エッチングによって被覆層１２の表面には微細な凹凸が形成されるが、エッチングレートの算出にあたっては、凹凸の平均線２７を用いることとする。
【００４１】
エッチングによる粗面化は、被覆層１２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜０．２μｍ、且つ、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．５μｍ以下となるように行うことが好ましい。算術平均粗さ（Ｒａ）及び粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）をこのような範囲とすることにより、製造するガラス成形体にエアー溜まりが発生することをより効果的に防止することができる。なお、算術平均粗さ（Ｒａ）、及び、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１において定義される粗さパラメータである。本発明において、これらのパラメータの測定は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のように、空間解像度が０．１μ以下の測定機を用いて行う。
【００４２】
なお、被覆層１２の表面の全面を、エッチングによって粗面化する必要はなく、少なくとも溶融ガラス滴５０と接触する領域を粗面化すればよい。また、本実施形態においては、被覆層１２が１層のみからなる場合を例に挙げて説明したが、被覆層１２が２層以上の層からなる多層構造を有していてもよい。例えば、基材１１と被覆層１２の密着性を高めるための中間層を設けてもよいし、粗面化処理によって凹凸が形成された被覆層１２の上に、表面を保護するための保護層を更に設けてもよい。
【００４３】
（ガラス成形体の製造方法）
次に、ガラス成形体の製造方法について、図７〜図９を参照しながら説明する。図７は、ガラス成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図８及び図９は本実施形態で使用するガラス成形体の製造装置の模式図である。図８は下型に溶融ガラス滴を滴下する工程（工程Ｓ１０３）における状態を、図９は、滴下した溶融ガラス滴を下型と上型とで加圧する工程（工程Ｓ１０５）における状態を、それぞれ示している。
【００４４】
図８及び図９に示すガラス成形体の製造装置は、溶融ガラス５１を収容する溶融槽５２と、溶融槽５２の下部に接続され、溶融ガラス滴５０を滴下するための滴下ノズル５３と、滴下した溶融ガラス滴５０を受けるための下型１０Ａと、下型１０Ａと共に溶融ガラス滴５０を加圧成形するための上型１０Ｂとを備えている。上述の製造方法により製造した金型１０は、下型１０Ａとして用いてもよいし、上型１０Ｂとして用いてもよい。金型１０を下型１０Ａとして用いる場合には、溶融ガラス滴５０を受ける際に生じるエアー溜まりを効果的に抑制することができる。また、金型を上型１０Ｂとして用いる場合には、滴下した溶融ガラス滴５０を成形する際に生じるエアー溜まりを効果的に抑制することができる。ここでは、金型１０を、下型１０Ａと上型１０Ｂの両方に用いる場合を例に挙げて説明するが、下型１０Ａと上型１０Ｂのうち少なくとも一方に金型１０を用いることで上記の効果が得られる。
【００４５】
下型１０Ａと上型１０Ｂとは、図示しない加熱手段によって所定温度に加熱できるように構成されている。加熱手段は、公知の加熱手段を適宜選択して用いることができる。例えば、内部に埋め込んで使用するカートリッジヒーターや、外側に接触させて使用するシート状のヒーター、赤外線加熱装置、高周波誘導加熱装置等を用いることができる。下型１０Ａと上型１０Ｂとをそれぞれ独立して温度制御することができる構成であることが好ましい。下型１０Ａは、図示しない駆動手段により、溶融ガラス滴５０を受けるための位置（滴下位置Ｐ１）と、上型１０Ｂと対向して加圧成形を行うための位置（加圧位置Ｐ２）との間を、ガイド５４に沿って移動可能に構成されている。また上型１０Ｂは、図示しない駆動手段により、溶融ガラス滴５０を加圧する方向（図の上下方向）に移動可能に構成されている。
【００４６】
以下、図７に示すフローチャートに従い、ガラス成形体５５の製造方法の各工程について順を追って説明する。
【００４７】
先ず、下型１０Ａ及び上型１０Ｂを所定温度に加熱する（工程Ｓ１０１）。所定温度とは、加圧成形によってガラス成形体に良好な転写面を形成できる温度を適宜選択すればよい。下型１０Ａと上型１０Ｂの加熱温度は同じであってもよいし、異なっていてもよい。ガラスの種類や、形状、大きさ、ガラス成形用金型の材質、大きさ等種々の条件に応じて適正な温度を適宜設定する。通常は、使用するガラスのガラス転移温度をＴｇとしたとき、Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度に設定することが好ましい。
【００４８】
次に、下型１０Ａを滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ１０２）、滴下ノズル５３から溶融ガラス滴５０を滴下する（工程Ｓ１０３）（図８参照）。溶融ガラス滴５０の滴下は、溶融ガラス５１を収容する溶融槽５２に接続された滴下ノズル５３を所定温度に加熱することによって行う。滴下ノズル５３を所定温度に加熱すると、溶融槽５２に収容された溶融ガラス５１は、自重によって滴下ノズル５３の先端部に供給され、表面張力によって液滴状に溜まる。滴下ノズル５３の先端部に溜まった溶融ガラスが一定の質量になると、重力によって滴下ノズル５３から自然に分離し、溶融ガラス滴５０となって下方に滴下する。
【００４９】
滴下ノズル５３から滴下する溶融ガラス滴５０の質量は、滴下ノズル５３の先端部の外径などによって調整可能であり、ガラスの種類等によるが、０．１ｇ〜２ｇ程度の溶融ガラス滴５０を滴下させることができる。また、滴下ノズル５３から滴下した溶融ガラス滴５０を、一旦、貫通細孔を有する部材に衝突させ、衝突した溶融ガラス滴の一部を、貫通細孔を通過させることによって、微小化された溶融ガラス滴を下型１０Ａに滴下してもよい。このような方法を用いることによって、例えば０．００１ｇといった微小な溶融ガラス滴を得ることができるため、滴下ノズル５３から滴下する溶融ガラス滴５０をそのまま下型１０Ａで受ける場合よりも、微小なガラス成形体の製造が可能となる。
【００５０】
使用できるガラスの種類に特に制限はなく、公知のガラスを用途に応じて選択して用いることができる。例えば、ホウケイ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、リン酸ガラス、ランタン系ガラス等の光学ガラスが挙げられる。
【００５１】
次に、下型１０Ａを加圧位置Ｐ２に移動し（工程Ｓ１０４）、上型１０Ｂを下方に移動して、下型１０Ａと上型１０Ｂとで溶融ガラス滴５０を加圧成形する（工程Ｓ１０５）（図９参照）。下型１０Ａに滴下された溶融ガラス滴５０は、加圧成形される間に下型１０Ａや上型１０Ｂとの接触面からの放熱によって冷却され、固化してガラス成形体５５となる。ガラス成形体５５が所定の温度にまで冷却されると、上型１０Ｂを上方に移動して加圧を解除する。ガラスの種類や、ガラス成形体５５の大きさや形状、必要な精度等によるが、通常は、ガラスのＴｇ近傍の温度まで冷却してから加圧を解除することが好ましい。
【００５２】
溶融ガラス滴５０を加圧するために加える荷重は、常に一定であってもよいし、時間的に変化させてもよい。荷重の大きさは、製造するガラス成形体５５のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、上型１０Ｂを上下移動させる駆動手段に特に制限はなく、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータを用いた電動シリンダ等の公知の駆動手段を適宜選択して用いることができる。
【００５３】
その後、上型１０Ｂを上方に移動して退避させ、固化したガラス成形体５５を回収し（工程Ｓ１０６）、ガラス成形体５５の製造が完成する。その後、引き続いてガラス成形体５５の製造を行う場合は、下型１０Ａを再度滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ１０２）、以降の工程を繰り返せばよい。なお、本実施形態のガラス成形体の製造方法は、ここで説明した以外の別の工程を含んでいてもよい。例えば、ガラス成形体５５を回収する前にガラス成形体５５の形状を検査する工程や、ガラス成形体５５を回収した後に下型１０Ａや上型１０Ｂをクリーニングする工程等を設けてもよい。
【００５４】
本実施形態のガラス成形体の製造方法によれば、下型１０Ａ及び上型１０Ｂのうち少なくとも一方は、自転とチルト駆動を行いながら被覆層１２を成膜した金型１０を用いているため、被覆層の膜質及び膜厚が均一化され、成形面１５の中央部と周辺部における粗面化の進行度合の差も小さい。そのため、溶融ガラス滴５０を受ける際や加圧成形する際におけるエアー溜まりの発生を良好に防止できるとともに、被覆層１２の膜剥離の発生を抑制できる。従って、エアー溜まりのないガラス成形体を安定的に製造することができる。
【００５５】
本実施形態の製造方法により製造されたガラス成形体５５は、デジタルカメラ等の撮像レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、光通信用のカップリングレンズ等の各種光学素子として用いることができる。
【００５６】
なお、金型１０を下型１０Ａとして用いる場合、工程Ｓ１０３で下型１０Ａに滴下した溶融ガラス滴５０を、加圧成形することなくそのまま下型１０Ａの上で冷却、固化してガラスゴブ（ガラス塊）を得ることもできる。その場合も、溶融ガラス滴５０を受ける際におけるエアー溜まりの発生を良好に防止できるとともに、被覆層１２の膜剥離の発生を抑制できるため、エアー溜まりのないガラスゴブを安定的に製造することができる。各工程の詳細は、ガラス成形体を製造する場合の工程と同様である。製造したガラスゴブは、リヒートプレス法によって光学素子等を製造するための素材ガラス（ガラスプリフォーム）等として用いることができる。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５８】
（実施例）
図１に示した工程に従って、上述の方法により金型１０の製造を行った。基材１１の材質は炭化珪素（ＳｉＣ）の焼結体とした。成形面１５は中心軸２２に対称な凹面であり、直径５ｍｍ、傾斜角度の最大値は７０°とした。
【００５９】
基材１１を、図２に示したスパッタ装置３０の基材保持部３４に取り付けた。この際、成形面１５の中心軸２２が、基材保持部３４の回転軸２１に平行となるように配置した。スパッタターゲット３２には、直径１５２ｍｍ（６インチ）のクロムターゲットを用い、スパッタターゲット３２と成形面１５の間の距離は６５ｍｍとした。
【００６０】
その後、バルブ４１を開いて真空チャンバ３１の内部を排気しながら、基材１１が２００℃になるように加熱を行った。真空チャンバ３１の内部が１０−３Ｐａ台の高真空まで到達した後、流量調整バルブ４３を開いてガスボンベ４４よりスパッタガスを１Ｐａまで導入した。スパッタガスにはアルゴンガスを用いた。そして、自転駆動部３５とチルト駆動部３６を起動して自転とチルト駆動を行いながら、３００Ｗの高周波電力を印加して、０．５μｍのクロム膜（被覆層１２）を成膜した。自転の回転速度は５ｒｐｍとした。また、チルト駆動は、左右にそれぞれ３０°ずつの角度で１ｒｐｍの速度で連続的に往復させた。
【００６１】
成膜が完了した後、基材１１を真空チャンバ３１から取り出し、成膜した被覆層１２の表面をエッチングにより粗面化した。エッチング液には硝酸第二セリウムアンモンを含んだ市販のクロムエッチング液（ナカライテスク株式会社製  ＥＣＲ−２）を用いた。粗面化後の被覆層１２の表面は、中央部及び周辺部ともに算術平均粗さＲａが０．１μｍ、粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍが０．１μｍであった。なお、算術平均粗さＲａと粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍは、ＡＦＭ（デジタルインスツルメント社製Ｄ３１００）により測定した。
【００６２】
上述のように作製した金型１０を下型１０Ａ及びとして用いて、図７に示すフローチャートに従ってガラス成形体の製造を行った。ガラス材料にはＴｇが４８０℃のリン酸系ガラスを用いた。滴下ノズル５３の先端付近の温度は１０００℃とし、約１９０ｍｇの溶融ガラス滴５０が滴下するように設定した。また、下型１０Ａと上型１０Ｂの加熱温度は、下型１０Ａが５００℃、上型１０Ｂが４５０℃とし、加圧成形の際の荷重は１８００Ｎとした。
【００６３】
各工程を繰り返して１０００個のガラス成形体を作製しながら、作製したガラス成形体を観察し、エアー溜まりの有無と、被覆層１２の剥離の有無とを評価した。本実施例においては、１０００個のガラス成形体の全てにおいてエアー溜まりの発生はなく、被覆層１２の剥離も観察されなかった。
【００６４】
（比較例１）
実施例と異なり、成膜の際に自転及びチルト駆動を行わず、成形面１５とスパッタターゲット３２を対向させて固定した状態で被覆層１２を成膜した。被覆層１２の膜厚は０．５μｍとした。その他の条件は実施例と同様である。成膜が完了した後、実施例と同様にエッチングによる粗面化を行った。しかし、成形面１５の中央部よりも周辺部の方が粗面化の進行が早く、中央部が実施例と同様の粗さになる前に、周辺部において膜剥離が発生してしまったため、ガラス成形体の製造に用いることはできなかった。
【００６５】
（比較例２）
比較例１と同様に、成膜の際に自転及びチルト駆動を行わず、成形面１５とスパッタターゲット３２を対向させて固定した状態で被覆層１２を成膜した。但し、被覆層１２の膜厚を１．５μｍとした。成膜が完了した後、実施例と同様にエッチングによる粗面化を行った。成形面１５の中央部よりも周辺部の方が粗面化の進行が早く、中央部の算術平均粗さＲａが０．１μｍとなった時点で、周辺部は算術平均粗さＲａが０．３μｍとなっていた。その後、実施例と同様にガラス成形体を作製しながら、エアー溜まりの有無と被覆層１２の剥離の有無を評価した。比較例２においては、エアー溜まりの発生は防止できていたものの、１００ショットの成形で成形面１５の周辺部に膜剥離が発生し、それ以降に製造したガラス成形体は外観不良で要求品質を満足できないものであった。
【００６６】
このように、比較例１及び比較例２の場合には、被覆層１２の成膜の際に自転及びチルト駆動を行わなかったため、成形面１５の中央部と周辺部における粗面化の進行度合の差が大きく、周辺部において粗面化が過度に進行してしまい、ガラス成形体を安定的に製造することができなかった。これに対して実施例では、成膜の際に自転及びチルト駆動を行うことで、成形面１５の中央部と周辺部における粗面化の進行度合の差を減少させることができた。それによって、周辺部における膜剥離の発生が抑制されて金型の耐久性を向上させることができ、エアー溜まりのないガラス成形体を安定的に製造することができた。
【符号の説明】
【００６７】
１０  金型
１０Ａ  下型
１０Ｂ  上型
１１  基材
１２  被覆層
１５  成形面
２１  回転軸
２２  中心軸
２３  法線
３０  スパッタ装置
３１  真空チャンバ
３２  スパッタターゲット
３３  スパッタ電源
３４  基材保持部
３５  自転駆動部
３６  チルト駆動部
５０  溶融ガラス滴
５１  溶融ガラス
５２  溶融槽
５３  滴下ノズル
５５  ガラス成形体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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