(57)【要約】【課題】溶融ガラス滴を上下に加圧成形し、上成形面、下成形面及び外径規制面を有するガラス成形体を製造する場合に、ガラス成形体を容易に取り出すことができる成形型を提供する。【解決手段】上成形面を成形する上型面と、下成形面を成形する下型面と、外径規制面を成形する規制型面と、を有する成形型であって、規制型面は、算術平均粗さＲａが１６ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラス滴を上下に加圧成形し、上成形面、下成形面及び外径規制面を有するガラス成形体を製造するための成形型において、
前記上成形面を成形する上型面と、
前記下成形面を成形する下型面と、
前記外径規制面を成形する規制型面と、を有し、
前記規制型面は、算術平均粗さＲａが１６ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする成形型。
【請求項２】
前記規制型面は、エッチング液を用いるウェットエッチング処理により粗面化された面であることを特徴とする請求項１に記載の成形型。
【請求項３】
前記規制型面は、加熱による酸化処理により粗面化された面であることを特徴とする請求項１に記載の成形型。
【請求項４】
前記規制型面は、プラズマを用いるドライエッチング処理により粗面化された面であることを特徴とする請求項１に記載の成形型。
【請求項５】
前記規制型面は、機械加工により粗面化された面であることを特徴とする請求項１に記載の成形型。
【請求項６】
前記規制型面は、被覆層が設けられた面であり、
前記被覆層の表面が粗面化されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の成形型。
【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６に記載の成形型。
【請求項８】
前記規制型面は、粗面化された面の上に、保護層が設けられた面であることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の成形型。
【請求項９】
溶融ガラス滴を成形型で上下に加圧成形し、上成形面、下成形面及び外径規制面を有するガラス成形体を製造するガラス成形体の製造方法において、
前記成形型は、請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の成形型であり、
前記規制型面と組み合わされた前記下型面の上に溶融ガラス滴を滴下する工程と、
前記下型面と前記上型面とを相対的に接近させ、滴下した前記溶融ガラス滴を加圧してガラス成形体を形成する工程と、
前記成形型から前記ガラス成形体を取り出す工程と、を有することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【請求項１０】
溶融ガラス滴を成形型で上下に加圧成形し、上成形面、下成形面及び外径規制面を有するガラス成形体を製造するガラス成形体の製造方法において、
前記成形型は、請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の成形型であり、
前記下型面の上に溶融ガラス滴を滴下する工程と、
前記下型面と、前記規制型面と組み合わされた前記上型面とを相対的に接近させ、滴下した前記溶融ガラス滴を加圧してガラス成形体を形成する工程と、
前記成形型から前記ガラス成形体を取り出す工程と、を有す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、成形型及びガラス成形体の製造方法に関し、より詳しくは、溶融ガラス滴を上下に加圧成形し、上成形面、下成形面及び外径規制面を有するガラス成形体を製造するための成形型、及び、当該成形型を用いた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、ガラス素材を成形型で加圧成形して製造したガラス成形体が広く用いられている。
【０００３】
このようなガラス成形体の製造方法として、下型に溶融ガラス滴を滴下し、滴下した溶融ガラス滴が固化する前に、下型と上型とで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）が知られている（例えば、特許文献１参照）。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、成形型の加熱と冷却を繰り返す必要がないため、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、近年は、光学デバイスの高精度化や低コスト化の要求が高まり、上下２つの成形面に加え、ガラス成形体を光学系に組み込む際や、ガラス成形体に後加工（切断加工等）を行う際に位置決め基準面として用いることのできる外径規制面を有するガラス成形体が求められるようになってきた。
【０００５】
そのため、外径規制面を成形するための規制型面を有する成形型を用いて、外径規制面を有するガラス成形体を、液滴成形法で製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【特許文献１】特開昭６１−１４６７２１号公報
【特許文献２】特開２００３−２９２３２７号公報
【特許文献３】特開２００４−３３９０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２、３に記載されている方法によって外径規制面を有するガラス成形体を製造する場合、ガラス成形体への加圧を解除した後、ガラス成形体に形成された外径規制面と、成形型の規制型面とを滑らせて、成形型からガラス成形体を取り出す（離型する）必要がある。
【０００７】
しかしながら、ガラス成形体の外径規制面は、高温の溶融ガラスが規制型面と接触して形成された面であるため、規制型面に張り付きやすく、ガラス成形体への加圧を解除した後も、外径規制面と規制型面とを滑らせて取り出すことが困難な場合があるという問題があった。ガラス成形体を正常に取り出すことができずに回収工程で異常が発生すると、製造装置の運転をその都度停止せざるを得ないために、生産効率が大きく低下してしまう。
【０００８】
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、溶融ガラス滴を上下に加圧成形し、上成形面、下成形面及び外径規制面を有するガラス成形体を製造する場合に、ガラス成形体を容易に取り出すことができる成形型を提供すること、及び、当該成形型を用いて、外径規制面を有するガラス成形体を効率良く製造することができる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】
【０００９】
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。
【００１０】
１．  溶融ガラス滴を上下に加圧成形し、上成形面、下成形面及び外径規制面を有するガラス成形体を製造するための成形型において、
前記上成形面を成形する上型面と、
前記下成形面を成形する下型面と、
前記外径規制面を成形する規制型面と、を有し、
前記規制型面は、算術平均粗さＲａが１６ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることを特徴とする成形型。
【００１１】
２．  前記規制型面は、エッチング液を用いるウェットエッチング処理により粗面化された面であることを特徴とする前記１に記載の成形型。
【００１２】
３．  前記規制型面は、加熱による酸化処理により粗面化された面であることを特徴とする前記１に記載の成形型。
【００１３】
４．  前記規制型面は、プラズマを用いるドライエッチング処理により粗面化された面であることを特徴とする前記１に記載の成形型。
【００１４】
５．  前記規制型面は、機械加工により粗面化された面であることを特徴とする前記１に記載の成形型。
【００１５】
６．  前記規制型面は、被覆層が設けられた面であり、
前記被覆層の表面が粗面化されていることを特徴とする前記１〜４のうちいずれか１項に記載の成形型。
【００１６】
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６に記載の成形型。
【００１７】
８．  前記規制型面は、粗面化された面の上に、保護層が設けられた面であることを特徴とする前記１〜７のうちいずれか１項に記載の成形型。
【００１８】
９．  溶融ガラス滴を成形型で上下に加圧成形し、上成形面、下成形面及び外径規制面を有するガラス成形体を製造するガラス成形体の製造方法において、
前記成形型は、前記１〜８のうちいずれか１項に記載の成形型であり、
前記規制型面と組み合わされた前記下型面の上に溶融ガラス滴を滴下する工程と、
前記下型面と前記上型面とを相対的に接近させ、滴下した前記溶融ガラス滴を加圧してガラス成形体を形成する工程と、
前記成形型から前記ガラス成形体を取り出す工程と、を有することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【００１９】
１０．  溶融ガラス滴を成形型で上下に加圧成形し、上成形面、下成形面及び外径規制面を有するガラス成形体を製造するガラス成形体の製造方法において、
前記成形型は、前記１〜８のうちいずれか１項に記載の成形型であり、
前記下型面の上に溶融ガラス滴を滴下する工程と、
前記下型面と、前記規制型面と組み合わされた前記上型面とを相対的に接近させ、滴下した前記溶融ガラス滴を加圧してガラス成形体を形成する工程と、
前記成形型から前記ガラス成形体を取り出す工程と、を有す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、成形型の規制型面の算術平均粗さＲａが所定の範囲であるため、ガラス成形体の外径規制面が規制型面に張り付き難い。そのため、ガラス成形体への加圧を解除した後、ガラス成形体を成形型から容易に取り出すことができ、外径規制面を有するガラス成形体を効率よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
（成形型）
先ず、本発明の成形型について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である成形型１０ａを模式的に示す断面図であり、図２は、本発明の第２の実施形態である成形型１０ｂを模式的に示す断面図である。また、図３は、成形型１０ａや１０ｂを用いて製造されるガラス成形体２０の一例を示す図である。図３（ａ）は、ガラス成形体２０を上成形面２２側から見た図（上面図）であり、図３（ｂ）は、外径規制面２３側から見た図（正面図）である。
【００２３】
図３に示すガラス成形体２０は、円形の外径を有し、中心軸２４に対して対称な両凸形状の成形体であり、下成形面２１、上成形面２２及び外径規制面２３を有している。下成形面２１と上成形面２２がともに凸の球面を有しているが、本発明が対象とするガラス成形体はそれに限られるものではない。例えば、下成形面２１、上成形面２２の何れか一方、あるいは両方が凹の球面や非球面、平面等であってもよい。下成形面２１や上成形面２２を光学面として用いることで、ガラス成形体２０を、種々の光学素子として用いることができる。
【００２４】
また、外径規制面２３は、ガラス成形体２０を光学系に組み込む際や、ガラス成形体２０に後加工（研磨加工、切断加工等）を行う際に位置決め基準面として用いることができる。外径の形状（外径規制面２３の、中心軸２４に垂直な断面形状）は、円形に限られず、多角形や楕円形など、種々の形状とすることができる。
【００２５】
成形型１０ａ、１０ｂは、いずれも、ガラス成形体２０の下成形面２１を成形する下型面１１Ｓと、上成形面２２を成形する上型面１２Ｓと、外径規制面２３を成形する規制型面１３Ｓと、を有している。
【００２６】
第１の実施形態である成形型１０ａは、下型面１１Ｓを有する下型１１、上型面１２Ｓを有する上型１２、及び、規制型面１３Ｓを有する規制型１３によって構成されている。滴下ノズル等から、規制型面１３Ｓと組み合わされた下型面１１Ｓの上に溶融ガラス滴を滴下した後、下型面１１Ｓと上型面１２Ｓとを相対的に接近させ、溶融ガラス滴を加圧してガラス成形体２０を形成する。
【００２７】
図１では、下型面１１Ｓを有する下型１１、上型面１２Ｓを有する上型１２、及び、規制型面１３Ｓを有する規制型１３の、３つの部材によって構成される場合を例に挙げて示しているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、下型１１に、下型面１１Ｓと規制型面１３Ｓとを一体的に設ける構成としてもよいし、規制型１３を複数の部材に分割して設ける構成としてもよい。
【００２８】
成形型１０ａの材質は、溶融ガラス用の成形型の材料として公知の材料の中から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）、炭化タングステン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、窒化アルミニウム等）、カーボンを含んだ複合材料等が挙げられる。下型１１、上型１２及び規制型１３を全て同じ材質で構成してもよいし、それぞれの部材を異なる材質で構成してもよい。
【００２９】
一方、第２の実施形態である成形型１０ｂは、下型面１１Ｓを有する下型１１、上型面１２Ｓを有する上型１２、及び、規制型面１３Ｓを有する規制型１３によって構成され、上型１２と規制型１３とは、一体的に固定されている。滴下ノズル等から、下型面１１Ｓの上に溶融ガラス滴を滴下した後、下型面１１Ｓと、規制型面１３Ｓと組み合わされた上型面１２Ｓとを相対的に接近させ、溶融ガラス滴を加圧してガラス成形体２０を形成する。
【００３０】
図２では、下型面１１Ｓを有する下型１１、上型面１２Ｓを有する上型１２、及び、規制型面１３Ｓを有する規制型１３の、３つの部材によって構成される場合を例に挙げて示しているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、上型１２に、上型面１２Ｓと規制型面１３Ｓとを一体的に設ける構成としてもよいし、規制型１３を複数の部材に分割して設ける構成としてもよい。成形型１０ｂの好ましい材質については、上記の成形型１０ａの場合と同様である。
【００３１】
第１の実施形態（成形型１０ａ）及び第２の実施形態（成形型１０ｂ）のいずれの場合においても、規制型面１３Ｓは、算術平均粗さＲａが１６ｎｍ以上、１００ｎｍ以下となるように構成されている。そのため、ガラス成形体２０の外径規制面２３と、規制型面１３Ｓとの実質的な接触面積が小さく、両者の張り付きを抑制することができ、ガラス成形体２０を成形型から容易に取り出すことができる。算術平均粗さＲａが１６ｎｍ未満であると、外径規制面２３と規制型面１３Ｓとの実質的な接触面積が大きく、両者が張り付きやすくなってしまう。また、算術平均粗さＲａが１００ｎｍを超えると、外径規制面２３と規制型面１３Ｓの凹凸が引っかかりやすくなるため、ガラス成形体の取り出しが困難になる場合がある。このような観点から、規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、１６ｎｍ以下、１００ｎｍ以上とすることが必要であり、２０ｎｍ以上、８０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。
【００３２】
また、上述のように、外径規制面２３は、ガラス成形体２０を光学系に組み込む際や、ガラス成形体２０に後加工（研磨加工、切断加工等）を行う際に位置決め基準面として用いられる。そのため、位置決め基準面としての精度の低下を防止する観点から、規制型面１３Ｓは、一旦、平滑面として精密に加工した後、算術平均粗さＲａが上記範囲となるように均一に粗面化して形成することが好ましい。粗面化する前の面の状態は、算術平均粗さＲａが１５ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００３３】
更に、粗面化された規制型面１３Ｓを保護し、使用に伴う算術平均粗さＲａの変動を抑制するため、粗面化した面の上に保護層を設けることも好ましい。この場合、保護層の表面の算術平均粗さＲａが上記範囲であればよい。保護層の材質に特に制限はなく、例えば、種々の金属（クロム、アルミニウム、チタン等）、窒化物（窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化硼素等）、酸化物（酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化チタン等）等を用いることができる。また、白金などの貴金属は、高温でもガラスと反応しにくいため、好ましく用いることができる。保護層は、例えば、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤなどの方法によって形成することができる。
【００３４】
なお、本明細書において、算術平均粗さＲａとは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１において定義される粗さパラメータである。
【００３５】
図１、図２に示すように、規制型面１３Ｓを、ガラス成形体２０を取り出す方向に向かって径が広がるテーパ面とすることも好ましい。それにより、ガラス成形体２０の取り出しを、より容易に行うことができる。テーパ角θが大きいほど、ガラス成形体２０の取り出しが容易になるが、テーパ角θが大きすぎると、外径規制面２３を位置決め基準面として使いづらくなってしまう。そのため、テーパ角θは、０．０５°〜１０°の範囲が好ましく、０．１°〜２°の範囲がより好ましい。
【００３６】
また、成形型１０ａ、１０ｂ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、被加熱部材の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒータや、被加熱部材の外側に接触させて使用するシート状のヒータ、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。成形型１０ａ、１０ｂの全体をまとめて加熱する構成でもよいが、ガラス成形体２０の形状精度をより向上させる観点からは、成形型１０ａ、１０ｂを構成する各部材（下型１１、上型１２及び規制型１３）を独立して温度制御できる構成とすることがより好ましい。
【００３７】
（規制型面１３Ｓの粗面化）
次に、平滑面として加工された規制型面１３Ｓを、算術平均粗さＲａが上記範囲となるように均一に粗面化する方法について説明する。規制型面１３Ｓを粗面化する方法に特に制限はないが、望ましい粗面化の方法を、下記（方法１）〜（方法５）で説明する。これらの方法を用いることにより、規制型面１３Ｓを均一に、また、再現性よく粗面化することができる。
【００３８】
（方法１）
エッチング液を用いるウェットエッチング処理により、規制型面１３Ｓを粗面化する方法である。この方法によれば、高価で大型の設備を必要とせず、均一で効率のよい処理ができるというメリットがある。貯留したエッチング液に規制型面１３Ｓを浸漬させてもよいし、規制型面１３Ｓ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。また、処理室の雰囲気温度や照度、規制型１３の温度、処理個数、エッチング液の温度、量、濃度などの条件を一定に保っておくことで、更に安定した処理を行うことができる。逆に、これらの条件を変更することによって、処理後の算術平均粗さＲａを適宜調整することができる。
【００３９】
エッチング液は、規制型１３の材質に応じ、公知のエッチング液の中から適宜選択すればよい。硫酸、硝酸、過塩素酸などの酸性溶液でもよいし、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ性溶液でもよい。
【００４０】
例えば、規制型１３の材質が、炭化タングステンを主成分とする超硬材料などのようにクロム元素を含む場合、エッチング液として、硝酸第二セリウムアンモニウム（Ｃｅ（ＮＨ４）２（ＮＯ３）６）を含む酸性溶液や、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を用いると、非常に均一で効率的な処理が可能である。
【００４１】
また、規制型１３の材質が、炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とする場合、エッチング液として、硝酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの溶融アルカリ塩を用いることで、特に効率的に粗面化を行うことができる。
【００４２】
（方法２）
加熱による酸化処理により、規制型面１３Ｓを粗面化する方法である。この方法によれば、特別な処理や装置を必要とせず、容易に粗面化を行うことができるというメリットがある。加熱温度や加熱時間は、規制型１３の材質に応じて適宜設定すればよい。例えば、規制型１３の材質が、炭化タングステンを主成分とする超硬材料の場合、加熱温度は４００℃〜７００℃程度、加熱時間は１時間〜３時間程度が好ましい。加熱は、酸素を含んだ環境下で行えばよく、大気中での処理が可能である。
【００４３】
（方法３）
プラズマを用いるドライエッチング処理により、規制型面１３Ｓを粗面化する方法である。この方法は、真空チャンバ内にエッチングガスを導入して高周波などにより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規制型面１３Ｓの粗面化を行う方法である。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、異物による表面の汚染が少ない、処理の再現性に優れるといったメリットがある。
【００４４】
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。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。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、多様な材質を効率的に処理できるため好ましい。
【００４５】
（方法４）
機械加工によって規制型面１３Ｓを粗面化する方法である。例えば、各種の研磨加工、研削加工、切削加工、エアーブラスト処理などが挙げられる。いずれも、処理条件を適宜設定することにより、所望の算術平均粗さＲａを容易に得ることができるというメリットがある。エアーブラスト処理に用いるブラスト材は、セラミック系、金属系、ガラス系などの中から適宜選択すればよい。
【００４６】
（方法５）
規制型面１３Ｓに被覆層を形成し、形成した被覆層の表面を粗面化する方法である。規制型１３の材質によっては、表面を均一に粗面化することが困難な場合や、表面を直接粗面化すると、耐久性の低下を招く場合がある。本方法は、形成した被覆層の表面を粗面化するため、規制型１３の材質によらず、規制型面１３Ｓを均一に粗面化することができるというメリットがある。
【００４７】
被覆層は、成膜や粗面化が容易な材質であることが好ましく、例えば、種々の金属（クロム、アルミニウム、チタン等）、窒化物（窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化硼素等）、酸化物（酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化チタン等）等を用いることができる。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つの元素を含む材質が特に好ましい。これらの元素を含んだ膜は、いずれも、成膜と粗面化が容易であるばかりでなく、大気中での加熱によって表面が酸化し、安定な酸化物の層が形成されるという特徴がある。クロム、アルミニウム、チタンの酸化物は、いずれも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利点を有している。
【００４８】
被覆層の粗面化は、上記の（方法１）〜（方法４）で説明した方法によって行えばよい。例えば、（方法１）のウェットエッチング処理によって粗面化する場合、エッチング液は、被覆層の材質に応じたエッチング液を適宜選択すればよい。被覆層がアルミニウムの場合、各種の酸性溶液等、アルミニウム用として好ましく用いることができるエッチング液が市販されている。被覆層がチタンの場合にも、チタン用として好ましく用いることができるエッチング液が市販されている。例えば、塩酸や硫酸などの還元性の酸を主成分としたエッチング液等が挙げられる。また、被覆層がクロムの場合も、同様に、クロム用として好ましく用いることができるエッチング液が市販されている。例えば、硝酸第二セリウムアンモニウムを含有する酸性溶液等が挙げられる。また、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を用いることも効果的である。
【００４９】
被覆層の厚みは、成膜後の粗面化によって所定の算術平均粗さＲａが得られればよく、通常は、０．０５μｍ以上が好ましい。一方、被覆層が厚すぎると、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、被覆層の厚みは、０．０５μｍ〜５μｍが好ましく、０．１μｍ〜１μｍが特に好ましい。また、被覆層の成膜方法にも制限はなく、公知の成膜方法の中から適宜選択して用いればよい。例えば、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等が挙げられる。
【００５０】
（ガラス成形体の製造方法）
次に、本発明のガラス成形体の製造方法の一例について、図４〜図６を参照しながら詳細に説明する。図４は、本実施形態におけるガラス成形体の製造方法のフローチャートである。また、図５は、各工程における成形型１０ａの状態を示す模式図であり、図６は、溶融ガラス滴を滴下する方法の別の例を示す模式図である。なお、ここでは、成形型１０ａを用いる場合を例に挙げて説明するが、同様に、成形型１０ｂを用いることもできる。
【００５１】
下型１１と規制型１３は、組み合わされた状態で、溶融ガラス滴３１を受けるための位置（滴下位置）と、受けた溶融ガラス滴３１を加圧するための位置（加圧位置）との間で移動できるように構成しておく。また、上型１２は、図示しない駆動手段により、下型１１との間で溶融ガラス滴を加圧する方向（図５（ｂ）の上下方向）に移動できるように構成しておく。
【００５２】
先ず、成形型１０ａの各部材を予め所定温度に加熱しておく（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成形面を転写できる温度を適宜選択すればよい。下型１１、上型１２及び規制型１３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。実際には、使用するガラスの種類や、ガラス成形体の形状、大きさ、成形型１０ａの各部材の材質、大きさ等種々の条件によって適正な温度が異なるため、実験的に適正な温度を求めておくことが好ましい。通常は、使用するガラスのガラス転移温度をＴｇとすると、Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度に設定することが好ましい。
【００５３】
次に、下型１１と規制型１３を滴下位置に配置（工程Ｓ１０２）した後、規制型面１３Ｓと組み合わされた下型面１１Ｓの上に溶融ガラス滴３１を滴下する（工程Ｓ１０３）（図５（ａ）参照）。溶融ガラス滴３１の滴下は、溶融ガラスを貯留する溶融槽３４に接続された滴下ノズル３３を所定温度に加熱することによって行う。滴下ノズル３３を所定温度に加熱すると、溶融槽３４に貯留された溶融ガラスは、自重によって滴下ノズル３３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３３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３３から自然に分離し、溶融ガラス滴３１となって下型面１１Ｓの上に滴下する。なお、成形型１０ｂを用いる場合には、下型面１１Ｓの上に溶融ガラス滴３１を滴下すればよい。
【００５４】
溶融ガラス滴３１の質量は、滴下ノズル３３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を滴下させることができる。また、図６に示すように、滴下ノズル３３から滴下した溶融ガラス滴３１を、一旦、貫通孔３６を有する微小化部材３７で受け、貫通孔３６によって微小化された溶融ガラス滴３５を下型面１１Ｓの上に滴下してもよい。このように微小化部材３７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３５を滴下することができるため、滴下ノズル３３から滴下した溶融ガラス滴３１を直接滴下する場合よりも、微小なガラス成形体の製造が可能となる。微小化部材３７を用いた溶融ガラス滴の滴下方法については、特開２００２−１５４８３４号公報に詳細に記載されている。
【００５５】
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。
【００５６】
次に、下型１１と規制型１３を加圧位置に配置し（工程Ｓ１０４）（図５（ｂ）参照）、上型１２を下方に移動して、溶融ガラス滴３１を加圧する（工程Ｓ１０５）（図５（ｃ）参照）。溶融ガラス滴３１は、加圧されている間に、下型面１１Ｓ、上型面１２Ｓ及び規制型面１３Ｓからの放熱などによって冷却され、固化してガラス成形体２０となる。加圧を解除しても、形成された成形面（下成形面２１、上成形面２２）の形状が崩れない温度まで、ガラス成形体２０が冷却された後、加圧を解除する。ガラスの種類や、ガラス成形体の大きさや形状、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されていればよい。
【００５７】
溶融ガラス滴３１を加圧するために負荷する荷重は、常に一定であってもよいし、時間的に変化させてもよい。負荷する荷重の大きさは、製造するガラス成形体２０のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、上型１２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。上型１２を下方に移動する代わりに、下型１１と規制型１３を上方に移動して加圧してもよい。また、上型１２を下方に移動すると同時に、下型１１と規制型１３を上方に移動して溶融ガラス滴３１を加圧してもよい。
【００５８】
次に、上型１２を上方に移動して退避させ、ガラス成形体２０を成形型１０ａから取り出して回収する（工程Ｓ１０６）（図５（ｄ）参照）。ガラス成形体２０の取り出しは、吸着装置３８を用いて吸着するなど、通常の方法により行えばよい。本実施形態においては、規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａが所定の範囲であるため、ガラス成形体２０の外径規制面２３が規制型面１３Ｓに張り付き難い。そのため、ガラス成形体２０への加圧を解除した後、ガラス成形体２０を成形型１０ａから容易に取り出すことができ、外径規制面２３を有するガラス成形体２０を効率よく製造することができる。
【００５９】
その後、引き続いてガラス成形体２０の製造を繰り返す場合は、下型１１と規制型１３を再び滴下位置に配置し（工程Ｓ１０２）、以降の工程を繰り返せばよい。
【００６０】
なお、本実施形態においては、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２０を回収する前にガラス成形体２０の形状を検査する工程や、ガラス成形体２０を回収した後に成形型１０ａをクリーニングする工程等を設けてもよい。
【実施例】
【００６１】
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。
【００６２】
図１に示した成形型１０ａを用い、図４のフローチャートに従ってガラス成形体２０を作製した。下型１１と上型１２の材質は、いずれも炭化タングステンを主成分とする超硬材料とした。規制型１３は、規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａが５ｎｍになるように加工した後、下記の条件で粗面化を行った。なお、規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、ＡＦＭ（デジタルインスツルメント社製Ｄ３１００）により測定した。
【００６３】
（実施例１〜３）
規制型１３の材質は、炭化タングステンを主成分とする超硬材料（ＷＣ超硬材料）とし、ウェットエッチング処理によって規制型面１３Ｓの粗面化を行った。エッチング液は、フェリシアン化カリウム１００ｇ、水酸化カリウム１００ｇ、及び、純水１Ｌを混合した混合液（アルカリ性溶液）を使用した。処理時間は３分（実施例１）、６分（実施例２）、９分（実施例３）とした。処理後の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、それぞれ１６ｎｍ（実施例１）、４０ｎｍ（実施例２）、１００ｎｍ（実施例３）であった。
【００６４】
（実施例４〜６）
規制型１３の材質は、炭化タングステンを主成分とする超硬材料（ＷＣ超硬材料）とし、加熱による酸化処理によって規制型面１３Ｓの粗面化を行った。加熱は大気中で行い、加熱温度は５５０℃とした。加熱時間は、１時間（実施例４）、５時間（実施例５）、１０時間（実施例６）とした。処理後の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、それぞれ１８ｎｍ（実施例４）、５２ｎｍ（実施例５）、８０ｎｍ（実施例６）であった。
【００６５】
（実施例７〜９）
規制型１３の材質は、炭化珪素（ＳｉＣ）の焼結体とし、平行平板型のエッチング装置を用いて、ドライエッチング処理によって規制型面１３Ｓの粗面化を行った。エッチングガスには、ＣＣｌ４とＯ２の混合ガスを使用した。処理時間は、１０分（実施例７）、１５分（実施例８）、２０分（実施例９）とした。処理後の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、それぞれ１６ｎｍ（実施例４）、３５ｎｍ（実施例５）、５１ｎｍ（実施例６）であった。
【００６６】
（実施例１０〜１２）
規制型１３の材質は、炭化珪素（ＳｉＣ）の焼結体とし、スパッタ法によってクロムの被覆層（膜厚０．５μｍ）を設けた後、ウェットエッチング処理によって被覆層の粗面化を行った。エッチング液には、硝酸第二セリウムアンモニウムを含む酸性溶液（ナカライテスク株式会社製  ＥＣＲ−２を純水で１０倍に希釈）を使用した。エッチング液の温度は３０℃、処理時間は、５分（実施例１０）、１０分（実施例１１）、１５分（実施例１２）とした。処理後の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、それぞれ１６ｎｍ（実施例１０）、２４ｎｍ（実施例１１）、３７ｎｍ（実施例１２）であった。
【００６７】
（実施例１３〜１５）
規制型１３の材質は、炭化タングステンを主成分とする超硬材料（ＷＣ超硬材料）とし、スパッタ法によってチタンの被覆層（膜厚１μｍ）を設けた後、酸化処理によって被覆層の粗面化を行った。加熱は大気中で行い、加熱温度は５００℃とした。加熱時間は、２０時間（実施例１３）、５０時間（実施例１４）、８０時間（実施例１５）とした。処理後の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、それぞれ１６ｎｍ（実施例１３）、２０ｎｍ（実施例１４）、２９ｎｍ（実施例１５）であった。
【００６８】
（実施例１６〜１８）
規制型１３の材質は、炭化タングステンを主成分とする超硬材料（ＷＣ超硬材料）とし、ウェットエッチング処理によって規制型面１３Ｓの粗面化を行った後、スパッタ法によってクロムの被覆層（膜厚０．５μｍ）を設けた。エッチング液は、フェリシアン化カリウム１００ｇ、水酸化カリウム１００ｇ、及び、純水１Ｌを混合した混合液（アルカリ性溶液）を、更に純水で５倍に希釈して使用した。処理時間は１２分（実施例１６）、１８分（実施例１７）、２４分（実施例１８）とした。被覆層を設けた後の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、それぞれ１６ｎｍ（実施例１６）、４０ｎｍ（実施例１７）、１００ｎｍ（実施例１８）であった。
【００６９】
（比較例１）
規制型１３の材質は、実施例１と同じ炭化タングステンを主成分とする超硬材料（ＷＣ超硬材料）としたが、規制型面１３Ｓの粗面化は行わなかった。規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、５ｎｍであった。
【００７０】
（比較例２、３）
規制型１３の材質は、炭化タングステンを主成分とする超硬材料（ＷＣ超硬材料）とし、ウェットエッチング処理によって規制型面１３Ｓの粗面化を行った。エッチング液は、フェリシアン化カリウム１００ｇ、水酸化カリウム１００ｇ、及び、純水１Ｌを混合した混合液（アルカリ性溶液）を、更に純水で２倍に希釈して使用した。処理時間は１分（比較例２）、１２分（比較例３）とした。処理後の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、それぞれ１２ｎｍ（比較例２）、１１３ｎｍ（比較例３）であった。
【００７１】
ガラス材料はＴｇが５３０℃のリン酸系ガラスを用いた。滴下ノズルの先端部の外径はφ６ｍｍとし、先端部を１０５０℃に加熱して、０．３ｇの溶融ガラス滴を滴下した。下型１１及び規制型１３の加熱温度は５００℃、上型１２の加熱温度は４６０℃とし、加圧の際の荷重は１２００Ｎ、加圧時間は１５秒とした。ガラス成形体２０への加圧を加除した後は、吸着装置を用いて成形型１０ａからガラス成形体２０を取り出した。
【００７２】
上記実施例１〜１８、及び、比較例１〜３の規制型１３を用いて、それぞれ１０００個ずつのガラス成形体を作製し、ガラス成形体の取り出しミスの発生回数を評価した。ここでは、吸着装置をガラス成形体に接触させてから１５秒後に吸着装置を上昇させ、ガラス成形体が成形型から取り出せなかった場合を取り出しミスとして判定した。評価結果を表１に示す。
【００７３】
【表１】
2010001165.tif 000003
【００７４】
表１に示すように、比較例１〜３では、それぞれ１０回以上の取り出しミスが発生しているのに対し、実施例１〜１８では、いずれも５回以下の発生にとどまっており、ガラス成形体を成形型から容易に取り出すことができるという本発明の効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１の実施形態の成形型１０ａを模式的に示す断面図である。
【図２】第２の実施形態の成形型１０ｂを模式的に示す断面図である。
【図３】製造されるガラス成形体の一例を示す図である。
【図４】ガラス成形体の製造方法のフローチャートである。
【図５】各工程における成形型１０ａの状態を示す模式図である。
【図６】溶融ガラス滴を滴下する方法の別の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０ａ、１０ｂ  成形型
１１  下型
１１Ｓ  下型面
１２  上型
１２Ｓ  上型面
１３  規制型
１３Ｓ  規制型面
２０  ガラス成形体
２１  下成形面
２２  上成形面
２３  外径規制面
２４  中心軸
３１、３５  溶融ガラス滴
３３  滴下ノズル
３４  溶融槽
３６  貫通孔
３７  微小化部材
３８  吸着装置
【図１】
2010001165.tif 000004
【図２】
2010001165.tif 000005
【図３】
2010001165.tif 000006
【図４】
2010001165.tif 000007
【図５】
2010001165.tif 000008
【図６】
2010001165.tif 000009