(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
滴下された溶融ガラス滴を受けるための下型において、
基材と、前記基材の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成された被覆層と、
を有し、
前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）を増加させる粗面化処理が施されており、
前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上０．２５μｍ以下であり、且つ、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．２５μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする下型。
【請求項２】
前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の下型。
【請求項３】
前記中間層は、金属チタン、炭化チタン及び窒化チタンのうち、少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の下型。
【請求項４】
前記中間層の厚みは、０．０３μｍ以上、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の下型。
【請求項５】
滴下された溶融ガラス滴を受けるための下型の製造方法において、
基材の上に中間層を形成する工程と、
前記中間層の上に被覆層を形成する工程と、
前記被覆層の表面に、算術平均粗さ（Ｒａ）を増加させる粗面化処理を施す工程と、を有し、
前記粗面化処理後の前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上０．２５μｍ以下であり、且つ、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．２５μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする下型の製造方法。
【請求項６】
下型に溶融ガラス滴を滴下させる工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を前記下型の上で冷却固化する工程と、を有するガラスゴブの製造方法において、
前記下型は、請求項１から４のいずれか１項に記載の下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７】
下型に溶融ガラス滴を滴下させる工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を、前記下型及び前記下型に対向する上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において、
前記下型は、請求項１から４のいずれか１項に記載の下型であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【請求項８】
前記上型は、基材と、前記基材の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成された被覆層と、を有し、
前記上型の前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）を増加させる粗面化処理が施されていることを特徴とする請求項７に記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項９】
前記上型の前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の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、滴下された溶融ガラス滴を受けるための下型、該下型の製造方法、該下型を用いたガラスゴブの製造方法、及び、該下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】
加圧成形によってガラス成形体を製造する方法として、リヒートプレス法及び液滴成形法の２つの方法が知られている。リヒートプレス法は、予め作製しておいた所定質量及び形状を有するガラスプリフォーム（予備成形体）を成形型とともに加熱して加圧成形する方法であり、ガラス溶融炉等の設備を必要としないことから広く実施されている。【０００４】
リヒートプレス法に用いるガラスプリフォームとしては、従来、研削・研磨等の機械加工によって製造されたもの（研磨プリフォーム）を用いることが多かったが、研磨プリフォームの作製には多大な労力と時間を要するという問題があった。そのため、下型の上に滴下した溶融ガラス滴を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、リヒートプレス法のガラスプリフォーム（ゴブプリフォーム）として用いる方法の検討が進められている。【０００５】
一方、液滴成形法は、所定温度に加熱した下型に溶融ガラス滴を滴下させ、滴下した溶融ガラス滴を、該下型と上型とで加圧成形してガラス成形体を得る方法である。この方法は、下型や上型等の加熱と冷却を繰り返す必要がなく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方法である。【０００６】
しかし、ガラスゴブの製造や、液滴成形法によるガラス成形体の製造のために、下型に溶融ガラス滴を滴下させると、衝突時の衝撃によって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る。この凹部に入り込んだエアーは逃げ場がなく、溶融ガラス滴が冷却・固化するまで閉じこめられた状態となるため、製造されたガラスゴブや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。【０００７】
この問題に対応するため、Ｒｍａｘが０．０５μｍ〜０．２μｍの範囲となるように下型の表面を粗面化し、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（例えば、特許文献１参照）。【０００８】
また、Ｒａが０．００５μｍ〜０．０５μｍの範囲となるように粗面化した下地面の上に被覆層を形成することで、エアー溜まりを防止すると共に再生を容易とした下型が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平３−１３７０３１号公報
【特許文献２】特開２００５−２７２１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１や２に記載された方法によりエアー溜まりの発生を防止するためには、下型の表面が所定の表面粗さとなるように、エッチング等によって粗面化を行う必要がある。【００１０】
一般に、溶融ガラス滴と接触する下型や上型として用いる材料には種々の制約条件があり、高温でガラスと反応しにくいこと、鏡面が得られること、加工性が良いこと、硬いこと、脆くないことなど、多くの条件を満足している必要がある。これらの諸条件を満足する材料は非常に限られており、例えば、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等のセラミックス材料、カーボンを含んだ複合材料等が好ましく用いられている。【００１１】
しかしながら、これらの材料は、一般的なウェットエッチングやドライエッチングによっては、表面が所定の表面粗さになるよう均一に粗面化することは困難な場合が多い。また、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、エッチングによる粗面化は可能であるが、そのように粗面化された表面は非常に脆くなり、耐久性が著しく悪化してしまう材料もある。【００１２】
そのため、下型にこれらの材料を用いた場合には、特許文献１や２に記載されている下型を得ることができず、エアー溜まりのないガラスゴブやガラス成形体を製造することができない場合や、あるいは、得られた下型の耐久性が劣るため、ガラスゴブやガラス成形体の製造コストが非常に高くなってしまう場合があるという問題があった。【００１３】
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、耐久性に優れた下型を提供すること、及び、該下型の製造方法を提供すること、並びに、該下型を用いた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】
【００１４】
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。【００１５】
１．滴下された溶融ガラス滴を受けるための下型において、
基材と、前記基材の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成された被覆層と、
を有し、
前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）を増加させる粗面化処理が施されており、
前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上０．２５μｍ以下であり、且つ、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．２５μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする下型。
【００１６】
２．前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下であることを特徴とする前記１に記載の下型。【００１７】
３．前記中間層は、金属チタン、炭化チタン及び窒化チタンのうち、少なくとも１種を含むことを特徴とする前記１又は２に記載の下型。【００１８】
４．前記中間層の厚みは、０．０３μｍ以上、２μｍ以下であることを特徴とする前記１から３のいずれか１項に記載の下型。【００１９】
５．滴下された溶融ガラス滴を受けるための下型の製造方法において、
基材の上に中間層を形成する工程と、
前記中間層の上に被覆層を形成する工程と、
前記被覆層の表面に、算術平均粗さ（Ｒａ）を増加させる粗面化処理を施す工程と、を有し、
前記粗面化処理後の前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以上０．２５μｍ以下であり、且つ、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．２５μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする下型の製造方法。
【００２０】
６．下型に溶融ガラス滴を滴下させる工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を前記下型の上で冷却固化する工程と、を有するガラスゴブの製造方法において、
前記下型は、前記１から４のいずれか１項に記載の下型であることを特徴とするガラスゴブの製造方法。【００２１】
７．下型に溶融ガラス滴を滴下させる工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を、前記下型及び前記下型に対向する上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において、
前記下型は、前記１から４のいずれか１項に記載の下型であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。【００２２】
８．前記上型は、基材と、前記基材の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成された被覆層と、を有し、
前記上型の前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）を増加させる粗面化処理が施されていることを特徴とする前記７に記載のガラス成形体の製造方法。
【００２３】
９．前記上型の前記被覆層の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、０．２μｍ以下であることを特徴とする前記８に記載のガラス成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の下型は、被覆層の表面が、粗面化処理によって所定の表面状態とされているため、凹部に入り込んだ空気の流路を確保することができ、エアー溜まりの発生を良好に防止できる。また、基材と被覆層との間に設けられた中間層により、粗面化処理による基材の劣化を防止することができるため、耐久性にも優れている。【００２５】
また、本発明のガラスゴブの製造方法によれば、本発明の下型に溶融ガラス滴を滴下することから、エアー溜まりのないガラスゴブを低コストで製造することができる。更に、本発明のガラス成形体の製造方法によれば、本発明の下型に溶融ガラス滴を滴下し、滴下された溶融ガラス滴を該下型と上型とで加圧成形することから、エアー溜まりのないガラス成形体を低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】下型１０の１例を模式的に示す断面図である。
【図２】下型１０に滴下された溶融ガラス滴２０の状態を示す図である。
【図３】図２（ｂ）のＡ部の詳細を示した模式図である。
【図４】ガラスゴブの製造方法の１例を示すフローチャートである。
【図５】ガラスゴブの製造方法を説明するための模式図（工程Ｓ１２における状態を示す断面図）である。
【図６】ガラスゴブの製造方法を説明するための模式図（工程Ｓ１３における状態を示す断面図）である。
【図７】ガラス成形体の製造方法の１例を示すフローチャートである。
【図８】ガラス成形体の製造方法を説明するための模式図（工程Ｓ２３における状態を示す断面図）である。
【図９】ガラス成形体の製造方法を説明するための模式図（工程Ｓ２５における状態を示す断面図）である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  下型
１２  中間層
１３  基材
１４  被覆層
１５  被覆層１４の表面
１６  上型
１７  加圧面
２０  溶融ガラス滴
２１  凹部
２３  隙間
２４  溶融状態のガラス
２５  溶融槽
２６  滴下ノズル
２７  ガラスゴブ
２８  ガラス成形体
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。【００２９】
（下型）
図１は、本実施形態の下型の１例を模式的に示す断面図である。図１に示す下型１０は、基材１３、基材１３の上に形成された中間層１２、及び、中間層１２の上に形成された被覆層１４を有している。被覆層１４の表面１５は、算術平均粗さ（Ｒａ）を増加させる粗面化処理が施されている。【００３０】
下型１０は、基材１３の上に中間層１２を形成した後、中間層１２の上に被覆層１４を形成し、形成した被覆層１４の表面１５に、算術平均粗さ（Ｒａ）を増加させる粗面化処理を施すことにより製造する。【００３１】
このように、下型１０の製造においては、形成した被覆層１４に対して粗面化処理を行うため、被覆層１４の成膜前に基材１３を粗面化しておく必要はない。そのため、基材１３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。【００３２】
被覆層１４の材料も特に制限はなく、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。【００３３】
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つからなる金属層とすることが特に好ましい。クロム、アルミニウム、チタンは、いずれも容易に成膜でき、エッチングによって容易に粗面化できるという利点があるばかりでなく、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大きな利点を有している。【００３４】
被覆層１４の厚みは、成膜後の粗面化処理によって所望の表面粗さが得られ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。一方、被覆層１４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１４の厚みは、０．０５μｍ以上５μｍ以下の範囲が好ましく、０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲が特に好ましい。【００３５】
被覆層１４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。【００３６】
基材１３と被覆層１４との間に形成された中間層１２は、被覆層１４に対して粗面化処理を行う際、エッチング液などの影響によって基材１３が劣化することを防止する機能を有している。そのため、中間層１２を設けず、基材１３の上に直接被覆層１４を形成して粗面化した下型と比較して、成形を繰り返すことによる被覆層１４の劣化（膜剥離など）が起こりにくく、高い耐久性を有している。【００３７】
また、長期間の使用によって被覆層１４が劣化した場合、劣化した被覆層１４を一旦除去した後、新たな被覆層１４を形成することにより、下型１０を再生することができる。本実施形態における下型１０は、被覆層１４と基材１３との間に中間層１２が存在することから、再生のために被覆層１４を除去する際、エッチング液などの影響による基材１３の劣化を最小限に抑えることができる。【００３８】
中間層１２の材料に特に制限はないが、被覆層１４の粗面化処理の際に劣化しにくい材料を用いることが好ましい。中でも、金属チタン、炭化チタン及び窒化チタンのうち、少なくとも１種を含む材料で構成された中間層１２は、粗面化処理の際に基材１３を保護する効果が高いだけでなく、基材１３と被覆層１４との密着性を高める効果があるため、特に有効である。このような材料として、例えば、金属チタン、炭化チタン、窒化チタン、窒化アルミニウムチタンなどが挙げられる。【００３９】
中間層１２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。通常、中間層１２が薄すぎると、粗面化処理の際に基材１３がダメージを受けやすくなる。逆に、中間層１２が厚すぎると、基材１３に形成された光学面形状の変化が大きくなる場合がある。このような観点から、中間層１２の厚みは、０．０３μｍ以上２μｍ以下の範囲が好ましく、０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲が特に好ましい。【００４０】
被覆層１４の表面１５には、算術平均粗さ（Ｒａ）を増加させる粗面化処理が施されている。そのため、下型１０に溶融ガラス滴を滴下させて得られたガラスゴブやガラス成形体にエアー溜まりが発生することを防止することができる。【００４１】
ここで、被覆層１４の表面１５に粗面化処理を行うことによって、エアー溜まりの発生を防止することができる理由を、図２、図３を用いて説明する。【００４２】
図２は下型１０に滴下された溶融ガラス滴２０の状態を示す断面図である。図２（ａ）は、溶融ガラス滴２０が下型１０に衝突した瞬間の状態を、図２（ｂ）は、その後、溶融ガラス滴２０が表面張力によって丸まった状態を示している。【００４３】
図２（ａ）に示すように、滴下されて下型１０に衝突した瞬間の溶融ガラス滴２０は、衝突の衝撃によって平たく伸ばされる。この時、溶融ガラス滴２０には、下面（被覆層１４と接触している面）の中心付近に、直径数十μｍ〜数百μｍ程度の微小な凹部２１が生じる。凹部２１が発生するメカニズムは必ずしも明らかではないが、シミュレーション等を用いた解析によれば、溶融ガラス滴２０が下型１０に衝突する際、最初に下型１０に衝突する部分のガラスが反動で上方に跳ね返ることによって凹部２１が生じると考えられる。【００４４】
溶融ガラス滴２０は、その後、図２（ｂ）に示すように、表面張力の働きによって丸く変形する。この際、被覆層１４の表面１５に粗面化処理が施されていない場合には、溶融ガラス滴２０の下面と被覆層１４とが密着して、凹部２１の中に溜まったエアーの逃げ道がなくなるため、凹部２１は消滅することなくエアー溜まりとして残存してしまう。しかし、被覆層１４の表面１５にエッチングによる粗面化処理を施されていると、溶融ガラス滴２０の下面と被覆層１４との間に微小な隙間が残る。そのため、溶融ガラス滴２０が表面張力の働きによって丸く変形する際、その隙間を通って凹部２１の中に溜まったエアーが逃げて凹部２１が消滅し、エアー溜まりの発生が防止される。【００４５】
溶融ガラス滴２０の下面と被覆層１４との間に生じる微小な隙間の状態について、図３を用いて更に詳細に説明する。図３は、図２（ｂ）のＡ部の詳細を示した模式図である。図３（ａ）に示すように、被覆層１４の表面１５は、粗面化処理によって凹凸が形成されている。滴下した溶融ガラス滴２０の下面２２は、表面張力の働きによって、被覆層１４の表面１５の凹凸の谷部に完全に入り込まずに隙間２３が残る。この隙間２３が凹部２１に溜まったエアーの逃げ道になり、凹部２１は消滅する。【００４６】
本発明者は、鋭意検討を進めた結果、粗面化処理によって、被覆層１４の表面１５を、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、且つ、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．５μｍ以下とすることで、効果的に凹部２１を消滅させることができることを見いだした。【００４７】
ここで、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。一般的な触針式の粗さ測定機は、触針先端の曲率半径が数μｍ以上と大きいため好ましくない。【００４８】
表面１５の凹凸の高さが小さすぎると、凹凸の谷のかなりの部分にまでガラスが入り込んで隙間２３が小さくなり、凹部２１が完全に消滅せずに残りやすくなる。そのため、算術平均粗さ（Ｒａ）は０．０１μｍ以上とする必要がある。一方、図３（ｂ）のように凹凸が高い場合は、十分な大きさの隙間２３が形成され凹部２１は容易に消滅するものの、溶融ガラス滴２０の下面２２にも大きな凹凸が形成され、得られるガラスゴブやガラス成形体の表面粗さが大きくなりすぎてしまう場合がある。そのため、被覆層１４の表面１５は、算術平均粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下とすることが特に好ましい。【００４９】
また、凹凸の周期もエアー溜まりの発生に影響する。図３（ｃ）は、表面１５の凹凸の高さは図３（ａ）と等しいが、凹凸の周期が長い場合を示している。このように、凹凸の高さが同じであっても、周期が長くなると凹凸の谷の底の方までガラスが入り込み、エアーを逃がすために必要な隙間２３の大きさが小さくなってくる。そのため、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）は０．５μｍ以下とする必要がある。【００５０】
このように、粗面化処理によって、被覆層１４の表面１５を、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、且つ、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．５μｍ以下とすることで、十分なエアーの逃げ道が形成され、効果的に凹部２１を消滅させることができる。【００５１】
なお、被覆層１４の表面１５の全面にわたって粗面化処理が施されている必要はなく、少なくとも溶融ガラス滴２０と接触する領域が粗面化されていればよい。【００５２】
粗面化処理は、例えばエッチングによって行うことができる。エッチングの方法に特に制限はなく、エッチング液を用いるウェットエッチングでもよいし、プラズマを用いたドライエッチングでもよい。上述のように、本実施形態における下型１０は、基材１３と被覆層１４との間に中間層１２を有しているため、粗面化のためのエッチングによる基材１３の劣化を効果的に防止することができる。【００５３】
ウェットエッチングは、反応性のエッチング液を被覆層１４に接触させて表面１５を粗面化する方法であり、高価な設備を必要とせず、容易に粗面化を行うことができる。貯留したエッチング液に被覆層１４を浸漬させてもよいし、被覆層１４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１４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。【００５４】
一方、プラズマを用いたドライエッチングは、真空チャンバー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被覆層１４の表面１５を粗面化する方法である。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。【００５５】
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、被覆層１４との反応性が高く、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。また、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。【００５６】
なお、本実施形態においては、被覆層１４及び中間層１２が、いずれも１層のみで構成されている場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、粗面化処理が施された被覆層１４の下に、２層以上からなる中間層１２を有していてもよいし、粗面化処理が施された被覆層１４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。【００５７】
（ガラスゴブの製造方法）
本発明のガラスゴブの製造方法について図４〜図６を参照しながら説明する。図４は、ガラスゴブの製造方法の１例を示すフローチャートである。また、図５、図６は本実施形態におけるガラスゴブの製造方法を説明するための模式図（断面図）である。図５は下型に溶融ガラス滴を滴下させる工程（Ｓ１２）における状態を、図６は、滴下した溶融ガラス滴を下型の上で冷却固化する工程（Ｓ１３）における状態を、それぞれ示している。【００５８】
図５及び図６に示した下型１０は、本発明の下型の一例であり、基材１３の上に、中間層１２を介して被覆層１４が設けられている。被覆層１４のうち、溶融ガラス滴２０と接触する部分の表面１５にはエッチングによる粗面化処理が施されている。そのため、エアー溜まりのないガラスゴブを低コストで製造することができる。【００５９】
また、下型１０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ーや、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。【００６０】
下型１０の上方には、溶融状態のガラス２４を貯留する溶融槽２５と、その下部に設けられた滴下ノズル２６とが配置されている。【００６１】
以下、図４に示すフローチャートに従い、順を追って各工程について説明する。【００６２】
先ず、下型１０を予め所定温度に加熱しておく（工程Ｓ１１）。下型１０の温度が低すぎると、ガラスゴブの下面（下型１０との接触面）に大きなしわが発生したり、急速に冷却されることによってガラスゴブにワレが発生する場合がある。逆に、必要以上に温度を高くしすぎると、ガラスと下型１０との間に融着が発生したり、下型１０の寿命が短くなるおそれがあるばかりか、ガラスと下型１０が密着することでガラスゴブにエアー溜まりが残ってしまう場合もある。実際には、ガラスの種類や、形状、大きさ、下型１０の材質、大きさなど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、ガラスのガラス転移点を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。【００６３】
次に、下型１０に溶融ガラス滴２０を滴下させる（工程Ｓ１２）。溶融槽２５は図示しないヒーターによって加熱され、内部に溶融状態のガラス２４が貯留されている。溶融槽２５の下部には滴下ノズル２６が設けられており、溶融状態のガラス２４が自重によって滴下ノズル２６の内部に設けられた流路を通過し、表面張力によって先端部に溜まる。滴下ノズル２６の先端部に一定質量の溶融ガラスが溜まると、滴下ノズル２６の先端部から自然に分離して、一定質量の溶融ガラス滴２０が下方に滴下される（図５参照）。【００６４】
一般的には、滴下される溶融ガラス滴２０の質量は、滴下ノズル２６の先端部の外径や温度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から２ｇ程度の溶融ガラス滴を滴下させることができる。また、滴下ノズル２６の内径、長さ、加熱温度などによって溶融ガラス滴２０の滴下間隔を調整することができる。従って、これらの条件を適切に設定することで、所望の質量の溶融ガラス滴を所望の間隔で滴下させることが可能である。【００６５】
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。【００６６】
更に、溶融ガラス滴を滴下ノズルから下型に直接滴下させるのではなく、滴下ノズルから滴下させた溶融ガラス滴を貫通細孔を設けた部材に衝突させ、衝突した溶融ガラス滴の一部を微小滴として貫通細孔を通過させて下型に滴下させてもよい。それにより、更に微小なガラスゴブの製造が可能となる。この方法は、特開２００２−１５４８３４号公報に詳細に記載されている。【００６７】
次に、滴下した溶融ガラス滴２０を、下型１０の上で冷却固化する（工程Ｓ１３）（図６参照）。下型１０の上で所定時間放置することによって、溶融ガラス滴２０は下型１０や周囲のエアーへの放熱によって冷却され、固化する。溶融ガラス滴２０と接触する部分の表面１５は、所定の粗面化処理が施されているため、固化したガラスゴブ２７にエアー溜まりは発生しない。【００６８】
その後、固化したガラスゴブ２７を回収し（工程Ｓ１４）、ガラスゴブ製造が完成する。ガラスゴブ２７の回収は、例えば、真空吸着を利用した公知の回収装置等を用いて行うことができる。更に引き続いてガラスゴブ２７の製造を行う場合は、工程Ｓ１２以降の工程を繰り返せばよい。下型１０は、粗面化処理の際に使用するエッチング液などによる基材１３の劣化が、中間層１２によって防止されているため、高い耐久性を有している。そのため、ガラスゴブ２７の製造を繰り返し行う場合の下型１０の寿命が非常に長く、エアー溜まりのないガラスゴブを低コストで製造することができる。【００６９】
なお、本実施形態の製造方法により製造されたガラスゴブは、リヒートプレス法のガラスプリフォーム（ゴブプリフォーム）として、各種精密光学素子の製造に用いることができる。【００７０】
（ガラス成形体の製造方法）
本発明の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１例を示すフローチャートである。また、図８、図９は本実施形態におけるガラス成形体の製造方法を説明するための模式図（断面図）である。図８は下型に溶融ガラス滴を滴下させる工程（Ｓ２３）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（Ｓ２５）における状態を、それぞれ示している。【００７１】
下型１０は、図５〜図６で説明したものと同じである。一方、上型１６は、下型１０と同様の材質からなり、溶融ガラス滴２０を加圧するための加圧面１７を有している。下型１０の場合とは異なり、エアー溜まりのないガラス成形体を製造するという観点からは、上型１６の基材１３に中間層１２と被覆層１４とを形成し、被覆層１４に粗面化工程を施すことは、必ずしも必要ではない。【００７２】
しかし、本実施形態のような液滴成形法においては、溶融状態のガラスと上型１６とが直接接触することから、ガラスと上型１６とが融着しやすく、条件によっては安定的にガラス成形体を製造することが困難な場合がある。そのため、上型１６も、下型１０と同様に、基材１３の上に中間層１２及び被覆層１４を形成し、被覆層１４の表面に粗面化処理を施した構成とすることが好ましい。このような上型１６は、被覆層１４の表面が粗面化されているため、ガラスとの融着を効果的に防止することができる。また、中間層１２を有しているため、粗面化処理による基材１３の劣化を最小限に抑えることができる。【００７３】
上型１６の被覆層１４の表面を粗面化することで、ガラスとの融着を防止する効果が得られるが、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ未満の場合、融着防止の効果が十分ではない場合がある。逆に、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍよりも大きくなると、得られるガラス成形体の表面粗さが大きくなりすぎてしまう場合がある。そのため、上型１６の被覆層１４の表面１５は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ以上、０．２μｍ以下とすることが特に好ましい。【００７４】
下型１０は、図示しない駆動手段により、滴下ノズル２６の下方で溶融ガラス滴２０を受けるための位置（滴下位置Ｐ１）と、上型１６と対向して溶融ガラス滴２０を加圧するための位置（加圧位置Ｐ２）との間で移動可能に構成されている。また上型１６は、図示しない駆動手段により、下型１０との間で溶融ガラス滴を加圧する方向（図の上下方向）に移動可能に構成されている。【００７５】
以下、図７に示すフローチャートに従い、順を追って各工程について説明する。【００７６】
先ず、下型１０及び上型１６を予め所定温度に加熱しておく（工程Ｓ２１）。下型１０及び上型１６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。下型１０と上型１６とをそれぞれ独立して温度制御することができる構成とすることが好ましい。所定温度とは、上述のガラスゴブの製造方法における工程Ｓ１１の場合と同様であり、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１０と上型１６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。【００７７】
次に、下型１０を滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ２２）、滴下ノズル２６から溶融ガラス滴２０を滴下させる（工程Ｓ２３）（図８参照）。溶融ガラス滴２０を滴下させる際の条件等については、上述のガラスゴブの製造方法における工程Ｓ１２の場合と同様である。【００７８】
次に、下型１０を加圧位置Ｐ２に移動し（工程Ｓ２４）、上型１６を下方に移動して、下型１０と上型１６とで溶融ガラス滴２０を加圧する（工程Ｓ２５）（図９参照）。溶融ガラス滴２０は、加圧されている間に下型１０や上型１６との接触面からの放熱によって冷却し、固化する。加圧を解除してもガラス成形体に形成された転写面の形状が崩れない温度にまで冷却された後、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。【００７９】
溶融ガラス滴２０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のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、上型１６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。【００８０】
上型１６を上方に移動して退避させ、固化したガラス成形体２８を回収し（工程Ｓ２６）、ガラス成形体の製造が完成する。下型１０の表面１５は、所定の粗面化処理が施されているため、得られたガラス成形体にエアー溜まりは発生しない。その後、引き続いてガラス成形体の製造を行う場合は、再度、下型１０を滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ２２）、以降の工程を繰り返せばよい。【００８１】
なお、本発明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、ガラス成形体を回収する前にガラス成形体の形状を検査する工程や、ガラス成形体を回収した後に下型１０や上型１６をクリーニングする工程等を設けてもよい。【００８２】
本発明の製造方法により製造されたガラス成形体は、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。更に、リヒートプレス法のガラスプリフォームとして用いることもできる。
【実施例】
【００８３】
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。【００８４】
（比較例Ａ・実施例１〜３）
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。製造するガラス成形体の外径は直径７ｍｍ、中心部の厚みは３．５ｍｍとした。
【００８５】
先ず、表１に示すように４種類の下型１０（比較例Ａ・実施例１〜３）を準備した。基材１３には、炭化タングステンを主成分とする超硬材料を用いた。中間層１２として表１に記載の材料を成膜した後、被覆層１４であるクロムの金属膜を成膜した。中間層１２の厚みは０．３μｍ、被覆層の厚みは０．５μｍとし、いずれもスパッタ法により成膜した。
【００８６】
被覆層１４を成膜した後、被覆層１４の表面１５をエッチング液に浸漬して粗面化処理を行った。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。【００８７】
エッチング後の被覆層１４の表面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ（比較例Ａ）、０．１μｍ（実施例１）、０．２μｍ（実施例２）、０．２５μｍ（実施例３）となるように、エッチング時間を調整した。このとき、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）は、それぞれ、０．０３μｍ（比較例Ａ）、０．２５μｍ（実施例１）、０．４μｍ（実施例２）、０．５μｍ（実施例３）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。
【００８８】
このような４種類の下型１０を用いて、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。ガラス材料はＴｇが４８０℃のリン酸系ガラスを用いた。工程Ｓ２１における加熱温度は、下型１０が５００℃、上型１６が４５０℃とした。滴下ノズル２６の先端付近の温度は１０００℃とし、約１９０ｍｇの溶融ガラス滴２０が滴下するように設定した。加圧の際の荷重は１８００Ｎとした。なお、上型１６には、下型１０と同様に中間層１２及び被覆層１４を形成し、被覆層１４に粗面化処理を施したものを使用した。上型１６の成膜条件、粗面化処理の条件は、実施例１で用いた下型１０と同じとした。
【００８９】
比較例Ａおよび実施例１〜３のそれぞれの下型１０で製造したガラス成形体について、エアー溜まりの有無を顕微鏡観察により評価した。更に、ガラス成形体の下面（下型１０と接触して形成された面）の算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。ガラス成形体の下面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．１μｍ以下の場合を最も良好（◎）、０．１μｍを超えて０．１５μｍ以下の場合を良好（○）、０．１５μｍを超えて０．２μｍ以下の場合を可（△）とした。
【００９０】
また、エアー溜まりの評価と下面の算術平均粗さ（Ｒａ）の評価より、ガラス成形体の性能評価を行った。性能評価は、エアー溜まりがなく、Ｒａの評価が◎の場合を最も良好（◎）、エアー溜まりがなく、Ｒａの評価が○の場合を良好（○）、エアー溜まりが有る場合を不可（×）とした。【００９１】
更に、ガラス成形体の成形を繰り返し、被覆層１４の膜剥離が発生するまでの成形回数を調査し、下型の耐久性を評価した。耐久性の評価は、３００００回の成形で膜剥離が発生しなかった場合を良好（○）、３００００回未満の成形で膜剥離が発生した場合を問題あり（×）とした。これらの評価結果を表１にまとめて示す。【００９２】
【表１】
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【００９３】
比較例Ａおよび実施例１〜３のいずれの場合も、ガラス成形体にエアー溜まりの発生はなく、ガラス成形体の性能評価は◎又は○であった。また、３００００回の成形によっても膜剥離は発生せず、良好な耐久性を有していることが確認された。更に、被覆層１４の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下の場合（比較例Ａおよび実施例１，２）には、ガラス成形体の下面の算術平均粗さ（Ｒａ）は０．１μｍでありガラス成形体の性能評価が最も良好（◎）であることが確認された。
【００９４】
（比較例１〜４）
比較例Ａおよび実施例１〜３と同様に、エッチング時間の異なる４種類の下型１０を用いて、ガラス成形体の成形と評価を行った。ただし、比較例Ａおよび実施例１〜３と異なり、中間層１２は設けず、被覆層１４を基材１３の上に直接形成した。評価結果を表１に併せて示す。
【００９５】
比較例１〜４のいずれの場合も、ガラス成形体にエアー溜まりの発生はなかったものの、１００００回未満の成形で被覆層１４の膜剥離が発生し、下型の耐久性が不十分であることが確認された。【００９６】
（比較例５、６）
比較例Ａおよび実施例１〜３と同様に、エッチング時間の異なる２種類の下型１０を用いて、ガラス成形体の成形と評価を行った。被覆層１４の表面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）は０．００５μｍ（比較例５）と０．３μｍ（比較例６）であり、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）は、それぞれ０．０１μｍ（比較例５）と０．６μｍ（比較例６）であった。評価結果を表１に併せて示す。
【００９７】
比較例５、比較例６は、いずれも、得られたガラス成形体にエアー溜まりが発止していることが確認され（性能評価：×）、良好なガラス成形体を得ることはできなかった。なお、耐久性評価のためのテストは省略した。
【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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