(57)【要約】【課題】微細な形状や複雑な形状を備えたガラス製の部品を、低いコストで製造することができる成形方法を提供する。【解決手段】二枚の石英ガラス製の成形素材１３ａ、ｂの間に炭素製の型部材１４をセットする。成形素材１３ａ、ｂを所定の温度に加熱した後、ベッド１と加圧盤２の間で圧縮して成形する。これによって、型部材１４がガラスの内側に包み込まれ、ガラス（半製品３ｃ）の内側に型部材１４の形状が転写される。半製品１３ｃの温度が所定の温度まで低下した後、ベッド１から加圧盤２を後退させ、半製品１３ｃを回収する。半製品１３ｃに型部材１４に到達する孔１６を加工した後、型部材１４を酸化させて、半製品１３ｃの内側から型部材１４を取り除く。この結果、内側に型部材４の形状が転写された成形品１３ｄが得られる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素製の型部材を用いてガラスをプレス成形し、この型部材の形状をガラスに転写した後、成形されたガラスの表面に残った炭素を酸化させてガラスの表面から炭素を取り除くことを特徴とするガラスの成形方法。
【請求項２】
炭素製の型部材を用いてガラスをプレス成形し、この型部材の形状をガラスに転写した後、型部材がガラスに密着したままの状態で型部材を酸化させてガラスの表面から型部材を取り除くことを特徴とするガラスの成形方法。
【請求項３】
二枚のガラスの間に炭素製の型部材を挟んでガラスをプレス成形し、この型部材の形状をガラスの内側に転写し、次いで、ガラスに型部材に到達する孔を加工した後、型部材を酸化させてガラスの内側から型部材を取り除くことを特徴とするガラスの成形方法。
【請求項４】
前記炭素製の型部材は、炭素ペーストを焼成したものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガラスの成形方法。
【請求項５】
前記炭素製の型部材は、炭素ペーストを所定のパターンを与えて基板上に塗布し、これを焼成したものであることを特徴とする請求項４に記載のガラスの成形方法。
【請求項６】
前記炭素製の型部材は、ガラス状カーボンであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガラスの成形方法。
【請求項７】
前記炭素製の型部材は、ポリマーを所定のパターンを与えて基板上に塗布し、これを焼成してガラス状ガ−ボンとしたものであることを特徴とする請求項６に記載のガラスの成形方法。
【請求項８】
前記炭素製の型部材は、パターニングされたフォトレジストを焼成したものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガラスの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスの成形方法に係り、特に、微細な形状や複雑な形状を備えたガラス製の部品を成形するための方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス製部品は、光学レンズ等の光学機器に限らず、その耐久性や化学的安定性等の利点を生かし、光通信用や医療用の精密部品に広く用いられている。
【０００３】
通常、ガラス製部品の製造プロセスとしては、研削やエッチングのような除去工程、若しくはＣＶＤのような付加工程から成り立つものが殆どである。医療用のマイクロチップや光通信用のＶ溝基板等は、主に上記方法により製造されている。
【０００４】
しかし、研削による場合、加工時間が多くかかることや、複雑形状を加工することが難しいなどの問題がある。エッチングによる場合には、加工時間がエッチングレートに依存するために時間がかかり、更に、三次元的な加工を行うことが困難であるという問題がある。また、ＣＶＤについては、堆積レートが低いこともあり、せいぜい数μｍ程度の形状しか形成できないという問題がある。
【０００５】
近年、これらの製造プロセスに代わって、プレス成形によりガラス製部品を製造するプロセスが、特に光学ガラスレンズの製造の際に多く採用されるようになって来ている。このプロセスでは、型及びガラスの成形素材を加熱し、ガラスを軟化させた後、型の形状をガラスに転写することによってガラス製部品を製造している。
【０００６】
プレス成形による製造プロセスは、成形用の型をある程度のコストで製作することができれば、上記の他の製造プロセスと比べて大量かつ安価にガラス部品を製造することが可能である。
【０００７】
しかし、石英ガラス等の高融点ガラスを成形する場合には、型の素材がカーボン、セラミックスまたは高融点金属等に限定され、それらの材料を複雑な形状に加工することは難しい。また、成形用の型の寿命も問題となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来のガラス製部品を成形する際の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、微細な形状や複雑な形状のガラス製部品を低いコストで製造することができる成形方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラスの成形方法は、炭素製の型部材を用いてガラスをプレス成形し、この型部材の形状をガラスに転写した後、成形されたガラスの表面に残った炭素を酸化させてガラスの表面から炭素を取り除くことを特徴とする。
【００１０】
また、前記型部材から成形品を分離することが困難な場合には、上記方法の代わりに、ガラスを成形した後、前記型部材がガラスに密着したままの状態で前記型部材を酸化させることによって、ガラスの表面から前記型部材を取り除くこともできる。
【００１１】
更に、上記方法の変形として、二枚のガラスの間に炭素製の型部材を挟んでガラスをプレス成形することにより、型部材の形状をガラスの内側に転写することができる。その場合、ガラスをプレス成形した後、ガラスに前記型部材に到達する孔を加工し、その状態で前記型部材を酸化させることによって、ガラスの内側から前記型部材を取り除く。
【００１２】
なお、上記において、「炭素」とは、等方性カーボン、ガラス状カーボン、または、フォトレジストを焼成したもの、を意味する。
【００１３】
また、前記炭素製の型部材は、（ａ）研削・研磨、（ｂ）エッチング、（ｃ）ＣＶＤ、（ｄ）炭素ペーストの焼成、など種々の方法により製作することがきる。これらの方法の中で、（ｄ）の方法は、炭素ペースト（等方性カーボンの粉末に水または有機溶剤を加えて混練したもの）を所定のパターンを与えてガラスなどの基板上に塗布し、これを焼成したものである。この方法は、（ｂ）や（ｃ）の方法と比較して簡易かつ安価に型面を加工することが可能であり、形状に関するフレキシビリティも高い。
【００１４】
なお、上記の炭素ペーストの代わりに、ポリマーを基板上に塗布し、これを焼成することによっても、ガラス状カーボンからなる型部材を製作することができる。
【００１５】
また、パターニングされたフォトレジストを焼成することによって、カーボンからなる型部材を製作することができる。
【００１６】
なお、いずれの方法の場合にも、ガラスの成形温度では、ガラスと炭素の間で熱膨張量に差があるので、炭素製の型部材の寸法は、熱膨張量の差を考慮して補正しておく必要がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のガラスの成形方法は、概略、以下の工程からなる：
（ａ）成形品の形状と逆形状の炭素製の型部材を製作する；
（ｂ）この炭素製の型部材及びガラスの成形素材を非酸化雰囲気（不活性ガス雰囲気、真空雰囲気または還元雰囲気）中で加熱した後、型部材を用いてガラスをプレス成形することにより、型部材の形状をガラスに転写する；
（ｃ）型部材から成形品を引き離し、型部材を回収する；
（ｄ）成形品の表面に残った炭素を酸化させて、成形品の表面から炭素を取り除く。
【００１８】
なお、成形が終ったガラスから型部材を剥離させることが困難な場合には、ガラスに型部材が密着したままの状態で型部材を酸化させることにより、ガラスの表面から型部材を取り除く。
【００１９】
図１に、本発明に基づく成形方法の一例を示す。図中、３ａはガラスの成形素材、３ｂはガラスの成形品、４は炭素製の型部材を表す。
【００２０】
ベッド１の上にガラスの成形素材３ａを置き、その上に炭素製の型部材４をセットする。成形素材３ａ及び型部材４をガラス転移温度以上の所定の温度に加熱した後、これらをベッド１と加圧盤２の間で圧縮し、成形素材３ａをプレス成形する。これによって、型部材４が成形素材３ａの表面に押し込まれ、成形素材３ａの表面に型部材４の形状が転写される。成形品３ｂの温度が所定の温度まで低下した後、ベッド１から加圧盤２を後退させて型開きを行う。次いで、成形品３ｂから型部材４を引き離した後、成形品３ｂの表面に付着している炭素を酸化させて取り除く。このようにして、型部材４の形状が転写されたガラスの成形品３ｂが得られる。
【００２１】
図２に、本発明に基づく成形方法の他の例を示す。
【００２２】
この例では、成形素材３ａと型部材４の上下の位置関係が、先に示した例（図１）と反対になっている。即ち、ベッド１の上に炭素製の型部材４が置かれ、そのガラスの成形素材３ａがセットされる。その他の手順については、先に示した例と同じである。
【００２３】
図３に、本発明に基づく成形方法の他の例を示す。図中、１３ａ及び１３ｂはガラスの成形素材、１３ｃは半製品、１３ｄはガラスの成形品、４は型部材を表す。
【００２４】
この例では、二枚のガラス１３ａ、１３ｂの間に炭素製の型部材１４を挟んでガラスをプレス成形することによって、型部材１４の形状をガラスの内側に転写している。
【００２５】
即ち、ベッド１の上にガラスの成形素材１３ａを置き、その上に炭素製の型部材１４をセットし、更にその上にガラスの成形素材１３ｂをセットする。成形素材１３ａ及び１３ｂと、型部材１４をガラス転移温度以上の所定の温度に加熱した後、これらをベッド１と加圧盤２の間で圧縮し、成形素材１３ａ及び１３ｂをプレス成形する。これによって、型部材１４がガラス（半製品１３ｃ）の内側に包み込まれ、ガラスの内側に型部材１４の形状が転写される。半製品１３ｃの温度が所定の温度まで低下した後、ベッド１から加圧盤２を後退させ、半製品１３ｃを回収する。半製品１３ｃに型部材１４に到達する孔１６を加工した後、型部材１４を酸化させ、これによって半製品１３ｃの内側から型部材１４を取り除く。このようにして、内側に型部材４の形状が転写されたガラスの成形品１３ｄが得られる。
【００２６】
図４に、本発明に基づく成形方法の他の例を示す。
【００２７】
この例では、炭素製の型部材１７の中に、予め異種部品１８が埋め込まれている。このような型部材１７を用いて、先の例（図３）と同様な方法で、二枚のガラスの成形素材１３ａ及び１３ｂをプレス成形した後、型部材１７を酸化させて取り除く。これによって、内側に型部材４の形状が転写され、且つ内部に異種部品１８が封入されたガラスの成形品１３ｄを製造することができる。
【００２８】
なお、上記の異種部品１８の材質としては、高融点金属や、成形されるガラスと比べて成形温度の高いガラス等が挙げられる。
【００２９】
次に、図４に示した方法に従い、石英ガラスの内部に白金（Ｐｔ）製の球が封入されたマイクロマシン用部品を製造する場合の具体的な条件の一例について説明する。
【００３０】
成形素材１３ａ、１３ｂには、石英ガラス板（東ソークオーツ製“ＥＳ”：形状φ２０×ｔ３ｍｍ）を用いた。ベッド１及び加圧盤２には、ガラス状カーボン製の部材を使用した。炭素製の型部材１７には、炭素ペースト中に白金製の球（φ１ｍｍ）を封入した上で焼成を行い、所定の形状としたものを使用した。
【００３１】
二枚の石英ガラス板１３ａ、１３ｂの間に炭素製の型部材１７を配置し、石英ガラス板１３ａ、１３ｂ及び型部材１７を１４５０℃まで加熱し、プレス成形を行った。なお、プレス荷重は１ｋＮ、プレス時間は６０ｓｅｃであった。
【００３２】
成形された半製品１３ｃを冷却した後、半製品１３ｃに型部材１７まで到達する孔１６を研削加工により形成した。次いで、半製品１３ｃの内部にある炭素を酸素プラズマアッシングにより酸化して、昇華させた。その結果、石英ガラスの内部に白金製の球が封入されたマイクロマシン用部品を製作することができた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のガラスの成形方法によれば、微細な形状や複雑な形状を備えたガラス製の部品を低いコストで製造することが可能になる。特に、本発明の方法によれば、内部に設けられた空洞の内面に微細な形状が形成された石英ガラス製の部品を低いコストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく成形方法の一例を示す図。
【図２】本発明に基づく成形方法の他の例を示す図。
【図３】本発明に基づく成形方法の他の例を示す図。
【図４】本発明に基づく成形方法の他の例を示す図。
【符号の説明】
１・・・ベッド、
２・・・加圧盤、
３ａ、１３ａ、１３ｂ・・・ガラスの成形素材
３ｂ、１３ｄ・・・ガラスの成形品、
４、１４、１７・・・炭素製の型部材、
１３ｃ・・・半製品（ガラス）、
１６・・・孔、
１８・・・異種部品（白金製の球）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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