(57)【要約】【課題】表面に凹形状や凸形状を有するガラスを高温成形すると、ガラスが金型に凝着するという現象が生じやすく容易には成形ガラスは金型から離型しない。また、金型の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数が異なる場合には、金型と成形ガラスが噛み合った状態で収縮するためガラスが割れるという現象も発生する。【解決手段】本発明は、上記問題点を解決するために、▲１▼金型全体の熱膨張係数をガラスにほぼ等しくする。▲２▼ガラスの凸形状に対応した金型の凹形状を形成する材料として熱膨張係数が成形ガラスより小さいものを用いる。▲３▼ガラスの凹形状に対応した金型の凸形状を形成する材料として熱膨張係数が成形ガラスより大きいものを用いる。ことを主な特徴とし、金型の成形面には直接または中間膜を介して、ガラスと反応しない貴金属系、セラミック系、炭素系などの離型膜が少なくとも１層形成されていることを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凸状の形状を有するガラス構造体を成形プロセスによって作製するためのガラス成形金型であって、ガラスとほぼ同じ熱膨張係数を有する基材の上にガラス表面の凸形状に対応した凹形状部分がガラスよりも小さな熱膨張係数を持つ材料により形成されており、さらにその金型の少なくとも成形面には直接または中間膜を介して、ガラスと反応しない貴金属系、セラミック系、炭素系などの離型膜が少なくとも１層形成されていることを特徴とするガラス成形金型。
【請求項２】
表面に凹状の形状を有するガラス構造体を成形プロセスによって作製するためのガラス成形金型であって、ガラスとほぼ同じ熱膨張係数を有する基材の上にガラス表面の凹形状に対応した凸形状部分がガラスよりも大きな熱膨張係数を持つ材料により形成されており、さらにその金型の少なくとも成形面には直接または中間膜を介して、ガラスと反応しない貴金属系、セラミック系、炭素系などの離型膜が少なくとも１層形成されていることを特徴とするガラス成形金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に凹形状あるいは凸形状の３次元構造を有するガラス部材をプレス成形することによって作製するためのガラス成形金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガラス表面に凹凸形状を有するガラス構造体を作製する場合は、ガラス表面にフォトリソグラフィでレジストパターニングを行ったり、さらにそのパターニングからＣｒマスクを形成したりして、ドライエッチングによって凹凸を付与している。また、感光性のガラスを用いることによってパターニングの形状を直接ガラスに付与している。
【０００３】
また、ガラス成形技術は、これまでガラスレンズのように曲面ではあるが比較的平滑な面を得るために用いられている。この場合、金型の基材としてセラミック、超硬合金などが用いられ、その成形面には離型膜が形成されているのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
表面に凹形状または凸形状を有するガラスを成形によって作製する場合、この３次元形状を精密に転写するためには、平滑面を有するレンズなどを成形する場合に比べてより高温にしてガラスの粘度を低下させて成形することが望ましい。しかし、この際高温なるが故にガラスが金型に凝着するという現象が生じやすく、容易には成形ガラスが金型から離型しない。また、金型の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数が異なる場合には、金型と成形ガラスが噛み合った状態で収縮するためガラスが割れるという現象も発生する。
【０００５】
本発明は、表面に凹凸形状を有するガラスを、割れることなくかつ離型性の良好な状態で成形により提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために、▲１▼金型全体の熱膨張係数を成形ガラスにほぼ等しくする。▲２▼ガラスの凸形状に対応した金型の凹形状を形成する材料として熱膨張係数が成形ガラスより小さいものを用いる。▲３▼ガラスの凹形状に対応した金型の凸形状を形成する材料として熱膨張係数が成形ガラスより大きいものを用いる。ことを主な特徴とし、さらに金型の成形面には直接または中間膜を介して、ガラスと反応しない貴金属系、セラミック系、炭素系などの離型膜が少なくとも１層形成されていることを特徴とする。
【０００７】
これらの効果により、高温でのガラス成形により表面に凹凸を有したガラス構造体を、ガラスが割れることなく、また、ガラスが金型に凝着することなく離型させて得る事が出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、従来の課題を図３および図４を用いて説明する。
【０００９】
まず、従来のように成形ガラスと熱膨張係数の異なる金型材料を用いた場合を図３に示す。図３（ａ）は成形をしている状態の図であり、図３（ｂ）はその冷却過程の図である。図３（ａ）のように十分に高温に保った状態で成形をすれば成形ガラス２０は金型１０の凹形状部に入り込み十分金型形状を転写できる。しかし、その後の冷却過程において、金型１０よりも熱膨張係数の大きい成形ガラス２０は、金型１０よりも大きく収縮し、形状転写した凸形状３０を破壊してしまう。
【００１０】
また、図３（ａ）で、金型材料と成形ガラスの熱膨張係数がほぼ等しい場合においては、図３（ａ）の状態を保って冷却されるが、ガラスと金型の間に凝着がおこり、離型できない場合がほとんどであり、無理に離型させようとすればガラスを破壊してしまうことが多い（図３（ｂ））。
【００１１】
ガラス表面に凹形状を形成した場合も、ガラスの収縮の方が金型の収縮よりも大きいので同様の割れを発生する。
【００１２】
そこで、成形温度を下げて成形した場合は、図４に示すようにガラスの粘度低下が不十分で、ガラスは金型の凹形状部に入り込まずに形状転写不良となる。
【００１３】
（実施の形態１）
そこで、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。
【００１４】
成形ガラス５とほぼ熱膨張係数の等しい基材２上に、それよりも熱膨張係数の小さな材料３で金型１の凹形状を作製する。この表面に中間膜を介して離型膜４を形成したものを金型として用いる。
【００１５】
具体的には、基材２として住友電工社製の超硬合金ＡＦ−１を用い、材料３として松浪硝子社製のＡＦ４５ガラス（ガラス転移温度６６２℃）を用いた。ＡＦ４５ガラスの厚みは約０．３ｍｍ、金型上に形成した溝幅は０．３ｍｍとした。この表面に中間層を介して、離型膜４としてＰｔ−Ｉｒ合金を約１μｍスパッタにより形成した。これを金型１として、成形ガラス５を成形した。成形ガラス５としたのは住田光学ガラス社製のＰＢＫ４０であり、成形温度は、６００℃とした。
【００１６】
成形前の状態を図１（ａ）、６００℃での成形時の状態を図１（ｂ）で表した。
【００１７】
この場合、６００℃で成形後、約３００℃まで冷却して離型させた。離型はスムーズに行われた。この場合、成形ガラスと金型の接触状態は図１（ｃ）のようになっているものと考えられる。ガラスと金型の間には微小な空隙が発生し、その分、離型に対する抵抗が減じたものと考える。それ故、図１（ｄ）のように容易に離型できるものと考えられる。
【００１８】
ここで、基材２には超硬合金ＡＦ−１、材料３にはＡＦ４５ガラスを用いたが特にこれに限定されるものではない。基材として超硬合金のバインダー成分量を調整することで熱膨張係数の調整は可能であるし、また、成形ガラスよりも高温の軟化点を持つガラス材料でももちろん可能である。
【００１９】
ただ、望ましくは、成形ガラス５と基材２の熱膨張係数差が１．５×１０−６以下、成形ガラス５と材料３の熱膨張係数差が２．５×１０−６以上あることが望ましい。
【００２０】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について図２を用いて説明する。
【００２１】
成形ガラス８とほぼ熱膨張係数の等しい基材２上に、それよりも熱膨張係数の大きな材料７で金型６の凸形状を作製する。この表面に中間膜を介して離型膜４を形成したものを金型として用いる。
【００２２】
具体的には、基材２として住友電工社製の超硬合金ＡＦ−１を用い、材料７として松浪硝子社製のＤ１５０ガラス（結晶化ガラス）を用いた。Ｄ１５０ガラスの厚みは約０．３ｍｍ、金型上に形成した溝幅は０．３ｍｍとした。この表面に中間層を介して、離型膜４としてＰｔ−Ｉｒ合金を約１μｍスパッタにより形成した。これを金型６として、成形ガラス８を成形した。成形ガラス８としたのは住田光学ガラス社製のＰＢＫ４０であり、成形温度は、６００℃とした。
【００２３】
成形前の状態を図２（ａ）、６００℃での成形時の状態を図２（ｂ）で表した。
【００２４】
この場合、６００℃で成形後、約３００℃まで冷却して離型させた。離型はスムーズに行われた。この場合、成形ガラスと金型の接触状態は図２（ｃ）のようになっているものと考えられる。ガラスと金型の間には微小な空隙が発生し、その分、離型に対する抵抗が減じたものと考える。それ故、図２（ｄ）のように容易に離型できるものと考えられる。
【００２５】
ここで、基材２には超硬合金ＡＦ−１、材料７にはＤ１５０ガラスを用いたが特にこれに限定されるものではない。基材として超硬合金のバインダー成分量を調整することで熱膨張係数の調整は可能であるし、また、成形ガラスよりも高温の軟化点を持つガラス材料でももちろん可能である。材料７では結晶化ガラスのＤ１５０を用いたが、成形温度で強度を保てる金属などでもよいことは言うまでもない。
【００２６】
ただ、望ましくは、成形ガラス８と基材２の熱膨張係数差が１．５×１０−６以下、成形ガラス８と材料７の熱膨張係数差が２．５×１０−６以上あることが望ましい。
【００２７】
以上の金型構成では、基材から凸形状の部分のみ異なった材料を用いたが、基材の熱膨張係数に影響を与えない程度であれば金型１および６の平坦部を覆っても何ら問題はない。
【００２８】
以上の成形では、下型として平面の金型を用いた（図中省略）が、成形ガラスがはまり込み、ガラスが平面上に広がらないようにした溝付きの下型などを用いてもよいことは言うまでもない。熱膨張係数の異なる材料としてはＰｔやＩｒ等の貴金属があるし、また、超硬合金のバインダー成分の量を変化させたものなら、熱膨張の増減がある範囲ではあるが調整できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、表面に凹凸形状を有するガラス構造体の成形をする場合、転写性が良好で、さらに離型性に優れた金型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の金型構成および成形プロセスの概略図
【図２】実施の形態２の金型構成および成形プロセスの概略図
【図３】従来の金型構成での成形時の課題を説明する概略図
【図４】成形温度が低い場合の課題を説明する概略図
【符号の説明】
１　金型
２　基材
３　熱膨張係数の小さな材料
４　離型膜
５　成形ガラス
６　金型
７　熱膨張係数の大きな材料
８　成形ガラス
１０　従来の金型
２０　成形ガラス
３０　凸形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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