JP2007137724A

JP2007137724A - ガラス製成形型

Info

Publication number: JP2007137724A
Application number: JP2005334619A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Riyounai; 領内　　博; Miyoko Doi; 美代子土肥; Toshiaki Takano; 利昭高野; Akira Kimura; 亮木村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】長い製品寿命を有するガラス製成形型を提供する。
【解決手段】ガラス製成形型１は、柱状の成形型本体２と、離型膜４と、密着膜３とを備えている。成形型本体２は実質的にガラスにより形成されている。離型膜４は成形型本体２の一方の端面を覆うように形成されている。密着膜３は成形型本体２と離型膜４との間に設けられている。
離型膜４及び密着膜３は、離型膜４の膜応力及び密着膜３の膜応力が成形型本体２に及ぼす力の合計が−４０００Ｎ／ｍ以上＋４０００Ｎ／ｍ以下となるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明はガラス製成形型に関する。詳細には、例えば、例えばガラス製光学素子等のガラス被成形物をプレス成形するためのガラス製成形型に関する。

従来、レンズ等の光学素子の製造方法として、精密プレス成形法が提案されている。精密プレス成形法とは、所定の温度に加熱したガラス材を成形型を用いてプレス成形する方法である。

一般的に、ガラス材の精密プレス成形は高温雰囲気中で行われるため、精密プレス成形にはセラミック製や超硬合金製の成形型が用いられている。しかしながら、セラミックス製や超硬合金製の成形型を作製するためには、母材を高剛性の超精密ＣＮＣ旋盤などにより超精密に切削、研削し、且つ表面を研磨しなければならない。このため、セラミックス製や超硬合金製の成形型は、作製コストが高く、且つ作製に要する時間が長いという問題がある。さらに、成形型ごとに切削加工等を行うために、成形型に形状ばらつきが生じやすいという問題もある。

このような問題に鑑み、例えば特許文献１〜３には、ガラス製の成形型が提案されている。
特許２６１６９６４号公報特開昭６３−２２２０２４号公報特開平１−１４８７１４号公報

しかしながら、ガラス製の成形型をそのまま用いてガラス被成形物をプレス成形すると、成形型とガラス被成形物とが融着してしまうという問題がある。このため、一般的に、ガラス製の成形型本体の成形面には、ガラスに対して離型性のよい離型膜が形成されている。且つ、ガラスに対して離型性のよい離型膜とガラス製の成形型本体との密着性を向上させるため、成形型本体と離型膜との間に密着膜が形成されている。

しかしながら、従来のガラス製成形型では、離型膜と成形型本体との密着性が十分ではなく、プレス成形中に離型膜が成形型本体から剥離してしまうという問題がある。すなわち、従来のガラス製成形型は製品寿命が短いという問題がある。

本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長い製品寿命を有するガラス製成形型を提供することにある。

本発明に係るガラス製成形型は、柱状の成形型本体と、離型膜と、密着膜とを備えている。成形型本体は実質的にガラスにより形成されている。離型膜は成形型本体の一方の端面を覆うように形成されている。密着膜は成形型本体と離型膜との間に設けられている。

離型膜及び密着膜は、離型膜の膜応力及び密着膜の膜応力が成形型本体に及ぼす力の合計の絶対値が４０００Ｎ／ｍ以下となるように形成されている。

尚、本明細書において、「膜応力」とは膜が被成膜体に及ぼす膜面方向の力（圧縮応力、引っ張り応力）のことをいう。

本発明によれば、離型膜と成形型本体との高い密着性を実現できるので、製品寿命の長いガラス製成形型を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本実施形態に係るガラス製成形型１の断面図である。

本実施形態に係るガラス製成形型１は、ガラス製光学素子等のガラス被成形物をプレス成形するためのものである。

ガラス製成形型１は、成形型本体２と、密着膜３と、離型膜４とを備えている。離型膜は成形型本体２の一方の端面を覆うように形成されている。密着膜３は成形型本体２と離型膜４との間に設けられている。

成形型本体２は、実質的にガラスにより柱状（例えば、円柱状又は角柱状）に形成されている。詳細には、成形型本体２は、プレス成形するガラス被成形物（例えば、ガラス製光学素子）の軟化温度よりも高いガラス転移温度を有するガラス（結晶化ガラスを含む）により実質的に形成されていることが好ましい。そうすることによって、ガラス被成形物を成形する際の成形型本体２の形状寸法の変化を抑制することができる。具体的には、成形型本体２は、例えば、シリカガラス、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス等により形成されていることが好ましい。さらに具体的には、例えば、ガラス転移温度が６９０℃、軟化温度が７４０℃、１００℃〜３００℃における線熱膨張係数が６４×１０^-7／℃のホウ珪酸ガラスにより形成してもよい。

尚、成形型本体２は、例えば、ガラス材をプレス成形することにより形成することができる。また、柱状のガラス材に切削・研磨等の物理的加工を施すことにより形成してもよい。

成形型本体２の一方の端面はガラス被成形物をプレスするためのプレス面を構成している。プレス面は、例えば、凹状又は凸状に形成されていてもよい。離型膜４はこのプレス面を覆うように形成されている。

離型膜４は、ガラス製成形型１に対するガラス被成形物（例えば、ガラス製光学素子）の離型性を向上するものである。この離型膜４を設けることにより、ガラス被成形物のガラス製成形型１への融着を抑制することができる。離型膜４は、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、及びＴａからなる群より選ばれた金属、若しくは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、及びＴａからなる群より選ばれた１種以上の金属を含む合金により形成することができる。

離型膜４はガラスに対する密着性が低いものである。このため、離型膜４をガラス製の成形型本体２の上に強固に成膜することは困難である。仮に、離型膜４を成形型本体２の上に直接成膜した場合、離型膜４は非常に成形型本体２から剥離しやすいものとなる。

密着膜３は、この離型膜４の成形型本体２からの剥離を抑制するための膜であり、離型膜４とガラス製の成形型本体２との両方に対して高い密着性を示すものであることが好ましい。密着膜３は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｃｏ、及びＣｕからなる群より選ばれた金属、若しくは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｃｏ、及びＣｕからなる群より選ばれた１種以上の金属を含む合金により形成することができる。

尚、密着膜３、離型膜４の形成方法としては、例えば、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法等が挙げられる。

本実施形態では、密着膜３及び離型膜４は、離型膜４の膜応力及び密着膜３の膜応力が成形型本体２に及ぼす力の合計の絶対値が４０００Ｎ／ｍ以下となるように形成されている。言い換えれば、離型膜４の膜応力及び密着膜３の膜応力が成形型本体２に及ぼす力の合計が−４０００Ｎ／ｍ以上＋４０００Ｎ／ｍ以下となるように形成されている。このため、離型膜４の成形型本体２からの剥離が効果的に抑制されている。離型膜４の膜応力及び密着膜３の膜応力が成形型本体２に及ぼす力の合計の絶対値が４０００Ｎ／ｍよりも大きい場合は、その膜応力によって、又は、その膜応力とガラス被成形物の成形時に密着膜３、離型膜４と成形型本体２との間に発生する応力とによって離型膜４が（又は、離型膜４と密着膜３とが）剥離しやすくなる。

尚、密着膜３、離型膜４の膜応力は、それらの成膜条件を変化させることにより調整制御することができる。例えば、密着膜３、離型膜４をスパッタ法により形成する場合、ハウジング内の各ガスの分圧を調節することにより各膜の膜応力を調節することができる。

また、膜応力は、例えば、膜応力を測定しようとする薄膜を形成したガラス基板を用いて測定したデータから算出することができる。具体的には、膜応力は、形成された薄膜の膜応力によってガラス基板が反った量を測定し、その得られた反り量から算出することができる（以下、本測定法をたわみ測定法と記す）。離型膜４の膜応力及び密着膜３の膜応力が成形型本体２に及ぼす力は、測定された膜応力と膜厚により算出することができる。

図１に示す上記実施形態に係るガラス製成形型１と同様の構成を有するガラス製成形型を、離型膜４及び密着膜３を種々変化させて作製し、実施例１〜４、及び比較例１、２とした。尚、本実施例及び比較例の説明において、図１を上記実施形態と共通に参照する。

実施例１〜４、及び比較例１、２において、成形型本体２は、ホウ珪酸ガラス（ガラス転移温度：６９０℃、軟化温度（屈伏点）：７４０℃、１００℃〜３００℃における線熱膨張係数：６４×１０^-7／℃）をプレス成形することにより形成した。成形型本体２の成形面は、半径６ｍｍ、曲率半径５ｍｍの凹状に形成した。

成形型本体２の上に、アルゴン０．１Ｐａ、３００Ｗの条件下でスパッタ法により密着膜３を形成した。尚、密着膜３は、実施例１及び比較例２ではＣｒにより形成した。実施例２ではＴｉにより、実施例３及び比較例１ではＴａにより、実施例４ではＣｏにより形成した。また、密着膜３の膜厚は、実施例１、２、４、及び比較例２では０．２μｍ、実施例３及び比較例１では０．１μｍとした。

次に、密着膜３の上に、アルゴン０．２Ｐａ、３００Ｗの条件下でスパッタ法により離型膜４を形成し、ガラス製成形型１を完成させた。尚、離型膜４は、実施例１、２、比較例１ではＰｔ−Ｉｒにより形成した。実施例３及び比較例２ではＩｒ−Ｔａにより、実施例４ではＰｔ−Ｗにより形成した。また、離型膜４の膜厚は、実施例１〜４、及び比較例１、２において、それぞれ０．４μｍ、１．３μｍ、０．７μｍ、０．７μｍ、１．１μｍ、１．３μｍとした。

次に、別途、ガラス基板（厚さ１５ｍｍ）上に、実施例１〜４、及び比較例１、２と同様の構成の密着膜３及び離型膜４を同様の条件で形成した。形成した密着膜３及び離型膜４の膜応力を、たわみ測定法で測定した。実施例１では、密着膜３の膜応力は３×１０⁷Ｐａ、離型膜４の膜応力は３×１０⁹Ｐａであった。

得られた膜応力に膜厚をかけることによって離型膜４の膜応力及び密着膜３の膜応力が成形型本体２に及ぼす力の合計を算出した。算出された力は、実施例１〜４、及び比較例１、２において、それぞれ１４０６Ｎ／ｍ、３９０６Ｎ／ｍ、２６１７Ｎ／ｍ、２１００Ｎ／ｍ、４０１７Ｎ／ｍ、４５５６Ｎ／ｍであった。実施例１〜４では、算出された力の絶対値は４０００Ｎ／ｍ以下であった。一方、比較例１、２では、算出された力の絶対値は４０００Ｎ／ｍより大きかった。

次に、図２に示すように、作製されたガラス製成形型１を上型１３及び下型１５として用いてガラスレンズ１８を１０００回成形した。

図２はガラスレンズ１８の成形に用いた製造装置１０の構成を表す断面図である。

図３はガラスレンズ１８の製造工程を表す図である。

製造装置１０は、ヒーター１２が埋設された上プレス盤１１及び下プレス盤１６とを備えている。上プレス盤１１と下プレス盤１６との間には成形型組が配置されている。成形型組は、上記工程で作製された上型１３及び下型１５と、上型１３及び下型１５とが摺動可能に挿入された円柱状の胴型１４とを備えている。

この製造装置１０にガラスレンズ１８の材料となるガラス材１７を装入し、窒素雰囲気中において、１０００回プレス成形を行った。具体的には、上型１３から０．５ｍｍ離間させて配置した上プレス盤１１と下プレス盤１６とをそれぞれ６００℃まで加熱し、３０秒間保持した。その後、上プレス盤１１を５０ｋｇｆで押圧することによりプレス成形を行い、その後冷却することによりガラスレンズ１８を作製した。尚、ガラス材１７は住田光学ガラス社製Ｋ−ＰＢＫ４０（ガラス転移温度：５０１℃、屈伏点：５４９℃）を用いた。

ガラスレンズ１８を１００回成形する毎に離型膜４の剥離の有無を目視により確認した。その結果を下記表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜４では、１０００回成形後においても離型膜４の剥離は観察されなかった。一方、比較例１では、１００回成形後の目視確認において離型膜４の剥離が観察された。また、比較例２では、ガラスレンズ１８の成形前に離型膜４は自然に剥離した。

以上の結果から、離型膜４の膜応力及び密着膜３の膜応力が成形型本体２に及ぼす力の合計の絶対値が４０００Ｎ／ｍ以下である場合は、離型膜４の密着性が高いことがわかった。一方、４０００Ｎ／ｍより大きい場合は、離型膜４の密着性が低いことがわかった。すなわち、離型膜４の膜応力及び密着膜３の膜応力が成形型本体２に及ぼす力の合計の絶対値を４０００Ｎ／ｍ以下とすることで、製品寿命の長いガラス製成形型を実現可能なことがわかった。

尚、実施例１〜４及び比較例１、２では、圧縮応力が働いたが、離型膜４、密着膜３と成形型本体２との密着性を考える上では、圧縮応力が働く場合も引っ張り応力が働く場合も同様の結果が得られるものと予想される。

以上説明したように、本発明に係るガラス製成形型は、離型膜と成形型本体との密着性が高く、長い製品寿命を有するため、レンズ、プリズム等の光学素子、ガラス素子を成形するためのガラス製成形型等の製造に有用である。

ガラス製成形型１の断面図である。ガラスレンズ１８の成形に用いた製造装置１０の構成を表す断面図である。ガラスレンズ１８の製造工程を表す図である。

符号の説明

１ガラス製成形型
２成形型本体
３密着膜
４離型膜
１０製造装置
１１上プレス盤
１２ヒーター
１３上型
１４胴型
１５下型
１６下プレス盤
１７ガラス材
１８ガラスレンズ

Claims

実質的にガラスにより形成された柱状の成形型本体と、
上記成形型本体の一方の端面を覆うように形成された離型膜と、
上記成形型本体と上記離型膜との間に設けられた密着膜と、
を備え、
上記離型膜及び上記密着膜は、該離型膜の膜応力及び該密着膜の膜応力が上記成形型本体に及ぼす力の合計の絶対値が４０００Ｎ／ｍ以下となるように形成されているガラス製成形型。
請求項１に記載されたガラス製成形型において、
上記密着膜は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｃｏ、及びＣｕからなる群より選ばれた金属、若しくは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｃｏ、及びＣｕからなる群より選ばれた１種以上の金属を含む合金により形成されているガラス製成形型。
請求項１に記載されたガラス製成形型において、
上記離型膜は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、及びＴａからなる群より選ばれた金属、若しくは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｗ、及びＴａからなる群より選ばれた１種以上の金属を含む合金により形成されているガラス製成形型。
請求項１に記載されたガラス製成形型において、
上記成形型本体は、ガラス製光学素子をプレス成形するためのものであり、該ガラス製光学素子の軟化温度よりも高いガラス転移温度を有するガラス製成形型。