JP2010100499A - 成形型及びガラス成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融ガラスを加圧成形し、対向する２つの成形面と、外径規制面とを有するガラス成形体をスムースに成形型より取り出すことにより効率良く製造することができる成形型及びガラス成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】溶融ガラスを加圧成形し、対向する２つの成形面と、外径規制面とを有するガラス成形体を製造する成形型において、前記ガラス成形体の第１の成形面を形成する下型と、前記第１の成形面に対向する第２の成形面を形成する上型と前記外径規制面を形成する外径規制型と、を有し、前記外径規制型は、加圧成形された前記ガラス成形体と共に回収出来るように取り外し可能に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、成形型及びガラス成形体の製造方法に関する。

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。

このようなガラス成形体の製造方法として、下型に溶融ガラスを供給し、供給した溶融ガラスが固化する前に、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、溶融ガラスから直接ガラス成形体を製造することができるため、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。

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、対向する上下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ための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。

そのため、外径規制面を形成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）。
特開昭６１−１４６７２１号公報 特開２００３−２９２３２７号公報 特開２００４−３３９０３９号公報

特許文献２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、溶融したガラスを下型に供給し、外周規制部材（外径規制型面を有する）を備える上型を下型に対向する上方から降下させ、プレス成形した後、上型を上昇させてガラス成形品を取り出すとしている。また、別の方法として、上型と外周規制部材とを別体とし、更に外周規制部材を２つに分割し、上型を下降させると同時に分割した外周規制部材を、下型を側方から挟み込むように移動させてプレス成形をしている。

特許文献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し（離型する）ている。

しかしながら、特許文献２、３に記載されている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、成形型の規制型面に貼り付きやすい。このため、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るようにしても、成形型からガラス成形体を取り出すことが、困難な場合があるという問題があった。また、成形型からガラス成形体を容易に取り出すため、ガラス成形体の冷却時間を十分長くすると、離型時間が長くなり、成形サイクルタイムが長くなる。特にガラス成形体が大きく熱容量が大きくなるに従い、冷却に必要な時間が長くなり生産効率が低下してしまう。

特許文献２に記載されている外周規制部材を２つに分割する方法は、分割された２つの外周規制部材がガラスに接触するのに時間差があると良好な転写ができない。このため、プレス成形時に複雑な金型移動制御が必要となるため成形装置が大掛かりとなり、これに加えて金型形状が複雑になったり金型温度制御が複雑になったりする。

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、溶融ガラスを加圧成形し、対向する２つの成形面と、外径規制面とを有するガラス成形体をスムースに成形型より取り出すことにより効率良く製造することができる成形型及びガラス成形体の製造方法を提供することである。

上記の課題は、以下の構成により解決される。

１．溶融ガラスを加圧成形し、対向する２つの成形面と、外径規制面とを有するガラス成形体を製造する成形型において、
前記ガラス成形体の第１の成形面を形成する下型と、
前記第１の成形面に対向する第２の成形面を形成する上型と、
前記外径規制面を形成する外径規制型と、を有し、
前記外径規制型は、加圧成形された前記ガラス成形体と共に回収出来るように取り外し可能に構成されることを特徴とする成形型。

２．前記外径規制型は、前記第１の成形面と前記外径規制面とを成形可能とし、前記下型から取り外し可能な状態で前記下型に載置されることを特徴とする前記１に記載の成形型。

３．前記下型は、前記下型に載置される前記外径規制型の径方向の位置決めをする規制型位置決め部材を備え、
前記外径規制型の外周と接して位置決めする前記規制型位置決め部材の内周は、前記ガラス成形体を取り出す方向に向かって径が広がるテーパ形状であることを特徴とする前記２に記載の成形型。

４．前記テーパ形状のテーパ角度θは、以下の条件式を満足することを特徴とする前記３に記載の成形型。
０．１° ≦ θ ≦ ６０°
５．前記ガラス成形体の材料のＴｇにおける前記外径規制型の材料の熱膨張係数は、規制型位置決め部材の材料の前記Ｔｇにおける熱膨張係数以上であることを特徴とする前記３又は４に記載の成形型。

６．前記ガラス成形体の材料のＴｇと室温との平均温度における前記外径規制型の材料の熱膨張係数は、前記ガラス成形体の材料の前記平均温度での熱膨張係数未満であることを特徴とする前記１から５の何れか一項に記載の成形型。

７．前記外径規制型の材料は、金属又はセラミックであることを特徴とする前記５又は６に記載の成形型。

８．前記外径規制面を成形する前記外径規制型の成形面の算術平均粗さＲａは、１６ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする前記１から７の何れか一項に記載の成形型。

９．溶融ガラスを加圧成形し、対向する２つの成形面と、外径規制面と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、
外径規制型が載置された下型に溶融ガラスを供給し、前記下型と上型とで供給された溶融ガラスを加圧して前記２つの成形面を形成し、前記外径規制型で前記外径規制面を成形する成形工程と、
前記上型と前記下型とを型開きし、成形されたガラス成形体を前記外径規制型と共に回収する工程と、
前記ガラス成形体を前記外径規制型から取り外す工程と、
を有することを特徴とするガラス成形体の製造方法。

１０．前記ガラス成形体を前記外径規制型から取り外す前に、前記ガラス成形体を冷却することを特徴とする前記９に記載のガラス成形体の製造方法。

１１．前記ガラス成形体と共に回収された前記外径規制型は、前記ガラス成形体が取り外された後、前記下型に再び載置されることを特徴とする前記９に記載のガラス成形体の製造方法。

１２．前記外径規制型は、複数個準備され、前記成形工程と前記ガラス成形体を前記外径規制型から取り外す工程とを並行して行うことを特徴とする前記９に記載のガラス成形体の製造方法。

１３．前記溶融ガラスの前記下型への供給は、溶融ガラス滴を滴下することにより行うことを特徴とする前記９に記載のガラス成形体の製造方法。

本発明の成形型及びガラス成形体の製造方法によれば、溶融ガラスを加圧成形し、対向する２つの成形面と、外径規制面とを有するガラス成形体をスムースに成形型より取り出すことにより効率良く製造することができる。

本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。

（成形型）
本発明に係わる成形型の一例について、図１、図２を参照しながら説明する。図１は、成形型１０を模式的に示す断面図である。また、図２は、成形型１０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。

ガラス成形体２０は、図２（ａ）に上面図、（ｂ）に側面図を示すように、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、第１の成形面（下成形面）２１、第２の成形面（上成形面）２２及び外径規制面２３を有している。第１の成形面２１と第２の成形面２２がともに凸の球面を有しているが、ガラス成形体はそのような形状に限られるものではない。例えば、第１の成形面２１、第２の成形面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。第１の成形面２１や第２の成形面２２の少なくとも一部を光学機能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。

また、ガラス成形体２０の外周部に設けられた外径規制面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。

成形型１０は、溶融ガラス滴を受け、ガラス成形体２０の第１の成形面２１を形成するための第１型面（下型面）１１Ｓと、第２の成形面２２を形成するための第２型面（上型面）１２Ｓと、外径規制面２３を形成するための規制型面１３Ｓと、を有している。

成形型１０は、第１型面１１Ｓを有する下型１１、第２型面１２Ｓを有する上型１２、及び、規制型面１３Ｓを有する外径規制型１３によって構成されている。外径規制型１３は、下型１１の外周に嵌合して設けてある規制型位置決め部材１４に径方向に位置決めされる状態で下型１１に載置される。

規制型位置決め部材１４の内周面と外径規制型１３の外周面とが接し、規制型位置決め部材１４が外径規制型１３を径方向に位置決めする面の形状は、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形状とすることが好ましい。テーパ形状とすることにより、外径規制型１３の取り出しをより容易に行うことができる。また、下型１１に外径規制型を載置する際、外径規制型１３の外径における径方向の中心と規制型位置決め部材１４の内径における径方向の中心、ひいては、下型１１の第１型面１１Ｓの中心とをより容易に合わせることができる。

テーパ形状のテーパ角度θは、大きいほど、外径規制型１３の取り出しが容易になるが、テーパ角度θが大きすぎると、規制型位置決め部材１４により位置決めされる外径規制型１３が径方向に移動しやすく、安定性が低下してしまう。このため、外径規制型１３の中心と、規制型位置決め部材１４の中心、ひいては下型１１の第１型面１１Ｓの中心とにずれが生じやすくなり径方向の位置決めとしての機能が低下してしまう。そのため、テーパ角度θは、０．１°〜６０°の範囲が好ましい。尚、テーパ角度θは、図１に示す通り、ガラス成形体２０を取り出す方向と、規制型位置決め部材１４が外径規制型１３を径方向に位置決めする面とが成す角度を示す。

外径規制型１３が下型１１に載置されることで規制型面１３Ｓと組み合わされた第１型面１１Ｓの上に、滴下ノズル等から溶融ガラス滴を滴下した後、第１型面１１Ｓと第２型面１２Ｓとを相対的に接近させ、溶融ガラス滴を加圧（プレス）してガラス成形体２０を得る。

加圧されて得たガラス成形体２０は、上型１２と下型１１とを型開きした後、外径規制型１３と共に下型１１若しくは上型１２から取り出されて回収され、その後、外径規制型１３から取り外される。

成形型１０の材料は、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（ＷＣ超硬材料）、各種セラミックス（炭化珪素（ＳｉＣ）、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を同じ材料で構成してもよいし、それぞれの部材を異なる材料で構成してもよい。また、規制型位置決め部材１４と下型との材料が異なると熱膨張係数が異なり、部材間に隙間が出来たり不要な応力が生じたりするので、同じ材料とするのが好ましい。

また、外径規制型１３の材料の熱膨張係数は規制型位置決め部材１４の材料の熱膨張係数以上であることが好ましい。この関係を以下の条件式（１）に示す。両者の熱膨張係数は、ガラス成形体の材料のＴｇにおける熱膨張係数とする。
規制型位置決め部材の材料の熱膨張係数 ≦ 外径規制型の材料の熱膨張係数 （１）
規制型位置決め部材１４と外径規制型１３とが互いに接するテーパ面が嵌合するように加工されている場合、規制型位置決め部材１４を有する下型１１に外径規制型１３を載置し、加熱すると、条件式（１）を満足することにより、規制型位置決め部材１４と外径規制型１３とが接する箇所に隙間が生じ難くなり、外径規制型１３は、規制型位置決め部材１４により確実に位置決めされる。

また、溶融されたガラスをプレス成形後、上型１２が上昇して型開きすると、下型１１にあるガラス成形体２０と共に外径規制型１３は自然冷却され、外径規制型１３の温度は、規制型位置決め部材１４の温度より低くなる。このため、外径規制型１３の熱膨張係数と規制型位置決め部材１４の熱膨張係数とが条件式（１）を満たす場合、外径規制型１３と規制型位置決め部材１４との接触部分に隙間が生じる等で規制型位置決め部材１４の外径規制型１３の接触状態が緩くなり、外径規制型１３をガラス成形体２０と共に規制型位置決め部材１４を備えた下型１１から取り出しがより容易となる。

規制型位置決め部材１４を備えた下型１１からの外径規制型１３と取り出しの容易さは、上記で説明した規制型位置決め部材１４と外径規制型１３との熱膨張係数による径方向の規制状態があるが、これに加えて、両者の加工による嵌合状態にもよる。加工時点での嵌合状態が緩すぎる場合は、ガラス成形体２０の光軸の平行偏芯が生じ易くなり、また、きつすぎる場合は取り出しが困難となる。よって、上述した両者の材料の熱膨張係数による特性を考慮して、両者間の嵌合状態（加工公差）を決めることが好ましい。

外径規制型１３の材料は、上記の条件式（１）を満たし、上記の上型１２、下型１１の材料と同様に金型としての精密な加工が容易で、耐熱性が良く、腐食等による形状変化が生じ難い金属やセラミックとすることが好ましく、具体的には、ＷＣ超硬材料、ＳｉＣ、アルミナ、ＳＵＳ等が挙げられる。

また、下型１１、上型１２及び外径規制型１３の耐久性向上や溶融ガラス滴３１との融着防止などのため、成形面に被覆層（図示しない）を設けておくことも好ましい。被覆層の材料にも特に制限はなく、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。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。

また、外径規制型１３の規制型面１３Ｓは、算術平均粗さＲａが１６ｎｍ以上、１００ｎｍ以下とすることが好ましい。それによって、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を小さく抑えることができ、両者の貼り付きを抑制することができ、ガラス成形体２０を外径規制型１３より、欠け等を生じること無くより容易に取り外すことが出来る。

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との接触面積を小さく抑える効果が不十分となる場合がある。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って、却って、ガラス成形体２０の取り出しが不安定になる場合がある。このような観点から、外径規制型１３の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、１６ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましい。

粗面化の方法は、エッチング液を用いるウェットエッチング処理、加熱による酸化処理、プラズマを用いるドライエッチング処理、エアーブラスト処理などが好適である。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。

また、被覆層を設ける場合は、予め外径規制型１３の表面を粗面化してから被覆層を形成してもよいし、形成した被覆層の表面を粗面化してもよい。

ガラス成形体２０の成形後において、外径規制型１３は、規制型位置決め部材１４を備えた下型１１より取り出しが容易であることが好ましく、また、ガラス成形体２０は、外径規制型１３より取り外しが容易であることが好ましい。これより、上述した条件式（１）に加え、外径規制型１３の材料の熱膨張係数は、ガラス成形体の材料の熱膨張係数未満であることが好ましい。この関係を以下の条件式（２）に示す。両者の熱膨張係数は、ガラス成形体の材料のＴｇと室温との平均温度における熱膨張係数とする。
外径規制型の材料の熱膨張係数 ＜ ガラス成形体材料の熱膨張係数 （２）
上記の条件式（２）を満足していることにより、下型１１から取り出されたガラス成形体２０を有した外径規制型１３を、例えば取り扱いが容易な４０℃から５０℃以下に冷却することにより、ガラス成形体２０を外径規制型１３からより容易に取り外することができる。よって、条件式（１）、（２）を満足することにより、ガラス成形体２０の製造をより効率良く行うことが出来る。

成形型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。

（ガラス成形体の製造方法）
ガラス成形体２０の製造方法の一例について、図３〜図５を参照しながら詳細に説明する。図３は、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４は、各工程における成形型１０の状態を示す模式図であり、図５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。

規制型位置決め部材１４を備えた下型１１と外径規制型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４（ｃ）の上下方向）に移動できるように構成しておく。

先ず、規制型位置決め部材１４を備えた下型１１に外径規制型１３を載置し（工程Ｓ１１）、成形型１０の各部材を予め所定温度に加熱しておく（工程Ｓ１２）。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及び外径規制型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１０の各部材の材料、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。

外径規制型１３は、熱膨張係数が条件式（１）を満足することにより、より確実に下型１１に備える規制型位置決め部材１４に位置決めされる。

次に、下型１１と外径規制型１３を滴下位置に配置（工程Ｓ１３）した後、規制型面１３Ｓと組み合わされた第１型面１１Ｓの上に溶融ガラス滴３１を滴下する（工程Ｓ１４）（図４（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となって規制型面１３Ｓと組み合わされた第１型面１１Ｓの上に滴下する。

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５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を第１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。

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。

次に、下型１１と外径規制型１３を加圧位置に配置し（工程Ｓ１５）（図４（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Ｓ１６）（図４（ｃ）参照）。溶融ガラス滴３１は、加圧されている間に、接触している第１型面１１Ｓ、第２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。ガラス成形体２０が所定の温度まで冷却された後、加圧を解除する。ガラスの種類や、ガラス成形体２０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。

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と外径規制型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と外径規制型１３を上方に移動して溶融ガラス滴３１を加圧してもよい。

次に、上型１２を上方に移動して退避させて型開きし（工程Ｓ１７）、ガラス成形体２０を外径規制型１３と共に成形型１０から取り出して回収する（工程Ｓ１８）（図５（ｄ）参照）。外径規制型１３を伴うガラス成形体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。

ガラス成形体２０を外径規制型１３と共に下型１１より取り出すことができるため、外径規制型１３の規制型面１３Ｓのガラス成形体２０の貼り付きを考慮し、ガラス成形体２０が外径規制型１３から容易に取り外しができる冷却状態まで待つ必要がない。このため、下型１１からガラス成形体２０を迅速に取り出すことができ、外径規制型１３を複数個準備することにより、直ちに次の製造工程（工程Ｓ１１）に移ることが出来る。

外径規制型１３の径方向の位置決めする規制型位置決め部材１４の面の形状は、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形状にし、又、外径規制型１３の材料の熱膨張係数は、規制型位置決め部材１４の材料の熱膨張係数より大きくするのが好ましい。このようにすると、ガラス成形体２０への加圧を解除した後、ガラス成形体２０を外径規制型１３と共に規制型位置決め部材１４を備えた下型１１からより容易に取り出すことができる。

外径規制型１３と共に取りだしたガラス成形体２０は、上述した成形する工程（図３（ａ）参照）とは別の工程（図３（ｂ）参照）として、外径規制型１３より取り外し（工程Ｓ１０１）、ガラス成形体２０を回収し（工程Ｓ１０２）、又、外径規制型１３を回収する（工程Ｓ１０３）。外径規制型１３の材料の熱膨張係数は、ガラス成形体２０の材料の熱膨張係数より小さくするのが好ましく、取り扱いが容易な温度（例えば４０℃から５０℃以下）程度に十分に冷却することにより外径規制型１３からより容易に取り外すことが出来る。又、外径規制型１３の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａを１６ｎｍ以上、１００ｎｍ以下とすることにより、貼り付きが抑制され、引っかかり等もなくより安定して取り外すことができる。

ガラス成形体２０が取り外された外径規制型は工程Ｓ１１に再び供給され、ガラス成形体２０は成形された光学面に反射防止膜を設ける等の次工程に供給される。

ガラス成形体２０を外径規制型１３と共に回収することにより、ガラス成形体２０を十分に冷却して取り出す間待つことなく、直ぐに次の工程Ｓ１１に移ることが出来る。また、外径規制型１３と共に回収したガラス成形体２０は、成形サイクルに影響を与えることなく十分に冷却することが出来、容易に取り外すことが出来る。よって、良好なガラス成形体を効率良く製造することが出来る。

また、外径規制型１３の規制型面１３Ｓを変更することにより、上下型等を変更すること無く、ガラス成形体２０の外径規制面２３を容易に変更することが出来る。このため、ガラス成形体２０の対応の自由度を高くすることが出来き、多品種生産等に有利となる。

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、外径規制型１３と共にガラス成形体２０を回収した後に下型１１及び上型１２をクリーニングする工程、ガラス成形体２０が取り外された外径規制型１３をクリーニングする工程等を設けてもよい。

また、下型への溶融ガラスの供給は、滴下に限らず、液状の溶融ガラスの供給としてもよく、得られるガラス成形体２０は、そのまま光学素子としても良いし、再加熱成形用のプリフォームとしても良い。

図１に示した成形型１０を用い、図３のフローチャートに従ってガラス成形体２０を作製した。

ガラス材料はＴｇが４８０℃のリン酸系ガラス（熱膨張係数（１００℃〜３００℃）：１１．１×１０^−６／℃）を用いた。滴下ノズルの先端部の外径はφ６ｍｍとし、先端部を１０００℃に加熱して、０．３ｇの溶融ガラス滴を滴下した。下型１１及び外径規制型１３の加熱温度は４５０℃、上型１２の加熱温度は４１０℃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３８を用いて成形型１０から外径規制型１３と共にガラス成形体２０を取り出した。その後、１５秒間冷却した後、外径規制型１３からガラス成形体２０を取り外した。ガラス成形体２０を取り外す直前の温度は、約４０℃であった。尚、室温は、２６℃であった。
（実施例１〜９）
下型１１、上型１２、規制型位置決め部材１４及び外径規制型１３の材料には、いずれも炭化タングステンを主成分とする超硬材料（ＷＣ超硬材料、熱膨張係数：５．０×１０^−６／℃）を用いた。規制型位置決め部材１４及び外径規制型１３のテーパ角度θは、１０°とした。

外径規制型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。

外径規制型１３は、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３）、４分（実施例４）、６分（実施例５）、７分（実施例６）、８分（実施例７）、９分（実施例８）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３）、２２ｎｍ（実施例４）、４０ｎｍ（実施例５）、５６ｎｍ（実施例６）、７７ｎｍ（実施例７）、１００ｎｍ（実施例８）であった。

また、上記のエッチング液を純水で２倍に希釈し、これをエッチング液として使用した。処理時間は１分（実施例２）、１２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１０ｎｍ（実施例２）、１１１ｎｍ（実施例９）であった。

それぞれ１０００個ずつのガラス成形体２０を作製し、外径規制型１３からのガラス成形体２０の取り外し不良の発生回数を評価した。取り外し不良は、ガラス成形体２０を外径規制枠１３から押し出して取り外す治具を用いた手作業において、取り外しが困難であると作業者が判断した場合を取り外し不良として判定した。評価結果を表１に示す。

（実施例１０〜１６）
外径規制型１３以外は、上記と同様として、１０００個ずつのガラス成形体２０を作製し、外径規制型１３からのガラス成形体２０の取り外し不良の発生回数を評価した。評価結果を表２に示す。

外径規制型１３の材料は、ＷＣ超硬材料からＳＵＳ（熱膨張係数：１８．４×１０^−６／℃）を使用し、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。

ＳＵＳを材料とする外径規制型１３の規制型面１３Ｓに厚み０．５μｍのＣｒ膜をスパッタ法を用いて設けた。その後、５５０℃での加熱により、Ｃｒ膜の酸化処理を行い規制型面１３Ｓの粗面化を行った。粗面化の程度は、酸化処理時間により調整した。尚、この方法で、酸化処理時間が約１８時間を超えると、粗面化はほとんど進まなくなり３０時間を経過しても算術平均粗さＲａが８０ｎｍを越えなかったため、本実施例の算術平均粗さＲａの最大値は、７５ｎｍとした。規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、上記と同様にＡＦＭにより測定した。

処理時間は５０分（実施例１１）、１．５時間（実施例１２）、２時間（実施例１３）、４時間（実施例１４）、５時間（実施例１５）、１７時間（実施例１６）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９ｎｍ（実施例１１）、１６ｎｍ（実施例１２）、２０ｎｍ（実施例１３）、４３ｎｍ（実施例１４）、５２ｎｍ（実施例１５）、７５ｎｍ（実施例１６）であった。

それぞれ１０００個ずつのガラス成形体２０を作製し、外径規制型１３からのガラス成形体２０の取り外し不良の発生回数を評価した。取り外し不良は、ガラス成形体２０を外径規制枠１３から押し出して取り外す治具を用いた手作業において、取り外しが困難であると作業者が判断した場合を取り外し不良として判定した。評価結果を表２に示す。

（実施例１７〜２１）
下型１１、規制型位置決め部材１４の材料をＳｉＣ（熱膨張係数：４．５×１０^−６／℃）、外径規制型１３の材料をＷＣ超硬材料（熱膨張係数：５．０×１０^−６／℃）とし、外径規制型１３の外側壁と接して保持する規制型位置決め部材の嵌合面のテーパ角を０度（実施例１７）、０．１度（実施例１８）、６０度（実施例１９）、６５度（実施例２０）、７０度（実施例２１）とした。外径規制型１３の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、実施例５と同様にして４０ｎｍから５０ｎｍの範囲とした。

それぞれ１０００個ずつのガラス成形体を作製し、外径規制型１３から取り出して偏芯量を測定し、良好な光学性能を得るため、偏芯量が５μｍを超えるものを偏芯不良として個数を評価した。評価結果を表３に示す。尚、成形型１０から外径規制型１３の取り出しミスは発生しなかった。尚、取り出しミスは、吸着装置３８による１回の取り出し動作で、成形型１０から外径規制型１３が取り出せない場合を示す。

（実施例２２〜２６）
また、下型１１、規制型位置決め部材１４の材料をＷＣ超硬材料（熱膨張係数：５．０×１０^−６／℃）、外径規制型１３の材料をＳｉＣ（熱膨張係数：４．５×１０^−６／℃）とし、規制型位置決め部材１４及び外径規制型１３のテーパ角度θを０度（実施例２２）、０．１度（実施例２３）、６０度（実施例２４）、６５度（実施例２５）、７０度（実施例２６）とした。規制型位置決め部材１４と外径規制型１３との加工時の嵌合状態（加工公差）は、実施例１７〜２０と同じとした。外径規制型１３の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａは、エッチングガスをＣＣｌ_４とＯ_２との混合ガスとしたドライエッチングによる処理を２０分間行うにより４０ｎｍから５０ｎｍの範囲とした。

実施例１７〜２０と同じく、それぞれ１０００個ずつのガラス成形体を作製し、外径規制型１３から取り出して偏芯量を測定し、偏芯量が５μｍを超える個数を評価した。評価結果を表４に示す。尚、成形型１０から外径規制型１３の取り出しミスは発生しなかった。

（実施例１〜２６の結果）
実施例１〜１６において、下型１１から外径規制型１３は、特に問題なく全数良好に取り出すことができ、ガラス成形体２０の偏芯不良も確認されなかった。

表１、表２より、外径規制型１３の規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａが、１６ｎｍ以上、１００ｎｍ以下とし、且つ外径規制型１３の熱膨張係数は、ガラス成形体２０の材料の熱膨張係数より小さい場合、取り外し不良は無く良好であった。又、算術平均粗さＲａが１６ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の範囲でなく、外径規制型１３の熱膨張係数が、ガラス成形体２０の材料の熱膨張係数より大きい場合であっても、不良となったのは１０回未満であり、ガラス成形体を良好に製造出来ることが確認出来た。

実施例１７〜２６において、成形型１０から取り出された外径規制型１３からは、全数ガラス成形体２０を問題なく取り外すことができた。

表３、表４より、テーパ角度θは、０．１°以上、６０°以下とし、且つ、外径規制型１３の熱膨張係数は、規制型位置決め部材１４の熱膨張係数より大きい場合、偏芯不良が生じること無く良好な結果がえられた。

また、テーパ角度θが０．１°以上、６０°以下の範囲になく、且つ、外径規制型１３の熱膨張係数が、規制型位置決め部材１４の熱膨張係数より小さい場合であっても、偏芯不良は１０回以下であり、ガラス成形体を良好に製造出来ることが確認出来た。

また、表３、表４より、外径規制型１３の熱膨張係数が規制型位置決め部材１４の熱膨張係数より小さい場合、外径規制型１３の熱膨張係数が規制型位置決め部材１４の熱膨張係数より大きい場合と比較して、偏芯不良が若干多くなっている。これは、外径規制型１３の熱膨張係数が規制型位置決め部材１４の熱膨張係数より小さい場合、外径規制型１３と規制型位置決め部材１４との間に隙間が生じ易くなることが要因ではないかと推測する。
（実施例２７）
上記の実施例に加えて、規制型面１３Ｓの算術平均粗さＲａを４０ｎｍから５０ｎｍの範囲とする外径規制型１３を３０個準備し、これ以外は実施例５と同じとして、成形し、型開きした後、直ちに下型１１からガラス成形体２０を外径規制型１３と共に回収し、準備した別の外径規制型１３を下型１１に載置するようにしてガラス成形体の製造を１０００個行った。この間、別工程で室温近くまで冷却した外径規制型１３からガラス成形体２０を取り外した。

成形型１０からの外径規制型１３の取り出しミスは発生せず、外径規制型１３からガラス成形体２０を取り外して得る間にガラス成形体２０の製造を停止すること無く連続して製造することが出来た。また、回収した外径規制型１３からガラス成形体２０を問題なく取り外すことができ、良好なガラス成形体２０を得ることが出来た。よって、効率よくガラス成形体２０を製造することが出来た。
（比較例１）
図６に示すように、成形型５０として下型１１に外径規制型５４を外周に嵌合された下型１１を用いて、後は、実施例１と同じとしてガラス成形体２０を製造した。

下型１１、上型１２及び外径規制型５４の材料には、いずれも炭化タングステンを主成分とする超硬材料（ＷＣ超硬材料）を用いた。外径規制型５４の規制型面５４Ｓは、算術平均粗さＲａが５ｎｍになるように加工した。

ガラス材料はＴｇが４８０℃のリン酸系ガラス（熱膨張係数：１１．１×１０^−６／℃）を用いた。滴下ノズルの先端部の外径はφ６ｍｍとし、先端部を１０００℃に加熱して、０．３ｇの溶融ガラス滴を滴下した。下型１１及び外径規制型５４の加熱温度は４５０℃、上型１２の加熱温度は４１０℃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３８を用いて成形型５０からガラス成形体２０を取り出した。

ガラス成形体２０を１０００個作製した結果、成形型５０からガラス成形体２０の取り出しミスの発生回数は１７回であった。

また、取り出しミスが生じた時、ガラス成形体２０を吸着装置３８による繰り返し動作で取り出すことが出来ない場合が幾度か発生した。この場合、成形作業を一時中断し、下型１１及び外径規制型５４の加熱を停止して室温近くまで冷却した後、規制型面５４Ｓに付着したガラス成形体２０を取り除く作業が必要となって、著しく製造効率が低下した。

成形型の一例を示す断面図である。 製造されるガラス成形体の一例を示す図である。 （ａ）はガラス成形体の主たる製造方法のフローチャートである。（ｂ）は（ａ）において付帯する製造方法のフローチャートである。 各工程における成形型の状態を示す模式図である。 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。 従来の成形型の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 成形型
１１ 下型
１１Ｓ 第１型面（下型面）
１２ 上型
１２Ｓ 第２型面（上型面）
１３ 外径規制型
１３Ｓ 規制型面
１４ 規制型位置決め部材
２０ ガラス成形体
２１ 第１の成形面（下成形面）
２２ 第２の成形面（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

Claims (13)

1. 溶融ガラスを加圧成形し、対向する２つの成形面と、外径規制面とを有するガラス成形体を製造する成形型において、
   前記ガラス成形体の第１の成形面を形成する下型と、
   前記第１の成形面に対向する第２の成形面を形成する上型と、
   前記外径規制面を形成する外径規制型と、を有し、
   前記外径規制型は、加圧成形された前記ガラス成形体と共に回収出来るように取り外し可能に構成されることを特徴とする成形型。
2. 前記外径規制型は、前記第１の成形面と前記外径規制面とを成形可能とし、前記下型から取り外し可能な状態で前記下型に載置されることを特徴とする請求項１に記載の成形型。
3. 前記下型は、前記下型に載置される前記外径規制型の径方向の位置決めをする規制型位置決め部材を備え、
   前記外径規制型の外周と接して位置決めする前記規制型位置決め部材の内周は、前記ガラス成形体を取り出す方向に向かって径が広がるテーパ形状であることを特徴とする請求項２に記載の成形型。
4. 前記テーパ形状のテーパ角度θは、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項３に記載の成形型。
   ０．１° ≦ θ ≦ ６０°
5. 前記ガラス成形体の材料のＴｇにおける前記外径規制型の材料の熱膨張係数は、規制型位置決め部材の材料の前記Ｔｇにおける熱膨張係数以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の成形型。
6. 前記ガラス成形体の材料のＴｇと室温との平均温度における前記外径規制型の材料の熱膨張係数は、前記ガラス成形体の材料の前記平均温度での熱膨張係数未満であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の成形型。
7. 前記外径規制型の材料は、金属又はセラミックであることを特徴とする請求項５又は６に記載の成形型。
8. 前記外径規制面を成形する前記外径規制型の成形面の算術平均粗さＲａは、１６ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の成形型。
9. 溶融ガラスを加圧成形し、対向する２つの成形面と、外径規制面と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、
   外径規制型が載置された下型に溶融ガラスを供給し、前記下型と上型とで供給された溶融ガラスを加圧して前記２つの成形面を形成し、前記外径規制型で前記外径規制面を成形する成形工程と、
   前記上型と前記下型とを型開きし、成形されたガラス成形体を前記外径規制型と共に回収する工程と、
   前記ガラス成形体を前記外径規制型から取り外す工程と、
   を有することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
10. 前記ガラス成形体を前記外径規制型から取り外す前に、前記ガラス成形体を冷却することを特徴とする請求項９に記載のガラス成形体の製造方法。
11. 前記ガラス成形体と共に回収された前記外径規制型は、前記ガラス成形体が取り外された後、前記下型に再び載置されることを特徴とする請求項９に記載のガラス成形体の製造方法。
12. 前記外径規制型は、複数個準備され、前記成形工程と前記ガラス成形体を前記外径規制型から取り外す工程とを並行して行うことを特徴とする請求項９に記載のガラス成形体の製造方法。
13. 前記溶融ガラスの前記下型への供給は、溶融ガラス滴を滴下することにより行うことを特徴とする請求項９に記載のガラス成形体の製造方法。

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