JP3991682B2 - ガラスの精密孔あけ方法、光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法および磁気ディスクガラス基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス材料に高精度な孔あけ加工を施す方法並びに高精度な孔あけ加工を施された貫通孔付きガラス製品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラス製品に孔あけ加工を施す方法としては、回転砥石、ドリル、超音波加工、ブラスト加工などの機械加工法や、化学的処理によるエッチング加工法や、バーナーなどで焼き切る熱加工法（特開２０００−１６８１５号公報、特開２０００−５３４３５号公報）や、イオンビーム、レーザー、電子ビームなどによるエネルギービーム加工法（特開２０００−６１６６７号公報）や、加熱軟化したガラスを金型によってプレス成形する方法（特開２０００−３１９０２６号公報）などがある。
【０００３】
上記のような孔あけ加工法を用いて、磁気ディスク用ガラス基板の製造や、光ファイバーコネクター用フェルールなどが製造されている。
【０００４】
磁気ディスク用ガラス基板の一般的な製造方法としては、所定の表面平滑性を得るための研磨工程、その後の、機械加工法による外型加工、内孔あけ加工工程、そして、内外周面取り加工による最終仕上げ工程からなる。
【０００５】
また、特開２０００−３１９０２６号公報では、研磨工程と孔あけ工程を成形によって、同時に行うことを提案している。
【０００６】
光ファイバーコネクター用フェルールは、光ファイバー同士の軸を一致させて接続するため、フェルールの内外径には、非常に高い精度（サブミクロンオーダー）が求められている。
【０００７】
このようなフェルールの製造方法としては、金属材料あるいはセラミックス材料を高精度な加工機を用いた機械加工法によって、内外径を仕上げる方法が実施されているが、加工コストが非常にかかる。一方、特開平１０−１８６１７６号公報記載の方法によれば、溶融した非晶質合金を金型で成形加工することで安価にフェルールを製造する方法を提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機械加工法、エッチング加工法、熱加工法は、サブミクロンオーダーの高精度な孔あけ加工が困難であり、特に微細な孔あけを必要とする場合には、これらの工法では不可能である。
【０００９】
エネルギービーム加工法は一般に装置が高価であり、加工速度も遅く、量産性がない。特開２０００−６１６６７号公報に記載の方法では、ＹＡＧレーザーの吸収率の高い成分をガラス材料に含ませることで、ＹＡＧレーザーの吸収率を上げて、加工効率を上げているが、ガラス材料に吸収率の良い成分を予め含ませる必要がある。
【００１０】
特開２０００−３１９０２６号公報記載の磁気ディスクガラス基板の成形による製造方法では、図１１に示したような、プレス成形面が平面である上下一対の金型１１１、１１２の中心部分から同心円状に形成された貫通孔に内側金型１１３、１１４を配置することで、成形とともにガラス基板に貫通孔を形成するようにしたものであるが、外側金型１１１、１１２と内側金型１１３、１１４には必ず隙間があるので、成形時にガラス１１５がその隙間に入り込み、バリが発生し、離型させるときにガラスにクラックが発生するおそれがある。
【００１１】
また、特開平１０−１８６１７６号公報記載のフェルールの製造方法においても、図１２に示した金型に非晶質合金融液１２３を注入して成形するので、コアピン１２２とベース金型１２１の隙間にバリが発生する。
【００１２】
いずれも、これらのバリを除去するための特殊な仕上げ加工が必要となり、高精度に成形された表面を傷つける可能性があると言う課題がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、第１に、ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有する成形用金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型し、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨することにより、成形と平面研磨工程のみで非常に安価なガラスの精密孔あけ加工法を提供するものである。
【００１４】
そして、ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な光ファイバーコネクター用フェルールの貫通孔形状の反転形状である突起形状を有する成形用金型と平面金型との間に挟み、外形規制用のリング状胴型を介し、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型し、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨することにより、外形と貫通孔を高精度に加工した光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法を提供するものである。
【００１５】
第２に、前記ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料を、必要な孔深さ以上の深さの高精度な貫通孔あるいは溝形状を有するマスター金型と平面基材との間に挟み、該ガラス材料が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、貫通孔あるいは溝形状の反転形状を精密に転写させた突起を形成するとともに、平面基材と接合し、冷却して型より離型した後、表面に貴金属合金薄膜を形成することで必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有するレプリカ金型を作製する工程と、前記ガラスからなる成形用素材を、該レプリカ金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型する工程と、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなるガラスの精密孔あけ方法により、より低コストで、表面平滑性と高精度な貫通孔を有するガラス基板の製造を可能としたものである。
【００１６】
そして、ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料を、必要な孔深さ以上の深さの高精度な貫通孔あるいは溝形状を有し、表面を超平滑面に研磨加工を施したマスター金型と平面基材との間に挟み、外形規制用のリング状胴型を介し、該ガラス材料が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、貫通孔あるいは溝形状の反転形状を精密に転写させた突起を形成するとともに、平面基材と接合し、冷却して型より離型した後、表面に貴金属合金薄膜を形成することで、必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有し、表面平滑性の優れたレプリカ金型を作製する工程と、ガラスからなる成形用素材を、外形規制用のリング状胴型を介して、必要な内孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有し、表面平滑性の優れたレプリカ金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型する工程と、所定のディスク厚みとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなる磁気ディスクガラス基板の製造方法を提供し、非常に低コストで、表面平滑性と高精度な外形並びに内孔を有する磁気ディスクガラス基板の製造を可能としたものである。
【００１７】
第３に、ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を複数個有する成形用金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形し、複数の突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、そのままの温度で離型させた後、冷却し、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨することにより、成形と平面研磨工程のみで非常に安価な複数個の精密孔あけ加工法を提供するものである。
【００１８】
そして、ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な光ファイバーコネクター用フェルールの貫通孔形状の反転形状である突起形状を複数個有する成形用金型と平面金型との間に挟み、外形規制用の胴型を介して、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形し、複数の突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、そのままの温度で離型させた後、冷却し、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨することにより、成形と平面研磨工程のみで非常に安価な複数個の精密孔を有するアレイ状光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法を提供するものである。
【００１９】
第４に、前記ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料を、複数の必要な孔深さ以上の深さの高精度な貫通孔あるいは溝形状を有するマスター金型と平面基材との間に挟み、該ガラス材料が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、複数の貫通孔あるいは溝形状の反転形状を精密に転写させた突起を形成するとともに、平面基材と接合し、冷却せずにマスター型より離型し、冷却後、表面に貴金属合金薄膜を形成することで、複数の必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有するレプリカ金型を作製する工程と、前記ガラスからなる成形用素材を、該レプリカ金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、複数の突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、そのままの温度でレプリカ金型より離型させた後、冷却する工程と、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなるガラスの精密孔あけ方法により、さらに、低コストな複数個の精密孔あけ加工を可能としたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のガラスの精密孔あけ方法を図１を用いて説明する。
【００２２】
まず、超硬合金などの高強度な素材を研削加工や放電加工法により、中心に円柱状の突起形状を加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した突起金型１１と、同様に、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した平面金型１３を準備し、突起金型１１と平面金型１３の間にガラスからなる成形用素材１２を挟み、成形用素材がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、図１に示したように平面金型側まで貫通させず、少しだけガラスの厚みが残るように、突起金型の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００２３】
これらの金型に保持したまま冷却した後、突起金型１１と平面金型１３をガラスから離型させる。できたガラス基板の突起金型１１の形状を精密に転写している表面側を樹脂などで保護、及び固定し、平面側１４から所定のガラス厚みとなるまで、平面研磨する事によって、ガラス基板に所定の貫通孔１５を形成することができる。
【００２４】
本発明によれば、成形工程と平面研磨工程のみで、ガラス基板に精密孔あけ加工が可能となり、非常に安価にガラス基板に孔あけ加工ができるようになる。
【００２５】
この方法によれば、これまで製造が困難であった、光ファイバーコネクタ用フェルールの製造も容易になる。以下、具体的に光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法の一実施例を図２を用いて説明する。
【００２６】
まず、直径５ｍｍ、厚さ１０ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金（熱膨張係数；５０×１０-7／Ｋ）素材を放電加工法により、中心部分に図２に示したような先端の直径が１２５μｍで、長さが２ｍｍのピン形状とテーパ部を有する突起形状に加工し、表面にスパッタリング法により、Ｐｔ−Ｉｒ合金薄膜を１μｍ形成することで突起金型２１を作製した。
【００２７】
続いて、直径５ｍｍ、厚さ２ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金素材を平面研磨した後、表面にスパッタリング法により、Ｐｔ−Ｉｒ合金薄膜を１μｍ形成することで平面金型２３を作製した。平面金型２３を外形規制用のリング状胴型２４（超硬合金製）に挿入し、その上に、成形用素材として、直径４ｍｍ、厚さ５ｍｍの円柱状パイレックスガラス２２（熱膨張係数；３２×１０-7／Ｋ）をのせ、その上から突起金型２１をリング状胴型に挿入した。
【００２８】
その状態で、窒素雰囲気となっている成形機（図示せず）中に投入し、金型全体を外部より加熱し、７３０℃とし、突起金型２１の上方より、１００Ｎの圧力を加えた。そのまま、圧力を加えて、突起金型２１の形状が完全にパイレックスガラス２２に転写するまでプレス成形を行い、完全に転写したところで、圧力を加えながら、常温まで冷却した。
【００２９】
このとき、平面側まで突起金型２１の先端が貫通せずに、平面金型２３より０．２ｍｍガラスが残るように、胴型２４で高さ規制を行った。冷却後、パイレックスガラス２２を金型より離型させて、成形機より取り出した。このとき、突起金型２１の方がパイレックスガラス２２より、熱膨張係数が大きいので、冷却時に金型がガラスよりも先に収縮するので、容易に離型できた。取り出した成形物の裏面２５より、酸化セリウム及びダイヤモンド砥粒を用いて、平面研磨して、貫通孔２６を得た。貫通孔の長さ（先端部分）は１．５ｍｍとした。
【００３０】
このようにして製造したフェルールのコストは従来の機械加工による孔あけ加工を施したフェルールに比べて、約１／５程度であった。できあがったフェルールの外径、貫通孔径、同心度、真円度、及び円筒度は０．５μｍ以下の寸法精度でできあがっており、実用上十分の公差に入っていることが解った。
【００３１】
以上の方法により、非常に低コストで、高精度な貫通孔を有するフェルールを製造できるようになった。
【００３２】
（実施の形態２）
実施の形態１で示した方法では、突起金型を直接機械加工によって作製したが、磁気ディスク基板のような表面平滑性の非常に良いガラス基板に貫通孔をあける場合、突起以外の平面部分を超平滑に研磨することが難しいため、機械加工による突起金型の作製は困難である。
【００３３】
そこで、超平滑面と貫通孔を有するガラス基板に精密孔あけする方法を図３及び図４を用いて説明する。
【００３４】
図３は、突起金型を製造する方法で、図３の方法で製造した突起金型を用いて貫通孔を形成する方法が図４である。
【００３５】
まず、超硬合金などの高強度な素材を平面研磨加工により、超平滑に表面を研磨し、中心に円柱状の窪みを放電加工により形成し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成したマスター金型３１と、同様に、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、ガラスと接合させるために表面に接合層を形成した平面基材３３を準備し、マスター金型３１と平面基材３３の間に成形用素材よりも耐熱性の良い、ガラス材料３２を挟み、ガラス材料がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、マスター金型の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００３６】
これらの金型に保持したまま冷却した後、マスター金型３１を離型させる。平面基材３３と成形されたガラス３２は接合層３４で、成形とともに完全に接合される。その後、表面に貴金属合金薄膜３５を形成し、突起金型が完成する（図３）。
【００３７】
このようにして作製した突起金型は、非常に平滑な表面と突起形状を有するものである。
【００３８】
続いて、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した平面金型４３と完成した突起金型４１の間にガラスからなる成形用素材４２を挟み、成形用素材がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、図４に示したように平面金型側まで貫通させず、少しだけガラスの厚みが残るように、突起金型の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００３９】
これらの金型に保持したまま冷却した後、突起金型４１と平面金型４３をガラスから離型させる。
【００４０】
できたガラス基板の突起金型４１の形状を精密に転写している表面側を樹脂などで保護、及び固定し、平面側４４から所定のガラス厚みとなるまで、平面研磨する事によって、ガラス基板に所定の貫通孔４５を形成することができる。
【００４１】
本発明によれば、成形工程と平面研磨工程のみで、ガラス基板に精密孔あけ加工が可能となり、非常に安価に表面平滑性の優れたガラス基板に孔あけ加工ができるようになる。
【００４２】
この方法によれば、これまで製造が困難であった、中心に貫通孔を有し、表面平滑性に優れた磁気ディスクガラス基板の製造も容易になる。以下、具体的に磁気ディスクガラス基板の製造方法の一実施例を図５及び図６を用いて説明する。
【００４３】
まず、直径６５ｍｍ、厚さ２ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金円柱素材の表面を、研磨加工により表面粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍになるまで研磨した後、中心部分に放電加工法、機械加工法により、直径２０ｍｍの貫通孔を形成し、表面にスパッタリング法により、Ｉｒ−Ｗ合金薄膜を１μｍ形成することで、表面平滑性の優れた中心に貫通孔のあるマスター金型５１を作製した。
【００４４】
続いて、直径６５ｍｍ、厚さ２ｍｍのＳＫＨ鋼素材を平面研磨した後、表面にスパッタリング法により、接合層としてＣｒ薄膜を０．２μｍ形成することで平面基材５３を作製した。
【００４５】
平面基材５３を外径規制用のリング状胴型５４（超硬合金製）に挿入し、その上に、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円柱状結晶化ガラス（結晶化前のマザーガラス）５２をのせ、その上からマスター金型５１をリング状胴型に挿入した。
【００４６】
その状態で、窒素雰囲気となっている成形機（図示せず）中に投入し、金型全体を外部より加熱し、金型全体を７００℃とし、マスター金型５１の上方より、５００００Ｎの圧力を加えた。そのまま、圧力を加えて、マスター金型５１の表面形状が完全に結晶化ガラス５２に転写するまでプレス成形を行うと、図５のように貫通孔部分に結晶化ガラスが盛り上がった状態で、貫通孔に沿って突起形状が成形された。このままの状態で、８５０℃まで昇温し、結晶化ガラス５２を結晶化させた。
【００４７】
そして、圧力を加えたまま常温まで冷却し、マスター金型５１を離型し、成形機より取り出した。成形品は結晶化した結晶化ガラス５２と平面基材５３とが接合層５５で接合され、先端が丸まった形状の突起（高さが１．５ｍｍであった）を有し、平面部分の表面粗さ（Ｒａ）が０．６ｎｍになっていた。この成形品に、スパッタリング法により、ＳｉＯ2とＷの混合薄膜を０．１μｍの厚みで形成した後、表面保護膜５６として、スパッタリング法により、Ｉｒ−Ｗ合金薄膜を１μｍ形成することで、耐熱性の良い、突起レプリカ金型が完成した。
【００４８】
次に、直径６５ｍｍ、厚さ２ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金素材を平面研磨した後、表面にスパッタリング法により、Ｉｒ−Ｗ合金薄膜を１μｍ形成することで平面金型６３を作製した。
【００４９】
平面金型６３をリング状胴型６４（超硬合金製）に挿入し、その上に、成形用素材として、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円柱状アルミノシリケートガラス６２をのせ、その上から前述の方法で作製した突起レプリカ金型６１をリング状胴型６４に挿入した。
【００５０】
その状態で、窒素雰囲気となっている成形機（図示せず）中に投入し、金型全体を外部より加熱し、金型全体を６８０℃とし、突起レプリカ金型６１の上方より、５００００Ｎの圧力を加えた。
【００５１】
そのまま圧力を加えて、突起レプリカ金型６１の形状が完全にアルミノシリケートガラス６２に転写するまでプレス成形を行い、完全に転写したところで、圧力を加えながら、常温まで冷却した。
【００５２】
このとき、平面側まで突起レプリカ金型６１の先端が貫通せずに、平面金型６３より０．２ｍｍガラスが残るように、胴型６４で高さ規制を行った。冷却後、アルミノシリケートガラス６２を金型より離型させて成形機より取り出した。
【００５３】
取り出した成形物の表面を樹脂接着剤で覆い、平面基板に張り付けた後、裏面６５より、酸化セリウム及びダイヤモンド砥粒を用いて、平面研磨して、貫通孔６６を得た。貫通孔の長さ、すなわち、ディスク厚さは０．６３５ｍｍとした。このようにして製造した磁気ディスクガラス基板の製造コストは従来の機械加工による孔あけ加工を施した磁気ディスクガラス基板に比べて、約１／３程度であった。できあがった磁気ディスクガラス基板の外径、貫通孔径は、実用上十分の公差に入っていることが解った。
【００５４】
以上の方法により、非常に低コストで、高精度な貫通孔を有し、表面粗さの優れた磁気ディスクガラス基板を製造できるようになった。
【００５５】
（実施の形態３）
次に、本発明のガラス基板に複数個の貫通孔を形成する方法について、図７をを参照にしながら説明する。
【００５６】
ガラス基板に複数個の貫通孔を形成する場合、実施の形態１で示した成形後、冷却して離型させる成形方法では、金型とガラスとの熱膨張係数の差により発生する応力により、成形したガラスが金型から離型できない、あるいは、ガラスが発生した応力によって破壊してしまう問題点がある。
【００５７】
そこで、まず、超硬合金などの高強度な素材を研削加工や放電加工法により、中心に円柱状の突起形状を複数個加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した突起金型７１と、同様に、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した平面金型７３を準備し、突起金型７１と平面金型７３の間にガラスからなる成形用素材７２を挟み、成形用素材がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、図７に示したように平面金型側まで貫通させず、少しだけガラスの厚みが残るように、突起金型の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００５８】
ここまでは、実施の形態１で示した成形方法と同じであるが、このまま冷却せずに、突起金型７１をガラスから離型させる。冷却後、平面金型７３より、成形されたガラス基板を取り出し、突起金型７１の形状を精密に転写している表面側を樹脂などで保護、及び固定し、平面側７４から所定のガラス厚みとなるまで、平面研磨する事によって、ガラス基板に所定の複数個の貫通孔７５を形成することができる。
【００５９】
本発明によれば、成形工程において、冷却せずに複数の突起形状を有する型より離型するので、型とガラスの熱膨張係数の差による応力は発生せず、成形工程と平面研磨工程のみで、ガラス基板に複数個の精密孔あけ加工が可能となり、非常に安価にガラス基板に孔あけ加工ができるようになる。
【００６０】
この方法によれば、これまで製造が困難であった、波長多重光通信に用いられる複数本の光ファイバーをアレイ状に整列させるためのアレイ状光ファイバーコネクタ用フェルールの製造も容易になる。以下、具体的にアレイ状光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法の一実施例を図８を用いて説明する。
【００６１】
まず、５ｍｍ角、厚さ１０ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金素材を放電加工法により、２５０μｍピッチで等間隔に８本の、図８に示したような先端の直径が１２５μｍで、長さが２ｍｍのピン形状とテーパ部を有する突起形状に加工し、表面にスパッタリング法により、Ｐｄ−Ｒｅ合金薄膜を１μｍ形成することで突起金型８１を作製した。
【００６２】
続いて、５ｍｍ角、厚さ２ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金素材を平面研磨した後、表面にスパッタリング法により、Ｐｄ−Ｒｅ合金薄膜を１μｍ形成することで平面金型８３を作製した。
【００６３】
平面金型８３を角状胴型８４（超硬合金製）に挿入し、その上に、成形用素材として、４ｍｍ角、厚さ５ｍｍの円柱状パイレックスガラス８２をのせ、その上から突起金型８１を角状胴型８４に挿入した。
【００６４】
その状態で、窒素ガスに５％のＣＦ4ガスを混入させた雰囲気となっている成形機（図示せず）中に投入し、金型全体を外部より加熱し、金型全体を７３０℃とし、突起金型８１の上方より、１０００Ｎの圧力を加えた。
【００６５】
そのまま圧力を加えて、突起金型８１の形状が完全にパイレックスガラス８２に転写するまでプレス成形を行い、完全に転写したところで、冷却せず、そのままの温度を保持しながら、突起金型８１を離型させた。このとき、平面側まで突起金型８１の先端が貫通せずに、平面金型８３より０．２ｍｍガラスが残るように、胴型８４で高さ規制を行った。
【００６６】
その後、冷却して、パイレックスガラス８２を平面金型８３より離型させて取り出した。
【００６７】
取り出した成形物の表面を樹脂接着剤で覆い、平面基板に張り付けた後、成形物の裏面８５より、酸化セリウム及びダイヤモンド砥粒を用いて、平面研磨して、８個の貫通孔８６を得た。貫通孔の長さ（先端部分）は全て１．５ｍｍとした。
【００６８】
このようにして製造したアレイ状フェルールのコストは従来の機械加工による孔あけ加工を施したフェルールに比べて、約１／１０程度であった。できあがった各フェルールの外径、貫通孔径、同心度、真円度、及び円筒度は０．５μｍ以下の寸法精度でできあがっており、実用上十分の公差に入っていることが解った。
【００６９】
以上の方法により、非常に低コストで、高精度な複数個の貫通孔を有するアレイ状フェルールを製造できるようになった。
【００７０】
（実施の形態４）
実施の形態３で示したガラスの精密孔あけ方法では、複数個の突起形状を有する突起金型を直接機械加工法、あるいは放電加工法によって作製したが、金型の製作に非常に時間がかかってしまう。
【００７１】
そこで、さらなる孔あけコストを低減するために、ガラス基板に複数個の貫通孔を形成する方法を図９及び図１０を用いて説明する。
【００７２】
図９は、複数の突起形状を有する突起金型を製造する方法で、図９の方法で製造した突起金型を用いて、複数の貫通孔を形成する方法が図１０である。
【００７３】
まず、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により、表面を研磨し、円柱状の複数の窪みを放電加工により形成し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成したマスター金型９１と、同様に、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、ガラスと接合させるために表面に接合層を形成した平面基材９３を準備し、マスター金型９１と平面基材９３の間に成形用素材よりも耐熱性の良い、ガラス材料９２を挟み、ガラス材料がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、マスター金型の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００７４】
ここまでは、実施の形態２で示した突起金型の成形方法と同じであるが、このまま冷却せずに、マスター金型９１をガラスから離型させる。
【００７５】
平面基材９３と成形されたガラス９２は接合層９４で、成形とともに完全に接合される。冷却した後、表面に貴金属合金薄膜９５を形成し、突起レプリカ金型が完成する（図９）。
【００７６】
このようにして、複数の突起形状を有するレプリカ金型を非常に容易に作製できるようになった。
【００７７】
続いて、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した平面金型１０３を準備し、上記の方法で作製した複数の突起形状を有する突起レプリカ金型１０１と平面金型１０３の間にガラスからなる成形用素材１０２を挟み、成形用素材１０２がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、図１０に示したように平面金型側まで貫通させず、少しだけガラスの厚みが残るように、突起レプリカ金型１０１の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００７８】
このまま冷却せずに、突起レプリカ金型１０１をガラスから離型させる。冷却後、平面金型１０３より、成形されたガラス基板を取り出し、突起レプリカ金型１０１の形状を精密に転写している表面側を樹脂などで保護、及び固定し、平面側１０４から所定のガラス厚みとなるまで、平面研磨する事によって、ガラス基板に所定の複数個の貫通孔１０５を形成することができる。
【００７９】
本発明によれば、複数個の突起形状を有する金型の作製が非常に容易になり、成形工程において、冷却せずに複数の突起形状を有する型より離型するので、型とガラスの熱膨張係数の差による応力は発生せず、成形工程と平面研磨工程のみで、ガラス基板に複数個の精密孔あけ加工が可能となり、非常に安価にガラス基板に複数個の孔あけ加工ができるようになる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラスの精密孔あけ方法によれば、成形により高精度に孔形状となる窪みをガラス基板に形成し、裏面より平面研磨する事で、バリの発生が無く、高精度な貫通孔を、非常に低コストで形成できるようになる。この方法により光ファイバーコネクタ用フェルールの製造も非常に容易にできるようになった。
【００８１】
また、突起形状を有する金型をガラスのプレス成形により作製することにより、表面平滑性の優れた貫通孔を有するガラス基板の製造が可能となり、非常に低コストで磁気ディスクガラス基板の製造が可能となった。
【００８２】
更に、複数個の突起形状を有する金型を用いて、冷却せずに金型を離型させる方法で、ガラスを成形することで、高精度に複数個の孔形状となる窪みをガラス基板に形成し、裏面より平面研磨する事で、バリの発生が無く、複数の高精度な貫通孔を、非常に低コストで形成できるようになる。この方法によりアレイ状光ファイバーコネクタ用フェルールの製造も非常に容易にできるようになった。
【００８３】
また、複数個の突起形状を有する金型を、冷却せずに金型を離型させる方法で、ガラスのプレス成形により作製することにより、複数個の貫通孔を有するガラス基板の製造が、更に、低コストで可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガラスの精密孔あけ方法を示す概略工程図
【図２】本発明の実施の形態１における光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法を示す概略工程図
【図３】本発明の実施の形態２におけるガラスの精密孔あけ方法に用いる突起レプリカ金型の製造方法を示す概略工程図
【図４】本発明の実施の形態２におけるガラスの精密孔あけ方法を示す概略工程図
【図５】本発明の実施の形態２における磁気ディスクガラス基板の製造方法に用いる突起レプリカ金型の製造方法を示す概略工程図
【図６】本発明の実施の形態２における磁気ディスクガラス基板の製造方法を示す概略工程図
【図７】本発明の実施の形態３における複数個のガラスの精密孔あけ方法を示す概略工程図
【図８】本発明の実施の形態３におけるアレイ状光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法を示す概略工程図
【図９】本発明の実施の形態４における複数個のガラスの精密孔あけ方法に用いる突起レプリカ金型の製造方法を示す概略工程図
【図１０】本発明の実施の形態４における複数個のガラスの精密孔あけ方法を示す概略工程図
【図１１】従来の磁気ディスクガラス基板の製造方法を示す概略図
【図１２】従来の光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法を示す概略図
【符号の説明】
１１、７１ 突起金型
１２、２２、４２、６２、７２、８２、１０２ 成形用素材
１３、２３、４３、６３、７３、８３、１０３ 平面金型
１４、２５、４４、６５、７４、８５、１０４ 研磨する面
１５、２６、４５、６６、７５、８６、１０５ 形成された貫通孔
２１、８１ フェルール成形用突起金型
２４、５４、６４、８４ 外形規制用胴型
３１、５１、９１ マスター金型
３２、５２、９２ レプリカ金型用ガラス材料
３３、５３、９３ 平面基材
３４、５５、９４ 接合面
３５、５６、９５ 貴金属合金保護膜
４１、１０１ 突起レプリカ金型
６１ 磁気ディスクガラス基板成形用突起レプリカ金型
１１１ 外側上金型
１１２ 外側下金型
１１３ 内側上金型
１１４ 内側下金型
１１５ 成形用素材
１２１ ベース金型
１２２ コアピン
１２３ 非晶質合金融液
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス材料に高精度な孔あけ加工を施す方法並びに高精度な孔あけ加工を施された貫通孔付きガラス製品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラス製品に孔あけ加工を施す方法としては、回転砥石、ドリル、超音波加工、ブラスト加工などの機械加工法や、化学的処理によるエッチング加工法や、バーナーなどで焼き切る熱加工法（特開２０００−１６８１５号公報、特開２０００−５３４３５号公報）や、イオンビーム、レーザー、電子ビームなどによるエネルギービーム加工法（特開２０００−６１６６７号公報）や、加熱軟化したガラスを金型によってプレス成形する方法（特開２０００−３１９０２６号公報）などがある。
【０００３】
上記のような孔あけ加工法を用いて、磁気ディスク用ガラス基板の製造や、光ファイバーコネクター用フェルールなどが製造されている。
【０００４】
磁気ディスク用ガラス基板の一般的な製造方法としては、所定の表面平滑性を得るための研磨工程、その後の、機械加工法による外型加工、内孔あけ加工工程、そして、内外周面取り加工による最終仕上げ工程からなる。
【０００５】
また、特開２０００−３１９０２６号公報では、研磨工程と孔あけ工程を成形によって、同時に行うことを提案している。
【０００６】
光ファイバーコネクター用フェルールは、光ファイバー同士の軸を一致させて接続するため、フェルールの内外径には、非常に高い精度（サブミクロンオーダー）が求められている。
【０００７】
このようなフェルールの製造方法としては、金属材料あるいはセラミックス材料を高精度な加工機を用いた機械加工法によって、内外径を仕上げる方法が実施されているが、加工コストが非常にかかる。一方、特開平１０−１８６１７６号公報記載の方法によれば、溶融した非晶質合金を金型で成形加工することで安価にフェルールを製造する方法を提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機械加工法、エッチング加工法、熱加工法は、サブミクロンオーダーの高精度な孔あけ加工が困難であり、特に微細な孔あけを必要とする場合には、これらの工法では不可能である。
【０００９】
エネルギービーム加工法は一般に装置が高価であり、加工速度も遅く、量産性がない。特開２０００−６１６６７号公報に記載の方法では、ＹＡＧレーザーの吸収率の高い成分をガラス材料に含ませることで、ＹＡＧレーザーの吸収率を上げて、加工効率を上げているが、ガラス材料に吸収率の良い成分を予め含ませる必要がある。
【００１０】
特開２０００−３１９０２６号公報記載の磁気ディスクガラス基板の成形による製造方法では、図１１に示したような、プレス成形面が平面である上下一対の金型１１１、１１２の中心部分から同心円状に形成された貫通孔に内側金型１１３、１１４を配置することで、成形とともにガラス基板に貫通孔を形成するようにしたものであるが、外側金型１１１、１１２と内側金型１１３、１１４には必ず隙間があるので、成形時にガラス１１５がその隙間に入り込み、バリが発生し、離型させるときにガラスにクラックが発生するおそれがある。
【００１１】
また、特開平１０−１８６１７６号公報記載のフェルールの製造方法においても、図１２に示した金型に非晶質合金融液１２３を注入して成形するので、コアピン１２２とベース金型１２１の隙間にバリが発生する。
【００１２】
いずれも、これらのバリを除去するための特殊な仕上げ加工が必要となり、高精度に成形された表面を傷つける可能性があると言う課題がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、第１に、ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有する成形用金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型し、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨することにより、成形と平面研磨工程のみで非常に安価なガラスの精密孔あけ加工法を提供するものである。
【００１４】
そして、ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な光ファイバーコネクター用フェルールの貫通孔形状の反転形状である突起形状を有する成形用金型と平面金型との間に挟み、外形規制用のリング状胴型を介し、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型し、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨することにより、外形と貫通孔を高精度に加工した光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法を提供するものである。
【００１５】
第２に、前記ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料を、必要な孔深さ以上の深さの高精度な貫通孔あるいは溝形状を有するマスター金型と平面基材との間に挟み、該ガラス材料が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、貫通孔あるいは溝形状の反転形状を精密に転写させた突起を形成するとともに、平面基材と接合し、冷却して型より離型した後、表面に貴金属合金薄膜を形成することで必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有するレプリカ金型を作製する工程と、前記ガラスからなる成形用素材を、該レプリカ金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型する工程と、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなるガラスの精密孔あけ方法により、より低コストで、表面平滑性と高精度な貫通孔を有するガラス基板の製造を可能としたものである。
【００１６】
そして、ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料を、必要な孔深さ以上の深さの高精度な貫通孔あるいは溝形状を有し、表面を超平滑面に研磨加工を施したマスター金型と平面基材との間に挟み、外形規制用のリング状胴型を介し、該ガラス材料が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、貫通孔あるいは溝形状の反転形状を精密に転写させた突起を形成するとともに、平面基材と接合し、冷却して型より離型した後、表面に貴金属合金薄膜を形成することで、必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有し、表面平滑性の優れたレプリカ金型を作製する工程と、ガラスからなる成形用素材を、外形規制用のリング状胴型を介して、必要な内孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有し、表面平滑性の優れたレプリカ金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型する工程と、所定のディスク厚みとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなる磁気ディスクガラス基板の製造方法を提供し、非常に低コストで、表面平滑性と高精度な外形並びに内孔を有する磁気ディスクガラス基板の製造を可能としたものである。
【００１７】
第３に、ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を複数個有する成形用金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形し、複数の突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、そのままの温度で離型させた後、冷却し、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨することにより、成形と平面研磨工程のみで非常に安価な複数個の精密孔あけ加工法を提供するものである。
【００１８】
そして、ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な光ファイバーコネクター用フェルールの貫通孔形状の反転形状である突起形状を複数個有する成形用金型と平面金型との間に挟み、外形規制用の胴型を介して、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形し、複数の突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、そのままの温度で離型させた後、冷却し、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨することにより、成形と平面研磨工程のみで非常に安価な複数個の精密孔を有するアレイ状光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法を提供するものである。
【００１９】
第４に、前記ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料を、複数の必要な孔深さ以上の深さの高精度な貫通孔あるいは溝形状を有するマスター金型と平面基材との間に挟み、該ガラス材料が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、複数の貫通孔あるいは溝形状の反転形状を精密に転写させた突起を形成するとともに、平面基材と接合し、冷却せずにマスター型より離型し、冷却後、表面に貴金属合金薄膜を形成することで、複数の必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有するレプリカ金型を作製する工程と、前記ガラスからなる成形用素材を、該レプリカ金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、複数の突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、そのままの温度でレプリカ金型より離型させた後、冷却する工程と、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなるガラスの精密孔あけ方法により、さらに、低コストな複数個の精密孔あけ加工を可能としたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１のガラスの精密孔あけ方法を図１を用いて説明する。
【００２２】
まず、超硬合金などの高強度な素材を研削加工や放電加工法により、中心に円柱状の突起形状を加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した突起金型１１と、同様に、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した平面金型１３を準備し、突起金型１１と平面金型１３の間にガラスからなる成形用素材１２を挟み、成形用素材がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、図１に示したように平面金型側まで貫通させず、少しだけガラスの厚みが残るように、突起金型の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００２３】
これらの金型に保持したまま冷却した後、突起金型１１と平面金型１３をガラスから離型させる。できたガラス基板の突起金型１１の形状を精密に転写している表面側を樹脂などで保護、及び固定し、平面側１４から所定のガラス厚みとなるまで、平面研磨する事によって、ガラス基板に所定の貫通孔１５を形成することができる。
【００２４】
本発明によれば、成形工程と平面研磨工程のみで、ガラス基板に精密孔あけ加工が可能となり、非常に安価にガラス基板に孔あけ加工ができるようになる。
【００２５】
この方法によれば、これまで製造が困難であった、光ファイバーコネクタ用フェルールの製造も容易になる。以下、具体的に光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法の一実施例を図２を用いて説明する。
【００２６】
まず、直径５ｍｍ、厚さ１０ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金（熱膨張係数；５０×１０-7／Ｋ）素材を放電加工法により、中心部分に図２に示したような先端の直径が１２５μｍで、長さが２ｍｍのピン形状とテーパ部を有する突起形状に加工し、表面にスパッタリング法により、Ｐｔ−Ｉｒ合金薄膜を１μｍ形成することで突起金型２１を作製した。
【００２７】
続いて、直径５ｍｍ、厚さ２ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金素材を平面研磨した後、表面にスパッタリング法により、Ｐｔ−Ｉｒ合金薄膜を１μｍ形成することで平面金型２３を作製した。平面金型２３を外形規制用のリング状胴型２４（超硬合金製）に挿入し、その上に、成形用素材として、直径４ｍｍ、厚さ５ｍｍの円柱状パイレックスガラス２２（熱膨張係数；３２×１０-7／Ｋ）をのせ、その上から突起金型２１をリング状胴型に挿入した。
【００２８】
その状態で、窒素雰囲気となっている成形機（図示せず）中に投入し、金型全体を外部より加熱し、７３０℃とし、突起金型２１の上方より、１００Ｎの圧力を加えた。そのまま、圧力を加えて、突起金型２１の形状が完全にパイレックスガラス２２に転写するまでプレス成形を行い、完全に転写したところで、圧力を加えながら、常温まで冷却した。
【００２９】
このとき、平面側まで突起金型２１の先端が貫通せずに、平面金型２３より０．２ｍｍガラスが残るように、胴型２４で高さ規制を行った。冷却後、パイレックスガラス２２を金型より離型させて、成形機より取り出した。このとき、突起金型２１の方がパイレックスガラス２２より、熱膨張係数が大きいので、冷却時に金型がガラスよりも先に収縮するので、容易に離型できた。取り出した成形物の裏面２５より、酸化セリウム及びダイヤモンド砥粒を用いて、平面研磨して、貫通孔２６を得た。貫通孔の長さ（先端部分）は１．５ｍｍとした。
【００３０】
このようにして製造したフェルールのコストは従来の機械加工による孔あけ加工を施したフェルールに比べて、約１／５程度であった。できあがったフェルールの外径、貫通孔径、同心度、真円度、及び円筒度は０．５μｍ以下の寸法精度でできあがっており、実用上十分の公差に入っていることが解った。
【００３１】
以上の方法により、非常に低コストで、高精度な貫通孔を有するフェルールを製造できるようになった。
【００３２】
（実施の形態２）
実施の形態１で示した方法では、突起金型を直接機械加工によって作製したが、磁気ディスク基板のような表面平滑性の非常に良いガラス基板に貫通孔をあける場合、突起以外の平面部分を超平滑に研磨することが難しいため、機械加工による突起金型の作製は困難である。
【００３３】
そこで、超平滑面と貫通孔を有するガラス基板に精密孔あけする方法を図３及び図４を用いて説明する。
【００３４】
図３は、突起金型を製造する方法で、図３の方法で製造した突起金型を用いて貫通孔を形成する方法が図４である。
【００３５】
まず、超硬合金などの高強度な素材を平面研磨加工により、超平滑に表面を研磨し、中心に円柱状の窪みを放電加工により形成し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成したマスター金型３１と、同様に、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、ガラスと接合させるために表面に接合層を形成した平面基材３３を準備し、マスター金型３１と平面基材３３の間に成形用素材よりも耐熱性の良い、ガラス材料３２を挟み、ガラス材料がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、マスター金型の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００３６】
これらの金型に保持したまま冷却した後、マスター金型３１を離型させる。平面基材３３と成形されたガラス３２は接合層３４で、成形とともに完全に接合される。その後、表面に貴金属合金薄膜３５を形成し、突起金型が完成する（図３）。
【００３７】
このようにして作製した突起金型は、非常に平滑な表面と突起形状を有するものである。
【００３８】
続いて、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した平面金型４３と完成した突起金型４１の間にガラスからなる成形用素材４２を挟み、成形用素材がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、図４に示したように平面金型側まで貫通させず、少しだけガラスの厚みが残るように、突起金型の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００３９】
これらの金型に保持したまま冷却した後、突起金型４１と平面金型４３をガラスから離型させる。
【００４０】
できたガラス基板の突起金型４１の形状を精密に転写している表面側を樹脂などで保護、及び固定し、平面側４４から所定のガラス厚みとなるまで、平面研磨する事によって、ガラス基板に所定の貫通孔４５を形成することができる。
【００４１】
本発明によれば、成形工程と平面研磨工程のみで、ガラス基板に精密孔あけ加工が可能となり、非常に安価に表面平滑性の優れたガラス基板に孔あけ加工ができるようになる。
【００４２】
この方法によれば、これまで製造が困難であった、中心に貫通孔を有し、表面平滑性に優れた磁気ディスクガラス基板の製造も容易になる。以下、具体的に磁気ディスクガラス基板の製造方法の一実施例を図５及び図６を用いて説明する。
【００４３】
まず、直径６５ｍｍ、厚さ２ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金円柱素材の表面を、研磨加工により表面粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍになるまで研磨した後、中心部分に放電加工法、機械加工法により、直径２０ｍｍの貫通孔を形成し、表面にスパッタリング法により、Ｉｒ−Ｗ合金薄膜を１μｍ形成することで、表面平滑性の優れた中心に貫通孔のあるマスター金型５１を作製した。
【００４４】
続いて、直径６５ｍｍ、厚さ２ｍｍのＳＫＨ鋼素材を平面研磨した後、表面にスパッタリング法により、接合層としてＣｒ薄膜を０．２μｍ形成することで平面基材５３を作製した。
【００４５】
平面基材５３を外径規制用のリング状胴型５４（超硬合金製）に挿入し、その上に、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円柱状結晶化ガラス（結晶化前のマザーガラス）５２をのせ、その上からマスター金型５１をリング状胴型に挿入した。
【００４６】
その状態で、窒素雰囲気となっている成形機（図示せず）中に投入し、金型全体を外部より加熱し、金型全体を７００℃とし、マスター金型５１の上方より、５００００Ｎの圧力を加えた。そのまま、圧力を加えて、マスター金型５１の表面形状が完全に結晶化ガラス５２に転写するまでプレス成形を行うと、図５のように貫通孔部分に結晶化ガラスが盛り上がった状態で、貫通孔に沿って突起形状が成形された。このままの状態で、８５０℃まで昇温し、結晶化ガラス５２を結晶化させた。
【００４７】
そして、圧力を加えたまま常温まで冷却し、マスター金型５１を離型し、成形機より取り出した。成形品は結晶化した結晶化ガラス５２と平面基材５３とが接合層５５で接合され、先端が丸まった形状の突起（高さが１．５ｍｍであった）を有し、平面部分の表面粗さ（Ｒａ）が０．６ｎｍになっていた。この成形品に、スパッタリング法により、ＳｉＯ2とＷの混合薄膜を０．１μｍの厚みで形成した後、表面保護膜５６として、スパッタリング法により、Ｉｒ−Ｗ合金薄膜を１μｍ形成することで、耐熱性の良い、突起レプリカ金型が完成した。
【００４８】
次に、直径６５ｍｍ、厚さ２ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金素材を平面研磨した後、表面にスパッタリング法により、Ｉｒ−Ｗ合金薄膜を１μｍ形成することで平面金型６３を作製した。
【００４９】
平面金型６３をリング状胴型６４（超硬合金製）に挿入し、その上に、成形用素材として、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円柱状アルミノシリケートガラス６２をのせ、その上から前述の方法で作製した突起レプリカ金型６１をリング状胴型６４に挿入した。
【００５０】
その状態で、窒素雰囲気となっている成形機（図示せず）中に投入し、金型全体を外部より加熱し、金型全体を６８０℃とし、突起レプリカ金型６１の上方より、５００００Ｎの圧力を加えた。
【００５１】
そのまま圧力を加えて、突起レプリカ金型６１の形状が完全にアルミノシリケートガラス６２に転写するまでプレス成形を行い、完全に転写したところで、圧力を加えながら、常温まで冷却した。
【００５２】
このとき、平面側まで突起レプリカ金型６１の先端が貫通せずに、平面金型６３より０．２ｍｍガラスが残るように、胴型６４で高さ規制を行った。冷却後、アルミノシリケートガラス６２を金型より離型させて成形機より取り出した。
【００５３】
取り出した成形物の表面を樹脂接着剤で覆い、平面基板に張り付けた後、裏面６５より、酸化セリウム及びダイヤモンド砥粒を用いて、平面研磨して、貫通孔６６を得た。貫通孔の長さ、すなわち、ディスク厚さは０．６３５ｍｍとした。このようにして製造した磁気ディスクガラス基板の製造コストは従来の機械加工による孔あけ加工を施した磁気ディスクガラス基板に比べて、約１／３程度であった。できあがった磁気ディスクガラス基板の外径、貫通孔径は、実用上十分の公差に入っていることが解った。
【００５４】
以上の方法により、非常に低コストで、高精度な貫通孔を有し、表面粗さの優れた磁気ディスクガラス基板を製造できるようになった。
【００５５】
（実施の形態３）
次に、本発明のガラス基板に複数個の貫通孔を形成する方法について、図７をを参照にしながら説明する。
【００５６】
ガラス基板に複数個の貫通孔を形成する場合、実施の形態１で示した成形後、冷却して離型させる成形方法では、金型とガラスとの熱膨張係数の差により発生する応力により、成形したガラスが金型から離型できない、あるいは、ガラスが発生した応力によって破壊してしまう問題点がある。
【００５７】
そこで、まず、超硬合金などの高強度な素材を研削加工や放電加工法により、中心に円柱状の突起形状を複数個加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した突起金型７１と、同様に、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した平面金型７３を準備し、突起金型７１と平面金型７３の間にガラスからなる成形用素材７２を挟み、成形用素材がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、図７に示したように平面金型側まで貫通させず、少しだけガラスの厚みが残るように、突起金型の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００５８】
ここまでは、実施の形態１で示した成形方法と同じであるが、このまま冷却せずに、突起金型７１をガラスから離型させる。冷却後、平面金型７３より、成形されたガラス基板を取り出し、突起金型７１の形状を精密に転写している表面側を樹脂などで保護、及び固定し、平面側７４から所定のガラス厚みとなるまで、平面研磨する事によって、ガラス基板に所定の複数個の貫通孔７５を形成することができる。
【００５９】
本発明によれば、成形工程において、冷却せずに複数の突起形状を有する型より離型するので、型とガラスの熱膨張係数の差による応力は発生せず、成形工程と平面研磨工程のみで、ガラス基板に複数個の精密孔あけ加工が可能となり、非常に安価にガラス基板に孔あけ加工ができるようになる。
【００６０】
この方法によれば、これまで製造が困難であった、波長多重光通信に用いられる複数本の光ファイバーをアレイ状に整列させるためのアレイ状光ファイバーコネクタ用フェルールの製造も容易になる。以下、具体的にアレイ状光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法の一実施例を図８を用いて説明する。
【００６１】
まず、５ｍｍ角、厚さ１０ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金素材を放電加工法により、２５０μｍピッチで等間隔に８本の、図８に示したような先端の直径が１２５μｍで、長さが２ｍｍのピン形状とテーパ部を有する突起形状に加工し、表面にスパッタリング法により、Ｐｄ−Ｒｅ合金薄膜を１μｍ形成することで突起金型８１を作製した。
【００６２】
続いて、５ｍｍ角、厚さ２ｍｍのＷＣを主成分とする超硬合金素材を平面研磨した後、表面にスパッタリング法により、Ｐｄ−Ｒｅ合金薄膜を１μｍ形成することで平面金型８３を作製した。
【００６３】
平面金型８３を角状胴型８４（超硬合金製）に挿入し、その上に、成形用素材として、４ｍｍ角、厚さ５ｍｍの円柱状パイレックスガラス８２をのせ、その上から突起金型８１を角状胴型８４に挿入した。
【００６４】
その状態で、窒素ガスに５％のＣＦ4ガスを混入させた雰囲気となっている成形機（図示せず）中に投入し、金型全体を外部より加熱し、金型全体を７３０℃とし、突起金型８１の上方より、１０００Ｎの圧力を加えた。
【００６５】
そのまま圧力を加えて、突起金型８１の形状が完全にパイレックスガラス８２に転写するまでプレス成形を行い、完全に転写したところで、冷却せず、そのままの温度を保持しながら、突起金型８１を離型させた。このとき、平面側まで突起金型８１の先端が貫通せずに、平面金型８３より０．２ｍｍガラスが残るように、胴型８４で高さ規制を行った。
【００６６】
その後、冷却して、パイレックスガラス８２を平面金型８３より離型させて取り出した。
【００６７】
取り出した成形物の表面を樹脂接着剤で覆い、平面基板に張り付けた後、成形物の裏面８５より、酸化セリウム及びダイヤモンド砥粒を用いて、平面研磨して、８個の貫通孔８６を得た。貫通孔の長さ（先端部分）は全て１．５ｍｍとした。
【００６８】
このようにして製造したアレイ状フェルールのコストは従来の機械加工による孔あけ加工を施したフェルールに比べて、約１／１０程度であった。できあがった各フェルールの外径、貫通孔径、同心度、真円度、及び円筒度は０．５μｍ以下の寸法精度でできあがっており、実用上十分の公差に入っていることが解った。
【００６９】
以上の方法により、非常に低コストで、高精度な複数個の貫通孔を有するアレイ状フェルールを製造できるようになった。
【００７０】
（実施の形態４）
実施の形態３で示したガラスの精密孔あけ方法では、複数個の突起形状を有する突起金型を直接機械加工法、あるいは放電加工法によって作製したが、金型の製作に非常に時間がかかってしまう。
【００７１】
そこで、さらなる孔あけコストを低減するために、ガラス基板に複数個の貫通孔を形成する方法を図９及び図１０を用いて説明する。
【００７２】
図９は、複数の突起形状を有する突起金型を製造する方法で、図９の方法で製造した突起金型を用いて、複数の貫通孔を形成する方法が図１０である。
【００７３】
まず、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により、表面を研磨し、円柱状の複数の窪みを放電加工により形成し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成したマスター金型９１と、同様に、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、ガラスと接合させるために表面に接合層を形成した平面基材９３を準備し、マスター金型９１と平面基材９３の間に成形用素材よりも耐熱性の良い、ガラス材料９２を挟み、ガラス材料がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、マスター金型の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００７４】
ここまでは、実施の形態２で示した突起金型の成形方法と同じであるが、このまま冷却せずに、マスター金型９１をガラスから離型させる。
【００７５】
平面基材９３と成形されたガラス９２は接合層９４で、成形とともに完全に接合される。冷却した後、表面に貴金属合金薄膜９５を形成し、突起レプリカ金型が完成する（図９）。
【００７６】
このようにして、複数の突起形状を有するレプリカ金型を非常に容易に作製できるようになった。
【００７７】
続いて、超硬合金などの高強度な素材を研磨加工により平面に加工し、表面保護のために貴金属合金薄膜を形成した平面金型１０３を準備し、上記の方法で作製した複数の突起形状を有する突起レプリカ金型１０１と平面金型１０３の間にガラスからなる成形用素材１０２を挟み、成形用素材１０２がプレスにより変形可能な温度まで加熱し、図１０に示したように平面金型側まで貫通させず、少しだけガラスの厚みが残るように、突起レプリカ金型１０１の形状を完全に転写するまで、圧力を加え、プレス成形する。
【００７８】
このまま冷却せずに、突起レプリカ金型１０１をガラスから離型させる。冷却後、平面金型１０３より、成形されたガラス基板を取り出し、突起レプリカ金型１０１の形状を精密に転写している表面側を樹脂などで保護、及び固定し、平面側１０４から所定のガラス厚みとなるまで、平面研磨する事によって、ガラス基板に所定の複数個の貫通孔１０５を形成することができる。
【００７９】
本発明によれば、複数個の突起形状を有する金型の作製が非常に容易になり、成形工程において、冷却せずに複数の突起形状を有する型より離型するので、型とガラスの熱膨張係数の差による応力は発生せず、成形工程と平面研磨工程のみで、ガラス基板に複数個の精密孔あけ加工が可能となり、非常に安価にガラス基板に複数個の孔あけ加工ができるようになる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラスの精密孔あけ方法によれば、成形により高精度に孔形状となる窪みをガラス基板に形成し、裏面より平面研磨する事で、バリの発生が無く、高精度な貫通孔を、非常に低コストで形成できるようになる。この方法により光ファイバーコネクタ用フェルールの製造も非常に容易にできるようになった。
【００８１】
また、突起形状を有する金型をガラスのプレス成形により作製することにより、表面平滑性の優れた貫通孔を有するガラス基板の製造が可能となり、非常に低コストで磁気ディスクガラス基板の製造が可能となった。
【００８２】
更に、複数個の突起形状を有する金型を用いて、冷却せずに金型を離型させる方法で、ガラスを成形することで、高精度に複数個の孔形状となる窪みをガラス基板に形成し、裏面より平面研磨する事で、バリの発生が無く、複数の高精度な貫通孔を、非常に低コストで形成できるようになる。この方法によりアレイ状光ファイバーコネクタ用フェルールの製造も非常に容易にできるようになった。
【００８３】
また、複数個の突起形状を有する金型を、冷却せずに金型を離型させる方法で、ガラスのプレス成形により作製することにより、複数個の貫通孔を有するガラス基板の製造が、更に、低コストで可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガラスの精密孔あけ方法を示す概略工程図
【図２】本発明の実施の形態１における光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法を示す概略工程図
【図３】本発明の実施の形態２におけるガラスの精密孔あけ方法に用いる突起レプリカ金型の製造方法を示す概略工程図
【図４】本発明の実施の形態２におけるガラスの精密孔あけ方法を示す概略工程図
【図５】本発明の実施の形態２における磁気ディスクガラス基板の製造方法に用いる突起レプリカ金型の製造方法を示す概略工程図
【図６】本発明の実施の形態２における磁気ディスクガラス基板の製造方法を示す概略工程図
【図７】本発明の実施の形態３における複数個のガラスの精密孔あけ方法を示す概略工程図
【図８】本発明の実施の形態３におけるアレイ状光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法を示す概略工程図
【図９】本発明の実施の形態４における複数個のガラスの精密孔あけ方法に用いる突起レプリカ金型の製造方法を示す概略工程図
【図１０】本発明の実施の形態４における複数個のガラスの精密孔あけ方法を示す概略工程図
【図１１】従来の磁気ディスクガラス基板の製造方法を示す概略図
【図１２】従来の光ファイバーコネクタ用フェルールの製造方法を示す概略図
【符号の説明】
１１、７１ 突起金型
１２、２２、４２、６２、７２、８２、１０２ 成形用素材
１３、２３、４３、６３、７３、８３、１０３ 平面金型
１４、２５、４４、６５、７４、８５、１０４ 研磨する面
１５、２６、４５、６６、７５、８６、１０５ 形成された貫通孔
２１、８１ フェルール成形用突起金型
２４、５４、６４、８４ 外形規制用胴型
３１、５１、９１ マスター金型
３２、５２、９２ レプリカ金型用ガラス材料
３３、５３、９３ 平面基材
３４、５５、９４ 接合面
３５、５６、９５ 貴金属合金保護膜
４１、１０１ 突起レプリカ金型
６１ 磁気ディスクガラス基板成形用突起レプリカ金型
１１１ 外側上金型
１１２ 外側下金型
１１３ 内側上金型
１１４ 内側下金型
１１５ 成形用素材
１２１ ベース金型
１２２ コアピン
１２３ 非晶質合金融液
Claims (8)
- ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な光ファイバーコネクター用フェルールの貫通孔形状の反転形状である突起形状を有する成形用金型と平面金型との間に挟み、外形規制用のリング状胴型を介し、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型する工程と、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなることを特徴とする光ファイバーコネクター用フェルールの製造方法。
- ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料を、必要な孔深さ以上の深さの高精度な貫通孔あるいは溝形状を有するマスター金型と平面基材との間に挟み、該ガラス材料が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、貫通孔あるいは溝形状の反転形状を精密に転写させた突起を形成するとともに、平面基材と接合し、冷却して型より離型した後、表面に貴金属合金薄膜を形成することで必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有するレプリカ金型を作製する工程と、前記ガラスからなる成形用素材を、該レプリカ金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型する工程と、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなることを特徴とするガラスの精密孔あけ方法。
- 前記ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料として、前記ガラスからなる成形用素材の成形温度以上のガラス転移温度を有するガラス材料を用いることを特徴とする請求項２記載のガラスの精密孔あけ方法。
- 前記ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料として、結晶化後の耐熱温度が前記ガラスからなる成形用素材の成形温度以上である結晶化ガラスを用いることを特徴とする請求項２記載のガラスの精密孔あけ方法。
- ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料を、必要な孔深さ以上の深さの高精度な貫通孔あるいは溝形状を有し、表面を超平滑面に研磨加工を施したマスター金型と平面基材との間に挟み、外形規制用のリング状胴型を介し、該ガラス材料が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、貫通孔あるいは溝形状の反転形状を精密に転写させた突起を形成し、冷却して型より離型した後、表面に貴金属合金薄膜を形成することで、必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有し、表面平滑性の優れたレプリカ金型を作製する工程と、ガラスからなる成形用素材を、外形規制用のリング状胴型を介して、必要な内孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有し、表面平滑性の優れたレプリカ金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型する工程と、所定のディスク厚みとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなることを特徴とする磁気ディスクガラス基板の製造方法。
- ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を複数個有する成形用金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形し、複数の突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、そのままの温度で離型させた後、冷却する工程と、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなることを特徴とするガラスの精密孔あけ方法。
- ガラスからなる成形用素材を、必要な孔深さ以上の高さの高精度な光ファイバーコネクター用フェルールの貫通孔形状の反転形状である突起形状を複数個有する成形用金型と平面金型との間に挟み、外形規制用の胴型を介して、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形し、複数の突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、そのままの温度で離型させた後、冷却する工程と、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなることを特徴とするアレイ状光ファイバーコネクター用フェルールの製造方法。
- ガラスからなる成形用素材よりも耐熱性の良いガラス材料を、複数の必要な孔深さ以上の深さの高精度な貫通孔あるいは溝形状を有するマスター金型と平面基材との間に挟み、該ガラス材料が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、複数の貫通孔あるいは溝形状の反転形状を精密に転写させた突起を形成するとともに、平面基材と接合し、冷却せずにマスター型より離型し、冷却後、表面に貴金属合金薄膜を形成することで、複数の必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有するレプリカ金型を作製する工程と、前記ガラスからなる成形用素材を、該レプリカ金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して、複数の突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、そのままの温度でレプリカ金型より離型させた後、冷却する工程と、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨する工程からなることを特徴とするガラスの精密孔あけ方法。
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