JP5099053B2 - ガラス成形用金型の製造方法及びガラス成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス素材を加圧成形するためのガラス成形用金型の製造方法、及び、該ガラス成形用金型を用いたガラス成形体の製造方法に関する。

従来、ガラスレンズに代表されるガラス光学素子等を成形するためのガラス成形用金型の製造方法として、各種耐熱合金やセラミックス等からなる基材の表面にＮｉ−Ｐメッキからなるメッキ層を形成し、ダイヤモンドバイト等によってメッキ層を加工して所望の面形状に仕上げる方法が知られている。

しかし、このような方法で製造した金型をそのままガラス成形に用いると、成形の際の熱衝撃などによってメッキ層にクラックが生じてしまうという問題があった。

そのため、予め所定の温度で金型に熱処理を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１には、メッキ層の加工の前には熱処理を行わず、加工して所望の面形状に仕上げた後に４００℃〜５００℃の高温で熱処理を行う方法が記載されている。また、特許文献２には、メッキ層の加工の前に２７０℃以上の高温で熱処理を行う方法が記載されている。

特開平１１−１５７８５２号公報 特開２００８−１５０２２６号公報

しかしながら、Ｎｉ−Ｐメッキからなるメッキ層はもともと非晶質であるが、熱処理の工程やガラスレンズの成形工程で高温になると結晶化が進み、それに伴ってメッキ層が硬化すると共に密度や体積も変化する。特にガラス成形の場合は金型温度が高いため、熱処理の工程でメッキ層の結晶化を十分に進行させておかなければ、成形工程においてメッキ層の変形が生じ、金型面の形状が崩れてしまう。

そのため、特許文献１の記載のように、メッキ層を加工して所望の面形状に仕上げた後に高温で熱処理を行う方法は、加工の後の熱処理によってメッキ層が変形し、一旦仕上げた形状が崩れてしまうという問題があった。また、熱処理によるメッキ層の結晶化によって、面粗さが増大してしまうという問題もあった。

一方、特許文献２の記載のように、メッキ層の加工の前に熱処理を行って結晶化を進行させておく方法では、加工の際のクラックの発生は抑制できるものの、結晶化によって硬化したメッキ層を加工しなければならないためにバイトの摩耗が著しく、所望の面形状・面粗さに仕上げることが困難であるという問題があった。

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、バイトの摩耗を増大させることなく、加工後の工程における金型面の形状の崩れを抑制することができ、形状精度が高く面粗さの小さいガラス成形用金型を得ることができるガラス成形用金型の製造方法、及び、形状精度が高く面粗さの小さいガラス成形体を得ることができるガラス成形体の製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１．基材の表面にＮｉ−Ｐメッキからなるメッキ層を形成する工程と、
前記メッキ層を、所望の最終形状に近似する形状に加工する粗加工工程と、
前記粗加工工程の後、熱処理によって前記メッキ層を硬化させる熱処理工程と、
前記熱処理工程によって硬化した前記メッキ層を、前記所望の最終形状に加工する仕上げ加工工程と、を有することを特徴とするガラス成形用金型の製造方法。

２．前記仕上げ加工工程における前記メッキ層の取り代の最大値よりも、前記粗加工工程における前記メッキ層の取り代の最大値の方が大きいことを特徴とする前記１に記載のガラス成形用金型の製造方法。

３．前記仕上げ加工工程における前記メッキ層の取り代の最大値は、０．５μｍ〜５μｍの範囲であることを特徴とする前記２に記載のガラス成形用金型の製造方法。

４．前記熱処理工程における熱処理の温度は、３００℃〜５５０℃の範囲であることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載のガラス成形用金型の製造方法。

５．前記熱処理工程の後の前記メッキ層のビッカース硬度は９００ＨＶ０．１以上であることを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載のガラス成形用金型の製造方法。

６．前記粗加工工程に先だって、前記熱処理工程よりも低い温度で前記メッキ層を熱処理する予備熱処理工程を有することを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載のガラス成形用金型の製造方法。

７．前記予備熱処理工程における熱処理の温度は、１５０℃〜２５０℃の範囲であることを特徴とする前記６に記載のガラス成形用金型の製造方法。

８．前記予備熱処理工程の後の前記メッキ層のビッカース硬度は７００ＨＶ０．１以下であることを特徴とする前記６又は７に記載のガラス成形用金型の製造方法。

９．前記仕上げ加工工程の後、前記メッキ層の表面にクロムからなる保護膜を形成する工程を有することを特徴とする前記１から８の何れか１項に記載のガラス成形用金型の製造方法。

１０．前記保護膜の表面をエッチングにより粗面化する工程を有することを特徴とする前記９に記載のガラス成形用金型の製造方法。

１１．前記１から１０の何れか１項に記載の方法により製造したガラス成形用金型で、ガラス素材を加圧成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法。

１２．第１の金型に溶融ガラス滴を滴下する工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を、前記第１の金型と、前記第１の金型に対向する第２の金型とで加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法において、
前記第１の金型及び前記第２の金型のうち少なくとも一方は、前記１から１０の何れか１項に記載の方法により製造したガラス成形用金型であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。

本発明においては、メッキ層が高温の熱処理で硬化する前に、所望の最終形状に近似する形状に加工する粗加工を行うため、硬化した後に行う仕上げ加工の際のメッキ層の取り代を小さくすることができ、バイトの摩耗を抑制することができる。また、高温の熱処理でメッキ層の結晶化を進行させた後に、所望の最終形状に加工する仕上げ加工を行うため、一旦仕上げた形状がその後の工程で崩れることを抑制でき、結晶化によって増大した面粗さを仕上げ加工によって低減させることができる。従って、形状精度が高く面粗さの小さいガラス成形用金型を得ることができる。更に、そのようなガラス成形用金型を用いてガラス素材を成形することにより、形状精度が高く面粗さの小さいガラス成形体を得ることができる。

ガラス成形用金型の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図１の各工程を模式的に示す断面図である。 メッキ層の熱処理温度とビッカース硬度との関係を示すグラフである。 ガラス成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。 ガラス成形体の製造装置を示す模式図（工程Ｓ２０３における状態）である。 ガラス成形体の製造装置を示す模式図（工程Ｓ２０５における状態）である。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図６を参照しつつ詳細に説明するが、本発明は該実施の形態に限られるものではない。

（ガラス成形用金型の製造方法）
始めに、本実施形態におけるガラス成形用金型の製造方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は本実施形態におけるガラス成形用金型の製造方法を示すフローチャート、図２は各工程を模式的に示す断面図、図３はメッキ層の熱処理温度とビッカース硬度（ＨＶ０．１）との関係を示すグラフである。以下、図１のフローチャートに従って各工程を順に説明する。

（工程Ｓ１０１：基材の予備加工）
先ず、基材１１の成形面１５を製造するガラス成形体に応じた所定の形状に加工する（図２（ａ））。基材１１の材質に特に制限はない。好ましく用いることができる材質として、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、各種セラミックス（炭化珪素、窒化珪素等）、カーボンを含んだ複合材料等が挙げられる。

成形面１５の形状にも特に制限はなく、平面、凸面、凹面の何れであってもよい。次の工程で形成するメッキ層１２の膜厚を薄くし、メッキ層１２の剥離を抑制する観点からは、製造するガラス成形体の面形状に対応した最終形状に近い形状とすることが好ましいが、加工コストが上がるため必要以上に最終形状に近い形状とする必要はない。最終形状と、本工程における基材１１の成形面の形状との差は、最も大きい位置で１μｍ〜５０μｍであることが好ましく、２μｍ〜２０μｍであることがより好ましい。

（工程Ｓ１０２：メッキ層の形成）
基材１１の表面（成形面１５）にＮｉ−Ｐメッキからなるメッキ層１２を形成する（図２（ｂ））。ここで、Ｎｉ−Ｐメッキとは、Ｐを含む無電解ニッケルメッキであり、公知の方法で形成することができる。メッキ液としては、例えば、還元剤として次亜リン酸を用いたメッキ液等を用いればよい。メッキ層１２の膜厚は、加工によって最終形状を得るための取り代の分だけの厚みがあればよいが、必要な形状精度を得るために繰り返し追い込み加工を行う場合の取り代の分も考慮しておくことが好ましい。しかし、必要以上に厚すぎると膜剥離等の欠陥が発生しやすくなる場合がある。そのため、メッキ層１２の膜厚は、基材１１の成形面１５の形状と最終形状との差の最大値よりも、１μｍ〜５０μｍ厚いことが好ましい。従って、メッキ層１２の膜厚は、２μｍ〜１００μｍが好ましく、３μｍ〜７０μｍがより好ましい。

（工程Ｓ１０３：予備熱処理工程）
次に、メッキ層１２を、後述の熱処理工程（工程Ｓ１０５）よりも低い温度で熱処理する。この工程は必ずしも必須の工程ではないが、この予備熱処理工程を行うことによってメッキ層の残留応力が開放されるため、次に行う粗加工の際にメッキ層にクラックが発生することを抑制することができる。

図３は、メッキ層１２の熱処理温度とビッカース硬度（ＨＶ０．１）との関係を示すグラフである。熱処理は大気中で行い、熱処理時間は１時間とした。ビッカース硬度は、Ａｋａｓｈｉ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製Ｈａｒｄｎｅｓｓ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ（モデルＨＭ−１１３）測定器を使用し、ＪＩＳ Ｚ ２２４４の規定に従い、試験力０．９８Ｎで測定した。熱処理前のメッキ層１２はビッカース硬度が約５５０ＨＶ０．１と低いが、熱処理温度が高くなるに従って硬度が上昇し、３００℃の熱処理で約９７０ＨＶ０．１まで硬化する。これは、熱処理前に非晶質であったメッキ層が、熱処理によって結晶化が進行し、Ｎｉ中に微細なＮｉ_３Ｐが分散した結晶質の組織に変化するためではないかと考えられる。

予備熱処理工程の後のメッキ層１２のビッカース硬度は、７００ＨＶ０．１以下とすることが好ましい。それにより、ダイヤモンドバイトを著しく摩耗させることなく容易に加工することができる。また、予備熱処理工程における熱処理の温度は、１５０℃〜２５０℃の範囲であることが好ましい。図３によると、１５０℃〜２５０℃の温度で熱処理したメッキ層１２のビッカース硬度は、５８０ＨＶ０．１〜７００ＨＶ０．１である。そのため、ダイヤモンドバイトを著しく摩耗させることなく容易に加工することができると共に、メッキ層の残留応力を効果的に開放させることができる。

熱処理は大気中で行ってもよいし、真空中で行ってもよい。また、窒素や不活性ガスの雰囲気中で行ってもよい。熱処理の装置に特に制限はなく、電気ヒーターなど公知の装置を適宜用いて実施すればよい。

（工程Ｓ１０４：粗加工工程）
次に、メッキ層１２をダイヤモンドバイト等のバイトを用いて所望の最終形状に近似する形状に加工する（図２（ｃ））。予備熱処理工程を行った場合にはメッキ層１２の残留応力が開放されているため、加工の際にクラックが発生することを抑制することができる。

加工は、公知の加工装置、加工方法により実施すればよい。粗加工工程後のメッキ層１２の形状は、最終形状に近似する形状であり、粗加工工程の前よりも最終形状との差が小さくなっている。そのため、メッキ層１２が硬化した後に行う仕上げ加工工程（工程Ｓ１０６）の際の取り代を小さくすることができ、バイトの摩耗を抑制することができる。仕上げ加工工程におけるバイトの摩耗を効果的に抑制する観点からは、粗加工工程におけるメッキ層１２の取り代の最大値ｄ１は、仕上げ加工工程における取り代の最大値ｄ２よりも大きいことが好ましい。粗加工工程により最終形状にできるだけ近い形状に加工することが好ましいが、次に行う第２の熱処理工程で変形してしまうことを考慮すると、必要以上に最終形状に近づけることは加工コストが高くなるだけで好ましくない。そのため、粗加工工程後の形状と最終形状との差は、０．５〜５μｍが好ましく、１〜４μｍがより好ましい。

（工程Ｓ１０５：第２の熱処理工程）
次に、熱処理によってメッキ層１２を硬化させる。後述の仕上げ加工工程（工程Ｓ１０６）を行う前に、この熱処理工程でメッキ層１２の結晶化を十分進行させておくことにより、仕上げ加工工程で仕上げた形状がその後の工程で崩れることを抑制できる。なお、上述の予備熱処理工程（工程Ｓ１０３）と明確に区別するため、以下、本工程を第２の熱処理工程ともいう。

図３に示すように、３００℃の熱処理を行うと、メッキ層１２のビッカース硬度は５５０ＨＶ０．１から９７０ＨＶ０．１まで大きく上昇するのに対して、４００℃の熱処理を行った場合のビッカース硬度は１０００ＨＶ０．１であり、熱処理温度を３００℃から４００℃まで高くしても、ビッカース硬度の上昇は僅かである。即ち、３００℃以上の温度で熱処理を行うことでメッキ層１２の結晶化を十分に進行させることができると考えられる。従って、仕上げ加工工程を行う前に、熱処理によってメッキ層１２を硬化させておくことで、その後に更に結晶化が進行することによる変形を抑制することができ、仕上げ加工工程で仕上げた形状がその後の工程で崩れることを抑制できる。結晶化を十分に進行させてその後の変形を十分に抑制させる観点から、第２の熱処理工程の後のメッキ層１２のビッカース硬度は９００ＨＶ０．１以上であることが好ましく、９５０ＨＶ０．１以上であることがより好ましい。

一方、熱処理の温度が高すぎると、メッキ層１２が酸化して劣化する問題が起こる場合がある。結晶化を十分に進行させると共に、酸化による劣化を防止する観点から、第２の熱処理工程における熱処理の温度は、３００℃〜５５０℃の範囲であることが好ましく、３５０℃〜５００℃の範囲であることがより好ましい。また、実際の成形で使用する際の金型温度以上の温度とすることが好ましい。

予備熱処理工程の場合と同様、熱処理は大気中で行ってもよいし、真空中で行ってもよい。また、窒素や不活性ガスの雰囲気中で行ってもよい。熱処理の装置に特に制限はなく、電気ヒーターなど公知の装置を適宜用いて実施すればよい。

（工程Ｓ１０６：仕上げ加工工程）
第２の熱処理工程で熱処理されたメッキ層１２を、ダイヤモンドバイト等のバイトを用いて所望の最終形状に加工する（図２（ｄ））。メッキ層１２は第２の熱処理工程によって硬化しているが、上述の粗加工工程（工程Ｓ１０４）によって最終形状に近似する形状にまで加工されているため、バイトの摩耗を最小限に抑えることができる。また、仕上げ加工工程を行うことによって、第２の熱処理工程における結晶化によって増大したメッキ層１２の面粗さを低減させることができる。加工は、公知の加工装置、加工方法により実施すればよい。仕上げ加工工程の際の取り代の最大値ｄ２は、粗加工工程後の形状と最終形状との差、及び、第２の熱処理工程における変形量によって決まる。通常は、０．５〜５μｍが好ましく、１〜４μｍがより好ましい。

仕上げ加工工程が完了すると、ガラス成形用金型１０が完成する。ただし、メッキ層１２の劣化の抑制や、ガラス成形体へのエアー溜まりの発生の抑制という効果を得る観点からは、仕上げ加工工程に引き続いて、以下に説明する工程Ｓ１０７、工程Ｓ１０８を行うことがより好ましい。

（工程Ｓ１０７：保護膜の形成）
メッキ層１２の上に保護膜１３を形成する（図２（ｅ））。この工程は必ずしも必須の工程ではないが、メッキ層１２の上に保護膜１３を形成することで、酸化によるメッキ層１２の劣化を抑制することができる。

保護膜１３の好ましい材質として、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）等が挙げられる。中でも、クロム、アルミニウム、及びチタンのうち少なくとも１つの元素を含むことが好ましい。例えば、金属クロム、金属アルミニウム、金属チタンの他、これらの酸化物や窒化物、あるいはこれらの混合物等が好適である。このように、保護膜１３にクロム、アルミニウム、及びチタンのうち少なくとも１つの元素が含まれていると、大気中での加熱によってこれらの元素が酸化し、表面に安定な酸化物の層が形成されるという特徴がある。これらの酸化物は、標準生成自由エネルギー（標準生成ギブスエネルギー）が小さく非常に安定であるため、高温の溶融ガラス滴と接触しても容易に反応することがないという大きな利点を有している。中でも、クロムの酸化物は特に安定であるため、クロム元素を含む保護膜１３を設けることがより好ましい。

保護膜１３の厚みは、メッキ層１２の酸化を抑制する観点から、通常は、０．０５μｍ以上が好ましい。しかし、保護膜１３が厚すぎると、剥離等の欠陥が発生しやすくなる場合がある。そのため、保護膜１３の厚みは、０．０５μｍ〜５μｍが好ましく、０．１μｍ〜１μｍが特に好ましい。

（工程Ｓ１０８：保護膜の表面の粗面化）
次に、保護膜１３の表面を粗面化する（図２（ｆ））。この工程は必ずしも必須の工程ではないが、保護膜１３の表面を粗面化することで、加圧成形の際にガラスと保護膜１３との間にエアーが閉じこめられてガラス成形体にエアー溜まりが発生することを抑制することができる。

粗面化の方法に特に制限はなく、各種エッチングやブラスト処理などの方法から適宜選択すればよい。均一な凹凸を容易に形成できるという観点からは、ウェットエッチングや、ドライエッチングにより行うことが好ましい。エッチング後の保護膜１３の表面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．００５μｍ以上、且つ、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．５μｍ以下であることが好ましい。それにより、ガラス成形体に空気溜まりが発生することを効果的に抑制することができる。また、ガラス成形体の表面粗さを抑える観点からは、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以下であることが好ましく、０．０３μｍ以下であることがより好ましい。なお、算術平均粗さ（Ｒａ）、及び、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１において定義される粗さパラメータである。これらのパラメータの測定は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）のように、空間解像度が０．１μ以下の測定機を用いて行う。

（ガラス成形体の製造方法）
次に、本実施形態のガラス成形体の製造方法について、図４〜図６を参照しながら説明する。図４は、ガラス成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図５及び図６は本実施形態で使用するガラス成形体の製造装置の模式図である。図５は下型に溶融ガラス滴を滴下する工程（Ｓ２０３）における状態を、図６は、滴下した溶融ガラス滴を下型と上型とで加圧する工程（Ｓ２０５）における状態を、それぞれ示している。

図５及び図６に示すガラス成形体の製造装置は、溶融ガラス２１を収容する溶融槽２２と、溶融槽２２の下部に接続され、溶融ガラス滴２０を滴下するための滴下ノズル２３と、滴下した溶融ガラス滴２０を受けるための下型１０ａ（第１の金型）と、下型１０ａと共に溶融ガラス滴２０を加圧成形するための上型１０ｂ（第２の金型）と、を有している。本発明のガラス成形用金型の製造方法で作製した金型は、下型１０ａとして用いることもできるし、上型１０ｂとして用いることもできる。ここでは、本発明のガラス成形用金型の製造方法で作製した金型を、下型１０ａと上型１０ｂの両方に用いる場合を例に挙げて説明する。下型１０ａと上型１０ｂとは、それぞれ、基材１１の上にメッキ層１２と保護膜１３とを有し、保護膜１３の表面が粗面化されている。なお、上述のように、保護膜１３は必ずしも必要ではなく、また、保護膜１３の表面を粗面化せずにそのまま使用してもよい。

下型１０ａと上型１０ｂとは、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、内部に埋め込んで使用するカートリッジヒーターや、外側に接触させて使用するシート状のヒーター、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。下型１０ａと上型１０ｂとをそれぞれ独立して温度制御することができる構成であることが好ましい。下型１０ａは、図示しない駆動手段により、溶融ガラス滴２０を受けるための位置（滴下位置Ｐ１）と、上型１０ｂと対向して加圧成形を行うための位置（加圧位置Ｐ２）との間を、ガイド２５に沿って移動可能に構成されている。また上型１０ｂは、図示しない駆動手段により、溶融ガラス滴２０を加圧する方向（図の上下方向）に移動可能に構成されている。

以下、図４に示すフローチャートに従い、ガラス成形体の製造方法の各工程について順を追って説明する。

先ず、下型１０ａ及び上型１０ｂを所定温度に加熱する（工程Ｓ２０１）。所定温度とは、加圧成形によってガラス成形体に良好な転写面を形成できる温度を適宜選択すればよい。下型１０ａと上型１０ｂ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、ガラスの種類や、形状、大きさ、ガラス成形用金型の材質、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としたとき、Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度に設定することが好ましい。

次に、下型１０ａを滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ２０２）、滴下ノズル２３から溶融ガラス滴２０を滴下する（工程Ｓ２０３）（図５参照）。溶融ガラス滴２０の滴下は、溶融ガラス２１を収容する溶融槽２２に接続された滴下ノズル２３を所定温度に加熱することによって行う。滴下ノズル２３を所定温度に加熱すると、溶融槽２２に収容された溶融ガラス２１は、自重によって滴下ノズル２３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２３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２３から自然に分離し、溶融ガラス滴２０となって下方に落下する。

滴下ノズル２３から滴下する溶融ガラス滴２０の質量は、滴下ノズル２３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２０を滴下させることができる。また、滴下ノズル２３から滴下した溶融ガラス滴２０を、一旦、貫通細孔を有する部材に衝突させ、衝突した溶融ガラス滴の一部を、貫通細孔を通過させることによって、微小化された溶融ガラス滴を下型１０ａに滴下してもよい。このような方法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を得ることができるため、滴下ノズル２３から滴下する溶融ガラス滴２０をそのまま下型１０ａで受ける場合よりも、微小なガラスゴブの製造が可能となる。なお、滴下ノズル２３から溶融ガラス滴２０が滴下する間隔は、滴下ノズル２３の内径、長さ、加熱温度などによって微調整することができる。

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１０ａを加圧位置Ｐ２に移動し（工程Ｓ２０４）、上型１０ｂを下方に移動して、下型１０ａと上型１０ｂとで溶融ガラス滴２０を加圧成形する（工程Ｓ２０５）（図６参照）。下型１０ａで受けられた溶融ガラス滴２０は、加圧成形される間に下型１０ａや上型１０ｂとの接触面からの放熱によって冷却され、固化してガラス成形体２６となる。ガラス成形体２６が所定の温度にまで冷却されると、上型１０ｂを上方に移動して加圧を解除する。ガラスの種類や、ガラス成形体２６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してから加圧を解除することが好ましい。

溶融ガラス滴２０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２６のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、上型１０ｂ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。

その後、上型１０ｂを上方に移動して退避させ、固化したガラス成形体２６を回収し（工程Ｓ２０６）、ガラス成形体２６の製造が完成する。その後、引き続いてガラス成形体２６の製造を行う場合は、下型１０ａを再度滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ２０２）、以降の工程を繰り返せばよい。なお、本実施形態のガラス成形体の製造方法は、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、ガラス成形体２６を回収する前にガラス成形体２６の形状を検査する工程や、ガラス成形体２６を回収した後に下型１０ａや上型１０ｂをクリーニングする工程等を設けてもよい。

上述のように、本実施形態で用いる下型１０ａ及び上型１０ｂは、第２の熱処理工程でメッキ層１２の結晶化を進行させた後に、所望の最終形状に加工する仕上げ加工を行っているため、ガラス成形体の製造工程での加熱による形状変化を抑制することができ、長期間にわたって形状精度の高いガラス成形体を製造することができる。更に、仕上げ加工によって面粗さの低減されたガラス成形用金型を用いているため、面粗さの小さいガラス成形体を製造することができる。

なお、ここでは、滴下した溶融ガラス滴を下型で受け、受けた溶融ガラス滴を、下型と上型とにより加圧成形してガラス成形体を得る方法（液滴成形法）を例に挙げて説明したが、本発明のガラス成形用金型の製造方法で作製した金型は、他の方法によるガラス成形体の製造にも好適に用いることができる。例えば、予め所定質量及び形状を有するガラスプリフォームを作製し、該ガラスプリフォームを成形用金型とともに加熱して加圧成形する方法（リヒートプレス法）にも好ましく用いることができる。

本実施形態の製造方法により製造されたガラス成形体２６は、デジタルカメラ等の撮像レンズ、ＤＶＤ等の光ピックアップレンズ、光通信用のカップリングレンズ等の各種光学素子として用いることができる。また、リヒートプレス法による各種光学素子の製造に用いるガラスプリフォームとして使用することもできる。

１０ ガラス成形用金型
１０ａ 下型（第１の金型）
１０ｂ 上型（第２の金型）
１１ 基材
１２ メッキ層
１３ 保護膜
１５ 成形面
２０ 溶融ガラス滴
２１ 溶融ガラス
２２ 溶融槽
２３ 滴下ノズル
２５ ガイド
２６ ガラス成形体
Ｐ１ 滴下位置
Ｐ２ 加圧位置

Claims (12)

1. 基材の表面にＮｉ−Ｐメッキからなるメッキ層を形成する工程と、
   前記メッキ層を、所望の最終形状に近似する形状に加工する粗加工工程と、
   前記粗加工工程の後、熱処理によって前記メッキ層を硬化させる熱処理工程と、
   前記熱処理工程によって硬化した前記メッキ層を、前記所望の最終形状に加工する仕上げ加工工程と、を有することを特徴とするガラス成形用金型の製造方法。
2. 前記仕上げ加工工程における前記メッキ層の取り代の最大値よりも、前記粗加工工程における前記メッキ層の取り代の最大値の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載のガラス成形用金型の製造方法。
3. 前記仕上げ加工工程における前記メッキ層の取り代の最大値は、０．５μｍ〜５μｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載のガラス成形用金型の製造方法。
4. 前記熱処理工程における熱処理の温度は、３００℃〜５５０℃の範囲であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のガラス成形用金型の製造方法。
5. 前記熱処理工程の後の前記メッキ層のビッカース硬度は９００ＨＶ０．１以上であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のガラス成形用金型の製造方法。
6. 前記粗加工工程に先だって、前記熱処理工程よりも低い温度で前記メッキ層を熱処理する予備熱処理工程を有することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のガラス成形用金型の製造方法。
7. 前記予備熱処理工程における熱処理の温度は、１５０℃〜２５０℃の範囲であることを特徴とする請求項６に記載のガラス成形用金型の製造方法。
8. 前記予備熱処理工程の後の前記メッキ層のビッカース硬度は７００ＨＶ０．１以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載のガラス成形用金型の製造方法。
9. 前記仕上げ加工工程の後、前記メッキ層の表面にクロムからなる保護膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のガラス成形用金型の製造方法。
10. 前記保護膜の表面をエッチングにより粗面化する工程を有することを特徴とする請求項９に記載のガラス成形用金型の製造方法。
11. 請求項１から１０の何れか１項に記載の方法により製造したガラス成形用金型で、ガラス素材を加圧成形することを特徴とするガラス成形体の製造方法。
12. 第１の金型に溶融ガラス滴を滴下する工程と、
    滴下した前記溶融ガラス滴を、前記第１の金型と、前記第１の金型に対向する第２の金型とで加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法において、
    前記第１の金型及び前記第２の金型のうち少なくとも一方は、請求項１から１０の何れか１項に記載の方法により製造したガラス成形用金型であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。

Images