JPH1179760A

JPH1179760A - ガラス光学素子用成形型、ガラス光学素子の製造方法および成形型の再生方法

Info

Publication number: JPH1179760A
Application number: JP10199267A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Hirota; 慎一郎広田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 1999-03-23
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: JP3273921B2

Abstract

(57)【要約】【課題】繰り返しの使用によりプルアウトなどが生じ
た場合でも、再使用可能な成形型及びこの成形型を用い
たガラス光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】加熱軟化した被成形ガラス素材を加圧成
形してガラス光学素子を得るための、上型および下型を
含む成形型であって、前記上型および下型の少なくとも
一方が、セラミック母材からなり、かつ該母材は成形面
において径が３００μｍ以上の表面孔を有さない成形
型。図中、上型２１および下型２２には、被成形ガラス
素材Ｇの表面に対向する成形面を少なくとも含むよう
に、密度が3.20g/cm^３以上の研削により成形面を再生す
ることが可能な程度の厚みのβ型炭化ケイ素が形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、レンズなどのガラ
ス光学素子の成形に使用されるセラミック母材を用いた
成形型に関する。より詳細には、本発明は、再生使用可
能な成形型及びその再生方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷間での研削や研磨を行わないガラス成
形体のプレス成形に用いられる成形型においては、プレ
ス成形時に型の成形面がガラス面にそのまま転写され
る。そのため、型の成形面が光学的鏡面に加工可能なこ
と、高温でも酸化による肌荒れを起こさないこと、被成
形ガラスと接触したときにガラスとの融着を起こし難い
こと、および、プレス成形時の衝撃に耐える機械的強度
を持つことなどが必要とされている。

【０００３】このような成形型は、種々開発されてき
た。たとえば、特開昭63-45135号公報には、「被成形ガ
ラスをプレス成形する上型と下型とを有する成形型にお
いて、前記被成形ガラスの表面に対向する前記成形型の
型基盤の表面上に、主として１１１面配向性を有するベ
ータ炭化ケイ素膜が被着されたことを特徴とするガラス
成形型」が提案されている。

【０００４】また、特開平１-83529号公報には、「ガラ
ス成形型の基盤材料を、製造されるべきガラス成形体の
形状に対応する形状に加工した後、基盤材料温度250〜4
50℃で、スパッターガスとして不活性ガスを、スパッタ
ーターゲットとしてグラファイトを用いてスパッター法
により硬質炭素膜を前記の基盤材料上に形成することを
特徴とするガラス成形型の製造方法」が開示されてい
る。

【０００５】この公報には以下の記載がある。基盤材料
として炭化ケイ素焼結体を用い、これを製造されるべき
ガラス成形体の形状に対応する形状に粗加工した後、こ
の基盤材料表面に、ＣＶＤ(Chemical Vapor Depositio
n)法により炭化ケイ素膜（500μm厚）を形成させる。次
にこの炭化ケイ素膜の表面を、製造されるべきガラス成
形体の形状に仕上げ加工した後、この上にスパッター法
により硬質炭素膜を形成する。また、硬質炭素膜を設け
ない場合は数回のプレス成形でガラスの融着が認められ
るが、硬質炭素膜（1000Å厚）を設けたものは150回で
はガラスの融着はなく、200〜300回で初めて融着が認め
られたことを記載されている。硬質炭素膜は酸素プラズ
マアッシングにより容易に除膜ができるので、除膜化と
被膜化を繰り返すことにより、成形型を再生利用できる
という利点もあるとの記載もある。さらに、特開平2-38
330号公報には、硬質炭素膜を酸素プラズマアッシング
により除去した後、新たな硬質炭素膜を形成する前に、
フッ化水素又はその塩の水溶液により成形型の成形面を
処理することにより、優れた付着力が得られる点が開示
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＣＶＤ法による炭化ケ
イ素膜は、緻密で光学的鏡面加工ができ、極表面層は酸
化するものの、高温では酸化がほとんど進行しないため
肌荒れしないという特長を有する。しかしながら、炭化
ケイ素膜とガラス素材が直接接触するように、そのまま
ガラス素材をプレスすると、ガラスが炭化ケイ素膜に融
着するとともに、炭化ケイ素層が局所的にえぐり取られ
る（これを、以後「プルアウト」と称する。）場合があ
る。

【０００７】そこで、硬質炭素膜等の離型膜を形成し
て、離型性を向上させているが、硬質炭素膜等は永久膜
ではなく、200回程度ごとに除膜と成膜を繰り返す必要
がある。たとえば、成膜が不均質だったり、或いは、成
膜条件の変動によって長持ちしない成膜がなされた場合
に、プレス成形によってプルアウトが発生してしまう。
プルアウトが生じると、レンズ外観の不良が生じるた
め、そのような型は、そのまま使用することができなく
なる。また、除膜の際に、酸素プラズマで炭素膜をアッ
シングして除去するが、このときに、炭化ケイ素の表面
も酸化される。炭化ケイ素の表面が酸化すると、次の成
膜での炭素膜の付着力が低下するため、この酸化層をフ
ッ化水素又はその塩の水溶液で溶解除去してから次の成
膜を行う。この繰り返しにより炭化ケイ素の表面に肌荒
れが生じる。このように肌荒れが生じた型を使用してガ
ラス光学材料をプレスすると、ガラス成形体（レンズ）
にクモリが生じてしまう。

【０００８】このように、ＣＶＤ法による炭化ケイ素の
成形面のライフは比較的短い。そこで、使用できなくな
った成形型の成形面のみを再加工して、成形型を再使用
できることが望まれる。しかしながら、ＣＶＤ法の炭化
ケイ素膜の膜厚は通常厚く成膜しても数100（数百）μm
で、加工後の残存厚さは200〜300μm程度であり、肌荒
れが生じた場合は1〜2回は再生可能である。しかし、プ
ルアウトは深く形成されるため、プルアウトを取り除く
ために成形面を研削加工すると上記炭化ケイ素膜はほと
んど削り取られてしまう。

【０００９】また、再生しようとする成形型に、ＣＶＤ
法によって炭化ケイ素膜を新たに上積みすることが考え
られる。しかし、この場合、ＣＶＤ法では、基盤である
炭化ケイ素焼結体からなる成形型の成形面のみならず、
側面や底部にも炭化ケイ素膜が析出する。炭化ケイ素膜
が再生しようとする成形型の全面に再形成された場合、
成形型の側面や裏面などを高精度に再加工する必要があ
り、成形型のコストが高くなる。また、炭化ケイ素膜が
形成されないように側面や底部を保護したとしても、ガ
スが隙間に入り込み、完全に保護することは難しい。こ
のため、側面や底部に析出した炭化ケイ素膜を加工して
除去する工程が必要となり、単純に、成形面のみに炭化
ケイ素膜を形成するだけで成形型を再生することはでき
ない。

【００１０】そこで本発明の目的は、繰り返しの使用に
より成形面にプルアウトなどの劣化が生じた場合でも、
再使用が可能かつ容易な成形型及びその再生方法を提供
することにある。本発明の他の目的は、上記成形面が再
加工可能な成形型を用いた光学素子の製造方法を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、加熱軟化した
被成形ガラス素材を加圧成形してガラス光学素子を得る
ための、上型および下型を含む成形型であって、前記上
型および下型の少なくとも一方が、セラミック母材から
なり、かつ該母材は成形面において３００μｍ以上の表
面孔を有さないことを特徴とする成形型(以下、第1の成
形型という)に関する。さらに本発明は、加熱軟化した
被成形ガラス素材を加圧成形してガラス光学素子を得る
ための、上型および下型を含む成形型であって、前記上
型および下型の少なくとも一方の成形面を形成する部分
が、研削により成形面を再生することが可能な程度の厚
みを有し、かつ3. 20 g/cm^３以上の密度のβ型炭化ケ
イ素からなることを特徴とする成形型(以下、第２の成
形型という)に関する。さらに本発明は、加熱軟化した
被成形ガラス素材を、成形型で加圧成形してガラス光学
素子を得る工程を繰り返して行うガラス光学素子の製造
方法であって、前記成形型がセラミック母材からなり、
かつ該成形型は、少なくとも研削を行うことにより再生
した成形面を有し、かつ該再生した成形面は３００μｍ
以上の表面孔を有さないことを特徴とする方法に関す
る。加えて本発明は、加熱軟化した被成形ガラス素材
を、成形型で加圧成形してガラス光学素子を得る工程を
繰り返して行うガラス光学素子の製造方法であって、前
記成形型を構成する上型および下型の少なくとも一方の
成形面を形成する部分が、研削により成形面を再生する
ことが可能な程度の厚みを有し、前記成形型は少なくと
も研削を行うことにより再生した成形面を有し、かつ3.
20 g/cm^３以上の密度のβ型炭化ケイ素からなるがセ
ラミック母材からることを特徴とする方法に関する。ま
た本発明は、加熱軟化した被成形ガラス素材を加圧成形
してガラス光学素子を得るための、上型および下型を含
む成形型であって、前記上型および下型の少なくとも一
方の成形面を形成する部分が、研削により成形面を再生
することが可能な程度の厚みを有し、かつ3.20g/cm^３以
上の密度のβ型炭化ケイ素からなる成形型の再生方法で
あって、加圧成形の繰り返しにより劣化した成形面を、
成形面を研削する工程を含む方法で再生する方法に関す
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の成形型は、加熱軟化した
被成形ガラス素材を加圧成形してガラス光学素子を得る
ための、上型および下型を含む成形型である。加熱軟化
した被成形ガラス素材を加圧成形して直接、高精度のガ
ラス光学素子を得る方法は公知であり、本発明の成形型
は、成形の条件やガラスの種類によらず適用することが
できる。本発明の成形型は、上型および下型を含むもの
であり、上型および下型の形状には特に制限はない。ま
た、本発明の成形型は、上型および下型以外の部材、例
えば、上型および下型の移動を妨げることなく位置決め
（中心合わせ）ができるスリーブや上型または下型を押
すための押し型等を有することができる。

【００１３】本発明の第1の成形型は、上型および下型
の少なくとも一方が、セラミック母材からなり、かつ該
母材は成形面において３００μｍ以上の表面孔を有さな
いことを特徴とする。本発明において、セラミック母材
としては、研削及び研磨をするだけで成形型の成形面を
構成することができる程度の緻密さと成形型の母材とし
て耐え得る強度及び硬度を有するものであれば特に制限
はない。例えば、SiC、Si₃N₄、Al₂O₃、ムライト、Zr
O₂、Al₂O₃-TiO₂等を挙げることができる。焼結により製
造されるセラミックに限らず、CVD法、その他の堆積方
法等により製造されたものを用いることができるが、緻
密さや強度及び硬度を考慮すると、CVD法で作成したも
のが好ましい。セラミック母材は、成形型全体がセラミ
ックからなる場合は勿論のこと、成形面を含む成形型の
一部がセラミックからなり、かつ成形型の強度等が該セ
ラミックに依存している場合も含む。このようなセラミ
ックからなる母材からなる本発明の第１の成形型によれ
ば、繰り返しの使用により肌荒れやプルアウトが生じた
場合でも、セラミック母材の一部を研削することによ
り、成形面を再生して、成形型を再使用することが可能
となる。上型および下型の一部がセラミックからなる場
合の、セラミックからなる部分の厚みは、研削により成
形面を再生することが可能な程度であり、最小厚みが、
例えば、3mm〜50mmの範囲であることが好ましい。ま
た、上型または下型の全体がセラミックからなる場合
の、セラミックからなる上型または下型の厚みも同様
に、3mm〜50mmの範囲であることが好ましい。

【００１４】本発明の第1の成形型は、セラミック母材
が成形面において３００μｍ以上の表面孔を有さない。
表面孔の大小及び存在不存在は、セラミック母材の緻密
性を表す指標となる。表面孔とは、いわゆるポツと呼ば
れるもので、線傷とは異なり、母材中の気孔や結晶粒界
が表面に現れたものであることが多い。本発明の成形型
においては、セラミック母材の成形面を研削及び研磨を
した後に得られる成形面が下記の状態1であることが必
要であり、好ましい状態は2〜21てあり、さらに好まし
いのは状態14〜21であり、特に好ましいのは17〜21であ
る。

【００１５】状態1: 径が３００μｍ以上の表面孔が存在しない。状態2:状態1において、さらに径が２００μｍ以上３０
０μｍ未満の表面孔が５個以内（０個も含む）である。状態3:状態1において、さらに径が２００μｍ以上３０
０μｍ未満の表面孔が２個以内（０個も含む）である。状態4:状態1において、さらに径が２００μｍ以上３０
０μｍ未満の表面孔が存在しない。状態5:状態２〜４において、さらに径が１５０μｍ以上
２００μｍ未満の表面孔が５個以内（０個も含む）であ
る。状態6:状態２〜４において、さらに径が１５０μｍ以上
２００μｍ未満の表面孔が２個以内（０個も含む）であ
る。状態7:状態２〜４において、さらに径が１５０μｍ以上
２００μｍ未満の表面孔が存在しない。状態8:状態２〜７において、さらに径が１００μｍ以上
１５０μｍ未満の表面孔が５個以内（０個も含む）であ
る。状態9:状態２〜７において、さらに径が１００μｍ以上
１５０μｍ未満の表面孔が２個以内（０個も含む）であ
る。状態10:状態２〜７において、さらに径が１００μｍ以
上１５０μｍ未満の表面孔が存在しない。状態11:状態２〜１０において、さらに径が５０μｍ以
上１００μｍ未満の表面孔が５個以内（０個も含む）で
ある。状態12:状態２〜１０において、さらに径が５０μｍ以
上１００μｍ未満の表面孔が２個以内（０個も含む）で
ある。状態13:状態２〜１０において、さらに径が５０μｍ以
上１００μｍ未満の表面孔が存在しない。状態14:状態２〜１３において、さらに径が３０μｍ以
上５０μｍ未満の表面孔が５個以内（０個も含む）であ
る。状態15:状態２〜１３において、さらに径が３０μｍ以
上５０μｍ未満の表面孔が２個以内（０個も含む）であ
る。状態16:状態２〜１３において、さらに径が３０μｍ以
上５０μｍ未満の表面孔が存在しない。状態17:状態２〜１６において、さらに径が３μｍ以上
３０μｍ未満の表面孔が５個以内（０個も含む）であ
る。状態18:状態２〜１６において、さらに径が３μｍ以上
３０μｍ未満の表面孔が２個以内（０個も含む）であ
る。状態19:状態２〜１６において、さらに径が３μｍ以上
３０μｍ未満の表面孔が存在しない。状態20:状態1〜１９において、さらに表面孔の径の合計
が２００μｍ以下である。状態21:状態1〜１９において、さらに表面孔の径の合計
が２００μｍ以下である。

【００１６】尚、３０μｍ以上の径の表面孔は、６０Ｗ
の電球下で肉眼により存在を確認することができる。ま
た状態１７及び１８にある表面孔の径とは、表面孔の外
接円の直径である。さらに上記成形型母材は、高温域に
おいて高硬度であることが好ましい。例えば、室温から
１００℃の温度範囲において、ビッカース硬度が７００
ｋｇ／ｍｍ ^２以上であることが好ましく、同温度範囲に
おいて１０００ｋｇ／ｍｍ^２以上であることがより好ま
しく、同温度範囲において２０００ｋｇ／ｍｍ^２以上で
あることがさらに好ましく、３０００ｋｇ／ｍｍ^２以上
であることが最も好ましい。さらに、セラミック母材
は、弾性率が４００ＧＰａ以上、耐変形強度が１２０×
１０^６ＭＮ／ｋｇ以上、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以
上であることが好ましい。さらに上記成形型母材は、CD
V法で形成したβ型炭化ケイ素であることが好ましい。C
DV法で形成したβ型炭化ケイ素は、理論密度である3. 2
1g/cm^３に近い3.20g/cm^３以上の密度を有し、ビッカー
ス硬度等の物性が上記条件を満たすからである。

【００１７】上記本発明の第１の成形型は、成形面の直
上に炭素薄膜を有することができる。炭素薄膜として
は、例えば、非晶質および／または結晶質の、グラファ
イト構造および／またはダイヤモンド構造を有する少な
くとも一層の炭素系離型膜であって、Ｃ−Ｈ結合を含ま
ないもの、または、Ｃ−Ｈ結合を含むものである炭素系
離型膜を挙げることができる。このような炭素膜は、ス
パッタリング法、プラズマＣＶＤ法、ＣＶＤ法、イオン
プレーティング法などの手段にて、セラミック母材の成
形面上に直に成膜できる。炭素薄膜の詳細については後
述の第2の成形型において説明する。

【００１８】本発明の第２の成形型は、前記上型および
下型の少なくとも一方の成形面を形成する部分が、研削
により成形面を再生することが可能な程度の厚みを有
し、かつ3. 20g/cm^３以上の密度のβ型炭化ケイ素から
なることを特徴とする。本発明の第２の成形型は、上型
および下型の成形面を形成する部分、即ち、上型および
下型の一部がβ型炭化ケイ素からなるか、または上型お
よび／または下型の全体がβ型炭化ケイ素からなること
ができる。このようなβ型炭化ケイ素からなる部分を有
する本発明の第２の成形型によれば、繰り返しの使用に
より肌荒れやプルアウトが生じた場合でも、β型炭化ケ
イ素の層を研削することにより、成形面を再生して、成
形型を再使用することが可能となる。

【００１９】上型および下型の一部がβ型炭化ケイ素か
らなる場合の、β型炭化ケイ素からなる部分の厚みは、
研削により成形面を再生することが可能な程度であり、
最小厚みが、例えば、3mm〜50mmの範囲であることが好
ましい。また、上型または下型の全体がβ型炭化ケイ素
からなる場合の、β型炭化ケイ素からなる上型または下
型の厚みも同様に、3mm〜50mmの範囲であることが好ま
しい。この厚みが厚い程、再生の回数を重ねることが可
能となるが、厚くなる程、作製が難しくなることから上
記範囲であることが、実用的な観点から好ましい。即
ち、β型炭化ケイ素からなる部分の厚み（最小厚み）が
３mmあれば、深さ約100μm程度のプルアウトが生じた場
合でも、再生のために約200μm程度、成形面を削り落し
ても、成形型を１０回程度再利用できる。また、例え
ば、ＣＶＤによりβ型炭化ケイ素を形成する場合に、そ
の厚みが50mmを越えると、成長粒が粗大化して、所望の
密度を得られにくくなるからである。同様の理由によ
り、3〜40mmであることがより好ましい。但し、成長粒
が粗大化した場合であっても、該粗大化した端部を成形
面の側に(即ち反転)することにより、本発明に用いるこ
とは可能である。

【００２０】成形型を形成するβ型炭化ケイ素は、密度
が3.20 g/cm^３以上である。このような密度を有するβ
型炭化ケイ素は、例えば、ＣＶＤ法により形成すること
ができる。但し、ＣＶＤを用いて作製したβ型炭化ケイ
素に限定されるものではなく、密度が3.20 g/cm^３以上
のものであれば、他の手法を用いて作成しても良い。ま
た、β型炭化ケイ素の理論密度は3.21 g/cm^３であり、
この理論密度に近いものが好ましい。

【００２１】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、さらに、成形面に、非晶質および／または結晶質
の、グラファイト構造および／またはダイヤモンド構造
を有する少なくとも一層の炭素系離型膜であって、Ｃ−
Ｈ結合を含まないもの、または、Ｃ−Ｈ結合を含むもの
の一方である炭素系離型膜が形成されている。このよう
な炭素膜は、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、Ｃ
ＶＤ法、イオンプレーティング法などの手段にて成膜で
きる。

【００２２】この炭素系離型膜には、例えば、特開平１
−83529号公報に記載された硬質炭素膜や、特開平２−1
99036号公報に記載されたｉ−カーボン膜を使用するこ
とができる。このような膜は、上記公報に記載されたよ
うに、成膜／除膜することができ、これにより、成形型
を繰り返し使用することができる。

【００２３】上記特開平１−83529号公報に開示された
スパッタリング法で成膜する場合には、基盤温度250〜6
00°C、ＲＦパワー密度5〜15W／cm^２、スパッタリング
時真空度5×10^−４〜5×10^−１torrの範囲で、スパッタ
ガスとしてグラファイトを用いてスパッタリングするの
が好ましい。スパッタリング法を用いて、例えば、500
〜1000Åの硬質炭素膜を形成することができる。また、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法により成膜する場合には、
基盤温度650〜1000°C、マイクロ波電力200W〜１kW、ガ
ス圧力10^−２〜600torrの条件下に、原料ガスとしてメ
タンガスと水素ガスとを用いて成膜するのが好ましい。
さらに、特開平２−199036号公報に開示されたイオンプ
レーティング法により形成する場合には、基盤温度を20
0〜450°Cとして、ベンゼンガスをイオン化するのが好
ましい。イオンプレーティング法を用いて、例えば、50
0〜1000Åのｉ−カーボン膜を形成することができる。

【００２４】このように、成形面に硬質炭素膜或いはｉ
−カーボン膜が形成された成形型を所定回数だけ用い
て、ガラス素材をプレスして、ガラス光学素子を成形し
た後に、特開平２−38330号公報に開示された手法を用
いて、除膜および成膜をして、成形型を再生することが
できる。このとき、例えば、炭素薄膜を除膜した後、成
形型を研削等により再生し、次いで炭素薄膜の成膜を行
うことができる。

【００２５】本発明の成形型は、加圧成形の繰り返しに
より劣化した成形面を含む母材を、該成形面を研削する
工程を含む方法で再生することが可能なように、前記β
型炭化ケイ素等のセラミックから形成されている。即
ち、成形面が前述のように、研削により成形面を再生す
ることが可能な程度の厚みを有するβ型炭化ケイ素等の
セラミックから構成することで、成形面を研削する工程
を含む方法で再生することが可能になる。上記成形面に
生じた劣化は、例えば、肌荒れ、きず、プルアウトまた
はガラス融着であることができる。

【００２６】本発明の成形型は、β型炭化ケイ素等のセ
ラミックからなる成形面の形状を、異なる形状のガラス
光学素子の成形用に加工することも可能である。即ち、
本発明の成形型は、ある形状のガラス光学素子の成形に
使用した後に、他の形状のガラス光学素子を成形するた
めに、成形面を研削等により加工して、異なる形状のガ
ラス光学素子の成形用に加工して、リサイルすることも
できる。

【００２７】本発明の成形型は、例えば、円盤の端面が
成形面であるもの（例えば、図２の成形型における上
型）及び円盤の端面が成形面であり、かつ成形面と反対
側の端部に成形型の外周方向に突出した突起部を有する
もの（例えば、図３及び４の成形型における上型及び下
型）であることができる。但し、上型および下型の形状
は、円盤（円柱）状に限られるものでない。さらに、後
者の場合、突起部の成形面と同一配向の面が、成形面と
同様の厚みを研削可能である。この突起部は、スリーブ
との間で係止用として働く。上型成形面又は下型成形面
を削って再加工すると、上型又は下型の高さが短くな
り、結果として得られるガラス成形体の中心肉厚が増加
する。上型又は下型に設けられた突起部の成形面と同一
配向の面が、成形面と同様の厚みを研削可能であること
で、この成形型の厚みの減少によるガラス成形体の肉厚
の増加を調整することができる。また、実施例で詳述す
るように、突起部の研削によらず、スリーブの高さを調
整することでも同様の肉厚の調整は可能である。さら
に、必要によりスペーサーを用いて上型の加圧停止位置
（加圧成形後のガラスの肉厚を決定する）を再生のため
の研削の前と同様に維持することもできる。

【００２８】本発明の成形型は、成形面の再生または加
工により生ずる２つの成形面間の寸法を調整するための
高さ調整部材をさらに有することができる。前記のよう
に再生のため、成形面に研削等の加工を施すと、成形型
の高さ寸法が減少する。そこで、この高さ寸法の減少を
調整するための高さ調整部材を設けることができる。こ
れにより、ガラス光学素子を所定の肉厚に維持すること
が可能となる。高さ調整部材は、例えば、上型および下
型の少なくとも一方に取り付け可能なスペーサであるこ
とができる。また、高さ調整部材は、上型および下型を
内部に収容し、上型および下型の少なくとも一方を加圧
する加圧部材の動きを画定するスリーブであり、前記記
スリーブの長さが調整可能であるものであることもでき
る。上記スペーサとしては、箔や板状体であることがで
き、その素材としては特に限定はないが、金属、セラミ
ック等であることができる。ここで、例えば、スペーサ
が箔である場合には1枚または2枚以上の箔を、上型の上
部または下型の下部に挿入することで高さを調整するこ
とができ、板状体の場合には、再生前の板状体に代えて
該板状体よりも厚みの厚い板状体を挿入することにより
高さを調整することができる。このとき、セラミックは
成形面を含む緻密な物と同じ素材に限られない。

【００２９】本発明は、加熱軟化した被成形ガラス素材
を加圧成形してガラス光学素子を得るための、上型およ
び下型を含む成形型であって、前記上型および下型の少
なくとも一方の成形面を形成する部分が、研削により成
形面を再生することが可能な程度の厚みを有し、かつ3.
20g/cm^３以上の密度のβ型炭化ケイ素からなる成形型の
再生方法であって、加圧成形の繰り返しにより劣化した
成形面を、成形面を研削する工程を含む方法で再生する
方法も包含する。成形面に生じた劣化とは、例えば、肌
荒れ、きず、プルアウトまたはガラス融着であることが
できる。

【００３０】さらに本発明によれば、加熱軟化した被成
形ガラス素材を加圧成形してガラス光学素子を得るため
の、上型および下型を含む成形型であって、前記上型お
よび下型の少なくとも一方の成形面を形成する部分が、
研削により成形面を再生することが可能な程度の厚みを
有し、かつ3.20g/cm^３以上の密度のβ型炭化ケイ素から
なる成形型を異なる形状のガラス光学素子の成形用に加
工することもできる。即ち、前記上型および下型の少な
くとも一方のβ型炭化ケイ素からなる部分の成形面の一
部又は全部を、異なる形状のガラス光学素子の成形用に
研削することもできる。

【００３１】さらに本発明によれば、加熱軟化した被成
形ガラス素材を、成形型で加圧成形してガラス光学素子
を得る工程を繰り返して行うガラス光学素子の製造方法
であって、前記成形型がセラミック母材からなり、かつ
該成形型は、少なくとも研削を行うことにより再生した
成形面を有し、かつ該再生した成形面は３００μｍ以上
の表面孔を有さないことを特徴とする方法を提供するこ
とができる。

【００３２】加えて本発明によれば、加熱軟化した被成
形ガラス素材を、成形型で加圧成形してガラス光学素子
を得る工程を繰り返して行うガラス光学素子の製造方法
であって、前記成形型を構成する上型および下型の少な
くとも一方の成形面を形成する部分が、研削により成形
面を再生することが可能な程度の厚みを有し、前記成形
型は少なくとも研削を行うことにより再生した成形面を
有し、かつ3. 20 g/cm^３以上の密度のβ型炭化ケイ素
からなるがセラミック母材からることを特徴とする方法
を提供することができる。上記再生されるべき成形型
は、前記本発明の第２の成形型である。加熱軟化した被
成形ガラス素材を、成形型で加圧成形してガラス光学素
子を得る工程を繰り返して行うガラス光学素子の製造方
法は公知であり、公知の方法(例えば、特開平9-118530
号公報、特開平9-12317号公報等に記載の方法)をそのま
ま利用することができる。また、本発明の光学素子の製
造方法では、ガラス光学素子の製造に使用した後、少な
くとも研削を行うことにより再生した成形面を有する本
発明の成形型を用いて光学素子の製造を行う。成形型の
研削及び研磨による再生は、β型炭化ケイ素の加工にお
いて使用されている常法を使用することができる。

【００３３】本発明によれば、ＣＶＤによりβ−ＳｉＣ
の円盤を生成し、これを研削加工（場合によっては、こ
れに加えて研磨）することにより、所望の成形面を有す
るβ−ＳｉＣ等のセラミックを母材とする成形型を得て
いる。したがって、プレスを繰り返すことにより、成形
面にプルアウトが生じた場合であっても、成形面を所定
の厚みだけ削り落すことにより、成形型を再生すること
が可能となる。また、成形面の形状を変更して、他のガ
ラス素子を成形するための成形型に再生することが可能
となる。さらに、本発明によれば、β−ＳｉＣ等のセラ
ミックを母材とする成形型の成形面に、硬質炭素膜など
を形成している。これにより、良好な離型性をも確保す
ることが可能となる。

【００３４】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施の
形態につきさらに説明する。実施例１図１は、本発明の実施の形態にかかる成形型に用いるべ
きβ型炭化ケイ素（β−ＳｉＣ）を形成するためのＣＶ
Ｄ装置を説明する図である。図１に示すように、このＣ
ＶＤ装置は、縦型の石英ガラス反応管１を備え、その一
方にガス供給系２、他方に真空排気系３が、それぞれ配
置されている。石英ガラス反応管１には、ワークコイル
４が設けられている。また、石英ガラス反応管１の内部
には、カーボンヒーター（図示せず）が配置され、これ
が、15kw、400kHzの高周波誘導加熱により、所定温度に
加熱される。カーボンヒーターからの間接加熱により、
基体であるカーボン製の円盤（Ｃ）が加熱される。

【００３５】ガス供給系２内の原料ガスＨ_２、Ｃ_３Ｈ_８
は、それぞれ流量計５ａ、５ｂ、５ｃを通って、下部よ
り反応管１に供給される。その一方、原料であるＳｉＣ
ｌ_４用バブラー６は、20℃の恒温槽７の中にセットさ
れ、原料ガスＳｉＣｌ_４は、流路８、９を通ったＨ_２ガ
スにより反応管１内へキャリアされる。ＳｉＣｌ_４、Ｈ
_２およびＣ_３Ｈ_８は、混合器１０にて混合された後に、
反応管１内に導入される。また、本実施の形態において
は、全体のＨ_２量を一定に保つために、別系統のＨ _２ラ
イン（流路１１）を用意して直接石英反応管に供給す
る。

【００３６】真空排気系３は、油回転ポンプ１２ａ、１
２ｂを備え、これにより、反応管１からの排気がなされ
る。油回転ポンプ１２ａ、１２ｂと反応管１との間に、
トラップ１３、１３が設けられ、未反応ＳｉＣｌ_４およ
び反応副生成物であるＨＣｌが、それぞれ除去される。
また、反応管１内の圧力は、マノメータ１４により制御
される。

【００３７】本実施例においては、ＳｉＣｌ_４＋Ｈ
_２（モル比にしてＳｉＣｌ_４：Ｈ_２＝１：２）を900ml/
min、および、Ｃ_３Ｈ_８を60ml/minずつ、供給管１５か
ら供給し、その一方、Ｈ_２を450ml/minずつ、供給管１
１から供給する。また、基体加熱温度を1300〜1650℃、
炉内全圧力を5〜300Torrにして、240時間でβ−ＳｉＣ
を合成した。得られたβ−ＳｉＣは厚さが30〜35mmであ
る。基体加熱温度および炉内全圧力の条件と、観察結果
および析出面の配向性をＸ線回折で調べた結果とを表１
に示す。なお、厚さは時間によりコントロールされる
が、あまり厚くすると成長粒が粗大化して好ましくない
ため、前述のように40mm程度までがより好ましい。ま
た、β−ＳｉＣの密度は、3.20g/cm^３以上であった。

【００３８】

【表１】

【００３９】上記実施例においては、ＣＶＤ装置は、実
験炉であった。量産炉を用いる場合には、反応管に、多
数のカーボン基体を配置して、多数のβ−ＳｉＣを合成
することにより生産性を向上させることができる。次
に、このようにし、ＣＶＤにより得られたβ−ＳｉＣの
円盤を成形型に製作することにつき説明する。

【００４０】まず、反応管１から、カーボン製の基体Ｃ
を取り出し、これを砕くことにより、厚さ30〜35mmのβ
−ＳｉＣの円盤が取り出される。この円盤を研削加工す
ることにより、たとえば、図２に示す、外径約25mm、高
さ約33mmの上型２１および下型２２を製作することがで
きる。また、成形面（ガラス光学素子の表面を形成する
面）２１ａ、２２ａについては、高い形状精度に仕上げ
研削加工を実施してから、わずかに研磨して、面粗度50
ÅRmax以下の鏡面に仕上げた。図２においては、上型２
１の成形面２１ａの表面形状は非球面であり、下型２２
の成形面２２ａの表面形状は球面である。

【００４１】さらに、この実施の形態においては、上記
β−ＳｉＣの成形型（上型２１、下型２２）の成形面
に、炭素系離型膜を成膜するのが好ましい。この炭素系
離型膜は、非晶質の、グラファイト構造および／または
ダイヤモンド構造を有する少なくとも一層の炭素系離型
膜を成膜した。以下に、成形型、その再加工および再使
用に関する実施例につき、説明する。

【００４２】実施例２図２ａは、実施例２において、上型２１、下型２２、ス
リーブ（胴型）２３（ここでは炭化ケイ素焼結体）から
なる成形装置に、被成形ガラス素材（バリウムホウケイ
酸ガラス；転移点545℃、屈伏点585℃）Ｇをセットした
状態を示す図である。上型２１および下型２２は、上記
実施例１のように、ＣＶＤを用いて、密度が3.21g/cm^３
のβ−ＳｉＣを形成し、これを所定の形状に研削加工す
ることにより得た。さらに、該上型及び下型の成形型面
に実施例1と同様な炭素薄膜を形成した。

【００４３】図２の例においては、型２１、２２の周囲
から、抵抗加熱ヒータ（図示せず）を用いて、型などを
加熱している。640°Cまで加熱したところで、プレスヘ
ッド２５を下降させて、被成形ガラス素材を加圧し、所
定の肉厚まで伸びたところで、加圧を停止し（図２
（ｂ）参照）、プレスヘッド２５を上昇させた。その
後、直ちに、ガラスの転移点以下まで冷却してから、型
を移送して出入り口から取り出し、型を分解して、ガラ
ス光学素子（レンズ）を取り出した。プレス成形は、非
酸化性雰囲気で行った。上述した動作を繰り返して、ガ
ラス光学素子を連続的に生産したところ、成形面に径約
200μm、深さ約100μmのプルアウトが発生した。そこで
成形面を約200μm削り落として再加工し、成形型に再生
した。なお、実施例１にて成形されるレンズは、プレス
時の外径が17mmの両凸レンズで、15mmに心取りして使用
する。また、上記型のSiC成形面には、製造時及び再生
後、径が30μｍ(肉眼で観察できる限界)以上の表面孔は
1つもの存在しなかった。また、この型を1万回プレスで
使用した後は、径が30μｍの小孔が2〜3個見つかる程度
であった。

【００４４】実施例３図３は、実施例３にかかる成形装置の構造を示す図であ
る。図３に示すように、この実施例においては、プレス
ヘッド３５が、スリーブ３３と当接することにより、プ
レスヘッド３５の下方への移動が制限され、これによ
り、成形されたガラス光学素子の肉厚が決定されるよう
になっている。なお、上型３１および下型３２は、実施
例１と同様に、ＣＶＤを用いて、密度が3.21g/cm^３のβ
−ＳｉＣを形成し、これを所定の形状に研削加工するこ
とにより得ている。

【００４５】本実施例においても、プレスを繰り返し
て、ガラス光学素子を連続的に生産したところ、上型３
１の成形面３１ａにプルアウトが発生した。そこで、上
型成形面を削って再加工した。この再加工により、上型
３１の高さ寸法（L1）が短くなったため、スリーブ３３
の底部３３ａも、同様に削り落とし、成形品（ガラス光
学素子）が、所定の肉厚になるように調整し、これによ
り、成形型を再生した。或いは、スリーブ３３の底部３
３ａを削り落とす代わりに、下型３２の突起部のスリー
ブ３３の底部３３ａと接触する面３２ｂを削り落とすこ
とで所定の肉厚になるように調整することもできる。

【００４６】実施例４図４は、実施例４にかかる成形装置の構造を示す図であ
る。この実施例において、上型および下型の製造方法お
よびその構造は実施例２のものと同様であるが、削り落
しにより、上型３１或いは下型３２の高さ寸法（L1或い
はL2）が短くなった場合に、金属製或いはセラミックス
製の円盤状のスペーサ４６を、上型の上部に配置するこ
とにより、成形品（ガラス光学素子）が、所定の肉厚に
なるように調整した。

【００４７】実施例５図５は、実施例５にかかる成形装置の構造を示す図であ
る。図５から理解できるように、この実施例において
も、スペーサ５６を用いて、成形品（ガラス光学素子）
の肉厚を調整している。図５に示すように、この成形装
置には、下型５２の外周側に、プレス成形時に、上型５
１と嵌合するスリーブ５３が配置されている。また、上
型５１は、金属製の上母型５７ａ、５７ｂに取り付けら
れ、下型５２は、金属製の下母型５８ａ、５８ｂに取り
付けられている。さらに、上母型５７および下母型５８
は、それぞれ、上下のプレス軸に取り付けられている。
本実施例において、上記構成の成形装置を収容した成形
室（図示せず）の下方で、歪点以下（約490°C）に予熱
された被成形ガラス素材を、下型５２上に載置し、これ
を上昇させつつ、高周波誘導加熱により上母型５７およ
び下母型５８を加熱し、これら上下母型からの熱伝導に
より、上型５１、下型５２およびガラス素材Ｇを、約64
0°Cに加熱し、ガラス素材Ｇをプレスした。その後、直
ちに、ガラス転移点以下まで冷却してから、成形された
ガラス光学素子（レンズ）を離型して、これを、成形室
の下方で取り出した。なお、本実施例においては、上型
５１および下型５２は、それぞれ、25mmのものを用い
た。

【００４８】実施例６図６は、実施例６にかかる成形装置の構造を示す図であ
る。本実施例においては、実施例３にて繰り返し使用し
た成形型を加工して成形面の形状を変更して、別の表面
形状を有するレンズの成形型に転用した。すなわち、両
凸レンズを成形するための成形型を加工して、メニスカ
スレンズを成形するための成形型を得た。

【００４９】下型の曲率を変更するために、図３の下型
３２の成形面を再加工し、かつ、上型３１の成形面を凹
面から凸面（図５の符号６１ａ参照）に再加工した。ま
た、これら再加工により、上型６１および下型６２の高
さ寸法が短くなったことに伴い、および／または、所定
肉厚のメニスカスレンズを得るために、スリーブ６３の
底部６３ａを、所定の長さだけ削り落とした。このよう
にして、ある成形型を、別形状の成形型に再生し、さら
に、その成形面に、炭素系離型膜（たとえば、硬質炭素
膜やｉ−カーボン膜）を形成して、プレス外径23mmのガ
ラス光学素子（レンズ）を得て、後工程で、21mmに心取
りした。

【００５０】上述した実施例２〜６においては、上下型
の外径およびスリーブの内径を、25mmに固定し、かつ、
プレス中に、スリーブの内面に当接するほどには、ガラ
スを伸ばさず、後工程にて、心取りすることにより、完
成品の外径を決めている。これにより、プレス径が、25
mm以下の様々な外径の、様々な形状のレンズが、同一構
造の成形型にて得られるため、再生使用が可能となると
ともに、成形型を標準化することができ、成形型のトー
タルコストダウンにきわめて有効である。また、スリー
ブの内面にガラスを当接させないため、スリーブにはプ
ルアウトが生じない。

【００５１】実施例７図７は、実施例７にかかる成形装置の構造を概略的に示
す図である。本実施例では、ＣＶＤ法による、外径60m
m、厚さ5mmのβ−ＳｉＣの円盤（密度が3.21g/cm^３）を
２枚用意し、対向する一面を、それぞれ、平面研磨して
いる。上記円盤のうち、一枚は上型７１として使用し、
他の一枚には、レジストを塗布して露光、現像し、ＣＦ
_４ガスによりドライエッチングすることにより、幅1μ
m、深さ0.1μmの微細な溝７３を形成した。これに炭素
系離型膜を被覆して、下型７２として使用した。平面に
研磨した被成形ガラス素材を、下型７２の上に載置し、
これを上型７１および下型７２によりプレス成形して、
外径約50mmの微細パターン転写品を得た。成形を繰り返
すと、下型７２の溝の角部でカケが発生した。そこで、
下型の成形面を加工し直して、再びプレス成形に使用し
た。このように、実施例７によれば、レンズ以外のガラ
ス光学素子を成形できる。

【００５２】本発明は、以上の実施の形態に限定される
ことなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内
で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内
に包含されるものであることは言うまでもない。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、繰り返しの使用により
成形面にプルアウトなどの劣化が生じた場合でも、再使
用が可能かつ容易な成形型及びその再生方法を提供する
ことができる。さらに本発明によれば、異なる形状の光
学素子のために成形面を再加工可能な成形型及びその再
生方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１において用いた、成形型に用いるべ
きβ型炭化ケイ素を形成するためのＣＶＤ装置を説明す
る図である。

【図２】実施例２にかかる成形装置の構造を概略的に
示す図である。

【図３】実施例３にかかる成形装置の構造を概略的に
示す図である。

【図４】実施例４にかかる成形装置の構造を概略的に
示す図である。

【図５】実施例５にかかる成形装置の構造を概略的に
示す図である。

【図６】実施例６にかかる成形装置の構造を概略的に
示す図である。

【図７】実施例７にかかる成形装置の構造を概略的に
示す図である。

【符号の説明】

２１、３１、４１、５１、６１、７１上型２２、３２、４２、５２、６２、７２下型２３、３３、４３、５３、６３スリーブ４６、５６スペーサ５７ａ、５７ｂ上母型５８ａ、５８ｂ下母型

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱軟化した被成形ガラス素材を加圧成
形してガラス光学素子を得るための、上型および下型を
含む成形型であって、前記上型および下型の少なくとも一方が、セラミック母
材からなり、かつ該母材は成形面において径が３００μ
ｍ以上の表面孔を有さないことを特徴とする成形型。
【請求項２】加熱軟化した被成形ガラス素材を加圧成
形してガラス光学素子を得るための、上型および下型を
含む成形型であって、前記上型および下型の少なくとも一方が、セラミック母
材からなり、かつ成形面の直上に炭素薄膜を有すること
を特徴とする成形型。
【請求項３】母材は成形面において径が３００μｍ以
上の表面孔を有さない請求項２に記載の成形型。
【請求項４】前記成形面において、径が５０μｍ以上
１００μｍ未満の表面孔が５個以内である請求項１〜３
のいずれか１項に記載の成形型。
【請求項５】前記成形面において、径が３０μｍ以上
５０μｍ未満の表面孔が５個以内である請求項１〜４の
いずれか１項に記載の成形型。
【請求項６】前記成形面において、径が３０μｍ以上
５０μｍ未満の表面孔が存在しない請求項１〜４のいず
れか１項に記載の成形型。
【請求項７】ビッカース硬度が、１０００ｋｇ／ｍｍ
^２以上である請求項１〜６のいずれか１項に記載の成形
型。
【請求項８】加熱軟化した被成形ガラス素材を加圧成
形してガラス光学素子を得るための、上型および下型を
含む成形型であって、前記上型および下型の少なくとも一方の成形面を形成す
る部分が、研削により成形面を再生することが可能な程
度の厚みを有し、かつ3. 20 g/cm^３以上の密度のβ型
炭化ケイ素からなることを特徴とする成形型。
【請求項９】上型および下型の少なくとも一方の全体
が、β型炭化ケイ素からなる請求項８に記載の成形型。
【請求項１０】 β型炭化ケイ素からなる部分の最小厚
みが、3mm〜50mmである請求項８または９に記載の成形
型。
【請求項１１】 β型炭化ケイ素が、ＣＶＤ法により形
成されたものである請求項８〜１０のいずれか１項に記
載の成形型。
【請求項１２】成形面に、非晶質および／または結晶
質の、グラファイト構造および／またはダイヤモンド構
造を有する少なくとも一層の炭素系離型膜であって、Ｃ
−Ｈ結合を含まないもの、または、Ｃ−Ｈ結合を含むも
のである炭素系離型膜がさらに形成されている請求項８
〜１１のいずれか１項に記載の成形型。
【請求項１３】成形面の形状を、異なる形状のガラス
光学素子の成形用に加工可能なように、β型炭化ケイ素
からなる部分が形成されている請求項８〜１２のいずれ
か１項に記載の成形型。
【請求項１４】加熱軟化した被成形ガラス素材を、成
形型で加圧成形してガラス光学素子を得る工程を繰り返
して行うガラス光学素子の製造方法であって、前記成形型がセラミック母材からなり、かつ該成形型
は、少なくとも研削を行うことにより再生した成形面を
有し、かつ該再生した成形面は径が３００μｍ以上の表
面孔を有さないことを特徴とする方法。
【請求項１５】前記成形面において、径が５０μｍ以
上１００μｍ未満の表面孔が５個以内である請求項１４
に記載の製造方法。
【請求項１６】前記成形面において、径が３０μｍ以
上５０μｍ未満の表面孔が５個以内である請求項１４ま
たは１５に記載の製造方法。
【請求項１７】前記成形面において、径が３０μｍ以
上５０μｍ未満の表面孔が存在しない請求項１４または
１５に記載の製造方法。
【請求項１８】セラミック母材が、１０００ｋｇ／ｍ
ｍ^２以上のビッカース硬度を有する請求項１４〜１７の
いずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１９】加熱軟化した被成形ガラス素材を、
成形型で加圧成形してガラス光学素子を得る工程を繰り
返して行うガラス光学素子の製造方法であって、前記成
形型を構成する上型および下型の少なくとも一方の成形
面を形成する部分が、研削により成形面を再生すること
が可能な程度の厚みを有し、前記成形型は少なくとも研
削を行うことにより再生した成形面を有し、かつ3. 20
g/cm^３以上の密度のβ型炭化ケイ素からなるがセラミ
ック母材からることを特徴とする方法。
【請求項２０】上型および下型の少なくとも一方の全
体が、β型炭化ケイ素からなる請求項１９に記載の製造
方法。
【請求項２１】 β型炭化ケイ素からなる部分の最小厚
みが、3mm〜50mmである請求項１９または２０に記載の
製造方法。
【請求項２２】 β型炭化ケイ素が、ＣＶＤ法により形
成されたものである請求項１９〜２１のいずれか１項に
記載の製造方法。
【請求項２３】加熱軟化した被成形ガラス素材を加圧
成形してガラス光学素子を得るための、上型および下型
を含む成形型であって、前記上型および下型の少なくと
も一方の成形面を形成する部分が、研削により成形面を
再生することが可能な程度の厚みを有し、かつ3.20g/cm
^３以上の密度のβ型炭化ケイ素からなる成形型の再生方
法であって、加圧成形の繰り返しにより劣化した成形面を、成形面を
研削する工程を含む方法で再生する方法。