JPWO2009035083A1 - ガラス成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

液滴成形法で側面成形面を有するガラス成形体を製造する場合において、側面成形面と側面型との張り付きを効果的に防止して効率良く製造することができるガラス成形体の製造方法を提供する。上型、下型及び側面型をそれぞれ所定温度に加熱する加熱工程と、側面型と下型とで構成される受け部に溶融ガラス滴を滴下する滴下工程と、滴下した溶融ガラス滴を成形金型で加圧する加圧工程とを有する。側面成形面の最大高さ粗さＲｚが、該側面成形面と接触する側面型の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さい。

Description

本発明は、各種の光学素子等として用いることのできるガラス成形体の製造方法に関する。

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、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子等の光学素子として、ガラス素材を成形金型で加圧成形して製造したガラス成形体が多く用いられている。

このようなガラス成形体の製造方法として、予め所定温度に加熱した成形金型の上に溶融ガラス滴を滴下して、滴下した溶融ガラス滴が未だ変形可能な温度にある間に成形金型にて加圧成形する方法（以下、「液滴成形法」ともいう。）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滴から直接ガラス成形体を製造することができるので、１回の成形に要する時間が非常に短く、高い生産効率が期待できる方法である。

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、ガラス成形体を光学系に組み込む際の位置決め基準面や、ガラス成形体に後加工（切断加工等）を行うための位置決め基準面として用いることのできる側面成形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、このような側面成形面を有するガラス成形体を液滴成形法で製造するための方法がいくつか提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
特開平１−３０８８４０号公報 特開２００４−３３９０３９号公報 特開２００６−２９０６９２号公報

しかしながら、特許文献２又は３に記載された方法においては、ガラス成形体の側面成形面は、滴下された直後の非常に高温な溶融ガラス滴が側面型と接触することによって形成される。そのため、ガラス成形体の側面成形面と側面型とが密着したまま強固に張り付き、加圧を解除した後に成形金型からガラス成形体を取り出す（離型する）ことが困難となる場合があった。正常に離型できずに回収工程で異常が発生すると、製造装置の運転をその都度停止せざるを得ないために、生産効率が悪化してしまうことになる。

特に、ビーム整形素子のように、側面成形面の上下方向の幅が大きいガラス成形体の場合はこのような問題が顕著であり、解決が望まれていた。

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、液滴成形法で側面成形面を有するガラス成形体を製造する場合において、側面成形面と側面型との張り付きを効果的に防止して効率良く製造す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． 上成形面、下成形面及び側面成形面を有するガラス成形体の、上成形面を形成するための上型と、下成形面を形成するための下型と、側面成形面を形成するための側面型とを有する成形金型を用いて溶融ガラス滴を加圧成形するガラス成形体の製造方法において、
前記上型、前記下型及び前記側面型をそれぞれ所定温度に加熱する加熱工程と、
前記側面型と前記下型とで構成される受け部に前記溶融ガラス滴を滴下する滴下工程と、
滴下した前記溶融ガラス滴を前記成形金型で加圧する加圧工程と、を有し、
前記側面成形面の最大高さ粗さＲｚが、該側面成形面と接触する前記側面型の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さいことを特徴とするガラス成形体の製造方法。

２． 前記側面成形面と接触する前記側面型の表面の最大高さ粗さＲｚが１μｍ以上であり、且つ、粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍが１μｍ以下であることを特徴とする前記１に記載のガラス成形体の製造方法。

３． 前記溶融ガラス滴が前記受け部に滴下する直前における前記側面型の温度Ｔｓが、
Ｔｇ−２５０℃≦Ｔｓ≦Ｔｇ−１０５℃であることを特徴とする前記１又は２に記載のガラス成形体の製造方法。

但し、Ｔｇは前記溶融ガラス滴のガラス転移点温度（℃）。

４． 前記ガラス成形体は、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子であることを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載のガラス成形体の製造方法。

５． 前記上成形面及び前記下成形面の少なくとも一方は、シリンドリカル面又はトロイダル面からなる光学面を有することを特徴とする前記４に記載のガラス成形体の製造方法。

本発明によれば、側面成形面の最大高さ粗さＲｚが、該側面成形面と接触する側面型の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さいため、側面成形面と側面型との張り付きを効果的に防止することができる。そのため、側面成形面を有するガラス成形体を液滴成形法で効率良く製造することができる。

本発明のガラス成形体の製造方法の１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図である（滴下工程）。 ガラス成形体の製造装置を示す図である（加圧工程）。 側面成形面２３と側面型１３の接触部を模式的に示した図である（図３のＡ部の拡大断面図）。 本発明の製造方法により製造されるガラス成形体の１例（ガラス成形体２０ａ）を示した図である。 本発明の製造方法により製造されるガラス成形体の別の例（ガラス成形体２０ｂ）を示した図である。

符号の説明

１０ 成形金型
１１ 上型
１２ 下型
１３ 側面型
１４ 受け部
２０ａ、２０ｂ ガラス成形体
２１ 上成形面
２２ 下成形面
２３ 側面成形面
２７ 溶融ガラス滴
Ｓ１１ 加熱工程
Ｓ１３ 滴下工程
Ｓ１５ 加圧工程

以下、本発明の実施の形態について図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。

（ガラス成形体）
先ず、本発明が対象とするガラス成形体について、図５、図６を参照しながら説明する。図５は、本発明の製造方法により製造されるガラス成形体の１例（ガラス成形体２０ａ）を示した図である。図５（ａ）はガラス成形体２０ａを上成形面２１側から見た図であり、図５（ｂ）は側面成形面２３側から見た図である。

図５に示すガラス成形体２０ａは、円形の外形を有し、中心軸２４に対して対称な両凸形状の成形体であり、上成形面２１、下成形面２２及び側面成形面２３を有している。本発明の方法は、このように、上成形面２１、下成形面２２及び側面成形面２３を有するガラス成形体の製造を対象としている。

側面成形面２３の最大高さ粗さＲｚは、該側面成形面と接触する側面型の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さい。そのため、製造の際に発生する側面成形面と側面型との張り付きを効果的に防止することができる。

なお、本発明において用いる表面粗さに関する２つのパラメータ、最大高さ粗さＲｚと粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍ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。これらのパラメータの測定は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって行うことが好ましい。側面成形面２３の最大高さ粗さＲｚを、該側面成形面と接触する側面型の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さくするための具体的な方法については後述する。

ガラス成形体２０ａは、上成形面２１と下成形面２２がともに凸の球面を有しているが、本発明が対象とするガラス成形体はそれに限られるものではない。例えば、上成形面、下成形面の何れか一方、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。

図６は、本発明の製造方法により製造されるガラス成形体の別の例（ガラス成形体２０ｂ）を示した図である。

図６に示すガラス成形体２０ｂは、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子として用いられる成形体であり、上成形面２１と下成形面２２とを有している。上成形面２１は、溶融ガラス滴を加圧成形する際に上型によって形成された面であり、光学面２１ｃと、その外側の平面部２１ｐとを有している。また、下成形面２２は、下型によって形成された面であり、光学面２２ｃと、その外側の平面部２２ｐとを有している。

また、ガラス成形体２０ｂは、４つの側面成形面２３を有している。側面成形面２３の最大高さ粗さＲｚは、該側面成形面と接触する側面型の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さい。

ガラス成形体２０ｂの有する側面成形面２３は、側面型によって形成された面であることから、多数のガラス成形体２０ｂを製造する場合においても光学面からの距離のばらつきを非常に小さくすることができる。そのため、いずれかの側面成形面２３を、ガラス成形体２０ｂを光学系に組み込む際の位置決め基準面として用いることで、高精度な組み込みが可能となる。側面成形面２３は、切断加工等の後加工を行うための位置決め基準面として用いることもできる。

ガラス成形体２０ｂの光学面２１ｃはシリンドリカル面であり、光軸（図６（ａ）のｚ方向）に垂直な面内における所定方向（ｙ方向）には曲率を有さず、それに垂直な方向（ｘ方向）のみに曲率を有している。光学面２２ｃも同様のシリンドリカル面である。

ガラス成形体２０ｂは、対向する２つの光学面２１ｃ、２２ｃがいずれもシリンドリカル面であるが、これに限られるものではない。例えば、一方の光学面がシリンドリカル面で他方の光学面が平面又は球面のビーム整形素子や、一方の光学面がシリンドリカル面で他方の光学面がトロイダル面であるビーム整形素子等にも適用することができる。

このように、上成形面及び下成形面の少なくとも一方に、シリンドリカル面又はトロイダル面からなる光学面を有するビーム整形素子として用いるガラス成形体は、側面成形面２３のｚ方向の幅が比較的大きく、製造の際に側面成形面２３と側面型とが張り付き易い場合が多い。そのため、このようなビーム整形素子として用いるガラス成形体の製造には、本発明の製造方法を特に好ましく用いることができる。

ここで、シリンドリカル面（円筒面）とは、光軸に垂直な面内における所定方向（以下、母線方向という。）には曲率を有さず、それに垂直な方向（以下、子線方向という。）のみに曲率を有する面をいう。母線方向に垂直な断面形状が円弧状の場合はもちろん、非円弧成分を有するものであってもよい。また、トロイダル面とは、シリンドリカル面を母線方向に湾曲させた面であり、母線方向と子線方向とで異なる曲率を有する面をいう。

（ガラス成形体の製造方法）
本発明のガラス成形体の製造方法について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。本発明のガラス成形体の製造方法は、下型、上型及び側面型をそれぞれ所定温度に加熱する加熱工程と、溶融ガラス滴を滴下する滴下工程と、溶融ガラス滴を成形金型で加圧する加圧工程とを有し、側面成形面の最大高さ粗さＲｚを、該側面成形面と接触する側面型の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さくする。溶融ガラス滴からガラス成形体を直接製造する液滴成形法を用いた方法であり、非常に効率よくガラス成形体を製造することが可能である。

図１は、本発明のガラス成形体の製造方法の１例を示すフローチャートである。また、図２及び図３は、本発明を実施するためのガラス成形体の製造装置を示す図であり、図２は溶融ガラス滴を滴下する滴下工程における状態を、図３は溶融ガラス滴を加圧する加圧工程における状態を示している。以下、図６に示したガラス成形体２０ｂを製造する場合を例に挙げて説明する。

先ず、本発明を実施するためのガラス成形体の製造装置の構成について、図２及び図３を用いて説明する。このガラス成形体の製造装置は、ガラス成形体２０ｂの上成形面２１を形成するための上型１１、ガラス成形体２０ｂの下成形面２２を形成するための下型１２及びガラス成形体２０ｂの側面成形面２３を形成するための側面型１３を有する成形金型１０を備えている。

下型１２は、図示しない駆動手段により、滴下した溶融ガラス滴２７を受けるための位置（滴下位置Ｐ１）と、上型１１と対向して溶融ガラス滴２７を加圧するための位置（加圧位置Ｐ２）との間で移動可能に構成されている。滴下位置Ｐ１の上方には、溶融状態のガラス３５を貯留する溶融槽３４と、その下部に設けられたノズル３６とが配置されている。また上型１１は、図示しない駆動手段により、下型１２との間で溶融ガラス滴を加圧する方向（図の上下方向）に移動可能に構成されている。

上型１１、下型１２及び側面型１３の材料は、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、窒化アルミニウム等）、カーボンを含む複合材料など、ガラス成形体を加圧成形するための成形金型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。また、これらの材料の表面に各種金属やセラミックス、カーボンなどの保護膜を形成したものを用いることもできる。上型１１、下型１２、及び側面型１３を全て同一の材料で構成してもよいし、それぞれ別の材料で構成してもよい。

また、上型１１、下型１２及び側面型１３は、加熱装置３１、３２、３３によって、それぞれ独立して温度制御することができる構成となっている。加熱装置３１、３２、３３の種類に制限はなく、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ーや、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。

次に、側面成形面２３の最大高さ粗さＲｚを、側面成形面２３と接触する側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さくするための方法について説明する。

図４は、図３のＡ部の拡大断面図であり、側面成形面２３と側面型１３との接触部の様子を模式的に示している。図４（ａ）のように側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚが小さく、粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍが大きい場合（凹凸の高さが小さく周期が長い場合）には、側面型１３の表面の凹凸の底部まで完全にガラスが入り込みやすい。このような状態になると、側面成形面２３と側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚはほぼ等しくなり、側面成形面２３と側面型１３とが密着して張り付きやすくなる。

一方、図４（ｂ）のように側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚが大きく、粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍが小さい場合（凹凸の高さが大きく周期が短い場合）には、側面型１３の表面の凹凸の底部にガラスが入り込みにくい。このような状態になると、側面成形面２３の最大高さ粗さＲｚが、側面成形面２３と接触する側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さくなり、側面成形面２３と側面型１３との張り付きを効果的に防止することができる。

側面型１３の表面の凹凸に対するガラスの入り込みやすさは、主に下記（１）、（２）の二つの条件によって影響される。
（１）側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚ（凹凸の高さ）、及び、粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍ（凹凸の周期）。
（２）溶融ガラス滴２７が受け部１４に滴下する直前における側面型１３の温度Ｔｓ。

条件（１）については、側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚが大きく、粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍが小さい方が、凹凸の底部までガラスが入り込みにくくなる。逆に、側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚが小さく、粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍが大きいと、凹凸の底部までガラスが入り込みやすい。

特に、側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚが１μｍ以上、且つ、粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍが１μｍ以下であれば、条件（２）の温度等に拘わらず、側面成形面２３の最大高さ粗さＲｚを、側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さくすることができるため好ましい。

側面成形面２３を、ガラス成形体２０ｂを光学系に組み込む際や、切断加工の際の位置決め基準面として用いるため、側面型１３には高い寸法精度、形状精度が要求される場合が多く、側面型１３の表面は、非常に滑らかになるように加工するのが一般的である。そのため、一旦滑らかに加工された側面型１３の表面を粗面化するための処理を施すことが好ましい。粗面化するための処理の方法に特に制限はなく、酸やアルカリを用いたウエットエッチング、プラズマエッチング、ブラスト処理等の方法の中から適宜選択すればよい。

また、条件（２）については、溶融ガラス滴２７が受け部１４に滴下する直前における側面型１３の温度Ｔｓが低い方が凹凸の底部までガラスが入り込みにくく、逆に温度Ｔｓが高い方が凹凸の底部までガラスが入り込みやすくなる。

特に、溶融ガラス滴２７が受け部１４に滴下する直前における側面型１３の温度Ｔｓを溶融ガラス滴のガラス転移点温度Ｔｇ−１００℃以下とすることが好ましい。ＴｓをＴｇ−１００℃以下とすることで、条件（１）等に拘わらず、側面成形面２３の最大高さ粗さＲｚを、側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さくすることができる。更に、ＴｓをＴｇ−１０５℃以下とすることで、より確実にガラスの入り込みを防止することができる。

ただし、Ｔｓが低すぎると、側面型１３との接触部付近において溶融ガラス滴２７が急速に冷却されてしまうことから、ガラス成形体２０ｂの側面成形面２３付近にカン、ワレ等の欠陥が発生しやすくなってしまう。このような欠陥の発生を防止すると共に、側面成形面２３と側面型１３との張り付きを効果的に防止するという観点からは、溶融ガラス滴２７が受け部１４に滴下する直前における側面型１３の温度ＴｓをＴｇ−２５０℃≦Ｔｓ≦Ｔｇ−１００℃の範囲とすることが好ましく、Ｔｇ−２５０℃≦Ｔｓ≦Ｔｇ−１０５℃の範囲とすることがより好ましい。

側面成形面２３の最大高さ粗さＲｚを、側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さくすることができるか否かは、上記の条件（１）、条件（２）を総合した条件によって定まる。条件（１）あるいは条件（２）のいずれかが上記範囲であればよいが、条件（１）と条件（２）の両方を上記範囲とすることで特に大きな効果が得られる。更に、条件（１）と条件（２）がいずれも上記範囲に無い場合であっても、総合した条件によっては側面成形面２３の最大高さ粗さＲｚを、側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さくすることができる場合もある。そのような場合も本発明の範囲に含まれる。

次に、図１に示すフローチャートに従い、本発明の各工程を順を追って説明する。

先ず、上型１１、下型１２及び側面型１３をそれぞれ所定温度に加熱する（加熱工程：Ｓ１１）。上述の通り、溶融ガラス滴２７が受け部１４に滴下する直前における側面型１３の温度Ｔｓを溶融ガラス滴のガラス転移点温度Ｔｇ−２５０℃≦Ｔｓ≦Ｔｇ−１００℃の範囲とすることが好ましい。

上型１１及び下型１２の加熱温度は、ガラス成形体２０ｂに上成形面２１及び下成形面２２を良好に形成できる範囲の温度を選択すればよい。一般的には、上型１１や下型１２の温度が低すぎると成形面を良好に形成することが困難になってくる。逆に、必要以上に温度を高くしすぎることは、ガラスと成形金型１０との融着を防止する観点や、成形金型１０の寿命の観点から好ましくない。通常は、溶融ガラス滴のガラス転移点温度Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃程度の温度に設定するが、実際には、ガラスの種類、ガラス成形体の形状や大きさ、成形金型の材料、保護膜の種類、加熱するためのヒーターや温度センサーの位置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。上型１１と下型１２の加熱温度は同じ温度であってもよいし、異なる温度であってもよい。

本発明においては、所定温度に加熱された成形金型１０に溶融ガラス滴２７を滴下して加圧成形することから、成形金型１０の加熱温度を一定に保ったまま一連の工程を行うことができる。更に、成形金型１０の加熱温度を一定に保ったまま、複数のガラス成形体２０ｂを繰り返し製造することもできる。従って、１つのガラス成形体２０ｂを製造する毎に成形金型１０の昇温と冷却を繰り返す必要がないことから、極めて短時間で効率よく光学素子を製造することができる。

ここで、成形金型１０の加熱温度を一定に保つというのは、成形金型１０を加熱するための温度制御における目標設定温度を一定に保つという意味である。従って、各工程実施中における溶融ガラス滴２７との接触等による成形金型１０の温度変動を防止しようとするものではなく、かかる温度変動については許容される。

次に、下型１２を滴下位置Ｐ１に移動し（Ｓ１２）、側面型１３と下型１２とで構成される受け部１４に溶融ガラス滴２７を滴下させる（滴下工程：Ｓ１３）（図２参照）。溶融槽３４は図示しないヒーターによって加熱され、内部に溶融状態のガラス３５が貯留されている。溶融槽３４の下部にはノズル３６が設けられており、溶融状態のガラス３５が自重によってノズル３６の内部に設けられた流路を通過し、表面張力によって先端部に溜まる。ノズル３６の先端部に一定質量の溶融ガラスが溜まると、ノズル３６の先端部から自然に分離して、一定質量の溶融ガラス滴２７が下方に滴下する。

滴下する溶融ガラス滴２７の質量はノズル３６の先端部の外径によって調整可能であり、ガラスの種類等によるが、０．１ｇから２ｇ程度の溶融ガラス滴を滴下させることができる。また、ノズル３６の内径、長さ、加熱温度などによってガラス滴の滴下間隔を調整することができる。従って、これらの条件を適切に設定することで、所定の質量の溶融ガラス滴を所定の間隔で滴下させることが可能である。

更に、溶融ガラス滴２７をノズル３６から受け部１４に直接滴下させるのではなく、ノズル３６から滴下させた溶融ガラス滴２７を貫通細孔を設けた部材に衝突させ、衝突した溶融ガラス滴２７の一部を微小滴として貫通細孔を通過させて受け部１４に滴下させてもよい。それにより、例えば１ｍｍ^３〜１００ｍｍ^３といった微小なガラス成形体の製造が可能となる。また、貫通細孔の直径を変更することによって、ノズル３６を交換することなく溶融ガラス滴の体積を調整することができ、多種のガラス成形体を効率よく製造することができるため好ましい。この方法は、特開２００２−１５４８３４号公報に詳細に記載されている。

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１２を加圧位置Ｐ２に移動し（Ｓ１４）、上型１１を下方に移動して、成形金型１０で溶融ガラス滴２７を加圧する（加圧工程：Ｓ１５）（図３参照）。

溶融ガラス滴２７は、加圧されている間に成形金型１０との接触面からの放熱によって冷却、固化してガラス成形体２０ｂとなる。加圧を解除してもガラス成形体２０ｂに形成された転写面の形状が崩れない温度にまで冷却された後、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２７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のサイズ等に応じて適宜設定すればよい。また、加圧のための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。

最後に、上型１１を上方に移動して退避させ、固化したガラス成形体２０ｂを回収し（Ｓ１６）、ガラス成形体の製造が完成する。本発明においては、側面成形面２３の最大高さ粗さＲｚが、側面成形面２３と接触する側面型１３の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さいため、側面成形面２３と側面型１３とが強固に張り付くことはなく、ガラス成形体２０ｂの回収をスムーズに行うことができる。その後、引き続いてガラス成形体の製造を行う場合は、下型１２を再度滴下位置Ｐ１に移動し（Ｓ１２）、以降の工程を繰り返せばよい。

なお、本発明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２０ｂを回収する前にガラス成形体２０ｂの形状を検査する工程や、ガラス成形体２０ｂを回収した後に下型１２や上型１１をクリーニングする工程等を設けてもよい。

図１に示したフローチャートに従って、図６に示したガラス成形体２０ｂを製造した。成形金型は、図２及び図３に示した成形金型１０を用いた。成形金型１０の上型１１、下型１２、及び側面型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を用いた。側面型１３は、側面成形面２３と接触する表面の状態の異なる４種類（Ａ〜Ｄ）を用意した。それぞれの表面のＲｚとＲＳｍは、Ａ（Ｒｚ＝０．８μｍ、ＲＳｍ＝１．２μｍ）、Ｂ（Ｒｚ＝０．９μｍ、ＲＳｍ＝１．１μｍ）、Ｃ（Ｒｚ＝１μｍ、ＲＳｍ＝１μｍ）、Ｄ（Ｒｚ＝１．２μｍ、ＲＳｍ＝０．８μｍ）であった。

ガラス成形体２０ｂの光学面２１ｃは、母線に垂直な断面が半径３ｍｍの円弧からなるシリンドリカル面であり、光学面２２ｃは、母線に垂直な断面が半径２ｍｍの円弧からなるシリンドリカル面である。４つの側面成形面２３の幅、高さはいずれも４ｍｍとした。また、溶融ガラス滴２７は、図２のようにノズル３６から受け部１４に直接滴下させた。

ガラス材料はＴｇが４８０℃のリン酸系ガラスを用いた。

加熱工程（Ｓ１１）における加熱温度は、上型１１が４５０℃、下型１２が４７０℃とした。側面型１３の加熱温度Ｔｓは、２３０℃（Ｔｇ−２５０℃）、３７５℃（Ｔｇ−１０５℃）、３８０℃（Ｔｇ−１００℃）、３９０℃（Ｔｇ−９０℃）、４１０℃（Ｔｇ−７０℃）の５通りの条件とした。

ここでは、４種類の側面型１３のそれぞれについて５通りの温度条件でガラス成形体２０ｂの製造を行った（条件１〜２０）。加圧工程（Ｓ１５）における荷重は２００Ｎ、加圧時間は１０秒とした。加圧工程の終了後、上型１１を上方に退避させ、真空吸着によりガラス成形体２０ｂの回収を行い（Ｓ１６）、側面成形面２３のＲｚを測定した。なお、本実施例において、側面成形面２３のＲｚ、側面型１３のＲｚとＲＳｍは、いずれもＡＦＭ（デジタルインスツルメント社製Ｄ３１００）により測定した。

その後、Ｓ１２からＳ１６までの工程を繰り返し、各条件ごとに１００個のガラス成形体２０ｂを製造し、回収の工程（Ｓ１６）で発生した離型ミスの回数の評価を行った。離型ミスの評価は、１００回の成形中、離型ミスの発生が５回以下の場合を良好（○）、５回よりも多い場合を問題有り（×）とした。

条件１〜２０の各製造条件と結果を表１に併せて示す。

表１に示したとおり、ＴｓがＴｇ−１００℃（３８０℃）以下の条件（条件１〜条件８、条件１７〜条件２０）の場合、いずれも側面成形面２３のＲｚが側面型１３のＲｚよりも小さくなり、離型性は良好であった。また、Ｒｚが１μｍ以上でＲＳｍが１μｍ以下の側面型１３（種類ＣとＤ）を用いた条件（条件３、４、７、８、１１、１２、１５、１６、１９、２０）の場合も、全て離型性は良好であった。

更に、条件１０は、ＴｓがＴｇ−１００℃よりも高く、Ｒｚが０．９μｍ、ＲＳｍが１．１μｍの側面型１３（種類Ｂ）を用いているが、側面成形面２３のＲｚ（０．８μｍ）が側面型１３のＲｚ（０．９μｍ）よりも小さくなっており、離型性も良好であった。

一方、条件９、１３、１４は、いずれも側面成形面２３のＲｚが側面型１３と等しくなっており、離型性に問題あり（×）という結果となった。

Claims (5)

1. 上成形面、下成形面及び側面成形面を有するガラス成形体の、上成形面を形成するための上型と、下成形面を形成するための下型と、側面成形面を形成するための側面型とを有する成形金型を用いて溶融ガラス滴を加圧成形するガラス成形体の製造方法において、
   前記上型、前記下型及び前記側面型をそれぞれ所定温度に加熱する加熱工程と、
   前記側面型と前記下型とで構成される受け部に前記溶融ガラス滴を滴下する滴下工程と、
   滴下した前記溶融ガラス滴を前記成形金型で加圧する加圧工程と、を有し、
   前記側面成形面の最大高さ粗さＲｚが、該側面成形面と接触する前記側面型の表面の最大高さ粗さＲｚよりも小さいことを特徴とするガラス成形体の製造方法。
2. 前記側面成形面と接触する前記側面型の表面の最大高さ粗さＲｚが１μｍ以上であり、且つ、粗さ曲線要素の平均長ＲＳｍが１μｍ以下であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のガラス成形体の製造方法。
3. 前記溶融ガラス滴が前記受け部に滴下する直前における前記側面型の温度Ｔｓが、
   Ｔｇ−２５０℃≦Ｔｓ≦Ｔｇ−１０５℃であることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のガラス成形体の製造方法。
   但し、Ｔｇは前記溶融ガラス滴のガラス転移点温度（℃）。
4. 前記ガラス成形体は、半導体レーザから出力される楕円形状の出力ビームを円形に整形するためのビーム整形素子であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載のガラス成形体の製造方法。
5. 前記上成形面及び前記下成形面の少なくとも一方は、シリンドリカル面又はトロイダル面からなる光学面を有することを特徴とする請求の範囲第４項に記載のガラス成形体の製造方法。