成形型の製造方法、ガラスゴブの製造方法及びガラス成形体の製造方法
【課題】エアー溜まり痕の残存を良好に防止できるとともに、被覆層の剥離を抑制でき、耐久性に優れた成形型の製造方法を提供する。また、エアー溜まり痕のないガラスゴブ及びガラス成形体を低コストで安定的に製造することができるガラスゴブ及びガラス成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】成形型の基材に所定の形状を有する成形面を形成する工程と、スパッタ法により成形面に被覆層を成膜する工程とを有する。被覆層の成膜は、成膜中にプロセスガスのイオンの一部が成形面に衝突することによって成形面の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように選択されたバイアス電圧を基材に印加した状態で行う。
【解決手段】成形型の基材に所定の形状を有する成形面を形成する工程と、スパッタ法により成形面に被覆層を成膜する工程とを有する。被覆層の成膜は、成膜中にプロセスガスのイオンの一部が成形面に衝突することによって成形面の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように選択されたバイアス電圧を基材に印加した状態で行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滴下した溶融ガラス滴からガラスゴブ又はガラス成形体を製造するための成形型の製造方法、並びに該製造方法により製造された成形型を用いたガラスゴブ及びガラス成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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を用いることが多くなってきた。
【０００３】
このようなガラス成形体の製造方法として、所定温度に加熱した下型に、下型より高温の溶融ガラス滴を滴下し、滴下した溶融ガラス滴を、下型及び上型により加圧成形してガラス成形体を得る方法（以下、「液滴成形法」ともいう）が提案されている。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を非常に短くできることから注目されている。
【０００４】
また、下型に滴下した溶融ガラス滴をそのまま冷却、固化してガラスゴブ（ガラス塊）を作製し、得られたガラスゴブを成形型と共に加熱して加圧成形することによりガラス成形体を製造する方法（リヒートプレス法）も知られている。
【０００５】
しかし、これらの方法においては、滴下した溶融ガラス滴が下型に衝突する際、溶融ガラス滴の下面（下型との接触面）の中央付近にエアー溜まりが発生し、ガラス成形体の下面に微細な凹部（エアー溜まり痕）が残存してしまうという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するため、基材の上に被覆層を成膜した後、被覆層の表面を粗面化した下型を用いて、エアー溜まりに入り込んだ空気の流路を確保することでエアー溜まり痕が残存することを防止する方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、被覆層を粗面化する方法として、酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いるウェットエッチングや、プラズマを用いるドライエッチングが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００９／０１６９９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されているようにウェットエッチングやドライエッチングによって被覆層を粗面化すると、粗面化の進行に伴って被覆層が劣化し、基材に対する密着性が低下してしまう。そのため、ガラスゴブやガラス成形体の製造中に、被覆層の剥離が発生しやすいという問題がある。
【０００９】
また、下型に滴下した溶融ガラス滴を下型と上型とで加圧成形する際、上型と溶融ガラス滴との接触部にエアー溜まりが生じ、ガラス成形体の上面（上型との接触面）にエアー溜まり痕が残存する場合もあり問題となっていた。
【００１０】
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、エアー溜まり痕の残存を良好に防止できるとともに、被覆層の剥離を抑制でき、耐久性に優れた成形型の製造方法を提供することである。また、本発明の別の目的は、エアー溜まり痕のないガラスゴブ及びガラス成形体を低コストで安定的に製造することができるガラスゴブ及びガラス成形体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
１．滴下した溶融ガラス滴からガラスゴブ又はガラス成形体を製造するための成形型の製造方法であって、
前記成形型の基材に所定の形状を有する成形面を形成する工程と、
スパッタ法により前記成形面に被覆層を成膜する工程と、を有し、
前記被覆層の成膜は、成膜中にプロセスガスのイオンの一部が前記成形面に衝突することによって前記成形面の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように選択されたバイアス電圧を前記基材に印加した状態で行うことを特徴とする成形型の製造方法。
【００１３】
２．前記被覆層を成膜した後の前記成形面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜０．２μｍであることを特徴とする前記１に記載の成形型の製造方法。
【００１４】
３．前記被覆層を成膜した後の前記成形面は、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする前記２に記載の成形型の製造方法。
【００１５】
４．前記被覆層を成膜する前の前記成形面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．００５μｍ以下であることを特徴とする前記２又は３に記載の成形型の製造方法。
【００１６】
５．前記被覆層の最表面層は、クロム、アルミニウム及びチタンのうち少なくとも１つからなる金属層であることを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の成形型の製造方法。
【００１７】
６．前記プロセスガスは、アルゴンガスを含むことを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の成形型の製造方法。
【００１８】
７．第１の成形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の成形型の上で冷却する工程と、を有するガラスゴブの製造方法であって、
前記第１の成形型は、前記１から６の何れか１項に記載の成形型の製造方法によって製造された成形型であることを特徴とするガラスゴブの製造方法。
【００１９】
８．第１の成形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の成形型及び前記第１の成形型に対向する第２の成形型により加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、
前記第１の成形型及び前記第２の成形型のうち少なくとも一方は、前記１から６の何れか１項に記載の成形型の製造方法によって製造された成形型であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、スパッタ法により成形面に被覆層を成膜する際、プロセスガスのイオンの衝突によって成形面の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように選択されたバイアス電圧を基材に印加した状態で成膜を行う。そのため、従来の方法のように被覆層の劣化により基材に対する密着性を低下させることなく、成形面の算術平均粗さ（Ｒａ）を増大させることができる。従って、エアー溜まり痕の残存を良好に防止できるとともに、被覆層の剥離を抑制でき、耐久性に優れた成形型を製造することができる。また、上記の方法で製造した成形型を使用することで、高価な成形型の寿命を向上させることができ、エアー溜まり痕のないガラスゴブ及びガラス成形体を低コストで安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】各工程における成形型の状態を示す断面図である。
【図２】本実施形態で用いるスパッタ装置を示す模式図である。
【図３】基板に印加するバイアス電圧の絶対値と、成膜面の算術平均粗さ（Ｒａ）の関係を模式的に示すグラフである。
【図４】ガラス成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態で用いるガラス成形体の製造装置を示す模式図（工程Ｓ１０３における状態）である。
【図６】本実施形態で用いるガラス成形体の製造装置を示す模式図（工程Ｓ１０５における状態）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（成形型の製造方法）
始めに、図１〜図３を用いて成形型の製造方法について説明する。図１は各工程における成形型の状態を示す断面図であり、図２は本実施形態で用いるスパッタ装置を示す模式図である。また、図３は基板に印加するバイアス電圧の絶対値と、成膜面の算術平均粗さ（Ｒａ）の関係を模式的に示すグラフである。
【００２４】
先ず、製造する成形型１０のベースとなる基材１１に、所定の形状を有する成形面１５を形成する（図１（ａ）参照）。成形面１５の形状に制限はなく、製造するガラスゴブやガラス成形体の形状に応じて種々の形状に加工すればよい。また、加工方法は、切削加工、研削加工、研磨加工など公知の方法の中から、基材１１の材質等に応じて適宜選択すればよい。なお、ここで成形面１５とは、溶融ガラス滴と接触して溶融ガラス滴を成形する（変形させる）ための面を意味し、ガラス成形体を製造するために溶融ガラス滴を加圧成形するための面の他、ガラスゴブを製造するために滴下した溶融ガラス滴を受けて変形させるための面も含むものである。
【００２５】
成形面１５は、バイト痕（ツールマーク）等の欠陥を確実に除去すると共に、被覆層１２の密着性、被覆性を向上させるため、算術平均粗さ（Ｒａ）を０．００５μｍ以下とすることが好ましく、０．００３μｍ以下とすることがより好ましい。
【００２６】
基材１１の材質は、ガラス成形体を製造するための成形型の材質として公知の材質の中から、条件に応じて適宜選択して用いることができる。基材１１を直接粗面化するわけではないため、エッチングの容易性や、エッチングした場合の耐久性等を考慮することなく選択することができる。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）、タングステンカーバイド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。また、これらの材質の表面にＣＶＤ炭化珪素膜などの緻密な加工層を形成したものであってもよい。
【００２７】
次に、プロセスガスのイオンによってターゲットをスパッタするスパッタ法により成形面１５に被覆層１２を成膜する（図１（ｂ））。被覆層１２の成膜は、成膜中にプロセスガスのイオンの一部が成形面１５に衝突することによって成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように選択されたバイアス電圧を基材１１に印加した状態で行う。そのため、被覆層１２の劣化により基材１１に対する密着性を低下させることなく、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）を増大させることができる。従って、エアー溜まり痕の残存を良好に防止できるとともに、被覆層１２の剥離を抑制でき、耐久性に優れた成形型１０を製造することができる。
【００２８】
図２に本実施形態で用いるスパッタ装置２０の一例を示す。スパッタ装置２０は、真空チャンバ２１の内部に基材１１を保持する基材保持部２３と、被覆層１２の材料であり基材保持部の下方に配置されたスパッタターゲット２２と、スパッタターゲット２２に所定の電圧を印加するスパッタ電源２４とを備えている。基材保持部２３は、基材１１に負のバイアス電圧を印加するためのバイアス電源２５に接続されている。また、真空チャンバ２１は、バルブ２９を介して、真空チャンバ２１の内部を所定の真空度まで排気するための排気ポンプ２８に接続されるとともに、流量調整バルブ２７を介して、真空チャンバ２１の内部にプロセスガスであるアルゴンガスを導入するためのアルゴンボンベ２６に接続されている。
【００２９】
被覆層１２を成膜するに際し、先ず、基材１１を、成形面１５を下向きにした状態で基材保持部２３に取り付ける。基材保持部２３で保持する基材１１は、１つでもよいし、複数でもよい。次に、バルブ２９を開き、真空チャンバ２１の内部を排気ポンプ２８によって所定の真空度まで排気する。通常は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力まで排気することが好ましい。また、基材保持部２３にヒーターを設けておき、基材１１を所定の温度に加熱しておくことも好ましい。真空チャンバ２１の内部が所定の真空度まで排気された後、流量調整バルブ２７を開いてアルゴンボンベ２６よりプロセスガスであるアルゴンガスを導入する。そして、バイアス電源２５により基材１１（基材保持部２３）に負のバイアス電圧を印加しながら、スパッタ電源２４によってスパッタターゲット２２に所定の電圧を印加してスパッタターゲット２２の上面付近にプラズマを発生させる。これにより、アルゴンガスの一部がイオン化してアルゴンイオン３１となってスパッタターゲット２２に衝突し、スパッタターゲット２２の構成元素がスパッタ粒子としてはじき飛ばされる。はじき飛ばされたスパッタ粒子は上方の基材１１に到達して堆積し、成形面１５に被覆層１２が形成される。
【００３０】
一般的に、スパッタ法においては、基材１１に負のバイアス電圧を印加した状態で成膜を行うことで、成膜面を平坦化させることができることが知られている。これは、アルゴンイオン３１など、プロセスガスのイオンの一部が成膜面に衝突することで、成膜面に到達したスパッタ粒子の表面拡散が促進されるためであると考えられる。図３に、印加するバイアス電圧の絶対値と、成膜面の算術平均粗さ（Ｒａ）の関係を模式的に示す。図の領域ａの条件で成膜を行うと、成膜面の算術平均粗さ（Ｒａ）が最も小さくなる。一方、本実施形態においては、図の領域ｂのように基材１１に印加する負のバイアス電圧の絶対値を更に大きくし、アルゴンイオン３１が成形面１５に衝突する際のエネルギーを大きくすることで、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように被覆層１２の成膜を行う。
【００３１】
印加する負のバイアス電圧の大きさは、基材保持部２３やスパッタターゲット２２の大きさ、両者の間隔等、使用するスパッタ装置２０の構成に応じて適切な値を選択する必要がある。印加するバイアス電圧の絶対値が小さすぎると、被覆層１２を成膜した後の成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が小さすぎて、エアー溜まり痕の残存を防止する効果が十分ではなくなってしまう。逆に、印加するバイアス電圧の絶対値が大きすぎると、成膜レートが小さくなって効率が低下し、更にバイアス電圧の絶対値を大きくするとアルゴンイオンエッチングレートのほうが成膜レートよりも大きくなり、成膜がほとんど進行しなくなってしまう。一例を挙げると、スパッタターゲット２２の大きさが６インチ、基材保持部２３の大きさが４インチ、スパッタターゲット２２と成膜面の距離が１００ｍｍのスパッタ装置２０の場合、一般的に成膜面を平坦化する目的の場合、ターゲットへの実効電圧が５００Ｖであれば、基材１１に印加するバイアス電圧は−２０Ｖ〜−１００Ｖ程度である。一方、本実施形態において、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように成膜する場合に基材１１に印加するバイアス電圧は−１５０Ｖ〜−４５０Ｖの範囲が好ましく、−２５０Ｖ〜−４００Ｖの範囲がより好ましい。
【００３２】
エアー溜まりに入り込んだ空気の流路を十分に確保し、エアー溜まり痕の残存を確実に防止するとともに、ガラス成形体等の表面粗さを必要以上に悪化させないという観点から、被覆層１２を成膜した後の成形面１５は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜０．２μｍであることが好ましく、０．０２μｍ〜０．１５μｍであることがより好ましい。成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）は、成膜時に基板１１に印加するバイアス電圧の大きさによって調整すればよい。また、エアー溜まりに入り込んだ空気の流路をより確実に確保する観点から、被覆層１２を成膜した後の成形面１５は、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．５μｍ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。
【００３３】
なお、本実施形態の方法とは異なり、基板１１にバイアス電圧を印加せずに成膜を行い、その後、スパッタターゲット２２への電圧の印加を中止した状態で基板１１に負のバイアス電圧を印加して、被覆層１２にアルゴンイオン３１を衝突させる方法も考えられる。しかし、そのような方法の場合、アルゴンイオン３１の衝突によって被覆層１２の膜厚は減少するものの、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）を適切に増大させることは困難である。本実施形態の方法は、成膜中に基板１１にバイアス電圧を印加し、成形面１５にアルゴンイオン３１を衝突させながら成膜を行うため、成膜過程とイオン衝突過程の相互作用により成膜後の成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）を適切に値に増大させることができる。
【００３４】
被覆層１２の材質に特に制限はないが、上述の成膜方法による算術平均粗さ（Ｒａ）の調整が容易で、ガラスとの反応性が低い材料が好ましい。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つからなる金属層が好ましい。これらの膜は、何れも容易に成膜できると共に、大気中での加熱によって表面が酸化し、安定な酸化物の層が形成されるという共通した特徴がある。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、クロムを含む金属層とすることがより好ましい。
【００３５】
被覆層１２は１種類の材質からなる単一層で構成してもよいし、異なる材質からなる複数の層を積層して構成してもよい。複数の層を積層する場合、溶融ガラス滴と接触する被覆層１２の最表面が、クロム、アルミニウム及びチタンのうち少なくとも１つからなる金属層であることが好ましい。また、被覆層１２を複数の材質の混合膜とすることも好ましい。このような混合膜は、複数の材質を所定の割合で含むスパッタターゲット２２を用いて成膜してもよいし、それぞれの材質からなる複数のスパッタターゲット２２を用いて複合スパッタにより成膜してもよい。
【００３６】
被覆層１２は、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）を所定の値まで増大できるだけの厚みを有していればよく、通常は、膜厚が０．０５μｍ以上であることが好ましい。一方、被覆層１２が厚すぎると、膜はがれ等の欠陥が発生しやすくなる場合がある。そのため、被覆層１２の膜厚は、０．０５μｍ〜５μｍであることが好ましく、０．１μｍ〜１μｍであることがより好ましい。
【００３７】
成膜の際に真空チャンバ２１に導入するプロセスガスは、アルゴンガスを用いることが好ましい。また、窒素ガスや酸素ガスなどの活性ガスを、アルゴンガスに加えることも好ましい。例えば、アルゴンガスに加えて窒素ガスや酸素ガスを導入し、スパッタターゲット２２の構成元素と反応させて、窒化物や酸化物からなる被覆層１２を成膜してもよい。
【００３８】
（ガラス成形体の製造方法）
次に、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（工程Ｓ１０３）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（工程Ｓ１０５）における状態を、それぞれ示している。
【００３９】
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３４を収容する溶融槽３２と、溶融槽３２の下部に接続され、溶融ガラス滴３０を滴下するための滴下ノズル３３と、滴下した溶融ガラス滴３０を受けるための下型１０ａと、下型１０ａと共に溶融ガラス滴３０を加圧成形するための上型１０ｂとを備えている。下型１０ａと上型１０ｂは、上述の製造方法により製造された成形型１０であり、ベースとなる基材１１と、算術平均粗さ（Ｒａ）が増大するように負のバイアス電圧を印加した状態で成膜された被覆層１２とを有している。
【００４０】
上述の製造方法により製造した成形型１０は、下型１０ａとして用いてもよいし、上型１０ｂとして用いてもよい。成形型１０を下型１０ａとして用いる場合には、溶融ガラス滴３０を受ける際に生じるエアー溜まり痕を効果的に抑制することができる。また、金型を上型１０ｂとして用いる場合には、滴下した溶融ガラス滴３０を加圧する際に生じるエアー溜まり痕を効果的に抑制することができる。ここでは、成形型１０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が、下型１０ａと上型１０ｂのうち少なくとも一方に成形型１０を用いることで上記の効果が得られる。
【００４１】
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３０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３０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。
【００４２】
以下、図４に示すフローチャートに従い、ガラス成形体３５の製造方法の各工程について順を追って説明する。
【００４３】
先ず、下型１０ａ及び上型１０ｂを所定温度に加熱する（工程Ｓ１０１）。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。ガラスの種類や、形状、大きさ、成形型の材質、大きさ等種々の条件に応じて適正な温度を適宜設定する。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。
【００４４】
次に、下型１０ａを滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ１０２）、滴下ノズル３３から溶融ガラス滴３０を滴下する（工程Ｓ１０３）（図５参照）。溶融ガラス滴３０の滴下は、溶融ガラス３４を収容する溶融槽３２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３２に収容された溶融ガラス３４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から分離し、溶融ガラス滴３０となって下方に滴下する。
【００４５】
滴下ノズル３３から滴下する溶融ガラス滴３０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３０を滴下させることができる。また、滴下ノズル３３から滴下した溶融ガラス滴３０を、一旦、貫通細孔を有する部材の貫通細孔の上に衝突させ、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し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３０を得ることができるため、滴下ノズル３３から滴下する溶融ガラス滴３０をそのまま下型１０ａで受ける場合よりも、微小なガラス成形体３５の製造が可能となる。
【００４６】
本実施形態では、下型１０ａとして、算術平均粗さ（Ｒａ）が増大するように負のバイアス電圧を印加した状態で成膜された被覆層１２を有する成形型１０を用いているため、下型１０ａで溶融ガラス滴３０を受ける際に生じるエアー溜まり痕を効果的に抑制することができるとともに、被覆層１２の膜剥離の発生を抑制できる。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、下型１０ａを加圧位置Ｐ２に移動し（工程Ｓ１０４）、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３０を加圧する（工程Ｓ１０５）（図６参照）。溶融ガラス滴３０は下型１０ａよりも高温であるため、下型１０ａに滴下された溶融ガラス滴３０は、加圧される間に下型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３５となる。ガラス成形体３５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３５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。
【００４９】
本実施形態では、上型１０ｂとして、算術平均粗さ（Ｒａ）が増大するように負のバイアス電圧を印加した状態で成膜された被覆層１２を有する成形型１０を用いているため、下型１０ａと上型１０ｂとで溶融ガラス滴３０を加圧する際に生じるエアー溜まり痕を効果的に抑制することができるとともに、被覆層１２の膜剥離の発生を抑制できる。
【００５０】
溶融ガラス滴３０を加圧するために加える荷重は、常に一定であってもよいし、時間的に変化させてもよい。荷重の大きさは、製造するガラス成形体３５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。
【００５１】
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３５を回収し（工程Ｓ１０６）、ガラス成形体３５の製造が完成する。その後、引き続いてガラス成形体３５の製造を行う場合は、下型１０ａを再び滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ１０２）、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３５を回収する前にガラス成形体３５の形状を検査する工程や、ガラス成形体３５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。
【００５２】
このように、本実施形態のガラス成形体の製造方法によれば、下型１０ａ及び上型１０ｂのうち少なくとも一方は、上述の方法により製造された成形型１０を用いているため、溶融ガラス滴３０を受ける際や加圧成形する際におけるエアー溜まりの発生を良好に防止できるとともに、被覆層１２の膜剥離の発生を抑制できる。従って、高価な成形型の寿命を向上させることができ、エアー溜まり痕のないガラス成形体を低コストで安定的に製造することができる。
【００５３】
本実施形態の製造方法により製造されたガラス成形体３５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。
【００５４】
（ガラスゴブの製造方法）
下型１０ａとして成形型１０を用いる場合、工程Ｓ１０３で下型１０ａに滴下した溶融ガラス滴３０を、加圧成形することなくそのまま下型１０ａの上で冷却、固化してガラスゴブ（ガラス塊）を得ることもできる。その場合も、溶融ガラス滴３０を受ける際におけるエアー溜まり痕の発生を良好に防止できるとともに、被覆層１２の膜剥離の発生を抑制できるため、エアー溜まりのないガラスゴブを低コストで安定的に製造することができる。各工程の詳細は、上述のガラス成形体を製造する場合の工程と同様である。製造したガラスゴブは、リヒートプレス法によって光学素子等を製造するための素材ガラス（ガラスプリフォーム）等として用いることができる。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５６】
先ず、下型１０ａ及び上型１０ｂとして用いる成形型１０の基材１１に、成形面１５を形成した。基材１１の材質は炭化珪素（ＳｉＣ）の焼結体とした。成形面１５は凹の球面とし、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工の後、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．００５μｍとなるように研磨加工を行った。
【００５７】
次に、基材１１を、図２に示したスパッタ装置２０の基材保持部２３に取り付けた。スパッタターゲット２２には、直径１５２ｍｍ（６インチ）のクロムターゲットを用い、スパッタターゲット２２と成形面１５の間の距離は６５ｍｍとした。バルブ２９を開いて真空チャンバ２１の内部を排気しながら基材１１が２００℃になるように加熱を行い、真空チャンバ２１の内部が１０−３Ｐａ台の高真空まで到達した後、流量調整バルブ２７を開いてアルゴンボンベ２６よりアルゴンガスを１Ｐａまで導入した。そして、バイアス電源２５により基材１１（基材保持部２３）に所定の負のバイアス電圧を印加しながら、スパッタ電源２４によってスパッタターゲット２２に６００Ｗの高周波電力を印加して、膜厚が０．５μｍのクロム膜（被覆層１２）を成膜した。このとき、ターゲットへの実効電圧（自己電位バイアスＶｄｃ）は約５００Ｖであった。基材１１に印加したバイアス電圧は、０Ｖ（比較例１）、−５０Ｖ（比較例２）、−２００Ｖ（実施例１）、−３００Ｖ（実施例２）、−４００Ｖ（実施例３）及び−５００Ｖ（比較例３）の６通りであり、それぞれ２個ずつの成形型１０を作成した。但し、比較例３の条件では、印加するバイアス電圧の絶対値が大きすぎ、クロム膜はほとんど成膜されなかった。
【００５８】
成膜が完了した後、成形型１０を真空チャンバ２１から取り出し、クロム膜の形成された成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）と粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）とを測定した。測定結果を表１に示す。表１に示すように、比較例１及び２の成形型１０は、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前とほぼ同じか成膜前よりも小さいのに対し、実施例１〜３の成形型１０は算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大していることが確認された。なお、算術平均粗さ（Ｒａ）と粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）は、ＡＦＭ（デジタルインスツルメント社製Ｄ３１００）により測定した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
比較例３を除く５種類の成形型１０のそれぞれについて、作製した成形型１０を下型１０ａ及び上型１０ｂとして用いて、図４に示したフローチャートに従ってガラス成形体の製造を行った。ガラス材料にはＴｇが４８０℃のリン酸系ガラスを用いた。滴下ノズル３３の先端付近の温度は１０００℃とし、約１９０ｍｇの溶融ガラス滴３０が滴下するように設定した。また、下型１０ａと上型１０ｂの加熱温度は、下型１０ａが５００℃、上型１０ｂが４５０℃とし、加圧成形の際の荷重は１８００Ｎとした。
【００６１】
それぞれの成形型１０について１０００個ずつのガラス成形体を作製し、作製したガラス成形体の上面と下面を観察して、エアー溜まり痕の有無と、クロム膜（被覆層１２）の剥離の有無とを評価した。結果を表１に併せて示す。表１に示すように、実施例１〜３の成形型１０を使用した場合は、ガラス成形体の上面及び下面のいずれにもエアー溜まり痕はなく、被覆層１２の剥離も観察されなかった。これに対し、比較例１の場合はガラス成形体の下面にエアー溜まり痕が確認され、比較例２の場合はガラス成形体の上面及び下面の両方にエアー溜まり痕が確認された。
【００６２】
このように、実施例１〜３においては、成形面１５にクロム膜（被覆層１２を）成膜する際、アルゴンイオンの衝突によって成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように、基材１１に負のバイアス電圧を印加した状態で成膜を行ったため、エアー溜まり痕の残存を良好に防止できるとともに、被覆層１２の剥離を抑制でき、耐久性に優れていることが確認された。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 成形型
１０ａ 下型
１０ｂ 上型
１１ 基材
１２ 被覆層
１５ 成形面
２０ スパッタ装置
２１ 真空チャンバ
２２ スパッタターゲット
２３ 基材保持部
２４ スパッタ電源
２５ バイアス電源
２６ アルゴンボンベ
２７ 流量調整バルブ
２８ 排気ポンプ
２９ バルブ
３０ 溶融ガラス滴
３１ アルゴンイオン
３２ 溶融槽
３３ 滴下ノズル
３４ 溶融ガラス
３５ ガラス成形体
Ｐ１ 滴下位置
Ｐ２ 加圧位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滴下した溶融ガラス滴からガラスゴブ又はガラス成形体を製造するための成形型の製造方法、並びに該製造方法により製造された成形型を用いたガラスゴブ及びガラス成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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を用いることが多くなってきた。
【０００３】
このようなガラス成形体の製造方法として、所定温度に加熱した下型に、下型より高温の溶融ガラス滴を滴下し、滴下した溶融ガラス滴を、下型及び上型により加圧成形してガラス成形体を得る方法（以下、「液滴成形法」ともいう）が提案されている。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を非常に短くできることから注目されている。
【０００４】
また、下型に滴下した溶融ガラス滴をそのまま冷却、固化してガラスゴブ（ガラス塊）を作製し、得られたガラスゴブを成形型と共に加熱して加圧成形することによりガラス成形体を製造する方法（リヒートプレス法）も知られている。
【０００５】
しかし、これらの方法においては、滴下した溶融ガラス滴が下型に衝突する際、溶融ガラス滴の下面（下型との接触面）の中央付近にエアー溜まりが発生し、ガラス成形体の下面に微細な凹部（エアー溜まり痕）が残存してしまうという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するため、基材の上に被覆層を成膜した後、被覆層の表面を粗面化した下型を用いて、エアー溜まりに入り込んだ空気の流路を確保することでエアー溜まり痕が残存することを防止する方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、被覆層を粗面化する方法として、酸性溶液又はアルカリ性溶液を用いるウェットエッチングや、プラズマを用いるドライエッチングが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００９／０１６９９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されているようにウェットエッチングやドライエッチングによって被覆層を粗面化すると、粗面化の進行に伴って被覆層が劣化し、基材に対する密着性が低下してしまう。そのため、ガラスゴブやガラス成形体の製造中に、被覆層の剥離が発生しやすいという問題がある。
【０００９】
また、下型に滴下した溶融ガラス滴を下型と上型とで加圧成形する際、上型と溶融ガラス滴との接触部にエアー溜まりが生じ、ガラス成形体の上面（上型との接触面）にエアー溜まり痕が残存する場合もあり問題となっていた。
【００１０】
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、エアー溜まり痕の残存を良好に防止できるとともに、被覆層の剥離を抑制でき、耐久性に優れた成形型の製造方法を提供することである。また、本発明の別の目的は、エアー溜まり痕のないガラスゴブ及びガラス成形体を低コストで安定的に製造することができるガラスゴブ及びガラス成形体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
１．滴下した溶融ガラス滴からガラスゴブ又はガラス成形体を製造するための成形型の製造方法であって、
前記成形型の基材に所定の形状を有する成形面を形成する工程と、
スパッタ法により前記成形面に被覆層を成膜する工程と、を有し、
前記被覆層の成膜は、成膜中にプロセスガスのイオンの一部が前記成形面に衝突することによって前記成形面の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように選択されたバイアス電圧を前記基材に印加した状態で行うことを特徴とする成形型の製造方法。
【００１３】
２．前記被覆層を成膜した後の前記成形面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜０．２μｍであることを特徴とする前記１に記載の成形型の製造方法。
【００１４】
３．前記被覆層を成膜した後の前記成形面は、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする前記２に記載の成形型の製造方法。
【００１５】
４．前記被覆層を成膜する前の前記成形面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．００５μｍ以下であることを特徴とする前記２又は３に記載の成形型の製造方法。
【００１６】
５．前記被覆層の最表面層は、クロム、アルミニウム及びチタンのうち少なくとも１つからなる金属層であることを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の成形型の製造方法。
【００１７】
６．前記プロセスガスは、アルゴンガスを含むことを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の成形型の製造方法。
【００１８】
７．第１の成形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の成形型の上で冷却する工程と、を有するガラスゴブの製造方法であって、
前記第１の成形型は、前記１から６の何れか１項に記載の成形型の製造方法によって製造された成形型であることを特徴とするガラスゴブの製造方法。
【００１９】
８．第１の成形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の成形型及び前記第１の成形型に対向する第２の成形型により加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、
前記第１の成形型及び前記第２の成形型のうち少なくとも一方は、前記１から６の何れか１項に記載の成形型の製造方法によって製造された成形型であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、スパッタ法により成形面に被覆層を成膜する際、プロセスガスのイオンの衝突によって成形面の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように選択されたバイアス電圧を基材に印加した状態で成膜を行う。そのため、従来の方法のように被覆層の劣化により基材に対する密着性を低下させることなく、成形面の算術平均粗さ（Ｒａ）を増大させることができる。従って、エアー溜まり痕の残存を良好に防止できるとともに、被覆層の剥離を抑制でき、耐久性に優れた成形型を製造することができる。また、上記の方法で製造した成形型を使用することで、高価な成形型の寿命を向上させることができ、エアー溜まり痕のないガラスゴブ及びガラス成形体を低コストで安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】各工程における成形型の状態を示す断面図である。
【図２】本実施形態で用いるスパッタ装置を示す模式図である。
【図３】基板に印加するバイアス電圧の絶対値と、成膜面の算術平均粗さ（Ｒａ）の関係を模式的に示すグラフである。
【図４】ガラス成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態で用いるガラス成形体の製造装置を示す模式図（工程Ｓ１０３における状態）である。
【図６】本実施形態で用いるガラス成形体の製造装置を示す模式図（工程Ｓ１０５における状態）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（成形型の製造方法）
始めに、図１〜図３を用いて成形型の製造方法について説明する。図１は各工程における成形型の状態を示す断面図であり、図２は本実施形態で用いるスパッタ装置を示す模式図である。また、図３は基板に印加するバイアス電圧の絶対値と、成膜面の算術平均粗さ（Ｒａ）の関係を模式的に示すグラフである。
【００２４】
先ず、製造する成形型１０のベースとなる基材１１に、所定の形状を有する成形面１５を形成する（図１（ａ）参照）。成形面１５の形状に制限はなく、製造するガラスゴブやガラス成形体の形状に応じて種々の形状に加工すればよい。また、加工方法は、切削加工、研削加工、研磨加工など公知の方法の中から、基材１１の材質等に応じて適宜選択すればよい。なお、ここで成形面１５とは、溶融ガラス滴と接触して溶融ガラス滴を成形する（変形させる）ための面を意味し、ガラス成形体を製造するために溶融ガラス滴を加圧成形するための面の他、ガラスゴブを製造するために滴下した溶融ガラス滴を受けて変形させるための面も含むものである。
【００２５】
成形面１５は、バイト痕（ツールマーク）等の欠陥を確実に除去すると共に、被覆層１２の密着性、被覆性を向上させるため、算術平均粗さ（Ｒａ）を０．００５μｍ以下とすることが好ましく、０．００３μｍ以下とすることがより好ましい。
【００２６】
基材１１の材質は、ガラス成形体を製造するための成形型の材質として公知の材質の中から、条件に応じて適宜選択して用いることができる。基材１１を直接粗面化するわけではないため、エッチングの容易性や、エッチングした場合の耐久性等を考慮することなく選択することができる。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）、タングステンカーバイド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。また、これらの材質の表面にＣＶＤ炭化珪素膜などの緻密な加工層を形成したものであってもよい。
【００２７】
次に、プロセスガスのイオンによってターゲットをスパッタするスパッタ法により成形面１５に被覆層１２を成膜する（図１（ｂ））。被覆層１２の成膜は、成膜中にプロセスガスのイオンの一部が成形面１５に衝突することによって成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように選択されたバイアス電圧を基材１１に印加した状態で行う。そのため、被覆層１２の劣化により基材１１に対する密着性を低下させることなく、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）を増大させることができる。従って、エアー溜まり痕の残存を良好に防止できるとともに、被覆層１２の剥離を抑制でき、耐久性に優れた成形型１０を製造することができる。
【００２８】
図２に本実施形態で用いるスパッタ装置２０の一例を示す。スパッタ装置２０は、真空チャンバ２１の内部に基材１１を保持する基材保持部２３と、被覆層１２の材料であり基材保持部の下方に配置されたスパッタターゲット２２と、スパッタターゲット２２に所定の電圧を印加するスパッタ電源２４とを備えている。基材保持部２３は、基材１１に負のバイアス電圧を印加するためのバイアス電源２５に接続されている。また、真空チャンバ２１は、バルブ２９を介して、真空チャンバ２１の内部を所定の真空度まで排気するための排気ポンプ２８に接続されるとともに、流量調整バルブ２７を介して、真空チャンバ２１の内部にプロセスガスであるアルゴンガスを導入するためのアルゴンボンベ２６に接続されている。
【００２９】
被覆層１２を成膜するに際し、先ず、基材１１を、成形面１５を下向きにした状態で基材保持部２３に取り付ける。基材保持部２３で保持する基材１１は、１つでもよいし、複数でもよい。次に、バルブ２９を開き、真空チャンバ２１の内部を排気ポンプ２８によって所定の真空度まで排気する。通常は、１×１０−３Ｐａ以下の圧力まで排気することが好ましい。また、基材保持部２３にヒーターを設けておき、基材１１を所定の温度に加熱しておくことも好ましい。真空チャンバ２１の内部が所定の真空度まで排気された後、流量調整バルブ２７を開いてアルゴンボンベ２６よりプロセスガスであるアルゴンガスを導入する。そして、バイアス電源２５により基材１１（基材保持部２３）に負のバイアス電圧を印加しながら、スパッタ電源２４によってスパッタターゲット２２に所定の電圧を印加してスパッタターゲット２２の上面付近にプラズマを発生させる。これにより、アルゴンガスの一部がイオン化してアルゴンイオン３１となってスパッタターゲット２２に衝突し、スパッタターゲット２２の構成元素がスパッタ粒子としてはじき飛ばされる。はじき飛ばされたスパッタ粒子は上方の基材１１に到達して堆積し、成形面１５に被覆層１２が形成される。
【００３０】
一般的に、スパッタ法においては、基材１１に負のバイアス電圧を印加した状態で成膜を行うことで、成膜面を平坦化させることができることが知られている。これは、アルゴンイオン３１など、プロセスガスのイオンの一部が成膜面に衝突することで、成膜面に到達したスパッタ粒子の表面拡散が促進されるためであると考えられる。図３に、印加するバイアス電圧の絶対値と、成膜面の算術平均粗さ（Ｒａ）の関係を模式的に示す。図の領域ａの条件で成膜を行うと、成膜面の算術平均粗さ（Ｒａ）が最も小さくなる。一方、本実施形態においては、図の領域ｂのように基材１１に印加する負のバイアス電圧の絶対値を更に大きくし、アルゴンイオン３１が成形面１５に衝突する際のエネルギーを大きくすることで、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように被覆層１２の成膜を行う。
【００３１】
印加する負のバイアス電圧の大きさは、基材保持部２３やスパッタターゲット２２の大きさ、両者の間隔等、使用するスパッタ装置２０の構成に応じて適切な値を選択する必要がある。印加するバイアス電圧の絶対値が小さすぎると、被覆層１２を成膜した後の成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が小さすぎて、エアー溜まり痕の残存を防止する効果が十分ではなくなってしまう。逆に、印加するバイアス電圧の絶対値が大きすぎると、成膜レートが小さくなって効率が低下し、更にバイアス電圧の絶対値を大きくするとアルゴンイオンエッチングレートのほうが成膜レートよりも大きくなり、成膜がほとんど進行しなくなってしまう。一例を挙げると、スパッタターゲット２２の大きさが６インチ、基材保持部２３の大きさが４インチ、スパッタターゲット２２と成膜面の距離が１００ｍｍのスパッタ装置２０の場合、一般的に成膜面を平坦化する目的の場合、ターゲットへの実効電圧が５００Ｖであれば、基材１１に印加するバイアス電圧は−２０Ｖ〜−１００Ｖ程度である。一方、本実施形態において、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように成膜する場合に基材１１に印加するバイアス電圧は−１５０Ｖ〜−４５０Ｖの範囲が好ましく、−２５０Ｖ〜−４００Ｖの範囲がより好ましい。
【００３２】
エアー溜まりに入り込んだ空気の流路を十分に確保し、エアー溜まり痕の残存を確実に防止するとともに、ガラス成形体等の表面粗さを必要以上に悪化させないという観点から、被覆層１２を成膜した後の成形面１５は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜０．２μｍであることが好ましく、０．０２μｍ〜０．１５μｍであることがより好ましい。成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）は、成膜時に基板１１に印加するバイアス電圧の大きさによって調整すればよい。また、エアー溜まりに入り込んだ空気の流路をより確実に確保する観点から、被覆層１２を成膜した後の成形面１５は、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．５μｍ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。
【００３３】
なお、本実施形態の方法とは異なり、基板１１にバイアス電圧を印加せずに成膜を行い、その後、スパッタターゲット２２への電圧の印加を中止した状態で基板１１に負のバイアス電圧を印加して、被覆層１２にアルゴンイオン３１を衝突させる方法も考えられる。しかし、そのような方法の場合、アルゴンイオン３１の衝突によって被覆層１２の膜厚は減少するものの、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）を適切に増大させることは困難である。本実施形態の方法は、成膜中に基板１１にバイアス電圧を印加し、成形面１５にアルゴンイオン３１を衝突させながら成膜を行うため、成膜過程とイオン衝突過程の相互作用により成膜後の成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）を適切に値に増大させることができる。
【００３４】
被覆層１２の材質に特に制限はないが、上述の成膜方法による算術平均粗さ（Ｒａ）の調整が容易で、ガラスとの反応性が低い材料が好ましい。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つからなる金属層が好ましい。これらの膜は、何れも容易に成膜できると共に、大気中での加熱によって表面が酸化し、安定な酸化物の層が形成されるという共通した特徴がある。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、クロムを含む金属層とすることがより好ましい。
【００３５】
被覆層１２は１種類の材質からなる単一層で構成してもよいし、異なる材質からなる複数の層を積層して構成してもよい。複数の層を積層する場合、溶融ガラス滴と接触する被覆層１２の最表面が、クロム、アルミニウム及びチタンのうち少なくとも１つからなる金属層であることが好ましい。また、被覆層１２を複数の材質の混合膜とすることも好ましい。このような混合膜は、複数の材質を所定の割合で含むスパッタターゲット２２を用いて成膜してもよいし、それぞれの材質からなる複数のスパッタターゲット２２を用いて複合スパッタにより成膜してもよい。
【００３６】
被覆層１２は、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）を所定の値まで増大できるだけの厚みを有していればよく、通常は、膜厚が０．０５μｍ以上であることが好ましい。一方、被覆層１２が厚すぎると、膜はがれ等の欠陥が発生しやすくなる場合がある。そのため、被覆層１２の膜厚は、０．０５μｍ〜５μｍであることが好ましく、０．１μｍ〜１μｍであることがより好ましい。
【００３７】
成膜の際に真空チャンバ２１に導入するプロセスガスは、アルゴンガスを用いることが好ましい。また、窒素ガスや酸素ガスなどの活性ガスを、アルゴンガスに加えることも好ましい。例えば、アルゴンガスに加えて窒素ガスや酸素ガスを導入し、スパッタターゲット２２の構成元素と反応させて、窒化物や酸化物からなる被覆層１２を成膜してもよい。
【００３８】
（ガラス成形体の製造方法）
次に、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（工程Ｓ１０３）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（工程Ｓ１０５）における状態を、それぞれ示している。
【００３９】
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３４を収容する溶融槽３２と、溶融槽３２の下部に接続され、溶融ガラス滴３０を滴下するための滴下ノズル３３と、滴下した溶融ガラス滴３０を受けるための下型１０ａと、下型１０ａと共に溶融ガラス滴３０を加圧成形するための上型１０ｂとを備えている。下型１０ａと上型１０ｂは、上述の製造方法により製造された成形型１０であり、ベースとなる基材１１と、算術平均粗さ（Ｒａ）が増大するように負のバイアス電圧を印加した状態で成膜された被覆層１２とを有している。
【００４０】
上述の製造方法により製造した成形型１０は、下型１０ａとして用いてもよいし、上型１０ｂとして用いてもよい。成形型１０を下型１０ａとして用いる場合には、溶融ガラス滴３０を受ける際に生じるエアー溜まり痕を効果的に抑制することができる。また、金型を上型１０ｂとして用いる場合には、滴下した溶融ガラス滴３０を加圧する際に生じるエアー溜まり痕を効果的に抑制することができる。ここでは、成形型１０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が、下型１０ａと上型１０ｂのうち少なくとも一方に成形型１０を用いることで上記の効果が得られる。
【００４１】
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３０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３０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。
【００４２】
以下、図４に示すフローチャートに従い、ガラス成形体３５の製造方法の各工程について順を追って説明する。
【００４３】
先ず、下型１０ａ及び上型１０ｂを所定温度に加熱する（工程Ｓ１０１）。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。ガラスの種類や、形状、大きさ、成形型の材質、大きさ等種々の条件に応じて適正な温度を適宜設定する。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。
【００４４】
次に、下型１０ａを滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ１０２）、滴下ノズル３３から溶融ガラス滴３０を滴下する（工程Ｓ１０３）（図５参照）。溶融ガラス滴３０の滴下は、溶融ガラス３４を収容する溶融槽３２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３２に収容された溶融ガラス３４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から分離し、溶融ガラス滴３０となって下方に滴下する。
【００４５】
滴下ノズル３３から滴下する溶融ガラス滴３０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３０を滴下させることができる。また、滴下ノズル３３から滴下した溶融ガラス滴３０を、一旦、貫通細孔を有する部材の貫通細孔の上に衝突させ、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し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３０を得ることができるため、滴下ノズル３３から滴下する溶融ガラス滴３０をそのまま下型１０ａで受ける場合よりも、微小なガラス成形体３５の製造が可能となる。
【００４６】
本実施形態では、下型１０ａとして、算術平均粗さ（Ｒａ）が増大するように負のバイアス電圧を印加した状態で成膜された被覆層１２を有する成形型１０を用いているため、下型１０ａで溶融ガラス滴３０を受ける際に生じるエアー溜まり痕を効果的に抑制することができるとともに、被覆層１２の膜剥離の発生を抑制できる。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、下型１０ａを加圧位置Ｐ２に移動し（工程Ｓ１０４）、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３０を加圧する（工程Ｓ１０５）（図６参照）。溶融ガラス滴３０は下型１０ａよりも高温であるため、下型１０ａに滴下された溶融ガラス滴３０は、加圧される間に下型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３５となる。ガラス成形体３５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３５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。
【００４９】
本実施形態では、上型１０ｂとして、算術平均粗さ（Ｒａ）が増大するように負のバイアス電圧を印加した状態で成膜された被覆層１２を有する成形型１０を用いているため、下型１０ａと上型１０ｂとで溶融ガラス滴３０を加圧する際に生じるエアー溜まり痕を効果的に抑制することができるとともに、被覆層１２の膜剥離の発生を抑制できる。
【００５０】
溶融ガラス滴３０を加圧するために加える荷重は、常に一定であってもよいし、時間的に変化させてもよい。荷重の大きさは、製造するガラス成形体３５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。
【００５１】
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３５を回収し（工程Ｓ１０６）、ガラス成形体３５の製造が完成する。その後、引き続いてガラス成形体３５の製造を行う場合は、下型１０ａを再び滴下位置Ｐ１に移動し（工程Ｓ１０２）、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３５を回収する前にガラス成形体３５の形状を検査する工程や、ガラス成形体３５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。
【００５２】
このように、本実施形態のガラス成形体の製造方法によれば、下型１０ａ及び上型１０ｂのうち少なくとも一方は、上述の方法により製造された成形型１０を用いているため、溶融ガラス滴３０を受ける際や加圧成形する際におけるエアー溜まりの発生を良好に防止できるとともに、被覆層１２の膜剥離の発生を抑制できる。従って、高価な成形型の寿命を向上させることができ、エアー溜まり痕のないガラス成形体を低コストで安定的に製造することができる。
【００５３】
本実施形態の製造方法により製造されたガラス成形体３５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。
【００５４】
（ガラスゴブの製造方法）
下型１０ａとして成形型１０を用いる場合、工程Ｓ１０３で下型１０ａに滴下した溶融ガラス滴３０を、加圧成形することなくそのまま下型１０ａの上で冷却、固化してガラスゴブ（ガラス塊）を得ることもできる。その場合も、溶融ガラス滴３０を受ける際におけるエアー溜まり痕の発生を良好に防止できるとともに、被覆層１２の膜剥離の発生を抑制できるため、エアー溜まりのないガラスゴブを低コストで安定的に製造することができる。各工程の詳細は、上述のガラス成形体を製造する場合の工程と同様である。製造したガラスゴブは、リヒートプレス法によって光学素子等を製造するための素材ガラス（ガラスプリフォーム）等として用いることができる。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５６】
先ず、下型１０ａ及び上型１０ｂとして用いる成形型１０の基材１１に、成形面１５を形成した。基材１１の材質は炭化珪素（ＳｉＣ）の焼結体とした。成形面１５は凹の球面とし、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工の後、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．００５μｍとなるように研磨加工を行った。
【００５７】
次に、基材１１を、図２に示したスパッタ装置２０の基材保持部２３に取り付けた。スパッタターゲット２２には、直径１５２ｍｍ（６インチ）のクロムターゲットを用い、スパッタターゲット２２と成形面１５の間の距離は６５ｍｍとした。バルブ２９を開いて真空チャンバ２１の内部を排気しながら基材１１が２００℃になるように加熱を行い、真空チャンバ２１の内部が１０−３Ｐａ台の高真空まで到達した後、流量調整バルブ２７を開いてアルゴンボンベ２６よりアルゴンガスを１Ｐａまで導入した。そして、バイアス電源２５により基材１１（基材保持部２３）に所定の負のバイアス電圧を印加しながら、スパッタ電源２４によってスパッタターゲット２２に６００Ｗの高周波電力を印加して、膜厚が０．５μｍのクロム膜（被覆層１２）を成膜した。このとき、ターゲットへの実効電圧（自己電位バイアスＶｄｃ）は約５００Ｖであった。基材１１に印加したバイアス電圧は、０Ｖ（比較例１）、−５０Ｖ（比較例２）、−２００Ｖ（実施例１）、−３００Ｖ（実施例２）、−４００Ｖ（実施例３）及び−５００Ｖ（比較例３）の６通りであり、それぞれ２個ずつの成形型１０を作成した。但し、比較例３の条件では、印加するバイアス電圧の絶対値が大きすぎ、クロム膜はほとんど成膜されなかった。
【００５８】
成膜が完了した後、成形型１０を真空チャンバ２１から取り出し、クロム膜の形成された成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）と粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）とを測定した。測定結果を表１に示す。表１に示すように、比較例１及び２の成形型１０は、成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前とほぼ同じか成膜前よりも小さいのに対し、実施例１〜３の成形型１０は算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大していることが確認された。なお、算術平均粗さ（Ｒａ）と粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）は、ＡＦＭ（デジタルインスツルメント社製Ｄ３１００）により測定した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
比較例３を除く５種類の成形型１０のそれぞれについて、作製した成形型１０を下型１０ａ及び上型１０ｂとして用いて、図４に示したフローチャートに従ってガラス成形体の製造を行った。ガラス材料にはＴｇが４８０℃のリン酸系ガラスを用いた。滴下ノズル３３の先端付近の温度は１０００℃とし、約１９０ｍｇの溶融ガラス滴３０が滴下するように設定した。また、下型１０ａと上型１０ｂの加熱温度は、下型１０ａが５００℃、上型１０ｂが４５０℃とし、加圧成形の際の荷重は１８００Ｎとした。
【００６１】
それぞれの成形型１０について１０００個ずつのガラス成形体を作製し、作製したガラス成形体の上面と下面を観察して、エアー溜まり痕の有無と、クロム膜（被覆層１２）の剥離の有無とを評価した。結果を表１に併せて示す。表１に示すように、実施例１〜３の成形型１０を使用した場合は、ガラス成形体の上面及び下面のいずれにもエアー溜まり痕はなく、被覆層１２の剥離も観察されなかった。これに対し、比較例１の場合はガラス成形体の下面にエアー溜まり痕が確認され、比較例２の場合はガラス成形体の上面及び下面の両方にエアー溜まり痕が確認された。
【００６２】
このように、実施例１〜３においては、成形面１５にクロム膜（被覆層１２を）成膜する際、アルゴンイオンの衝突によって成形面１５の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように、基材１１に負のバイアス電圧を印加した状態で成膜を行ったため、エアー溜まり痕の残存を良好に防止できるとともに、被覆層１２の剥離を抑制でき、耐久性に優れていることが確認された。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 成形型
１０ａ 下型
１０ｂ 上型
１１ 基材
１２ 被覆層
１５ 成形面
２０ スパッタ装置
２１ 真空チャンバ
２２ スパッタターゲット
２３ 基材保持部
２４ スパッタ電源
２５ バイアス電源
２６ アルゴンボンベ
２７ 流量調整バルブ
２８ 排気ポンプ
２９ バルブ
３０ 溶融ガラス滴
３１ アルゴンイオン
３２ 溶融槽
３３ 滴下ノズル
３４ 溶融ガラス
３５ ガラス成形体
Ｐ１ 滴下位置
Ｐ２ 加圧位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
滴下した溶融ガラス滴からガラスゴブ又はガラス成形体を製造するための成形型の製造方法であって、
前記成形型の基材に所定の形状を有する成形面を形成する工程と、
スパッタ法により前記成形面に被覆層を成膜する工程と、を有し、
前記被覆層の成膜は、成膜中にプロセスガスのイオンの一部が前記成形面に衝突することによって前記成形面の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように選択されたバイアス電圧を前記基材に印加した状態で行うことを特徴とする成形型の製造方法。
【請求項２】
前記被覆層を成膜した後の前記成形面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜０．２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の成形型の製造方法。
【請求項３】
前記被覆層を成膜した後の前記成形面は、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の成形型の製造方法。
【請求項４】
前記被覆層を成膜する前の前記成形面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．００５μｍ以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の成形型の製造方法。
【請求項５】
前記被覆層の最表面層は、クロム、アルミニウム及びチタンのうち少なくとも１つからなる金属層であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の成形型の製造方法。
【請求項６】
前記プロセスガスは、アルゴンガスを含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の成形型の製造方法。
【請求項７】
第１の成形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の成形型の上で冷却する工程と、を有するガラスゴブの製造方法であって、
前記第１の成形型は、請求項１から６の何れか１項に記載の成形型の製造方法によって製造された成形型であることを特徴とするガラスゴブの製造方法。
【請求項８】
第１の成形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の成形型及び前記第１の成形型に対向する第２の成形型により加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、
前記第１の成形型及び前記第２の成形型のうち少なくとも一方は、請求項１から６の何れか１項に記載の成形型の製造方法によって製造された成形型であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【請求項１】
滴下した溶融ガラス滴からガラスゴブ又はガラス成形体を製造するための成形型の製造方法であって、
前記成形型の基材に所定の形状を有する成形面を形成する工程と、
スパッタ法により前記成形面に被覆層を成膜する工程と、を有し、
前記被覆層の成膜は、成膜中にプロセスガスのイオンの一部が前記成形面に衝突することによって前記成形面の算術平均粗さ（Ｒａ）が成膜前よりも増大するように選択されたバイアス電圧を前記基材に印加した状態で行うことを特徴とする成形型の製造方法。
【請求項２】
前記被覆層を成膜した後の前記成形面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ〜０．２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の成形型の製造方法。
【請求項３】
前記被覆層を成膜した後の前記成形面は、粗さ曲線要素の平均長（ＲＳｍ）が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の成形型の製造方法。
【請求項４】
前記被覆層を成膜する前の前記成形面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．００５μｍ以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の成形型の製造方法。
【請求項５】
前記被覆層の最表面層は、クロム、アルミニウム及びチタンのうち少なくとも１つからなる金属層であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の成形型の製造方法。
【請求項６】
前記プロセスガスは、アルゴンガスを含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の成形型の製造方法。
【請求項７】
第１の成形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の成形型の上で冷却する工程と、を有するガラスゴブの製造方法であって、
前記第１の成形型は、請求項１から６の何れか１項に記載の成形型の製造方法によって製造された成形型であることを特徴とするガラスゴブの製造方法。
【請求項８】
第１の成形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の成形型及び前記第１の成形型に対向する第２の成形型により加圧成形する工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、
前記第１の成形型及び前記第２の成形型のうち少なくとも一方は、請求項１から６の何れか１項に記載の成形型の製造方法によって製造された成形型であることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１１６５９０（Ｐ２０１１−１１６５９０Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７５４５２（Ｐ２００９−２７５４５２）
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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