JP2002348130A - ガラス金型の製造方法とそれに用いる金型 - Google Patents

ガラス金型の製造方法とそれに用いる金型

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Makoto Umetani
梅谷　　誠
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の結晶化ガラスの事前加工を必要とせず、
凹レンズ用レプリカ金型作製においても時間・コストの
削減を可能とするガラス金型の製造方法とそれに用いる
金型を提供する。 【解決手段】凹面を有するガラス素子またはプラスチッ
ク素子をプレス成形によって成形するために用いる曲率
半径Ｒの凸面の成形面を有する金型を製造する方法であ
って、前記金型の少なくとも成形面が被成形ガラスより
も高軟化点を有するガラスもしくは結晶化ガラスからな
り、前記成形面を曲率半径ｒ（ただし、ｒ＜Ｒ）の凸面
に成形し、さらに前記成形面を曲率半径Ｒの凸面に成形
する。また凹面の中心に空気穴５を備え、前記曲率半径
ｒの凹面と前記空気穴は曲率半径0.2ｍｍ以上のスムー
ズな曲面でつなげている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスまたはプラ
スチックをプレス成形するためのガラス金型を製造する
ための工程とそれに用いる金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、プレス成形によるガラスレンズ
などの素子成形では、所定の表面形状に仕上げた表面層
を有する成形型内に、被成形ガラスを入れた後加熱・軟
化させるか、または加熱軟化させた被成形ガラスを入
れ、この成形型に所定の圧力を加えることによって、成
形型の形状が被成形ガラスに転写されてガラス成形体が
得られる。したがって、成形型は、その表面層の形状が
ガラス成形体の表面形状としてそのまま転写されること
になる。
【０００３】金型に用いられる基材としては、従来、超
硬合金、セラミック、サーメット、鋼等が用いられてき
たが、これらを精密に加工するには時間とコストがかか
り、多数の金型を短期間に製造することは困難であっ
た。
【０００４】これを解決するために、成形用の金型に結
晶化ガラスなどを用いて、結晶化前のガラスを成形母型
によって成形後結晶化させて、このガラス金型（以後、
レプリカ金型と称す）を製造することが提案されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のレプリカ金型作
製の課題を図３（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図３
（ａ）（ｂ）は従来提案されているレプリカ金型の作製
工程の概略である。図３(a)は、これまで主に提案され
てきた凸レンズ成型用レプリカ金型の成形時の状態の概
略図である。基材１上に円柱形の結晶化ガラス（結晶化
前）２を乗せ、凸レンズ用母型１１を上から押しつけな
がら加熱・成形・結晶化する。この時、基材１の結晶化
ガラス２との接触面にＣｒ等を成膜しておくことによっ
て、基材１と結晶化ガラス２は接着される。以上の工程
により凸レンズ用レプリカ金型１２は凹面を持った金型
に仕上げられる。
【０００６】同様な工程で凹レンズ用レプリカ金型を作
製した場合の概略図が図３(b)である。凹レンズ用母型
１３は、凹面を有しているため、円柱形の結晶化ガラス
２を成形した場合、凹レンズ用母型１３と結晶化ガラス
２の間に空気だまり１５が発生し、作製された凹レンズ
用レプリカ金型１４には結晶化ガラス２の上面に平面部
１６が生じ、この部分は凹レンズ用母型１３の形状が転
写されない。
【０００７】この課題を解決するために、結晶化ガラス
（結晶化前）を球状に加工したり、またはロケット形状
に加工したりする必要があった。しかし、こういう工程
を課すことで、本来の目的であるレプリカ金型を安価に
しかも迅速に作製することが難しくなる。
【０００８】本発明は、前記従来の結晶化ガラスの事前
加工を必要とせず、凹レンズ用レプリカ金型作製におい
ても時間・コストの削減を可能とするガラス金型の製造
方法とそれに用いる金型を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のガラス金型の製造方法は、凹面を有するガ
ラス素子またはプラスチック素子をプレス成形によって
成形するために用いる曲率半径Ｒの凸面の成形面を有す
る金型を製造する方法であって、前記金型の少なくとも
成形面が被成形ガラスよりも高軟化点を有するガラスも
しくは結晶化ガラスからなり、前記成形面を曲率半径ｒ
（ただし、ｒ＜Ｒ）の凸面に成形し、さらに前記成形面
を曲率半径Ｒの凸面に成形することを特徴とする。
【００１０】前記ガラス金型の製造方法においては、前
記結晶化ガラスの成形面を曲率半径Ｒの凸面に成形した
後、結晶化させることが好ましい。
【００１１】次に本発明のガラス金型製造用の金型は、
ガラス成形をする金型であり、少なくとも成形面が被成
形ガラスよりも高軟化点を有するガラスもしくは結晶化
ガラスからなり、かつ曲率半径Ｒの凸面の成形面を有す
る金型を製造するために、それに先だって成形面を曲率
半径ｒ（ただし、ｒ＜Ｒ）の凸面に成形するための曲率
半径ｒの凹面を有する金型であって、前記凹面の中心に
空気穴を備え、前記曲率半径ｒの凹面と前記空気穴は曲
率半径0.2ｍｍ以上のスムーズな曲面でつなげているこ
とを特徴とする。
【００１２】前記本発明のガラス金型製造用の金型にお
いては、成形面には保護膜としてＰｔを含む合金が成膜
されていることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい例によれば、目
的とする曲率半径Ｒの凹レンズ用レプリカ金型を作製す
るのに、第一段階として結晶化ガラスを曲率半径ｒ（ｒ
＜Ｒ）の凸形状に変形させ、第二段階として曲率半径Ｒ
の凸形状に変形させ、その後結晶化させる。これによ
り、凹レンズ用レプリカ金型は、短時間に、低コスト
で、安定に多数のレプリカ金型を作製することができ
る。
【００１４】以下に本発明の一実施例について図１およ
び図２（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図１は本発明
に関わる成形型１０の断面の概略図である。基材２０は
超硬合金からなり、成形面４の曲率半径ｒは目的とする
凹レンズの曲率半径Ｒよりも小さい。また、成形面４の
中心から直径０．７ｍｍの空気穴５が空けられている。
成形面４と空気穴５は、曲率半径Ｃ（Ｃ≧0.2ｍｍ）の
なめらかな局面でつながっている。さらに、少なくとも
成形面４には保護膜２１としてＰｔ−Ｉｒ合金（２μｍ
厚）が成膜されている。組成比は、Ｐｔ：Ｉｒ＝６０：
４０（atomic%）とした。
【００１５】実施例１として用いた金型は、Ｒ＝４ｍｍ
の凹レンズを作製するために、ｒ＝3.5ｍｍ、Ｃ＝0.4ｍ
ｍとした。
【００１６】次にこの工程（断面の概略図で示した）
を、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。成形はすべ
て窒素フロー中で行った。基材１として高速度鋼のＳＫ
Ｈ４を用いた。基材１の結晶化ガラス２との接触面には
予めＣｒを０．１μｍ成膜しておいた。
【００１７】まず、図２(a)に示すように、基材１に案
内型３をセットし、中に円柱形の結晶化ガラス２（結晶
化前）を入れ、さらに、成形型１０を入れた。ここで用
いた結晶化ガラスは松浪硝子工業社製のＤ１５０であ
る。全体を５５０℃まで加熱し、成形型１０を上から加
圧し１０分間保ち、その後冷却した。
【００１８】次に図２(b)に示すように、冷却後、成形
型１０を取り除き、図２(c)に示すように凹レンズ用母
型１３（Ｒ＝４ｍｍ）を代わりに乗せ、加熱・加圧し
た。ここでは、加圧した状態で５５０℃に１０分間保っ
た後、７５０℃まで加熱し３０分間保持してガラスの結
晶化を行った。その後、徐々に冷却した後、図２(d)に
示すように凹レンズ母型１３、案内型３を取り除き凹レ
ンズレプリカ金型１４を作製した。これにより、曲率半
径４ｍｍのなめらかな曲面を持つ凹レンズ用レプリカ金
型が作製できた。
【００１９】次に比較例として、曲率半径r=3.5ｍｍの
凹面をもち、空気穴を持たない以外はすべて成形型１０
と同じ金型で、図３と同じ工程を使って凹レンズレプリ
カ金型１７を作製した。これを図４（ａ）〜（ｄ）を用
いて説明する。図４(a)に示すように基材１に案内型３
をセットし、中に円柱形の結晶化ガラス２（結晶化前）
を入れ、さらに、空気穴を持たない成形型１７を入れ
た。全体を５５０℃まで加熱し、成形型１０を上から加
圧し１０分間保ち、その後冷却した。次に図４(b)に示
すように冷却後、成形型１０を取り除き形状を確認した
ところ、図３(b)と同様の空気だまりの影響で平面部１
６が確認された。次に図４(c)に示すように凹レンズ用
母型１３（Ｒ＝４ｍｍ）を乗せ、加熱・加圧を行った。
ここでは、加圧した状態で５５０℃に１０分間保った
後、７５０℃まで加熱し３０分間保持してガラスの結晶
化を行った。
【００２０】その後、徐々に冷却した後、図４(d)に示
すように凹レンズ母型１３、案内型３を取り除き凹レン
ズレプリカ金型１８を作製した。このレプリカ金型１８
を比較例とした。
【００２１】比較例のレプリカ金型１８では、まだ少し
ではあるが微小な平面部１９が残っていた。また、図４
(b)で確認された平面部１６の外周部に当たる部分は、
最終のレプリカ金型１８においても、曲面のなめらかさ
を阻害する微小な突起２２を形成していた。
【００２２】以上のように空気穴５を持たない成形型を
用いた場合は、微小ではあるが最後まで平面部１９を残
し、凹レンズ母型１３の形状を完全には転写していない
し、さらに図４(b)で確認された平面部１６の外周が突
起欠陥２２として残った。
【００２３】ここで基材２０として超硬合金、基材１と
して鋼速度鋼を用いたが、これらはサーメット、セラミ
ックス、結晶化ガラス、被成形ガラスよりも軟化点の高
いガラス等を用いてもよい。
【００２４】また、レプリカ金型には結晶化ガラスを用
いたが、これも被成形ガラスよりも軟化点の高いガラス
材料を用いてもよい。
【００２５】図１の成形型１０においては、実施例では
Ｃ＝0.4ｍｍとしたがＣ≧0.2ｍｍの範囲であればよい。
Ｃの値が0.2ｍｍ未満であれば、図２(b)の結晶化ガラス
２の先端のくびれが急峻になり、凹レンズ母型１３で成
形した後も欠陥として残ることが分かっている。
【００２６】また、本実施例では空気穴を成形面から、
型の背面まで貫通させたが、結晶化ガラスの形状に悪影
響を及ぼさない範囲であれば、あえて貫通させずに途中
で塞がっていてもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のガラス金型製造用の金型を用い、本発明の工程に従っ
てガラス金型を作製すれば、結晶化ガラスを事前に加工
する必要がなく、時間的にもコスト的にも有利に多数の
ガラス金型を容易に作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の成形型の概略断面図
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施例のガラス
金型の成形工程を説明する概略断面図
【図３】従来のガラス金型成形時の状態の概略断面図
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、比較例のガラス金型の成形
工程を説明する概略断面図
【符号の説明】
１ 基材 ２ 結晶化ガラス ３ 案内型 ４ 成形面 ５ 空気穴 １０ 成形型 １１ 凸レンズ用母型 １２ 凸レンズ用レプリカ金型 １３ 凹レンズ用母型 １４ 凹レンズ用レプリカ金型 １５ 空気だまり １６ 平面部 １７ 空気穴を持たない成形型 １８ 凹レンズ用レプリカ金型 １９ 微小平面部 ２０ 基材（高速度鋼） ２１ 保護膜 ２２ 微小突起欠陥
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｌ 31:00 Ｂ２９Ｌ 31:00 (72)発明者 土肥 美代子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 中村 正二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4F202 AF16 AJ06 CA09 CB01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 凹面を有するガラス素子またはプラスチ
    ック素子をプレス成形によって成形するために用いる曲
    率半径Ｒの凸面の成形面を有する金型を製造する方法で
    あって、前記金型の少なくとも成形面が被成形ガラスよ
    りも高軟化点を有するガラスもしくは結晶化ガラスから
    なり、前記成形面を曲率半径ｒ（ただし、ｒ＜Ｒ）の凸
    面に成形し、さらに前記成形面を曲率半径Ｒの凸面に成
    形することを特徴とするガラス金型の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記結晶化ガラスの成形面を曲率半径Ｒ
    の凸面に成形した後、結晶化させる請求項１に記載のガ
    ラス金型の製造方法。
  3. 【請求項３】 ガラス成形をする金型であり、少なくと
    も成形面が被成形ガラスよりも高軟化点を有するガラス
    もしくは結晶化ガラスからなり、かつ曲率半径Ｒの凸面
    の成形面を有する金型を製造するために、それに先だっ
    て成形面を曲率半径ｒ（ただし、ｒ＜Ｒ）の凸面に成形
    するための曲率半径ｒの凹面を有する金型であって、前
    記凹面の中心に空気穴を備え、前記曲率半径ｒの凹面と
    前記空気穴は曲率半径0.2ｍｍ以上のスムーズな曲面で
    つなげていることを特徴とするガラス金型製造用の金
    型。
  4. 【請求項４】 成形面には保護膜としてＰｔを含む合金
    が成膜されている請求項３に記載のガラス金型製造用の
    金型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008239423A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Konica Minolta Opto Inc 光学素子の製造方法
CN100553924C (zh) * 2006-01-18 2009-10-28 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 光学元件成型模具
WO2012026263A1 (ja) * 2010-08-25 2012-03-01 コニカミノルタオプト株式会社 ガラス成形体の製造方法および製造装置

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