JP2577055B2

JP2577055B2 - ガラス成形型

Info

Publication number: JP2577055B2
Application number: JP63174071A
Authority: JP
Inventors: 慎一郎広田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1988-07-13
Filing date: 1988-07-13
Publication date: 1997-01-29
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: US5013348A; JPH0226843A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、プレス成形後、研磨等の後加工を必要とし
ない、外径が大きくて肉薄のガラス成形体を製造するガ
ラス成形型に係わり、特に溝、孔等の微細パターン付き
の光ディスク基板や、眼鏡レンズ等の大口径レンズの作
製に好適なガラス成形型に関する。

〔従来の技術と問題点〕

プレス成形後において研磨等の後加工を必要としない
高精度のガラス成形体の成形方法は、例えば特開昭59−
203732号公報によって知られている。この成形方法の場
合には、お盆上で被成形ガラス素材を加熱および軟化さ
せ、そして軟化したガラスを把持具で掴んで、成形型内
に移送してプレスする。しかしながら、この方法では、
把持具でガラスを掴むことによってガラスが変形し、か
つ軟化してお盆に密着しているガラスをお盆から引き離
すときにガラスが変形するので、その後のプレス成形に
おいて満足なレンズが得られないという欠点があった。

更に、特開昭60−118641号公報には、リング状胴型に
被成形ガラス素材を支持し、リング状胴型と共に被成形
ガラス素材を加熱および軟化させ、リング状胴型と共に
上・下型内に移送してプレスする方法が示されている。
この方法は、上記問題点を解決するものであったが、リ
ング状胴型に支持してガラスを軟化させると、自重によ
る変形によってへたりが生じ、加熱中にガラス素材がへ
たってリング状胴型から落下したり、ガラス素材の中央
部が窪むため、プレスにおいて上面にガストラップが発
生し易く、成形条件の範囲が狭く、不安定な面があっ
た。特にガラス成形体の外径が大きくなったり、肉圧が
薄くなると、比較的に薄い形状の被成形ガラス素材を使
用しなければならないので、この方ではへたりを防止す
ることが困難であった。

本発明は、これらの問題点を克服し、外径が大きく
せ、比較的肉薄のガラス成形体を成形することができる
ガラス成形型を提供することを目的とする。

〔目的を達成するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも上型
と下型を備えた、肉薄のガラス成形体を成形するための
ガラス成形型において、被成形ガラスを載せて加熱、プ
レスおよび冷却を行う下型の最大厚さがその外径の10分
の１以下であることを特徴とするものである。

この下型に被成形ガラスを載せて、被成形ガラスの表
面の少なくとも一部が10¹⁰ポアズ以下の粘度になるよう
に加熱し、10¹⁰〜10¹³ポアズのガラス粘度に対応する温
度に保った上型でプレスを行う。なお、この場合、上型
を固定し、下型支持型を介して下型に負荷をかけてプレ
スしてもよい。

下型は、適当な移送手段によって移送できるが、下型
を支持する段部を内面に備えた胴型によって、被成形ガ
ラスと共に移送するのが好ましい。

更に、胴型の中部に、胴型上部との内径差が50〜1000
μｍの凹部を形成することにより、プレス直後の離型時
に、上型へのガラス成形体の貼り付きが防止される。こ
の場合、冷却によってガラスが胴型よりも大きく収縮す
るので、取出し時においては、ガラス成形体の外径が胴
型の上部内径よりも小さくなり、ガラス成形体を胴型か
ら外すことができる。

更に、プレス直後の離型において、ガラス成形体が胴
型と共に上型に貼り付くのを防止するために、胴型が持
ち上がるのを防止する手段を設けてもよい。この手段と
しては、胴型を支持具に固定してもよいし、把持具で掴
んでもよいし、また上型周縁にストッパーを当ててもよ
い。なお、成形条件を選ぶことにより、上記の貼り付き
防止機構が不要な場合もある。

更に、下型または上型がその成形面に微細な溝や孔を
備えていることが好ましい。

〔実施例１〕次に、第１図と第２図を参照して本発明の実施例１を
説明する。

第１図は、本実施例によるガラス成形型の下型４に被
成形ガラス３を載せ、この下型４をリング２によって支
持した状態を示している。下型４は比較的に偏平に形成
され、その最大厚さがその外径の10分の１以下となって
いる。更に、下型４の成形面には、微細な溝や孔が形成
されている。

第１図に示す状態は被成形ガラス３の加熱状態であ
る。従って、被成形ガラス３、下型４およびリング２の
周囲には、ガラス成形体製造装置の図示していない加熱
装置が設けられ、そしてリング２は図示していない適当
な手段によってガラス成形体製造装置の支持部に支持さ
れている。

第２図は被成形ガラス３のプレス状態を示している。
この場合、下型支持型６が上昇してリング２に嵌まり、
下型４を支持する。そして上型５とストッパー７が下降
し、上型５が被成形ガラス３をプレスする。

次に、成形方法について詳述する。先ず、本実施例で
は作るガラス成形体は外径89mm（3.5インチ）、厚さ1.5
mmのプリグループ付きの光ディスク基板である。プリグ
ループは幅約１μｍ、深さ約500〜1000Åの溝が切られ
たパターンである。このプリグループ付きディスク基板
として、プラスチックの射出成形による方法と、ガラス
の上にプラスチックの薄層をつける方法が検討されてい
る。しかし、これらの方法では性能的に充分ではないの
で、性能的に最も望ましいガラスで安価に作ることが望
まれており、本発明はその期待に応えるものである。な
お、前記基板にはメディアを付けて使用する。

本実施例では、被成形ガラスに転写される下型４の成
形面として、厚さ2mmに平面研磨された石英ガラスに、
スパッタリング法により炭窒化クロムを約1000Åの厚に
被覆し、フォトエッチング法により、幅約１μｍの溝を
作成し、この上にスパッタリング法により炭化ケイ素を
約500Å被覆し、更にその上にスパッタリング法により
硬質炭素層を500Å被覆したものを用いた。また、上型
５の成形面としては、炭化ケイ素焼結体の表面にCVD法
により炭化ケイ素を被覆したものを平面に研磨して、そ
の上にスパッタリング法により硬質炭素層を500Å被覆
して使用した。

被成形ガラス３はアルミノ珪酸塩ガラスで、転移温度
500℃、屈伏点562℃のガラスであり、予め両面をラフに
平面研磨して使用した。

成形時には先ず、下型４に被成形ガラス３を載せ、こ
れをリング２にセットし、被成形ガラス３の粘度がおよ
そ10⁸ポアズになるまで加熱する。この場合、下型が肉
薄で熱容量が小さいので、下型４と被成形ガラス３は急
速に加熱される。そして、上型５および下型支持型６の
温度を528℃（ガラス粘度が10¹²ポアズになる温度）に
保ち、下型支持型６を上昇させてリング２（タングステ
ン合金を用いた）内に挿入して下型４を支持し、ばねま
たは２重シリンダ機構によりストッパー７と上型５を下
降させて20kg/cm²の圧力で約１分間プレスを行う。被成
形ガラス３および下型４は肉厚が薄く熱容量が小さいの
で、この間に成形ガラス３および下型４の熱が上型５お
よび下型支持型６（ここでは熱伝導性の良い炭化ケイ素
焼結体を用いた）にすみやかに移動し、全体が528℃
（ガラス粘度が10¹²ポアズに対応する温度）となり、被
成形ガラス３はほとんど固化する。その後、ストッパー
７で下型４の周縁を押えて、上型５を上昇させる。この
時、ガラスは下型４との密着性がよいので、上型には貼
りつかず、下型４上に残る。次いで、ストッパー７を上
昇し、下型支持型６を下降する。しかる後に250℃以下
になるまで冷却を行い、ガラス成形体を下型４と共に、
あるいはガラス成形体だけを、ガラス成形体製造装置か
ら取り出す。

本ガラス成形体を走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、下面は下型の微細な溝や孔のパターンを完全に転写
しており、上面は面精度100Å以下の鏡面になってお
り、上下面共面精度は良好で、反りも10μｍ以下であっ
た。得られたガラス成形体は化学イオン交換法により強
化処理を行った後、メディアを付けて光メモリーディス
クとして使用する。

〔実施例２〕本実施例は第３図に示す如く、プレス状態で、ストッ
パー７′が胴型を兼用する以外は実施例１と同じであ
る。すなわち、成形中、被成形ガラス３の側面はストッ
パー７′に接触し、得られるガラス成形体の厚さは被成
形ガラス３の量に左右される。これに対して、前記実施
例１の場合には、所定の厚さの成形体を得るために上型
５の下降ストロークが制限され、被成形ガラス３の側面
はストッパー７に接触しない。

〔実施例３〕第４図乃至第６図に示す本実施例では、上型10をプリ
グループ付きの型とし、下型９を平面とした。加熱状態
とプレス状態をそれぞれ第４図および第５図に示し、第
５図の二転鎖線の円で囲んだ部分VIを第６図に拡大して
示す。本実施例では、移送手段例えば回転テーブルに支
持具１を連結し、この支持具１に取付けられた胴型８
（タングステン合金を用いた）の段部8aで薄板状の下型
９を支持し、下型の上に被成形ガラス３を載せて移送
し、所定の場所にて加熱、プレスおよび冷却を行う。更
に、ガラス成形体の側面を形成する胴型８の中部8bに凹
部を形成し、この凹部の内径が上部8cの内径より50〜10
00μｍ大きくなるようにした。

加熱室で被成形ガラス３、下型９および胴型８を加熱
して、被成形ガラスの粘度をおよそ10^7.5ポアズとし、
上型10、上型支持型11、上型支持具12および下型支持型
６の温度を10¹¹ポアズのガラス粘度に対応する温度（55
7℃）に保ったプレス室に移送し、下型支持型６を上昇
させ、上型アセンブリ10,11,12を下降させて、約１分間
プレスを行った。これにより、被成形ガラス３は伸び
て、前記の窪んだ胴型中部8bにガラス部分３′が満たさ
れる。次いで上型アセンブリ10,11,12を上昇させ、下型
支持型６を下降させるが、このときガラス部分３′が窪
んだ胴型中部8bに充填されているので、ガラス３が上型
10に貼り付いて持ち上がることはない。しかる後に冷却
室で冷却を行い、下側から、胴型８よりも径の小さい図
示していない昇降ロッドで下型９と共にガラス成形体３
を押し上げて下型９上にガラス成形体３を載せたまま室
外に取り出すかまたは適宜手段によってガラス成形体３
だけを取り出す。この場合、ガラス成形体は胴型８より
収縮係数が大きいことから、冷却により、ガラス部分
３′の外径が胴型上部8cの内径より小さくなっているた
め、ガラス成形体３および下型９を胴型８から容易に外
すことができる。このようにして得られたガラス成形体
は実施例１と同様良好なものであった。

〔実施例４〕本実施例の加熱およびプレスの様子をそれぞれ第７図
および第８図に示す。本実施例は実施例３に比べて、胴
型８′を支持具１と分離することにより、胴型８′も共
に移送可能としたものである。この方が操作がやり易い
場合がある。これに伴って、プレス直後に上型10を上昇
させた際に、ガラス成形体３が上型に貼り付いて、ガラ
ス成形体３、下型９および胴型８′が一緒に持ち上がる
のを防止するために、実施例１と同様に、ストッパー７
を設け、胴型８′を押さえるようにした。他は実施例３
と同様であり、良好な結果が得られた。

〔実施例５〕本実施例の加熱およびプレスの様子をそれぞれ第９図
および第10図に示す。本実施例では、支持具１の代わり
に支持筒13を用いている。この支持筒によって、加熱
室、プレス室および冷却室間の移送を行う。第１加熱室
で上面および側面からの加熱により予備加熱を行い、第
２加熱室で上面から集中的に加熱を行い、被成形ガラス
３の上面付近を10^6.5ポアズ付近の粘度にし、プレス室
で10^12.5ポアズの粘度に対応する温度（514℃）に保た
れた上型（微細パターンのある型）10でプレスを行う。
冷却後、ガラス成形体３を胴型８″および下型９と共に
取り出す。得られたガラス成形体の下面付近はプレスに
よってほとんど伸びないが、被成形ガラス素材を予め研
磨してあるので、良好な結果が得られた。

〔実施例６〕第11図と第12図に示す本実施例は、眼鏡用レンズ（外
径72mm）を成形するためのものである。上型14、下型15
は共に、炭化ケイ素焼結体の表面にCVD法により炭化ケ
イ素を被覆したものを曲面（球面または非球面）に研磨
し、その上にスパッタリング法により硬質炭素層を500
Å被覆して使用した。非成形ガラス３として眼鏡用組成
のガラスをラフに平面研磨して用いた。本実施例は、凹
メニスカス形状の眼鏡レンズの成形例であり、第11図は
プレス直前の様子を示し、第12図はプレス中の様子を示
す。下型15は中心部の肉厚が6mmであり、胴型８の構造
は前記実施例３と同様である。加熱室で被成形ガラス３
の粘度が約10^6.5ポアズになるまで加熱することによ
り、被成形ガラス３は自重変形を起こし、第11図に示す
如く、下型15の形状にならったような形になる。これを
第12図に示すように10¹²ポアズの粘度に対応する温度に
保った上型14で約１分間プレスを行った。冷却後に得ら
れたガラス成形体３は面粗度が100Å以下で、上下面共
面精度は良好で、反りも10μｍ以下であり、眼鏡用レン
ズとして充分使用に耐えうるものであった。

〔実施例７〕第13図と第14図に示す本実施例は、凸メニスカス形状
の眼鏡用レンズを成形するためのものである。第13図は
プレス直前の様子を、そして第14図はプレス中の様子を
示す。本実施例の特徴は加熱室で10^5.5ポアズの粘度に
なるまで被成形ガラス３を加熱することにより、被成形
ガラス３が表面張力により丸みを帯びるよう加熱した点
にある。これにより、プレス時に上面でガスがトラップ
されることを防止できた。また、本実施例では第14図に
示すように、ガラス成形体３の周縁部３″をストッパー
７で押さえることにより、上型14の上昇時の、上型への
ガラス成形体３の貼り付きを防止している。

以上実施例について述べたが、本発明のガラス成形型
はいろいろなガラス成形体製造装置において使用可能で
ある。すなわち、被成形ガラスを加熱室、プレス室、冷
却室等に順々に移動させて処理するガラス成形体製造装
置（回転テーブルを有する回転式ガラス成形体製造装
置、トンネル炉を有するライン式ガラス成形体製造装置
等）や、加熱、プレスおよび冷却を１個所で行うガラス
成形体製造装置において使用可能である。また、前記型
材料、被成形ガラス素材の組成や形状、プレス時間等
も、上記実施例に限定されるものではない。本発明は、
外径が大きくて、肉厚が比較的に薄い高精度のガラス成
形体を肉薄の下型を用いて製造することを目的とするも
のであり、プレス時間は20秒以上、120秒以下が有効で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、肉薄の下型に被成形ガラスを載せて
移送し、加熱および軟化させることにより、被成形ガラ
スの軟化によるへたりを防止しつつ、かつ肉薄の下型と
したことにより、その熱容量が小さいために、ガラスと
下型の加熱速度およびプレス時におけるガラスと下型の
熱を上型と下型支持型が奪う速度、更にはプレス後のガ
ラスと下型の冷却の速度が速くなり、結果として極めて
速い製造速度で、外径が大きくて比較的に肉薄のガラス
成形体を製造することができる。特にプリグループ付き
の光ディスク基板の製造に際しては、プリグループ面を
下面とすることにより、外径、肉厚が一定で、微細パタ
ーンのみ異なる下型を次々と装置内に挿入することによ
り、同一成形条件でパターンの異なるディスク基板を次
々と製造することができるという利点も有するものであ
る。眼鏡用レンズにおいても、下型を順次換えることに
より、度数等を変えることができ、極めて有利な製造が
行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は光ディスク基板を製造するための実施例１によ
るガラス成形型の加熱状態を示す断面図、第２図は実施
例１の成形型のプレス状態を示す断面図、第３図は実施
例２による成形型のプレス状態を示す断面図、第４図は
実施例３による成形型の加熱状態を示す断面図、第５図
は実施例３の成形型のプレス状態を示す断面図、第６図
は第５図の円VI部分の拡大図、第７図は実施例４による
成形型の加熱状態を示す断面図、第８図は実施例４によ
る成形型のプレス状態を示す断面図、第９図は実施例５
による成形型の加熱状態を示す断面図、第10図は実施例
５の成形型のプレス状態を示す断面図、第11図は眼鏡用
レンズを製造するための実施例６によるガラス成形型の
加熱状態を示す断面図、第12図は実施例６の成形型のプ
レス状態を示す断面図、第13図は実施例７による成形型
の加熱状態を示す断面図、第14図は実施例７の成形型の
プレス状態を示す断面図である。１……支持具、、２……リング、３……被成形ガラス
（ガラス成形体）、３′……ガラス部分、３″……ガラ
ス成形体周縁部、4,9,15……下型、5,10,14……上型、
６……下型支持型、7,7′……ストッパー、8,8′,8″…
…胴型、8a……胴型段部、8b……胴型中部、8c……胴型
上部、11……上型支持型、12……上型支持具、13……支
持筒

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも上型と下型を備えた、肉薄のガ
ラス成形体を成形するためのガラス成形型において、被成形ガラスを載せて加熱、プレスおよび冷却を行う下
型の最大厚さがその外径の10分の１以下であることを特
徴とするガラス成形型。
【請求項２】上型と下型のほかに胴型を備え、この胴型
の中部に、胴型上部との内径差が50〜100μｍの凹部を
形成し、かつ胴型の下部に、下型を支持する段部を形成
したことを特徴とする、請求項１記載のガラス成形型。
【請求項３】下型または上型がその成形面に微細な溝や
孔を有することを特徴とする、請求項１記載のガラス成
形型。