【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高精度な光学ガラス素子を作製することが可能な高硬度で耐摩耗性に優れ、かつガラスとの密着力が低い成形用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学ガラス素子成形は、所望の精度に仕上げた成形用金型に被成形ガラスを入れ、所定の温度、圧力を加えることにより成形ガラスを得る。成形ガラスにはプレスにより金型表面の形状が転写される。このような光学ガラス素子は非常に高い面精度が要求されるため、成形用金型はプレス時の高温、高圧力下においても耐酸化に優れ、傷が付きにくく摩耗しないことが要求される。
【０００３】
成形用金型の耐反応性及び耐酸化性を向上させるため、超硬合金等の高硬度の母材の成形面に貴金属を被覆した成形用金型が検討されてきた。しかしながら、貴金属は硬度が比較的低いため、このような成形用金型を長期間使用すると高精度が要求される成形面に変形が生じるという問題が発生する。
【０００４】
このため、貴金属合金中にＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５等の酸化物が分散した薄膜でプレス成形面を被覆し、成形面を硬化させた光学ガラス素子のプレス成形用金型が提案されている（特許文献１）。しかしながら、貴金属中に酸化物を分散させたこの金型は、傷が付きにくく摩耗しないが成形中にガラスが融着するという欠点がある。また、貴金属合金中にＴｉＢ２、ＺｒＢ２等のホウ素化合物が分散した薄膜でプレス成形面を被覆し、成形面を硬化させた光学ガラス素子のプレス成形用金型が提案されている（特許文献２）。貴金属中にホウ素化合物を分散させたこの金型は耐傷性及び耐摩耗性に優れるが、耐熱性、耐反応性、硬度、耐ガラスぬれ性等の性能は十分とはいえない。
【０００５】
窒化ホウ素は高硬度で、かつ熱的・化学的安定性に優れているため、工具、被覆材料等への応用が研究されている。窒化ホウ素を膜状に成形する試みが各種物理的蒸着（ＰＶＤ）法や化学的蒸着（ＣＶＤ）法によってなされている。しかし、窒化ホウ素は膜形成時に過大な内部応力を発生し、しかも化学的に安定であるため、窒化ホウ素を含有する膜は基体への密着性に乏しく、空気中での安定性に欠けるという問題点がある。窒化ホウ素膜を形成する方法としては、ホウ素を含有する蒸発源から基体上にホウ素分を蒸着させ、この蒸着層に窒素を含むイオン種を発生するイオン発生源からイオン種を照射する方法（特許文献３）、電子ビームによるホウ素の蒸発とイオンガン又は成膜表面へのバイアス印加による成膜表面へのＡｒイオン照射を組み合わせたイオンプレーティング法を基本とする方法、ＢＦ３とＮＨ３を原料とし化学的蒸着（ＣＶＤ）法により形成する方法等が知られている。しかし、これらの方法は窒化ホウ素の単一膜を形成するのには適しているが貴金属との複合膜を形成するのには適さない。
【０００６】
スパッタリング法により貴金属と窒化ホウ素の複合膜を成膜する方法も検討されている。例えば、貴金属ターゲット（６インチ角等）上に窒化ホウ素ターゲット（１０ ｍｍ角等）を載せてスパッタリングする方法がある。しかし、この方法は貴金属と窒化ホウ素のように、それぞれのターゲットのスパッタレートに差がある場合は、スパッタレートの高いターゲットの膜のみが成膜されてしまうという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特公平２−４９２５６号公報
【特許文献２】
特公平４−２１６０７号公報
【特許文献３】
特公平２−５９８６３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、高硬度で耐傷性、耐摩耗性、耐熱性及び耐反応性に優れた成形用金型、特に高精度な光学ガラス素子を長期間安定して作製することが可能な成形用金型を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、貴金属又は貴金属合金中に窒化ホウ素を分散させた保護膜を金型の成形面に形成することにより、耐熱性、耐反応性、硬度及び耐ガラスぬれ性が向上した成形用金型が得られること、さらに貴金属又は貴金属合金中に窒化ホウ素を分散させた保護膜の形成方法として、窒化ホウ素及び貴金属を含む少なくとも２つのターゲットを用い、多元スパッタにより成形用金型の成形面に成膜することにより、貴金属又は貴金属合金中に所望量の窒化ホウ素が分散し、かつ密着性に優れ滑らかで均一な膜が得られることを発見し、本発明に想到した。
【００１０】
すなわち、本発明の成形用金型は成形面に、貴金属又は貴金属合金中に０．１〜２０質量％の窒化ホウ素が分散した保護膜が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
前記貴金属としては、好ましくはＰｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｒｈ及びＲｕからなる群から選ばれた少なくとも一種を用いる。前記保護膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｒｈ及びＲｕからなる群から選ばれた少なくとも一種の貴金属及び／又はその合金と窒化ホウ素とをターゲットとして用い、多元スパッタにより形成されるのが好ましい。
【００１２】
成形面に保護膜を有する本発明の成形用金型の製造方法は、貴金属及び窒化ホウ素を含む少なくとも２つのターゲットを用い、多元スパッタにより貴金属又は貴金属合金中に０．１〜２０質量％の窒化ホウ素が分散した保護膜を成形面に形成することを特徴とする。
【００１３】
成形面に複合膜を形成する場合、通常ターゲットの無駄を省く観点から所望する組成の合金ターゲットを作製し、単元スパッタにより成膜する。あるいは、ターゲット費用を抑える観点から原料の１つをターゲットに、他の原料をチップ（例：１０×１０ ｍｍ角）にして単元スパッタにより成膜する。しかしながら、複合膜が窒化ホウ素（ＢＮ）と貴金属からなる場合は単元スパッタを用いるのは得策ではない。すなわち、窒化ホウ素（ＢＮ）はＴｉＢ２、ＺｒＢ２等のホウ素化合物と異なり、スパッタレートが貴金属より大幅に低い。このため貴金属に窒化ホウ素を載せた複合ターゲットや粉末ターゲットを用い、単元スパッタにより蒸着する方法では窒化ホウ素が十分に蒸発せず、所望の組成を有する均一な保護膜を得ることが困難である。本発明の製造方法は貴金属と窒化ホウ素への印加電力それぞれを制御できる多元スパッタを用いるため、窒化ホウ素に対する印加電力を貴金属に対する印加電力に比べ十分に高くすることができる。そのため所望の組成を有し密着性に優れ滑らかで均一な膜を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［１］ 成形用金型
図１は本発明の一実施例による成形用金型を示す。成形用金型１は基体１１と基体１１の成形面に形成された保護膜１２からなる。基体１１を形成する材料は特に限定されないが、通常超硬合金（タングステンカーバイド（ＷＣ）系合金、ＷＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系合金等）、サーメット（酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等）、セラミックス（ジルコニア（ＺｒＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等）、耐熱金属材料（Ｆｅ基ステンレス系耐熱鋼、Ｎｉ基の超耐熱合金等）等の高硬度材料を用いる。保護膜１２は貴金属及び窒化ホウ素を含有し、貴金属又は貴金属合金中に窒化ホウ素が均一に分散されている。
【００１５】
貴金属としては金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミニウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等が挙げられる。貴金属は一種又は二種以上であってよく、貴金属単体であっても合金であってもよい。貴金属合金としては上記貴金属を少なくとも二つ以上含む合金、さらにハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）及びタングステン（Ｗ）のうち少なくとも一種が合計で全体の０〜３５質量％の範囲で添加されている合金等が挙げられる。
【００１６】
貴金属又は貴金属合金中の窒化ホウ素の含有量は０．１〜２０質量％であり、０．１〜１０質量％が好ましい。０．１質量％未満では硬度及び耐摩耗性が不足し、２０質量％を超えると耐反応性及び耐酸化性が不足する。窒化ホウ素は貴金属中に均一に分散しているのが好ましい。貴金属と窒化ホウ素の複合膜とすることにより耐反応性及び耐酸化性に優れる貴金属としての特性と、高硬度で耐熱性、耐反応性及び耐摩耗性に優れる窒化ホウ素としての特性の両方の特性を兼ね備えた保護膜を形成することができる。
【００１７】
保護膜は単層膜であっても多層膜であってもよい。多層膜の場合、同一の組成の膜であっても異なる組成の膜であってもよい。例えば、膜特性を向上させる目的で異なる組成の膜による多層構造としてもよいし、膜中の応力を緩和し膜剥離を防止する目的で同一組成の膜による多層構造としてもよい。保護膜の膜厚は特に限定されないが、通常０．１〜１．０μｍが好ましい。
【００１８】
［２］ 成形用金型の製造方法
金型の成形面に保護膜を形成する方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の物理蒸着法、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ等の化学蒸着法等の公知の方法を適宜用いることができる。中でも多元スパッタを用いるのが好ましい。多元スパッタを用いることにより貴金属又は貴金属合金中に所望量の窒化ホウ素を均一に分散させることができるだけでなく、基体に対する密着性に優れた膜を形成することができる。
【００１９】
多元スパッタを用いる場合スパッタ装置は公知のものであってよく、高周波スパッタ装置、マグネトロンスパッタ装置、イオンビームスパッタ装置、ＥＣＲスパッタ装置等が使用可能である。また、組成調整、内部応力制御等のため、成形面にバイアスを印可するバイアススパッタを併用することも可能である。保護膜は一種の貴金属と窒化ホウ素をターゲットとして用い、２元スパッタによる複合膜を形成してもよいし、二種以上の貴金属と窒化ホウ素をターゲットとして用い、多元スパッタによる複合膜を形成してもよい。貴金属のスパッタリングターゲットは、貴金属単体だけでなく貴金属合金を使用してもよい。
【００２０】
図２は本発明の成形用金型を作製するための多元高周波スパッタ装置の一例を示す。真空チャンバ２１はスパッタガス導入口２８と排気口２９を備えており、真空チャンバ２１内には成形用金型１を設置した金型ホルダ２３とターゲット２４を載置するターゲットホルダ２５が備えられている。金型ホルダ２３は回転自在に取り付けられおり、円盤状のホルダの外周部に複数の成形用金型１を設置できるようになっている。成形用金型１は成形面がターゲットホルダ側になるように金型ホルダ２３に設置されている。この例ではターゲットホルダ２５が２つ設けられており、各ターゲットホルダ２５ａ、２５ｂの上にターゲット２４ａ（貴金属）及びターゲット２４ｂ（窒化ホウ素）を載置する。ターゲットホルダ２５ａ、２５ｂは高周波電源２６と電気接続しており、また制御コンピュータ２７を備え、各ターゲットホルダ２５ａ、２５ｂに供給する電力を制御することができる。
【００２１】
この装置を用いて成形用金型１の成形面に保護膜１２を形成するには、まず真空チャンバ２１内を真空ポンプにより排気した後、スパッタガス導入口２８からスパッタガスを導入し、真空チャンバ２１内を約１×１０−２〜３×１０−３Ｔｏｒｒのスパッタガス雰囲気とする。スパッタガスは不活性ガスであれば特に限定されず、例えばアルゴンガス、窒素、これらの混合ガス等を用いることができる。金型ホルダ２３に設けられたヒータ（図示せず）により成形用金型１の成形面の温度が１００〜４００℃になるように加熱した後、高周波電源２６により金型ホルダ２３と各ターゲットホルダ２５ａ、２５ｂの間に電圧を同時に印加し、金型ホルダ２３を回転させながら成形用金型１の成形面に保護膜１２を形成する。高周波電源２６による印加は、あらかじめ各ターゲットホルダ２５ａ、２５ｂへの印加電力を設定し、設定した電力に基づいて行う。
【００２２】
多元スパッタでは、形成する保護膜中の構成成分を各ターゲットへの印加電力を設定することにより精密に制御することができる。具体的には、あらかじめ印加電力とその印加電力における各成分のスパッタ量を測定する。得られたデータ及び形成する保護膜の構成成分に基づいて各ターゲットへの印加電力を設定し、制御コンピュータ２７により所定の構成成分になるように制御しながら保護膜を形成する。
【００２３】
図２に示すように、保護膜１２を形成する際に２種類のターゲットからスパッタされた原料がちょうど金型ホルダ２３に設置された成形用金型１の成形面の中心で交わるように各ターゲットホルダ２５ａ、２５ｂの角度を調整するのが望ましい。交わる位置が中心にない場合は所望の組成にならない。金型は基板等と異なりある程度の高さがあるため、成膜時にスパッタされた各原料が成形面の中心で出会うようにあらかじめ調整する。調整は、金型ホルダ２３の位置を上下に移動させながら組成分析することによりを行い、所望の組成になる金型ホルダ２３の位置を決定する。
【００２４】
図３は本発明の成形用金型を作製するための多元高周波マグネトロンスパッタ装置の一例を示す。各ターゲットホルダ３５にはマグネット３０が内蔵されており、ターゲット３４表面に直交磁界を発生できるようになっている。ターゲットホルダ３５は同軸円柱型、プレーナ型、ガン型等のいずれでもよい。またターゲット面から磁力線が垂直に出ている中心部と周辺部が侵食されずに残るのを防止し、ターゲットの有効利用率を高める観点からマグネットを回転させる等の工夫が施されていてもよい。ターゲットホルダ３５以外の構成は図２に示すスパッタ装置と同様であるので説明を省略する。スパッタガスの種類、スパッタガス圧、成形用金型１成形面の温度等のスパッタリングの条件も図２に示すスパッタ装置の場合と同様である。
【００２５】
図３に示す例ではターゲットホルダ３５が３つ設けられており、３元のスパッタリングを行うことができる。例えば、各ターゲットホルダ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにそれぞれ窒化ホウ素、白金及びイリジウムを載置し、各ターゲットホルダ３５ａ、３５ｂ、３５ｃにターゲットに応じた電力を印加することにより白金−イリジウム合金中に所望量の窒化ホウ素が分散した保護膜を形成することができる。
【００２６】
【実施例】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
（１） 成形用金型の作製
図１に示すように超硬合金ＷＣからなる基体１１を所望の非球面形状に研削加工し、次いでダイヤモンド研磨材を用い、最大表面粗さＲｍａｘが０．０２μｍ以下になるように基体１１の成形面を研磨した。
【００２８】
図２に示す成膜装置を用い、得られた基体１１の成形面に保護膜１２を形成した。基体１１の成形面がターゲットホルダ２５側になるように基体１１を金型ホルダ２３に設置し、白金（Ｐｔ）及び窒化ホウ素（ＢＮ）をターゲットとして、それぞれターゲットホルダ２５ａ、２５ｂ上に載置した。各ターゲットホルダ２５ａ、２５ｂは、スパッタされた白金（Ｐｔ）及び窒化ホウ素（ＢＮ）が基体１１の成形面の中心で交わるように、あらかじめその角度を調整した。真空ポンプにより真空チャンバ２１内を減圧した後、スパッタガス導入口２８からアルゴンガスを導入し、約３×１０−３Ｔｏｒｒになるようにした。また基体１１の成形面の温度が３００℃になるようにヒータ（図示せず）で加熱した。白金（Ｐｔ）を載置したターゲットホルダ２５ａの出力を５０Ｗ、窒化ホウ素（ＢＮ）を載置したターゲットホルダ２５ｂの出力を１５０Ｗとし、スパッタ時間１００分で同時にスパッタリングし、白金（Ｐｔ）中に窒化ホウ素（ＢＮ）が分散した厚さ０．１５μｍの保護膜を形成した。白金（Ｐｔ）中の窒化ホウ素（ＢＮ）の含有量は１質量％であった。
【００２９】
（２） 評価
得られた一対の成形用金型を図４に示すプレス装置にセットした。プレス装置４２は案内型４２ａと、（１）で作製した成形用金型からなる上型４２ｂ及び下型４２ｃを有する。下型４２ｃ上にＶＣ７８（商品名、住田光学ガラス社製）ガラスを設置した後、このガラスを窒素雰囲気中で５８０℃に加熱し、上型４２ｂ及び下型４２ｃによりガラスをプレスし両面が凸形のレンズに成形した。成形したレンズを約２００℃で成形用金型から取り出した。このプレス成形を５０００回繰り返した後、使用した成形用金型（上型４２ｂ及び下型４２ｃ）を取り外し、５０００回プレス後の硬度及び最大表面粗さＲｍａｘを測定したところ、プレス前とほとんど同じ結果を得た。
【００３０】
【発明の効果】
上記の通り、本発明の成形用金型は、成形面が貴金属合金中に０．１〜２０質量％の窒化ホウ素を分散させた薄膜で被覆されているので、優れた耐傷性及び耐摩耗性を有し、５０００回プレス成形しても成形用金型の表面粗さはほとんど変化しない。そのため、工業的価値の高い高精度な光学ガラス素子を長期間安定して作製することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形用金型の一例を示す概略断面図である。
【図２】成形用金型の成形面に保護膜を形成するための多元スパッタ装置の一例を示す概略図である。
【図３】成形用金型の成形面に保護膜を形成するための多元スパッタ装置の別の例を示す概略図である。
【図４】本発明の成形用金型を用いた、光学ガラス素子を形成するためのプレス装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・成形用金型
１１・・・基体
１２・・・保護膜
２１，３１・・・真空チャンバ
２３，３３・・・金型ホルダ
２４，３４・・・ターゲット
２５，３５・・・ターゲットホルダ
２６，３６・・・電源
２７，３７・・・制御コンピュータ
２８，３８・・・スパッタガス導入口
２９，３９・・・排気口
３０・・・マグネット
４１・・・ガラス
４２・・・プレス装置
４２ａ・・・案内型
４２ｂ・・・上型
４２ｃ・・・下型[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a molding die having high hardness, excellent wear resistance, and low adhesion to glass, capable of producing a highly accurate optical glass element.
[0002]
[Prior art]
In optical glass element molding, a glass to be molded is placed in a molding die finished to a desired accuracy, and a prescribed temperature and pressure are applied to obtain a molded glass. The shape of the mold surface is transferred to the molded glass by pressing. Since such an optical glass element is required to have extremely high surface accuracy, a molding die is required to be excellent in oxidation resistance even under high temperature and high pressure at the time of pressing, to be hardly damaged and not to be worn.
[0003]
In order to improve the reaction resistance and oxidation resistance of a molding die, a molding die in which a molding surface of a hard material such as a cemented carbide is coated with a noble metal has been studied. However, since noble metals have relatively low hardness, there is a problem in that when such a molding die is used for a long period of time, a molding surface requiring high precision is deformed.
[0004]
Therefore, a press-molding mold for an optical glass element in which a press-molded surface is coated with a thin film in which an oxide such as ZrO 2 , TiO 2 , or Ta 2 O 5 is dispersed in a noble metal alloy and the molded surface is cured is proposed. (Patent Document 1). However, this mold in which an oxide is dispersed in a noble metal has the drawback that the glass is fused during the molding, though it is not easily scratched and does not wear. Further, there has been proposed a press-molding mold for an optical glass element in which a press-molded surface is coated with a thin film in which a boron compound such as TiB 2 or ZrB 2 is dispersed in a noble metal alloy and the molded surface is cured (Patent Document 1). 2). This mold in which a boron compound is dispersed in a noble metal is excellent in scratch resistance and abrasion resistance, but does not have sufficient properties such as heat resistance, reaction resistance, hardness, and glass wetting resistance.
[0005]
Since boron nitride has high hardness and excellent thermal and chemical stability, its application to tools, coating materials, and the like has been studied. Attempts to form boron nitride into a film have been made by various physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD) methods. However, since boron nitride generates excessive internal stress during film formation and is chemically stable, a film containing boron nitride has poor adhesion to a substrate and lacks stability in air. There are points. As a method of forming a boron nitride film, a method of depositing a boron component on a substrate from a boron-containing evaporation source and irradiating the deposited layer with an ion species from an ion source that generates ion species containing nitrogen (patent) Reference 3), a method based on an ion plating method that combines the evaporation of boron by an electron beam and the irradiation of Ar ions on the film formation surface by ion gun or bias application to the film formation surface, using BF 3 and NH 3 as raw materials A method of forming by a chemical vapor deposition (CVD) method and the like are known. However, these methods are suitable for forming a single film of boron nitride, but are not suitable for forming a composite film with a noble metal.
[0006]
A method of forming a composite film of a noble metal and boron nitride by a sputtering method is also being studied. For example, there is a method in which a boron nitride target (10 mm square or the like) is placed on a noble metal target (6 inch square or the like) and sputtering is performed. However, this method has a problem in that when there is a difference between the sputtering rates of the respective targets, such as a noble metal and boron nitride, only a target film having a high sputtering rate is formed.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 2-49256 [Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. Hei 4-21607 [Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. 2-59863
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a molding die having high hardness and excellent scratch resistance, abrasion resistance, heat resistance and reaction resistance, and in particular, it is possible to stably produce a high-precision optical glass element for a long period of time. It is to provide a molding die.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above objects, as a result of intensive research, the present inventor has found that a protective film in which boron nitride is dispersed in a noble metal or a noble metal alloy is formed on a molding surface of a mold, so that heat resistance, reaction resistance, hardness and heat resistance are improved. A molding die with improved glass wettability can be obtained. Further, as a method for forming a protective film in which boron nitride is dispersed in a noble metal or a noble metal alloy, at least two targets containing boron nitride and a noble metal are used. The present invention has been found that by forming a film on the molding surface of a molding die, a desired amount of boron nitride is dispersed in the noble metal or noble metal alloy, and a smooth and uniform film having excellent adhesion is obtained. I thought.
[0010]
That is, the molding die of the present invention is characterized in that a protective film in which 0.1 to 20% by mass of boron nitride is dispersed in a noble metal or a noble metal alloy is formed on a molding surface.
[0011]
As the noble metal, at least one selected from the group consisting of Pt, Ir, Os, Pd, Rh and Ru is preferably used. The protective film is preferably formed by multi-source sputtering using at least one noble metal selected from the group consisting of Pt, Ir, Os, Pd, Rh and Ru and / or an alloy thereof and boron nitride as targets. .
[0012]
The method for producing a molding die of the present invention having a protective film on a molding surface uses at least two targets containing a noble metal and boron nitride, and performs multi-source sputtering to form 0.1 to 20% by mass of nitriding in a noble metal or a noble metal alloy. It is characterized in that a protective film in which boron is dispersed is formed on a molding surface.
[0013]
When a composite film is formed on a molding surface, an alloy target having a desired composition is usually prepared from the viewpoint of reducing waste of the target, and is formed by unitary sputtering. Alternatively, from the viewpoint of reducing the target cost, a film is formed by unitary sputtering using one of the raw materials as a target and the other raw material as a chip (eg, 10 × 10 mm square). However, when the composite film is made of boron nitride (BN) and a noble metal, it is not advisable to use unitary sputtering. That is, boron nitride (BN) is different from TiB 2, ZrB boron compounds such as 2, the sputtering rate is significantly lower than the noble metal. For this reason, in a method of performing vapor deposition by unitary sputtering using a composite target or a powder target in which boron nitride is placed on a noble metal, boron nitride does not sufficiently evaporate, and it is difficult to obtain a uniform protective film having a desired composition. Since the manufacturing method of the present invention uses multi-source sputtering capable of controlling the applied power to the noble metal and the boron nitride, the applied power to the boron nitride can be made sufficiently higher than the applied power to the noble metal. Therefore, a smooth and uniform film having a desired composition and excellent adhesion can be obtained.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[1] Mold for molding FIG. 1 shows a mold for molding according to an embodiment of the present invention. The molding die 1 includes a substrate 11 and a protective film 12 formed on a molding surface of the substrate 11. The material forming the base 11 is not particularly limited, but is usually a cemented carbide (tungsten carbide (WC) alloy, WC-Co alloy, WC-TaC-Co alloy, WC-TiC-Co alloy, WC-TiC). -Tac-Co alloy or the like), cermet (chromium oxide (Cr 2 O 3), alumina (Al 2 O 3), titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), etc.), ceramics (zirconia (ZrO 2), A high-hardness material such as silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or a heat-resistant metal material (Fe-based stainless steel-based heat-resistant steel, Ni-based super heat-resistant alloy, or the like) is used. The protective film 12 contains a noble metal and boron nitride, and boron nitride is uniformly dispersed in the noble metal or noble metal alloy.
[0015]
Examples of the noble metal include gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), ruthenium (Ru), osmium (Os), iridium (Ir), rhodium (Rh), and palladium (Pd). The noble metal may be one kind or two or more kinds, and may be a single noble metal or an alloy. As the noble metal alloy, an alloy containing at least two or more of the above noble metals, and at least one of hafnium (Hf), tantalum (Ta), and tungsten (W) is added in a total amount of 0 to 35% by mass. Alloys and the like.
[0016]
The content of boron nitride in the noble metal or noble metal alloy is 0.1 to 20% by mass, and preferably 0.1 to 10% by mass. If it is less than 0.1% by mass, hardness and wear resistance are insufficient, and if it exceeds 20% by mass, reaction resistance and oxidation resistance are insufficient. Preferably, the boron nitride is uniformly dispersed in the noble metal. Both properties as a noble metal with excellent reactivity and oxidation resistance by forming a composite film of noble metal and boron nitride, and properties as boron nitride with high hardness and excellent heat resistance, reaction resistance and abrasion resistance Can be formed.
[0017]
The protective film may be a single-layer film or a multilayer film. In the case of a multilayer film, the films may have the same composition or different compositions. For example, a multilayer structure of films having different compositions may be used for the purpose of improving film characteristics, or a multilayer structure of films having the same composition may be used for the purpose of relaxing stress in the film and preventing film peeling. The thickness of the protective film is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 1.0 μm.
[0018]
[2] Method of Manufacturing Molding Mold As a method of forming a protective film on a molding surface of a mold, a physical vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method, an ion plating method, and a sputtering method, and a chemical vapor deposition method such as plasma CVD and thermal CVD. A known method such as an evaporation method can be used as appropriate. Among them, it is preferable to use multi-source sputtering. By using multi-source sputtering, not only a desired amount of boron nitride can be uniformly dispersed in a noble metal or a noble metal alloy, but also a film having excellent adhesion to a substrate can be formed.
[0019]
When using multi-source sputtering, a known sputtering apparatus may be used, and a high-frequency sputtering apparatus, a magnetron sputtering apparatus, an ion beam sputtering apparatus, an ECR sputtering apparatus, or the like can be used. It is also possible to use bias sputtering for applying a bias to the molding surface together for composition adjustment, internal stress control, and the like. The protective film may form a composite film by binary sputtering using a kind of noble metal and boron nitride as a target, or form a composite film by multi-element sputtering using two or more kinds of noble metals and boron nitride as a target. Is also good. As the noble metal sputtering target, not only a noble metal simple substance but also a noble metal alloy may be used.
[0020]
FIG. 2 shows an example of a multi-source high-frequency sputtering apparatus for producing a molding die of the present invention. The vacuum chamber 21 has a sputter gas introduction port 28 and an exhaust port 29. The vacuum chamber 21 has a mold holder 23 on which the molding die 1 is installed and a target holder 25 on which a target 24 is mounted. I have. The mold holder 23 is rotatably mounted so that a plurality of molding dies 1 can be installed on the outer periphery of the disk-shaped holder. The molding die 1 is set on the die holder 23 so that the molding surface is on the target holder side. In this example, two target holders 25 are provided, and a target 24a (noble metal) and a target 24b (boron nitride) are placed on each of the target holders 25a and 25b. The target holders 25a and 25b are electrically connected to a high-frequency power supply 26 and include a control computer 27, which can control power supplied to each of the target holders 25a and 25b.
[0021]
In order to form the protective film 12 on the molding surface of the molding die 1 using this apparatus, first, the inside of the vacuum chamber 21 is evacuated by a vacuum pump, and then a sputtering gas is introduced from a sputtering gas introduction port 28. The inside of 21 is set to a sputtering gas atmosphere of about 1 × 10 −2 to 3 × 10 −3 Torr. The sputtering gas is not particularly limited as long as it is an inert gas, and for example, argon gas, nitrogen, a mixed gas thereof or the like can be used. After being heated by a heater (not shown) provided in the mold holder 23 so that the temperature of the molding surface of the molding die 1 becomes 100 to 400 ° C., the mold holder 23 and each target holder are heated by the high frequency power supply 26. A voltage is simultaneously applied between 25a and 25b, and the protective film 12 is formed on the molding surface of the molding die 1 while rotating the die holder 23. The application by the high-frequency power supply 26 is performed based on the set power applied to the target holders 25a and 25b in advance.
[0022]
In multi-source sputtering, the components in the protective film to be formed can be precisely controlled by setting the power applied to each target. Specifically, the applied power and the sputter amount of each component at the applied power are measured in advance. The power to be applied to each target is set based on the obtained data and the constituent components of the protective film to be formed, and the control film is formed by the control computer 27 while controlling the components to have predetermined components.
[0023]
As shown in FIG. 2, when forming the protective film 12, the targets sputtered from the two types of targets are arranged such that the materials intersect at the center of the molding surface of the molding die 1 installed on the die holder 23. It is desirable to adjust the angles of the holders 25a and 25b. If the intersecting position is not at the center, the desired composition will not be obtained. Since the mold has a certain height unlike the substrate and the like, it is adjusted in advance so that the respective materials sputtered at the time of film formation meet at the center of the molding surface. The adjustment is performed by performing composition analysis while moving the position of the mold holder 23 up and down, and the position of the mold holder 23 having a desired composition is determined.
[0024]
FIG. 3 shows an example of a multi-source high-frequency magnetron sputtering apparatus for producing a molding die of the present invention. Each target holder 35 has a built-in magnet 30 so that an orthogonal magnetic field can be generated on the surface of the target 34. The target holder 35 may be any of a coaxial cylinder type, a planar type, a gun type and the like. In addition, it is possible to prevent the central portion and the peripheral portion where the magnetic field lines are perpendicularly projected from the target surface from remaining without being eroded, and to rotate the magnet from the viewpoint of increasing the effective utilization rate of the target. . The configuration other than the target holder 35 is the same as that of the sputtering apparatus shown in FIG. The sputtering conditions such as the type of the sputtering gas, the sputtering gas pressure, and the temperature of the molding surface of the molding die 1 are the same as those of the sputtering apparatus shown in FIG.
[0025]
In the example shown in FIG. 3, three target holders 35 are provided, and ternary sputtering can be performed. For example, boron nitride, platinum, and iridium are placed on each of the target holders 35a, 35b, and 35c, respectively, and a power corresponding to the target is applied to each of the target holders 35a, 35b, and 35c, so that a desired amount of the platinum-iridium alloy is obtained. Of boron nitride can be formed.
[0026]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.
[0027]
Example 1
(1) Preparation of Molding Mold As shown in FIG. 1, a substrate 11 made of cemented carbide WC is ground into a desired aspherical shape, and then a diamond abrasive is used, and the maximum surface roughness Rmax is 0.02 μm. The molding surface of the substrate 11 was polished as follows.
[0028]
Using the film forming apparatus shown in FIG. 2, a protective film 12 was formed on the molding surface of the obtained base 11. The substrate 11 was placed on the mold holder 23 so that the molding surface of the substrate 11 was on the target holder 25 side, and was placed on the target holders 25a and 25b with platinum (Pt) and boron nitride (BN) as targets. . The angles of the target holders 25a and 25b were adjusted in advance so that sputtered platinum (Pt) and boron nitride (BN) intersect at the center of the molding surface of the base 11. After the interior of the vacuum chamber 21 was depressurized by a vacuum pump, argon gas was introduced from the sputter gas inlet 28 so that the pressure became about 3 × 10 −3 Torr. The substrate 11 was heated by a heater (not shown) so that the temperature of the molding surface was 300 ° C. The output of the target holder 25a on which platinum (Pt) is mounted is set to 50 W, and the output of the target holder 25b on which boron nitride (BN) is mounted is set to 150 W. Sputtering is performed simultaneously for 100 minutes, and nitriding is performed in platinum (Pt). A protective film having a thickness of 0.15 μm in which boron (BN) was dispersed was formed. The content of boron nitride (BN) in platinum (Pt) was 1% by mass.
[0029]
(2) The pair of molding dies obtained for evaluation were set in a press device shown in FIG. The press device 42 has a guide die 42a, and an upper die 42b and a lower die 42c made of a molding die manufactured in (1). After placing VC78 (trade name, manufactured by Sumita Optical Glass) glass on the lower mold 42c, the glass is heated to 580 ° C. in a nitrogen atmosphere, and the glass is pressed by the upper mold 42b and the lower mold 42c, and both surfaces are convex. Shaped lens. The molded lens was removed from the molding die at about 200 ° C. After this press molding was repeated 5,000 times, the molding dies (upper die 42b and lower die 42c) used were removed, and the hardness and the maximum surface roughness Rmax after 5,000 presses were measured. The result was obtained.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, since the molding surface of the molding die of the present invention is covered with a thin film in which 0.1 to 20% by mass of boron nitride is dispersed in a noble metal alloy, excellent scratch resistance and abrasion resistance are provided. The surface roughness of the molding die hardly changes even after 5000 times of press molding. Therefore, a high-precision optical glass element having high industrial value can be stably manufactured for a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a molding die of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a multi-source sputtering apparatus for forming a protective film on a molding surface of a molding die.
FIG. 3 is a schematic view showing another example of a multi-source sputtering apparatus for forming a protective film on a molding surface of a molding die.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a press device for forming an optical glass element using the molding die of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Molding die 11 ... Base 12 ... Protective films 21, 31 ... Vacuum chambers 23, 33 ... Mold holders 24, 34 ... Targets 25, 35 ... Targets Holders 26 and 36 Power supplies 27 and 37 Control computers 28 and 38 Sputter gas introduction ports 29 and 39 Exhaust ports 30 Magnet 41 Glass 42 Press machine 42a: Guide mold 42b: Upper mold 42c: Lower mold
