JP2006347800A - 光学素子成形用型 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラス素材をプレス成形して光学素子を製造する光学素子成形用型であって、膜の剥離、型表面の粗さに起因する成形品である光学素子の曇りがなく、ガラス素材が型表面に融着しない光学素子成形用型を提供する。
【解決手段】 光学素子成形用型１は、型母材２と、型母材２の成形面２ａ上に形成される中間層３と、プレス成形時にガラス素材と接触する表面層４とを備えている。表面層４は、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）などの貴金属などの合金からなる。また、中間層３は、第１層５、第２層６、第３層７の３層で構成されている。第１層５は、炭化タングステン（ＷＣ）などからなる。第２層は、クロム（Ｃｒ）などの単体からなる。第３層は、窒化クロム（ＣｒＮ）などの窒化物からなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、レンズ、プリズム等のリン酸系ガラスからなる光学素子を、ガラス素材のプレス成形により製造するために使用する光学素子成形用型に関する。

ガラス素材からレンズ、プリズム等の光学素子を製造する方法として、成形用型を用いたプレス成形がある。プレス成形による製造方法は、光学研磨法などと比較して、成形後の光学素子の研磨加工を必要としないため、簡単かつ安価に光学素子を製造することができるという利点がある。プレス成形に使用される光学素子成形用型を形成する材料としては、高硬度で、耐熱性、ガラス素材との非融着性及び鏡面加工性に優れた材質が要求される。このため、従来、型母材として、超硬合金、金属、セラミックスが用いられるとともに、その成形面に、耐熱性やガラスとの非融着性に優れた貴金属系の化合物や合金を成膜した光学素子成形用型が提案されている。例えば、超硬合金で形成された型母材にイリジウムとレニウムからなる合金膜をコーティングした光学素子成形用型により、光学素子成形用型の型表面において、酸化物が生成されにくい、またガラス素材との融着を起こしにくい光学素子成形用型が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、貴金属、タングステン、タンタルなどからなり、光学素子成形用型の型表面の酸化と傷付きを防止することができ、ガラス素材との非融着性に優れた保護層が、光学素子成形用型の型表面に形成される。さらに、クロムなどの型母材との密着性に優れ、精密加工を容易に施すことが可能な材料を使用した加工層が保護層と型母材との間に形成される光学素子成形用型が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特公平６−８８８０３号公報 特開平７−１７２８４９号公報

しかしながら、これらの従来技術を適用しても、特にリン酸系ガラスからなる光学素子を成形する際には、以下のような問題点が存在する。超硬合金で形成された型母材にイリジウムとレニウムからなる合金膜をコーティングした光学素子成形用型では、型母材とコーティング膜の密着性が不十分で、成形作業を繰り返し行うと、コーティング膜の剥離が発生してしまう問題があった。特に、リン酸系ガラスは貴金属との親和性が高いことから、貴金属である上記合金膜に焼き付きやすく、ガラスの離型時に上記合金膜を剥がしてしまう現象が観察されている。また、貴金属、タングステン、タンタルなどからなる保護層が表面に形成され、保護層と型母材との間に加工層が形成される光学素子成形用型では、成形作業を繰り返し行うと、成形雰囲気中あるいはガラス素材中の酸素が保護層を透過し、加工層を酸化させてしまう。加工層が酸化すると型母材との密着性が保てなくなり、最終的に膜剥離が発生してしまう問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ガラス素材をプレス成形して光学素子を製造する光学素子成形用型、特にリン酸系のガラス素材を使用する場合において、繰り返しの成形作業においても、膜の剥離、型表面の粗さに起因する成形品である光学素子の曇りがなく、ガラス素材が型表面に融着しない光学素子成形用型を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、リン酸系のガラス素材をプレス成形して、光学素子を成形するための光学素子成形用型であって、焼結した超硬合金または炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる型母材と、前記型母材の成形面上に形成され、前記プレス成形の際に前記ガラス素材に接触する表面層とを備え、該表面層は、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から選択される少なくとも１種類の物質、または、該物質を含む合金もしくは化合物からなることを特徴としている。

この発明に係る光学素子成形用型によれば、機械的強度の大きい型母材に、上述の物質、または、該物質を含む合金もしくは化合物からなる表面層を形成することで、光学素子成形用型の型表面の耐酸化性、ガラスとの非融着性、傷付きにくさを向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学素子成形用型において、前記表面層は、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から選択される２種類以上の物質を含む合金または化合物からなり、該合金または化合物に含まれる前記物質の各々の含有量は、０．５重量％以上９９．５重量％以下であることを特徴としている。

この発明に係る光学素子成形用型によれば、表面層を形成する材質を上述の配合とすることにより、さらに耐酸化性、ガラスとの非融着性、傷付きにくさを向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の光学素子成形用型において、前記型母材と前記表面層との間には中間層が形成され、該中間層は、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）またはこれらの元素の窒化物から選択される少なくとも１種類の物質を含む単体または化合物であることを特徴としている。
この発明に係る光学素子成形用型によれば、表面層と型母材との間に上述の材質の中間層を形成することにより、型母材と表面層の密着性を高めることができる。このため、繰り返しプレス成形に対する耐久性が増し、さらに耐酸化性、ガラスとの非融着性、傷付きにくさを向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の光学素子成形用型において、前記中間層は、タングステン（Ｗ）、炭素（Ｃ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から選択される少なくとも１種類の物質を含む単体または化合物からなり、前記型母材の成形面上に接触して形成される第１層と、クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）の単体からなり、前記第１層の成形面上に接触して形成される第２層と、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）から選択される少なくとも１種類の元素を含む窒化物からなり、前記第２層の成形面上に接触して形成される第３層とで構成されることを特徴としている。

この発明に係る光学素子成形用型によれば、中間層を上述の３つの層とすることで、さらに繰り返しプレス成形に対する耐久性が増し、耐酸化性、ガラスとの非融着性、表面の傷付きにくさを向上させて、繰り返し使用に耐えうる光学素子成形用型を実現することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の光学素子成形用型において、前記型母材の前記成形面下には、前記表面層を形成する物質、または、該物質を含む前記合金もしくは化合物に含まれる少なくとも１種類のイオンが注入されたイオン注入層が形成されることを特徴としている。
この発明に係る光学素子成形用型によれば、型母材の表面層が形成される成形面に、表面層に含まれるイオンが注入され、成形面に近づくに従って、注入されたイオンが高濃度になるイオン注入層が形成される。このため、表面層の密着性を高め、剥離を防止することができる。また、ガラス成形を繰り返し行うことによって発生する型母材表面の不均一な結晶成長に起因する型母材表面の荒れを防ぐことができ、光学鏡面を得ることができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の光学素子成形用型において、前記型母材の前記成形面下に、前記イオンが注入されたことによって形成される前記イオン注入層の結晶粒の粒径は１０μｍ以下であることを特徴としている。
この発明に係る光学素子成形用型によれば、イオン注入層の結晶粒の粒径を１０μｍ以下とすることにより、緻密な焼結体を得やすく、光学鏡面を容易に得ることができる。

本願発明によれば、リン酸系のガラス素材とプレス成形時に接触する光学素子成形用型の型表面に表面層として、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から選択される少なくとも１種類の物質、または、該物質を含む合金もしくは化合物の膜を成膜することで、耐酸化性、ガラスとの非融着性、傷付きにくさを得ることができる。さらに、型母材と表面層の間に中間層を形成することで、表面層と型母材の密着性を高め剥離を防止することができ、繰り返しプレス成形に対応可能な光学素子成形用型を提供することができる。

（第１の実施形態）
図１は、この実施形態の光学素子成形用型１の層構造を表す断面図を示している。図１に示すように、この実施形態の光学素子成形用型１は、炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする型母材２と、型母材２の成形面２ａ上に形成され、３つの層で構成される中間層３と、プレス成形時にガラス素材と接触し、イリジウムと他の元素による合金からなる表面層４とを備えている。中間層３の内、型母材２の成形面２ａ上に形成される第１層５は、炭化タングステン（ＷＣ）からなり、イオンビームスパッタによって成膜される。第１層５の成形面５ａ上に形成される第２層６は、クロム（Ｃｒ）の単体からなり、イオンビームスパッタによって成膜される。また、第２層６の成形面６ａ上に形成される第３層７は、窒化クロム（ＣｒＮ）からなる。第３層７は、窒素ガスを流しながら窒化クロム（Ｃｒ_２Ｎ）をターゲットとする反応スパッタによって、第２層６の成形面６ａ上に窒化クロム（ＣｒＮ）層が形成されることによる。なお、ここでいう第３層７を形成する窒化クロム（ＣｒＮ）層は、ＣｒＮと表記しているが、ＣｒＮとＣｒ_２Ｎの混合物である。また、表面層４は、イリジウム（Ｉｒ）と他の元素からなる合金ターゲットを使用したイオンビームスパッタによって形成される。表面層４を形成する合金の各元素の濃度は、イリジウム及び他の元素ともに０．５重量％以上９９．５重量％以下に設定されている。この実施の形態の光学素子成形用型１及びこれと比較する比較例について、下記に示す実験を行った。

表１にこの実験に使用した光学素子成形用型１の種類、表２に各々の光学素子成形用型１を用いて繰り返しプレス成形した際の実験結果を示す。この実験では、第１の実施形態の光学素子成形用型１において、表面層４の条件を変えて、リン酸系ガラス素材を使用した光学素子成形に供し、不具合が発生するまでの成形回数を比較した。プレス成形時の光学素子成形用型の温度は５５０℃である。中間層３の膜厚は、第１層５が３００ｎｍ、第２層６が１５０ｎｍ、第３層７が１００ｎｍとした。表面層４は、イリジウム（Ｉｒ）とともに合金を形成する元素にレニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）を使用した。これら４種類の元素をイリジウム（Ｉｒ）と組み合わせた４種類の合金それぞれについて、イリジウム（Ｉｒ）と他の元素の割合が、重量で９９．５：０．５、７５．０：２５．０、５０．０：５０．０、２５．０：７５．０、０．５：９９．５となる５種類の供試体を用意し、計２０種類の供試体を製作した。また、これら計２０種類の供試体と比較するために、比較１として、表面層４を形成する合金がイリジウム（Ｉｒ）９９．７重量％、レニウム（Ｒｅ）０．３重量％である供試体、比較２として、表面層４を形成する合金がイリジウム（Ｉｒ）０．２重量％、レニウム（Ｒｅ）９９．８重量％である供試体の計２種類の比較例を用意した。なお、表１における表層の膜材料の表記は、例えばＩｒ−０．５Ｒｅは、イリジウム（Ｉｒ）９９．５重量％に対して、レニウム（Ｒｅ）が０．５重量％であることを表す。また、２０種類の供試体及び２種類の比較例の表面層の厚さはすべて６００ｎｍである。

次に、この実験結果について説明する。表２に示すように、上述の条件の下、実験を行った結果、ＮＯ．１からＮＯ．２０の２０種類すべての供試体については、３０００回以上の繰り返しプレス成形を行っても、成形品である光学素子に曇り、あるいはガラス素材の光学素子成形用型への融着は認められなかった。これに対して、比較１においては、約９０回の繰り返しプレス成形を行った段階で、光学素子成形用型１の型表面８の粗さが増加し、その粗さが成形品である光学素子に転写して曇りが発生してしまった。成形品の表面形状の測定からは数値上の粗さの増加は確認できなかったが、光学素子成形用型１の型表面８を電子顕微鏡で観察したところ、型母材２である超硬合金の結晶粒と同様の模様が確認できた。また、それぞれの結晶粒内では、微細な凹凸が形成されている部分と、比較的平滑な部分とが存在し、さらに結晶粒界が顕著に目立っていた。曇りの発生した成形品である光学素子の表面も詳細に観察した結果、光学素子成形用型１の型表面８と同様の模様が認められたことから、光学素子成形用型１の型表面８の微細な表面形状の変化が転写されて、成形品である光学素子の曇りになったと考えられる。比較２では、約３０回の繰り返し成形を行った段階で、光学素子成形用型１の型表面８へのガラス素材の融着と、成形品である光学素子の曇りが確認された。光学素子成形用型１の型表面８を観察したところ、表面層４、中間層３の剥離が発生していた。さらに、ガラス素材の融着、成形品である光学素子の曇りは、表面層４、中間層３が剥離した部分から発生していることがわかった。光学素子成形用型１の型母材２が露出したことにより、型母材２にガラス素材が融着し、また型母材２の成形面２ａが酸化して、表面粗さが増加し、成形品である光学素子の曇りが発生したと考えられる。以上のことから、この実施形態の中間層３の構成において、上述の２つ元素の合金からなる表面層で、２つの元素の割合が少なくとも０．５重量％以上で９９．５重量％以下であれば、リン酸系のガラス素材を使用した光学素子の繰り返し成形に耐えうる光学素子成形用型であるといえる。

なお、表面層４を構成する合金の元素として、イリジウム（Ｉｒ）と、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）またはロジウム（Ｒｈ）との組み合わせをこの実験で挙げたが、これに限らず、イリジウム（Ｉｒ）以外の２つ以上の元素を含む合金でも構わない。また、同様の性質を有するオスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）でも良い。さらに、表面層４をロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）各々の単体元素で構成した場合も、焼き付きや膜剥離といった不具合は発生しなかった。但し、成形温度が高い場合、表面層４の再結晶の影響により金型表面が荒れ、成形品に曇りが発生するおそれがあるため、表面層４は合金または化合物で構成するのが望ましい。また、型母材２は炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬合金からなるとしたが、これに限らず、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる材料を使用しても同様の効果が期待できる。

（第２の実施形態）
この実施形態の光学素子成形用型９は、第１の実施形態の光学素子成形用型１と同様の層構造であり、各層を形成する材質及び層厚が異なっている。図１に示すように、この実施形態の光学素子成形用型９の型母材１０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が主成分であり、型母材１０の成形面１０ａ上に中間層１１が形成されている。中間層１１は、第１層１２が、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなり、ＣＶＤ法によって成膜して、成形面１２ａを鏡面研磨して形成される。第２層１３は、クロム（Ｃｒ）の単体からなり、ＲＦスパッタによって成膜される。第３層１４は、窒化クロム（ＣｒＮ）からなり、窒素ガスを流しながらクロム（Ｃｒ）をターゲットとする反応スパッタによって、第２層１３の成形面１３ａ上に窒化クロム（ＣｒＮ）層が形成されることによる。なお、ここでいう第３層１４を形成する窒化クロム（ＣｒＮ）層は、ＣｒＮと表記しているが、ＣｒＮとＣｒ_２Ｎの混合物である。また、表面層１４は、イリジウム（Ｉｒ）５０．０重量％とレニウム（Ｒｅ）５０．０重量％からなる合金ターゲットを使用した、ＲＦスパッタによって形成される。この実施の形態の光学素子成形用型９、第１の実施形態の光学素子成形用型１及びこれと比較する比較例について、下記に示す実験を行った。

表３にこの実験に使用した光学素子成形用型９及び光学素子成形用型１の種類、表４に各々の光学素子成形用型９及び光学素子成形用型１を用いて繰り返しプレス成形した際の実験結果を示す。この実験では、第２の実施形態の光学素子成形用型９及び第１の実施形態の光学素子成形用型１において、中間層１１及び中間層３の条件を変えて、リン酸系ガラス素材を使用した光学素子成形に供し、不具合が発生するまでの成形回数を比較した。プレス成形時の光学素子成形用型の温度は５５０℃である。表３に示す、ＮＯ．２１からＮＯ．２８の８種類の供試体が第２の実施形態の光学素子成形用型９であり、ＮＯ．２９からＮＯ．３６の８種類の供試体が第１の実施形態の光学素子成形用型１である。８種類の第２の実施形態の光学素子成形用型９において、中間層１１の膜厚を変化させた。第１層１２として、膜厚を１００００ｎｍと５０００ｎｍの２種類、第２層１３として、膜厚を１００ｎｍと１５０ｎｍの２種類、第３層１４として、膜厚を５０ｎｍと１００ｎｍの２種類、各々を組み合わせた８種類とした。また、８種類の第１の実施形態の光学素子成形用型１において、中間層３の膜厚を変化させた。第１層５として、膜厚を３００ｎｍと１００ｎｍの２種類、第２層６として、膜厚を１００ｎｍと３００ｎｍの２種類、第３層７として、膜厚を５０ｎｍと１００ｎｍの２種類、各々を組み合わせた８種類とした。また、これら計１６種類の供試体と比較するために、比較３として、第２の実施形態の光学素子成形用型９において、中間層１１の第１層１２を省略し、第２層１３の膜厚が１５０ｎｍで、第３層１４の膜厚が１００ｎｍである供試体を用意した。また、比較４として、第１の実施形態の光学素子成形用型１において、中間層３の第１層５及び第３層７を省略し、第２層６の膜厚が１５０ｎｍである供試体を用意した。さらに、比較５として、第１の実施形態の光学素子成形用型１において、中間層３のすべてを省略した供試体を用意した。これら比較用の３種類の供試体を含む１９種類の供試体のすべてについて、表面層４は、イリジウム（Ｉｒ）５０．０重量％とレニウム（Ｒｅ）５０．０重量％からなる合金で形成され、膜厚は６００ｎｍに統一されている。

次に、この実験結果について説明する。表４に示すように、上述の条件の下、実験を行った結果、ＮＯ．２１からＮＯ．３６の１６種類すべての供試体について、３０００回以上の繰り返しプレス成形を行っても、成形品である光学素子に曇り、あるいはガラス素材の光学素子成形用型への融着は認められなかった。これに対して、比較３においては、約１４０回の繰り返しプレス成形を行った段階で、光学素子成形用型９の型表面８の粗さが増加し、その粗さが成形品である光学素子に転写して曇りが発生してしまった。成形品の表面形状の測定からは数値上の粗さの増加は確認できなかったが、光学素子成形用型９の型表面８を電子顕微鏡で観察したところ、型母材１０である炭化ケイ素（ＳｉＣ）の結晶粒と同様の模様が確認できた。また、それぞれの結晶粒内では、微細な凹凸が形成されている部分と、比較的平滑な部分とが存在し、さらに結晶粒界が顕著に目立っていた。曇りが発生した成形品である光学素子の表面も詳細に観察した結果、光学素子成形用型９の型表面８と同様の模様が認められたことから、光学素子成形用型９の型表面８の微細な表面形状の変化が転写されて、成形品である光学素子の曇りになったと考えられる。比較４においては、約７０回の繰り返しプレス成形を行った段階で、光学素子成形用型１の型表面８へのガラス素材の融着が認められた。さらに、成形を繰り返すと成形品である光学素子の破壊（割れ）が発生し、成形作業の継続が不可能になった。この光学素子成形用型１の型表面８を詳細に観察したところ、一部に変色が認められた。元素分析を行った結果、この変色は、中間層３の第２層５のクロムの析出及び析出したクロムの酸化であることがわかった。このクロム及び酸化クロムがガラス素材との融着を起こしたものと考えられる。さらに、比較例５においては、約５０回の繰り返し成形を行った段階で、光学素子成形用型１の型表面８へのガラス素材の融着と、成形品である光学素子の曇りが確認された。光学素子成形用型１の型表面８を観察したところ、表面層４、中間層３の剥離が発生していた。さらに、ガラス素材の融着、成形品である光学素子の曇りは、表面層４、中間層３が剥離した部分から発生していることがわかった。光学素子成形用型１の型母材２が露出したことにより、型母材２にガラス素材が融着し、また型母材２の成形面２ａが酸化して、表面粗さが増加し、成形品である光学素子の曇りが発生したと考えられる。以上のことから、ある特定の表面層が形成されている光学素子成形用型においては、上述に示すような３層構造である中間層を有することで、表面層と型母材の密着性を保ち、リン酸系のガラス素材を使用した光学素子の繰り返しのプレス成形に耐えうる光学素子成形用型を実現することができる。

なお、中間層１１または中間層３を構成するものとして、第１層では炭化ケイ素（ＳｉＣ）または炭化タングステン（ＷＣ）、第２層ではクロム（Ｃｒ）、第３層では窒化クロム（ＣｒＮ）（ＣｒＮとＣｒ_２Ｎとの混合物）としたが、これに限るものではない。例えば、第１層では、タングステン（Ｗ）または炭素（Ｃ）の単体からなるものとしても良い。また、第２層では、チタン（Ｔｉ）の単体からなるものとしても良い。さらに、第３層では、チタン（Ｔｉ）またはアルミニウム（Ａｌ）を含む窒化物としても良い。

（第３の実施形態）
図２は、この実施形態の光学素子成形用型１５の層構造を表す断面図を示している。図２に示すように、この実施形態の光学素子成形用型１５は、炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬合金である型母材１６と、型母材１６の成形面１６ａ下にイオン注入によって形成されるイオン注入層１７と、成形時にガラス素材と接触し、イリジウム（Ｉｒ）とパラジウム（Ｐｄ）による合金からなる表面層１８とを備えている。より具体的には、イオン注入層１７は、表面層１８を構成する合金のイリジウム（Ｉｒ）イオンを型母材１６の成形面１６ａからイオン注入したものであり、成形面１６ａから型母材１６の深層に行くに従い、イオン濃度が薄くなっている。表面層１８は、イリジウム（Ｉｒ）５０．０重量％とパラジウム（Ｐｄ）５０．０重量％からなる合金ターゲットを使用した、イオンビームスパッタによって形成される。この実施の形態の光学素子成形用型１５及びこれと比較する比較例について、下記に示す実験を行った。

表５にこの実験に使用した光学素子成形用型１５の種類、表６に各々の光学素子成形用型１５を用いて繰り返しプレス成形した際の実験結果を示す。表５に示すように、この実験では、光学素子成形用型１５として、ＮＯ．３７からＮＯ．３９に示す３種類の供試体を製作した。イオン注入層１７は、イリジウム（Ｉｒ）イオンを注入量１×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２、加速電圧１００ｋｅＶ、イオン電流５０ｍＡの条件で型母材１６に注入して、５０ｎｍの膜厚に形成したものである。ＮＯ．３７からＮＯ．３９の供試体は、イオン注入層１７の結晶粒の粒径がそれぞれ、２０μｍ、１０μｍ、２μｍとなっている。また、表面層８は膜厚６００ｎｍとした。また、これらの供試体と比較するために、比較６として、イオン注入層１７を形成せずに、表面層１８のみを形成した供試体を製作した。

次に、この実験結果について説明する。表６に示すように、上述の条件の下、実験を行った結果、ＮＯ．３７からＮＯ．３９の供試体については、３０００回以上の繰り返しプレス成形を行っても、成形品である光学素子に曇り、あるいはガラス素材の光学素子成形用型への融着は認められなかった。しかし、比較６においては、約７０回の繰り返し成形で、ガラス素材の融着と成形品である光学素子の一部で曇りが確認された。この光学素子成形用型１５の型表面１９を詳細に観察したところ、表面層１８が剥離しており、ガラス素材の融着、成形品である光学素子の曇りは剥離した部分から発生していることがわかった。型母材１６が露出したことによって、型母材１６とガラス素材とが融着し、また露出した型母材１６が酸化して表面粗さが増加したことによって、成形品である光学素子の曇りが発生したと考えられる。また、ＮＯ．３８、ＮＯ．３９の供試体については、型表面１９を光学鏡面とすることができた。これは、イオン注入層１７の結晶粒の粒径が１０μｍ以下であることにより、焼結体が緻密になったことによる。光学鏡面を得るには、結晶粒の粒径が１０μｍ以下であればよいが、粒径が小さければ光学素子成形用型の製造条件の設定が容易になるので好ましい。

なお、表面層１８を形成するものとして、イリジウム（Ｉｒ）５０．０重量％とパラジウム（Ｐｄ）５０．０重量％の合金を挙げたが、これに限るものではない。第１の実施形態で列挙した２つ以上の元素を含む合金であり、その配合が０．５重量％以上９９．５重量％以下であれば、この実施形態の光学素子成形用型１５の表面層１８として満足するものである。さらに、表面層１８を上記列挙された元素単体で構成しても構わない。また、イオン注入層１７として、イオン注入するイオンは、表面層１８を形成する物質の元素と対応するイオンを注入したものであればよい。

以上、本発明の実施形態について図面、表を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の第１及び第２の実施形態の光学素子成形用型の層構造を示す断面図である。 この発明の第３の実施形態の光学素子成形用型の層構造を示す断面図である。

符号の説明

１、９、１５ 光学素子成形用型
２、１０、１６ 型母材
２ａ、１０ａ、１６ａ 成形面
３、１１ 中間層
４、１８ 表面層
５、１２ 第１層
５ａ、１２ａ 成形面
６、１３ 第２層
６ａ、１３ａ 成形面
７、１４ 第３層
７ａ、１４ａ 成形面
８、１９ 型表面
１７ イオン注入層

Claims (6)

1. リン酸系のガラス素材をプレス成形して、光学素子を成形するための光学素子成形用型であって、
   焼結した超硬合金または炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる型母材と、
   前記型母材の成形面上に形成され、前記プレス成形の際に前記ガラス素材に接触する表面層とを備え、
   該表面層は、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から選択される少なくとも１種類の物質、または、該物質を含む合金もしくは化合物からなることを特徴とする光学素子成形用型。
2. 前記表面層は、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から選択される２種類以上の物質を含む合金または化合物からなり、該合金または化合物に含まれる前記物質の各々の含有量は、０．５重量％以上９９．５重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用型。
3. 前記型母材と前記表面層との間には中間層が形成され、該中間層は、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）またはこれらの元素の窒化物から選択される少なくとも１種類の物質を含む単体または化合物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子成形用型。
4. 前記中間層は、タングステン（Ｗ）、炭素（Ｃ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から選択される少なくとも１種類の物質を含む単体または化合物からなり、前記型母材の成形面上に接触して形成される第１層と、
   クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）の単体からなり、前記第１層の成形面上に接触して形成される第２層と、
   クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）から選択される少なくとも１種類の元素を含む窒化物からなり、前記第２層の成形面上に接触して形成される第３層とで構成されることを特徴とする請求項３に記載の光学素子成形用型。
5. 前記型母材の前記成形面下には、前記表面層を形成する物質、または、該物質を含む前記合金もしくは化合物に含まれる少なくとも１種類のイオンが注入されたイオン注入層が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子成形用型。
6. 前記型母材の前記成形面下に、前記イオンが注入されたことによって形成される前記イオン注入層の結晶粒の粒径は１０μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の光学素子成形用型。
   
   

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