JP2008280236A

JP2008280236A - ガラス成形用金型及びその製造方法

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Publication number: JP2008280236A
Application number: JP2008035214A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Masuda; 淳増田; Takaharu Tashiro; 貴晴田代
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2028-02-15
Also published as: JP5322456B2

Abstract

【課題】成形中に離型層の表面粗さが悪化するのを回避して精密な加工を実現することを課題とする。
【解決手段】鉄鋼製の基材１と、この基材１上に順次形成された，結晶化した切削加工層２、中間層３及び離型層４を具備するガラス成形用金型５であり、前記切削加工層２はリンを含有したニッケル合金層であり、前記中間層３はクロム、ニッケル、銅、コバルトのいずれかからなる層もしくはこれらの元素の少なくとも1種以上を含む合金層であり、さらに前記離型層４はイリジウム及びレニウムを含有する合金層であることを特徴とするガラス成形用金型。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に精密形状の光学素子を成形するためのガラス成形用金型及びその製造方法に関する。

周知の如く、プラスチック成形の分野では、成形金型の精密加工技術が確立されており、回折格子などの微細形状を有する光学素子の量産が実現している。この場合の金型は、基材の表面に無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施し、このめっき層をダイヤモンドバイトで精密加工して作製している。この金型をガラス成形に応用する場合、Ｎｉ−Ｐ層ではガラスとの離型性が維持できないので、離型膜を形成する必要があった。例えば、特許文献１では、離型膜としてＷ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒからなる金属あるいは合金を採用している。しかし、特許文献1の場合、成形温度が高くなると、離型膜の表面粗さが悪化してしまうことがわかった。
特開２００２−２９７７２号公報

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、成形中に離型層の表面粗さが悪化するのを回避して精密な加工が可能なガラス成形用金型及びその製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明のガラス成形用金型は、鉄鋼製の基材と、この基材上に順次形成された，結晶化した切削加工層及び離型層を具備するガラス成形用金型であり、前記切削加工層はリンを含有したニッケル合金層であり、前記離型層はイリジウム及びレニウムを含有する合金層であることを特徴とする。

（２）本発明のガラス成形用金型の製造方法は、鉄鋼製の基材と、この基材上に順次形成された，切削加工層及び離型層を具備するガラス成形用金型を製造する方法であり、基材上に切削加工層を形成した後に加熱することにより結晶化させ、その後に前記離型層を形成することを特徴とする。

（３）本発明のガラス成形用金型は、鉄鋼製の基材と、この基材上に順次形成された，結晶化した切削加工層、中間層及び離型層を具備するガラス成形用金型であり、前記切削加工層はリンを含有したニッケル合金層であり、前記中間層はクロム、ニッケル、銅、コバルトのいずれかからなる層もしくはこれらの元素の少なくとも1種以上を含む合金層であり、さらに前記離型層はイリジウム及びレニウムを含有する合金層であることを特徴とする。

（４）本発明のガラス成形用金型の製造方法は、鉄鋼製の基材と、この基材上に順次形成された，切削加工層、中間層及び離型層を具備するガラス成形用金型を製造する方法であり、基材上に切削加工層を形成した後に加熱することにより結晶化させ、その後に前記中間層及び離型層を順次形成することを特徴とする。

本発明のガラス成形用金型によれば、結晶化した切削加工層の存在により成形中に離型層の表面粗さが悪化するのを回避して精密な加工を実現できる。また、本発明のガラス成形用金型の製造方法によれば、基材上に切削加工層を形成した後に加熱することにより結晶化させ、その後に前記離型層あるいは中間層及び離型層を形成することにより、成形中に離型層の表面粗さが悪化するのを回避して精密な加工を実現できる。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明において、前記切削加工層はダイヤモンドバイトによって精密な加工するために必要であり、切削加工層のリン（Ｐ）濃度は１重量％以上１５重量％以下であることが望ましい。ここで、Ｐ濃度が１重量％未満の場合、切削加工性が悪くなる。また、Ｐ濃度が１５重量％を越えると、切削加工層が脆くなるという問題があった。切削加工層は、ニッケル（Ｎｉ）、Ｐ以外に、ボロン（Ｂ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）等を含んでも良い。

本発明において、前記離型層はガラスとの離型性を維持する役割を果たしている。Ｉｒ−Ｐｔ合金は離型性に優れるが、約５００℃以上に加熱すると、切削加工層のＮｉ，Ｐの影響を受けて表面粗さが悪化する。Ｉｒ−Ｒｅ合金では、離型性にも優れ、表面粗さの悪化も起こらない。
本発明において、前記中間層は切削加工層と離型層の密着強度を高める役割を果たしている。中間層として適している材料は、クロム（Ｃｒ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ）である。

本発明の製造方法において、切削加工層は形成時に非晶質状態なので、加熱によって結晶質にして離型層、あるいは中間層と離型層を形成する。上記（４）の発明において、中間層と離型層を形成した後に切削加工層の結晶構造が変化すると、中間層と離型層の界面に大きな応力が発生し、離型層や中間層が剥離する可能性がある。

次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
図１は、本実施例１に係るガラス成形用金型の部分断面図を示す。図中の符番１は、鉄鋼材料の基材を示す。この基材１上には、結晶化した切削加工層２、中間層３及び離型層４が順次形成されている。ここで、切削加工層２はＰ（リン）を１２重量％含有したニッケル合金層である。中間層３は、クロム（Ｃｒ）からなる層である。離型層４は、イリジウム（Ｉｒ）及びレニウム（Ｒｅ）を含有する合金層である。

図１のガラス成形用金型５は、次のようにして製造する。即ち、まず、鉄鋼材料の基材１上に無電解Ｎｉ−Ｐめっきを１００μｍつけて、５３０℃，２時間加熱処理を施し、結晶化して切削加工層２を形成した。次に、切削加工層２をダイヤモンドバイトで加工した後に、スパッタリングによりＣｒからなる中間層３を５０ｎｍ、Ｉｒ−５０ｗｔ％Ｒｅからなる離型層４を３００ｎｍ形成し、ガラス成形用金型５を製造した。

実施例１に係るガラス成形用金型５は、図１に示すように、基材１上にＰを１２重量％含有したニッケル合金層（切削加工層）２、Ｃｒからなる中間層３、及びＩｒ，Ｒｅを含有した離型層４が順次形成された構成になっている。しかるに、金型５では、切削加工層２を形成した後に加熱することにより切削加工層２を結晶化させ、その後に中間層３及び離型層４を順次形成しているので、成形中に離型層４の表面粗さが悪化するのを回避して精密な加工を実現することができる。

事実、上記実施例１に係る金型、及び比較例１〜４に係る金型を用いて５７０℃で加熱後の表面粗さを測定したところ、図２に示す結果が得られた。ここで、図中の符号ａは、離型層／中間層／切削加工層の鋼組成がＲｅ−Ｉｒ／Ｃｒ／Ｎｉ−Ｐの場合（実施例）を示す。符号ｂは、同鋼組成がＰｔ−Ｉｒ／Ｃｒ／Ｎｉ−Ｐの場合（比較例１）を示す。符号ｃは、同鋼組成がＩｒ／Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐの場合（比較例２）を示す。符号ｄは、同鋼組成がＰｔ／Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐの場合（比較例３）を示す。符号ｅは、同鋼組成がＰｔ−Ｉｒ／Ｎｉ／Ｎｉ−Ｐの場合（比較例４）を示す。

図２より、比較例１〜４のいずれの場合も、８時間（Ｈ）までに表面粗さが悪化するのに対し、本実施例１の場合も３２時間経過しても表面粗さＲａが５ｎｍにとどまっていることが分かる。これにより、本発明が比較例に対して優れていることが明らかである。

（実施例２）
図３は、本実施例２に係るガラス成形用金型の部分断面図を示す。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。ガラス成形用金型６は、鉄鋼材料の基材１上には、結晶化した切削加工層２、離型層４が順次形成された構成となっている。
図３のガラス成形用金型６は、次のようにして製造する。即ち、まず、鉄鋼材料の基材１上に無電解Ｎｉ−Ｐめっきを１００μｍつけて、５３０℃，２時間加熱処理を施し、結晶化して切削加工層２を形成した。次に、切削加工層２をダイヤモンドバイトで加工した後に、スパッタリングによりＩｒ−２５ｗｔ％Ｒｅからなる離型層４を３００ｎｍ形成し、ガラス成形用金型６を製造した。
実施例２によれば、表面粗さＲａについては実施例１と同様に３２時間後も良好であった。しかし、縁の部分にわずかであるが、離型層の剥離が見られた。

なお、この発明は、上記実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施例に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。具体的には、上記実施例に記載した構成部材の材料、配合割合、厚み等は一例であり、本発明これに限定されない。

図１は、本発明の実施例１に係るガラス成形用金型の部分断面図を示す。図２は、本発明の実施例１及び比較例に係る金型の加熱後の表面粗さと加熱時間との関係を示す特性図を示す。図３は、本発明の実施例２に係るガラス成形用金型の部分断面図を示す。

符号の説明

１…基材、２…Ｎｉ合金層（切削加工層）、３…中間層、４…離型層、５，６…ガラス成形用金型。

Claims

鉄鋼製の基材と、この基材上に順次形成された，結晶化した切削加工層及び離型層を具備するガラス成形用金型であり、
前記切削加工層はリンを含有したニッケル合金層であり、前記離型層はイリジウム及びレニウムを含有する合金層であることを特徴とするガラス成形用金型。
切削加工層のリン濃度が1〜１５重量％であることを特徴とする請求項1記載のガラス成形用金型。
鉄鋼製の基材と、この基材上に順次形成された，切削加工層及び離型層を具備するガラス成形用金型を製造する方法であり、基材上に切削加工層を形成した後に加熱することにより結晶化させ、その後に前記離型層を形成することを特徴とするガラス成形用金型の製造方法。
鉄鋼製の基材と、この基材上に順次形成された，結晶化した切削加工層、中間層及び離型層を具備するガラス成形用金型であり、
前記切削加工層はリンを含有したニッケル合金層であり、前記中間層はクロム、ニッケル、銅、コバルトのいずれかからなる層もしくはこれらの元素の少なくとも1種以上を含む合金層であり、さらに前記離型層はイリジウム及びレニウムを含有する合金層であることを特徴とするガラス成形用金型。
切削加工層のリン濃度が1〜１５重量％であることを特徴とする請求項４記載のガラス成形用金型。
鉄鋼製の基材と、この基材上に順次形成された，切削加工層、中間層及び離型層を具備するガラス成形用金型を製造する方法であり、基材上に切削加工層を形成した後に加熱することにより結晶化させ、その後に前記中間層及び離型層を順次形成することを特徴とするガラス成形用金型の製造方法。