JP5376984B2 - ガラス成形用金型 - Google Patents

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に関する。

ガラスレンズをプレス成形によって製造するための金型は、一般的には超硬合金又は炭化珪素からなる基材の表面に、ガラスとの反応を防ぐ離型膜が設けられている。代表的な離型膜としては、耐酸化性に優れるＰｔやＩｒなどの貴金属系の合金が用いられている。また、非特許文献１では、Ｐｔ−Ｉｒ合金又はＰｔ−Ｒｈ合金が提案されている。更に、特許文献１では、Ｉｒ−Ｒｅ合金又はＩｒ−Ｏｓ合金が提案されている。

しかし、上述した離型膜では、硝種との組み合わせによっては離型性が悪く、短期間でガラスの融着が起こってしまう。そこで、特許文献２では、Ｉｒ−Ｒｅ合金離型膜を形成した金型に離型剤を塗布してからガラスの成形を行っている。また、特許文献３では、成形するガラスプリフォーム側に離型のためのコーティングを施している。このように、離型膜の離型性が不十分なため、金型の寿命を延ばすためには手間がかかっても離型剤を塗布する必要があった。

特開昭６２−２９２６３７号公報 特開２００２−２２０２３７号公報 特開平９−２２７１３６号公報

「表面技術」，４０巻８号（１９８９）P.９０７−９１１

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、離型剤を使用することなく優れた離型性を有するガラス成形用金型を提供することを目的とする。

本発明のガラス成形用金型は、超硬合金または炭化珪素からなる基材と、この基材上に形成された、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｍｏから選ばれる１種類以上の金属と炭素からなる中間層と、この中間層上に形成された、Ｉｒ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ｐｔから選ばれる１種類以上の金属と炭素からなる離型層を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、離型剤を使用することなく優れた離型性を有するガラス成形用金型が得られる。

図１は、本発明の参考例および実施例に係るガラス成形用金型の部分断面図を示す。 図２は、本発明の参考例２〜５および実施例６〜９に係る試験片の説明図を示す。 図３は、本発明の参考例２〜５および実施例６〜９に係る別な試験片の説明図を示す。

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、離型層に含有するＣ（炭素）は、成形における加熱により拡散移動し、金型の表面に偏析する。この表面に偏析したＣが離型性を著しく向上させる。即ち、金型及びガラスプリフォームに離型剤を塗布しなくても、離型層に含有されるＣが離型剤と同様の働きをしてくれる。即ち、成形中に表面のＣが消失しても、離型層内部のＣがすぐに表面に拡散移動してＣ層を形成する。

前記離型層のＣ含有量は１ａｔ％以上５０ａｔ％以下であることが望ましい。ここで、Ｃ含有量が１ａｔ％未満では離型性向上の効果が小さい。また、Ｃ含有量が５０ａｔ％を越えると、耐酸化性が悪くなる。

本発明において、離型層の形成方法は特にこだわらないが、スパッタリング法が有効である。Ｉｒ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ｐｔから選ばれる１種以上の金属ターゲットとＣターゲットを同時に放電させることで、所望のＣ含有が可能である。また、金属ターゲットの放電を真空チャンバー内に炭化水素ガスを導入しながら行うことで、Ｃを添加してもよい。

本発明において、成形中に離型層中のＣ量は減少するが、中間層にＣを含有させ、成形時の加熱によりＣを表層へ拡散させることにより、離型層中のＣ量の減少を抑えることができる。中間層は基材と離型層の密着強度を高める役割、及び離型層へＣを供給する役割を果している。中間層として適した材料としては、クロム（Ｃｒ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），モリブデン（Ｍｏ）が挙げられる。特に、中間層として適しているのは、Ｃを含有した，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏである。Ｃ含有量は、１ａｔ％以上８０ａｔ％以下であることが望ましい。ここで、Ｃ含有量が１ａｔ％未満では、供給源としてＣ量が少なく、離型性が悪くなりガラスが融着してしまう。また、Ｃ含有量が８０ａｔ％を超えると、密着性が低下し、膜が分離してしまう。

次に、本発明の具体的な実施例を参考例および比較例とともに説明する。
（参考例１）
図１は、参考例および実施例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、ＷＣからなる厚さ１０ｍｍの基材を示す。この基材１上には、厚さ５０ｎｍの中間層２及び厚さ３００ｎｍの離型層３が順次形成されている。参考例１では、中間層２は、ニッケル（Ｎｉ）からなる層である。離型層３は、イリジウム（Ｉｒ），レニウム（Ｒｅ）及び３ａｔ％炭素（Ｃ）を含有する合金層である。

上記参考例１に係るガラス成形用金型４は、図１に示すように、基材１上にＮｉからなる中間層２、及びＩｒ，Ｒｅの他，３ａｔ％のＣを含有した離型層３が順次形成された構成になっているため、成形における加熱により離型層３中のＣが容易に拡散し、金型の表面に偏析する。従って、金型及びガラスプリフォームに離型剤を塗布しなくても、離型層３に含有されるＣが離型剤と同様の働きをするので、優れた離型性が得られる。

事実、上記参考例１に係る金型、及び比較例１に係る金型を用いてＫ−ＶＣ７８（住田光学ガラスの商品名）の成形実験を行った。但し、成形温度は５９０℃である。その結果、下記表１に示す結果が得られた。

ここで、参考例１は、離型層／中間層／基材の構成がＩｒ−Ｒｅ−Ｃ／Ｎｉ／ＷＣの場合を示す。比較例１は、同構成がＩｒ−Ｐｔ／Ｎｉ／ＷＣの場合を示す。これにより、参考例１が比較例１に対して優れていることが明らかである。

表１より、比較例１の場合は１０ショットで融着したのに対し、参考例１では５００ショットでも融着しないことが明らかになった。

（参考例２〜５および実施例６〜９）
まず、参考例２〜５および実施例６〜９で用いる図２（Ａ），（Ｂ）、図３（Ａ），（Ｂ）の試験片７，８について説明する。ここで、図２（Ａ）は試験片（球面金型）７の正面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の側面図を示す。図３（Ａ）は試験片（平面金型）８の正面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の側面図を示す。図２の試験片は成形機にて成形試験を行う際に使用し、図３の試験片はスクラッチ試験（密着力測定）、組成分析の際に使用した。なお、図２，図３において、符番９はネジ穴、符番１０はＲ１７の湾曲部を示す。

最初に、基材である超硬材料を図２又は図３に示す形状に加工した。つづいて、洗浄機にて洗浄した後、スパッタリング法にて膜厚５０ｎｍの中間層（第１層），膜厚３００ｎｍの離型層（第２層）を成膜した。
次に、Ｘ線電子分光にて中間層及び離型層の分析を行った。下記表２は組成分析条件を示し、下記表３は組成分析結果を示す。

比較例２，３として、中間層にＮｉ，離型層にＩｒ−Ｐｔ，Ｉｒ−Ｒｅ膜を施したもの、参考例２〜５および実施例６〜９として離型層にＣ含有量の異なる２種類のＩｒ−Ｒｅ−Ｃ膜を施したものを用いた。また、参考例２，３では中間層なし、参考例４，５では中間層にＮｉ、実施例６〜９では中間層にＮｉ−Ｃを施したものを使用した。

次に、各薄膜の基材に対する密着力を測定した。試験方法はマイクロスクラッチ法にて行い、ＪＩＳ Ｒ−３２５５に準拠した。マイクロスクラッチ試験測定条件を下記表４に示した。また、マイクロスクラッチ試験測定結果を下記表５に示した。

表５より、実施例６〜９では、比較例２，３と同等かそれ以上の値を示していることが分かる。
次に、参考例２〜５および実施例６〜９の試験片を使用し、Ｋ−ＰＳＦｎ２１４（住田光学製の商品名）の成形試験を行った。下記表６は成形条件を示し、下記表７は成形試験結果を示す。

次に、成形試験５００ｓｈｏｔで融着してしまった参考例５の組成分析を行った。測定条件は上記表３と同様である。下記表８は、成形試験後の組成分析結果を示す。

比較例２では１ｓｈｏｔ、比較例３では１００ｓｈｏｔで融着してしまった。参考例２〜５では、離型層中のＣが離型性を向上させることで成形は可能である。しかし、成形中に膜中のＣが減少し続け、５００ｓｈｏｔで融着してしまった。成形試験後のＣ含有量は０．５％であった。この結果より、離型層のＣ含有量が１％未満になると融着してしまうことが分かる。実施例６〜９では、中間層にＣを含有させ、離型層中に拡散することでＣ含有量の減少を防ぎ、２０００ｓｈｏｔ成形後も離型することができた。
上記例以外にも、請求項に示す組成の薄膜を施したものを使用して実験を行い、良好な離型性を確認した。

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、Ｃの配合量、厚み等は一例であり、本発明これに限定されない。

１…基材、２……中間層、３…離型層、４…ガラス成形用金型。

Claims (3)

1. 超硬合金または炭化珪素からなる基材と、この基材上に形成された、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｍｏから選ばれる１種類以上の金属と炭素からなる中間層と、この中間層上に形成された、Ｉｒ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ｐｔから選ばれる１種類以上の金属と炭素からなる離型層を具備したことを特徴とするガラス成形用金型。
2. 前記離型層の炭素濃度が１〜５０ａｔ％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。
3. 前記中間層の炭素濃度が１〜８０ａｔ％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。

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