JPH01111733A - ガラス成形体の成形型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ガラスをプレス成形するための成形型に関し
、特に、プレス成形後に研磨を必要としない高精度のガ
ラス成形体に成形するための成形型に関する。

（従来の技術） 一般に、プレス成形によるガラスの成形では、所定の表
面形状（例えば球面または非球面）に仕上げた表面層を
有する成形型内に、予め軟化させた被成形ガラスを入れ
（または被成形ガラスを成彫型に入れてから加熱・軟化
させ）、この成形型に所定の圧力を加えることによって
、成形型の表面層が被成形ガラスに転写される。したが
って、成形型は、その表面層の形状がガラス成形体の表
面形状としてそのまま転写されることから、その表面層
に気孔等の欠陥がなく、緻密で鏡面状に精密加工するこ
とができ、かつ高温において十分な硬度および強度を保
てる等の要件を満たすことが求められる。

このような成形型の材料としては、従来、シリコンカー
バイド（ＳｉＣ）やシリコンナイトライド（３１３Ｎ４
）（特開昭５２−４５６１３号公報）、タングステンカ
ーバイド（特開昭５６−５９６４１号公報）、ジルコニ
ウムオキサイド（ＺｒＯ□）を基盤材料とし、その上に
白金−ロジウム（ｐｔ−Ｒｈ）合金または白金−イリジ
ウム（Ｐ　ｔ　−Ｉ　ｒ）合金のコーテイング膜を形成
したもの（特開昭６０−１７６９３０号公報）が提案さ
れている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、シリコンカーバイドやシリコンナイトライドを
表面層とする成形型は、緻密で、かつ硬度および強度の
点ですぐれているものの、被成形ガラスに鉛を多量に含
有する重フリント系光学ガラスを使用した場合、鉛との
化学反応性が高（、高精度のガラス成形体に成形するこ
とが困難となる。

次に、タングステンカーバイドの成形型は、加工性にす
ぐれるが、高温下で酸化しやすく、型表面が肌荒れを起
こし、光学表面を保持することができない。また、被成
形ガラスと反応しやすい問題もあった。

また、白金−ロジウムまたは白金−イリジウムの合金の
コーテイング膜を形成したものは、被成形ガラスとの化
学作用を起こさないことが利点として挙げられているが
、本発明者らの実験によれば、ガラス成形体との離型性
がプレス成形開始当初から悪いという問題があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明によるガラス成形体の成形型は、成形型の表面層
を白金（Ｐｔ）とニッケル（Ｎｉ）の少なくとも２成分
からなる物質に窒化物が分散されて形成されているもの
である。

なお、好ましくは白金（Ｐｔ）とニッケル（Ｎｉ）の少
なくとも２成分から成る前記物質がニッケル（Ｎｉ）を
５〜４５賀ｔ％含み、前記窒化物がＴｉ　Ｎ　％Ｔ　ａ
　Ｎ％　Ａ　Ｉ　Ｎｓ　Ｂ　ＮＳＳ　１３Ｎａ、ＨｆＮ
。

ＮｂＮ、ＺｒＮから選ばれた少なくとも一つからなり、
その分散量が０．０２〜３０ν０１％であり、さらに前
記表面層と下地の基盤との間に、ニッケル（Ｎｉ）、チ
タン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（ＭＯ）、
コバルト（Ｇｏ）、チタンナイトライド（Ｔ　ｉ　Ｎ）
、チタンカーバイド（Ｔ　ｉ　Ｃ）、シリコンカーバイ
ド（ＳｉＣ）およびこれらの混合物のうちから選択され
た少なくとも一つを含む中間層を介在させたものである
。

これらの表面層や中間層は、所定形状に加工された基盤
上にスパッタリング法、イオンブレーティング法などに
より形成される。膜厚は０．０５〜１０μｍ程度が好ま
しい。薄すぎると均一な膜が得にくり、厚すぎると成膜
時間を長く）るのみならず、膜の表面状態が荒れてくる
。

なお、表面層材料として、ニッケルの他に、イリジウム
（Ｉ　ｒ）　、ロジウム（Ｒｈ）、および金（Ａｕ）な
どを加えた白金合金に窒化物を分散させれば、−層高温
のプレスでの使用に耐えるようになる。

成形型の基盤材料については、基盤として一般に要求さ
れる硬度、強度および耐熱性等を満足するものであれば
特に限定されず、ステンレス鋼、タングステンカーバイ
ド（ＷＣ）、ジルコニウムオキサイド（ＺｒＯｚ）、サ
ーメット、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）およびシリコ
ンナイトライド（Ｓｔ、Ｎ４）などが使用可能である。

また、プレス成形時の圧力が基盤の変形に問題にならな
い程度であれば、この基盤材料は、上述した表面層や中
間層の各物質と同一の合金等を用いてもよい。

（作用） 本発明の成形型の表面層は、緻密性、硬度、強度、加工
性および耐化学反応性のそれぞれにおいて良好であるば
かりでなく、プレス成形されたガラス成形体との離型性
も良好になり、さらに結晶成長を抑え膜の荒れを抑える
。すなわち、白金−ニッケル合金（白金５０−１％以上
、ニッケル５〜４５ｗｔ％）中に窒化物、具体的にはＴ
ｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ５ＢＮ、、Ｓ　ｉ、Ｎａ、ＨｆＮ
、ＮｂＮ５ＺｒＮなどを分散させることにより、特にガ
ラス成形体との離型性を向上させるとともに、面積度を
保持することができる。その分散を０．０２〜３０ｖｏ
ｌ％としたのは、窒化物が０．０２ｖｏｌ％未満では硬
度が低くなり傷が発生しやすく、また分散効果により結
晶成長を抑え〜膜の荒れを抑える効果が十分に得られに
＜＜、一方、３０ｖｏｌ％を越えると、ガラス成形体と
の離型性が悪くなるためである。

また、中間層は基盤と表面層との親和性を高め、型寿命
を長くする作用を有する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す成形型の断面図である
。成形型は、上型ｌと下型２とから構成される。上型１
と下型２とは、それぞれその外周面が案内型３の内周面
上を滑動するように、案内型３の内部に配置されている
。これらの上型１および下型２は、それぞれ基盤１ａと
表面ＪｉＷ１ｂおよび基盤２ａと表面１’１２ｂからな
り、表面層１ｂ。

２ｂを相互に対向させて配置しである。

基盤１ａ、２ａは、焼結時にＨＩＰ処理を施して緻密に
したタングステンカーバイドを用い、これを円柱状（直
径１８鶴、高さ２８龍）に加工し、その一端面を凹球面
状に研削し、最終仕上げとしてダイヤモンド砥石により
高精度の光学鏡面に研磨し、それぞれ所定の曲率半径（
３２１ｍ）の凹球面に加工した。この凹球面の面粗さは
１００Å以下であった。

この基盤１ａ、２ａの凹球面に対し、スパッタリング装
置を用い、表に示した実施例１〜２１の物質組成のター
ゲットを使用し、所定の成膜条件で所定の厚さの表面層
１ｂ、２ｂを形成した。なお、その際、基盤１ａ、２ａ
と表面１ｉ１ｂ、２ｂとの密着性を一層強固にするため
に、表面Ｊｉｌｂ、２ｂの成膜に先立って、逆スパツタ
リングにより基盤１ａ、２ａの各表面を清浄化すること
は有効である。

例えば、実施例１ではアルゴンガス圧１ｘｉｏ−３Ｔｏ
ｒｒ、白金−ニッケル５ｗｔ％、ＤＣＩＫＷ、５００人
／ｍｉｎ、チタンナイトライド、ＲＦ　４００Ｗ、　　
５人／ｍｉｎ　　（分散１ｖｏｌ％）、電極間距離１０
０ｍｍ、回転数２０ｒｐｍで行い、膜厚は０．５μｍで
あった。

また、本実施例では白金−ニッケル、チタンナイトライ
ド別々のターゲットを同時にスパッタを行う二元スパッ
タリングについて述べたが２種のターゲットをモザイク
状に配置してその面積比で分散を調整する複合ターゲッ
トを使用しても良いものである。またターゲットそのも
のが分散型になっているものでもかまわない。いずれに
しても各々のスパッタ率を考慮して組合わせる。

なお、案内型３は本実施例では上型・下型の基１１ａ、
２ａと同様のタングステンカーバイドで構成されている
。

第２図は、本発明の他の実施例を示す成形型の断面図で
ある。本実施例の上型１′および下型２′は、それぞれ
基盤１ａと表面ｉｔｂとの間および基盤２ａと表面１ｉ
！２ｂとの間に、第１中間層ＩＣと第２中間層１ｄおよ
び第１中間Ｎ２ｃと第２中間ＪＩ２ｄが介在させである
点で、第１図の上型１および下型２と相違するが、その
他は構造上同一である。中間層は、２層図示したが、１
層のみまたは３層以上にしてもよい。表に、中間層を１
層のみとした例を実施例１１〜１３．１６〜１９および
２１として示し、中間層を２層とした例を実施例１４．
１５および２０として示した。

これらの中間層および表面層は、例えば実施例１１では
、基盤１ａ、２ａをイオンエツチングした後、イオンブ
レーティング法により、所定の成膜条件（真空度５　ｘ
ｔｏ−”ｒ　ｏ　ｒ　ｒ、成膜速度３００人／ｍｉｎ、
基盤電圧−３００Ｖ　）でチタンからなる第１中間層１
ｃ、２ｃ（膜厚０．０５μｍ）を成膜した後、その上に
スパッタリング法により白金（９５ｗｔ％）−ニッケル
５ｗｔ％とチタンナイトライド（Ｔ　ｉ　Ｎ）をターゲ
ットとし、所定の成膜条件（前記）で表面１ｉ１１ｂ、
２ｂ（膜厚３．０μｍ）を成膜することにより形成した
。

また、実施例２０においては、基盤１ａ、２ａをイオン
エツチングした後、その凹球面上にイオンブレーティン
グ法により、所定の成膜条件（チッ素ガス圧５　Ｘｌ０
−’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ、成膜速度３００人／ｗｉｎ。

基盤電圧−３００Ｖ　）　でチタンナイトライドからな
る第２中間ｌｉｄ、２ｄ　（膜厚０．３μｍ）を成膜し
た。次いで、スパッタリング法により所定の成膜条件（
アルゴンガス圧１　ｘｉｏ−”ｒ　ｏ　ｒ　ｒ　、成膜
速度４００人／ｍ１ｎ）でニッケルからなる第１中間層
ｌｃ、２ｃ（膜厚０．０５μｍ）を成膜し、引続き同様
の方法により、白金（８０ｗ　ｔ％）−ニッケル（１０
ｗｔ％）−イリジウム（１０ｗｔ％）合金とチタンナイ
トライド（Ｔ　ｉ　Ｎ）をターゲットとし、所定の成膜
条件（前記）で表面層１ｂ、２ｂ（膜厚１．０μｍ）を
成膜した。

その他の実施例もこれらとほぼ同様の方法により中間層
および表面層を形成した。

（以下余白） 次にこのような成形型の使用方法を、第１図の成形型を
例に説明する。

第３図は、プレス成形機の主要部を示す断面図である。

このプレス成形機は上述した上型ｌ、下型２および案内
型３を備え、下型２の上に被成形ガラス４が置かれる。

これらの型１，２．３は、断面Ｈ字状のステンレス鋼か
らなる保持具５を介して、同じくステンレス鋼からなる
支持台６で支持されている。７はステンレス鋼からなる
押し棒で、これらを石英管８の内部に収容し、外周に配
置した誘導加熱コイル９により型１．２．３および被成
形ガラス４を加熱し、押し棒７を上型１の頭部に下降さ
せて、被成形ガラス４をプレス成形する。温度制御は、
下型２の内部に配設した熱電対１０により型温度を測定
して行なう。次に、その具体例を説明する。

被成形ガラス４として、ガラス組成かｗｔ％でｓ　ｉ　
Ｏｚ：２７．８．　Ａ　ｌ　ｇｏｓ：２．（Ｌ　Ｎ　ａ
　ｔｏ：１．８．　Ｋ２Ｏ：１．２．　Ｐ　ｂ　Ｏ：６
５．２．　Ｔ　ｉ　Ｏ□：２．０である重フリント系光
学ガラス（転移温度４３５℃）を直径１０ｍの球状のガ
ラス塊に加工したものを使用し、Ｎ２ガス雰囲気中、型
温度５００℃で圧力４０ｋｇ／ａＪを３０秒間加えた。

その後、圧力を解き、プレス成形されたガラス成形体を
、上型１および下型２と接触させた状態のまま上記転移
温度まで徐冷し、次いで室温まで急冷して、両凸球面レ
ンズに成形されたガラス成形体を成形型から取出す。

以上のプレス成形法は、第２図に示した成形型でも同様
に行なわれる。そして、第３図のプレス成形機において
、実施例１〜２１の表面層ないし中間層を有する上・下
型を用いて、上述したと同様の条件で上記重フリント系
ガラスの成形をそれぞれ１０００回ずつ繰り返して行な
った。その結果、いずれの実施例の型についても、ガラ
ス成形体は型との離型性が良好で、型との接触面におい
て化学反応した様子が認められず、ガラス成形体と上・
下型表面層の面精度および鏡面は当初の状態が維持され
、ガラス成形体の面精度は１００Å以下であり、透明度
も良好であった。

比較のため、表面層として白金−ロジウムおよび向合−
イリジウムの各合金のコーテイング膜をそれぞれ形成し
た成形型を使用し、上述した実施例と同様にプレス成形
を行なったところ、最初のプレス成形時からガラス成形
体と成形型との離型性が悪く、相互の接触面において化
学反応した様子が認められた。

以上、成形型の表面層形状が凹球面のものについて示し
たが、本発明はこのような形状に制限を加えるものでは
なく、凸球面、非球面、平面等、何でもよい。

また、中間層は、上述した各実施例において用いた物質
を主成分とするものであれば、その効果を奏し、他の物
質として例えば白金、イリジウム、ロジウム、金、モリ
ブデンもしくはニッケル等を含有したものであってもよ
い。

さらに、被成形ガラスとしては、比較的化学反応を起こ
しやすい重フリント系光学ガラスを使用して良好な結果
が得られたことから、他の光学ガラスについても、本発
明の型を用いた成形が行なえることはいうまでもない。

なお、本発明の型の表面層は成膜およびプレス成形時に
おいて酸化されることがあるが、酸化されても使用に支
障はない。

また、表面層上にさらに何らかの被覆層を形成し、表面
層と被成形ガラスとの間に被覆層を介在させるようにし
てもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、成形型の表面層を、白金とニッケルの
少なくとも２成分からなる物質に窒化物が分散されて形
成されていることにより、緻密性、硬度および強度、耐
化学反応性ならびに、結晶成長を抑える事による面精度
の保持性のそれぞれにおいて良好な結果が得られるとと
もに、ガラス成形体との離型性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す成形型の断面図、第２
図は本発明の他の実施例を示す断面図、第３図はプレス
成形機の構成例を示す断面図である。 １．１’−・−上型、ｌ　ａ　、　　２ａ・−・基盤、
１ｂ、２ｂ　−表面層、ｌｃ、ｌｄ、２Ｃ，２ｄ・・−
中間層、２．２′−・−下型。 出願人　　田中貴金属工業株式会社 ホーヤ株式会社 第１１　　　　　　第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基盤および表面層を備え、表面層の形状がプレス
   成形により被成形ガラスに転写されてガラス成形体を成
   形する成形型において、表面層が、白金（Ｐｔ）とニッ
   ケル（Ｎｉ）の少なくとも２成分からなる物質に窒化物
   が分散されて形成されていることを特徴とするガラス成
   形体の成形型。
2. （２）表面層が白金（Ｐｔ）を主成分とし、ニッケル（
   Ｎｉ）を５〜４５ｗｔ％含有する少なくとも２成分から
   なる物質に窒化物が分散されて形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の成形型。
3. （３）窒化物がＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ＿
   ３Ｎ＿４、ＨｆＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮより選ばれた少なく
   とも一つからなるもので、０．０２〜３０ｖｏｌ％分散
   されて形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項に記載の成形型。
4. （４）基盤と表面層との間に中間層を備え、その中間層
   が、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ
   ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、チタンナ
   イトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、
   シリコンカーバイド（ＳｉＣ）およびこれらの混合物か
   ら選ばれた少なくとも一つを含む物質で形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項に記載
   の成形型。