1374860 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用來成 成形用模具及其製造方法 【先前技術】 如眾所周知，在塑膠 模具的精密加工技術，且 學元件的量產業已實現。 實施化學鍍（electroless 石車刀予以精密加工而製 時，由於Ni-P層無法維 模膜。例如，在日本特開 1 )，是採用 W、Pt、Pd 脫模膜。已知在專利文獻 模膜的表面粗度會惡化。 形出精密形狀的光學元件之玻璃 成形的領域，已發展出使用成形 具有繞射光柵等的微細形狀之光 這種情形的模具，是在基材表面 plating ) Ni-P，並將該鍍層用鑽 作出。將該模具應用於玻璃成形 持玻璃的脫模性，故必須形成脫 2002-29772號公報（專利文獻 、Ir所構成之金屬或合金來作爲 1的情形，若成形溫度變高，脫 【發明內容】 本發明的目的是爲了 結晶化的切削加工層的存 度惡化，以進行精密的加 又本發明的目的是爲 造方法，是在基材上形成 化’然後形成前述脫模層 提供一種玻璃成形用模具，藉由 在來避免成形中脫模層的表面粗 工。 了提供一種玻璃成形用模具的製 切削加工層後進行加熱使其結晶 或中間層及脫模層，藉此來避免 -5- 1374860 成形中脫模層的表面粗度惡化而實現精密的加工。 1) 爲了達成上述目的，本發明的玻璃成形用模具， 其特徵在於：係具備鋼鐵製的基材、在該基材上依序形成 之結晶化的切削加工層及脫模層之玻璃成形用模具；前述 切削加工層是含有磷之鎳合金層，前述脫模層是含有銥及 銶之合金層。 2) 本發明的玻璃成形用模具之製造方法，其特徵在 於：係具備鋼鐵製的基材、在該基材上依序形成的切削加 工層及脫模層之玻璃成形用模具的製造方法；在基材上形 成切削加工層後進行加熱使其結晶化，然後形成前述脫模 層。 3) 又本發明的玻璃成形用模具，其特徵在於：係具 備鋼鐵製的基材、在該基材上依序形成之結晶化的切削加 工層 '中間層及脫模層之玻璃成形用模具；前述切削加工 層是含有磷之鎳合金層；前述中間層是含有鉻、鎳、銅、 鈷中任一者構成的層，或是含有該等元素中至少1種以上 的合金層；前述脫模層是含有銥及銶之合金層。 4) 又本發明的玻璃成形用模具之製造方法，其特徵 在於：係具備鋼鐵製的基材、在該基材上依序形成的切削 加工層、中間層及脫模層之玻璃成形用模具的製造方法； 在基材上形成切削加工層後進行加熱使其結晶化，然後依 序形成前述中間層及脫模層。 依據本發明的玻璃成形用模具，藉由結晶化切削加工 層的存在可避免成形中脫模層的表面粗度惡化，而能實現 -6- 1374860 精密的加工。又依據本發明的玻璃成形用模具之製造方 法，是在基材上形成切削加工層後進行加熱使其結晶化， 然後形成前述脫模層或中間層及脫模層，藉此可避免成形 中脫模層的表面粗度惡化而能實現精密的加工。 【實施方式】 以下詳細說明本發明》 本發明中，前述切削加工層必須用鑽石車刀進行精密 加工，因此切削加工層的磷（p )濃度宜爲1重量％以上 1 5重量％以下。當P濃度未達1重量％時，切削加工性變 差。又當P濃度超過15重量％時，會發生切削加工層變脆 的問題。切削加工層中除了鎳（Ni )、P以外，也能含有 硼（B )、鎢（W )、鉬（Mo )、銶（Re )等等。 本發明中，前述脫模層的作用是用來維持與玻璃間的 脫模性。Ir-Pt合金雖脫模性佳，但加熱至約5 00 °C以上 時，受到切削加工層之Ni、P的影響會使表面粗度惡化， 且脫模性會變差而發生熔合。又Ir-Re合金所構成之脫模 層，表面粗度雖不致惡化，但脫模性尙嫌不足，可能發生 玻璃熔合的情形。經本發明人等深入硏究的結果發現·，Ir-Re-C 合金所 構成的 脫模層 ，不 僅不 致發生 表面粗 度的惡 化，且脫模性優異，因此完全不會發生玻璃的熔合。 亦即，在本發明，脫模層宜含有C，藉此可顯著提昇 脫模性》在此，C含量宜爲lat%以上50at%以下。C含量 未達 1 at%時，脫模性提昇的效果小。又當 C含量超過 1374860 50at%時，脫模層的耐氧化性變差。 本發明中’前述中間層的作用是用來提昇切削加工層 和脫模層的密合強度。適用於中間層的材料爲鉻（Cr)、 鎳（Ni)、銅（Cu)、鈷（Co)。 在本發明的製造方法，切削加工層在形成時爲非晶質 狀態，經加熱成結晶質後，再形成脫模層、或是中間層及 脫模層。在上述4)的發明中，若在形成中間層及脫模層 後使切削加工層的結晶構造發生變化，在中間層和脫模層 的界面會發生大應力，而可能導致脫模層或中間層剝離。 接著說明本發明的具體實施例。 (實施例1 ) 第1圖係顯示本實施例1之玻璃成形用模具的局部截 面圖。圖中的符號1代表鋼鐵材料的基材。在該基材1 上’依序形成結晶化的切削加工層2、中間層3及脫模層 4。在此’切削加工層2是含有P (磷）12重量％的鎳合金 層’中間層3是鉻（Cr)構成的層，脫模層4是含有銥 (1〇和銶（Re )之合金層。 第1圖的玻璃成形用模具5是如下述般製造出。首 先’在鋼鐵材料的基材i上形成Ni-P化學鍍層l〇〇//m， 以53 0°C實施2小時加熱處理，使其結晶化而形成切削加 工層2。接著，用鑽石車刀將切削加工層2加工後，藉由 濺鍍來形成 50nm的 Cr構成之中間層 3、300nm之Ir-50wt% Re構成的脫模層4，如此製造出玻璃成形用模具 -8- 1374860 實施例1之玻璃成形用模具5，如第1圖所示，是在 基材1上依序形成含有P (磷）12重量％的鎳合金層（切 削加工層）2、Cr構成之中間層3、含有Ir及Re之脫模 層4。而且，在模具5中，在形成切削加工層2後進行加 熱而使切削加工層2結晶化，然後依序形成中間層3及脫 模層4，因此可避免成形中脫模層4的表面粗度惡化而實 現精密的加工。 使用上述實施例1的模具及比較例1〜4的模具，實 際測定於5 7 0°C加熱後的表面粗度，獲得第2圖所示的結 果。圖中的符號a代表脫模層/中間層/切削加工層的鋼組 成爲Re-Ir/Cr/Ni-P的情形（實施例）。符號b代表該鋼 組成爲Pt-Ir/Cr/Ni-P的情形（比較例1 )。符號c代表該 鋼組成爲Ir/Ni/Ni-P的情形（比較例2 )。符號d代表該 鋼組成爲Pt/Ni/Ni-P的情形（比較例3 )。符號e代表該 鋼組成爲Pt-Ir/Ni/Ni-P的情形（比較例4 )。 由第2圖可看出，比較例1〜4不論任一個的情形， 在8小時（Η )內都會發生表面粗度惡化，相對於此，本 實施例1的情形，即使是經過3 2小時其表面粗度Ra仍維 持5nm。如此可知本發明確實優於比較例。 (實施例2) 第3圖係顯示本實施例2的玻璃成形用模具之局部截 面圖。對於和第1圖中相同的構件是賦予相同的符號而省 -9- 1374860 略其說明。坡璃成形用模具6，係在鋼鐵材料的基材1 上，依序形成結晶化的切削加工層2、脫模層4而構成。 第3圖的玻璃成形用模具6是如下述般製造出。首 先，在鋼鐵材料的基材1上形成Ni-P化學鍍層ΙΟΟμιη， 以5 3 0°C實施2小時加熱處理，使其結晶化而形成切削加 工層2»接著，用鑽石車刀將切削加工層2加工後，藉由 濺鍍來形成3〇〇nm之lr-25wt% Re構成的脫模層4，如此 製造出玻璃成形用模具6。 實施例2的表面粗度Ra，和實施例1同樣的在32小 時後仍維持良好。但是在邊緣的部分可看到脫模層之些微 剝離。 (實施例3 ) 第4圖係顯示本實施例3之玻璃成形用模具的局部截 面圖。圖中的符號Π代表鋼鐵材料的基材。在該基材11 上，依序形成結晶化的切削加工層1 2、中間層1 3及脫模 層14。在此，切削加工層12是含有Ρ (磷）10重量％的 鎳（Ni-l〇wt%P )合金層，中間層 3是鎳（Ni)構成的 層，脫模層4是含有銥（Ir)和銶（Re)和3at%碳（C) 之合金層。 第4圖的玻璃成形用模具10是如下述般製造出。首 先，在鋼鐵材料的基材11上形成Ni-P化學鍍層100 μιη’ 以5 3 0 °C實施2小時加熱處理，使其結晶化而形成切削加 工層12。接著，用鑽石車刀將切削加工層12加工後’藉 -10- 1374860 由濺鑛來形成50nm的Ni構成之中間層13、300nm之 Ir、Re、C構成的脫模層14，如此製造出玻璃成形用模具 10。 實施例3之玻璃成形用模具10，如第4圖所示，是在 基材11上依序形成含有P (磷）10重量％的鎳合金層（切 削加工層）12、Ni構成之中間層13、含有Ir及Re及C 之脫模層14。而且，在模具10中，在形成切削加工層12 後進行加熱而使切削加工層1 2結晶化，然後依序形成中 間層13及脫模層14，因此可避免成形中脫模層14的表面 粗度惡化，且能防止玻璃發生熔合。 使用上述實施例3的模具及比較例5、6的模具，實 際測定於470°C加熱後之玻璃熔合的狀態及表面粗度，獲 得以下表1所示的結果。實施例3代表脫模層/中間層/切 削加工層/基材的鋼組成爲Ir-Re-C/Ni/Ni-P/鋼的情形。比 較例5代表該鋼組成爲Ir-Pt/Ni/Ni-P/鋼的情形。比較例6 代表該鋼組成爲Ir-Re /Ni/Ni-P/鋼的情形。如此可明顯看 出本發明確實優於比較例。 [表1] 模具組成 脫讎中間層/切削 加工層/基材 玻璃熔合 模具的 表面粗度 實施例3 Ir-Re-C/Ni/Ni-P/鋼 500次成形不會發生熔合 Ra2nm 比較例5 Ir-Pt/Ni/Ni-P/鋼 1次成形就發生熔合 Ra 8nm 比較例6 Ir-Re /Ni/Ni-P/鋼 1次成形就發生熔合 Ra 2nm
Γ "Ϊ •t i J -11 - 1374860 由表1可知，比較例5、6的情形只要進行1次成形 (shot)就發生熔合，相對於此，實施例3就算進行500 次成形也不會發生熔合。又關於模具表面粗度，比較例5 的Ra高達8nm，實施例3的Ra只有2nm。如此從表1可 看出，在玻璃熔合及模具的表面粗度方面，本發明都比比 較例來得優異。 (實施例4) 第5圖係顯示本實施例4的玻璃成形用模具之局部截 面圖。對於和第4圖中相同的構件是賦予相同的符號而省 略其說明。玻璃成形用模具15，係在鋼鐵材料的基材11 上，依序形成結晶化的切削加工層1 2、脫模層14而構 成。 第5圖的玻璃成形用模具15是如下述般製造出。首 先，在鋼鐵材料的基材11上形成Ni-P化學鍍層lOOjtzm， 以5 3 0°C實施2小時加熱處理，使其結晶化而形成切削加 工層12。接著，用鑽石車刀將切削加工層12加工後，藉 由濺鑛來形成3 00nm之Ir、Re、C構成的脫模層14，如 此製造出玻璃成形用模具1 5。 實施例4，雖然切削加工層12和脫模層14的密合強 度比實施例3稍差’但在玻璃熔合及模具表面粗度方面則 可獲得和實施例3同樣的效果》 又本發明並不限於上述實施例，於實施階段在不脫離 其主旨的範圍內可將構成要素變形而予以具體化。也能將 -12 - 1374860 前述實施例所揭示之複數個構成要素適當的組合而形成各 種發明。例如，可從實施例所揭示之全部構成要素中刪除 幾個構成要素。再者，也能將不同實施例的構成要素予以 適當的組合。具體而言，上述實施例所記載之構件的材 料、配合比例、厚度等等不過只是一例，本發明當然不限 於此。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明的實施例1之玻璃成形用模具的局部 截面圖。 第2圖係本發明的實施例1及比較例的模具之加熱後 表面粗度和加熱時間的關係之特性圖。 第3圖係本發明的實施例2之玻璃成形用模具的局部 截面圖。 第4圖係本發明的實施例3之玻璃成形用模具的局部 截面圖。 第5圖係本發明的實施例4之玻璃成形用模具的局部 截面圖。 【主要元件符號說明】 1、 1 1 :基材 2、 1 2 :切削加工層 3、 1 3 :中間層 4、 14 :脫模層 5、 6、1 0、1 5 :玻璃成形用模具 -13-