(57)【要約】【課題】優れた光学性能を有する高精度なガラス光学素子を、精密モールドプレスによって、高い生産効率で製造することを可能にするための手段を提供すること。【解決手段】成形面にコーティング膜を有するガラス光学素子用成形型。前記コーティング膜は、第一成分として、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、およびレニウム（Ｒｅ）からなる群から選ばれる少なくとも一種、ならびに、第二成分として、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する。前記ガラス光学素子用成形型を用いて、表面に炭素含有膜を有するガラス成形素材をプレス成形することを特徴とするガラス光学素子の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形面にコーティング膜を有するガラス光学素子用成形型であって、
前記コーティング膜は、
第一成分として、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、およびレニウム（Ｒｅ）からなる群から選ばれる少なくとも一種、ならびに、
第二成分として、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とするガラス光学素子用成形型。
【請求項２】
前記コーティング膜における第一成分の含有量は、４０〜９９質量％の範囲である請求項１に記載のガラス光学素子用成形型。
【請求項３】
前記コーティング膜における第二成分の含有量は、１〜６０質量％の範囲である請求項１または２に記載のガラス光学素子用成形型。
【請求項４】
前記成形型の型母材とコーティング膜との間に、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびタンタル（Ｔａ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する第一中間層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス光学素子用成形型。
【請求項５】
前記成形型の型母材と第一中間層との間に、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属、前記金属の窒化物および／もしくは炭化物、ならびにニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する第二中間層を有することを特徴とする請求項４に記載のガラス光学素子用成形型。
【請求項６】
前記第二中間層が、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、およびニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項５に記載のガラス光学素子用成形型。
【請求項７】
前記成形型の型母材は、炭化タングステンまたは炭化ケイ素を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス光学素子用成形型。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス光学素子用成形型を用いて、表面に炭素含有膜を有するガラス成形素材をプレス成形することを特徴とするガラス光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記ガラス成形素材は、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびビスマス（Ｂｉ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を合計量として２０質量％以上含有する光学ガラス、リン酸塩を２０質量％以上含有する光学ガラス、またはフッ素を５質量％以上含有する光学ガラスからなることを特徴とする請求項８に記載のガラス光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズ等のガラス光学素子の精密モールドプレスに用いる成形型に関し、より詳しくは、成形素材との離型性に優れ、成形された光学素子表面上の光散乱や形状欠陥を抑止することのできるコーティング膜を有するガラス光学素子用成形型に関する。特に、本発明は、連続プレスに対する耐久性を有し、生産効率の高い成形型に関する。更に、本発明は、前記成形型を用いるガラス光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスレンズ等の光学素子は、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話等の光学機器に広く用いられている。中でも、光学機器のレンズ構成の小型化と軽量化を同時に達成するためには、非球面の光学素子が有用である。非球面光学素子を製造するには、従来の光学素子の製造方法である光学研磨法では加工性や量産性に劣るため、被成形面に対する研磨等を必要としない直接プレス成形法が主に適用されている。ガラス光学素子のプレス成形は、一般に、所望の精度に形状加工された成形型を用い、成形素材（例えばガラスを所定形状に予備成形したガラスプリフォーム）に、所定の温度において圧力を加えることにより行われる。これによって成形体の表面には成形型の表面形状が転写される。
【０００３】
光学素子には非常に高い面精度が要求されるため、成形型の材料としては、高温下でガラスに対して化学作用が少ないこと、成形面に擦り傷などの損傷を受けにくい強度があること、熱衝撃による耐破壊性能が高いこと、ガラスとの融着が生じにくいことが求められる。このような成形型の耐化学反応性および耐損傷性を向上させるため、超硬合金など高硬度母材の表面に貴金属離型膜を被覆した成形面を有する成形型が提案されている。
【０００４】
例えば、特公平４−１６４１５号公報（特許文献１）には、超硬合金を母材とし、イリジウム中にレニウムとオスミウムの一種以上を含む合金を主成分とする貴金属のコーティング膜が開示されている。
【０００５】
特公平４−８１５３０号公報（特許文献２）には、成形用型のプレス面に、３０ｗｔ％以上のレニウムを含有するイリジウム−レニウム合金を主成分とする薄膜、或いは４０ｗｔ％以上のオスミウムを含有するイリジウム−オスミウム合金を主成分とする薄膜をコーティングしたプレス成形型が開示されている。
【０００６】
特開２００３−７３１３４号公報（特許文献３）には、表面に、イリジウム、レニウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、金、白金、タングステン、タンタルから選ばれる一種以上の金属を含有するアモルファス水素化カーボンのコーティング膜を形成した型が開示されている。また、上記コーティング膜と型本体との間に、アルミニウム、ホウ素、クロム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、チタン、バナジウム、ジルコニウムから選ばれる一種以上の金属、金属窒化物、金属炭化物、金属ほう化物、または金属炭窒化物から形成する中間層を設けることが開示されている。
【０００７】
特開２００４−１８９５６５号号公報（特許文献４）には、クロム、ニッケルもしくはクロムとニッケルの合金の何れかを第一成分として含有し、イリジウムを第二成分として含有するコーティング層、または、これに更に第三成分として、白金およびレニウムまたは白金およびロジウムの合金からなるコーティング層をもつ成形型が開示されている。
【０００８】
また、特公平６−８８８０３号公報（特許文献５）にはタングステンカーバイトを主成分とする超硬合金を母材とし、その上にイリジウム１０〜７０ｗｔ％、レニウム１０〜７０ｗｔ％、炭素２０〜５０ｗｔ％で構成された化合物を主成分とするコーティング膜を形成した成形用型が開示されている。
【特許文献１】特公平４−１６４１５号公報
【特許文献２】特公平４−８１５３０号公報
【特許文献３】特開２００３−７３１３４号公報
【特許文献４】特開２００４−１８９５６５号公報
【特許文献５】特公平６−８８８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１〜４に記載された成形型は、ガラスとの化学反応性が比較的低いという利点を有する反面、ガラスとの密着力が高いために、プレス成形後に成形タクトを短縮する目的で、比較的高温で成形体を離型させることが困難である。また、連続プレスの過程で、成形型の成形面にガラス成形体が強固に付着して取り出せない、または成形体を取り出すと離型膜の剥離が生じるなどの問題もある。このため、離型膜の剥離部分から、プレス成形時にガラスと成形面の融着が生じ、またはガラス成形体の割れが生じることが防止できない。
【００１０】
また、特許文献５に記載の離型膜は、高い耐酸化性、耐熱性、耐アルカリ性を示すが、軟化点の高い光学ガラス、反応性の高い組成成分を含有する光学ガラス（例えば燐酸系光学ガラス）、還元されやすい成分（Ｗ、Ｎｂ、Ｔｉなど）を含有する高屈折高分散光学ガラスからなるガラス素材をプレス成形する場合には、型材とガラスの界面において反応が生じやすく、化学反応の結果、型表面にガラスが融着したり、更にはその融着物によって成形体の表面に損傷を生じさせるおそれがある。従って、特許文献５に記載の成形型は、高温でプレスする硝材、または高反応性ガラスからなる硝材のプレスに対しては適さないものである。
【００１１】
かかる状況下、本発明は、優れた光学性能を有する高精度なガラス光学素子を、精密モールドプレスによって、高い生産効率で製造することを可能にするための手段を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、下記手段によって達成された。
[１]  成形面にコーティング膜を有するガラス光学素子用成形型であって、
前記コーティング膜は、
第一成分として、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、およびレニウム（Ｒｅ）からなる群から選ばれる少なくとも一種、ならびに、
第二成分として、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とするガラス光学素子用成形型。
[２]  前記コーティング膜における第一成分の含有量は、４０〜９９質量％の範囲である[１]に記載のガラス光学素子用成形型。
[３]  前記コーティング膜における第二成分の含有量は、１〜６０質量％の範囲である[１]または[２]に記載のガラス光学素子用成形型。
[４]  前記成形型の型母材とコーティング膜との間に、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびタンタル（Ｔａ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する第一中間層を有することを特徴とする[１]〜[３]のいずれかに記載のガラス光学素子用成形型。
[５]  前記成形型の型母材と第一中間層との間に、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属、前記金属の窒化物および／もしくは炭化物、ならびにニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する第二中間層を有することを特徴とする[４]に記載のガラス光学素子用成形型。
[６]  前記第二中間層が、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、およびニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とする[５]に記載のガラス光学素子用成形型。
[７]  前記成形型の型母材は、炭化タングステンまたは炭化ケイ素を含有することを特徴とする[１]〜[６]のいずれかに記載のガラス光学素子用成形型。
[８]  [１]〜[７]のいずれかに記載のガラス光学素子用成形型を用いて、表面に炭素含有膜を有するガラス成形素材をプレス成形することを特徴とするガラス光学素子の製造方法。
[９]  前記ガラス成形素材は、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびビスマス（Ｂｉ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を合計量として２０質量％以上含有する光学ガラス、リン酸塩を２０質量％以上含有する光学ガラス、またはフッ素を５質量％以上含有する光学ガラスからなることを特徴とする[８]に記載のガラス光学素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガラス光学素子用成形型は、その成形面に、剥離せず、優れた耐久性を有するコーティング膜を有する。本発明のガラス光学素子用成形型によれば、成形する光学素子表面に融着やワレなどの欠陥を生じさせずに、多数回の連続プレスを行うことができ、生産効率、光学素子の精度（歩留まり）ともに高く維持できる。
また、特定の光学性能を得るために、反応性の高い組成をもつ光学ガラスであっても、成形型との間の融着や、反応による表面傷を抑えて、高い面精度を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
［ガラス光学素子用成形型］
本発明のガラス光学素子用成形型は、
成形面にコーティング膜を有するガラス光学素子用成形型であって、
前記コーティング膜は、
第一成分として、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、およびレニウム（Ｒｅ）からなる群から選ばれる少なくとも一種、ならびに、
第二成分として、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とするガラス光学素子用成形型
である。
【００１５】
本発明の成形型は、上記第一成分および第二成分を含むコーティング膜を有する。第一成分（以下、貴金属成分ともいう）は、ガラスとの反応性が極めて低く、成形型に高い離型性を付与することができる。更に、前記第二成分の導入によって、コーティング膜と型母材との密着性が大幅に向上する。これにより、連続的に多数回のプレス成形を行っても、コーティング膜の剥離によるガラスと型の融着、またはそれに起因する光学素子のワレなどの発生を大幅に低減できる。
また、前記コーティング膜は、高反応性ガラスのプレス成形、または反応性が高い高温下で用いても、界面での反応が生じにくく、融着や反応による表面傷を抑止できる。すなわち、ガラス光学素子の成形において非常に重要な耐酸化性に優れ、ガラスに対して不活性である。また、高温での離型が可能であるために短いタクトタイムの生産を実現することができる。
【００１６】
コーティング膜
前記コーティング膜は、第一成分（貴金属成分）として、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、およびレニウム（Ｒｅ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する。前記第一成分として、更に金（Ａｕ）を含有することもできる。
【００１７】
第一成分は、ガラス成形素材とコーティング膜の離型性を高める効果を有する。但し、過度に導入すると、コーティング膜と型母材および後述する中間層との密着性が不十分となり、コーティング膜の剥がれが起き易くなるおそれがある。他方、第一成分の含有量が少なすぎると、コーティング膜と成形される光学素子とが融着しやすくなる。以上の観点から、前記コーティング膜における第一成分の含有量（複数種含む場合はそれらの合計量）は、４０〜９９質量％であることが好ましい。より好ましくは４５〜９５質量％である。
【００１８】
前記コーティング膜に含まれる第一成分としては、以下の成分を例示できる。
（１）イリジウム、ロジウム
（２）イリジウム、レニウム
（３）イリジウム、オスミウム、
（４）イリジウム、白金、ロジウム
（５）イリジウム、レニウム、ロジウム
（６）イリジウム、オスミウム、ロジウム
（７）イリジウム、白金
（８）イリジウム単独
【００１９】
前記コーティング膜は、第一成分として、イリジウムを含むことが好ましく、イリジウム単独、またはイリジウムとオスミウムもしくは白金との組み合わせを含むことがより好ましい。
第一成分中、例えば、イリジウムを最も多い成分として適用することが好ましく、第一成分の５０質量％以上とすることが好ましい。
【００２０】
前記コーティング膜は、第一成分とともに、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一種である第二成分（以下、遷移金属成分ともいう）を含有する。前記第二成分として、更にクロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）および／またはニッケル（Ｎｉ）を含むこともできる。
【００２１】
第二成分は、コーティング膜と型母材との密着性を高める効果を有する。すなわち、これらの成分の導入は、コーティング膜の膜剥がれ、ガラスと型との融着防止に大きな役割を果たす。その導入量（複数種含む場合にはそれらの合計量）は、型母材との充分な密着性を得るためには、１質量％以上であることが好ましい。また、第二成分の導入量が過度に多いと、これらの成分が直接にガラスとの反応を起こして逆に融着しやすくなるおそれがあるため、その導入量は６０質量％以下であることが好ましい。コーティング膜中の第二成分含有量は、より好ましくは５〜５５質量％の範囲である。
【００２２】
前記コーティング膜に含まれる第二成分としては、以下の成分を例示できる。
（１）マンガン単独
（２）マンガン、クロム
（３）マンガン、ニッケル
（４）マンガン、コバルト
（５）マンガン、クロム、ニッケル
（６）マンガン、クロム、コバルト
（７）マンガン、クロム、チタン
（８）マンガン、ニッケル、コバルト
（９）マンガン、ニッケル、チタン
（１０）マンガン、コバルト、チタン
（１１）マンガン、クロム、ニッケル、チタン
（１２）マンガン、クロム、コバルト、チタン
（１３）マンガン、ニッケル、コバルト、チタン
【００２３】
前記コーティング膜は、第二成分として、マンガンを含むことが好ましく、（ａ）マンガンとクロムもしくはニッケル、（ｂ）マンガンとクロムとニッケルとの組み合わせ、または、（ｃ）上記（ａ）または（ｂ）のいずれかとコバルトとの組み合わせを含むことがより好ましい。
【００２４】
前記コーティング膜における第一成分と第二成分の含有量は、プレス成形するガラスとの反応性と剥がれにくさを両立できる範囲で決定することが好ましく、第一成分の含有量が第二成分の含有量より多いことが好ましい。
【００２５】
前記コーティング膜の好ましい組成としては、以下のものを例示できる。
（Ａ）第一成分であるイリジウムを、コーティング膜の成分中、３０〜９０質量％含有する。
（Ｂ）（Ａ）であって、かつ、他の第一成分として、白金、レニウム、オスニウム、ロジウムの少なくとも１種を、合計量として５〜４０質量％含有する。
（Ｃ）第二成分であるマンガンを、コーティング膜成分として、５〜５０質量％含有する。
（Ｄ）（Ｃ）であって、かつ、他の第二成分として、クロム、ニッケル、コバルト、チタンのいずれかを、合計量としてコーティング膜成分の５〜４０質量％含有する。
【００２６】
前記コーティング膜は、前述の第一成分と第二成分とからなる合金膜であることができ、第一成分と第二成分とを、形成するコーティング膜の組成に対応する割合で含む合金を用いて、公知の成膜方法によって形成することができる。成膜方法としては、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等を挙げることができる。前記コーティング膜の膜厚は、例えば１０〜３０００ｎｍ、好ましくは２０〜２０００ｎｍ、更に好ましくは２０〜１０００ｎｍとすることができる。成膜条件を調整することにより、所望の膜厚のコーティング膜を形成することができる。また、成膜前の成形面には、鏡面研磨等の公知の表面処理を施すこともできる。
【００２７】
中間層
本発明の成形型は、型とコーティング膜との密着性向上のため、成形型の型母材とコーティング膜との間に、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびタンタル（Ｔａ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する中間層（第一中間層）を有することができる。第一中間層に含まれる成分として、該第一中間層とその隣接部分の成分、例えば型母材を構成する成分とも前記コーティング膜を構成する成分とも反応しやすい成分を選択することにより、型母材とコーティング膜との密着性を大幅に高めることができる。この層の存在により、高温での連続プレス成形時のコーティング膜の剥離をより効果的に抑止することができる。
【００２８】
第一中間層には、前述の第二成分（遷移金属成分）の少なくとも一種と共通する成分を含有させることが好ましい。例えば、コーティング膜にＭｎを含有する場合、第一中間層にＭｎを所定量含有させることなどが有効である。
【００２９】
また、第一中間層が、直接型母材上に形成されている場合には、第一中間層中の成分を、型母材の組成を考慮して選択することもできる。具体的には、第一中間層中の遷移金属成分として、型母材に含有される成分と共通の成分を選択することができる。例えば、型材中にＣｏやＮｉなどの成分が導入されているとき（または不純物として存在するとき）、第一中間層中にＣｏやＮｉを含有させることが推奨される。型母材中に、第一中間層と共通する所定成分を導入する場合には、その含有量は、型母材の主成分に対して０．００１〜２質量％程度とし、型母材の強度、剛性を阻害しない範囲とすることが好ましい。
【００３０】
更に、本発明の成形型は、成形型の型母材と第一中間層との間に、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属、前記金属の窒化物および／もしくは炭化物、ならびにニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有する中間層（第二中間層）を有することもできる。この第二中間層は、型母材の耐酸化性を高め、第一中間層との密着性を極めて大きくすることができる。これにより、型母材とコーティング膜が剥離せず、高温プレス成形時のコーティング膜の寿命を更に長くすることができる。
【００３１】
前記第二中間層は、型母材の酸化防止膜の機能も有する。第二中間層には、Ａｌ、Ｂ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、もしくはＴａのいずれかを含有する窒化物もしくは炭化物、またはニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）からなる群から選択される少なくとも一種が含有されることが好ましい。この場合、第一中間層の成分と共通の成分を含有する窒化物または炭化物またはニッケルリンの存在が好ましい。これにより、第一中間層との密着性がより高くなり、結果的に、第一中間層およびコーティング膜と型母材との密着性をさらに高めることができる。また、上記した金属、または金属窒化物、金属炭化物、ニッケルリンは、それ自体の強度、硬度、耐酸化性が高く、中間層として好適である。特に、本発明では、前記第二中間層が、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、およびニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有することが好ましい。
【００３２】
前記第一中間層の膜厚は、型母材およびコーティング膜との密着性等を考慮して適宜設定することができ、例えば、１０〜５００ｎｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍとすることができる。第一中間層は、型母材の成形面または第二中間層上に、実質的に均一な厚みで形成することができる。第一中間層の成膜は、スパッタ法、真空蒸着法など公知の方法によって行うことができる。
【００３３】
また、前記第二中間層の膜厚は、型母材および第一中間層との密着性等を考慮して適宜設定することができ、例えば２０ｎｍ〜２μｍ、好ましくは、３００ｎｍ〜１．５μｍとすることができる。第二中間層は、型母材の成形面に実質的に均一な厚みで形成することができる。第二中間層の形成の際にも、公知の成膜法、例えば、イオンプレーティング法などを用いることができる。尚、Ｎｉ−Ｐについては、メッキによる成膜とすることも可能であり、簡便である。
【００３４】
型母材
本発明の成形型は、耐熱性があり、高硬度の型母材上に、前述のコーティング膜および必要に応じて中間層を形成したものであることが好ましい。型母材としては、緻密で熱伝導性の高い材料である炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）が好ましい。特に、超硬合金のＷＣは、耐酸化性はＳｉＣに劣るものの、加工性に優れるという特徴を有する。ＳｉＣは硬度が非常に高く加工性は劣るものの、耐酸化性に優れ長寿命であるという特徴がある。型母材は、生産ロット数およびガラスの種類によって適宜選択することができるが、本発明では、炭化タングステンがより好ましい。この場合、実質的に結合材などの不純物を殆ど含まない高純度のものを用いても良く、または、Ｃｏなどの成分を含んだものでもよい。特に、後者の場合は、前述のように、第一または第二中間層の組成を適切に選択することにより、好適に使用できる。また、ＷＣの耐酸化性に弱いという欠点を補うため、前述のように、ＷＣ型表面に第二中間層を設けることは極めて有効である。
上記のような型母材に対し、所望の光学素子の形状に基づいて、研削、研磨などの精密加工を施すことによって、成形面の形状を所望のものとすることができる。
【００３５】
ガラス成形素材
本発明の成形型を用いてプレス成形を行う光学ガラスの組成に特に制限はない。但し、本発明の成形型は、化学的反応性が高いガラスを用いてプレス成形した場合でも、融着やワレを防止し、例えば数千回もの連続プレスに耐え得るという利点を有するため、この種のガラスのプレス成形への適用において、特に効果を発揮し得る。例えば、還元されやすい成分であるＴｉ、Ｗ、ＮｂおよびＢｉからなる群から選ばれる少なくとも一種を合計量として２０質量％以上含有するもの、または、ガラス骨格成分としてリン酸塩を２０質量％以上含有するもの、または逆に低軟化点成分を多く含有する（例えばフッ素を５質量％以上含有する）フツリン酸塩ガラスが挙げられる。
【００３６】
特に本発明の成形型の適用が好適なガラス組成を以下に示す。
（１）必須成分として、Ｐ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏを含有し、Ｎｂ2Ｏ5、ＷＯ3、ＴｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3の合計量が２５〜４５モル％のもの；
（２）上記（１）であって、かつＰ2Ｏ5が１６〜３０モル％のもの；
（３）上記（１）または（２）であって、屈折率ｎｄが１．７５〜２．０、アッベ数νｄが１８〜３０であるもの；
（４）必須成分として、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、およびアルカリ金属酸化物を含み、屈折率ｎｄが１．８以上、アッベ数νｄが３０以下のもの；
（５）必須成分として、Ｐ5+、Ａｌ3+、２価成分（Ｍｇ2+、Ｃａ2+、Ｓｒ2+、Ｂａ2+のいずれか）、Ｌｉ+を含み、Ｆ-を、Ｆ／（Ｆ＋Ｏ）のモル比で、０．５以上含む、フツリン酸系光学ガラス；
（６）上記（５）であって、屈折率ｎｄが、１．５５以下、アッベ数νｄが７５以上のもの。
（７） 必須成分として、Ｐ2Ｏ5を、２５モル％以上、ＢａＯを２０モル％以上、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2ＯＫ2Ｏのいずれかを合計量として３モル％以上含有するもの。
（８）上記（７）であって、屈折率ｎｄが１．５５〜１．７２、アッベ数νｄが５７〜７０のもの。
【００３７】
特に、例えば上記（１）〜（４）のような高屈折率・高分散の光学ガラスを精密プレス成形する場合、従来の成形型を使用すると、成形後のレンズ表面には、中心部から円周方向に向かって線状痕（以下、放射キズという）が発生する傾向がある。放射キズの概略を図６に示す。これは、ガラスと成形面の界面において反応が生じた結果、生成物が成形型表面に付着した状態で、中心から周辺に延伸して変形するガラスの表面を傷つけるものと考えられる。本発明の成形型を用いると、この傾向が有効に抑止され、光学素子の歩留を著しく向上させることができる。
【００３８】
本発明の成形型が有するコーティング膜は、従来のものに比べて、型母材との密着性を大幅に高めることができる。その一方、含有する遷移金属成分によって、成形するガラス素材の組成によっては、ガラスとの化学性が若干高まることがある。しかしながら、このような場合であっても、ガラス成形素材の表面に、特定の膜を設けることによって、型とガラスの化学反応を抑止することができる。すなわち、本発明では、表面に、炭素を含有する膜、好ましくは炭素を主成分とする膜を有するガラス成形素材を用いることができる。前記炭素含有膜は、例えば、０．５〜１０ｎｍの厚さで形成することができる。この膜は、主として炭素を原料とした蒸着、スパッタ、または、炭化水素を用いた熱分解ＣＶＤや、プラズマ分解法、化学気相蒸着などを用いて形成することができる。前記炭素含有膜は、ガラスと型の反応を防止するだけでなく、ガラス成形体とコーティング膜との摩擦力を著しく低減させることができるため、ガラス成形体の離型性をより高めることができるという効果も有する。
【００３９】
前記ガラス成形素材は、公知の方法で得ることができる。本発明では、予め所定体積に予備成形したガラス成形素材を用いることが好ましい。例えば、溶融後固化した光学ガラスを、切断、研磨によって所定体積に冷間加工することによって得たガラス成形素材を用いることができる。より好ましくは、本発明では、溶融状態の光学ガラスを受け型に滴下、または流下して、所定体積の球形状、又は両凸曲面形状に予備成形したものを好適に用いることができる。これを冷却固化した後、上記の炭素含有膜を施すことが好ましい。
【００４０】
プレス成形方法
本発明の成形型を用いて、プレス成形を行う場合、公知のプレス成形方法を適用することができる。例えば、不活性ガス雰囲気または真空下において、ガラス成形素材をその軟化温度以上に加熱し、軟化した状態で所定の荷重をかけることにより加圧成形する。ガラス成形素材は、１０6〜１０9ｄＰａ・ｓ程度の粘度となるよう加熱してから、それより低温（例えばガラス素材粘度で、１０8〜１０11ｄＰａ・ｓ相当）の成形型に供給してもよく、または、ガラス素材を成形型に供給した後に、１０7〜１０10ｄＰａ・ｓ程度に加熱してもよい。プレスによって、ガラス成形素材に成形面形状を転写した後は、ガラスと型の成形面の密着を維持したまま、ガラス転移温度（Ｔｇ）付近まで冷却し、その後離型し、成形体を取り出すことができる。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。
［実施例１−１３、比較例１］
直径２０ｍｍの円柱状超硬合金（ＷＣ）を用いて、曲率１２ｍｍの凹形状の成形面を有する上下型からなる一対のガラスレンズ用のプレス成形型を加工した。成形面を１μ以下のダイヤモンド砥粒を用いて鏡面研磨した。次に、この鏡面にスパッタリング法を用いて、遷移金属成分を含む貴金属膜（コーティング膜）を形成した。スパッタ装置の到達真空度は１．３×１０-4Ｐａとし、ＲＦマグネトロン方式を用いた。ターゲットサイズはφ５０．８ｍｍで、試料ターゲット距離は１５０ｍｍのものを用いた。成膜条件はアルゴンガス流量２０ｓｃｃｍ、スパッタリング時のアルゴンガス圧は０．３３Ｐａ、電圧は０．２Ｗ／ｍｍ2とし、必要な成膜時間を与えた。本実施例においてはコーティング膜の厚みを３００ｎｍとした。
この型の断面模式図を図１に示す。
【００４２】
ガラス素材としては、高屈折率、高分散の燐酸系光学ガラスＡ（組成はモル％表示で２２Ｐ2Ｏ5−１９Ｎｂ2Ｏ5−８ＷＯ3−５ＴｉＯ2−４Ｂｉ2Ｏ3−２０Ｌｉ2Ｏ−１１Ｎａ2Ｏ−２Ｋ2Ｏ−４Ｂ2Ｏ3−３ＢａＯ−２ＺｎＯ、熱的物性は、転移点温度Ｔｇ＝４５４℃、屈伏点温度Ｔｓ＝５０８℃、光学恒数は、ｎｄ＝１．８７４２７、νｄ＝２２．３７）を用いた。これを、予め、ガラス溶融体から受け型に流下し、両凸曲面形状に予備成形して得たガラス成形素材（ガラスプリフォーム）とした。
【００４３】
図５に、プレス成形テストに用いた装置の概略図を示す。この装置の下型上に、前述のように予備成形したガラス成形素材を配置した。まずチャンバー内を真空にした後、窒素を１０Ｌ／分で充填させ、その後１０Ｌ／分の速度窒素を注入しながら、プレス成形型およびガラス成形素材を屈伏点温度Ｔｓ＋５０℃に加熱し、３５００Ｎの荷重でプレス成形し、プレス終了後、ガラスと型を密着させたまま２５０℃以下の温度に冷却し、成形体（光学レンズ）の取り出しを行った。
【００４４】
表１に示す組成の各コーティング膜を用いて、上記プレス成形を３０００回行ったときの型の成形面の融着における発生や、コーティング膜の劣化を目視で評価した。結果を表１に示す。
表１には、第二成分を含有しない、貴金属成分のみからなる金属コーティング膜を用いたプレス結果（比較例１）も示した。この結果から、第二成分を含まないコーティング膜を用いると、連続プレスの初期の段階で、コーティング膜の剥離が起き易く、プレス成形を繰り返して高い面精度のレンズを量産することができないことがわかる。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
[実施例１４−２６]
実施例１と同様の成形型母材を用い、鏡面研磨した成形面に、遷移金属合金からなる第一中間層を形成し、その上にコーティング膜（遷移金属成分を含む貴金属膜）を形成した。第一中間層、コーティング膜の組成を表２に示す。この成形型の断面概略図を図２に示す。
【００４７】
実施例１と同様、コーティング膜および第一中間層の成膜はスパッタリング法を用いた。成膜には、実施例１においてコーティング膜形成に用いたものと同様の装置、方法を用いた。装置の到達真空度は１．３×１０-4Ｐａで、ＲＦマグネトロン方式であり、ターゲットサイズはφ５０．８ｍｍで、試料ターゲット距離は１５０ｍｍのものを用いた。各々の膜の成膜条件はアルゴンガス流量２０ｓｃｃｍ、スパッタリング時のアルゴンガス圧は０．３３Ｐａ、電圧は０．２Ｗ／ｍｍ2とし、各膜厚に必要な成膜時間を与えた。本実施例においてはコーティング膜の厚みを３００ｎｍ、第一中間層の厚みを５０ｎｍとした。
【００４８】
実施例１と同一のガラス成形素材を用い、図５の装置を用いて、前述と同様３０００回の連続プレス評価を行った。結果を表２に示す。第一中間層にコーティング膜を積層した成形型は、膜剥離等が見られず、連続プレスの結果は良好だった。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
[実施例２７−３５]
実施例１と同様の成形型母材の、表面研磨した成形面に、ＴｉＮまたはＡｌＮからなる第二中間層、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉなどの遷移金属からなる第一中間層を形成し、更にその上にコーティング膜（遷移金属成分を含む貴金属膜）を形成した。第一中間層、第二中間層、およびコーティング膜の組成を表３に示す。本実施例では、第二中間層に、遷移金属窒化物（ＴｉＮ、ＡｌＮ）を用いたが、これに限定されるものではない。この成形型の断面概略図を図３示す。
【００５１】
第一、第二中間層およびコーティング膜は、実施例１と同様に、スパッタリング法を用いて形成した。成膜には、実施例１においてコーティング膜形成に用いたものと同様の装置、方法を用いた。装置の到達真空度は１．３×１０-4Ｐａで、ＲＦマグネトロン方式であり、ターゲットサイズはφ５０．８ｍｍで、試料ターゲット距離は１５０ｍｍのものを用いた。各々の膜の成膜条件はアルゴンガス流量２０ｓｃｃｍ、スパッタリング時のアルゴンガス圧は０．３３Ｐａ、電圧は０．２Ｗ／ｍｍ2とし、各膜厚に必要な成膜時間を与えた。本実施例においてはコーティング膜を３００ｎｍ、第一中間層を５０ｎｍ、第二中間層を１μｍの厚みとした。
【００５２】
実施例１と同一のガラス成形素材を用い、図５の装置を用いて、前述と同様３０００回の連続プレスの評価を行った。結果を表３に示す。第一、第二中間層にコーティング膜を積層した成形型は、膜剥離等が見られず、連続プレスの結果は良好だった。
【００５３】
【表３】
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【００５４】
[実施例３６−４５]
実施例１４と同様の方法で、表４に示す組成を有する第一中間層およびコーティング膜を形成した成形型を用いて、前述と同様の連続プレステストを行った。実施例１と同様のガラス成形素材を用い、ガラス成形素材の表面に炭素含有膜を形成した。炭素含有膜の厚みを表４に示す。ガラス成形素材表面の炭素含有膜は、炭化水素（アセチレン）の熱分解によるＣＶＤ法によって成膜した。成形型およびガラス成形素材の断面模式図を図４に示す。３０００回の連続プレスの評価を表４に示す。いずれのサンプルでも、膜剥離や融着が見られず、良好な結果であった。
【００５５】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のガラス光学素子用成形型およびガラス光学素子の製造方法は、反応性の高い組成をもつ光学ガラスのプレス成形に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】成形面にコーティング膜を有する成形型の断面模式図を示す。
【図２】成形面に第一中間層とコーティング膜をこの順に有する成形型の断面模式図を示す。
【図３】成形面に第二中間層、第一中間層およびコーティング膜をこの順に有する成形型の断面模式図を示す。
【図４】実施例３６−４５における成形型およびガラス成形素材の断面模式図を示す。
【図５】実施例においてプレス成形テストに用いた装置の概略図を示す。
【図６】放射キズの概略を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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