(57)【要約】【課題】  高精度かつ高融点の光学ガラス素子を繰り返しプレス成形しても、面荒れや融着のない光学ガラス素子成形用金型を提供する。【解決手段】  本発明の光学ガラス素子成形用金型は、金型用母材10と、母材10に形成された中間層12と、中間層12上に形成された保護膜13とを有し、保護膜13が実質的に非晶質な合金からなることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型用母材と、前記母材に形成された中間層と、前記中間層上に形成された保護膜とを有し、前記保護膜が実質的に非晶質な合金からなることを特徴とする光学ガラス素子成形用金型。
【請求項２】
請求項１に記載の光学ガラス素子成形用金型において、前記中間層がTi，V，Cr，Ni，Nb，Mo，Rh，Ta，W，Re，Ir及びこれらの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種からなることを特徴とする光学ガラス素子成形用金型。
【請求項３】
請求項２に記載の光学ガラス素子成形用金型において、前記中間層がMoからなることを特徴とする光学ガラス素子成形用金型。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光学ガラス素子成形用金型において、前記保護膜がPt，Ru，Rh，Pd，Re及びOsからなる群から選ばれた少なくとも一種を含有するIr基合金であることを特徴とする光学ガラス素子成形用金型。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の光学ガラス素子成形用金型を製造する方法であって、金型用母材に中間層を形成し、前記中間層上に保護膜として非晶質合金薄膜を形成し、前記合金の結晶化温度未満の温度で、かつ不活性ガス雰囲気中で熱処理を行うことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光学ガラス素子成形用金型の製造方法において、前記熱処理温度が500〜600℃であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学ガラス素子のプレス成形用金型、特に耐熱性、耐酸化性、高温強度、及び耐ガラス反応性に優れたプレス成形用金型、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ガラス素子のプレス成形では、プレス成形用金型に対して常温と高温との間の昇温及び降温のサイクルが繰り返されるため、プレス成形用金型は優れた耐熱性、耐酸化性、高温強度、耐摩耗性、耐ガラス反応性等が要求される。また光学ガラス素子の小型化及び高精度化に伴い、高精度に加工し得ることも必要である。
【０００３】
これらの要求を満たす成形用金型の母材として、超硬合金（WC）等のセラミックスが使用されている。超硬合金は機械的強度に優れ、不活性雰囲気中での耐酸化性が高い。しかしながら、光学ガラス素子のプレス成形は高温で行われるため、光学ガラスと反応して表面が僅かに酸化して形状精度が低下する。そのため母材表面を再研磨する必要があるが、母材の材料である超硬合金は非常に固いので、高精度に再研磨するのに非常に手間がかかる。
【０００４】
そこで、超硬合金製金型の成形面に貴金属合金の保護層を形成することが提案された。しかしながら貴金属合金の保護層では、光学ガラス素子のプレス温度で粒成長が起こり、成形面の面精度が劣化するため、プレス成形の繰り返し回数に限りがある。また長時間成形サイクルを行うと、母材の成分（WC）が貴金属合金の保護層に拡散して、表面で酸化物を形成する。その酸化物が光学ガラス素子中の成分と反応すると、光学ガラスと保護層表面とが融着するおそれがある。
【０００５】
このような状況下で、特開平６-144850号（特許文献１）は、WCを主成分とする超硬合金等からなる母材の成形面を光学ガラス素子の反転形状に近い形状に粗加工し、その成形面にIr、Pt等の非晶質基合金の薄膜をスパッタリング法により形成し、その非晶質合金薄膜を高精度に切削加工した光学ガラス素子の成形用金型を開示している。この非晶質合金薄膜は、粒成長が起こりにくいが、母材と非晶質基合金薄膜との間に中間層がないので、母材成分の保護膜への拡散が十分に抑制されないという問題がある。
【０００６】
特開2004-59368号（特許文献２）は、金型用母材の成形面にTa、Cr等の接着層をスパッタリング法により形成した後に、Irを主材としてさらに１種以上の貴金属元素を含む合金からなる保護膜をスパッタリング法により形成し、加圧熱処理を施してなるガラス成形用金型を開示している。接着層により母材と保護膜との付着力が強化し、また加圧熱処理により金型の耐熱性が向上している。しかしながら、母材が超硬合金の場合、熱処理条件は650〜750℃及び14〜50時間であるので、保護膜中の貴金属合金は結晶化していると考えられる。そのため、プレス成形の繰り返しにより、母材や接着層の成分の保護膜への拡散が十分に抑制されないという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平６-144850号公報
【特許文献２】特開平2004-59368号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の目的は、高精度かつ高融点の光学ガラス素子を繰り返しプレス成形しても、面荒れや融着のない光学ガラス素子成形用金型を提供することである。
【０００９】
本発明のもう１つの目的は、かかる光学ガラス素子成形用金型の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、成形用金型の母材に中間層を介して実質的に非晶質な合金からなる保護膜を形成し、不活性ガス雰囲気中で保護膜合金の結晶化温度未満の温度で熱処理することにより、保護膜は実質的に非晶質合金のままアニールされ、耐熱性、耐酸化性及び耐ガラス反応性に優れた光学ガラス素子成形用金型が得られることを発見し、本発明に想到した。
【００１１】
すなわち、本発明は以下の手段により達成される。
(1)  金型用母材と、前記母材に形成された中間層と、前記中間層上に形成された保護膜とを有し、前記保護膜が実質的に非晶質な合金からなることを特徴とする光学ガラス素子成形用金型。
(2)  上記(1) に記載の光学ガラス素子成形用金型において、前記中間層がTi，V，Cr，Ni，Nb，Mo，Rh，Ta，W，Re，Ir及びこれらの合金からなる群から選ばれた少なくとも一種からなることを特徴とする光学ガラス素子成形用金型。
(3)  上記(2) に記載の光学ガラス素子成形用金型において、前記中間層がMoからなることを特徴とする光学ガラス素子成形用金型。
(4)  上記(1)〜(3) のいずれかに記載の光学ガラス素子成形用金型において、前記保護膜がPt，Ru，Rh，Pd，Re及びOsからなる群から選ばれた少なくとも一種を含有するIr基合金であることを特徴とする光学ガラス素子成形用金型。
(5)  上記(1)〜(4) のいずれかに記載の光学ガラス素子成形用金型を製造する方法であって、金型用母材に中間層を形成し、前記中間層上に保護膜として非晶質合金薄膜を形成し、前記合金の結晶化温度未満の温度で、かつ不活性ガス雰囲気中で熱処理を行うことを特徴とする方法。
(6)  上記(5) に記載の光学ガラス素子成形用金型の製造方法において、前記熱処理温度が500〜600℃であることを特徴とする方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学ガラス素子成形用金型は、母材の成形面に中間層を介して保護膜を有するとともに、保護膜が実質的に非晶質なままアニールされているので、保護膜における粒成長が抑制されているとともに、母材や中間層の成分の保護膜への拡散が十分に抑制されており、面荒れや融着なしに多数回のプレス成形を繰り返すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
(1) 光学ガラス素子成形用金型
図１に示すように、本発明の成形用金型を構成する母材10は所望の光学ガラス素子の反転形状の成形面11を有し、成形面11には中間層12を介して保護膜13が形成されている。母材10の成形面11は高精密に研磨加工されているので、保護膜13の成形面14も高精密な反転形状を有する。
【００１４】
光学ガラスのプレス成形に使用するため、母材10は高温高圧下で高い機械的強度を有する材料からなる。かかる材料としては、WC粒子とCo金属バインダとの焼結体である超硬合金、WC粒子を焼結してなる超硬、SiC，ZrO2，TiC等のセラミックス、及びWC以外のセラミック（Cr2O3，Al2O3等）の粒子とNi金属等のバインダとの焼結体であるサーメット等が好ましい。
【００１５】
中間層12は単層又は多層であり、多層の場合、各層の組成が同一であっても異なっていてもよい。中間層12を設けることにより、母材10と保護膜13との付着性が向上する。中間層12の材料としては、光学ガラス素子の成形温度以上の熔融温度を有する純金属又は合金が好ましい。具体的には、Ti，V，Cr，Ni，Nb，Mo，Rh，Ta，W，Re，Ir及びこれらの合金が挙げられる。中でも、低温から高温まで、化学的に安定なMoが特に好ましい。
【００１６】
保護膜13は実質的に非晶質な合金からなる。保護膜13が非晶質合金からなるため、母材10及び中間層12の成分の保護膜13への拡散を抑制することができ、面荒れや融着なしに多数回のプレス成形を繰り返すことができる。保護膜13の材料としては、Pt、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir等の金属が好ましく、特にPt，Ru，Rh，Pd，Re及びOsからなる群から選ばれた少なくとも一種を含有するIr基合金が好ましい。上記Ir合金は高硬度であるため、プレス成形を繰り返しても保護膜13の成形面14に傷がつきにくいため好ましい。
【００１７】
(2) 光学ガラス素子成形用金型の製造方法
光学ガラス素子の反転形状のニアネットシェイプに焼結した母材10の一面を研削した後、ダイヤモンド研磨材により研磨することにより、高精度な成形面11を形成する。
【００１８】
中間層12の形成方法は公知のもので良いが、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマCVD等が好ましく、中でもスパッタリング法が特に好ましい。中間層12が合金からなる場合、各構成金属のブロックによりターゲットを構成すれば、各金属の面積比を変更することにより所望の組成の中間層12を形成することができる。
【００１９】
保護膜13を形成する方法は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマCVD等が好ましく、中でもスパッタリング法が特に好ましい。保護膜13用ターゲットは、中間層12の場合と同様に、各構成金属のブロックにより構成することができる。
【００２０】
保護膜13を形成した後で、アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、かつ結晶化温度未満の温度で熱処理することにより、保護膜13は実質的に非晶質のままアニールされる。熱処理温度は500〜600℃であるのが好ましい。
【００２１】
本発明を以下の実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
光学ガラス素子の反転形状にほぼ等しい形状の成形面を有するようにWCを焼結して母材10を形成し、その成形面の精度を上げるために研削加工した後、ダイヤモンド研磨材を用いて表面粗さが0.02μm以下になるように研磨した。得られた成形面11に、スパッタリングによりMoからなる厚さ１μmの中間層12を形成した。さらに中間層12の表面に、保護膜13として、80質量％のIr、10質量％のRe及び10質量％のRhからなる貴金属合金の非晶質膜をスパッタリングにより１μmの厚さに形成した。スパッタリングの際の母材10の温度は約300℃であった。得られた金型を不活性ガス（アルゴン）雰囲気中において母材10を580℃で５時間熱処理することにより、保護膜13を実質的に非晶質に保ちつつアニールした。
【００２３】
このようにして得られた金型の成形面14からは母材10及び中間層12の成分は検出されなかった。また熱処理の前後で、成形面14の表面粗さは変わらなかった。
【００２４】
この成形用金型を用いて実際に光学ガラス素子をプレス成形した。光学ガラスにはL-BAL35ガラス［(株)オハラ製］を使用した。プレス成形中の光学ガラスの温度は580℃であり、プレス成形後に成形用金型から取り出した時の光学ガラスの温度は230℃であった。プレス成形サイクルを5000回繰り返したが、保護膜13の表面粗さの変化は見られなかった。また光学ガラスとの融着も起こらなかった。
【００２５】
比較例１
実施例１と同様に作製したWCからなる母材10の成形面11に、スパッタリングによりMoからなる厚さ１μmの中間層12を形成した後、保護膜13として80質量％のIr、10質量％のRe及び10質量％のRhからなる貴金属合金の非晶質膜をスパッタリングにより１μmの厚さに形成した。スパッタリングの際の母材10の温度は約300℃であった。保護膜13を不活性ガス雰囲気中で700℃で５時間熱処理することにより、多結晶化させた。
【００２６】
このようにして得られた金型の成形面14から、母材10及び中間層12の成分が検出された。また成形面14にはクモリが生じていた。これから、成形面14が面荒れしていることが分かる。
【００２７】
この成形用金型を用いて実施例１と同じ条件下でプレス成形を行ったところ、ほぼ30回目で保護膜13と光学ガラスとの融着が生じ、保護膜13の一部が中間層12から剥離した。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例による光学ガラス素子成形用金型を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
10・・・母材
11・・・成形面
12・・・中間層
13・・・保護膜
14・・・成形面
【図１】
2006225190.tif 000003