(57)【要約】【課題】成形面からの微小剥離や光学素子の焼き付きを抑えることができる光学素子成形用金型の製造方法を提供すること。【解決手段】光学素子成形用金型の製造方法は、タングステンカーバイド合金を有する基材２の上面２ａに、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルのうち少なくとも一種類の元素と、基材２が有する一種類以上の元素とを有する混合物からなる中間層３を形成する中間層形成工程と、中間層３の上面３ａに、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選ばれる少なくとも一種類の元素を有する単体、又は混合物からなる加工層５を形成する加工層形成工程と、中間層３と加工層５とを一体に焼結する焼結工程と、加工層５を所望の光学素子に近似した形状に加工する加工工程と、を備えている。【選択図】図１
2008143730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステンカーバイド合金を有する基材の上面に、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルのうち少なくとも一種類の元素と、前記基材が有する一種類以上の元素とを有する混合物からなる中間層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層の上面に、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選ばれる少なくとも一種類の元素を有する単体、又は混合物からなる加工層を形成する加工層形成工程と、
前記中間層と前記加工層とを一体に焼結する焼結工程と、
前記加工層を所望の光学素子に近似した形状に加工する加工工程と、
を備えていることを特徴とする光学素子成形用金型の製造方法。
【請求項２】
前記中間層の元素比率を、前記中間層の厚さ方向に段階的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用金型の製造方法。
【請求項３】
前記焼結工程において、放電プラズマ焼結法を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子成形用金型の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一つに記載の光学素子成形用金型の製造方法にて作製されていることを特徴とする光学素子成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子成形用金型及び光学素子成形用金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子成形用金型を製造する際に、成形面の耐久性を向上させるために様々な製造方法が提案されている。例えば、基材にタングステンカーバイド（以下、ＷＣと称する。）を主成分とする超硬合金等の機械的強度に優れ、かつ耐熱性に優れた焼結体の上面を所望の光学素子に近似した形状に加工する。その後、ＲＦスパッタ、イオンビームスパッタ、蒸着等のＰＶＤ（物理的気相成長法）や、ＣＶＤ（化学的気相成長法）によって、白金、イリジウム等の金属材料を有する保護層を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、上述した基材の表面にニッケル−リン等の非晶質の金属又は合金からなる切削層を形成する。その後、切削層を切削加工して成形面を得る方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−９５６６９号公報
【特許文献２】特開２００３−２４６６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、保護層が薄膜として形成されているので、成膜時のスプラッシュや微小の異物、洗浄では除去しきれない付着物により保護層が剥離してしまう。また、成形に伴うヒートサイクルによって酸化劣化が促進され、保護層の微小剥離や光学素子の焼き付きが発生して不良となってしまう。さらに、保護層が剥離することによって、基材表面が外部に晒されてしまい、酸化劣化により基材が使用不可能になってしまう。
【０００５】
また、上記特許文献２に記載の方法では、切削層が、ニッケル−リン等の非晶質の金属又は合金から形成されているので、離型性が低く、ガラス等の高温下の成形では光学素子が焼き付いてしまう。また、基材と切削層とは異種材料同士で焼結されているので、基材と切削層との結合部の強度が低く、割れやすい。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、成形面からの微小剥離や光学素子の焼き付きを抑えることができる光学素子成形用金型の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る光学素子成形用金型の製造方法は、タングステンカーバイド合金を有する基材の上面に、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルのうち少なくとも一種類の元素と、前記基材が有する一種類以上の元素とを有する混合物からなる中間層を形成する中間層形成工程と、前記中間層の上面に、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選ばれる少なくとも一種類の元素を有する単体、又は混合物からなる加工層を形成する加工層形成工程と、前記中間層と前記加工層とを一体に焼結する焼結工程と、前記加工層を所望の光学素子に近似した形状に加工する加工工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る光学素子成形用金型の製造方法は、前記光学素子成形用金型の製造方法であって、前記中間層の元素比率を、前記中間層の厚さ方向に段階的に変化させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る光学素子成形用金型の製造方法は、前記光学素子成形用金型の製造方法であって、前記焼結工程において、放電プラズマ焼結法を用いることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る光学素子成形用金型は、本発明に係る光学素子成形用金型の製造方法にて作製されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、成形面の微小剥離や光学素子の焼き付き、また、それによる基材の酸化劣化を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係る光学素子成形用金型１は、図１に示すように、ＷＣ合金を有する基材２と、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルのうち少なくとも一種類の元素と、前記基材が有する一種類以上の元素とを有する混合物からなる中間層３と、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選ばれる少なくとも一種類の元素を有する単体、又は混合物からなり、中間層３の上面３ａに形成された加工層５とを備えている。
【００１３】
この光学素子成形用金型１の製造方法について説明する。
この製造方法は、基材２の上面２ａに、中間層３を形成する中間層形成工程と、中間層３の上面３ａに、加工層５を形成する加工層形成工程と、中間層３と加工層５とを一体に焼結する焼結工程と、加工層５を所望の光学素子に近似した形状に加工する加工工程と、を備えている。
【００１４】
本実施形態では、図２に示すような構成により、放電プラズマ焼結法を用いた焼結工程を行う。
まず、所望の光学素子成形用金型１の基材形状に加工したＷＣ合金を、鉛直方向に延びて設けられた焼結用治具１１内の下方側に載置する。
【００１５】
そして、基材２の上面２ａに、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルのうち少なくとも一種類の元素と、基材２が有する一種類以上の元素とを有する混合粉末を中間層３として配置し（中間層形成工程）、さらにその上方に、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、ハフニウム、タンタルから選ばれる少なくとも一種類の元素を有する単体、又は混合物の粉末を加工層５として配置する（加工層形成工程）。
【００１６】
そして、中間層３、加工層５のそれぞれ所望の厚さが得られるように充填量を調整した後、上パンチ１２及び下パンチ１３に圧力をかけながらパルス放電させて、放電プラズマ焼結法を用いて一体に焼結させる（焼結工程）。
【００１７】
焼結工程の後、加工工程に移行して、研削加工を用いて形成された加工層５を所望の光学素子近似形状に加工し、研磨加工を用いて成形面１ａを仕上げる。なお、研磨加工の代わりに、クラスターイオンビームやイオンミリングにて仕上げ加工を行ってもよい。
こうして加工汚れを除去し、乾燥することにより、所望の光学素子成形用金型１を得る。
【００１８】
この光学素子成形用金型１の製造方法によれば、成形面１ａにスプラッシュや微小の異物のない光学素子成形用金型１を製造することができる。従って、これを用いて光学素子を成形しても、成形面１ａの剥離や光学素子の焼き付き、また、それによる基材２の酸化劣化を抑えることができ、耐熱性を向上させることができる。
【００１９】
また、加工層に所定の厚さをもたせることができ、成形面１ａに傷等の凹凸が発生した場合にも、再加工して再使用することができる。
【００２０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
中間層３や加工層５を構成する材料は、上述した材料の組み合わせであれば、何れも同様の効果を奏することができる。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
中間層として、比率が５０重量％ずつの白金とＷＣとの混合粉末を基材の上面に配置し、さらにその上に、加工層として、比率が５０重量％ずつ白金とイリジウムとの混合粉末を配置した。そして、中間層の厚さを０．５ｍｍ、加工層の厚さを３ｍｍとなるように充填量を調整してから、放電プラズマ焼結法にて焼結した。
【００２２】
加工工程では、研削加工を用いて所望の光学素子近似形状に加工し、研磨加工を用いて成形面を仕上げ、超音波洗浄により加工汚れを除去し、その後真空乾燥を実施した。
【００２３】
製造された光学素子成形用金型の外観を顕微鏡にて観察したところ、従来のものには見られたスプラッシュや微小の異物のない良好な成形面が確保されていた。そして、光学素子成形用金型を６５０℃以上に加熱する成形試験を行った。この結果、従来では基材の酸化が確認され、５００ｓｈｏｔ程度で微小の剥離や光学素子の焼き付きが確認できたが、本実施例では、１０００ｓｈｏｔでもこのようなもののない成形面が確保されていた。
【００２４】
７５０℃以上、８５０℃以上で同様の成形試験を行っても結果は同様であった。
また、６５０℃以上に加熱して５０００ｓｈｏｔ行ったところ、成形面の酸化を確認することができたが、基材へのダメージはなかった。その後、成形面に再加工を施し、再度成形試験を行ったところ、１０００ｓｈｏｔでも微小の剥離や光学素子の焼き付きのない成形面を確保することができた。
【００２５】
（実施例２）
実施例１に対して、白金とイリジウムとの元素比率（重量比率）が、その厚さ方向に３段階に異なる３層の中間層とした。
中間層として、白金２５重量％、ＷＣ７５重量％の混合粉末を基材の上面に配置し、その上に、白金５０重量％、ＷＣ５０重量％の混合粉末を配置し、さらにその上に白金７５重量％、ＷＣ２５重量％の混合粉末を配置した。また、中間層の上に加工層として、比率が５０重量％ずつの白金とイリジウムとの混合粉末を配置した。そして、中間層のそれぞれの層の厚さが０．５ｍｍ、加工層の厚さが３ｍｍとなるように充填量を調整してから、放電プラズマ焼結法にて焼結した。
【００２６】
製造された光学素子成形用金型の外観を顕微鏡にて観察したところ、実施例１と同様の良好な成形面が確保されていた。そして、実施例１と同様の温度やｓｈｏｔにて光学素子成形用金型の成形試験を行ったところ、実施例１と同様の結果が得られた。
【００２７】
また、本実施例と実施例１の光学素子成形用金型の強度比較試験を行ったところ、本実施例の光学素子成形用金型では、基材と中間層、及び中間層と加工層との粒界が緩和されており、その結果、実施例１のものより強度が向上していた。
【００２８】
（実施例３）
中間層として、白金−イリジウム合金と、ＷＣとを、比率が５０重量％ずつの割合で混合粉末として混合し、基材の上面に配置した。さらにその上に、加工層として、比率が５０重量％ずつの白金とイリジウムとの混合粉末を配置した。そして、中間層の厚さを０．５ｍｍ、加工層の厚さを３ｍｍとなるように充填量を調整してから、放電プラズマ焼結法にて焼結した。
【００２９】
加工工程では、研削加工を用いて所望の光学素子近似形状に加工し、クラスターイオンビームにて成形面を仕上げ、超音波洗浄により加工汚れを除去し、その後真空乾燥を実施した。
【００３０】
（実施例４）
中間層として、白金及びイリジウムの混合粉末とＷＣ粉末とを、比率が５０重量％ずつの割合で混合粉末として混合し、基材の上面に配置した。さらにその上に、加工層として、比率が５０重量％ずつのイリジウムとレニウムとの混合粉末を配置した。そして、中間層の厚さを０．５ｍｍ、加工層の厚さを３ｍｍとなるように充填量を調整してから、放電プラズマ焼結法にて焼結した。
【００３１】
加工工程では、研削加工を用いて所望の光学素子近似形状に加工し、イオンミリングにて成形面を仕上げ、超音波洗浄により加工汚れを除去し、その後真空乾燥を実施した。
【００３２】
製造された光学素子成形用金型の外観を顕微鏡にて観察したところ、実施例１と同様の良好な成形面が確保されていた。そして、実施例１と同様の温度やｓｈｏｔにて光学素子成形用金型の成形試験を行ったところ、実施例１と同様の結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学素子成形用金型を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光学素子成形用金型を製造する方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  光学素子成形用金型
２  基材
２ａ  上面
３  中間層
３ａ  上面
５  加工層
【図１】
2008143730.tif 000003
【図２】
2008143730.tif 000004