(57)【要約】【課題】反応性の強いリン酸塩ガラスの繰り返し成形においてもガラスと成形型の離型性が良好で、種々の成形型母材とコーティング層との密着強度が高く、耐久性に優れた光学ガラス素子成形型を提供する。さらに、軟化温度の高いリン酸塩ガラスの繰り返し成形においてもガラスと成形型の離型性が良好で、種々の成形型母材とコーティング層との密着強度が高く、耐久性に優れた光学ガラス素子成形型を提供する。【解決手段】耐熱性があり緻密で熱伝導性の高い成形型母材の光学ガラス成形面にコーティングを施した光学ガラス素子成形型において、そのコーティング層が、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し、第一成分及び第二成分からなる光学ガラス素子成形型、及び、前記第一成分、第二成分及び第三成分として白金及びレニウム、または白金及びロジウムの合金からなる光学ガラス素子成形型。【選択図】  図１
2004189565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性があり緻密で熱伝導性の高い成形型母材の光学ガラス成形面にコーティングを施した光学ガラス素子成形型において、そのコーティング層がクロム、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し、第一成分及び第二成分からなることを特徴とする光学ガラス素子成形型。
【請求項２】
耐熱性があり緻密で熱伝導性の高い成形型母材の光学ガラス成形面にコーティングを施した光学ガラス素子成形型において、そのコーティング層がクロム、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し、白金及びレニウム、または白金及びロジウムの合金を第三成分として含有し、第一成分、第二成分及び第三成分からなることを特徴とする光学ガラス素子成形型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応性の高いリン酸系ガラスなどのプレスにも使用することのできる光学ガラス素子成形型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンパクトカメラやデジタルカメラなどの光学系ではそのコンパクト化のために、高屈折率材料の使用が望まれている。また光通信分野で使用されるレンズは小型化とその使用環境から、高屈折率で耐久性の高い光学材料の使用が望まれている。
高屈折率材料としては鉛を多く含む光学ガラスが使用されてきたが、環境問題から鉛を含まない光学材料の開発が要望されていた。
このような背景のもとで K-PSFn1（商品名、住田光学ガラス社製、nd;1.9068）をはじめとするリン酸塩ガラスが開発された。K-PSFn1 はリン酸を主成分とし、また軟化温度が高いため直接プレス法で成形する場合、成形型との反応性が非常に高い。
【０００３】
近年、光学ガラス素子の製造は、その量産性などから、ガラスのプレス成形後それ以上研磨などを必要としない直接プレス成形法が多用されている。精密な光学ガラス素子を直接プレス成形で得るためには、その成形型のガラスプレス面が高温のガラスと不活性で型とガラスの密着性が低いこと、耐熱性があり緻密で熱伝導性の高い成形型であることが要求される。
このような成形型としては、母材の成形面に白金やイリジウムを主成分とする合金薄膜をコーティングしたものが提案されている（特許文献１、２参照）。しかしながらこの成形型でリン酸塩ガラスを繰り返し成形すると、ガラス中のリンが成形時、成形型のコーティング層中に拡散し、成形型とガラスの離形性が損なわれる欠点があり、特に前記 K-PSFn1 のように軟化温度の高いリン酸塩ガラスの成形ではこの現象は顕著である。
成形面を構成するコーティング層と成形型母材の密着強度を上げる方法としては、コーティング層と成形型母材の間に中間層を設ける方法がある（特許文献３参照）。しかし中間層を設ける手法はその製作が煩雑であり、経済的に不利である。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭６３−１１２８５号公報
【特許文献２】
特公平１−１６４１５号公報
【特許文献３】
特開平１０−２３１１２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に鑑み反応性の強いリン酸塩ガラスの繰り返し成形においてもガラスと成形型の離型性が良好で、種々の成形型母材とコーティング層との密着強度が高く、耐久性に優れた光学ガラス素子成形型を提供することを目的とする。さらに本発明は、軟化温度の高いリン酸塩ガラスの繰り返し成形においてもガラスと成形型の離型性が良好で、種々の成形型母材とコーティング層との密着強度が高く、耐久性に優れた光学ガラス素子成形型を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
クロムやニッケルは不動体を形成する材料として知られるが、本発明者は、クロム、ニッケル、あるいはクロムとニッケルの合金の何れかとイリジウムとの合金は、より安定した不動体を形成することを発見した。さらにクロムあるいはクロムとニッケルの合金、ニッケルの何れかとイリジウムを主成分とする合金に、さらに白金を添加することで、さらに安定な不動体を形成することを見出した。ただし、白金の添加により合金薄膜の硬度が低下するが、同時にレニウム又はロジウムを添加すればこの欠点が防止できることを発見した。本発明者はこれらの知見に基づき本発明をなすに到った。
【０００７】
すなわち本発明者は、下記の構成を採用することにより前記の課題の解決を可能にした。
（１）耐熱性があり緻密で熱伝導性の高い成形型母材の光学ガラス成形面にコーティングを施した光学ガラス素子成形型において、そのコーティング層がクロム、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し、第一成分及び第二成分からなることを特徴とする光学ガラス素子成形型。
（２）耐熱性があり緻密で熱伝導性の高い成形型母材の光学ガラス成形面にコーティングを施した光学ガラス素子成形型において、そのコーティング層がクロム、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し、白金及びレニウム、または白金及びロジウムの合金を第三成分として含有し、第一成分、第二成分及び第三成分からなることを特徴とする光学ガラス素子成形型。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明において成形型母材は、耐熱性があり緻密で熱伝導性の高い材料であり、好適なものとして具体的には例えば超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ、Ｗ−Ｎｉなど）、酸化アルミニウム、サーメット、炭化ケイ素などがあげられる。超硬合金は加工性が高い特徴を有するが、多少酸化に弱い欠点がある。炭化ケイ素は硬度が非常に高く加工性が悪い欠点があるが、酸化に強く高寿命である特徴がある。酸化アルミニウム、サーメットはその中間である。これら成形型母材の種類は、生産するロット数やガラスの種類によって適宜選択されるのが望ましい。
【０００９】
本発明において第一成分であるクロムあるいはクロムとニッケルの合金、ニッケルの何れかと、第二成分であるイリジウムの合金からなる合金薄膜は、超硬合金、酸化アルミニウム、サーメット、炭化ケイ素のいずれとも密着強度が高い。このため、成形面を構成するコーティング層と成形型母材の間に接合強度を上げるための中間層を必要とせず、耐久性に優れた成形金型を構成することができる。第三成分として白金及びレニウム、または白金及びロジウムの合金を含有する場合も、上記いずれの母材とも密着強度が高い。
第一成分のコーティング層中の割合は好ましくは２０〜６０重量％、さらに好ましくは３０〜５０重量％である。第一成分がクロムとニッケルの合金の場合、クロムとニッケルは同等量であることが好ましい。第二成分のコーティング層中の割合は好ましくは２０〜６０重量％、さらに好ましくは３０〜６０重量％である。第三成分のコーティング層中の割合は好ましくは１０〜４０重量％、さらに好ましくは２０〜３０重量％である。なお、第三成分を構成する白金と、レニウムもしくはロジウムは、同等量であることが好ましい。
上記組成の合金薄膜は、各金属粉末を焼結してターゲットとし、スパッタリングでコーティングするか、第一成分もしくは第二成分の基板上に他の成分チップを配置しスパッタリングでコーティングする。なお、コーティング成分の割合はターゲットを構成する金属粉の割合やチップの大きさ、数量により調整され、スパッタリング以外に蒸着法、イオンプレーティング法などの方法によってもコーティングすることが可能である。
【００１０】
なおコーティング層の厚みは０．１μｍ〜２０μｍが好ましい。あまり薄いと引っかき傷等の取り扱い上のダメージを受け易く、あまり厚いと経済的でないためである。
このような合金薄膜をコーティングすることにより、反応性が強いリン酸塩ガラスなどの成形において型とガラスの離形性が高い成形型が構成することができ、さらに、第三成分の使用などによっては軟化温度の高いリン酸塩ガラスなどの成形においても、型とガラスの離形性が高い成形型が構成できる。本発明の成形型はリン酸塩ガラスのほか、シリカ−ホウ酸系ガラス K−PBK40（商品名、住田光学ガラス社製、nd;1.5176、νd;63.5、転位点 Tg;501℃、軟化点 At;549℃）、ホウ酸ランタン系ガラス K−VC79（商品名、住田光学ガラス社製、nd;1.6097、νd;57.8、転位点 Tg;516℃、軟化点 At;553℃）、ホウ酸亜鉛系ガラス K−ZnSF8（商品名、住田光学ガラス社製、nd;1.7143、νd;38.9、転位点 Tg;518℃、軟化点 At;546℃）の成形にも好適に用いることができる。
【００１１】
図１に本発明の光学ガラス素子成形型を模式的に示した断面図を示す。図中、１と２は成形型母材、３がコーティング層である。
【００１２】
【実施例】
次に本発明を実施例により更に具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例中に記述した材料、組成、及び作成方法に何等限定されるものではない。
実施例１
以下の方法で本発明の光学ガラス素子成形型を作成した。
直径１２ｍｍの超硬合金（WC９９重量％、残Coなど）を曲率半径が１０ｍｍと２０ｍｍの凹面に加工し、０．５μm粒度のダイヤモンドペーストによりポリッシュし成形面を鏡面とした。これにより上下一対の成形型母材を作成した。これをスパッタ装置にセットし、表1に示す合金薄膜を１μｍの厚みにコーティングして、図１に示すような光学ガラス素子成形型を作成した。
これを用いて、リン酸系低融点ガラス K-PSK100（商品名、住田光学ガラス社製、nd;1.5917、νd:60.7、転移点Tg:390℃、軟化点At;415℃）、リン酸系高融点ガラス K-PSFn1（商品名、住田光学ガラス社製、nd;1.9068、νd;21.2、転移点Tg:498℃、軟化点At:543℃）の２種類のガラスを直径７ｍｍのボールプリフォームに加工した。図２に成形試験に使用した成形機の概要を示す。図２において１０はチャンバー、１１はヒータ、１２は下軸、１３は上軸、１４はエアーシリンダーである。
上型と下型の間にボールプリフォームを配置し、窒素をチャンバー１０内に１０Ｌ／分で注入し、軟化温度 At＋40℃に加熱し、３０００Nの荷重でプレス成形し、プレス終了後250℃の温度まで冷却し、その後、レンズの取り出しを行った。
これを１０００回行ったときの型へのガラスの付着とコーティング膜の劣化の結果を表１〜３に示す。第三成分を白金のみとした比較例の結果をあわせて示した。また、第一成分を含まずに第二成分と第三成分でコーティング膜を形成した比較例の結果を表４に示した。
本発明例の成形型ではいずれも、リン酸系低融点ガラス K-PSK100 のプレスは良好に行え、リン酸系高融点ガラス K-PSFn1 のプレスでもガラスの付着は少なかった。第三成分として白金及びレニウム、または白金及びロジウムを含有させたものではさらに、K-PSFn1 のプレスでの結果が向上している。比較例として示した第二成分と第三成分でコーティング膜を形成した成形型では、K-PSK100、K-PSFn1 の成形のいずれにおいてもガラスの付着がみられ、膜が劣化したものもあった。
【００１３】
【表１】
2004189565.tif 000003
【００１４】
【表２】
2004189565.tif 000004
【００１５】
【表３】
2004189565.tif 000005
【００１６】
【表４】
2004189565.tif 000006
【００１７】
実施例２
超硬合金、酸化アルミニウム、サーメット、炭化ケイ素を実施例１で示した形状に加工し成形型母材とし、表２に示す組成のコーティング層を１μｍの厚みにコーティングした。この型を用い実施例１と同様の成形機および条件で K-PSFn1を1000回成形した。結果を表２に示す。
超硬合金、酸化アルミニウム、サーメット、炭化ケイ素の何れを成形型母材としてもコーティング層の劣化やガラスの付着の発生はなく、良好な結果が得られた。
【００１８】
【表５】
2004189565.tif 000007
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明の成形型は、リン酸塩ガラスの繰り返し成形において、特に軟化温度の高いリン酸塩ガラスの繰り返し成形においても、ガラス中のリンが成形時、成形型のコーティング層中に拡散することによって成形型とガラスの離形性が損なわれることがない。このためガラスの付着が発生せず高精度の光学素子成形が可能となる。
また本発明においては、コーティング層である合金薄膜が超硬合金、酸化アルミニウム、サーメット、炭化ケイ素のいずれとも密着強度が高いため、中間層を必要とせず、生産する光学素子のロット数やガラスの種類によって成形型母材が選択できる。このため廉価に成形型を構成することができ、経済的にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形型を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例で用いた光学素子のプレス成形装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１、２  成形型母材
３  コーティング膜
１０  チャンバー
１１  ヒータ
１２  下軸
１３  上軸
１４  エアーシリンダー
【図１】
2004189565.tif 000008
【図２】
2004189565.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月23日(2003.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【特許文献１】
特公昭６３−１１２８５号公報
【特許文献２】
特公平４−１６４１５号公報
【特許文献３】
特開平１０−２３１１２９号公報




【手続補正書】
【提出日】平成15年11月7日(2003.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【表１】
2004189565.tif 000010
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【表２】
2004189565.tif 000011
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
【表３】
2004189565.tif 000012
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【表４】
2004189565.tif 000013
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
【表５】
2004189565.tif 000014