(57)【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光学ガラス素子成形型基材の光学ガラス素子成形面にコーティング層を有する光学ガラス素子成形型において、前記コーティング層が、モリブデンを１５〜５０質量％、レニウムを４０〜６０質量％、白金及びイリジウムを合計で１０〜４０質量％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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性が強く軟化温度が高いリン酸塩ガラスの繰り返し成形においても、ガラスとの離型性が良好な光学ガラス素子成形型であって、しかも、種々の光学ガラス成形型基材とコーティング層との密着強度が高いために耐久性に優れ、揮発物によるコーティング層の劣化を抑制し、さらに、変色をも効果的に抑制し得る光学ガラス素子成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラなどのコンパクトカメラや、その他の光学系ではその小型化のために、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その小型化のため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。
従来は、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出現が望まれていた。
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（金型）との反応が非常に強い。
【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に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あって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、基材（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、この成形型では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に、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型性が損なわれるという欠点があり、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光学ガラス素子成形型基材の密着強度を上げる方法としては、成形面を構成するコーティング層と光学ガラス素子成形型基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】
そこで、本発明者の一人は、上記の知見に基づき、モリブデンを第一成分とし、イリジウムを第二成分としたコーティング層を有する光学ガラス素子成形型を提案した（特許文献４参照）。特許文献４においては、前記コーティング層の組成として、モリブデンを２０〜６０質量％、イリジウムを３０〜５０質量％、白金及びレニウムを合計で１０〜４０質量％含有する層を設けることにより、リン酸塩ガラスの付着が発生しにくい光学ガラス素子素子成形型が得られることを開示している。
【０００５】
【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
【特許文献４】特開２００５−４１７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ただし、上記特許文献４で提案した光学ガラス素子成形型においては、揮発物によって、コーティング層が劣化まではしないものの、変色してしまう場合がある。
【０００７】
そこで本発明は、揮発物によるコーティング層の劣化はもとより変色をも効果的に抑制することができ、しかも反応性が強く軟化温度が高いリン酸塩ガラスの繰り返し成形においても、ガラスとの離型性が良好で、かつ種々の光学ガラス素子成形型基材とコーティング層との密着強度が高いために耐久性に優れる光学ガラス素子成形型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】
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成するために、特許文献４に記載した光学ガラス素子成形型を基礎として踏まえ、更なる検討をした結果、光学ガラス素子成形型のコーティング層の組成として、上記特許文献４に記載の組成において、イリジウムに代えてレニウムを特定量配合したところ、リン酸塩ガラスの付着が発生しにくいだけでなく、ガラス素子の成形時において発生するＨ2Ｏなどの揮発物によるコーティング層の劣化及び変色を効果的に抑制できるとの知見を得た。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づくもので、耐熱性があり緻密で熱伝導性の高い光学ガラス素子成形型基材の光学ガラス成形面にコーティング層を有する該成形型において、前記コーティング層が、モリブデンを１５〜５０質量％、レニウムを４０〜６０質量％、白金及びイリジウムを合計で１０〜４０質量％からなることを特徴とする光学ガラス素子成形型を要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の成形型においては、光学ガラス素子、特に軟化温度の高いリン酸塩ガラスを原料とする該素子を繰り返し成形しても、これらの素子の成形に際して、コーティング層が、原料ガラス中のリンと反応しにくいため、コーティング層が劣化することはなく、ガラスとの離型性が損なわれることはない。このため、成形型へのガラスの付着が発生せず、高精度の光学ガラス素子成形が可能となる。
また、本発明におけるコーティング層を構成する合金薄膜は、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ため、これらの材料からなる光学ガラス素子成形型基材とコーティング層とを密着させるための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最適な光学ガラス素子成形型基材を選択することができる。
さらに、コーティング層の表面が不動態を形成してコーティング層の酸化を抑制し、光学ガラス素子の型成型時においてガラスから発生するＨ2Ｏなどの揮発性物質によるコーティング層の劣化及び変色を抑制することができ、光学ガラス素子成形型の寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の光学ガラス素子成形型を、図１の断面模式図に示す上下一対の型からなるプレス成形型を例にして説明する。なお、図１中、１と２は光学ガラス素子成形型基材、３は各光学ガラス素子成形型基材１，２に設けられたコーティング層である。
【００１２】
光学ガラス素子成形型基材１，２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等）、酸化アルミニウム、サーメット、炭化ケイ素などが挙げられる。超硬合金は炭化ケイ素よりも柔らかく加工性が高いという特徴を有するが、バインダーが存在するために徐々に酸化が進行していきやすいという欠点がある。炭化ケイ素は脆く、加工性が悪いという欠点があるが、ほとんど酸化されないため高寿命であるという特徴がある。酸化アルミニウム、サーメットはその中間にあたる。これらの特性を考慮して、光学ガラス素子成形型基材１，２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。
【００１３】
本発明におけるモリブデン、レニウム、白金及びイリジウムを含有するコーティング層３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３と光学ガラス素子成形型基材１，２との間には接合強度を上げるための中間層を設けることなく、耐久性に優れた成形金型を構成することができる。
【００１４】
コーティング層３中のモリブデンの割合は、１５〜５０質量％、好ましくは２０〜４０質量％である。コーティング層３中のモリブデンの割合が少なすぎても、多すぎても、コーティング層３の劣化や変色を抑制する効果が低くなる場合がある。
コーティング層３中のレニウムの割合は、４０〜６０質量％、好ましくは４０〜５０質量％である。コーティング層３中のレニウムの割合が少なすぎても、多すぎても、コーティング層３の劣化や変色を抑制する効果が低くなる場合がある。
コーティング層３中の白金とイリジウムとの合計の割合は、１０〜４０質量％、、好ましくは２０〜３０質量％である。コーティング層３中の白金とイリジウムとの合計の割合が少なすぎても、多すぎても、コーティング層３の劣化や変色を抑制する効果が低くなる場合がある。
【００１５】
コーティング層３の形成方法としては、特に制限されず種々の方法が採用できるが、例えば、モリブデン、レニウム、白金及びイリジウムの各金属粉末を焼結してターゲットを作成し、スパッタリングする方法、１つの構成元素のターゲットの上に他の成分チップを配置し、スパッタリングする方法、イオンプレーティング法などを採用することができる。
【００１６】
コーティング層３の厚さはとしては、０.１〜２０μｍが好ましい。コーティング層３は、あまり薄いと、コーティング層３を設ける技術的効果が得られないばかりか引っかき傷等の取り扱い上のダメージを受け易くなる場合があり、あまり厚くても、技術的効果が飽和する。
【００１７】
本発明の光学ガラス素子成形型は、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、転移点Tg:501℃、屈伏点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、転移点Tg:516℃、屈伏点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、転移点Tg:518℃、屈伏点At:546℃）の成形にも好適に用いることができる。
【実施例】
【００１８】
以下のようにして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質量％、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て成形面を鏡面とした。これにより図１に示す態様の上下一対の光学ガラス素子成形型基材１，２を作成した。
【００１９】
一方、表１に示す組成比で焼結体を成形してターゲットを作成した。
この光学ガラス素子成形型基材１，２をスパッタ装置にセットし、表１に示す組成比の膜を１μｍの厚みにコーティングして、図１に示すコーティング層３を成形した。
これを用いて、リン酸系低融点ガラスK-PSK100（商品名、住田光学製、nd:1.5917、νd:60.7、転移点Tg:390℃、屈伏点At:４１５℃）を直径７ｍｍのボールプリフォームに加工した。
このプリフォームを原料とし、図２に示す成形機を用いて光学ガラスレンズを下記の要領で成形した。
なお、図２において、１０はチャンバーで、内部にヒータ１１が円筒体状にセットされ、該円筒体状ヒータ１１の内側に下軸１２と、チャンバー１０の天部外側に設けられているエアーシリンダー１４に連結された上軸１３とがセットされ、該上・下軸１３，１２の各々に、コーティング層３を成形した光学ガラス素子成形型基材１，２を夫々固定し、上・下型としている。
【００２０】
この上型と下型の間に、上記のボールプリフォームを配置し、チャンバー１０内に窒素を１００００ｍｌ／分で注入しつつ、該チャンバー１０内を４５５℃に加熱し、３０００Ｎの荷重でプレス成形した。プレス終了後、２５０℃の温度まで冷却し、成形品であるレンズを取り出した。
これを１０００回行ったときの、上型の光学ガラス素子成形型基材２および下型の光学ガラス素子成形型基材１へのガラスの付着と、コーティング層３の「劣化」並びに「変色」を目視により評価した。この結果を表１に示す。
なお、表１の評価において、「劣化」とは離型性や耐熱性等の本来コーティング層３に必要とされる性能を有しなくなった場合をいい、「変色」とは本来コーティング層３に必要とされる性能は未だ保持しているが変色した場合をいう。
【００２１】
【表１】
0004669775.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】
【００２３】
１，２  光学ガラス素子成形型基材
３  コーティング層
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】
0004669775.tif 000003
【図２】
0004669775.tif 000004