(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス成形金型用多層被覆において、前記多層被覆が、
ガラス成形中にガラスと接触するガラス接触層であって、混合された酸化チタンと酸化アルミニウムを含むガラス接触層、及び
前記ガラス接触層と金型本体の間に配置されている、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＳｉＮまたはこれらの組合せを含む拡散バリア層、
を含み、
前記拡散バリア層が、前記金型本体から前記ガラス接触層への卑金属の拡散及び前記ガラス接触層から前記金型本体へのガラス材料の拡散を制限する、
ことを特徴とする多層被覆。
【請求項２】
前記金型本体と接触していて、前記拡散バリア層と前記金型本体の間に配置されている接着層であって、ＴｉＡｌ、Ａｌ、Ｔｉまたはこれらの組合せを含む接着層、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の多層被覆。
【請求項３】
前記ガラス接触層と前記拡散バリア層の間に配置されている遷移層であって、前記拡散バリア層に最も近い前記遷移層の領域においてモル窒素含有量が多く、前記ガラス接触層に最も近い前記遷移層の領域においてモル窒素含有量が少ないかまたはゼロである、漸減分布窒素を含み、前記拡散バリア層に最も近い表面において３０％より多くのモル窒素含有量及び前記ガラス接触層に最も近い表面において３０％より少ないモル窒素含有量を有する遷移層、
をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の多層被覆。
【請求項４】
金型本体及び多層被覆を備えたガラス成形用被覆金型において、前記多層被覆が、
ガラス成形中にガラスと接触するガラス接触層であって、混合された酸化チタンと酸化アルミニウムを含むガラス接触層、及び
前記ガラス接触層と前記金型本体の間に配置されている、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＳｉＮまたはこれらの組合せを含む拡散バリア層、
を含み、
前記拡散バリア層が、前記金型本体から前記ガラス接触層への卑金属の拡散及び前記ガラス接触層から前記金型本体へのガラス材料の拡散のいずれも制限する、
ことを特徴とする被覆金型。
【請求項５】
前記多層被覆が、
前記金型本体と接触していて、前記拡散バリア層と前記金型本体の間に配置されている接着層、及び
前記ガラス接触層と前記拡散バリア層の間に配置されている遷移層であって、前記拡散バリア層に最も近い前記遷移層の領域においてモル窒素含有量が多く、前記ガラス接触層に最も近い前記遷移層の領域においてモル窒素含有量が少ないかまたはゼロである、漸減分布窒素を含む遷移層、
をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の被覆金型。
【請求項６】
金型本体の成形面の少なくとも一部分上に多層被覆を被着する工程を有してなる、ガラス成形用被覆金型を作製する方法において、前記多層被覆を被着する工程が、
ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＳｉＮまたはこれらの組合せを含む拡散バリア層であって、ガラス接触層と前記金型本体の間に配置され、前記金型本体から前記ガラス接触層への卑金属の拡散及び前記ガラス接触層から前記金型本体へのガラス材料の拡散を制限する拡散バリア層を被着する工程、
混合された酸化チタンと酸化アルミニウムを含むものとなるガラス接触層を被着する工程、
及び
前記多層被覆の少なくとも一部分を酸化するに十分な時間及び温度で加熱することによって前記被覆金型を熱処理する工程、
を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記熱処理後に、前記ガラス接触層が混合された酸化チタンと酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１３年２月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／７６３１７０号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書はこの仮特許出願の明細書の内容に依存し、この仮特許出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は全般にはガラス成形金型に関し、さらに詳しくは、被覆ガラス成形金型に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラス品は、ガラスを加熱して粘弾性状態にし、ガラスを金型と接触させることで、３Ｄ形状に成形することができる。しかし、アルカリアルミノケイ酸ガラス組成のような、高軟化点ガラス組成をもつ三次元形状ガラス品の成形は難題であり得る。例えば、いくつかのガラス組成は（８００℃より高いこともある）高い軟化点を有し、高軟化点は、成形に適する粘弾性状態に達するためにはガラスを一層高い温度に加熱する必要があるから、精密な成形プロセスを一層困難にする。さらに、いくつかのガラス組成はナトリウムを（例えば、１０モル％より高いような）高率で含む。ナトリウムは高温において易動度が高く、反応性が高い。高温における金型表面のナトリウムとの接触は金型表面を、続いて成形されたガラスの品質を、劣化させ得る。さらに、金型からの汚染物のような、微粒汚染物によりガラスに孔食が生じ得る。孔食は、金型へのガラスの接合強度がガラスの強度を上回る場合に、ガラスが金型表面に固着し、いわゆる「引抜き」によるディボットをガラスに形成することでも生じることができる。汚れ及び／またはスカッフィングのようなその他の外観上の欠陥が、特に高成形温度及び長時間接触を用いる場合に、３Ｄ成形ガラス表面に見られ得る。さらに、金型に施され得る被覆は、多数のプロセスサイクル後に、定期的に取り換えられなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、別のガラス成形金型用被覆及びこの被覆を有するガラス成形金型が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に説明される実施形態は被覆ガラス成形金型及びガラス成形金型用多層被覆に関する。一実施形態にしたがえば、ガラス成形金型用多層被覆はガラス接触層及び拡散バリア層を含むことができる。ガラス接触層はガラス成形中にガラスと接触することができ、酸化チタン、酸化アルミニウムまたはこれらの組合せを含むことができる。拡散バリア層はガラス接触層と金型本体の間に配置することができる。拡散バリア層は金型本体からガラス接触層への卑金属の拡散及びガラス接触層から金型本体へのガラス材料の拡散を制限することができる。
【０００６】
別の実施形態において、ガラス成形用被覆金型は金型本体及び多層被覆を備えることができる。多層被覆はガラス接触層及び拡散バリア層を含むことができる。ガラス接触層はガラス成形中にガラスと接触することができ、酸化チタン、酸化アルミニウムまたはこれらの組合せを含むことができる。拡散バリア層はガラス接触層と金型本体の間に配置することができる。拡散バリア層は金型本体からガラス接触層への卑金属の拡散及びガラス接触層から金型本体へのガラス材料の拡散を制限することができる。
【０００７】
また別の実施形態において、ガラス成形用被覆金型を作製することができる。被覆金型は金型本体の成形面の少なくとも一部分上に多層被覆を被着することで作製することができる。多層被覆の被着は、拡散バリア層の被着、ガラス接触層の被着及び被覆金型の熱処理を含むことができる。拡散バリア層は、ガラス接触層と金型本体の間に配置することができ、金型本体からガラス接触層への卑金属の拡散及びガラス接触層から金型本体へのガラス材料の拡散のいずれも制限することができる。ガラス接触層はチタン、アルミニウムまたはこれらの組合せを含むことができる。被覆金型は、多層被覆の少なくとも一部分を酸化するに十分な時間及び温度で加熱することによって熱処理することができる。
【０００８】
本明細書に説明される実施形態のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、あるいは、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を、また添付図面も、含む本明細書に説明される実施形態を実施することで認められるであろう。
【０００９】
上記の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに、特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう被覆金型の構造を簡略に示す。
【図２】図２は、本明細書に示され、説明される、１つ以上の実施形態にしたがう金型本体上の多層被覆の断面図を簡略に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ガラス成形金型用被覆の、それらの例が添付図面に示されている、様々な実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、同じ参照数字が図面を通して同じかまたは同様の要素を指して用いられる。一実施形態において、ガラス成形用被覆金型は金型本体の表面の少なくとも一部分上に配置された多層被覆を有することができる。多層被覆は一般に少なくともガラス接触層及び拡散バリア層を含むことができる。ガラス接触層は、被覆金型の成形面上に置かれる加熱されたガラスと接触するように、多層被覆の最外表面に配置される。拡散バリア層はガラス接触層と金型本体の間に配置される。拡散バリア層は金型本体からガラス接触層への卑金属の拡散及びガラス接触層から金型本体へのガラス材料の拡散を制限する。多層被覆は、金型本体と拡散バリア層の間に配置される接着層及び／またはガラス接触層と拡散バリア層の間に配置される遷移層のような、他の中間層をさらに含むことができる。ガラス成形金型用多層被覆及びこの被覆を有するガラス成形金型の実施形態は、添付図面を特に参照して本明細書でさらに詳細に説明される。
【００１２】
一般に、多層被覆は、物理蒸着（ＰＶＤ）のような、被着手法を用いて金型本体上に被着される。多層被覆の様々な層は、本明細書に説明されるように、金型本体に直接に接触する層から初めて、多層被覆の最外層として配置されるガラス接触層で終わるまで、順次に被着することができる。層の被着に続いて、被覆金型は、少なくとも約５００℃の温度への被覆金型の加熱のような、熱処理にかけることができる。熱処理は多層被覆の少なくともいくつかの層の酸化を助長することができる。本明細書では別途に特記されない限り、「被覆金型」または「多層被覆」はそれぞれ熱処理後の状態の「被覆金型」または「多層被覆」を指す。
【００１３】
図１を参照すれば、ガラス成形用被覆金型１００が示されている。被覆金型１００は金型本体１２０を有することができ、金型本体１２０は金型本体１２０上に配された成形面１２２を有することができる。金型本体１２０の成形面１２２の少なくとも一部分上に多層被覆１１０を被着することができる。図１に示される実施形態において、成形面１２２の形状寸法は金型本体１２０内にキャビティを定める。しかし、別の実施形態において、成形面１２２の形状寸法は、成形されているガラスと接触することができる、金型本体１２０の突出領域のような他の形状を定めることができる。様々な三次元ガラス品を形成するため、広範な金型本体の形状寸法を用い得ることは当然である。いくつかの実施形態において、ガラス品を成形するために１つより多くの金型本体を用いることができる。例えば、ガラス体を成形するため、２つの金型本体をガラス体の両側に接触させることができる。したがって、二金型実施形態において、それぞれの金型本体は、それぞれが、ガラスと接触し、多層被覆１１０で被覆された成形面を有することができる。
【００１４】
図２を次に参照すれば、成形面１２２において金型本体１２０の少なくとも一部分上に多層被覆１１０が配置されている、被覆金型１００の一部分の断面図が示されている。多層被覆１１０は一般に、積層された複数の被覆層１１２，１１４，１１６，１１８を含む。多層被覆１１０は少なくともガラス接触層１１２及び拡散バリア層１１６を含む。成形作業中、ガラスは成形面１２２の領域に配置され、多層被覆１１０のガラス接触層１１２のガラス接触面１２４と接触している。多層被覆１１０は必要に応じて、接着層１１８及び／または遷移層１１４のような、他の層を含むことができる。一実施形態において、接着層１１８は金型本体１２０の表面上に直接配置され、拡散バリア層１１６が接着層１１８の上面に配置される。いくつかの実施形態において、遷移層１１４は拡散バリア層１１６の上面に配置され、ガラス接触層１１２が遷移層１１４の上面に配置される。本明細書に用いられるように、「上面」または「外面」は金型本体１２０から離れる側を向いている被覆層の表面を指し、「底面」または「内面」は金型本体１２０に向かう側を向いている被覆層の表面を指す。図示の目的だけのため、図２の被覆層は厚さが一様であり、完全に平坦であるとして示される。しかし、層は厚さ及び形状において非一様とすることができるから、このことが本明細書に開示される被覆金型１００の実施形態に必須である必要はない。本明細書に用いられるように、層厚は被覆される表面積全体にわたる層の平均厚である。図２は、接着層１１８，拡散バリア層１１６，遷移層１１４及びガラス接触層１１２を含む多層被覆１１０を示しているが、本明細書に説明される実施形態はこれらの被覆層の１つ以上のいずれの組合せも有することができる。さらに、いくつかの層は変化する組成を有することができ、識別される層内に明確なサブレイヤーさえ有することができるから、被覆層がそれぞれの全厚にわたって一様な組成を有していないこともあり得る。
【００１５】
金型本体１２０は、溶融ガラスを成形できる、適するいずれの金型とすることもできる。金型の例には、ダイのような工具またはその他の加工プレスがあるが、これらには限定されない。金型本体１２０は、耐熱金属、耐熱セラミック、等のような、高温に耐えるいずれの金属またはその他の材料をも含んでなることができる。例えば、金型本体１２０は、インコネル（登録商標）７１８のようなニッケルベース合金、ただしこれらには限定されない、のような高硬度の高温合金、または同様の高温合金を含むことができる。いくつかの金型本体は、特に高温において従来の被覆の各部に拡散によって移動しえる、例えばＮｉまたはＣｒのような、卑金属を含み得る。
【００１６】
成形面１２２において被覆金型１００との接触により成形されるガラスは一般に、３Ｄ成形に適するいずれのガラスとすることもできる。本明細書においては、他のセラミック材料及びガラス−セラミック材料も本明細書に説明される被覆金型で成形することができると考えることができる。いくつかの実施形態において、ガラスはイオン交換可能なアルミノケイ酸ガラスとすることができる。そのようなイオン交換可能なアルミノケイ酸ガラスの例には、（コーニング社(Corning, Inc.)から市販されている）Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス及びＧｏｒｉｌｌａ II（登録商標）ガラスがあるが、これらには限定されない。そのようなガラスは、特に３Ｄ成形後に、例えば携帯型民生用電子装置のためのカバーガラスとしてのような、多くの用途に十分に適し得る。長期にわたるガラス成形／再生サイクルの間、高温におけるガラスと従来の金型の間の密な接触は少なくとも金型被覆及び／または金型本体へのガラス材料の拡散を生じさせ得る。金型材料または従来の被覆に入り得るガラス材料のいくつかはＮａ２Ｏ，ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３であり、他の外方拡散成分もある。無被覆金型キャビティの表面上のこれらのガラス成分の蓄積は、従来の金型被覆へのガラスの固着をおこさせ得るから望ましくない。これはさらに、汚れ／ヘイズ及び／または孔食によりガラスの表面の劣化を生じさせ得る。さらに、腐食性のナトリウムのようなガラス成分は金型本体の材料に有害であり得る。本明細書に説明される被覆はこれらの問題を軽減する。
【００１７】
多層被覆１１０の最外層はガラス接触層１１２である。ガラス接触層１１２は、ガラス成形中、ガラス接触面１２４において加熱されたガラスと接触する。いくつかの実施形態において、ガラス接触層１１２は、酸化チタン、酸化アルミニウムまたはこれらの組合せのような、ただしこれらには限定されない、金属酸化物を含み得る。多層被覆のいずれの層も説明するために本明細書で用いられるように、「酸化チタン」は、ＴｉＯ２，ＴｉＯ，Ｔｉ２Ｏ３またはこれらの組合せのような、ただしこれらには限定されない、いずれかの酸化状態にあるチタンの酸化物を意味する。多層被覆のいずれの層も説明するために本明細書で用いられるように、「酸化アルミニウム」は、Ａｌ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ，ＡｌＯまたはこれらの組合せのような、ただしこれらには限定されない、いずれかの酸化状態にあるアルミニウムの酸化物を意味する。一実施形態において、ガラス接触層１１２は混合された酸化チタンと酸化アルミニウムを含むことができる。混合された酸化チタンと酸化アルミニウムは約２０ｎｍ以上の深さまでのナトリウム拡散度を有し得る。いくつかの実施形態において、混合された酸化チタンと酸化アルミニウムの層は約３０ｎｍ以上の深さまでのナトリウム拡散度を有し得る。一実施形態において、ガラス接触層１１２はガラス接触面１２４から約２０ｎｍの深さにおいて重量で約１％以上のナトリウムを含み得る。別の実施形態において、ガラス接触層１１２はガラス接触面１２４から約１０ｎｍの深さにおいて重量で約２％以上のナトリウムを含み得る。混合された酸化チタンと酸化アルミニウムのナトリウム拡散度は多層被覆１１０の外表面上のナトリウム蓄積を防止することができ、これは成形されたガラス上の汚れ、スカッフィング及び／または孔食を低減する。
【００１８】
いくつかの実施形態において、ガラス接触層１１２は、約０.３：１以上で約３：１以下の、Ｔｉ対Ａｌのモル比（Ｔｉ：Ａｌ）を有することができる。一実施形態例において、ガラス接触層１１２は、約０.５：１以上で約２：１以下の、Ｔｉ対Ａｌのモル比（Ｔｉ：Ａｌ）を有することができる。別の実施形態例において、ガラス接触層１１２は、約０.６：１以上で約１.５：１以下の、Ｔｉ対Ａｌのモル比（Ｔｉ：Ａｌ）を有することができる。本明細書に用いられるように、Ｔｉ対Ａｌのモル比は、非結合原子の形態にあるかまたは他の原子と結合して分子を形成しているかにかかわらず、Ｔｉ及びＡｌのそれぞれの全ての原子のモル比を指す。
【００１９】
一実施形態において、ガラス接触層１１２の最外領域は、ルチル相結晶構造にある酸化チタン（本明細書では時に「ルチル」と称される）のような、小板状酸化チタンを含むことができる。ルチル相酸化チタンはその構造内に取り込まれた酸化アルミニウム欠陥を有することができる。ルチルは酸化チタンと酸化アルミニウムの混合酸化物層内に分散していることができる。理論にはこだわらずに、ガラス接触層１１２の外表面に形成されたルチルのような、酸化チタンに富む外層はＮａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２と低液相を形成することはないという利点を有することができると考えられる。酸化チタンはガラス形成剤ではなく、したがって、ガラスが被覆に固着する可能性が減じられる。さらに被覆の小板状酸化チタンモルフォロジーは、被覆金型１００へのガラススカッフィングを、また汚れ及び孔食も、最小限に抑えることができる、潤滑特性も有する。富酸化チタン表面は被覆の耐用寿命を延ばし、よって多層被覆１１０の耐久性を向上させる。本明細書に用いられるように、「富〜」層は選ばれた化学種を他のどの化学種よりも高い率で含む。例えば、「富酸化チタン」層は最も豊富な化学種として酸化チタンを有することができる。いくつかの実施形態において、ガラス接触層１１２は窒素または、ＴｉＡｌＮ，ＴｉＡｌＳｉＮまたはこれらの組合せのような、窒化物を含むことができる。しかし、ガラス接触層１１２は一般に約３０％より少ないモル窒素含有量を有することができる。本明細書に用いられるように、モル窒素含有量は層内の窒素のモル％を指し、ここで、窒素は非結合原子形態にあることができ、あるいは他の原子と結合して、窒化物のような、分子を形成していることができる。
【００２０】
別の実施形態において、ガラス接触層１１２は、ガラス接触層１１２の（ガラス接触面に最も近い）外面領域において酸化アルミニウムと酸化チタンの混合層を有することができ、ガラス接触層１１２の（拡散バリア層１１６に最も近い）内面領域において富酸化チタン層を有することができる。また別の実施形態において、ガラス接触層１１２は、ガラス接触層１１２の（ガラス接触面１２４に最も近い）外面領域において富酸化チタン層を有することができ、ガラス接触層１１２の（拡散バリア層１１６に最も近い）内面領域において富酸化アルミニウム層を有することができる。また別の実施形態において、ガラス接触層１１２は、ガラス接触層１１２の（ガラス接触面１２４に最も近い）外面領域において富酸化アルミニウム層を有することができ、ガラス接触層１１２の（拡散バリア層１１６に最も近い）内面領域において富酸化チタン層を有することができる。
【００２１】
一般に、チタン、アルミニウムまたはこれらの組合せのような、ガラス接触層１１２の成分は、非酸化形態で被着することができ、本明細書に説明されるように、熱処理によって酸化されて酸化チタン、酸化アルミニウムまたはこれらの組合せを形成することができる。したがって、いくつかの実施形態において、ガラス接触層１１２の厚さは熱処理前より熱処理後のほうが大きくなり得る。一実施形態において、熱処理前にガラス接触層１１２は約２５ｎｍ以上で約２０００ｎｍ以下の厚さを有し得る。一実施形態例において、熱処理前にガラス接触層１１２は約１００ｎｍ以上で約１０００ｎｍ以下の厚さを有し得る。別の実施形態例において、熱処理前にガラス接触層１１２は約２００ｎｍ以上で約４００ｎｍ以下の厚さを有し得る。一実施形態において、熱処理後にガラス接触層１１２は約２５ｎｍ以上で約２０００ｎｍ以下の厚さを有し得る。一実施形態例において、熱処理後にガラス接触層１１２は約１００ｎｍ以上で約１０００ｎｍ以下の厚さを有し得る。別の実施形態例において、熱処理後にガラス接触層１１２は約３００ｎｍ以上で約５００ｎｍ以下の厚さを有し得る。
【００２２】
拡散バリア層１１６はガラス接触層１１２と金型本体１２０の間に配置される。一実施形態において、拡散バリア層１１６は、ＴｉＡｌＮ，ＴｉＡｌＳｉＮまたはこれらの組合せのような、窒化物を含むことができる。拡散バリア層１１６は一般に、約３０％より多いモル窒素含有量を有することができる。拡散バリア層１１６は金型本体１２０からガラス接触層１１２への卑金属の拡散を制限することができる。本明細書に述べられているように、ＮｉまたはＣｒのような、金型本体１２０からの卑金属は高温において易動であり、ガラス接触層１１２内のそれらの存在は、孔食のような、欠陥を生じさせ得る。さらに、拡散バリア層１１６はガラス接触層１１２から金型本体１２０へのガラス材料の拡散も制限することができる。ナトリウムのような、いくつかのガラス材料は金型本体１２０の材料に腐食を生じさせ得る。拡散バリア層１１６がこれらの化学種の拡散を防止するから、拡散バリア層１１６はそのような化学種による欠陥の発生を防止する。
【００２３】
拡散バリア層１１６は、卑金属の多層被覆１１０内への外方拡散による、金型本体１２０内の空孔の形成も防止することができる。詳しくは、拡散バリア層１１６は多層被覆１１０のガラス接触区画内への卑金属の拡散を防止し、この結果、外方拡散した金属によって残される金型本体１２０内の空孔の形成を軽減する。拡散バリア層１１６により、空孔は僅かにしか及び／または希にしか形成され得ないから、拡散バリア層１１６は金型の被覆剥取り及び再被覆を可能にし、金型の耐用寿命を延ばす。
【００２４】
いくつかの実施形態において、拡散バリア層は熱処理にかけられることで厚さが実質的に変化することはないであろう。一実施形態において、熱処理の前後で拡散バリア層１１６は約２５ｎｍ以上で約２０００ｎｍ以下の厚さを有し得る。一実施形態例において、熱処理の前後で拡散バリア層１１６は約１００ｎｍ以上で約６００ｎｍ以下の厚さを有し得る。別の実施形態例において、熱処理の前後で拡散バリア層１１６は約３００ｎｍ以上で約５００ｎｍ以下の厚さを有し得る。
【００２５】
いくつかの実施形態において、多層被覆１１０は、図２に示されるように、接着層１１８を必要に応じて含むことができる。接着層１１８は金型本体１２０と接触させて拡散バリア層１１６と金型本体１２０の間に配置することができる。接着層１１８は一般に未酸化金属とすることができる。例えば、実施形態において、接着層１１８は、ＴｉＡｌ，Ａｌ，Ｔｉまたはこれらの組合せを含むことができる。接着層１１８は金型本体１２０と拡散バリア層１１６の間の強められた接着を提供することができる。さらに、接着層１１８は一般に、金型本体１２０の表面を平滑にし、小孔及び、少なくとも拡散バリア層１１６の被着を妨げ得る、その他の欠陥を埋めることができる。接着層１１８が選択自由であって、いくつかの実施形態において、多層被覆１１０が接着層１１８無しで形成され得ることは当然である。
【００２６】
一般に、チタン、アルミニウムまたはこれらの組合せのような、接着層１１８の成分は未酸化形態で被着することができ、熱処理中に、金型本体１２０から材料が接着層１１８内に拡散することができる。したがって、いくつかの実施形態において、接着層１１８の厚さは熱処理前より熱処理後のほうが大きい。一実施形態において、熱処理前に接着層１１８は約１０ｎｍ以上で約２０００ｎｍ以下の厚さを有し得る。一実施形態例において、熱処理前に接着層１１８は約３０ｎｍ以上で約３００ｎｍ以下の厚さを有し得る。別の実施形態において、熱処理前に接着層１１８は約１００ｎｍ以上で約２００ｎｍ以下の厚さを有し得る。一実施形態において、熱処理後に接着層１１８は約１０ｎｍ以上で約１０００ｎｍ以下の厚さを有し得る。一実施形態例において、熱処理後に接着層１１８は約３０ｎｍ以上で約３００ｎｍ以下の厚さを有し得る。別の実施形態例において、熱処理後に接着層１１８は約１００ｎｍ以上で約２００ｎｍ以下の厚さを有し得る。
【００２７】
いくつかの実施形態において、多層被覆１１０は遷移層１１４を必要に応じて含むことができる。遷移層１１４はガラス接触層１１２と拡散バリア層１１６の間に配置することができる。遷移層１１４は漸減分布窒素を含むことができる。詳しくは、拡散バリア層１１６に最も近い遷移層１１４の領域においてモル窒素含有量を多くし、ガラス接触層１１２に最も近い遷移領域１１４の領域においてモル窒素含有量を少なくするかまたはゼロにすることができる。例えば、拡散バリア層１１６に最も近い遷移層１１４の領域は、ＴｉＡｌＮのような、窒化物を含むことができる。遷移層１１４内の窒化物は拡散バリア層１１６内の含まれる窒化物と同じとすることができる。遷移層１１４のガラス接触層１１２に最も近い側では、存在する窒素がより少ないかまたはゼロである。例えば、ガラス接触層１１２の最も近い領域において遷移層１１４はほとんどＴｉＡｌ、またはこの酸化物を含むことができ、拡散バリア層１１６に最も近い領域において遷移層１１４はほとんどＴｉＡｌＮを含むことができる。一実施形態において、拡散バリア層１１６と接触している遷移層１１４の領域は少なくとも約２０％のモル窒素含有量を有することができ、ガラス接触層１１２に最も近い遷移層１１４の領域は窒素を含まないでいることができる。理論にはこだわらずに、遷移層１１４は多層被覆１１０内の機械的応力を、特に窒化物を含む被覆と無窒化物層が直接に接触している被覆と比較して、低減することができると考えられる。多層被覆１１０内の異なる化学種は異なる熱膨張係数を有し得るから、多層被覆１１０の層間の機械的応力は、加熱または冷却中の機械的応力を低減するために化学種の勾配を利用する層を形成することによって、低減することができる。一実施形態において、遷移層１１４は拡散バリア層１１６に最も近い表面において約３０％より多くのモル窒素含有量及びガラス接触層１１２に最も近い表面において約３０％より少ないモル窒素含有量を有することができる。別の実施形態において、遷移層１１４は拡散バリア層１１６に最も近い表面において約３５％より多くのモル窒素含有量及びガラス接触層１１２に最も近い表面において約２５％より少ないモル窒素含有量を有することができる。別の実施形態において、遷移層１１４は拡散バリア層１１６に最も近い表面において約４０％より多くのモル窒素含有量及びガラス接触層１１２に最も近い表面において約２０％より少ないモル窒素含有量を有することができる。遷移層１１４が選択自由であって、いくつかの実施形態において、多層被覆１１０が遷移層１１４無しで形成され得ることは当然である。
【００２８】
一般に、チタン、アルミニウムまたはこれらの組合せのような、ただしこれらには限定されない、遷移層１１４の成分は未酸化形態で被着することができ、本明細書に説明されるように、熱処理によって酸化されて、酸化チタン、酸化アルミニウムまたはこれらの組合せを形成することができる。したがって、いくつかの実施形態において、遷移層１１４の厚さは熱処理前より熱処理後のほうが大きい。一実施形態において、熱処理前に遷移層１１４は約２５ｎｍ以上で約２０００ｎｍ以下の厚さを有し得る。一実施形態例において、熱処理前に遷移層１１４は約１００ｎｍ以上で約８００ｎｍ以下の厚さを有し得る。別の実施形態例において、熱処理前に遷移層１１４は約２００ｎｍ以上で約５００ｎｍ以下の厚さを有し得る。一実施形態において、熱処理後に遷移層１１４は約２５ｎｍ以上で約２０００ｎｍ以下の厚さを有し得る。一実施形態例において、熱処理後に遷移層１１４は約５０ｎｍ以上で約７００ｎｍ以下の厚さを有し得る。別の実施形態例において、熱処理後に遷移層１１４は約１００ｎｍ以上で約４００ｎｍ以下の厚さを有し得る。
【００２９】
いくつかの実施形態において、被覆の性能向上は、被覆の抗固着挙動を強化するため、被覆の構造に他の非ガラス形成成分を取り入れることによって達成することができる。そのような化学成分には、例えば、Ｚｒ，Ｎｉ，Ｙ及び／またはＨｆがある。これらの非ガラス形成成分は、ガラス接触層１１２，拡散バリア層１１６，遷移層１１４及び接着層１１８のいずれかまたは全てに存在することができる。
【００３０】
一般に、被覆金型１００は、物理蒸着（ＰＶＤ）のような、被着手法を用いて金型本体１２０上に様々な被覆層を被着することで作製することができる。しかし、他の既知の被着手法を用いることができる。被覆金型１００を作製するためには、少なくとも拡散バリア層１１６を成形面１２２上に被着し、少なくともガラス接触層１１２を拡散バリア層１１６上に被着する。本明細書に説明されるように、多層被覆１１０の様々な層は、金型本体１２０に直接に接触する層に始まり、多層被覆１１０の最外層として配置されるガラス接触層１１２で終わるまで、順次に被着することができる。例えば、一実施形態において、ＰＶＤ作製プロセスは、（２５０℃より高く、さらには４５０℃より高い）高温、（２ｋＷより高い）大ターゲット電力及び（８０〜１５０Ｖの）基板バイアスにおける、多層被覆１１０の様々な層のＰＶＤスパッタリングを含むことができる。
【００３１】
層被着に続いて、例えば、少なくとも約５００℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約７００℃、さらには少なくとも約７５０℃のような、多層被覆の少なくとも一部を酸化するに十分な時間及び温度で、被覆金型を熱処理することができる。例えば、被覆は、２０℃から７５０℃まで２℃/分のレートで加熱し、７５０℃に３０分間保持し、室温（すなわち、約２５℃）まで炉レートで冷却することで、熱処理することができる。しかし、本明細書では別の温度ランピングレート及び最高加熱温度を考えることができる。一実施形態において、多層被覆は、オーブンまたは焼成炉のような、加熱装置内で高温にさらすことによって熱処理される。別の実施形態において、多層被覆は、成形されているガラスとの直接の接触のような、高温のガラスに直接さらすことによって熱処理され得る。
【実施例】
【００３２】
本明細書に説明されるガラス成形金型のための被覆の実施形態は、以下の実施例によってさらに明解になるであろう。実施例は本質的に説明のためであり、本開示の主題を限定すると解されるべきではない。
【００３３】
実施例１
交互する富Ｔｉ層及び富Ａｌ層の構造を有する、高耐熱性及び硬度が優れた拡散バリア層を形成するＴｉＡｌＮの緻密な超格子を、Ｔｉ：Ａｌ比が約１：１のターゲットを３つ及びＴｉ：Ａｌ比が約１：１より小さいターゲットを１つ用いて、金型上に被着した。超格子被覆厚は約３００ｎｍから約２０００ｎｍであった。被着の終了直前に、富Ａｌターゲットからの被着を停止して、約５０ｎｍから約３００ｎｍの厚さを有する、５０〜５００ｎｍ厚の富Ｔｉ層を被着した。この上層のＴｉ/Ａｌ原子比は約０.７と１.２の間であった。次いで金型を、２０℃から７５０℃まで２℃/分のレートで加熱し、７５０℃に３０分間保持し、室温まで炉レートで冷却することで、熱処理した。この熱処理は、ガラスとの反応に先立つ一層深い酸化を助長し、金型の熱放射率を安定化した。
【００３４】
実施例２
拡散バリア層を形成するために、Ｔｉ：Ａｌ比が約１：１のターゲットを３つ及びＴｉ：Ａｌ比が約１：１より小さいターゲットを１つ用いて、ＴｉＡｌＮの緻密な超格子を被着した。この超格子の被覆厚は約３００ｎｍから約２０００ｎｍであった。被着の終了直前に、ＴｉＡｌＮ／ＴｉＡｌ分布遷移層を形成するため、ＴｉＡｌＮの最終段階中にＮ２を徐々に少なくした。遷移層厚は約３０ｎｍから約１５０ｎｍであった。分布遷移層により、非化学量論的Ｎ含有ＴｉＡｌＮ被覆が得られた。Ｎの存在は、酸化後に、よく混合された酸化チタンと酸化アルミニウムを形成するＴｉＡｌ合金と比較して、酸化物上面の酸化アルミニウム優勢鱗片形成を助長した。よって、Ｎを減じることにより、酸化チタンに富んでいるかまたはよく混合された酸化チタンと酸化アルミニウムの上層の形成が助長された。遷移層への窒素の導入は、被覆内の応力を低減し、高温安定性を向上させた。Ｎａ２Ｏ透過性酸化物層の厚さを大きくするために、分布型層の上面にＴｉＡｌ層を０ｎｍから２０００ｎｍの厚さでさらにスパッタした。次いで金型を、２０℃から７５０℃まで２℃/分のレートで加熱し、７５０℃に３０分間保持し、室温まで炉レートで冷却することで、熱処理した。この熱処理は、ガラスとの反応に先立つ一層深い酸化を助長し、金型の熱放射率を安定化した。
【００３５】
実施例３
接着層を形成するために、卑金属金型上に３０ｎｍ〜３００ｎｍ厚ＴｉＡｌ被覆を被着した。この被覆の上面に、１００ｎｍから３００ｎｍの厚さを有する、ＴｉＡｌＮ層を被着した。次いで、遷移層を形成するために、３０〜３００ｎｍの厚さを有する、窒素漸減ＴｉＡｌ層を被着し、続いてガラス接触層として３０〜２０００ｎｍ厚ＴｉＡｌ層を被着した。次いで金型を、２０℃から７５０℃まで２℃/分のレートで加熱し、７５０℃に３０分間保持し、室温まで炉レートで冷却することで、熱処理した。この熱処理は、ガラスとの反応に先立つ一層深い酸化を助長し、金型の熱放射率を安定化した。
【００３６】
本明細書に開示される被覆が、金型とガラスの間の固着を低減し、よって、汚れ、孔食及びスカッフィングのような、成形されたガラスの外観欠陥を低減するかまたは完全に排除するという利点を提供し得ることが、今では了解されるはずである。本明細書に説明される被覆は高められた耐久性も有することができ、被覆を剥ぎ取って金型に再度施さなければならなくなる前に、少なくとも５００サイクルまで金型寿命を延ばすことを可能にし得る。
【００３７】
用語「実質的に」及び「約」が、いかなる量的比較、値、測定値またはその他の表現にも帰因させ得る本質的な不確定性の度合いを表すために、本明細書に用いられ得ることに注意されたい。これらの用語は、量的表現が論じられている主題の基本機能に変化を生じさせずに言明された基準から変わり得る度合いを表すためにも、本明細書で用いられる。
【００３８】
特許請求される主題の範囲を逸脱することなく、本明細書に説明される実施形態に様々な改変及び変形がなされ得る。したがって、本明細書に説明される実施形態の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【符号の説明】
【００３９】
１００    ガラス成形用被覆金型
１１０    多層被覆
１１２    ガラス接触層
１１４    遷移層
１１６    拡散バリア層
１１８    接着層
１２０    金型本体
１２２    成形面
１２４    ガラス接触面
【図１】
0006388453.tif 000002
【図２】
0006388453.tif 000003