(57)【要約】【課題】  離型性、耐久性に優れ、しかも貴金属膜あるいはその合金膜に比して材料コストを低減することができるガラス成形型、その製造方法を提供する。【解決手段】  本発明のガラス成形型は、型本体１と、前記型本体１に積層された被覆層３を備え、前記被覆層３に成形面Ｓが形成され、前記被覆層３の成形面Ｓを含む表層部２に貴金属元素が２０〜４０at％含有されたものである。前記被覆層３は必ずしも必要ではなく、型本体１に直接成形面Ｓを形成し、この成形面を含む表層部に所定量の貴金属元素を含有するようにしてもよい。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融したガラスを成形するガラス成形型であって、成形面が形成された型本体を備え、前記成形面を含む表層部に貴金属元素が２０〜４０at％含有されたガラス成形型。
【請求項２】
前記型本体は超硬材で形成された請求項１に記載したガラス成形型。
【請求項３】
溶融したガラスを成形するガラス成形型であって、型本体と、前記型本体に積層された被覆層を備え、前記被覆層に成形面が形成され、前記成形面を含む被覆層の表層部に貴金属元素が２０〜４０at％含有されたガラス成形型。
【請求項４】
前記被覆層が炭素層あるいは窒化物層で形成された請求項３に記載したガラス成形型。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載したガラス成形型の製造方法であって、
前記型本体に形成された成形面あるいは型本体に積層された被覆層に形成された成形面に貴金属元素をイオン注入し、貴金属元素量が２０〜４０at％の表層部を形成するガラス成形型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密ガラス成形品、例えばガラスレンズを成形するガラス成形型及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラスレンズの好適な製造方法として、ガラス成形型によってプレス成形することが行われている。この方法によると、非球面レンズを容易に多量生産することができ、また離型性の良好なガラス成形型を用いることにより、精密研磨加工を軽減ないし省略することができ、製造コストを大幅に削減することができる利点がある。
【０００３】
このようなガラス成形型の型本体は、通常、工具鋼や超硬、超硬合金などの高硬度材によって形成される。溶融ガラスを所望の形態に成形する成形面の離型性、耐久性（型寿命）をより向上させるため、例えば、特公平２−３１０１２号公報（特許文献１）や特開平２−２８３６２７号公報（特許文献２）には、型本体の成形面に炭素膜、非晶質炭素膜を積層形成したものが開示されている。また、特開２００３−２０２４８号公報（特許文献３）には、ガラス成形品の製造方法の発明において、段落００２１に成形型の凹部成形面をグラファイト，ＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン），これらの複合体などの炭素膜、ＡｌＮ，ＴｉＮ等の窒化物膜、またＰｔ−Ａｕ、Ｐｔ−Ｉｒ−Ａｕなどの貴金属合金膜などを被覆形成することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特公平２−３１０１２号公報
【特許文献２】特開平２−２８３６２７号公報
【特許文献３】特開２００３−２０２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガラス成形型の成形面に炭素膜や窒化物膜を被覆形成することにより、ガラス成形品の離型性が向上し、成形面へのガラスの凝着を防止することができるが、成形を繰り返す内に被覆層に部分的剥離や変質が生じるため、耐久性が十分であるとは言えない。また、ＰｔやＡｕなどの貴金属は化学的安定性に優れ、安定した離型性を付与するのに好適な元素であるが、硬度がＨｖ２４０〜３５０度と軟質であるため耐摩耗性に劣り、また材料コストが高い。このため、上記のように合金化して薄膜を形成することが試みられているが、やはり耐久性が不十分で、また材料コストが炭素膜等に比して相当高いという問題がある。
【０００６】
本願発明はかかる問題に鑑みなされたものであり、離型性、耐久性に優れ、しかも貴金属膜あるいはその合金膜に比して材料コストを低減することができるガラス成形型及びそ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】
本発明のガラス成形型は、溶融したガラスを成形するガラス成形型であって、成形面が形成された型本体を備え、前記成形面を含む表層部に貴金属元素が２０〜４０at％含有されたものである。前記ガラス成形型において、前記型本体は超硬材で形成することが好ましい。
このガラス成形型によれば、成形面には型本体を形成する型材に所定量の貴金属元素が付与されるので、型本体が本来有する耐摩耗性を生かしつつ、貴金属元素により優れた離型性が付与され、その結果、耐久性が向上する。また、貴金属元素の使用量も低減することができるので、経済性に優れる。
【０００８】
また、本発明の他のガラス成形型は、溶融したガラスを成形するガラス成形型であって、型本体と、前記型本体に積層された被覆層を備え、前記被覆層に成形面が形成され、前記成形面を含む被覆層の表層部に貴金属元素が２０〜４０at％含有されたものである。このガラス成形型において、前記被覆層は炭素層あるいは窒化物層で形成することが好ましい。
このガラス成形型によれば、成形面には被覆層を形成する被覆材に所定量の貴金属元素が付与されるので、被覆材が本来有する耐摩耗性を生かしつつ、貴金属元素により優れた離型性が付与され、耐久性が向上する。また、貴金属元素の使用量も低減することができるので、経済性に優れる。
【０００９】
前記ガラス成形型は、前記型本体に形成された成形面あるいは型本体に積層された被覆層に形成された成形面に貴金属元素をイオン注入することによって、前記成形面を含む表層部に貴金属元素を２０〜４０at％容易に含有させることができ、生産性に優れる。また、イオン注入によれば、貴金属原子を効率よく成形面を含む表層部に注入することができ、ＰＶＤ法やＣＶＤ法で形成した薄膜と異なり、表層部が基地から剥離し難く、耐久性に優れる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のガラス成形型によれば、型本体あるいは型本体に積層された被覆層を形成する型材あるいは被覆材の耐摩耗性を生かしつつ、所定量の貴金属元素により成形面に優れた離型性を付与することができ、引いては優れた耐久性を得ることができる。また、貴金属元素の使用量も少量で済み、材料コストを低減することができる。また、本発明の製造方法によれば、前記ガラス成形型を容易に製造することができ、生産性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態にかかるガラス成形型を示しており、このガラス成形型は、成形面Ｓを有する型本体１を備え、前記成形面Ｓを含む表層部２には貴金属元素が２０〜４０at％含有されている。貴金属元素の中でも、特にＰｔおよびＡｕは耐酸化性に優れ、溶融ガラスとの濡れ性も小さいため好ましい。
【００１２】
前記型本体１は、ＳＫＳ材、ＳＫＤ材、ＳＫＴ材などの金型用工具鋼のほか、ＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系の超硬あるいは超硬合金（両者を併せて超硬材という。）、ＳｉＣなどのセラミックス材など、耐摩耗性に優れた高硬度材によって形成される。これらの中でも、Ｈｖ１５００程度以上の高硬度材が好ましく、特に超硬材は硬度がＨｖ１６００程度あり、耐摩耗性に優れ、ガラスに対する離型性も比較的良好であり、さらに焼結法により所望の形態の部材を容易に得ることができるため好ましい。
【００１３】
前記表層部２は、型本体１の成形部に形成された成形面Ｓから貴金属元素がイオン注入法により注入され、貴金属元素量が４０〜２０at％とされた領域である。イオン注入法によると、表面に型本体１を形成する基材が露呈し、最表面近傍から深さ方向に沿って注入元素量が高濃度から低濃度に傾斜した濃度分布が得られる。なお、前記表層部２に隣接して深さ方向に貴金属元素量が２０at％未満の領域が存在するが、図示省略されている。
【００１４】
前記表層部２には貴金属元素が４０〜２０at％含有しており、この層内であればガラス成形を繰り返すことにより表面（成形面）が摩耗しても、新たに現れた表面（成形面）における貴金属元素量は常に前記所定範囲内にあり、成形面に型本体１が本来有する耐摩耗性を発現させつつ、貴金属元素により優れた離型性を付与することができる。
【００１５】
前記表層部２における貴金属元素量が２０at％未満では貴金属元素による離型性向上作用が不足し、一方４０at％超では基材の耐摩耗性が十分に発現し難くなり、耐久性の向上効果が低下する。また、イオン注入法では注入量を増やしても５０at％が限度であり、表面濃度を４０at％超にするには処理時間が増大し、生産性が低下するようになる。このため、表層部２における貴金属元素量の下限を２０at％、好ましくは２５at％とし、一方その上限を４０at％、好ましくは３５at％とする。なお、イオン注入は、通常、加速電圧：２０〜８０ｋＶ、注入量：０．５〜５×１×１０17ions／cm2 程度で行われる。
【００１６】
ここで、第１実施形態のガラス成形型の具体例について説明する。
ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金によって形成された型本体を準備し、その成形部に成形面として直径１０mmの凹面を鏡面に加工した。この成形型の成形面に注入イオン種としてＰｔをイオン注入した。注入条件は加速電圧を４０ｋＶとし、注入量を１×１０17ions／cm2 とした。得られた成形型の成形面におけるＰｔ量を測定したところ３５at％であった。また、その表面硬度を測定したところＨｖ１６００程度であり、Ｐｔの注入前後で表面硬度はほとんど変化していなかった。
イオン注入した成形型、イオン注入しなかった成形型を用いて、硼酸塩系溶融ガラスを成形温度６００℃程度、成形圧力１５Ｎ／mm2 程度でプレス成形した。その結果、イオン注入したものでは１０００ショットまでガラスの凝着は発生しなかったが、イオン注入しなかった成形型では２０ショット程度でガラスの凝着が発生した。
【００１７】
次に、第２実施形態にかかるガラス成形型を図２を参照して説明する。
このガラス成形型は、型本体１と、この型本体１の成形部に積層された被覆層３とを備え、前記被覆層３の表面に成形面Ｓが形成されている。さらに、前記被覆層３の成形面Ｓを含む表層部２にはイオン注入により注入された貴金属元素が２０〜４０at％含まれている。前記貴金属元素としては、第１実施例と同様、ＰｔやＡｕが好ましい。
【００１８】
前記型本体１を形成する材料としては、第１実施形態と同様、金型用工具鋼、超硬材、セラミックス材などの各種高硬度材を用いることができる。前記被覆層３としては、グラファイトやＤＬＣ（ダイヤモンド状カーボン）あるいはこれらの複合物で形成された炭素膜、ＢＮ，ＴｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4，ＴｉＡｌＮなどの窒化物膜を用いることができる。特に、耐摩耗性、離型性に優れた硬質炭素膜（ＤＬＣ膜）が好ましい。前記被覆層の膜厚は、通常、０．２〜０．５μm 程度でよく、ＰＶＤ法やＣＶＤ法によって形成される。
【００１９】
前記被覆層３の表層部２にはイオン注入により貴金属元素が２０〜４０at％含有されているので、被覆層の有する耐摩耗性を生かしつつ、さらに離型性を向上させることができ、引いては優れた耐久性が得られる。なお、ＤＬＣ膜の表面硬度はＨｖ１５００〜３４００程度であるが、これに貴金属元素を２０〜４０at％注入しても表面硬度はほとんど変わらないことが本発明者によって確認されている。
【００２０】
ここで、実際にＤＬＣ膜にＰｔをイオン注入したときの深さ方向における元素の分布状態について説明する。Ｐｔの注入条件は、加圧電圧４０ｋＶ、注入量１×１０17ions／cm2 とした。
図３は測定結果であり、横軸は試料表面をエッチングによって除去した際のエッチング時間を示す。エッチング時間は表面からその時間に対応したエッチング深さを示しており、８０ｓが３００Åに対応する。図３より、試料の最表面から数十ÅのところでＰｔ濃度は４０at％とピークを示し、８０ｓ（３００Å）程度までは２０at％のＰｔが存在することが分かる。
【００２１】
次に、第２実施形態のガラス成形型の具体例について説明する。
前記第１実施形態の具体例と同様、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金によって形成された型本体を準備し、その成形部の表面に直径１０mmの凹面を鏡面に加工し、さらにその凹面の上にＰＶＤにより膜厚０．５μm のＤＬＣ膜（表面硬度Ｈｖ２０００）を積層形成した。この成形型の凹面（成形面）にＰｔをイオン注入した。注入条件は加速電圧を４０ｋＶとし、注入量を１×１０17ions／cm2 とした。
イオン注入した成形型、イオン注入しなかった成形型を用いて、硼酸塩系溶融ガラスを成形温度６００℃程度、成形圧力１５Ｎ／mm2 程度、成形雰囲気：不活性ガス（Ａｒガス）でプレス成形した。その結果、イオン注入したものでは１０００ショットまでガラスの凝着は発生しなかったが、イオン注入しなかった成形型では数十ショットでガラスの凝着が発生した。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態にかかるガラス成形型の要部断面図である。
【図２】第１実施形態にかかるガラス成形型の要部断面図である。
【図３】イオン注入した試料のエッチング時間（表面からの深さ位置に対応）と元素含有量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１  型本体
２  表層部
３  被覆層
Ｓ  成形面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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