(57)【要約】【課題】  ガラス成形型のセラミック層と金属層の間の接着性を改善することを目的とする。【解決手段】  ガラス成形型は、成形コア２と、成形コア２上に形成された保護構造３、４とを含み、保護構造は、第１のセラミック層３１１、４１２、セラミック層３１１、４１２上に形成されセラミック材料及び金属材料を含む組成を有する緩衝層３１２、４１１、４１３、並びに、緩衝層３１２、４１１、４１３上に形成された金属層３１３、４１４を含む。緩衝層３１２、４１１、４１３は、セラミック層３１１、４１２から金属層３１３、４１４へ向かう方向に徐々に減少するセラミック濃度勾配と、セラミック層３１１、４１２から金属層３１３、４１４へ向かう方向に徐々に増加する金属濃度勾配とを有する。【選択図】      図２ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形コア２と、
前記成形コア２上に形成され、
前記成形コア２上に形成される第１のセラミック層３１１、
前記第１のセラミック層３１１上に形成され第１のセラミック材料及び第１の金属材料を含む組成を有する第１の緩衝層３１２、及び、
前記第１の緩衝層３１２上に形成された第１の金属層３１３を含む、第１の保護構造３とを含み、
前記第１の緩衝層３１２は前記第１のセラミック層３１１から前記第１の金属層３１３へ向かう方向に徐々に減少するセラミック濃度勾配と、前記第１のセラミック層３１１から前記第１の金属層３１３へ向かう方向に徐々に増加する金属濃度勾配とを有することを特徴とする、ガラス成形型。
【請求項２】
前記ガラス成形型は、前記第１の保護構造３の前記第１の金属層３１３上に形成され第２のセラミック材料及び第２の金属材料を含む組成を有する第２の緩衝層４１１と、
前記第２の緩衝層４１１上に形成された第２のセラミック層４１２と、
前記第２のセラミック層４１２上に形成され第３セラミック材料及び第３の金属材料を含む組成を有する第３の緩衝層４１３と、
前記第３の緩衝層４１３上に形成された第２の金属層４１４とを含む、第２の保護構造４を更に含み、
前記第２の緩衝層４１１は、前記第１の保護構造３の前記第１の金属層３１３から前記第２の保護構造４の前記第２のセラミック層４１２へ向かう方向に徐々に増加するセラミック濃度勾配と、第１の保護構造３の第１の金属層３１３から第２の保護構造４の第２のセラミック層４１２へ向かう方向に徐々に減少する金属濃度勾配とを有し、
前記第３の緩衝層４１３は、第２のセラミック層４１２から第２の金属層４１４へ向かう方向に徐々に減少するセラミック濃度勾配と、第２のセラミック層４１２から第２の金属層４１４へ向かう方向に徐々に増加する金属濃度勾配とを有することを特徴とする、請求項１記載のガラス成形型。
【請求項３】
第１のセラミック層３１１及び前記第１のセラミック材料は、窒化物、炭化物、及びホウ化物からなる群から選択される化合物から作られることを特徴とする、請求項１記載のガラス成形型。
【請求項４】
前記窒化物は、窒化クロムチタン（ＴｉＣｒＮ）、窒化アルミニウムチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる群から選択されることを特徴とする、請求項３記載のガラス成形型。
【請求項５】
前記炭化物は、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化クロム（Ｃｒ3Ｃ2）、炭化ジルコン（ＺｒＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ），及び炭化タンタル（ＴａＣ）からなる群から選択されることを特徴とする、請求項３記載のガラス成形型。
【請求項６】
前記第１の金属材料及び前記第１の金属層３１３の夫々は、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、プラチナ（Ｐｔ）、オスミウム（Ｏｓ）、及びこれらの合金からなる群から選択される貴金属から作られることを特徴とする、請求項１記載のガラス成形型。
【請求項７】
前記第１の金属材料及び前記第１の金属層３１３は夫々、イリジウム（Ｉｒ）及びレニウム（Ｒｅ）の合金から作られることを特徴とする、請求項６記載のガラス成形型。
【請求項８】
前記第１の金属材料及び前記第１の金属層３１３は夫々、イリジウム（Ｉｒ）及びルテニウム（Ｒｕ）の合金から作られることを特徴とする、請求項６記載のガラス成形型。
【請求項９】
前記第１の金属層３１３は、タンタル（Ｔａ）、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及びマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択される更なる元素を更に含むことを特徴とする、請求項１記載のガラス成形型。
【請求項１０】
前記元素はタンタル（Ｔａ）であることを特徴とする、請求項９記載のガラス成形型。
【請求項１１】
前記第２のセラミック材料、前記第２のセラミック層４１２、及び前記第３のセラミック材料は夫々、窒化物、炭化物、及びホウ化物からなる群から選択される化合物から作られることを特徴とする、請求項２記載のガラス成形型。
【請求項１２】
前記窒化物は、窒化クロムチタン（ＴｉＣｒＮ）、窒化アルミニウムチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１１記載のガラス成形型。
【請求項１３】
前記炭化物は、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化クロム（Ｃｒ3Ｃ2）、炭化ジルコン（ＺｒＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ），及び炭化タンタル（ＴａＣ）からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１１記載のガラス成形型。
【請求項１４】
前記第２の金属材料、前記第２の金属層４１４、及び、前記第３の金属材料は夫々、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、プラチナ（Ｐｔ）、オスミウム（Ｏｓ）、及びこれらの合金からなる群から選択される貴金属から作られることを特徴とする、請求項２記載のガラス成形型。
【請求項１５】
前記第２の金属材料、前記第２の金属層４１４、及び、前記第３の金属材料は夫々、イリジウム（Ｉｒ）及びレニウム（Ｒｅ）の合金からなることを特徴とする、請求項１４記載のガラス成形型。
【請求項１６】
前記第２の金属材料、前記第２の金属層４１４、及び、前記第３の金属材料は夫々、イリジウム（Ｉｒ）及びルテニウム（Ｒｕ）の合金からなることを特徴とする、請求項１４記載のガラス成形型。
【請求項１７】
前記第２の金属層４１４は、タンタル（Ｔａ）、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及びマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択される更なる元素を含みうることを特徴とする、請求項２記載のガラス成形型。
【請求項１８】
前記元素はタンタル（Ｔａ）であることを特徴とする、請求項１７記載のガラス成形型。
【請求項１９】
前記第１及び第２のセラミック層３１１、４１２、前記第１、第２、及び第３の緩衝層３１２、４１１、４１３、並びに、前記第１及び第２の金属層３１３、４１４の夫々は、１０ｎｍ乃至３０ｎｍの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項２記載のガラス成形型。
【請求項２０】
前記ガラス成形型は、前記第１の保護構造３上に形成された複数の積層された第２の保護構造４を更に含み、各第２の保護構造４は夫々、
第２のセラミック材料及び第２の金属材料を含む組成を有する第２の緩衝層４１１と、
前記第２の緩衝層４１１上に形成された第２のセラミック層４１２と、
前記第２のセラミック層４１２上に形成され第３セラミック材料及び第３の金属材料を含む組成を有する第３の緩衝層４１３と、
前記第３の緩衝層４１３上に形成された第２の金属層４１４とを含み、
前記第２の緩衝層４１１は、前記第１の保護構造３の前記第１の金属層３１３から前記第２の保護構造４の前記第２のセラミック層４１２へ向かう方向に徐々に増加するセラミック濃度勾配と、第１の保護構造３の第１の金属層３１３から第２の保護構造４の第２のセラミック層４１２へ向かう方向に徐々に減少する金属濃度勾配とを有し、
前記第３の緩衝層４１３は、第２のセラミック層４１２から第２の金属層４１４へ向かう方向に徐々に減少するセラミック濃度勾配と、第２のセラミック層４１２から第２の金属層４１４へ向かう方向に徐々に増加する金属濃度勾配とを有し、
前記第１の保護構造３及び前記複数の積層された第２の保護構造４は１μｍよりも小さい全体厚さを有することを特徴とする、請求項１記載のガラス成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２００４年１月７日出願の台湾特許出願第０９３１００３４５号に基づいて優先権を主張する。
【０００２】
［発明の属する技術分野］
本発明は、成形コア及び保護構造を含むガラス成形型に係り、特に、成形コア及び多層保護構造を含むガラス成形型に関する。
【背景技術】
【０００３】
これまで、ガラス成形コアの分野での問題は、ガラス成形コア用の適切な保護材料が入手可能でなかったことである。ガラス成型コアに保護材料としてメッキされた貴金属の合金膜は、化学的に不活性であり、成形されるべきガラスや成形雰囲気中に存在する活性ガスと反応しにくく、従って、保護材料として理想的な材料である。しかしながら、ガラスの成形が長時間にわたって連続的に行われるとき、合金膜の表面は、粒子の成長により粗くなる傾向がある。従って、このようにして製造される成形ガラスは、所望の光学的な質を満足させることができない。更に、（窒化クロム及び窒化タンタル等の）セラミック膜は、ガラス成型コアの炭化タングステンに対して良い耐熱性と良い接着性を有し、成形されるべきガラス及び成形雰囲気中に存在する活性ガスと反応する傾向がある。従って、セラミック膜の表面は、変色し、成形されるべきガラスに接着する傾向がある。
【０００４】
図１に示すように、特許文献１は、ガラス成形用の多層モールド１を開示する。多層モールド１は、炭化タングステンから作られる基板１１と、基板１１の表面上に形成される多層膜１２とを含む。多層膜１２は、窒化チタンから作られる複数のセラミック層と、プラチナ・イリジウム合金から作られる複数の金属層とを含む。セラミック層と金属層は交互に積層される。基板１に直接つながっている層はセラミック層である必要がある。
【０００５】
金属層の粒子成長、セラミック層の変色、及び、ガラスへのセラミック層の接着は、上述の特許文献１に記載されるようなモールド１を用いて防止されうるが、金属層とセラミック層の間の表面の性質の差が大きいため各セラミック層と隣接する金属層の間の接着性は低い。従って、セラミック層と金属層の間の接着性をどのように改善するかが、ガラス成形コアの技術分野において早急に要求されている。
【特許文献１】特開平０５−２９４６４２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明は、上述の従来技術の不利点を克服するガラス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】
【０００７】
本発明によれば、ガラス成形型は、成形コアと、成形コア上に形成された保護構造とを含み、保護構造は、成形コア上に形成されるセラミック層と、セラミック層上に形成されセラミック材料及び金属材料を含む組成を有する緩衝層と、緩衝層上に形成される金属層とを含む。緩衝層は、セラミック層から金属層へ向かう方向に徐々に減少するセラミック濃度勾配と、セラミック層から金属層へ向かう方向に徐々に増加する金属濃度勾配とを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の他の特徴及び利点については、添付の図面を参照して、本発明の望ましい実施例の以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【０００９】
図２及び図３を参照するに、本発明によるガラス成形型の望ましい実施例は、炭化タングステンからなる成形コア２と、成形コア２上に形成される第１の保護構造３とを含み、第１の保護構造３は、成形コア２上に形成される第１のセラミック層３１１と、第１のセラミック層３１１上に形成され、第１のセラミック材料及び第１の金属材料を含む組成を有する第１の緩衝層３１２と、第１の緩衝層３１２上に形成される第１の金属層３１３とを含む。第１の緩衝層３１２は、第１のセラミック層３１１から第１の金属層３１３へ向かう方向に徐々に減少するセラミック濃度勾配と、第１のセラミック層３１１から第１の金属層３１３へ向かう方向に徐々に増加する金属濃度勾配とを有する。
【００１０】
望ましくは、本実施例のガラス成形型は、第１の保護構造３の第１の金属層３１３上に形成され第２のセラミック材料及び第２の金属材料を含む組成を有する第２の緩衝層４１１と、第２の緩衝層４１１上に形成される第２のセラミック層４１２と、第２のセラミック層４１２上に形成され第３のセラミック材料及び第３の金属材料を含む組成を有する第３の緩衝層４１３と、第３の緩衝層４１３上に形成される第２の金属層４１４とを含む第２の保護構造４を更に含む。第２の緩衝層４１１は、第１の保護構造３の第１の金属層３１３から第２の保護構造４の第２のセラミック層４１２へ向かう方向に徐々に増加するセラミック濃度勾配と、第１の保護構造３の第１の金属層３１３から第２の保護構造４の第２のセラミック層４１２へ向かう方向に徐々に減少する金属濃度勾配とを有する。第３の
緩衝層４１３は、第２のセラミック層４１２から第２の金属層４１４へ向かう方向に徐々に減少するセラミック濃度勾配と、第２のセラミック層４１２から第２の金属層４１４へ向かう方向に徐々に増加する金属濃度勾配とを有する。
【００１１】
本実施例では、第１、第２、及び第３のセラミック材料、並びに、第１及び第２のセラミック層３１１、４１２は、窒化物、炭化物、及びホウ化物からなる群から選択される化合物から作られる。望ましくは、窒化物は、窒化クロムチタン（ＴｉＣｒＮ）、窒化アルミニウムチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる群から選択される。望ましくは、炭化物は、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化クロム（Ｃｒ3Ｃ2）、炭化ジルコン（ＺｒＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ），及び炭化タンタル（ＴａＣ）からなる群から選択される。
【００１２】
更に、本実施例では、第１、第２、及び第３の金属材料、並びに、第１及び第２の金属層３１３、４１４は夫々、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、プラチナ（Ｐｔ）、オスミウム（Ｏｓ）、及びこれらの合金からなる群から選択される貴金属から作られる。望ましくは、第１、第２、及び第３の金属材料、並びに、第１及び第２の金属層３１３、４１４は夫々、イリジウム（Ｉｒ）及びレニウム（Ｒｅ）の合金からなる。或いは、第１、第２、及び第３の金属材料、並びに、第２の金属層３１３、４１４は夫々、イリジウム（Ｉｒ）及びルテニウム（Ｒｕ）の合金からなる。
【００１３】
他の面では、第１の保護構造３の第１の金属層３１３及び第２の保護構造４の第２の金属層４１４の夫々は、高い融点を有し、タンタル（Ｔａ）、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、及びマンガン（Ｍｎ）からなる群から選択される更なる元素を含有しうる。望ましくは、元素はタンタル（Ｔａ）である。各第１及び第２の金属層３１３、４１４の粒界における粒子の成長は、これらの金属層３１３、４１４に高い融点の元素を含めることによって抑制されうる。
【００１４】
本発明のガラス成形型は、図２に最も良く示されるように複数の第２の保護構造４を含みうる。望ましくは、本発明のガラス成形型は、６層乃至２０層の第２の保護構造４を含む。第１及び第２のセラミック層３１１、４１２、第１、第２、及び第３の緩衝層３１２、４１１、４１３、並びに、第１及び第２の金属層３１３、４１４は夫々、１０ｎｍ乃至３０ｎｍの範囲の厚さを有する。ガラス成形型の構造的な特徴、並びに、セラミック及び金属濃度勾配について、以下の例を参照して詳述する。
【実施例】
【００１５】
［例１］
本例では、成形コア２はＷＣから作られ、第１のセラミック層３１１はＴｉＣｒＮ層であり、第１の金属層３１３はＩｒ−Ｒｅ層である。第１の緩衝層３１２は、第１のセラミック層３１１から第１の金属層３１３へ向かう方向に徐々に減少するＴｉＣｒＮ濃度勾配と、第１のセラミック層３１１から第１の金属層３１３へ向かう方向に徐々に増加するＩｒ−Ｒｅ濃度勾配とを有する。
【００１６】
第２のセラミック層４１２は、ＴｉＣｒＮ層である。第２の金属層４１４は、Ｉｒ−Ｒｅ層である。第２の緩衝層４１１は、第１の保護構造３の第１の金属層３１３から第２の保護構造４の第２のセラミック層４１２へ向かう方向に徐々に増加するＴｉＣｒＮ濃度勾配と、第１の保護構造３の第１の金属層３１３から第２の保護構造４の第２のセラミック層４１２へ向かう方向に徐々に減少するＩｒ−Ｒｅ濃度勾配とを有する。第３の緩衝層４１３は、第２のセラミック層４１２から第２の金属層４１４へ向かう方向に徐々に減少するＴｉＣｒＮ濃度勾配と、第２のセラミック層４１２から第２の金属層４１４へ向かう方向に徐々に増加する金属濃度勾配とを有する。
【００１７】
第１、第２、及び第３の緩衝層３１２、４１１、４１３の夫々は、同時スパッタリング技術によって準備される。スパッタリング中、陰極上に配置されたセラミックターゲット及び金属ターゲットに対するパワーは、第１及び第３の緩衝層３１２、４１３（図４に示す）と第２の緩衝層４１１（図５に示す）の中にセラミック濃度勾配及び金属濃度勾配を形成するよう調整される。夫々の金属層３１３、４１４へのセラミック層３１１、４１２の接着は、第１、第２、及び第３の緩衝層３１２、４１１、４１３を通じてかなり改善されうる。
【００１８】
本例では、第１及び第２のセラミック層３１１、４１２、第１、第２、及び第３の緩衝層３１２、４１１、４１３、並びに、第１及び第２の金属層３１３、４１４の夫々の厚さは、約１０乃至３０ｎｍの範囲である。第１及び第２の保護構造３、４の全体の厚さは、望ましくは１μｍよりも小さい。従って、このようにして第１及び第２の金属層３１３、４１４の内部で得られる粒子の大きさは、核生成が生ずるのを防止するほど小さいものでありえ、従って、その中での粒子の成長を抑制し、Ｉｒ−Ｒｅ層３１３、４１４の金属表面の粗面化を防止する。
【００１９】
［例２］
本例で準備されるガラス成形型は、例１のものと同様であるが、第１及び第２のセラミック層３１１、４１２、並びに、第１、第２、及び第３のセラミック材料がＴｉＣから作られ、また、第１及び第２の金属層３１３、４１４、並びに、第１、第２、及び第３の金属材料がＩｒ−Ｒｕから作られる点で異なる。
【００２０】
［例３］
本例で準備されるガラス成形型は、例１のものと同様であるが、第１及び第２のセラミック層３１１、４１２、並びに、第１、第２、及び第３のセラミック材料がＴｉＣから作られ、また、第１及び第２の金属層３１３、４１４、並びに、第１、第２、及び第３の金属材料がＩｒ−Ｒｅ−Ｔａから作られる点で異なる。
【００２１】
上述のように、第１及び第２の金属層３１３、４１４の夫々の粒界での粒子の成長は、第１及び第２の金属層３１３、４１４に追加的な融点の高い元素Ｔａを含めることによって抑制されうる。
【００２２】
上述のことから、本発明によるガラス成形型は、以下の特有の機能及び性質を有することがわかる。
【００２３】
（１）各第１及び第２の金属層３１３、４１４への第１及び第２のセラミック層３１１、４１２の接着は、緩衝層３１２、４１１、４１３を通じてかなり改善される。
【００２４】
（２）第１及び第２のセラミック層３１１、４１２、第１、第２、及び第３の緩衝層３１２、４１１、４１３、並びに、第１及び第２の金属層３１３、４１４の夫々の厚さは、１０乃至３０ｎｍの範囲内で調整されるため、第１及び第２の金属層３１３、４１４の内部の粒子の大きさは、その中での粒子の成長を抑制するよう、また、第１及び第２の金属層３１３、４１４の面の粗面化を防止するよう、望ましくない核生成に必要な大きさよりも小さい。
【００２５】
（３）セラミック層３１１、４１２は、摩耗及び熱的な衝撃に耐えるのに十分な硬さを与え、従ってガラス成形型の耐用年数を長くする。
【００２６】
本発明について、最も実用的で望ましいと考えられる実施例に関連して説明したが、本発明は開示される実施例に限られるものではなく、最も広義の解釈と同等の配置の趣旨と範囲内に含まれる様々な配置を網羅することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ガラス成形用の従来の成形コアを示す側面図である。
【図２】本発明によるガラス成形型の望ましい実施例を示す部分側面図である。
【図３】ガラス成形型中に含まれる第２の保護構造を示す図２に示すガラス成形型の部分拡大図である。
【図４】同時スパッタリング中の図２に示すガラス成形型の第１の緩衝層のセラミック濃度勾配及び金属濃度勾配の変化を示すグラフである。
【図５】同時スパッタリング中の図２に示すガラス成形型の第２の緩衝層のセラミック濃度勾配及び金属濃度勾配の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
２      成形コア
３      第１の保護構造
４      第２の保護構造
３１１  第１のセラミック層
３１２  第１の緩衝層
３１３  第１の金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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