(57)【要約】【課題】所定の微細凹凸構造を有し高い偏芯精度を有する金型を製造する。【解決手段】金型の製造方法において、所定の微細凹凸構造１２を有する母型１３と当該母型１３から電鋳型１４を作成する作成工程と、母型１３と裏打ち部材１７とを母型１３の側面１１ａを基準として芯出しする芯出し工程と、電鋳型１４と裏打ち部材１７とを固定する固定工程とを有する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の製造方法において、
所定形状の転写パターンを有する母型と当該母型から電鋳型を作成する作成工程と、
前記母型と裏打ち部材とを前記母型の外形面を基準として芯出しする芯出し工程と、
前記電鋳型と前記裏打ち部材とを固定する固定工程と、を有する
ことを特徴とする金型の製造方法。
【請求項２】
前記芯出し工程は、
前記母型が嵌合される第１の孔の中心軸と、前記裏打ち部材が嵌合される第２の孔の中心軸と、が一致する芯出し治具を用いて前記母型と前記裏打ち部材の芯出しを行う
ことを特徴とする請求項１に記載の金型の製造方法。
【請求項３】
前記芯出し治具は、
前記第１の孔を有する第１の芯出し治具と、
前記第２の孔を有する第２の芯出し治具と、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の金型の製造方法。
【請求項４】
前記母型の外形面を基準として位置出し面を加工する加工工程を有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金型の製造方法。
【請求項５】
前記電鋳型の先端側の表面が曲面である
ことを特徴とする請求項１に記載の金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を成形するための金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子の光学面に対応した母光学面を有する母型に対し、電鋳を成長させることで金型を製作しようとする試みがある。この電鋳による手段を用いると、精度のよい母型を１個用意するだけで、寸法ばらつきの少ない金型を容易に製造することができる。
【０００３】
従来、このような金型の製造技術として、例えば特許文献１に記載の技術が公知である。この特許文献１によれば、電鋳部材に裏打ち部材との位置決め部としてのピン孔及びネジ孔を形成し、この位置決め部を用いて裏打ち部材と一体化することで可動コアを形成する点が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、所定のパターンを形成した母型の周囲に電鋳を成長させ、次に、母型から金型を取外し、取り外した金型の転写パターンに基づいて金型を加工する技術が開示されている。また、この金型を摺動部材と組み合わせて可動コアを形成し、この際、金型の中心を光軸と同心に形成している。
【特許文献１】特開２００４−４３９５１号公報
【特許文献２】特許第３９２５６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、電鋳部材に形成する位置決め部を、母光学面の光軸と同軸に芯出しするのは容易なことではない。
すなわち、電極部材の外周面を加工した後、この外周面と同軸に電鋳部材の外周面を加工し、この外周面を基準として位置決め部としてのピン孔を形成しなければならないからである。
【０００６】
また、特許文献２では、金型の中心を光軸と一致させるのに、レーザ光を金型の転写面に照射し、その反射光を撮像素子で検出し、その検出信号をＣＰＵ（中央演算処理装置）に入力して調整している。このため、工数が増大する。
【０００７】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、所定の転写パターンを有し高い偏芯精度を有する金型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】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
金型の製造方法において、
所定形状の転写パターンを有する母型と当該母型から電鋳型を作成する作成工程と、前記母型と裏打ち部材とを前記母型の外形面を基準として芯出しする芯出し工程と、前記電鋳型と前記裏打ち部材とを固定する固定工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の金型の製造方法において、
前記芯出し工程は、前記母型が嵌合される第１の孔の中心軸と、前記裏打ち部材が嵌合される第２の孔の中心軸と、が一致する芯出し治具を用いて前記母型と前記裏打ち部材の芯出しを行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、
前記芯出し治具は、請求項２に記載の金型の製造方法において、
前記第１の孔を有する第１の芯出し治具と、前記第２の孔を有する第２の芯出し治具と、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の金型の製造方法において、
前記母型の外形面を基準として位置出し面を加工する加工工程を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載の金型の製造方法において、
前記電鋳型の先端側の表面が曲面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所定の転写パターンを有し高い偏芯精度を有する金型を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１（ａ）は母型部材の外観図、（ｂ）はその断面図である。また、図２は、母型部材に転写パターンが形成された状態の断面図、図３は、転写パターンが形成された母型に金属を析出させてできた電鋳型の断面図である。
【００１５】
図１に示すように、軸方向に所定の長さＬを有する円柱状の母型部材１１を準備する。この母型部材１１は、例えばアルミニウムからなる。ただし、材質はこれに限らず、通電可能部材であればよい。
【００１６】
この母型部材１１に対し、その側面（外形面）１１ａを基準として端面１１ｂが垂直となるように機械加工を行う。ここでは、側面１１ａに対する端面１１ｂの垂直度が０．００５ｍｍ以内となるようにする。
【００１７】
次いで、図２に示すように、この端面１１ｂに所定形状の転写パターンとしての微細凹凸構造１２を形成する。この微細凹凸構造１２は、陽極酸化法などで形成することができる。さらに、この微細凹凸構造１２の表面に導電化処理としてニッケル膜（図示せず）をスパッタリング法により生成する。
【００１８】
また、本実施の形態では、微細凹凸構造１２を拡大して示すことで理解を容易にしている。
なお、本実施の形態では、転写パターンとして平面に微細凹凸構造１２を形成した場合を例として説明するが、これに限らない。例えば、球面、非球面、自由曲面などの曲面に微細凹凸構造１２を形成してもよいし、また、微細凹凸構造以外の他の構造であってもよい。
【００１９】
こうして、母型部材１１に微細凹凸構造１２（さらに微細凹凸構造１２を覆うニッケル膜を有する）が一体的に形成された転写パターンのある母型１３が形成される。
さらに、図３に示すような電鋳型１４を作製する。
【００２０】
転写パターンのある母型１３の表面を電鋳浴に浸して、ニッケルなどの金属を析出させて、先端部に転写パターンが反転して転写された電鋳型１４を作製する。
この電鋳浴は、スルファミン酸ニッケルを主として、陰極に転写パターンのある母型１３を取り付け、陽極にはニッケルなどの陽極板を設置する。スルファミン酸ニッケルメッ
キは、他の光沢ニッケルメッキ等と比較すると内部応力が極めて小さいのが特徴である。次いで、陰極と陽極間に電流を流す。この場合、電流値や陽極及び陰極間の距離、ならびに時間を最適化して電鋳型１４の厚みを制御する。この電鋳型１４の厚さＴは、例えばＴ＝数ｍｍとするのが好ましい。
【００２１】
次いで、図４は、電鋳型１４の先端部１４ｄの外径Ｄ１よりも電鋳型１４の基端部１４ｃの外径Ｄ２が小さくなるように段差を設けた状態の断面図である。
図４に示すように、転写パターンのある母型１３の側面（外形面）１１ａを基準として、電鋳型１４の中央基端面１４ａが垂直になるように機械加工を行う。ここでは、例えば側面１１ａに対する中央基端面１４ａの垂直度が０．００５ｍｍ以内となるようにする。
【００２２】
また、この電鋳型１４は、母型１３の微細凹凸構造１２（転写パターン）が反転して転写された先端部１４ｄと、微細凹凸構造１２が転写された面とは反対側に形成され、先端部１４ｄの外径Ｄ１よりも小さい外径Ｄ２を有する円柱状の基端部１４ｃと、を備えるように加工される。
【００２３】
これにより、電鋳型１４の基端面は、中央基端面１４ａとその外側の外側基端面１４ｂとに段差が付いて分かれる。この段差によるスペースすなわち電鋳型１４の基端部１４ｃの側方スペースは、後述する電着部１５が形成され、電鋳型１４と裏打ち部材１７とを電着で固定する工程で利用される。
【００２４】
なお、本実施の形態では、電鋳型１４の基端部１４ｃを円柱状としたが、基端部１４ｃの側方にスペースができれば基端部１４ｃの形状はこれに限らない。
図５は、裏打ち部材１７の断面図である。
【００２５】
この裏打ち部材１７は、後述する第２芯出し治具１９に嵌合する円柱状の基端部１７ｄと、基端部１７ｄの外径Ｄ３よりも小さい外径Ｄ４を有する円柱状の先端部１７ｃと、を備えるように加工される。
【００２６】
これにより、裏打ち部材１７の先端面は、中央先端面１７ａとその外側の外側先端面１７ｂとに段差が付いて分かれる。この段差によるスペースすなわち裏打ち部材１７の先端部１７ｃの側方スペースは、後述する電着部１５が形成され、電鋳型１４と裏打ち部材１７とを電着で固定する工程で利用される。
【００２７】
なお、本実施の形態では、裏打ち部材１７の先端部１７ｃを円柱状としたが、先端部１７ｃの側方にスペースができれば先端部１７ｃの形状はこれに限らない。
また、本実施の形態では、転写パターンが転写される電鋳型１４の先端部１４ｄの外径Ｄ１を裏打ち部材１７の基端部１７ｄの外径Ｄ３よりも大きくしている。
【００２８】
図６は、裏打ち部材１７と電鋳型１４とを接合するときの断面図である。
この工程では、転写パターンのある母型１３の側面１１ａを基準として、転写パターンのある母型１３、電鋳型１４、及び裏打ち部材１７が同軸となるように、第１の芯出し治具１８と第２の芯出し治具１９を用いて芯出しを行う。この状態で、裏打ち部材１７の中央先端面１７ａと電鋳型１４の中央基端面１４ａを接着剤１６で仮接合する。この接着剤１６は、金属同士を接着できるものであればよい。
【００２９】
第１の芯出し治具１８は、有底円筒状をなしていて、内側に大径の孔２０と底部に小径の第１の孔２１とが形成されている。大径の孔２０と小径の第１の孔２１とは連通しており、それぞれの中心軸が一致している。この小径の第１の孔２１に、転写パターンのある母型１３が嵌合される。
【００３０】
第２の芯出し治具１９は、円筒状をなしていて、内側に第２の孔２２が貫通形成されている。この第２の孔２２に裏打ち部材１７が嵌合される。この第２の芯出し治具１９の外面を、大径の孔２０が形成されている部分の第１の芯出し治具１８の内面に嵌合したとき、第２の孔２２と大径の孔２０との中心軸が一致する。そして、第１の芯出し治具１８の第１の孔２１の中心軸Ｏと、第２の芯出し治具１９の第２の孔２２の中心軸Ｏとが、高精度に一致するように形成されている。
【００３１】
これにより、第１の孔２１に嵌合された、転写パターンのある母型１３と一体の電鋳型１４の中央基端面１４ａと、第２の孔２２に嵌合された裏打ち部材１７の中央先端面１７ａとが接着剤１６で仮接合した状態で、母型１３の中心軸Ｏと裏打ち部材１７の中心軸Ｏとは一致する。
【００３２】
なお、この場合の転写パターンのある母型１３と第１の芯出し治具１８との芯出しは、転写パターンのある母型１３の側面１１ａと、第１の孔２１が形成されている部分の第１の芯出し治具１８の内面とで行われる。
【００３３】
また、裏打ち部材１７と第２の芯出し治具１９との芯出しは、裏打ち部材１７の側面と、第２の芯出し治具１９の内面とで行われる。
このように、裏打ち部材１７と電鋳型１４とを接合するには、まず第１の芯出し治具１８の第１の孔２１に、電鋳型１４と一体となっている転写パターンのある母型１３を挿入する。次に、第２の芯出し治具１９を第１の芯出し治具１８に嵌合させ、第２の芯出し治具１９の端面を電鋳型１４の外側基端面１４ｂに当接させる。その後、第２の芯出し治具１９の第２の孔２２に裏打ち部材１７を挿入する。こうして、電鋳型１４の中央基端面１４ａと裏打ち部材１７の中央先端面１７ａとを付き合わせ、接着剤１６で仮接合する。
【００３４】
なお、本実施の形態では、第１の芯出し治具１８と第２の芯出し治具１９を用いて芯出しする場合について説明したが、これに限らない。
例えば、図７のようにしてもよい。この図７は、裏打ち部材１７と電鋳型１４とを接合するときの他の実施の形態の断面図である。
【００３５】
この図７に示すように、転写パターンが転写される電鋳型１４の先端部１４ｄの外径Ｄ５が裏打ち部材１７の基端部１７ｄの外径Ｄ６よりも小さい場合は、１つの有底円筒状の芯出し治具２３を用いることで足りる。
【００３６】
ただし、この場合も、母型１３が嵌合する芯出し治具２３の第１の孔２１’の中心軸Ｏと、裏打ち部材１７が嵌合する第２の孔２２’の中心軸Ｏとは、高精度に一致するように形成されている。
【００３７】
図８は、裏打ち部材１７と電鋳型１４（及び転写パターンのある母型１３）とを固定するときの断面図である。
すなわち、仮接合された裏打ち部材１７と電鋳型１４とを第１の芯出し治具１８及び第２の芯出し治具１９から取り出した後、裏打ち部材１７の先端部１７ｃの側方スペースと電鋳型１４の基端部１４ｃの側方スペース（裏打ち部材１７の外側先端面１７ｂと電鋳型１４の外側基端面１４ｂとの間のスペース）に電着部（メッキ膜）を形成することで、裏打ち部材１７と電鋳型１４とを電着する。
【００３８】
なお、電着とはメッキ膜で固定することをいう。これにより、裏打ち部材１７と電鋳型１４（及び転写パターンのある母型１３）とは確実に一体的に固定される。ここで、裏打ち部材１７と電鋳型１４の固定方法は、電着以外にもレーザ溶接や接着剤で固定してもよ
い。
【００３９】
図９は、転写パターンのある母型１３、電鋳型１４、及び裏打ち部材１７を電着部１５で一体化してできた中間金型２４のチルト（傾き）等の測定状態を示す図である。
すなわち、加工装置のスピンドル２５に、ヤトイ２６を用いて転写パターンのある母型１３をチャッキング固定する。次に、転写パターンのある母型１３の側面１１ａにピックテスタ２７を当てて、チルト（傾き）とシフト（加工装置のスピンドル２５を回転させたときの、加工装置のスピンドル２５に対しての転写パターンのある母型１３の側面１１ａの振れ量）を測定する。
【００４０】
ピックテスタ２７を軸方向（矢印Ａ方向）に走査させることで転写パターンのある母型１３の側面１１ａを基準として傾き量を測定する。
また、ピックテスタ２７を転写パターンのある母型１３に当接して、スピンドル２５を一方向に回転（矢印Ｂ方向）させたときのスピンドル２５の回転中心に対する転写パターンのある母型１３の側面１１ａの振れ量を測定する。
【００４１】
なお、ピックテスタ２７の代わりに、光線や磁力線を用いた非接触式の測定装置を用いて振れ量等を測定することもできる。
こうして、転写パターンのある母型１３の側面１１ａを基準としてチルトとシフトを測定した後、必要に応じて、電鋳型１４と裏打ち部材１７の外形面を加工する。この加工された外形面が後述する電鋳型１４を成形装置２８へ組み込むときの位置出し面となる。この機械加工後に、転写パターンを水酸化カリウムなどで溶解することで、母型部材１１が除去され微細凹凸構造１２が反転された形状が電鋳型１４の先端部１４ｄに露出する。こうして、最終的に所望の金型３４（図１０参照）が得られる。
【００４２】
図１０は、この金型３４を成形装置３０の固定側金型３４に使用した状態を示す図である。
この成形装置３０は、対向配置された固定型３１と可動型３２とを有している。固定型３１には、段付き孔３３が形成され、この段付き孔３３に微細凹凸構造１２’を有する固定側金型３４がその外形面（電鋳型１４および裏打ち部材１７の少なくとも一方の加工された外形面）を固定型３１への位置出し面として嵌挿されている。なお、この固定側金型３４は、図９に示した中間金型２４と形状が異なっているが、説明の便宜上からこれを加工して作製されたものとする。
【００４３】
また、可動型３２には、可動側金型３８が嵌挿されている。なお、この可動側金型３８に、本実施形態で作製した金型を適用してもよい。
こうして、固定側金型３４と可動側金型３８との間に形成されたキャビティ３９に溶融樹脂である光学材料が充填されて、光学素子が成形される。
【００４４】
本実施形態によれば、転写パターンのある母型１３の側面１１ａを基準面として予め製作した芯出し用の治具１８，１９を用いて転写パターンのある母型１３と電鋳型１４、及び裏打ち部材１７を芯出しして電鋳型１４と裏打ち部材１７を仮接合し、さらに、この状態で電鋳型１４と裏打ち部材１７の側面を電着部１５で固定したので、微細凹凸構造を有し高い偏芯精度を有する金型３４を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（ａ）は母型部材の外観図、（ｂ）はその断面図である。
【図２】母型部材に転写パターンが形成された状態の断面図である。
【図３】転写パターンが形成された母型に金属を析出させてできた電鋳型の断面図である。
【図４】電鋳型の先端部の外径よりも電鋳型の基端部の外径が小さくなるように段差を設けた状態の断面図である。
【図５】裏打ち部材の断面図である。
【図６】裏打ち部材と電鋳型とを接合するときの断面図である。
【図７】裏打ち部材と電鋳型とを接合するときの他の実施の形態の断面図である。
【図８】裏打ち部材と電鋳型とを固定するときの断面図である。
【図９】転写パターンのある母型、電鋳型、及び裏打ち部材を一体化してできた中間金型の測定状態を示す図である。
【図１０】金型を成形装置の固定側金型に使用した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１      母型部材
１１ａ    側面
１１ｂ    端面
１２      微細凹凸構造（転写パターン）
１２’    微細凹凸構造（転写パターン）
１３      転写パターンのある母型
１４      電鋳型
１４ａ    中央基端面
１４ｂ    外側基端面
１５      電着部
１６      接着剤
１７      裏打ち部材
１７ａ    中央先端面
１７ｂ    外側先端面
１８      第１の芯出し治具
１９      第２の芯出し治具
２０      大径の孔
２１      第１の孔
２１’    第１の孔
２２      第２の孔
２２’    第２の孔
２３      芯出し治具
２４      中間金型
２５      スピンドル
２６      ヤトイ
２７      ピックテスタ
３０      成形装置
３１      固定型
３２      可動型
３３      段付き孔
３４      固定側金型
３８      可動側金型
３９      キャビティ
【図１】
2010110895.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010110895.tif 000009
【図８】
2010110895.tif 000010
【図９】
2010110895.tif 000011
【図１０】
2010110895.tif 000012