(57)【要約】【課題】温度変動やバイトの周期的な微小振動による影響を抑制して、精度よく切削加工を行うことができる光学部材製造用金型の製造方法を提供する。【解決手段】  溝部１ａがフラット部１ｂを介して離間して存在する凹条パターンを形成するに当たり、切削バイト２を、金型表面から深さａにて複数回一定方向に向かって凹条パターンの長手方向に直交する方向に位置を変えながら切り込む間に、金型表面から深さｂにて複数回切り込む加工をすることを特徴とする光学部材製造用金型の製造方法。(ここで、ａ＞ｂ＞０とする)【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝部がフラット部を介して離間して存在する凹条パターンを形成するに当たり、切削バイトを、金型表面から深さａにて複数回一定方向に向かって凹条パターンの長手方向に直交する方向に位置を変えながら切り込む間に、金型表面から深さｂにて複数回切り込む加工をすることを特徴とする光学部材製造用金型の製造方法。(ここで、ａ＞ｂ＞０とする)
【請求項２】
前記金型は、円筒状金型であり、該円筒状金型の円周方向に沿って前記形状を作製することを特徴とする請求項１に記載の光学部材製造用金型の製造方法。
【請求項３】
前記凹条パターンがかまぼこ状レンズアレイであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部材製造用金型の製造方法。
【請求項４】
前記凹条パターンが台形プリズムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部材製造用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶表示装置などに用いられる、集光フィルムまたは、集光機能を持つ凹凸パターン付き導光板等の製造に用いる光学部材製造用金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄型の液晶テレビのバックライトや薄型の照明装置などの用途では、エッジライト方式の面光源装置を用いられており、消費電力削減の観点からも、効率の高い面光源装置が求められている。
【０００３】
このようなエッジライト方式の面光源装置の構成部材として、線状の光源を面光源に変換する機能を持つ導光板が用いられている。エッジライト方式の面光源装置では、導光板による光利用効率をより高めるために、例えば、特許文献１には、出射面又は底面（出射面と反対側の面）に交互に配列された台形形状の凹条及び凸条を有している導光板が記載されている。
【０００４】
前記特許文献１に記載の発明では、導光板の入射端面より入射した光を底面に形成されたＶ溝（凹条パターン）により、出射面の方向に効率よく反射させることができ、光利用効率をより高めることができる。また、導光板の入射端面より入射した光は、出射面に形成された台形状のプリズムを成す凹凸パターンを介して出射面より出射することで、入射端面で垂直な方向で入射された光が正面方向に近い角度で出射できる。
【０００５】
また、光の利用効率を高める方法として、特許文献２のようなかまぼこ状レンズアレイからなる凹凸パターンを有するレンチキュラーシートを用いることで、光の出射方向を制御する方法等が知られている。
【０００６】
上記導光板は、押し出し成形、射出成型またはプレス成形等の方法を用いて光学透明樹脂に形状を転写することで作製可能であるが、押し出し成形で押し出し方向（ＭＤ方向）と幅方向（ＴＤ方向）で賦形性に差が出やすい特徴があり、出射面と反射面で直行するパターンを賦形する場合は、射出成型もしくはプレス成形の方がより好ましい。
【０００７】
また、成形に用いる平板金型は、成形に用いる材料に対して直接加工を行う方法の他、例えば、特許文献３には、金型マスタを作製した後この金型マスタをもとに紫外線硬化樹脂や電鋳等による形状の反転操作を所望の回数繰り返すことで、目的の形状を有する金型を得る技術に関する記載がある。通常、金型マスタへは、切削により凹条パターンを形成することで凹凸パターンの原型を作製する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／０１３９６９号公報
【特許文献２】特開平１０−３３２９０４号公報
【特許文献３】特開２００１−３１５００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、バイトで金型マスタ表面に作製する凹条パターンの深さは、バイトの先端と、被削材の表面までの距離と機械位置決め精度に応じた切込み深さによって決定されるが、切削加工中の環境温度の微妙な変化により、バイトの先端と金型マスタ表面の位置関係は常に変化している。特に、切削加工中の金型マスタは、環境温度、切削による発熱、切削油による除熱、切粉吸引機から受ける除熱など、複数の要因が複雑に重なっており、厳密に温度制御することが難しい。
【００１０】
例えば、直径４１６ｍｍのロール状の金型マスタを考えた場合、金型マスタの材質が鉄（線膨張係数：１．１７×１０−６）であると仮定すると、切削加工中に金型マスタの温度が０．１度上昇しただけで、パターンの深さは設計値よりも０．２４μｍ程度深くなることになる。更に、最初に金型マスタの表面に基準面を形成するための表面切削加工（以下、「平面だし加工」と称することがある）を行い、その後所定間隔でパターンをロール状の金型マスタの全域に切削加工するには通常数時間以上を要する。
【００１１】
このため、長時間の切削加工の間の環境温度の変動がより大きくなるため、それにともなってパターンの高さ（深さ）に変動が生じる。
【００１２】
また、パターンを切削する旋盤において、Ｚ軸方向（凹条のパターンの長手方向に直交する方向。ロール状金型マスタの場合は軸方向。）の案内構造にボールベアリング構造を採用している場合、ガイドレールのＺ軸方向の移動にともなって、ボールベアリングがベアリング溝内でサブミクロンのオーダーで周期的な微小振動をする。このため、バイトもこのボールベアリングの周期的な微小振動に応じて周期的な微小振動をする。
【００１３】
よって、断面円弧形状のチップを備えたバイト（以後Ｒバイトと称する）で金型マスタ表面を平面だし加工のために切削した後、バイトを交換してパターンを切削加工する場合では、平面だし加工時とパターン加工時との間で、ボールベアリングのベアリング溝内で周期的な微小振動にともなうＸ軸方向（バイトの突き出し方向）切り込み深さの軌跡が一致しない。これによって、切削加工される複数のパターンの高さに周期的な変動が生じる。
【００１４】
このように、温度変動やバイト（ボールベアリング）の周期的な微小振動に起因して、金型マスタ表面に切削加工で形成したパターンの深さに周期的な変動が生じていると、設計値どおりのパターンの高さを得ることが難しくなる。このため、この金型マスタを用いて作製された製品のパターンの高さが設計値とずれるため、高品質な製品を得ることができない。
【００１５】
そこで、本発明は、温度変動やバイトの周期的な微小振動による影響を抑制して、精度よく切削加工を行うことができる光学部材製造用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】
【００１６】
前記目的を達成するために本発明に係る光学部材製造用金型の製造方法は、
溝部がフラット部を介して離間して存在する凹条パターンを形成するに当たり、切削バイトを、金型表面から深さａにて複数回一定方向に向かって凹条パターンの長手方向に直交する方向に位置を変えながら切り込む間に、金型表面から深さｂにて複数回切り込む加工をすることを特徴としている (ここで、ａ＞ｂ＞０とする)。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、温度変動やバイトの周期的な微小振動による影響を抑制して、精度よく切削加工を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における円筒状金型を示す斜視図である。
【図２】は、本発明の実施形態におけるダイヤモンドバイト先端のダイヤモンドチップの顕微鏡写真である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る光学部材製造用金型の製造方法を説明するための図である。
【図４】発明の実施形態のうち凹条パターンが台形プリズムの例を表す図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施例１の製造方法で作製された金型マスタの凹条の深さの測定結果を示す図、（ｂ）は、比較例１の製造方法で作製された金型マスタの凹条の深さの測定結果を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の製造方法で作製された金型マスタの一部領域におけるパターンの深さの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を下記図１〜図３に示した実施形態に基づいて説明する。本実施形態では、導光板製造用の金型マスタの製造方法について説明する。
【００２０】
なお、この金型マスタを用いて作製される導光板は、例えば、大型液晶テレビ等のバックライトや照明装置に好適なエッジライト方式の面光源装置に用いられる。この導光板は入射端面から入射される光を均一な面状光として出射させるために、少なくとも出射面に例えば凸条のかまぼこ状レンズが離間して複数形成されている。本実施形態の製造方法では、金型マスタとしての円筒状金型（ロール金型）１の表面に、このかまぼこ状レンズに対応した微細パターンを作製するものである。
【００２１】
図１に示すように、金属製の円筒状金型１は、旋盤（不図示）のＺ軸方向に沿って回転自在に保持されており、所定の回転数で回転される。
【００２２】
そして、円筒状金型１の表面（被加工層）にレンズ形状を加工するバイト２は、リニアガイド（不図示）によって円筒状金型１の中心軸と同一平面上でＺ軸方向及びＸ軸方向に移動自在に保持されている。
【００２３】
円筒状金型１の表面にパターンを形成するために使用する切削工具は、レンズ形状、プリズム形状など加工対象物の種類等によって適宜選択される。切削工具の材質は、超硬バイト、ＣＢＮバイト、ダイヤモンドバイトなどから選択される。特に、ダイヤモンドバイトは加工精度を他のバイトより高くできるので精密加工に適している。ダイヤモンドバイトは、天然又は合成の単結晶ダイヤモンドチップを金属製シャンクの先端に取付けたものである。
【００２４】
ダイヤモンドチップは、すくい面が最も摩耗しにくい面となる結晶方位にセットされる。ダイヤモンドチップは、シャンクに直接ロウ付けされるか、又は金属小片にロウ付けしてシャンクにねじ留めされるのが好ましい。
【００２５】
図２は、本実施形態におけるダイヤモンドチップ３の一例の拡大写真である。ダイヤモンドチップの形状は、図２で示されるものの他に、切削する凹条の形状に合わせて自由に選択できる。
【００２６】
円筒状金型１の本体となるロール材としては、軽量化のために中空円筒体のロール材が主に使用される。材料としては、機械構造用炭素鋼管等の鉄系材料、又はアルミ合金、銅合金などの非鉄材料が選択される。また、機械加工時の熱により残留応力が解放され歪まないように、予め熱処理を行なった材料を使用することが望ましい。
【００２７】
このロール材として鉄系材料を使用するときは、ダイヤモンドバイトによっても精密加工が困難であるので、バイトによる切削加工が可能な被加工層を、予めロール表面にめっき処理等によって形成しておくのが良い。この被加工層としては、銅めっき層、ニッケルめっき層が挙げられる。特に、ビッカース硬度２３０〜２５０Ｈｖの硬質銅めっき層が、バイトによる被削性に優れ、本実施形態のような導光板製造用金型の被加工層として適切である。
【００２８】
そして、円筒状金型１の表面に対して、突っ切り切削方法によって溝の切削加工が開始されると、図３（ａ）に示すように、最初にバイト（チップ３）２をＸ軸方向に所定深さａまで繰り出すことで、回転する円筒状金型１の表面（被加工層）に切り込んで、溝部１ａを切削加工する。
【００２９】
そして、図３（ｂ）に示すように、Ｚ軸方向に所定の距離を移動させ、Ｘ軸方向に所定深さｂ（ただし、ａ＞ｂ＞０である)で、上記した円筒状金型１の表面（被加工層）に切り込んで、フラット部１ｂを形成していく。
【００３０】
そして、図３（ｃ）に示すように上きした工程を繰り返し、溝部１ａの切削の間にフラット部１ｂの切削を行なうことで、図３（ｄ）に示されるような複数の溝部１ａがフラット部１ｂを介して離間して形成された凹条パターンが作製される。なお、この円筒状金型１の端面側の切削開始領域は目的の高さの凹条パターンが得られないので、この端面側部分は最後にＸ軸方向に沿って切断する。
【００３１】
図３（ｄ）に示すように、このような切削加工によって作製された凹条パターンの離間部となるフラット部１ｂは、金型マスタの切削加工前の表面から深さｂ程度低い位置にある。
【００３２】
このように、本実施形態の金型マスタの製造方法では、一本のバイト（ダイチップ３）２だけでフラット部１ｂと溝部１ａとを、円筒状金型１の表面（被加工層）から掘り下げるように形成することができるので、上記した従来のようにＲバイトで金型マスタ表面を平面だしのために切削する工程が不要となる。
【００３３】
通常このような製品の製造には、Ｚ軸，Ｘ軸ともリニアガイドと共に位置決め精度の高い案内機構を備える旋盤を用い、かつ、±０．１℃未満で温度制御された環境の中で使用する必要があるが、本切削方法用いれば、位置決め精度の高い駆動方式（リニアガイド等）を用いれば、Ｚ軸の案内には一般的な転がり案内を採用する旋盤を用いて切削加工する場合においても、各溝部１ａの深さ精度を十分に確保することができる。
これは、一つの溝部１ａを切削加工してから次のフラット部１ｂおよび溝部１ａの切削加工を開始するまでの時間が数十秒と短いので、この間の円筒状金型１の表面（被加工層）の温度変化がほぼ無視できるためである。よって、基準面からチップ３の先端部までの距離が、ｂ以上に保たれている限りは高さ精度が保たれるため、通常（±数℃）の温度制御下でも、溝部１ａの深さ精度を十分に確保することができる。
【００３４】
なお、円筒状金型１の表面の耐久性向上のために、表面に均一な厚さの表面処理薄膜を形成してもよい。この表面処理薄膜としては、めっき厚さの形状依存性が小さい無電解めっきによる、銅めっき層、ニッケルめっき層が好ましい。この他に、イオンプレーティング、真空蒸着、スパッタリング等のドライプロセスによって形成された表面処理薄膜でもよい。
【００３５】
また、前記実施形態の他にフラット部１ｂの大きさが個々のフラット部で異なっていても良い。また、溝部１ａの断面形状についてもかまぼこ状レンズ形状に限られるものではなく、図４に示すような台形形状など、種々の断面形状の溝部１ａであっても良い。さらに、溝部１ａの大きさも個々に異なっていても良い。これらは、フラット部１ｂの切削の間に溝部１ａの切削を連続して行なうなどの方法で実現できる。
【００３６】
前記実施形態では、金型マスタとして円筒状金型（ロール金型）を用いた構成であったが、金型マスタとして平面状金型を用いた場合でも同様に本発明を適用することができる。この場合、金型となる金属板を円筒体表面に巻き付けて固定することで、前記実施形態と同様に切削加工できる。別法としては、この金型マスタとなる金属板を、平板加工機を用いて切削加工してもよい。
【実施例】
【００３７】
次に、前記した本発明の製造方法で作製された金型を評価するために、以下に示す本発明の実施例と比較用の比較例の製造方法で作製した金型の評価を行った。
【００３８】
＜実施例１＞
この実施例１で使用した旋盤（ＵＰＬ１５００：理研製鋼社製）は、円筒状金型（ロール金型）の駆動部には空気静圧軸受けを採用し、Ｘ軸，Ｚ軸方向の駆動はリニアモータ、Ｘ軸，Ｚ軸方向ともリニアガイドには転がり案内を採用した精密旋盤である。また、切削油は石油系炭化水素を使用し、切削部位に滴下し、切粉および切削油の排出のため吸引機を作動させながら切削加工を行った。
【００３９】
使用した円筒状金型は、直径４１６ｍｍ、面長８２０ｍｍの鋼製ロールに表面研磨仕上げを行い、下地層として硬質銅めっき（厚さ４００μｍ）を施し、更にその表面に剥離層を設け、更にその表面に硬質銅めっきを施したものである。
【００４０】
そして、前記精密旋盤に前記円筒状金型を取り付け、前加工として、Ｒ２０ｍｍの単結晶天然ダイヤモンドバイトで切込み２０μｍ、送り５０μｍ／ｒｅｖで鏡面加工を実施し、スクラッチ、切粉を引きずった傷などが無いことを確認した。
【００４１】
実施例１の切削は、切削加工幅１００ｍｍ（レンズ幅：５５．４μm、高さ：２３．８μｍ、レンズ間隔１μｍ、レンズ本数：１７７３本）で実施した。
【００４２】
また、かまぼこ状レンズアレイの切削加工に当たっては、図２に示す輪郭形状が非球面の天然単結晶ダイヤモンドバイト（東京ダイヤモンド工具製作所社製）で一回転あたりの切り込み量１μｍ／ｒｅｖの突っ切り切削で加工を行った。
【００４３】
なお、Ｘ軸方向の切り込み量は、加工中の円筒状金型の温度の変動等による切り込み量の深さの変動を４．０μｍ未満と想定して、作製したいレンズの深さ２３．８μｍに付加し、２７．８μｍとして加工した。レンズ間のフラット部は、レンズを切削したＺ座標から、Ｚ方向に２８．２μｍ：（５５．４＋１）／２より算出）シフトし、Ｘ座標は、加工中の円筒状金型の温度の変動等による切り込み量の深さの変動を４．０μｍ未満と想定して加工を行った。
加工後の切削油が付着した円筒状金型は洗浄液（ハロゲン化炭化水素）にて脱脂し、その後、硬質銅めっき層に切り込みをいれ、剥離層から剥離し目的の金型マスタを得た。
【００４４】
そして、得られた金型マスタを接触式形状測定装置（ＰＧＩ４２０：テーラーホブソン社製)を用い、取り込みピッチ０．１２５μｍで取り込み、レンズの高さを測定した。図５（ａ）はこの測定結果である。
【００４５】
図５（ａ）は、金型マスタ（円筒状金型）の切削開始の一端面（０ｍｍ）から他端面（約１００ｍｍ）までのレンチの高さの測定結果である。
この測定結果から明らかなように、この実施例で作製された凸部の高さは切削開始の一端面から他端面までの全長にわたって設計値（２３．５μｍ）に近い値となり、かつレンズの深さの周期変動も小さく、良好な金型マスタが得られた。
【００４６】
＜比較例１＞
切削データは、切削加工幅２００ｍｍ(レンズ幅：５５．４μm、高さ：２３．８μｍ、レンズ間隔１μm、レンズ本数：３５４６本)である。
また、かまぼこ状レンズアレイの切削加工に当たっては、実施例１と同一のバイトで一回転あたりの切り込み量４．８〜６μｍ／ｒｅｖのネジ切り切削で加工を行った。
なお、切削順序としては、経時間変化による深さ分布を抑えるために、レンチキュラーレンズの溝をネジ切り切削で複数回（２３μｍ分）切り込んだ後、レンチキュラーレンズ間のフラット部（４ｍ分）を切削し、最後にもう一度レンチキュラーレンズ部を（２７．８μｍ）加工するという手順で実施した。それ以外の条件は前記実施例１と同様である。
【００４７】
そして、得られた金型マスタを接触式形状測定装置（ＰＧＩ４２０：テーラーホブソン社製)を用い、取り込みピッチ０．１２５μｍで取り込み、Ｖ溝の高さを測定した。図５（ｂ）はこの測定結果である。
【００４８】
図５（ｂ）は、金型マスタ（円筒状金型）の切削開始の一端面（０ｍｍ）から（約１００ｍｍ）までのレンチの高さの測定結果である。
この測定結果から明らかなように、この比較例で作製されたレンチキュラーレンズの深さは設計値（２３．８μｍ）からずれた値となり（図５（ｂ）参照）、かつＶ溝の高さの周期変動も大きかった（図５（ｂ）参照）。
【００４９】
＜実施例２＞
実施例２の切削は、切削加工幅６２０ｍｍ(レンズ幅：２９．４８μｍ、高さ：１０．８１μｍ、レンズ間隔１μｍ、レンズ本数：２０３４１本)で実施した。
【００５０】
また、かまぼこ状レンズアレイの切削加工に当たっては、輪郭形状が球面の天然単結晶ダイヤモンドバイト（東京ダイヤモンド工具製作所社製）で一回転あたりの切り込み量１μｍ／ｒｅｖの突っ切り切削で加工を行った。
【００５１】
なお、Ｘ軸方向の切り込み量は、加工中の円筒状金型の温度の変動等による切り込み量の深さの変動を４．０μｍ未満と想定して、作製したいレンチの深さ１０．８１μｍに付加し、１４．８１μｍとして加工した。レンズ間のフラット部は、レンチキュラーレンズを切削したＺ座標から、Ｚ方向に１５．２４μｍ：（２９．４８＋１)／２より算出）シフトし、Ｘ座標は、加工中の円筒状金型の温度の変動等による切り込み量の深さの変動を４．０μｍ未満と想定して加工を行った。それ以外の条件は前記実施例１と同様である。
そして、得られた金型マスタを接触式形状測定装置（ＰＧＩ４２０：テーラーホブソン社製)を用い、取り込みピッチ０．１２５μｍで取り込み、レンチの高さを測定した。図６はこの測定結果である。
【００５２】
図６は、金型マスタ（円筒状金型）の切削開始の一端面（０ｍｍ）から他端面（約６２０ｍｍ）までのレンチの高さの測定結果である。
この測定結果から明らかなように、この実施例２で作製された凸部の高さは切削開始の一端面から他端面までの全長にわたって設計値（１０．８μｍ）に近い値となり、かつ、かまぼこ状レンズの深さの周期変動も小さく、良好な金型マスタが得られた。
【符号の説明】
【００５３】
１        円筒状金型
１ａ      溝部
１ｂ      フラット部
２        バイト
３        チップ
【図１】
2015182198.tif 000003
【図２】
2015182198.tif 000004
【図３】
2015182198.tif 000005
【図４】
2015182198.tif 000006
【図５】
2015182198.tif 000007
【図６】
2015182198.tif 000008