(57)【要約】【課題】大きな手間がかからず、適切な非点収差量を与えることができる金型を製造できる金型の製造方法及びそれにより製造された金型を提供する。【解決手段】円筒形状のピン５ｃを楕円断面の凹部４ｂに嵌入する動作で、直接金型転写面４ｃに歪みを与えることができ、かかる歪みに基づいて成形する光学素子等に所望の非点収差を与えることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と、金型転写面を有する第２の部材とを接合することによって金型を製作する方法において、
前記第１の部材に凸部を形成するステップと、
前記凸部とは断面形状の異なる凹部を、前記第２の部材に形成するステップと、
前記凸部を前記凹部に嵌入させることによって、前記第１の部材と前記第２の部材とを接合すると共に、前記金型転写面の歪みを制御するステップと、を有することを特徴とする金型の製作方法。
【請求項２】
前記金型転写面の軸線は、前記凹部の軸線と一致することを特徴とする請求項１に記載の金型の製作方法。
【請求項３】
前記凸部と前記凹部の一方の軸線直交方向における断面形状は非円形であり、他方の軸線直交方向における断面形状は円形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金型の製作方法。
【請求項４】
前記凸部と前記凹部の一方の軸線直交方向における断面形状は楕円形であることを特徴とする請求項３に記載の金型の製作方法。
【請求項５】
前記第２の部材は金型素材であり、前記第１の部材は前記凸部を形成した裏打ち部材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金型の製作方法。
【請求項６】
前記第２の部材は金型素材であり、前記第１の部材は裏打ち部材であり、前記凸部は前記裏打ち部材に植設されたピンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金型の製作方法。
【請求項７】
前記第２の部材は電鋳により形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の金型の製作方法。
【請求項８】
前記凸部を前記凹部に嵌入させることによって、前記第１の部材と前記第２の部材とを接合した後、両者を固定するステップを更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の金型の製作方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の金型の製作方法によって製作されたことを特徴とする金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型の製造方法及び金型に関し、特に光学素子を成形するような金型を高精度に製造するのに好適な金型の製造方法及びそれにより製造された金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。ここで、光ピックアップ装置において情報の記録／再生のために用いられる光源としては、例えば半導体レーザがある。しかるに、半導体レーザは出射光束に非点収差を持つものがあり、特に近年注目されている高密度な記録／再生を行うための青紫色半導体レーザにおいては、その傾向が強い。
【０００３】
従って、適切な情報の記録及び／又は再生を行うためには、非点収差を持つ光束を、ビームシェイパーなどの補正素子を用いて円光束に変換する必要がある。また、射出成形の態様によっては、成形した光学素子に非点収差が生じやすいという場合もあり、それを解消する補正素子が必要になる。しかるに、そのような補正素子においては、光学面形状を、点対称ではなく、光軸直交方向の断面をとったとき楕円になるような形状とする必要があるが、そのような光学面形状に対応して、金型の転写面を精度良く形成する加工は困難である。
【０００４】
このような問題に対し、以下の特許文献１においては、金型転写面は点対称な形状とするが、光学レンズの外周の一部に溝を設けるように成形を行い、冷却時の不均一となる熱収縮を利用して、光学レンズに非点収差を与える技術が開示されている。
【特許文献１】
特開２０００−１１９０２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる技術によれば、熱収縮を用いて間接的に光学レンズに非点収差を生じせしめるものであるため、どの程度の非点収差が生じるかは実際に成形を行わないと判断できないから、所望の非点収差量を得るための調整に手間取るという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、大きな手間がかからず、適切な非点収差量を与えることができる金型を製造できる金型の製造方法及びそれにより製造された金型を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の金型の製造方法は、第１の部材と、金型転写面を有する第２の部材とを接合することによって金型を製作する方法において、前記第１の部材に凸部を形成するステップと、前記凸部とは断面形状の異なる凹部を、前記第２の部材に形成するステップと、前記凸部を前記凹部に嵌入させることによって、前記第１の部材と前記第２の部材とを接合すると共に、前記金型転写面の歪みを制御するステップと、を有するので、嵌入動作で直接金型転写面に歪みを与えることができ、かかる歪みに基づいて成形する光学素子等に所望の非点収差を与えることができる。尚、金型転写面の歪みが不適切な場合、前記凸部を前記凹部から引き抜き、いずれかを加工し直した後、再度嵌入させれば、より適切な歪みを金型転写面に与えることもできる。
【０００８】
更に、前記金型転写面の軸線は、前記凹部の軸線と一致すると、前記金型転写面に、その軸線に線対称な歪みを与えることができる。
【０００９】
更に、前記凸部と前記凹部の一方の軸線直交方向における断面形状は非円形であり、他方の軸線直交方向における断面形状は円形であると好ましい。
【００１０】
更に、前記凸部と前記凹部の一方の軸線直交方向における断面形状は楕円形であると好ましい。
【００１１】
更に、前記第２の部材は金型素材であり、前記第１の部材は前記凸部を形成した裏打ち部材であると好ましい。
【００１２】
更に、前記第２の部材は金型素材であり、前記第１の部材は裏打ち部材であり、前記凸部は前記裏打ち部材に植設されたピンであると好ましい。
【００１３】
更に、前記第２の部材は電鋳により形成されると好ましい。
【００１４】
更に、前記凸部を前記凹部に嵌入させることによって、前記第１の部材と前記第２の部材とを接合した後、両者を固定するステップを更に有すると好ましい。ここで、固定する手法としては、電鋳、接着、溶射、低融点金属を用いた接合、ねじ止めなどが考えられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にかかる金型の製作方法につき、図面を参照して説明する。図１は、電鋳により金型を製作する工程を示す図である。まず、点対称な光学面形状を有するシリコンの母型１を、機械的処理により形成し、図１（ａ）に示すように、治具２の端面にボルト（不図示）を用いて取り付ける。その後、母型１の光学面形状の表面にレジストＲを薄く均一に塗布し、電子ビームで微細形状を描画した後、微細パターン保護用、導電化用、金型としての表面硬度向上用のニッケル燐の膜３をスパッタリングで形成する。
【００１６】
更に、図１（ｂ）において、二点鎖線で示すように、純ニッケルの電鋳を成長させ金型素材（第２の部材）４を形成する。治具２の外周面２ａには、予め絶縁剤を塗布することで電鋳防止処理を行うと、不要な電鋳の付着を抑制できる。このとき母型１の光学面形状に応じた転写面４ｃが金型素材４に形成されるが、この時点では転写面４ｃも点対称な形状となっている。形成後に、図に実線で示すように、金型素材４を整形する。このとき、金型素材４の中央にはボス４ａを機械加工形成し、更にその中央に凹部４ｂを機械加工する（凹部を形成するステップ）。図２は、図１（ｃ）のボス４ａを矢印ＩＩ方向に見た図である。凹部４ｂは、金型素材４の転写面４ｃと同軸であるが、図２に示すように、長径Ｙと短径Ｘとを持つ楕円断面の筒状となっている。
【００１７】
金型素材４とは別に、裏打ち部材（第１の部材）５を用意する。予め、裏打ち部材５の端部中央にボス５ａを機械加工形成し、更にその中央に凹部５ｂを機械加工し、ここにピン５ｃを植設する（凸部を形成するステップ）。図３は、図１（ｃ）の裏打ち部材５の端部を矢印ＩＩＩ方向に見た図である。図３に示すように、凸部であるピン５ｃは、外径Ｄ（Ｘ＜Ｄ＜Ｙ）の完全円筒形状を有している。尚、ピン５ｃを裏打ち部材５の一部とするように切り出しても良い。
【００１８】
その後、図１（ｃ）において、金型素材４に対して裏打ち部材５を仮固定する。より具体的に仮固定の手法について説明する。まず、金型素材４のボス４ａを裏打ち部材５のボス５ａに正対させるように接近させ、凹部４ｂにピン５ｃを嵌入させる（図１（ｄ））。このとき、ピン５ｃの外径Ｄは、凹部４ｂの短径Ｘより小さいので、嵌入によりピン５ｃが凹部４ｂの短径方向を押し広げるように歪みを与える（金型転写面の歪みを制御するステップ）。かかる歪みは、凹部４ｂと反対側に位置する転写面４ｃに伝わり、凹部４ｂの短径方向と同方向が縮むように微小変形する。それにより転写面４ｃは点対称でない形状となる。
【００１９】
金型素材４と裏打ち部材５とを仮固定した状態で、接合面外周に電鋳を成長させ連結部材６を形成する。連結部材６が金型素材４と裏打ち部材５の外周を取り巻くようにして架橋されることで、両者は接合される。電鋳を形成したくない領域には、上述したように電鋳防止処理を施しておくと良い。仮固定の手法は、電鋳に限らず、接着、溶射、低融点合金を用いた接合、ねじ止めなどが考えられる。
【００２０】
電鋳後に十分な洗浄を行い、治具２の外周面２ａ又は端面２ｃを基準面として、平面研削盤などを用いて裏打ち部材５の端面５ｄを加工し、所定の平行度を得る。従って、端面５ｄも、軸線Ｘに対して精度良く直交していることになる。更に、治具２を回転させながら、摺動面となる裏打ち部材５の外周面５ｅ、５ｆを切削加工し、その後金型素材４を、図中Ａで示す位置でカットすることで、治具２から分離（脱型）し、図１（ｅ）に示す構成を得る。このとき、金型素材４の転写面４ｃには、点対称でない面に微細パターンが転写形成されていることとなる。
【００２１】
更に、裏打ち部材５を回転させながら、金型素材４を、ワイヤカットやフライス盤などを用いて、図１（ｅ）中、Ｂの位置でカットすることで粗加工を行う。最後に、裏打ち部材５の端面５ｄを基準として、円筒研削盤（もしくは精密旋盤等）を用いて、金型素材４の外周面４ｄと、連結部材６の外周面とを仕上げ加工する（図１（ｆ））。このとき金型素材４の外周面４ｄと、連結部材６の外周面とは、裏打ち部材５の小径外周面５ｆの外径に等しいか、それよりわずかに小さく形成されると好ましい。純ニッケルの電鋳により形成された連結部材６は、鋼などで形成される裏打ち部材５に比して硬度が低いため、繰り返し成形により早期摩耗や発熱などの恐れがあるからである。このようにして形成された金型は、射出成形などに用いられると好適である。
【００２２】
図４は、形成した金型の転写面４ｃの形状を測定するフィゾー干渉計を示す概略構成図である。図４において、レーザー光源１０１から出射された光束は、光学系１０２で発散光束とされ、ビームスプリッター１０３を通過し，コリメーターレンズ１０４で平行光束とされた後、基準板１０５を介して転写面４ｃに入射する。ここで反射した光束は、基準板１０５で位相差を与えられ、コリメーターレンズ１０４で収束光束とされ、ビームスプリッター１０３で反射され、レンズ１０６を介して撮像素子（ＣＣＤカメラ）１０７の受光面に集光される。この撮像素子１０６からの出力信号に基づいて、転写面４ｃの形状を精密に測定することができる。
【００２３】
本実施の形態によれば、図１（ｆ）に示す金型を成形装置に組み込んで、実際に成形を行わずとも、転写面４ｃにより成形される光学素子の非点収差量を求めることができ、光学素子の製造が容易になる。尚、金型素材４と裏打ち部材５とをねじ止めする態様では、図４のフィゾー干渉計を用いて転写面４ｃの形状を測定した結果、許容値よりずれていたようなときに、ねじを緩めて両者を分解し、凹部４ｂ又はピン５ｃの形状を加工し直して、再度組み付けるというようなことも可能である。
【００２４】
以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。例えば金型素材の凹部を円形断面とし、裏打ち部材の凸部を楕円形断面としても同じ効果を得られる。又、回転非対称な金型転写面を有する金型素材に関して、上述と同様に凸部を凹部に嵌入させることで、回転非対称な金型転写面にするという歪制御も可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、大きな手間がかからず、適切な非点収差量を与えることができる金型を製造できる金型の製造方法及びそれにより製造された金型を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる金型の製造方法を構成する工程を示すフローチャートである。
【図２】図１（ｃ）のボス４ａを矢印ＩＩ方向に見た図である。
【図３】図１（ｃ）の裏打ち部材５の端部を矢印ＩＩＩ方向に見た図である。
【図４】金型の転写面４ｃの形状を測定するフィゾー干渉計を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  母型
４  金型素材
５  裏打ち部材
Ｒ  レジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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