(57)【要約】【課題】製作時間の短縮が可能であると共に、高精度な金型コアを製造することが可能な金型コアの製造方法を提供する。【解決手段】パターン形成材１１０に、金型コア複数個分の微細パターン１１１を形成し（ｂ）、金型コア複数個分の微細パターンを形成したパターン形成材１１０を、金型材１２０に接合する（ｃ）。そして、微細パターンが形成されていない部分のパターン形成材１１０を除去し、各金型コアを円筒状に切り出した後に、所定の金型コア形状に加工する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングによる微細加工が容易であり、かつ、機械加工が困難な材料で構成された平板状の微細パターン形成材の表面に、金型コア複数個分の微細パターンを形成する微細パターン形成工程と、
前記微細パターンが形成されたパターン形成材を、金型材に接合する接合工程と、
前記微細パターンが形成されていない部分のパターン形成材を除去するパターン形成材除去工程と、
個々の金型コアの切り出しを行う切り出し工程と、
前記切り出し工程によって切り出された個々の金型コアを所定の形状に加工する形状加工工程と
を有することを特徴とする金型コアの製造方法。
【請求項２】
エッチングによる微細加工が容易であり、かつ、機械加工が困難な材料で構成された平板状のパターン形成材を、金型材に接合する接合工程と、
前記金型材に接合された前記パターン形成材の表面に、金型コア複数個分の微細パターンを形成する微細パターン形成工程と、
前記微細パターンが形成されていない部分のパターン形成材を除去するパターン形成材除去工程と、
個々の金型コアの切り出しを行う切り出し工程と、
前記切り出し工程によって切り出された個々の金型コアを所定の形状に加工する形状加工工程と
を有することを特徴とする金型コアの製造方法。
【請求項３】
前記接合工程と前記微細パターン形成工程との間に、前記パターン形成材の表面を平滑化する平滑化工程を
更に有することを特徴とする請求項２に記載の金型コアの製造方法。
【請求項４】
前記微細パターン形成工程の後に、前記金型材に別の金型材を接合する第二の接合工程を
更に有することを特徴とする請求項２又は３に記載の金型コアの製造方法。
【請求項５】
前記パターン形成材除去工程では、前記微細パターンが形成されていない部分であって、個々の金型コアを機械加工するのに除去が必要な部分のパターン形成材を除去する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の金型コアの製造方法。
【請求項６】
前記パターン形成材除去工程では、サンドブラストによってパターン形成材の除去を行う
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の金型コアの製造方法。
【請求項７】
前記パターン形成材除去工程では、レーザ光照射によってパターン形成材の除去を行う
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の金型コアの製造方法。
【請求項８】
前記パターン形成材は、シリコン又はガラスで構成される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の金型コアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品等の成形に利用される金型コアの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回折格子等の光学部品を樹脂等の射出成形によって大量生産することが行われているが、この際、その先端部表面に微細パターンが形成された金型コアが利用されている。
【０００３】
図６は、光学部品の成形に利用される金型コアの構造を示す図である。同図（ａ）は金型コアの外観を示す斜視図であり、同図（ｂ）は、先端部表面に形成される微細パターンの拡大断面図である。
【０００４】
同図（ａ）に示すように、金型コア６００は、太径の円柱で構成される太径部６１０と、細径の円柱で構成される細径部６２０とを備え、太径部６１０の上に中心が一致するように細径部６２０を積み重ねたような形状を有している。また、細径部６２０の先端には、同図（ｂ）に示すような微細パターン６２１が形成されており、当該微細パターンが成形品に転写されることになる。微細パターン６２１は、例えば、直径２ｍｍの円形領域内に、凸部及び凹部の幅がそれぞれ９．６μｍ、凸部の高さ（凹部の深さ）が０．８μｍとなるように形成される。
【０００５】
このような金型コアは、例えば、ニッケル電気鋳造法（電鋳）によって製作されている。すなわち、あらかじめ硝子又は単結晶シリコン等に、リソグラフィー技術及びエッチング技術等を利用して所望の微細パターンを形成し、これをマザーとして、無電界メッキ後にニッケルメッキによって長時間かけてニッケル塊を成長させることによって微細パターンの転写を行い、必要な大きさまで成長したニッケル塊を同図（ａ）に示したような所定の形状に加工することによって金型コアを製作している。
【０００６】
しかしながら、従来のニッケル電気鋳造法は、マザーからの転写によって微細パターンを形成するため、精度が劣化するし、電気メッキにてニッケルを積み上げてニッケル塊を形成するので、通常は１ヶ月程度の電気メッキ工程が必要となり、製作時間の短縮が困難であった。
【０００７】
なお、特開２００３−１４５５４６号公報（以下、特許文献１という）には、電鋳を用いた金型コアの製作方法が開示されている。また、特開２００５−２６２７１８号公報（以下、特許文献２という）には、特許文献１に記載の方法に比べてコアの製作時間を短縮可能な成形金型として、光学転写面をエッチング処理により形成したシリコン材又はガラス材を金型コアの先端側に固着させた成型金型が開示されている。
【０００８】
しかしながら、光学部品等の成形に利用される金型コアの先端部分は、通常、かなり細いため、特許文献２に記載の方法では、固着面の平面度の確保が難しく、更に、接着時の応力等により歪みが発生することにもなるので、特許文献２に記載の方法を適用して高精度な光学部品用の金型コアを製作することは難しい。
【特許文献１】特開２００３−１４５５４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２６２７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、製作時間の短縮が可能であると共に、高精度な金型コアを製作することが可能な金型コアの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る第一の金型コアの製造方法は、エッチングによる微細加工が容易であり、かつ、機械加工が困難な材料で構成された平板状のパターン形成材の表面に、金型コア複数個分の微細パターンを形成する微細パターン形成工程と、前記微細パターンが形成されたパターン形成材を、金型材に接合する接合工程と、前記微細パターンが形成されていない部分のパターン形成材を除去するパターン形成材除去工程と、個々の金型コアの切り出しを行う切り出し工程と、前記切り出し工程によって切り出された個々の金型コアを所定の形状に加工する形状加工工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る第二の金型コアの製造方法は、エッチングによる微細加工が容易であり、かつ、機械加工が困難な材料で構成された平板状のパターン形成材を、金型材に接合する接合工程と、前記金型材に接合された前記パターン形成材の表面に、金型コア複数個分の微細パターンを形成する微細パターン形成工程と、前記微細パターンが形成されていない部分のパターン形成材を除去するパターン形成材除去工程と、個々の金型コアの切り出しを行う切り出し工程と、前記切り出し工程によって切り出された個々の金型コアを所定の形状に加工する形状加工工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
この場合において、前記接合工程と前記微細パターン形成工程との間に、前記パターン形成材の表面を平滑化する平滑化工程を更に有するようにしてもよい。また、前記微細パターン形成工程の後に、前記金型材に別の金型材を接合する第二の接合工程を更に有するようにしてもよい。
【００１３】
また、以上の場合において、前記パターン形成材除去工程では、前記微細パターンが形成されていない部分であって、個々の金型コアを機械加工するのに除去が必要な部分のパターン形成材を除去するようにしてもよい。また、前記パターン形成材除去工程では、サンドブラストによってパターン形成材の除去を行うようにしてもよいし、レーザ光照射によってパターン形成材の除去を行うようにしてもよい。また、前記パターン形成材は、例えば、シリコンやガラスで構成される。また、前記切り出し工程では、ワイヤ放電加工によって個々の金型コアの切り出しを行うようにしてもよい。また、前記形状加工工程では、切削加工や研削加工によって所定の形状に加工するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、製作時間の短縮が可能になると共に、高精度な金型コアを製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
図１及び図２は、本発明による金型コアの製造方法を説明するための図である。
【００１７】
まず、図１（ａ）に示すような微細パターンを形成するためのパターン形成材１１０を用意する。同図（ａ）に示すように、パターン形成材１１０は、薄い（例えば、３０μｍ〜２ｍｍ程度の）平板状（同図の例では、円板状）の形状を有する。パターン形成材１１０の大きさ（面積）は、金型コア１個分の大きさ（例えば、太径部の直径が１１ｍｍ程度）と比較して充分に広いサイズ（例えば、直径１００ｍｍ程度）を有しており、後述するように、パターン形成材１１０には金型コア複数個分の微細パターンが形成される。パターン形成材１１０は、シリコンやガラス（例えば、石英ガラス）等のエッチングによる微細加工は容易であるが、機械加工が困難な材料で構成される。ここで、機械加工が困難な材料とは、切削加工やワイヤ放電加工が困難な材料、すなわち、硬質で導電性が低い材料をいう。
【００１８】
次に、同図（ｂ）に示すように、パターン形成材１１０に、金型コア複数個分の微細パターン１１１を形成する（微細パターン形成工程）。例えば、直径１００ｍｍ程度の円板状のパターン形成材１１０に対して、金型コア２５個分の微細パターン１１１を形成する。なお、各微細パターン１１１の間は、金型コア１個分以上（例えば、１１．５ｍｍ以上）間隔が空けられる。微細パターン１１１は、通常のリソグラフィ技術（例えば、光リソグラフィや電子線リソグラフィ）及びエッチング技術（例えば、ドライエッチング）を利用して形成される。
【００１９】
次に、同図（ｃ）に示すように、金型コア複数個分の微細パターンを形成したパターン形成材１１０を、パターン形成材１１０と同じ大きさを有する金型材１２０に接合する（接合工程）。一般に射出成形機用の金型コアは、全長（高さ）が２０ｍｍ前後必要となるので、パターン形成材１１０に所望の微細パターン１１１を形成した後、必要な板厚となるように、２０ｍｍ前後の厚みを有する平板状（同図の例では、円板状）の金型材１２０を接合する。金型材１２０は、例えば、炭素鋼、合金工具鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼等の一般的な金型用材料で構成される。パターン形成材１１０は、例えば、ろう接や、表面活性化接合や、導電性接着剤によって金型材１２０に接合される。
【００２０】
次に、図２（ａ）に示すように、微細パターンが形成されていない部分のパターン形成材１１０の除去を行う（パターン形成材除去工程）。前述したように、パターン形成材１１０は、機械加工が困難な材料で構成されているので、金型材１２０にパターン形成材を接合した状態のままでは、各金型コアの切り出し等が行えない。そこで、各金型コアの切り出し等ができるように、微細パターンが形成されていない部分であって、かつ、個々の金型コアを機械加工するのに除去が必要な部分のパターン形成材を、サンドブラスト等によって除去する。なお、同図（ａ）に示した例では、微細パターン１１１が形成されていない部分のパターン形成材をすべて除去するようにしている。パターン形成材除去工程の詳細については後述する。
【００２１】
次に、ワイヤ放電加工機等を利用して、同図（ｂ）に示すように、各金型コアを円筒状２１０に切り出す（切り出し工程）。更に、円筒状に切り出された各金型コアを、切削加工や研削加工によって、同図（ｃ）に示すように、所定の金型コア形状２２０に機械加工する（形状加工工程）。なお、金型材で構成される細径部２２１は、切削加工等を行う工具がパターン形成材に接触するのを防ぐため、パターン形成材で構成される細径部２２２よりやや太くなるように加工される。
【００２２】
以上のようにして、その先端部に微細パターンが形成された金型コアが製造される。
【００２３】
なお、上述した金型コアの製造方法では、パターン形成材に微細パターンを形成した後に、パターン形成材を金型材に接合していたが、パターン形成材に微細パターンを形成する前に、パターン形成材を金型材に接合するようにしてもよい。
【００２４】
この場合、通常の半導体製造用の縮小投影露光機（ステッパ）や電子線ビーム露光機を利用して微細パターンを形成しようとすると、板厚を所定値（例えば、２ｍｍ）以下にする必要がある。そこで、まず、薄い（例えば、３００μｍ程度の）パターン形成材を、薄い（例えば、２ｍｍ程度の）金型材に接合し（第一の接合工程）、その後、図１（ｂ）に示した場合と同様に、微細パターンを形成する。そして、所定の金型コア厚み（高さ）になる様に、同図（ｃ）に示した場合と同様に、更に２０ｍｍ前後の金型材を接合する（第二の接合工程）。なお、微細パターンの形成に利用される装置等に板厚制限がない場合は、最初から必要な厚みを有する金型材を接合するようにすれば、金型材を重ねる必要はない。その後の工程については、図２を使って説明したものと同様である。なお、パターン形成材と金型材との接合（第一の接合工程）後、一度平面ラップを行い、接合歪みを取り除いた後に、微細パターンを形成するようすれば、より精度良く微細パターンを形成することが可能となる。
【００２５】
次に、パターン形成材除去工程の詳細について説明する。
【００２６】
ここでは、パターン形成材の除去に、サンドブラストを利用する。例えば、アルミナ等をパターン形成材に吹き付けることによって、パターン形成材の除去を行う。この際、微細パターンが形成されている部分（細径部の先端部分）その他必要な部分を保護するため、当該部分に対しては、レジストパターンを形成しておく。
【００２７】
図３は、パターン形成材除去工程において、微細パターンが形成されている部分を保護するために利用されるレジストシート３００の例を示す図である。同図（ａ）は、平面図を示し、同図（ｂ）は、正面図を示す。
【００２８】
同図（ａ）に示すように、レジストシート３００は、矩形状の外形を有し、パターン形成材に形成された金型コア複数個分の微細パターンそれぞれに対応する位置に、微細パターンが形成されている部分のパターン形成材を保護（被覆）するためのレジストパターン３１０が形成されている。
【００２９】
レジストパターン３１０は、樹脂系の粘着物質で構成されており、パターン形成材の微細パターンが形成されている部分に付着して、微細パターンをサンドブラスト等の除去加工から保護するものである。
【００３０】
レジストシート３００は、プリント基板のスクリーン印刷と同様の工法で、透明な剥離紙３０１上にレジストパターン３１０を印刷することで製作される。レジストパターン３１０が形成されたレジストシート３００には、実際にパターン形成材に貼り付けられる時までレジストパターン３１０を保護するため、剥離紙３０２が付着される。
【００３１】
パターン形成材にレジストパターン３１０を貼り付けるには、パターン形成材に貼り付ける側の剥離紙３０２を剥がし、レジストパターン３１０とパターン形成材上の微細パターンとの位置合わせをした後、レジストパターン３１０をパターン形成材に貼り付ける。その後、上面側の剥離紙３０１を剥がす。
【００３２】
図４は、レジストパターンをパターン形成材に貼り付けた状態を示す図である。同図（ａ）は、平面図を示し、同図（ｂ）は、正面図を示す。
【００３３】
同図に示すように、パターン形成材１１０の微細パターンが形成されている部分に、レジストパターン３１０が貼り付けられている。
【００３４】
なお、ここでは、レジストシートを利用して微細パターンの保護を行っているが、パターン形成材上に回転塗布等によりレジスト膜を形成し、通常のリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、微細パターンを保護するためのレジストパターンをパターン形成材上に形成するようにしてもよい。この場合、より高い精度でレジストパターンの位置決めを行うことが可能となる。
【００３５】
微細パターンその他必要な部分をレジストパターンで保護したら、パターン形成材にアルミナ等を吹き付けるサンドブラストによって、各金型コアの切り出し等を行う際に工具が通過することとなる部分のパターン形成材を除去する。必要なパターン形成材の除去が終了すると、溶剤でレジストパターンを除去する。
【００３６】
図５は、パターン形成材除去工程が終わった時点でのパターン形成材の様子を示す図である。同図（ａ）は、平面図を示し、同図（ｂ）は、正面図を示す。
【００３７】
同図に示すように、微細パターン１１１が形成されている部分についてはパターン形成材５１０が残り、金型コアの切り出し等を行うために機械加工が行われる部分についてはパターン形成材が除去されている。つまり、ワイヤ放電加工時のワイヤや、切削加工時のバイト等の工具が触れる部分については、パターン形成材が除去されているので、機械加工が困難な材料で構成されているパターン形成材が、金型コアの切り出し等の際に障害となることはないことになる。なお、同図に示した例では、微細パターン１１１が形成されていない部分のパターン形成材をすべて除去するようにしているが、金型コアの切り出し等に最低限必要となる部分のみ除去するようにしてもよい。
【００３８】
また、ここでは、サンドブラストによりパターン形成材の選択的除去を行っているが、レーザ光照射によってパターン形成材の選択的除去を行うようにしてもよい。この場合、レジストパターンによる微細パターン保護は必要でなく、レーザ光の照射軌跡を適宜制御して、除去したい部分についてのみレーザ光が照射されるようにすればよい。
【００３９】
また、パターン形成材の厚さが非常に薄い（例えば、３０〜５０μｍ程度の）場合は、エッチングによってパターン形成材の選択的除去を行うようにしてもよい。この場合は、パターン形成材上に回転塗布等によりレジスト膜を形成し、通常のリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、微細パターンその他必要な部分を保護するためのレジストパターンを、パターン形成材上に形成する。
【００４０】
以上説明したように、本発明によれば、金型材の表面に接合されるパターン形成材に直接、微細パターンを形成するので、転写による劣化を防ぐことができ、また、電気メッキ工程が必要ないので、金型コアの製作時間を大幅に短縮することができる。
【００４１】
また、本発明では、それぞれ金型コア複数個の大きさを有するパターン形成材と金型材とを接合する（すなわち、充分な広さを有する部材同士を接合する）ので、接合平面度を確保しやすくなり、高精度な金型コアを製造することが可能となる。また、パターン形成材を金型材に接合した後に微細パターンを形成する場合は、微細パターンを形成する前に、パターン形成材の表面を平滑化加工（ラッピング加工等）するようにすれば、接合歪みが除去されて、より高精度な金型コアを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による金型コアの製造方法を説明するための図（その１）である。
【図２】本発明による金型コアの製造方法を説明するための図（その２）である。
【図３】レジストシートの例を示す図である。
【図４】レジストパターンをパターン形成材に貼り付けた状態を示す図である。
【図５】パターン形成材除去工程が終わった時点でのパターン形成材の状態を示す図である。
【図６】金型コアの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１０    パターン形成材
１１１    微細パターン
１２０    金型材
２１０    円筒状に切り出された金型コア
２２０    所定の形状に加工された金型コア
２２１    金型材で構成された細径部
２２２    パターン形成材で構成された細径部
３００    レジストシート
３０１，３０２    剥離紙
３１０    レジストパターン
５１０    パターン形成材
６００    金型コア
６１０    太径部
６２０    細径部
６２１    微細パターン
【図１】
2007216523.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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