(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、生産性が高く、剥離を生じにくく、切削性に優れ、寸法精度を高めることができる光学素子成形用金型を提供することにある。【解決手段】  アモルファス合金層をエアロゾルデポジション法により基体上に形成した後、前記アモルファス合金層をダイアモンド切削または加熱プレス成形し光学面転写面を成形創成することを特徴とする光学素子成形用金型の製造方法。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス合金層をエアロゾルデポジション法により基体上に形成した後、前記アモルファス合金層をダイアモンド切削または加熱プレス成形し光学面転写面を成形創成することを特徴とする光学素子成形用金型の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子成形用金型の製造方法により製造されたことを特徴とする光学素子成形用金型。
【請求項３】
アモルファス合金層のアモルファス合金がＰｄ元素を２０〜８０ｍｏｌ％含むことを特徴とする請求項２に記載の光学素子成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子成形用金型の製造方法及び光学素子成形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来から一般的に行われてきたプラスチック光学素子の成形用金型の製作手法によれば、例えば鋼材やステンレス鋼などでブランク（一次加工品）を作っておき、その上に無電解ニッケルメッキとよばれる化学メッキにより、アモルファス状のニッケルと燐の合金を１００μｍほどの厚みに鍍膜し、このメッキ層を超精密加工機によりダイアモンド工具で切削加工して、光学素子の光学面を成形するための高精度な光学面転写面を得ていた。
【０００３】
かかる従来技術の手法によれば、基本的に機械加工により部品形状を創成するため、加工機の運動精度近くまで容易に部品精度が高められる反面、製作工程に機械加工と化学メッキ処理が混在し煩雑で納期がかかること、メッキ層の厚みを考慮してブランク（一次加工品）を作製する必要があること、必ずしもメッキ処理が安定している訳ではなく、ブランクの組成の偏りや汚れ具合によってメッキ層の付着強度がばらついたり、ピットと呼ばれるピンホール状の欠陥が生じたりすること、メッキ層の厚みの中で光学面転写面を創成しなければならないため、光学面転写面を再加工するときなどはメッキ厚みに余裕が無く加工不可能となる場合があること等々の不具合が生じていた。
【０００４】
更に、従来技術によれば、多量に光学面転写面をダイヤモンド切削加工する必要があるが、かかる場合、工具の切れ刃の状態や加工条件、加工環境温度の変化などの影響を受けて、切削加工し仕上げた光学面転写面の形状が微妙にバラツくという問題もあった。この光学面転写面の加工バラツキは、素材の被削性の悪さに起因するものであり、一般的には１００ｎｍ程度の光学面形状誤差を発生し、非常に慎重に加工した場合でも５０ｎｍ程度の形状誤差が残るが、これが多量に同一形状の光学面転写面を創成する際の加工精度限界となっている。
【０００５】
無電解ニッケルめっきを改良する手段として、過冷却液体域を有する非晶質合金を基体に付着させ、ダイヤモンド切削などにより光学素子成形用金型を製造する技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術によれば、最大で２０μｍ／ｈ程度の成膜速度で非晶質合金膜を形成できるので、無電解ニッケルめっきで要した数週間の加工時間と比べて格段に早い納期で金型の製造が可能になった。
【０００６】
ここで、過冷却液体域を有するアモルファス状合金（いわゆる非晶質合金）について説明する。近年、金属ガラスと呼ばれる、加熱すると過冷却液体となるアモルファス状の合金材料が注目されている。これは、通常の金属が多結晶組織であるのに対して、組織がアモルファス状のため組成がミクロ的にも均一で機械強度や常温化学耐性に優れ、ガラス転移点を有し、過冷却液体域であるガラス転移点〜結晶化温度の範囲（通常、ガラス転移点＋２００℃前後である）に加熱するとガラス状に軟化するためプレス成形加工が出来るという、通常の金属には無い特徴を有する。また、切削加工においても、特にダイアモンド工具による超精密切削加工を行うと、高精度な鏡面が容易に得られることが知られている。その理由は、この材料がアモルファス状であり結晶粒界を持たないので場所によらず被削性が均一であること、又、アモルファス状を保つために結晶化エネルギーを大きくして組成的に多晶体としているため、切削加工中のダイアモンドの拡散摩耗が少なく工具の刃先寿命を長く保てること等によると考えられる。
【０００７】
このように、金属ガラス薄膜を用いた光学素子成形用金型は、従来技術より高効率で製造することが可能となったが、薄膜の成膜速度において幾分改良の余地があった。薄膜の製造にはスパッタ法が用いられるが、高真空を用いるために装置が高価であり、真空引きを含めた成膜時間は約１日程度を要した。この他、前記特許文献１ではスパッタ法以外のＰＶＤ処理、イオンプレーティング、蒸着、ＣＶＤ処理が記載されているが、これらのどの方法であっても同様な問題を抱えていた。また、もう一つの課題として、金属ガラス膜の剥離が挙げられる。光学素子成形用金型としては１００μｍ程度の膜厚が必要であるが、このような厚膜を形成する際には、逆スパッタ等の手段で基体と金属ガラス膜の接着性を向上させても、金属ガラス膜自体の内部応力により剥離が生じる場合があった。
【０００８】
一方、近年新しい厚膜形成技術としてエアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法ともいう）が開発され、圧電材料などのセラミックスや、本発明者による蛍光体などの厚膜作製が検討されている（特許文献２、３参照）。この方法では、セラミックス微粒子を、エアロゾルチャンバー内でガスと攪拌・混合してエアロゾル化し、成膜チャンバーとの圧力差によるガスの流れで成膜チャンバーに搬送し、スリット状のノズルを通して加速、基板に噴射し、セラミックス厚膜を基板上に製造する。この成膜方法は高速に比較的低温でセラミックスの厚膜を形成することができる。
【０００９】
セラミックス以外の厚膜形成も試みられており、最近、ＡＤ法による金属ガラス膜の形成技術が開示された（特許文献４参照）。しかしながら、この中で開示されているＣｏ，Ｆｅ系の金属ガラスは磁性材料としての応用例のみであり、また耐酸化性や耐熱性の観点で、光学素子成形用金型材料としては好ましくないものである。
【特許文献１】特開２００３−１５４５２９号公報
【特許文献２】特開平２−１６３７９号公報
【特許文献３】特開２００５−９１２００号公報
【特許文献４】特開２００５−６０８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、生産性が高く、剥離を生じにくく、切削性に優れ、寸法精度を高めることができる光学素子成形用金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
【００１２】
（１）アモルファス合金層をエアロゾルデポジション法により基体上に形成した後、前記アモルファス合金層をダイアモンド切削または加熱プレス成形し光学面転写面を成形創成することを特徴とする光学素子成形用金型の製造方法。
【００１３】
（２）前記（１）項に記載の光学素子成形用金型の製造方法により製造されたことを特徴とする光学素子成形用金型。
【００１４】
（３）アモルファス合金層のアモルファス合金がＰｄ元素を２０〜８０ｍｏｌ％含むことを特徴とする前記（２）項に記載の光学素子成形用金型。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、生産性が高く、剥離を生じにくく、切削性に優れ、寸法精度を高めることができる光学素子成形用金型を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００１７】
本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
まず、光学素子成形用金型の製作工程を示す。ステンレス鋼材等から基体を形成する。基体の材料は、鋼やステンレス鋼などの一般的に用いられる金型材料で良いから、供給も安定しており価格も安い。ブランクとしての基体は、一端に、光学素子の光学面（例えば非球面）に対応したくぼみと、その周囲の周囲面とを形成することで、金型の近似形状を有するようになっている。このくぼみと周囲面、さらに基体の端部周囲面に、過冷却液体域を有する非晶質合金（以下、単に非晶質合金ともいう）を、以下のようにして付着させる。くぼみと周囲面、基体の端部周囲面の形状精度は、表面に施す非晶質合金の膜厚によるが１００μｍ程度の非晶質合金を成膜する場合であれば、１０〜２０μｍ程度の精度であれば十分なので、ブランク加工そのものはＮＣ旋盤などを使用して数１０分でできる程度のものである。
【００１９】
（ＡＤ法による金属ガラス成膜）
平均粒径２μｍ以下である合金微粒子を用いて製造した場合、表面平滑性の良いアモルファス合金厚膜からなるアモルファス合金部材を製造できるため好ましい。好ましくは０．１〜２μｍの平均粒径の合金微粒子である。
【００２０】
本発明に係わるアモルファス合金微粒子は、水アトマイズ法やガスアトマイズ法により作製したアモルファス合金粉末あるいはこれらの粉末を粉砕や分級したアモルファス合金微粒子、液体急冷法により作製したアモルファスリボンを粉砕及び分級したアモルファス合金微粒子、アモルファス合金を水素化して微粉細したアモルファス合金微粒子、ＤＣプラズマや高周波プラズマを用いて作製したアモルファス合金微粒子等である。
【００２１】
本発明ではパラジウムを含んだ金属ガラスを用いることが好ましい。パラジウム系の非晶質合金としては、Ｐｄ40Ｃｕ30Ｎｉ10Ｐ20、Ｐｄ76Ｃｕ6Ｓｉ18、Ｐｄ61Ｐｔ15Ｃｕ6Ｓｉ18、などがあるが、パラジウムの含有量が少なくとも２０ｍｏｌ％以上含有しないと、他の構成原子が酸化したり結晶化しやすくなって、大気中での加熱プレス成形は難しくなる。一方、パラジウムの含有量が８０ｍｏｌ％以上では、一般的には、ガラス転移点が存在しなくなり非晶質合金とならない。そのため非晶質合金の材料としては、パラジウム含有量が２０ｍｏｌ％以上かつ８０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。また、最多含有原子であるパラジウム以外では、銅、ニッケル、アルミニウム、シリコン、燐、ボロンのいずれかを少なくとも３ｍｏｌ％以上含有していることが、アモルファス状の非晶質合金とするために好ましい。
【００２２】
成膜チャンバーは、真空ポンプ等で排気され、チャンバー内の真空度は必要に応じて調整されている。本発明では、真空度は０．１〜１０００Ｐａが好ましい。
【００２３】
エアロゾル化された原料粒子は、好ましくは流速１００〜４００ｍ／ｓｅｃのキャリアガスによって衝突することによって、基板上に堆積することができる。キャリアガスにより衝突した粒子は、互いに衝突の衝撃によって接合し膜を形成する。
【００２４】
本発明の製造方法において、合金粒子を加速・噴出するためのキャリアガスとしては、窒素ガスが好ましい。Ｈｅ等の希ガス類は、粒子衝突時に放電が起きやすく、膜内へ欠陥が導入される場合があり好ましく無い。欠陥が導入された場合、膜の透明性が劣化し、放射線から変換された光が取り出せず検出効率が悪化する。
【００２５】
本発明の製造方法においては、合金粒子を衝突させる基板の温度は、−１００℃以上、２００℃以下に保持することが好ましい。基板温度を３００℃以上に加熱した時には膜が結晶化し、金属ガラスとしての性質を失うため、切削性やプレス成形性といった特徴が失われる。
【００２６】
この方法によって得られる成膜速度は、１〜５０μｍ／ｍｉｎの範囲が好ましく利用でき、前記真空度やエアロゾル密度、流速などの制御因子を最適化することで調節できる。
【００２７】
（型加工）
続いて、この非晶質合金の成膜に対し、ダイアモンド切削加工や加熱プレス成形もしくはこれらの組み合わせを施すことで、非晶質合金の表面を所望の光学面転写面（基体のくぼみに対応）に仕上げる。ダイアモンド切削は、単結晶ダイアモンド工具を用いて、超精密旋盤などにより一つ一つ切削加工するため、従来の無電解ニッケルメッキによる金型製作手法と基本的に同じ加工工程を経るが、従来に比べて、光学面転写面は、ＡＤ法で迅速に緻密に形成され、化学メッキ処理をしないためピンホールなどの欠陥が無く処理納期が早いことと、被削性が非常に良いので工具摩耗が少なく切削加工による形状創成が容易であること等が、より優れた特徴といえる。
【００２８】
また本発明のＡＤ法は、スパッタ法を始めとするＰＶＤ、ＣＶＤ成膜法と比較して、基体との接着性が非常に高い特徴がある。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００３０】
実施例１
《本発明の光学素子成形用金型の作製（エアロゾルデポジション法）》
水素ガスとＡｒガスの混合ガス中でＰｄＣｕＳｉ合金をアーク溶解し、発生した微粒子を捕集した。合金微粒子の平均粒径は５０ｎｍであった。組成分析の結果、合金微粒子の組成（ｍｏｌ％比）はＰｄ76Ｃｕ6Ｓｉ18であった。Ｘ線回折の結果、合金微粒子はアモルファス特有のハローパターンを示しており、アモルファス合金微粒子であることを確認した。また、透過電子顕微鏡による観察の結果、結晶格子はほとんど観察されず、微粒子内部はアモルファス相がほとんどを占めていることが確認された。
【００３１】
次にこのアモルファス合金微粒子をエアロゾル化チャンバー内でＮ2ガスと攪拌・混合してエアロゾル化し、成膜チャンバーとの圧力差によるガスの流れにより成膜チャンバーに搬送し、合金部材を製造した。成膜速度は１０μｍ／ｍｉｎであった。
【００３２】
１００μｍの膜を得るために要した時間は、段取り、真空引き等含めて１時間であった。
【００３３】
作製した部材をダイヤモンド切削により光学面転写面を形成し、光学素子成形用金型を製造した。
【００３４】
このように製造した金型１００個を用いて光学素子成形を行なったところ、全ての金型で５０，０００回の成形が可能であった。
【００３５】
《比較の光学素子成形用金型の作製（スパッタ成膜法）》
アモルファス合金ターゲットを作製し、上記アモルファス合金微粒子を用いて、スパッタにより成膜した。更にダイヤモンド切削により光学面転写面を形成し、光学素子成形用金型を製造した。スパッタ成膜速度は２０μｍ／ｈであった。１００μｍの膜を得るために要した時間は、段取り、真空引き等含めて１２時間であった。
【００３６】
このように製造した金型１００個を用いて光学素子成形を行なったところ、９７個の金型で規定の回数（５０，０００回）の成形が可能であった。残り３個の金型は、それぞれ規定の回数の５０％、６７％、９６％、の回数で、金属ガラス層が剥離して成形不可能になった。
【００３７】
上記、《本発明の光学素子成形用金型の作製（エアロゾルデポジション法）》と、《比較の光学素子成形用金型の作製（スパッタ成膜法）》との結果を比較すると、本発明の場合には特段に、生産性が高く、剥離を生じにくく、切削性に優れ、寸法精度を高める、ことができる光学素子成形用金型の製造方法、および光学素子成形用金型を提供することができることは明らかである。