(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に、過冷却液体域を有する非晶質合金を成膜により付着させ、前記過冷却液体域を有する非晶質合金に、光学素子の光学面を成形するための光学面転写面及び／又は光学素子の幾何寸法基準面を成形するための幾何寸法基準面転写面を形成したことを特徴とする光学素子成形用金型。
【請求項２】
基体に、過冷却液体域を有する非晶質合金を付着させ、前記過冷却液体域を有する非晶質合金に、光学素子の光学面を成形するための光学面転写面を形成した光学素子成形用金型であって、前記基体に前記過冷却液体域を有する非晶質合金を付着させる際の前記光学面転写面における前記過冷却液体域を有する非晶質合金の付着厚さを、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下としたことを特徴とする光学素子成形用金型。
【請求項３】
前記過冷却液体域を有する非晶質合金をＰＶＤ処理によって前記基体に付着させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子成形用金型。
【請求項４】
前記過冷却液体域を有する非晶質合金をスパッタ処理によって前記基体に付着させたことを特徴とする請求項３に記載の光学素子成形用金型。
【請求項５】
前記過冷却液体域を有する非晶質合金をイオンプレーティング処理によって前記基体に付着させたことを特徴とする請求項３に記載の光学素子成形用金型。
【請求項６】
前記過冷却液体域を有する非晶質合金を蒸着によって前記基体に付着させたことを特徴とする請求項３に記載の光学素子成形用金型。
【請求項７】
基体に、過冷却液体域を有する非晶質合金をＣＶＤ処理によって付着させ、前記過冷却液体域を有する非晶質合金に、光学素子の光学面を成形するための光学面転写面及び／又は光学素子の幾何寸法基準面を成形するための幾何寸法基準面転写面を形成したことを特徴とする光学素子成形用金型。
【請求項８】
前記過冷却液体域を有する非晶質合金を前記基体に付着させた後、加熱プレス成形により前記光学面転写面及び／又は前記幾何寸法基準面転写面を成形創成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項９】
前記過冷却液体域を有する非晶質合金を前記基体に付着させた後、ダイヤモンド切削により前記光学面転写面及び／又は前記幾何寸法基準面転写面を成形創成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項１０】
前記過冷却液体域を有する非晶質合金を前記基体に付着させた後、ダイヤモンド切削及び加熱プレス成形により前記光学面転写面及び／又は前記幾何寸法基準面転写面を成形創成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項１１】
前記過冷却液体域を有する非晶質合金の組成において、パラジウムを２０ｍｏｌ％以上８０ｍｏｌ％以下の割合で含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【請求項１２】
前記過冷却液体域を有する非晶質合金の組成において、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％以上の割合で含有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光学素子成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過冷却液体域を有する非晶質合金を用いて形成された光学素子成形用金型に関する。
【０００２】
【従来技術】
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】
【発明が解決しようとする課題】
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】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、低コストであり取り扱いが容易であるにも関わらず、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を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光学素子成形用金型は、基体に、過冷却液体域を有する非晶質合金を成膜により付着させ、前記過冷却液体域を有する非晶質合金に、光学素子の光学面を成形するための光学面転写面及び／又は光学素子の幾何寸法基準面を成形するための幾何寸法基準面転写面を形成したことを特徴とする。
【０００７】
本発明に先だって、過冷却液体域を有する非晶質合金の塊（バルク）材料を加熱軟化しプレス成形することにより、母型の母光学面形状を光学面転写面に成形転写して、光学素子成形用金型を製作する手法が、本発明者の一人によって提案されている。この光学素子成形用金型の製作方法は、従来の化学メッキ材料に機械加工を施すのみで光学面転写面を創成するよりも格段に効率が良く、しかも光学面転写面を大量にかつ高精度、安価に創成できるという優れた特徴を有していた。また、比較的高価な材料を用いても、使用済みの金型を再度加熱溶融し急冷することにより、何回でもリサイクルが可能であるため半永久的に材料を利用することが出来、その結果、材料コストを格段に低くすることができるというものである。しかるに、過冷却液体域を有する非晶質合金は、通常の金型の材料である鋼材と特性が異なるため、取り扱いにおいて留意すべき問題がある。そこで、請求項１に記載の本発明は、過冷却液体域を有する非晶質合金の特性を考慮した上で、光学素子成形用金型の材料として用いる場合における利点を損なうことなく、より優れた光学素子成形用金型を創成し、それにより高精度な光学素子を大量に安価に生産することを可能とするものである。
【０００８】
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、本発明者の一人によって発見されている。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。超精密切削加工により実用的に光学面転写面の創成ができるバルク材としては、従来から知られているのは軟質金属だけであり、非常に微細な切込み量（１００ｎｍ前後）による延性モード切削によってのみ、シリコンやガラスなどの硬度の高い材料を切削加工可能ではあったが、それは極めて低効率であった。従って、金属ガラスを金型材料として用いることは、金型を中心とした光学面創成加工に極めて大きな応用展開を示唆する発見であったといえる。同様の加工特性は、ダイアモンド砥石などを用いた研削加工についても、研削比が大きくとれる等の形で現れる。
【０００９】
バルク状の金属ガラスを用いて光学素子成形用金型を製作する技術は、従来の無電解ニッケルメッキによる光学素子成形用金型の創成手法に比べ、格段に高効率で高精度、かつ低コストに大量の光学素子成形用金型を得られるものであったが、同時に以下の問題点があった。
【００１０】
バルク状の金属ガラスを用いた光学素子成形用金型では、材料がアモルファス状であるが故に外力を加えると応力が緩和しないで破断を生じる、言い換えれば割れやすいという欠点があった。かかる欠点によれば、例えば金属ガラスを用いた金型部品に固定用のネジを切るときなど、下穴をドリルなどで切削加工した後、タップを切り込んでゆくと、深い切り込み量により大きな切削応力が働き、ネジ切り部分を起点として金型部品が割れるという恐れがある。これを防止するには、バルク材を加熱プレス成形する際に、金属製の部品をネジ切り部にインサート成形する等の工夫が必要であった。また、かかる光学素子成形用金型をダイセットに組み込んで、実際にプラスチック材料などを用いて光学素子を成形する際に、型締め力を直接この金型で受ける場合、或いはダイセット内で摺動に起因したこじれる力が働いた場合などは、光学素子成形中に光学素子成形用金型が破断する恐れもあった。また、光学素子成形用金型の外周部や摺動部は、その光学面転写面に比べると、より深い切り込み量での切削加工が必要となることが多いが、金型の成形前や成形後に、光学素子成形用金型の外周部や摺動部を、汎用の工作機械による切削加工で仕上げる際に、金属ガラスに対してあまり大きな切り込み量を入れて加工すると、切削部分の温度が材料のＴｇ（ガラス転移点）を容易に超えるため、粘性流体を刃先で引きずるような現象が生じ、瞬間的に大きな切削応力が働いて、ここを起点として破断する恐れがあった。このように、金属ガラスは高被削性、加熱プレス成形性、高硬度など金型材料として非常に優れた特徴を有しながら、均一な組成であるが故に脆いという短所も有していた。また、例えばパラジウム系の金属ガラスでは、貴金属主成分であることを活かして大気中で容易に加熱プレス成形ができる反面、金型部品としては高価な地金価値を有するため、保管管理を厳重に行う必要があり、鋼材などに比べると取り扱い性に劣るという問題もある。
【００１１】
このように、金属ガラスのバルク材料をダイアモンド切削加工や加熱プレス成形により、所望の光学面転写面または／かつ幾何寸法基準面転写面を創成し、光学素子成形用金型を得るという手法では、実際に光学素子を成形する上で実用上、幾分改良の余地があったといえる。
【００１２】
本発明は、従来技術による光学素子成形用金型は元より、バルク材料の金属ガラスを用いた光学素子成形用金型の創成手法に関する問題に鑑み、極めて効果的にその解決を図ったものである。例えば靱性のある鋼材などで基体を形成し、その基体に、過冷却液体域を有する非晶質合金を成膜により付着させ、前記過冷却液体域を有する非晶質合金に、光学素子の光学面を成形するための光学面転写面及び／又は光学素子の幾何寸法基準面を成形するための幾何寸法基準面転写面を形成すれば、ダイアモンド工具等を用いた切削加工により、前記光学面転写面や前記幾何寸法基準面転写面を形成する場合には、切削される部分は前記過冷却液体域を有する非晶質合金であることからその被削性が確保され、工具の寿命も延長されるので、従来の無電解ニッケルメッキ法と比較して、高精度・高効率かつ低コストに光学素子成形用金型を得ることができる。又、加熱プレス成形により前記光学面転写面や前記幾何寸法基準面転写面を形成する場合には、プレス成形される部分は前記過冷却液体域を有する非晶質合金であることから成形性に優れ、しかも加熱するのは前記過冷却液体域を有する非晶質合金とその周辺だけで足りるので、ヒータの容量が小さくて済み、また加熱も迅速に行えるので効率のよい加工が可能となる。一方、前記光学素子成形用金型にネジ孔加工を施す場合には、前記基体に対して穿孔しタップを切ることで、前記光学素子成形用金型の割れなどを抑制できる。また、ダイセット取り付け後、成形時に発生する外力に対しても、前記基体の靱性を利用して応力集中を緩和でき、破損を抑制することが可能となる。尚、光学面転写面や幾何寸法基準面転写面が、切削加工で創成されたか、あるいは加熱プレス成形によって創成されたかは問わない。ここで、光学素子の幾何寸法基準面とは、例えば光学素子のフランジ部周面などのごとく、その光学素子を他の部材に取り付ける際に、位置決めの基準となるような面をいう。
【００１３】
請求項２の光学素子成形用金型は、基体に、過冷却液体域を有する非晶質合金を付着させ、前記過冷却液体域を有する非晶質合金に、光学素子の光学面を成形するための光学面転写面を形成した光学素子成形金型であって、前記過冷却液体域を有する非晶質合金の付着厚さ（膜厚）を、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下としたもので、光学素子成形用金型の光学面転写面や幾何寸法基準面転写面の加工を実用化する上でより好ましい範囲を示している。すなわち、前記基体の形状がほとんど完成形状に近い場合には、前記過冷却液体域を有する非晶質合金の厚みは薄くても良いが、１０ｎｍ以上とすることで、切削や加熱プレス成形などの２次加工を有効とする効果がある。また１ｍｍ以下とすることで、所望の光学面が複雑であっても、切削や加熱プレス成形などの２次加工の取り代が減り素材の有効活用ができ、付着させる時間を抑えて、コスト上も有利となる。
【００１４】
請求項３の光学素子成形用金型は、前記過冷却液体域を有する非晶質合金をＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理によって前記基体に付着させるので、強固な付着を達成できる。
【００１５】
請求項４の光学素子成形用金型は、前記過冷却液体域を有する非晶質合金をスパッタ処理によって前記基体に付着させたので、強固な付着を達成できる。
【００１６】
請求項５の光学素子成形用金型は、前記過冷却液体域を有する非晶質合金をイオンプレーティング処理によって前記基体に付着させたので、強固な付着を達成できる。
【００１７】
請求項６の光学素子成形用金型は、前記過冷却液体域を有する非晶質合金を蒸着によって前記基体に付着させたので、強固な付着を達成できる。
【００１８】
請求項７の光学素子成形用金型は、基体に、過冷却液体域を有する非晶質合金をＣＶＤ処理によって付着させ、前記過冷却液体域を有する非晶質合金に、光学素子の光学面を成形するための光学面転写面及び／又は光学素子の幾何寸法基準面を成形するための幾何寸法基準面転写面を形成したものであり、前記過冷却液体域を有する非晶質合金をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ１ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ）処理によって前記基体に付着させたので、強固な付着を達成できる。
【００１９】
請求項８の光学素子成形用金型は、前記過冷却液体域を有する非晶質合金を前記基体に付着させた後、加熱プレス成形により前記光学面転写面及び／又は前記幾何寸法基準面転写面を成形創成するので、前記過冷却液体域を有する非晶質合金のプレス容易性を利用し、簡単な工程で高精度な光学素子成形用金型を大量生産できる。
【００２０】
請求項９の光学素子成形用金型は、前記過冷却液体域を有する非晶質合金を前記基体に付着させた後、ダイヤモンド切削により前記光学面転写面及び／又は前記幾何寸法基準面転写面を成形創成すると、前記過冷却液体域を有する非晶質合金の被削性を利用し、簡単な工程で高精度な光学素子成形用金型を大量生産できる。
【００２１】
請求項１０の光学素子成形用金型は、前記過冷却液体域を有する非晶質合金を前記基体に付着させた後、ダイヤモンド切削及び加熱プレス成形により前記光学面転写面及び／又は前記幾何寸法基準面転写面を成形創成すると、前記過冷却液体域を有する非晶質合金のプレス容易性及び被削性を利用し、簡単な工程で高精度な光学素子成形用金型を大量生産できる。
【００２２】
請求項１１の光学素子成形用金型は、前記過冷却液体域を有する非晶質合金の組成において、パラジウムを２０ｍｏｌ％以上８０ｍｏｌ％以下の割合で含むと、前記過冷却液体域を有する非晶質合金の酸化を抑制できて、大気雰囲気中でも加熱プレス加工を行えるようになるため便利である。
【００２３】
請求項１２の光学素子成形用金型は、前記過冷却液体域を有する非晶質合金の組成において、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％以上の割合で含有すると好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、光学素子成形用金型の製作工程を示す図である。まず、ステンレス鋼材等から基体１０を形成する。基体１０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１０は、一端（図で上端）に、光学素子の光学面（例えば非球面）に対応したくぼみ１０ａと、その周囲の周囲面１０ｂ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１０ａと周囲面１０ｂ、さらに基体１０の端部周囲面１０ｃ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）ＭＧを、以下のようにして付着させる。くぼみ１０ａと周囲面１０ｂ、基体１０の端部周囲面１０ｃの形状精度は、表面に施す非晶質合金ＭＧの膜厚によるが１００μｍ程度の非晶質合金ＭＧ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。
【００２５】
次に、非晶質合金ＭＧを、くぼみ１０ａと周囲面１０ｂ、基体１０の端部周囲面１０ｃの表面に対して、スパッタや蒸着などのＰＶＤ処理やＣＶＤ処理により成膜する。
【００２６】
非晶質合金ＭＧの成膜は、ＣＶＤ処理では、基体１０が高温となり過冷却液体状態とする非晶質合金の性質上不利ではあるが、本発明は成膜をＣＶＤ処理やＰＶＤ処理のどちらかに限ったものではない。非晶質合金ＭＧを比較的容易に成膜しやすいＰＶＤ処理では、スパッタやイオンプレーティング、蒸着などの処理があるが、本発明ではどれを用いても良い。ちなみに、スパッタ法ではターゲット材料は必ずしもアモルファス状態でなくとも良く、基体１０に所望の組成比で構成原子を付着させれば、スパッタの原理上、付着時に急冷を伴うため、アモルファス状態で容易に成膜できる。成膜速度は０．２〜数μｍ／ｈ程度で、スパッタ装置の出力をあげれば容易に短縮できるが、基体１０の温度が上昇してアモルファス状にならなくなるため、水冷などによる基体１０の冷却が必要となる。あまり膜厚が厚くても、この後のダイアモンド切削加工や加熱プレス成形などで取り代がたくさん残り効率が悪いので、通常は１００μｍ程度がより好ましい。しかし、複雑な形状では数ｍｍの膜厚が必要なこともあり、大凡１０ｎｍから１ｍｍ程度の範囲が、実用的な膜厚範囲である。
【００２７】
特に膜厚が厚い場合は、くぼみ１０ａと周囲面１０ｂ、基体１０の端部周囲面１０ｃ以外の部分にはみ出した非晶質合金により、光学素子成形用金型の設計形状が損なわれることがある。そのために、成膜部分以外をマスキングしたり、成膜後にダイアモンド切削や研削加工によってはみ出し部を除去することも必要な場合がある。しかし、非晶質合金ＭＧは、被削性が良くしかも除去量が少ないため、実質的に加工工数の増大やコストの負担を招くことはない。
【００２８】
本実施の形態のごとく、非晶質合金ＭＧを、このように光学素子成形用金型の極限られた部位だけに少量用いることによって、優れた物性的な特徴をもちながらバルク形状の製作が難しかった種類の非晶質合金についても、光学素子成形用金型に適用することが可能となった。例えば、ニッケル系や銅系などの高硬度の非晶質合金は、金型材料として高耐久性が期待できるが、バルク状にしにくいため、光学素子成形用金型ヘの適用が難しかったが、本実施の形態のごとく成膜化することで、その適用が可能となった。さらに、バルク材料では冶金時に水素などのガスが地金中に存在するので、「す」と呼ばれる微小孔が存在し、ダイアモンド切削したり加熱プレス成形したときに、加工創成した光学面に現れて表面不良を生じさせることがあったが、本実施の形態のようなＣＶＤ処理やＰＶＤ処理によって気相から成膜する場合では、「す」が発生することはほぼ無いため、光学素子成形用金型の製作収率が高く維持できて、例えば不良対応のスペアを製作する必要がなくなるので、バルク材料から形成した光学素子成形用金型に比べ、大幅に低コストになる。
【００２９】
続いて、この非晶質合金ＭＧ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ＭＧの表面を所望の光学面転写面ＭＧａ（基体１０のくぼみ１０ａに対応）及び幾何寸法基準面転写面ＭＧｂ（基体１０の周囲面１０ｂに対応）に仕上げる。ダイアモンド切削は、図１に点線で示す単結晶ダイアモンド工具Ｔを用いて、超精密旋盤（不図示）などにより一つ―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ＭＧａ及び幾何寸法基準面転写面ＭＧｂは、ＰＶＤ処理又はＣＶＤ処理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。
【００３０】
図２は、加熱プレス成形による光学面素子成形用金型の光学面転写面及び幾何寸法基準面転写面の形成工程を示す図である。まず、図２（ａ）に示すように、成形すべき光学素子の光学面と幾何寸法基準面に対応した母光学面１ａと母幾何寸法基準面１ｂとを有するマスター型材１に、シリンダ２をボルト３により固定してマスター型４を形成し、更にこれに支柱５を取り付ける。続いて、図２（ｂ）に示すように、マスター型材１の周囲に配置されたヒーターＨにより、母光学面１ａと母幾何寸法基準面１ｂの周辺を予備加熱しておき、図１に示す工程で作成した基体１０及び成膜した非晶質合金ＭＧ（機械加工されていてもよい）を、シリンダ２内に挿入し、プランジャー６で加圧する。このときシリンダ２内の空気は、エアベント（溝２ａ）を介して外部へと流出する。加熱された非晶質合金ＭＧは、溶融した樹脂と同様に柔軟性があるため、わずかな加圧であっても、マスター型材１の母光学面１ａと母幾何寸法基準面１ｂとの形状に一致するように変形する。
【００３１】
更に、図２（ｃ）に示すように、マスター型４とプランジャー６とを一体で、冷却水が満たされた容器７内に沈下させることで、非晶質合金ＭＧを急冷させる。尚、かかる冷却は自然放冷であっても良い。その後、容器７から取り出したマスター型４とプランジャー６とを分離させることで、母光学面１ａと母幾何寸法基準面１ｂに対応した光学面転写面ＭＧａと幾何寸法基準面転写面ＭＧｂとを形成した光学素子成形用金型１０’（図３）を取り出すことができる。深い光学面形状や複雑な光学面形状や酸化しやすい非晶質合金を加熱プレス成形する場合は、加熱、成形、冷却の工程を真空中で行うのが好ましい。
【００３２】
図３は、光学素子の一例であるレンズを形成するための光学素子成形用金型を含むダイセットの断面図である。上述のようにして非晶質合金ＭＧを成膜した光学素子成形用金型１０’と、同様にして非晶質合金ＭＧ’を成膜した光学素子成形用金型１１’とを、光学面転写面ＭＧａ、ＭＧａ’同士及び幾何寸法基準面転写面ＭＧｂ、ＭＧｂ’同士を対向させるようにして、ダイセット金型１３，１４に挿入し、溶融したプラスチック材料ＰＬを、不図示のゲートから通常の射出成形と同様に光学素子成形用金型１０’，１１’間に射出して、更に冷却することで、所望の形状のレンズを得ることができる。尚、ダイセット取り付け用のネジ孔１０ｄ’、１１ｄを加工する場合も、非晶質合金ＭＧと異なり、靱性に優れた基体１０、１１に対して穿孔しタップ切りを行えばよいので、加工時の破損を抑えることができ、また成形時の外力に対しても基体１０、１１がたわんで応力集中を緩和させる機能を有するため破損が抑制される。
【００３３】
このように本実施の形態では、加熱プレス成形によって光学面転写面ＭＧａや幾何寸法基準面転写面ＭＧｂを創成する場合、非晶質合金ＭＧが成膜された部分を重点的に加熱して軟化させ、加熱したマスター型１に押圧すれば足りる。重要なことは、本実施の形態では、非晶質合金ＭＧは光学素子成形用金型１０’全体に用いず、光学面転写面ＭＧａや幾何寸法基準面転写面ＭＧｂを形成する層及びその周辺のみに限られており、基体１０全体を均一に加熱する必要がないことである。従って、バルク材料の非晶質合金全体を加熱プレス成形する場合に比べて、熱容量が小さく加熱が容易なため温度制御も精度良くでき、プレス変形量も少ないのでプレス時間を大幅に短くできる。これらの特徴は、単に成形プロセスが制御しやすいというだけでなく、加熱中の非晶質合金の結晶化を避けるには非常に都合の良い条件であり、その結果、結晶化を気にすることなく加熱プレス成形を何度もやり直すことができ、それにより鋳潰さなくとも光学面転写面ＭＧａ等の形状修正やリサイクルが可能となり、又、優れた物性的特徴を有しながら、結晶化しやすいため加熱プレス成形ができなかったような、上述したごとき非晶質合金についても、光学素子成形用金型ヘの適用が可能となる。
【００３４】
本発明の特徴を活かしてさらに加熱方法を簡便化すると、非晶質合金に光学面転写面や幾何寸法基準面転写面を成形するためのマスター型のみを、成形温度に加熱しておき、これに基体に成膜した非晶質合金を押しつければ、非晶質合金がマスター型との接触表面から成形温度になるに従って軟化し転写成形が進行し、最終的には非晶質合金の全表面がマスター型に密着したところで成形を完了できる。このように、加圧力も一定でほとんど制御しなくても成形が可能となるため、極めて簡素な加熱プレス成形装置で高精度に高効率に光学素子成形用金型の光学面転写面や幾何寸法基準面転写面を創成加工できる。また、マスター型のみを過熱する際は熱容量がさらに小さくなるので、非常に高精度に温度制御が可能となり、オーバーシュートやハンチングなどによる過熱を防ぎ、加熱プレス成形中の非晶質合金の結晶化や融着を効果的に防ぐことができる。
【００３５】
加熱プレス成形の雰囲気は、通常は非晶質合金の酸化やそれに基づく結晶化を防ぐために真空中で行うことが好ましく、パラジウム系の非晶質合金は大気中で加熱してもほとんど酸化しないため、大気中で加熱プレス成形することができる。この場合、加熱プレス成形装置は、真空雰囲気を維持する必要もなくなるのでさらに簡素なものとすることができ、大気中で直接目視観察しながら加熱プレス成形ができるという利点がある。パラジウム系の非晶質合金としては、Ｐｄ４０Ｃｕ３０Ｎｉ１０Ｐ２０や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、大気中で加熱プレス成形を安定して行う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必要である。これは、パラジウム系の非晶質合金に限らず、例えば、Ｚｒ５５Ａｌ１０Ｃｕ３０Ｎｉ５、Ｚｒ５７Ｔｉ３Ａｌ１０Ｎｉ１０Ｃｕ２０、Ｌａ６５Ａｌ１５Ｎｉ２０、Ｌａ５５Ａｌ１５Ｎｉ１０Ｃｕ２０、Ｃｏ５１Ｆｅ２１Ｚｒ８Ｂ２０、Ｆｅ５６Ｃｕ７Ｎｉ７Ｚｒ１０Ｂ２０、Ｍｇ７５Ｃｕ１５Ｙ１０、Ｍｇ７０Ｎｉ２０Ｌａ１０等々、ほとんどの系の非晶質合金について言えることである。また、大気雰囲気中での加熱プレス成形では、マスター型と非晶質合金の成形面とに閉じた空間ができると、空気溜まりとなって加熱プレス成形の転写性を劣化させる場合がある。この場合は、パラジウム系の非晶質合金であっても真空中で加熱プレス成形を行うとよい。
【００３６】
パラジウム系などの貴金属の非晶質合金を光学素子成形用金型に用いる場合は、バルク材料では金型一つで高価な地金価値があるため、光学素子の成形生産工程でこのように高価で小さな部品を多量に扱うには、保管管理を厳重にするなどのセキュリティ上の問題が避けられなかった。しかし、本実施の形態のごとき光学素子成形用金型では、非晶質合金の膜厚を１００μｍ程度とすることができるため、地金価値は、わずかコンマ数パーセントにすぎず、その保管管理は従来と同様で良いという、非常に重要な実用上の特徴がある。
【００３７】
以上のように、本発明にかかる光学素子成形用金型は、従来の金型のような化学メッキ処理が全く不要であり、高精度かつ高効率に光学面転写面や幾何寸法基準面転写面の創成ができ、従って高精度な光学素子の光学面や幾何寸法基準面を転写成形できるにもかかわらず、低コストで短納期かつ従来と同様の生産形態で取り扱えるという優れた特徴がある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によると、過冷却液体域を有する非晶質合金を用いて光学素子成形用金型の所望の光学面転写面または／かつ幾何寸法基準面転写面を形成することで、従来はもとより、バルク状の金属ガラスで光学素子成形用金型で製作した技術よりもさらに高効率で簡便に、光学素子成形用金型を大量創成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学素子成形用金型の製作工程を示す図である。
【図２】光学素子成形用金型の製作工程を示す図である。
【図３】光学素子であるレンズを形成するための光学素子成形用金型を含むダイセットの断面図である。
【符号の説明】
１  マスター型材
２  シリンダ
４  マスター型
５  支柱
６  プランジャー
７  容器
１０  基体
１０’  光学素子成形用金型
ＭＧ  非晶質合金
【図１】
0003964188.tif 000002
【図２】
0003964188.tif 000003
【図３】
0003964188.tif 000004