(57)【要約】【課題】金属ガラス（非晶質合金）の過冷却領域における超塑性の特性に着目し、それを最大限に発揮させ、金型の母材に厚肉な金属ガラス層を直接結合させて一体化することによって、大面積な転写面を有する極めて高精度な金型およびその金型の製造方法を提供する。【解決手段】金属ガラス層１２と下部型１３（金型）の母材１１との嵌合部分は、多数の微細凹凸形状同士の噛み合いにより、金属ガラス層１２を母材１１と実質一体的に結合している。多数のＶ溝２における少なくとも一つのＶ溝２の外側の側面が、金型による成形時の離型方向と非平行であり、該離型方向に対して一定の角度をなす。【選択図】図１
2009051138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも金型の転写面が、過冷却液体領域を有する非晶質合金層で構成される金型において、
前記非晶質合金層は、前記金型の母材の上に嵌合され、前記母材と実質一体的に結合されていることを特徴とする金型。
【請求項２】
請求項１記載の金型において、
前記非晶質合金層と前記母材との嵌合部分は、多数の微細凹凸形状同士の噛み合いにより、前記非晶質合金層を前記母材と実質一体的に結合していることを特徴とする金型。
【請求項３】
請求項２記載の金型において、
前記多数の微細凹凸形状における少なくとも該微細凹凸形状の一つの側面が、前記金型による成形時の離型方向と非平行であり、該離型方向に対して一定の角度をなすことを特徴とする金型。
【請求項４】
請求項２または３記載の金型において、
前記多数の微細凹凸形状は、前記転写面の幾何中心を基準に対称的に分布していることを特徴とする金型。
【請求項５】
請求項２ないし４の何れか一つに記載の金型において、
前記多数の微細凹凸形状は、Ｖ状溝、矩形状溝、四角錐、円錐、円柱の何れか一つの形状であることを特徴とする金型。
【請求項６】
請求項１記載の金型において、
前記非晶質合金層は、１００μｍ〜１ｍｍの厚みを有することを特徴とする金型。
【請求項７】
請求項１記載の金型において、
前記非晶質合金は、そのガラス転移点が３００℃以上の合金組成を有することを特徴とする金型。
【請求項８】
請求項１記載の金型において、
前記非晶質合金は、常温におけるビッカース硬さＨｖが３００以上の合金組成を有することを特徴とする金型。
【請求項９】
請求項１記載の金型の製造方法であって、
前記母材の表面に予め前記転写面に求められている形状を形成した後、その形状の幾何中心を基準に、少なくとも一つの側面が前記金型により成形された成形品の離型方向と非平行となる微細凹凸パターンを対称的に形成した後、真空ないしは不活性ガス雰囲気中に、前記非晶質合金のガラス転移点以上で、かつ、結晶化温度以下の範囲で加熱保温し、それの過冷却液体領域で、前記非晶質合金を前記母材の上に押圧させ、該母材表面にある前記微細凹凸形状の凹部までに塑性変形させた後に、室温に冷却させて、前記非晶質合金と前記母材とを実質一体的に結合することを特徴とする金型の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の金型の製造方法により製造されたことを特徴とする金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型および金型の製造方法に関し、特に光学素子成形用の金型およびその金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズを代表とする光学素子成形用の金型の製造工程では、例えばプラスチックレンズの場合、マルテンサイト系ステンレス鋼のような高強度の金属合金製のブランク（一次加工品）として、まず機械加工で所望な形状寸法を作り出した後、その加工面に厚みおよそ２００μｍ前後のＮｉＰ膜を無電解めっきで成膜していた。そして、成膜したＮｉＰ膜に対し、ダイヤモンドバイトを用いた超精密切削仕上げ加工を行い、金型の転写面の形状を最終的に形成するというのが通常広く行われている工程である。
【０００３】
ガラスプレスレンズの場合、その金型も上記したプラスチックレンズの場合と大体同じ順序で製造されているが、金型の強度としてはさらに高い強度が要求されるため、ブランク材はさらに超硬合金やサーメットなどの高強度、高硬度の材料を用いる。また、そのブランクの上に、ＮｉＰ膜でなく、ＤＬＣ（ダイヤモンド  ライク  カーボン）、ＳｉＣ膜、窒化膜などが用いられている。しかし、これらの膜材料は非常に硬く、難加工材であるため、加工には多くの時間と費用がかかる。
【０００４】
上記ＮｉＰ膜にしろ、ＤＬＣやＳｉＣ膜や窒化膜にしろ、成膜工程は非常に時間がかかり、コスト高となっている問題点に着目し、新しい材料として、過冷却液体領域を有する非晶質合金（以下、「金属ガラス」ともいう）を利用した研究開発が活発に行われている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
例えば、特開２００５−３１９７７８号公報では、金属ブランクの上に、スパッタやイオンプレーティング処理や蒸着やＣＶＤ処理などを用いて、金属ガラスを金型の転写面に形成・作製するという技術開示がなされている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１９７７８号公報
【特許文献２】特開２００６−５１７０２号公報
【特許文献３】特許第３７４８９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１等の技術では、非晶質構造を持つ金属ガラス層は極めて薄い層からなるものである。通常のスパッタ法ではせいぜい１０μｍが限界と言われている。従って、この金属ガラス層に対し、ダイヤモンドバイトを用いた超精密切削工程で除去することができる切削しろは極めて少なくなる。言い換えれば、金属ガラス層において、１０μｍを超える形状の創製は難しい。
また、上記成膜方法では、金属ガラスの構造におけるばらつきが大きく、膜が厚ければ厚いほど、結晶化が生じてしまう傾向が顕著となり、非晶質の構造すら得られにくくなる恐れもある。
【０００８】
また、バルク状の金属ガラスをそのまま金型として利用する研究開発も盛んに行われているが、大きい形状を有するものはなかなか難しい。それは、バルク金属ガラスの体積、面積が大きくなるほど、非晶質構造が得られにくくなる。また、所望な形状を得るため、切削や研削といった機械加工が必要となる。しかし、金属ガラスは通常の金属材料と違って、脆く割れやすいため、加工中に金属ガラスが割れて破壊されてしまうケースがしばしばある。切削加工での切り込み量を５μｍ以下に小さく抑えれば、これを回避する方法としては可能であるが、バルク形状の創製には非現実である。さらに、転写成形の金型として使用する場合、金型を成形機に固定する必要がある。このバルク状の金属ガラスをネジなどの結合手段で固定すると、そのネジ穴近傍部において応力集中が生じるため、同じくひび割れなどの問題が避けなれなくなる。従って、大体積、大面積なバルク状の金属ガラスを用いた高精度な金型の実用化にはまだまだ至っていないのが現状である。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、金属ガラス（非晶質合金）の過冷却液体領域における超塑性の特性に着目し、それを最大限に発揮させ、金型の母材に厚肉な金属ガラス層を直接結合させて一体化することによって、大面積な転写面を有する極めて高精度な金型およびその金型の製造方法を提供することを主な目的とする。換言すれば、従来のスパッタリングなどの成膜方法では不可能とされる、大面積かつ厚肉な金属ガラス層を転写面とした金型およびそれの製造方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するとともに上述した目的を達成するために、請求項ごとの発明では、以下のような特徴ある手段・構成を採っている。
請求項１記載の発明は、少なくとも金型の転写面が、過冷却液体領域を有する非晶質合金層で構成される金型において、前記非晶質合金層は、前記金型の母材の上に嵌合され、前記母材と実質一体的に結合されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の金型において、前記非晶質合金層と前記母材との嵌合部分は、多数の微細凹凸形状同士の噛み合いにより、前記非晶質合金層を前記母材と実質一体的に結合していることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の金型において、前記多数の微細凹凸形状における少なくとも該微細凹凸形状の一つの側面が、前記金型による成形時の離型方向と非平行であり、該離型方向に対して一定の角度をなすことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の金型において、前記多数の微細凹凸形状は、前記転写面の幾何中心を基準に対称的に分布していることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項２ないし４の何れか一つに記載の金型において、前記多数の微細凹凸形状は、Ｖ状溝、矩形状溝、四角錐、円錐、円柱の何れか一つの形状であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の金型において、前記非晶質合金層は、１００μｍ〜１ｍｍの厚みを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の金型において、前記非晶質合金は、そのガラス転移点が３００℃以上の合金組成を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項１記載の金型において、前記非晶質合金は、常温におけるビッカース硬さＨｖが３００以上の合金組成を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の発明は、請求項１記載の金型の製造方法であって、前記母材の表面に予め前記転写面に求められている形状を形成した後、その形状の幾何中心を基準に、少なくとも一つの側面が前記金型により成形された成形品の離型方向と非平行となる微細凹凸パターンを対称的に形成した後、真空ないしは不活性ガス雰囲気中に、前記非晶質合金のガラス転移点以上で、かつ、結晶化温度以下の範囲で加熱保温し、それの過冷却液体領域で、前記非晶質合金を前記母材の上に押圧させ、該母材表面にある前記微細凹凸形状の凹部までに塑性変形させた後に、室温に冷却させて、前記非晶質合金と前記母材とを実質一体的に結合することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の金型の製造方法により製造されたことを特徴とする金型である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、上記課題を解決して新規な金型およびその金型の製造方法を提供することができる。主な発明の効果を挙げれば、以下のとおりである。
請求項１記載の発明によれば、非晶質合金層（金属ガラス層）は、金型の母材の上に嵌合され、金型の母材と実質一体的に結合されていることにより、従来難しいとされていた非晶質合金層の厚肉化が可能となった。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、非晶質合金層と金型の母材との嵌合部分は、多数の微細凹凸形状同士の噛み合いにより、非晶質合金層を金型の母材と実質一体的に結合していることにより、より確実にその結合を強めることができるとともに、このような構成により、従来コスト高となる成膜工程を省くことができると同時に、より簡易な方法で確実に厚肉の非晶質合金層を金型の表面に形成することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、多数の微細凹凸形状における少なくとも微細凹凸形状の一つの側面が、金型による成形時の離型方向と非平行であり、該離型方向に対して一定の角度をなすことにより、微細凹凸形状の側面によってアンカー効果を確保し、非晶質合金層と金型の母材との結合を強めることができる。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、多数の微細凹凸形状は、金型の転写面の幾何中心を基準に対称的に分布していることにより、非晶質合金層と金型の母材との間の隙間をなくし、一体化押圧工程における応力集中を抑制することができ、非晶質合金層の割れなどの不具合を解消することができる。
【００２４】
請求項５記載の発明によれば、多数の微細凹凸形状は、Ｖ状溝、矩形状溝、四角錐、円錐、円柱の何れか一つの形状であることにより、確実にアンカー効果をもたらす面を確保でき、非晶質合金層と金型の母材との結合を強めることができる。
【００２５】
請求項６記載の発明によれば、非晶質合金層は、１００μｍ〜１ｍｍの厚みを有することにより、一体化押圧時により確実に塑性変形ができると同時に、深い段差を有する形状も超精密切削工程により、作製が可能となる。
【００２６】
請求項７記載の発明によれば、非晶質合金は、そのガラス転移点が３００℃以上の合金組成を有することにより、樹脂射出成形中における非晶質合金層の軟化、あるいは再結晶による不具合を抑制することができる。
【００２７】
請求項８記載の発明によれば、非晶質合金は、常温におけるビッカース硬さＨｖが３００以上の合金組成を有することにより、金型の転写面としての強度として十分な耐久性をもたらすことができる。
【００２８】
請求項９記載の発明によれば、請求項１〜４記載の発明の効果と同等の効果を実現する金型の製造方法で奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明を実施するための最良の形態を含む本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という）を説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態に係る金型は、例えば光学素子成形用として用いるものである。本実施形態に係る金型は、少なくとも金型の転写面が、過冷却液体領域を有する非晶質合金層（以下、「金属ガラス層」ともいう）で構成されていて、この金属ガラス層は、金型の母材の上に嵌合され、金型の母材と実質一体的に結合されたことを特徴としている。
ここで、「金属ガラス層は、…金型の母材と実質一体的に結合された」とは、目標とする所定のショット数の耐久性を維持でき、金属ガラス層が金型の母材から剥離したり、剥がれたりする不具合を発生することなく、金型の母材と実質的に一体化して強固に結合している状態を意味する（以下、同様）。
【００３０】
本実施形態によれば、上記の構成によって、まず、少なくとも転写面が非晶質合金（金属ガラス）層であるため、金型の転写面としての強度が維持される。また、金属ガラスは結晶粒界を持たないため、超精密切削などの機械加工により高精度な転写面形状と表面粗さとを得ることができる。さらに、重要であるのは、従来のスパッタ方法等では得られない、１００μｍ〜１ｍｍという厚肉の金属ガラス層の創製が可能となると同時に、バルク状の金属ガラスではなかなか困難であった大面積の転写面を形成することが可能となる。
【００３１】
具体的手段として、金属ガラス層と金型の母材との嵌合部分は、多数の微細凹凸形状同士の噛み合いにより、金属ガラス層を金型の母材と実質一体的に結合させることを特徴としている。
上記のように、金属ガラス層をガラス転移点以上に加熱した後、過冷却液体領域で、表面に多数の凹凸形状を有する金型の母材に押圧することで、金属ガラスの超塑性（流動性）により、金属ガラスは母材の凹凸形状の凹部に入り込み、一体化される。この構成によって、金属ガラス層を金型の母材とより確実に一体化して結合することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
金属ガラス層と金型の母材との嵌合部分における多数の微細凹凸形状は、少なくとも微細凹凸形状の一つの側面が、金型による成形時の離型方向と非平行であり（平行とならず）、離型方向に対して一定の角度をなすこととともに、金型の転写面の幾何中心を基準に対称的に分布していることを特徴としている。
【００３３】
本実施形態によれば、上記の構成によって、金属ガラス層と金型の母材との嵌合部分における多数の微細凹凸形状は、少なくとも微細凹凸形状の一つの側面が金型による成形時の離型方向と非平行であり、離型方向に対して一定の角度をなすことで、微細凹凸形状はアンカー効果をもたらし、金属ガラス層と金型の母材との結合をより強固にすることができる。また、微細凹凸形状は金型の転写面の幾何中心を基準に対称的に分布するので、金属ガラス層と金型の母材との結合をより均一にすることができ、応力集中を抑制することができる。従って、この構成により、転写面を担う大面積な金属ガラス層を確実に、かつ、強固に金型の母材と一体化させることができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
本実施形態に係る金型は、多数の微細凹凸形状は、Ｖ状溝、矩形状溝、四角錐、円錐および円柱の何れか一つであることを特徴としている。
本実施形態によれば、上記の構成により、多数の微細凹凸形状によるアンカー効果をより確実にもたらすことができる。
【００３５】
上述の第１〜第３の実施形態を補説する。
ここで、過冷却液体領域を有する金属ガラス（非晶質合金）について、簡単に説明する。金属ガラスの内部構造としては、通常の金属と異なり、結晶粒や結晶粒界などの結晶構造を持たず、非晶質（アモルファス）に近い構造である。金属ガラスを加熱すると、普通のガラスと同じように、ガラス転移点（遷移点）Ｔｇが現れる。さらに温度を高めて加熱し、結晶化温度Ｔｘに到達すると、結晶化が始まり、通常な結晶構造を持つ金属合金となる。このガラス転移点（遷移点）温度と結晶化温度の間の範囲においては、過冷却液体領域という、この領域において、通常の金属に見られない流動粘性が現れ、すなわち超塑性の性質がある。すなわち、金属ガラスは常温では、非常に強い強度と硬さを有するが、ガラス転移点以上で、かつ、結晶化温度以下の範囲内で加熱保温すると、通常の金属に見られない流動粘性が現れ、すなわち超塑性の性質を利用すれば、従来の金属材料では難しいとされる微細形状の転写は、押圧加工方法のみで実現可能となった。近年、広い温度範囲における過冷却液体領域を有する非晶質合金が発見されている。例えば、Ｚｒ基合金（Ｚｒ65Ａｌ10Ｎｉ10Ｃｕ15）、Ｐｄ基合金（Ｐｄ76Ｃｕ7Ｓｉ17）、Ｃｕ基合金（Ｃｕ60Ｚｒ30Ｔｉ10）、Ｎｉ基合金（Ｎｉ60Ｎｂ25Ｔｉ15）などがある。
【００３６】
上述のように、金属ガラスの過冷却液体領域は、ガラス転移点（遷移点）Ｔｇと結晶化開始温度Ｔｘとの間の温度領域である。この温度領域の範囲が広ければ広いほど、押圧加工プロセスとしては扱いやすい。これは、主に合金の組成成分に左右される。そして、経験則として、この領域内で、保持される温度が高いほど、押圧に要する力が小さくなる。また、加熱と保温により、非晶質合金の表面が酸化してしまうケースがある。Ｃｕ系、Ｎｉ系、Ｆｅ系の非晶質合金はガラス転移点温度以上でも耐酸化性があるが、それもあくまでも程度の問題であり、通常は、プロセス中真空か、あるいは不活性ガス雰囲気の方が望ましい。
上述したように、本発明者は、上記の特性に着目し、厚肉の金属ガラスを金型の母材と一体化して結合できる金型を提供し、その実現する方法を見出したものである。
【００３７】
以下、本発明をさらに実施例により補説する。各実施例等に亘り、同一の機能および形状等を有する構成要素（部材や構成部品）等については、一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。
【実施例１】
【００３８】
本実施例は、凸面レンズ用の金型を例としたものである。レンズとしては、凹面や、非球面、自由曲面、平面も同様である。
まず、図１（ａ）に示すように、一般的な金型材であるＳＴＡＶＡＸ金属ブロックを下部型１３に用いる母材１１とし、機械加工によって、曲率半径Ｒ＝５０ｍｍを有する球面の一部分である凹面１５を切削加工で削り出す。
次に、図２（ｂ）に示すように、先端角度４５°を有する切削バイト３で凹面１５に、多数の微細凹凸形状（以下、「微細凹凸パターン」ともいう）としてのＶ状溝２（以下、「Ｖ溝２」ともいう）の加工を行った。Ｖ溝２の加工はいくつかの方法があるが、本実施例では軸対称の球面金型であるため、旋削加工で行った。図２（ａ）に示すように、切削バイト３の角度θ１（切削バイト３の中心を通る直線６と下部型１３の球面中心を通る法線７とのなす角度）を４５°に調整し、深さ１０μｍ（下部型１３における凹面１５の表面部に対する切り込み量）になる輪帯状のＶ溝２を加工した（図１（ｃ）参照）。図２（ａ）に示すように、下部型１３（以下、単に「金型」ともいう）球面中心から見た場合、Ｖ溝２における外側の側面Ｂ，Ｂ’は、下部型１３球面中心を通る法線７とのなす角度θ２が２２．５°となる。この側面Ｂ，Ｂ’は、アンカー効果をもたらす面である。そして、上記旋削加工を繰り返し、３ｍｍピッチ間隔で複数の輪帯状のＶ溝２を加工して、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、輪帯状Ｖ溝パターンを形成した。
図１（ｂ）はその輪帯状Ｖ溝パターンの断面図、図１（ｃ）はそれの鳥瞰図を模式的に示している。
【００３９】
次に、予め作製した厚み８００μｍの組成がＺｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ５の金属ガラスを円板状に加工した。これと同じ製造ロットで生産されたものを、室温で硬さ試験を実施したところ、ビッカース硬さＨｖ３５０以上であることが確認された。また、ＤＳＣと呼ばれる示差走査熱量分析測定でガラス転移点（遷移点）Ｔｇを測定した結果、ガラス転移点（Ｔｇ）はおよそ３９８℃で、結晶化温度Ｔｘは４８７℃であった。従って、過冷却液体領域の温度範囲はおよそ９０℃であった。
次に、図３に模式的に示す加工機において、上記円板状の金属ガラス１２を金型（下部型１３と上部型１４との間）に挿入した。図として示していないが、図３に示している加工機、下部型１３、金属ガラス１２および上部型１４の全てを図示しないチャンバー内に収めた。次いで、図示しないチャンバーの扉を閉め、真空引きを行った後、ヒータを備えた加熱部４より昇温加熱し、およそ４２０℃になるように加温した後、そのまま保温した。この加熱保温プロセスは、真空ではなく、不活性ガスである例えばＡｒを充填して行ってもよい。図３には示していないが、チャンバーにはガスの出入り口が設けられている。
【００４０】
そして、図示しない押圧機構を介して、金型の上部型１４を太矢印で示すように降下させ、円板状の金属ガラス１２を下部型１３に押圧した。そのまま１分間ほど押圧状態を保った後、上部型１４を昇降して開き、空冷で室温まで冷やした後、下部型１３を加工機から取り出し確認したところ、図１（ｄ）に示すように、金属ガラス層１２は下部型のＳＴＡＶＡＸ母材１１表面にあるＶ溝２の谷までに充填され、金属ガラス層１２とＳＴＡＶＡＸ母材１１と完全に一体化になった金型を作製することができた。図１（ｄ）に示すように転写面でないＡＡ’のところに、図示していないが、同じくＶ溝加工も実施されている。また、この部分はＶ溝を設けず、対称分布になるようにタップ穴を開け、ネジ締めを行う場合もある。
【００４１】
最後に、金属ガラス層１２を金型の母材１１と一体化結合した後、図示しないダイヤモンドバイトを用いた超精密切削加工で金属ガラス層１２の転写面を仕上げた。このようにして、金属ガラス層１２と金型の母材１１とを一体化した金型１の作製ができた。このようにして得た図１（ｄ）に示す金型１を射出成形機にセットして成形した結果、およそ５万ショットを実施しても、金属ガラス層１２が金型の母材１１から剥離していないことを確認した。
【実施例２】
【００４２】
図４（ａ）、（ｂ）に、実施例２を示す。実施例２は、実施例１と比較して、必要とする金型転写面の曲率半径が小さい場合、２段階押圧することが主に相違する。
すなわち、実施例２は、上述の実施例１と同じ構成であるが、必要とする金型転写面の曲率半径が小さい場合、図４（ａ）に示すように、予め板状の金属ガラス１２を、表面に微細凹凸パターンを形成していない金型の下部型１３で実施例１と同様の過冷却液体領域で太矢印方向に降下・押圧した後、室温に冷却して、球面形状をまず作製する。そして、次に再び図４（ｂ）に示すように、板状の金属ガラス１２を、表面に微細凹凸Ｖ溝輪帯パターンを有する下部型１３に挿入し、再び過冷却液体領域に昇温させ、上部型１４を太矢印方向に降下させ、再度押圧を行った。このようにして、２段階押圧により、金属ガラス層１２をより確実に金型の下部型１３の母材１１の形状とフィットさせ、隙間をなくし、そしてＶ溝２パターンの谷部に充填させ、より確実に一体化させることができた。
【実施例３】
【００４３】
図５を参照して、実施例３を説明する。図５に示すように、樹脂成形品を金型の下部型１３から取り出すために、転写面でないＡＡ’部に設けられたイジェクタピン５により、突き出される金型構造は通常である。成形品を金型の下部型１３から取り出すときに、このＡＡ’の近辺は、応力が最も集中しているのは広く知られている。本実施例においても、ＡＡ’の部分にＶ溝を設けたり、ネジ締結したりした場合には、金属ガラス層１２のひび割れや剥離が殆どここの部分から始まることが分かった。
【００４４】
金属ガラス層１２と金型の下部型１３の母材１１との結合をより強固なものにするために、ＡＡ’の近辺での結合力を高める必要がある。積み重ねた実験結果から、図５に示すように、金型の上部型（図示せず）の降下・押圧で、金属ガラス１２の変形が矢印で示しているように、金型の下部型１３の中心から外周部に逃げていく傾向が分かった。従って、この結果から、最も望ましい構成は、金型の下部型１３の中心から外周部に向かって、Ｖ溝２の深さを徐々に変化させた構造であればよいことが判明した。
【００４５】
本実施例の場合、中心部のＶ溝２の深さが５μｍであるのに対し、一番外側のＶ溝２の深さは６０μｍに形成した。作製した金型の下部型１３を切断して断面を観察したところ、一番外側のＶ溝２の谷でも、金属ガラス層１２はほぼ全部充填されていることが分かった。このように、金属ガラス層１２の変形傾向を利用して、外周部のアンカー効果をより強くした結果、金属ガラス１２と金型の下部型１３の母材１１との結合はより強固にすることができた。この構成で金型を用いた成形実験で、およそ７万ショットを経ても、金属ガラス層１２の剥離が認められなかった。
【００４６】
さらに、積み重ねた研究結果より、このような機械的な結合を特徴とする構成の場合、図６に示すＶ溝２の外側の側面ＢＢ’（下部型１３球面中心から見た場合、Ｖ溝２における外側の側面の角度）と下部型１３球面中心を通る法線とのなす角度θ２は最も重要なファクターである。それが小さい程、側面ＢＢ’によるアンカー効果が少なくなる。一方、角度θ２が大きすぎると、今度は逆に、加工工具はその加工面と干渉し、最悪の場合、加工できなくなる場合がある。積重ねた研究結果から、この角度は１０°〜４５°の範囲では最もアンカー効果が安定して、確実に得られる範囲であることが判明した。
以上説明したように、第１〜第３の実施形態および実施例１〜３においては、発明を解決する手段の欄における請求項９に係る金型の製造方法が使用されていたと言える。
【００４７】
（比較例）
上記実施例１と同じ構成であるが、Ｖ溝２の側面の方向を、実施例１〜３に示したものと比較して、図７（ａ）のように逆にした場合、およそ２万ショット未満の成形でも金属ガラス層１２が剥離してしまうケースがあった。その金型の下部型１３’の断面を観察したところ、図７（ｂ）に模式的に示すように、金属ガラス層１２はＶ溝２の谷部に殆ど充填されておらず、谷部に空隙が残ったままの状態であることが分かった。Ｖ溝２開口部の方向が金属ガラス層２の変形の方向と同じなった場合、いくら金属ガラス１２が過冷却液体領域で、超塑性の特性があっても、谷部への充填は難しくなる。従って、Ｖ溝２の内側に作用する金属ガラス１２の量が少なくなり、アンカー効果が激減となってしまった。
【００４８】
実施例１〜３の輪帯状Ｖ溝パターン以外に、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、対称的な不連続パターンを下部型１３の母材に形成して実施しても実施例１〜３と同じ良好な効果が得られた。
また、図示していないが、円柱や円錐や角錐などの形状も同じアンカー効果を有することも確認することができた。
また、金属ガラスに関しては、Ｚｒ基のみならず、Ｐｄ基やＮｉ基やＦｅ基やＴｉ基やＣｕ基などを用いても同じ効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１を示す金型の製造工程を説明する図であって、（ａ）は金型母材の機械加工面の断面図、（ｂ）は金型の母材上にＶ溝パターンを形成した断面図、（ｃ）は（ｂ）の鳥瞰的な模式平面図、（ｄ）は（ｂ）に示したＶ溝パターンに金属ガラス層を充填し金型母材に一体化結合した金型完成状態を示す断面図である。
【図２】（ａ）は実施例１に用いられる切削バイトを所定の角度θ１に保持することより金型母材上に離型方向と非平行なＶ溝パターンを形成する際の断面図、（ｂ）は切削バイトの先端角度形状を説明する正面図である。
【図３】加工機内における下部型と上部型との間に金属ガラスを挿入し、加工機ごとチャンバー内に収納して昇温加熱する状態を説明する断面図である。
【図４】実施例２において、金型の母材上にＶ溝パターンが形成されていない際の押圧と、金型の母材上にＶ溝パターンが形成された下部型に対し、金属ガラスを上部型で２度押圧する工程を説明する断面図である。
【図５】実施例３の金型の母材上にＶ溝パターンが形成された下部型のイジェクタピン周りの応力集中および金属ガラスの変形を説明する断面図である。
【図６】実施例３において、金型の母材上に形成されたＶ溝の外側の側面における角度θ２を説明するための断面図である。
【図７】（ａ）は比較例における金型の母材上にＶ溝パターンを形成した断面図、（ｂ）は比較例（ａ）に示したＶ溝パターンに金属ガラス層を充填し金型母材に一体化結合した状態を示す断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は多数の微細凹凸形状が転写面の幾何中心を基準に対称的な不連続パターンを形成して分布している状態を示す模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１    金型
２    Ｖ溝（Ｖ状溝、微細凹凸形状・微細凹凸パターン）
３    切削バイト
４    加熱部
５    イジェクタピン
１１  金型の母材
１２  非晶質合金層（金属ガラス層）
１３  下部型
１４  上部型
【図１】
2009051138.tif 000003
【図２】
2009051138.tif 000004
【図３】
2009051138.tif 000005
【図４】
2009051138.tif 000006
【図５】
2009051138.tif 000007
【図６】
2009051138.tif 000008
【図７】
2009051138.tif 000009
【図８】
2009051138.tif 000010