JP2003154529A - 光学素子成形用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】低コストであり取り扱い性に優れるにも関わら
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。 【解決手段】靱性のある鋼材などで基体１０を形成し、
その基体１０に、過冷却液体域を有する非晶質合金ＭＧ
を付着させ、非晶質合金ＭＧに、光学素子の光学面を成
形するための光学面転写面ＭＧａ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
ＭＧｂを形成する。切削加工により、光学面転写面ＭＧ
ａや前記幾何寸法基準面転写面ＭＧｂを形成する場合に
は、切削される部分は非晶質合金ＭＧであることからそ
の被削性が確保される。加熱プレス成形により光学面転
写面ＭＧａや幾何寸法基準面転写面ＭＧｂを形成する場
合には、プレス成形される部分は非晶質合金ＭＧである
ことから成形性に優れ、ヒーターＨの容量が小さくて済
み、また加熱も迅速に行える。

Description

【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５
０ｎｍ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
合金を付着させ、前記非晶質合金に、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付着させ、前記非晶質合金に、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
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、前記非
晶質合金の付着厚さ（膜厚）を１０ｎｍ以上１ｍｍ以下
としたもので、請求項１の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、前記非
晶質合金をＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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、前記非
晶質合金をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ１ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｏｎ）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、前記非
晶質合金を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、前記非
晶質合金を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
非晶質合金を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
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
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３ｍ
ｏｌ％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１
０ｂ、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１０
ａ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１０
０μｍ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１０
０μｍ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１ｍ
ｍ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’、１
１ｄ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Ｍ
Ｇｂ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、Ｐｄ_４０Ｃｕ_３０
Ｎｉ_１０Ｐ_２０やＰｄ_７６Ｃｕ_６Ｓｉ_１８、Ｐｄ_６１Ｐ
ｔ_１５Ｃｕ_６Ｓｉ_１８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８
０ｍｏｌ％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、Ｚｒ_５５Ａｌ_１０
Ｃｕ_３０Ｎｉ_５、Ｚｒ_５７Ｔｉ_３Ａｌ _１０Ｎｉ_１０Ｃｕ
_２０、Ｌａ_６５Ａｌ_１５Ｎｉ_２０、Ｌａ_５５Ａｌ_１５Ｎ
ｉ_１０Ｃｕ_２０、Ｃｏ_５１Ｆｅ_２１Ｚｒ_８Ｂ_２０、Ｆｅ
_５６Ｃｕ_７Ｎｉ_７Ｚｒ_１０Ｂ_{２ ０}、Ｍｇ_７５Ｃｕ_１５Ｙ
_１０、Ｍｇ_７０Ｎｉ_２０Ｌａ_１０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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下河辺 明 東京都町田市つくし野２−24−７ (72)発明者 秦 誠一 東京都町田市成瀬台２−32−３ ポプラが 丘コープ20−303 (72)発明者 細江 秀 東京都八王子市石川町2970番地 コニカ株 式会社内 (72)発明者 澤田 篤 東京都八王子市石川町2970番地 コニカ株 式会社内 Ｆターム(参考） 4F202 AJ02 AJ09 CA09 CB01 CD02 CD18 CD22

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 前記光学面転写面における前記非晶質合
   金の付着厚さを、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下としたことを
   特徴とする請求項１に記載の光学素子成形用金型。
3. 【請求項３】 前記非晶質合金を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。
4. 【請求項４】 前記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。
5. 【請求項５】 前記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。
6. 【請求項６】 前記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。
7. 【請求項７】 前記非晶質合金をＣＶＤ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。
8. 【請求項８】 前記非晶質合金を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。
9. 【請求項９】 前記非晶質合金を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。
10. 【請求項１０】 前記非晶質合金を基体に付着させた
    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。
11. 【請求項１１】 前記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。
12. 【請求項１２】 前記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。