JP2005199454A - 微細金型及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タングステンカーバイド99%以上の化学成分で、相対密度99%以上、且つ、粒径0.8μm以下の金型材料を、集束イオンビーム装置により、電圧30keV以下、電流187pA以下、デュエルタイム200μs以下、ビーム径35nm以下の条件で加工することにより製造した、平均面粗さ1nm以下の微細金型、及びその製造方法。
【効果】高精度、高寿命な微細部品の作製のための高寿命金型が提供できる。
【選択図】図2
Description
近年、例えば、光通信、バイオテクノロジー等の多くの技術分野において、装置の集積化、微細化の推進に伴い、平滑な表面を有する微細部品の製作が非常に注目されているが、そうした微細部品の製作にあたって、例えば、鍛造、射出成形等の転写技術を用いる場合には、金型表面の面粗さをナノレベルとすることが強く要請されている。本発明は、このような、多くの技術分野において実用化が強く期待されている微細金型、特に、超硬合金金型、の加工技術の分野において、集束イオンビームにより加工を施すことにより、従来の技術では達成されなかった、1nm以下の平均表面粗さを有する超硬合金金型の製造を可能とする新規な微細金型及びその製造方法を提供するものであって、その使用により、表面が平滑な精密微細部品の作製を可能とするとともに、作製した部品の寿命の向上を可能とする次世代製造技術の基盤技術として使用し得る新しい微細金型を提供するものとして有用である。
本発明の目的は、タングステンカーバイドを主成分とする、1nm以下の平均表面粗さを有する微細金型を製造する方法を提供することである。
また、本発明の目的は、集束イオンビームによる、非接触加工によって、タングステンカーバイドを主成分とする、1nm以下の平均表面粗さを有する微細金型を製造する方法を提供することである。
また、本発明の目的は、従来の金型加工における、タングステンカーバイドとバインダーとの加工速度の違いに起因する、加工面での平均表面粗さの悪化を防止し、超平滑面を形成することを可能とする金型の加工技術を提供することである。
また、本発明の目的は、金型の非接触加工を実現することにより、加工具の面粗さによる金型面粗さへの影響、加工中の工具の変形に起因する表面粗さの悪化を防止して、超平滑面を有する微細金型を製造することを可能とすることである。
また、本発明の目的は、加工後の金型の修理、再調整が容易な、金型の加工技術を提供することである。
また、本発明の目的は、金型材料が有する欠陥に基づく表面粗さの悪化を防止することを可能とすることである。
更に、本発明の目的は、微細金型の表面粗さを1nm以下にすることにより、作製した微細部品の精度を向上させ、その寿命を向上させるとともに、金型自体の寿命を向上させることである。
(1)タングステンカーバイド(WC)を主成分とする金型材料を、集束イオンビームにより加工を施すことで作製された、1nm以下の平均面粗さを有することを特徴とする微細金型。
(2)金型材料が、99%以上のタングステンカーバイドと、1%以下の、バインダー元素及び/又は粒成長抑制元素とからなることを特徴とする上記(1)に記載の微細金型。
(3)金型材料の、相対密度が99%以上、且つタングステンカーバイド粒度が0.8μm以下であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の微細金型。
(4)金型材料を、集束イオンビーム装置により、電圧30keV以下、電流187pA以下、デュエルタイム200μs以下、ビーム径35nm以下、の条件で加工を施すことを特徴とする上記(1)から(3)のいずれかに記載の微細金型。
(5)タングステンカーバイド(WC)を主成分とする金型材料を、集束イオンビームにより加工を施すことにより、1nm以下の平均面粗さを有する微細金型を作製することを特徴とする微細金型の製造方法。
(6)金型材料が、99%以上のタングステンカーバイドと、1%以下の、バインダー元素及び/又は粒成長抑制元素とからなることを特徴とする上記(5)に記載の微細金型の製造方法。
(7)金型材料の、相対密度が99%以上、且つタングステンカーバイドの粒度が0.8μm以下であることを特徴とする上記(5)又は(6)に記載の微細金型の製造方法。
(8)金型材料を、集束イオンビーム装置により、電圧30keV以下、電流187pA以下、デュエルタイム200μs以下、ビーム径35nm以下、の条件で加工を施すことを特徴とする上記(5)から(7)のいずれかに記載の微細金型の製造方法。
本発明の微細金型の製造方法には、例えば、タングステンカーバイド99%以上の化学成分で、相対密度99%以上、且つ粒径0.8μm以下の金型材料を用い、集束イオンビーム装置により、電圧30keV以下、電流187pA以下、デュエルタイム200μs以下、ビーム径35nm以下の条件で、該金型材料を加工することで1nm以下の平均面粗さを有する微細金型を作製することを特徴とするものである。
F(X,Y):全測定データの示す面(X、及びYの範囲はXR - XL, 及びYT - YBである。)
Zo:指定面内のZデータの平均値
本実施例では、金型材料として、タングステンカーバイドを主成分とする材料を用いた。
図1に、金型材料として用意されたタングステンカーバイド焼結体(タングステンカーバイド粒径は、0.2−0.5μm、相対密度は、99.4%)の組織写真を示す。該金型材料に、集束イオンビーム加工にて、電圧30keV、電流187pA、デュエルタイム200μs、ビーム径35nmの条件で、10μm、8μm、6μm、4μm、及び2μmの5重円柱穴を加工した。
次に、各種金型材料について、集束イオンビーム加工における平均面粗さ、相対密度、及びタングステンカーバイド粒径の影響を調査した。
相対密度97%でタングステンカーバイド粒度が0.2−0.4μmのタングステンカーバイド金型材料(A)、相対密度99%以上でタングステンカーバイド粒度が0.2−0.5μmのタングステンカーバイド金型材料(B)、相対密度99%以上でタングステンカーバイド粒度が0.4−0.8μm(C)、及び相対密度99%以上でタングステンカーバイド粒度が1.0−1.8μmのタングステンカーバイド金型材料(D)を用意し、集束イオンビーム装置にて、電圧30keV、電流187pA、デュエルタイム200μs、ビーム径35nmの条件で、5重円柱穴を加工した。その結果を図2に示す。
図3に、集束イオンビーム加工における平均面粗さに及ぼす相対密度とタングステンカーバイド粒度の関係を示す。相対密度97.4%、タングステンカーバイド粒度0.2−0.4μmのタングステンカーバイド金型材料(A)で集束イオンビーム加工を行った場合の平均面粗さは5.2nm、相対密度99.8%、タングステンカーバイド粒度1.0−1.8μmのタングステンカーバイド金型材料(D)で集束イオンビーム加工を行った場合の平均面粗さは2.3nmであった。
Claims (8)
- タングステンカーバイド(WC)を主成分とする金型材料を、集束イオンビームにより加工を施すことで作製された、1nm以下の平均面粗さを有することを特徴とする微細金型。
- 金型材料が、99%以上のタングステンカーバイドと、1%以下の、バインダー元素及び/又は粒成長抑制元素とからなることを特徴とする請求項1に記載の微細金型。
- 金型材料の、相対密度が99%以上、且つタングステンカーバイド粒度が0.8μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の微細金型。
- 金型材料を、集束イオンビーム装置により、電圧30keV以下、電流187pA以下、デュエルタイム200μs以下、ビーム径35nm以下、の条件で加工を施すことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の微細金型。
- タングステンカーバイド(WC)を主成分とする金型材料を、集束イオンビームにより加工を施すことにより、1nm以下の平均面粗さを有する微細金型を作製することを特徴とする微細金型の製造方法。
- 金型材料が、99%以上のタングステンカーバイドと、1%以下の、バインダー元素及び/又は粒成長抑制元素とからなることを特徴とする請求項5に記載の微細金型の製造方法。
- 金型材料の、相対密度が99%以上、且つタングステンカーバイドの粒度が0.8μm以下であることを特徴とする請求項5又は6に記載の微細金型の製造方法。
- 金型材料を、集束イオンビーム装置により、電圧30keV以下、電流187pA以下、デュエルタイム200μs以下、ビーム径35nm以下、の条件で加工を施すことを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載の微細金型の製造方法。
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