JP2009083052A - 加工工具の製造方法及び光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の製造に用いる金型を加工するための加工工具を、高エネルギ線を用いて高精度にしかも短時間で効率よく製造することのできる加工工具の製造方法、及びその製造方法によって製造された加工工具を用いた光学素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】この加工バイト１の製造方法は、逃げ面４と掬い面２とを有し、これらが９０°以下の交差角で交わる材料の加工部位６に、微細構造があり、当該加工部位６で金型１４を加工するための加工バイト１の製造方法であって、高エネルギ線１０を、加工部位６に対する直交面内において逃げ面４から入射して掬い面２から出射するように加工バイト１に向けて照射することにより、加工部位６の一部を欠損させつつ加工部位６に直交する方向に延びる溝部４ａを形成するステップを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、加工工具の製造方法及び光学素子の製造方法に係り、特に高エネルギ線を用いつつ高精度かつ短時間で逃げ面に溝部を形成することのできる加工工具の製造方法等に関する。

微細な構造を必要とする光学素子が存在する。その１つの例としてグリッド偏光子が存在する。グリッド偏光子は、対象となる光を偏光成分ごとに分離するための素子である。例えば、グリッド偏光子上に所定幅Ｗ、所定ピッチＰで平行直線的に複数形成された凹凸溝（導体グリッド）に対して対象光を入射すると、導体グリッドと平行な方向に振動面を有する電界成分はグリッド偏光子により反射され、導体グリッドと垂直な方向に振動面を有する電界成分はグリッド偏光子を透過する。

この所定ピッチＰは対象光の波長以下とする必要があり、しかも小さいほど偏光特性が向上するので、グリッド偏光子の導体グリッドは数１００ｎｍ程度以下のピッチ寸法で形成する必要がある。そして、一般にＷ／Ｐの値は０．５〜０．７程度が良好とされており、導体グリッドの幅寸法は更に小さい寸法で形成する必要がある。すなわち、グリッド偏光子の製造においては、サブミクロンオーダーの寸法で高精度にかつ効率よく導体グリッドを形成することが要求される。

このようなグリッド偏光子は、一般に導体グリッド形状に対応するサブミクロンオーダーの凹凸溝を表面に有する金型を準備し、その金型表面の凹凸溝を透明樹脂成形体に転写することにより製造される。その金型表面の凹凸溝は、やはり加工部位にサブミクロンオーダーの凹凸を有する単結晶ダイヤモンドバイト等の加工工具によって切削又は研削により形成される。

加工工具の加工部位にサブミクロンオーダーの凹凸を複数形成する提案として、例えば、特許文献１に開示のものがある。また、集束イオンビーム等の高エネルギ線を用いて加工工具の加工部位に高精度に凹凸を形成する方法として、例えば、特許文献２に開示のものがある。

特開２００４−１８８５１１号公報 特開２００６−１７８７９号公報

加工工具は加工部位に続く逃げ面を有しているので、上記の加工工具を製造する際には、加工部位に凹凸を形成するとともに逃げ面にもその凹凸に続く凹凸溝を形成する必要がある。しかしながら、上記特許文献２に開示のものは、加工工具の逃げ面に対して略正面から高エネルギ線を照射しているので、逃げ面上に凹凸溝を形成するためにはその凹凸溝の延長方向に沿って照射位置をシフトしつつ加工を行う必要がある。したがって、加工工具の製造に多大な時間が必要となってしまっており、更に製造効率のよい製造方法が望まれていた。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、光学素子の製造に用いる金型を加工するための加工工具を、高エネルギ線を用いて高精度にしかも短時間で効率よく製造することのできる加工工具の製造方法、及びその製造方法によって製造された加工工具を用いた光学素子の製造方法を提供することを例示的課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としての加工工具の製造方法は、逃げ面と掬い面とを有し、これらが９０°以下の交差角で交わる工具形成体の交差辺に、微細構造があり、交差辺で被加工物を加工するための加工工具の製造方法であって、高エネルギ線を、交差辺に対する直交面内において逃げ面から入射して掬い面から出射するように工具形成体に向けて照射することにより、交差辺の一部を欠損させつつ交差辺に直交する方向に延びる溝部を形成するステップを有することを特徴とする。

工具形成体（すなわち、微細構造が形成されて加工工具となる前の状態のもの。）に対して、高エネルギ線を逃げ面から入射して掬い面から出射するように照射するので、交差辺の一部を欠損させて凹凸（すなわち、微細構造。）を形成する工程と、逃げ面に溝部を形成する工程とを別々に行う必要がなく、実質的に略同時的に行うことができる。したがって、交差辺における凹凸の形成及び逃げ面における溝部の形成を短時間で行うことができ、効率よく加工工具の製造を行うことができる。

高エネルギ線のビームは一般にビーム中心から外方に向けて所定の強度分布で減衰する。その強度分布に起因して、高エネルギ線を用いた加工においてはフレアが生じる場合が多い。しかしながら、高エネルギ線を逃げ面から入射して掬い面に出射するように照射しているので、交差辺におけるフレアに起因する加工エッジのダレを低減することができる。したがって、加工エッジのシャープな凹凸を形成することができ、高精度な凹凸形状とすることができる。

また、逃げ面に形成される溝部においては、フレアに起因するダレを積極的に利用することにより、高エネルギ線の照射方向によるもの以上に大きな逃げ角を形成することができる。したがって、被加工物の加工精度の向上に寄与することができる。

掬い面における高エネルギ線の出射位置を移動させることにより、掬い面における溝部の断面形状を製造してもよい。高エネルギ線と加工工具との相対位置を種々に変化させることにより掬い面における高エネルギ線の出射位置を種々に移動させれば、掬い面における溝部の断面形状を容易に種々変化させることができる。したがって、断面形状が矩形の凹凸のみならず、例えば断面形状が台形の凹凸等を容易に形成することができる。

掬い面と逃げ面との交差角が７０°以上であってもよい。掬い面と逃げ面との交差角が７０°以上であれば、交差辺近傍における加工工具の体積を充分に確保することができ、耐久性の高い加工工具とすることができる。

高エネルギ線の入射方向と逃げ面との為す角が１０°以下であってもよい。高エネルギ線の入射方向と逃げ面との為す角が１０°以下であれば、逃げ面上に長い溝部を容易に形成することができる。具体的には、交差辺において深さ１００ｎｍの凹部を形成すれば、略同時的に逃げ面において５倍以上の寸法である約５６０ｎｍの長さの溝部を形成することができる。

高エネルギ線が集束イオンビームであり、かつビーム径が逃げ面における入射位置から掬い面における出射位置までの間において１００ｎｍ以下であってもよい。集束イオンビームを用いることにより加工工具への照射部におけるビーム径を１００ｎｍｎｍ以下とすれば、高精度に加工工具の凹凸を形成することができる。ビーム径を３０ｎｍ以下とすれば、さらに一層高精度に凹凸を形成することができる。その結果、その加工工具を用いて製造された光学素子の寸法精度を高精度とすることができる。

なお、ここにおいて、高エネルギ線のビームはガウス分布によって定義される。そして、そのビーム径は、ＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ：半値全幅）で定義される。

本発明の他の例示的側面としての光学素子の製造方法は、上記の加工工具の製造方法によって製造された加工工具を用いて被加工物の表面を加工するステップと、被加工物の表面形状を透明樹脂成形体に転写するステップとを有することを特徴とする。

この加工工具を用いて被加工物の表面を加工し、その被加工物の表面形状を透明樹脂成形体に転写して光学素子を製造するので、光学素子の表面に形成される凹凸溝の寸法精度を高精度とすることができる。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、光学素子の製造に用いる金型を加工するための加工工具を、短時間で効率よく製造することができる。高エネルギ線を用いて加工工具に凹凸を形成する際に、フレアに起因する悪影響を排除することができるので、加工工具の凹凸形状を高精度とすることができ、ひいては光学素子の凹凸形状を高精度とすることができる。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る加工バイト（加工工具）１の製造方法について、図面を用いて説明する。図１（ａ）は、この製造方法に係る加工バイト１（この時点では、まだ微細構造が形成されておらず、工具形成体である。）の各部位を説明するための外観斜視図であり、高エネルギ線により溝部を形成する前の状態を示す図である。図１（ａ）において、符号２は掬い面、符号４は逃げ面、符号６は加工部位（交差辺）を示している。図１（ｂ）は、加工バイト１を側から（すなわち、加工部位６の延長方向に沿って。）見た側面図であって、掬い面２を鉛直面として記載した図である。

この加工バイト１は、モース硬度９以上の材料で構成されたブロック状の部材であり、後述する金型（被加工物）の加工に用いるものである。モース硬度９以上の材料としては、例えば、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、コランダム等を適用することができ、これらは、単結晶又は焼結体として用いることができる。

上記の材料を単結晶として用いることが加工バイト１の加工精度と工具寿命の面で好ましい。中でも単結晶ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素を用いることが高硬度の点からより好ましく、単結晶ダイヤモンドが特に好ましい。焼結体としては、例えば、コバルト、スチール、タングステン、ニッケル、ブロンズなどを焼結剤とするメタルボンド、長石、可溶性粘土、耐火粘土、フリットなどを焼結剤とするビトリファイドボンドなどを挙げることができる。これらの中で、ダイヤモンドメタルボンドを好適に用いることができる。

この加工バイト１において、掬い面２と逃げ面４との交線、すなわち交差辺（図１（ａ）中の点Ａ〜点Ｂまで。）が加工部位６となる。この加工部位６を被加工物に接触させ、加工バイト１と被加工物とを相対移動させることにより、被加工物の表面を研削又は切削して加工を行うことができるようになっている。

また、この加工バイト１の掬い面２と逃げ面４との為す角（交差角）αについては、０°〜９０°までの種々の角度が適用可能であるが、交差角αは７０°以上９０°以下であることが望ましい。交差角αが９０°より大きくなると逃げ角（本実施の形態１においては、水平面（図１（ｂ）中二点鎖線Ｘで示す。）と逃げ面４との為す角であって、β＝９０°−αで表される。）βが負の角度となり、逃げ面４が図１（ｂ）中右上がりとなって加工バイト１の加工精度が劣化する虞がある一方、交差角αが７０°未満となると、加工部位６が鋭利となってその近傍の体積が減少してしまい、加工バイト１の工具寿命に悪影響がある虞があるからである。なお、本実施の形態１においては、加工バイト１の交差角αが８８°（すなわち、逃げ角β＝２°）の場合について説明する。

図２（ａ）は、この加工バイト１に高エネルギ線１０を照射して加工部位６を部分的に欠損させる様子を示す斜視図であり、図２（ｂ）はその加工部位６における欠損部（凹部）６ａを部分拡大した図である。高エネルギ線１０は、加工バイト１の逃げ面４から入射し、掬い面２から出射するように照射されている。

この高エネルギ線１０には、例えば、レーザビーム、イオンビーム、電子ビーム等を適用することができる。更に、イオンビームと電子ビームが特に好適である。イオンビームによる加工は、材料の表面にフロン、塩素等の活性ガスを吹き付けつつイオンビームを照射するイオンビーム援用化学加工を行うことが好ましい。電子ビームによる加工は、材料の表面に酸素ガス等の活性ガスを吹き付けながら電子ビームを照射する電子ビーム援用化学加工を行うことが好ましい。ビーム援用化学加工を行うことにより、エッチング速度を速め、スパッタされた物質の再付着を防ぎ、サブミクロンオーダーの精度の高い極微細加工を効率よく行うことができる。

図２（ｂ）において、高エネルギ線１０は逃げ面４の入射位置Ｐｉから入射し、掬い面２の出射位置Ｐｏから出射することにより、その光路中の加工バイト１の材料を除去加工する。それにより、加工バイト１の加工部位６において凹部６ａが形成され、掬い面２上における断面形状が凹凸状となる。高エネルギ線１０が逃げ面４の入射位置Ｐｉから入射しているので、加工部位６に凹部６ａを形成するのと略同時的に、逃げ面にも凹部６ａに対応するように溝部４ａが形成される。

このように、高エネルギ線１０を逃げ面４から入射して掬い面２から出射するように照射することで、加工部位６における凹部６ａと逃げ面４における溝部４ａとを略同時的に短時間で形成することができる。換言すれば、掬い面２における凹凸状の断面形状と逃げ面４における凹凸溝とを略同時的に短時間で形成することができる。この加工バイト１の加工部位６には複数の凹部６ａ及び溝部４ａを形成することが好ましく、その数は例えば５００〜１０００がより好ましい。それにより、この加工バイト１を用いて被加工物を切削又は研削する際に、その作業効率を向上させることができる。

図３は、この加工バイト１に、逃げ面４から入射して掬い面２から出射するように高エネルギ線１０を照射する様子を模式的に拡大して示した側面断面図であって、（ａ）は、高エネルギ線１０の照射方向と逃げ面４との為す角（以下、照射角という。）θが６０°の場合を示しており、（ｂ）は、高エネルギ線１０の照射角θが１０°の場合を示している。

加工部位６において深さＤの凹部６ａを形成する場合、照射角６０°の場合は図３（ａ）に示すように、略同時的に逃げ面４において長さ約０．５８×Ｄ（近似的に１／ｔａｎ６０°）の溝部４ａしか形成することができない。一方で、照射角１０°の場合は図３（ｂ）に示すように、略同時的に逃げ面４において長さ約５．６×Ｄ（近似的に１／ｔａｎ１０°）の溝部４ａが形成される。すなわち、照射角を１０°以下とすれば、凹部６ａの深さ寸法の５．７倍以上の長さの溝部４ａを逃げ面４に略同時的に形成することができる。例えば、凹部６ａの深さを１００ｎｍとすれば、溝部４ａの長さを５６０ｎｍ以上とすることができる。

高エネルギ線１０を逃げ面４から入射して掬い面２から出射するようにしているので、図３（ｂ）に示すように、入射位置Ｐｉ近傍において高エネルギ線１０のビームのフレアに起因するダレ部１２が生じる。このダレ部１２によって、高エネルギ線１０の照射による角度以上の逃げ角を溝部４ａにおいて形成することができ、より一層加工バイト１による加工精度向上に寄与することができる。

一方で、高エネルギ線１０が出射する掬い面２においてはフレアを殆ど生じないので、掬い面２における凹凸状の断面形状においてエッジがダレてしまうことは殆どない。したがって、エッジがシャープで寸法精度の高い凹部６ａとすることができ、この加工バイト１を用いて被加工物を切削又は研削した場合に、その被加工物の寸法精度を高精度とすることができる。

図４は、高エネルギ線１０として入射位置Ｐｉから出射位置Ｐｏまでの間におけるビーム径を２０ｎｍ以下に集束した集束イオンビーム１０’を用い、その集束イオンビーム１０’によって深さＤが１００ｎｍ、幅Ｍが１００ｎｍの凹部６ａを形成する工程の模式図である。（ａ）は、断面矩形状の凹部６ａを形成する工程を示しており、（ｂ）は、断面台形状の凹部６ａを形成する工程を示している。集束イオンビーム１０’のビーム径が凹部６ａの深さＤ及び幅Ｍの寸法に比べて小さいので、図に示すように、集束イオンビーム１０’と加工バイト１との相対位置を移動させつつ凹部６ａを形成する。

この加工バイト１の製造方法によれば、集束イオンビーム１０’の出射位置Ｐｏを移動させることにより凹部６ａを形成しているので、その移動態様を変化させることにより凹部６ａの形状を矩形状（図４（ａ）参照）のみならず、台形状（図４（ｂ）参照）、その他の種々の形状とすることができる。

なお、加工部位６における隣接する２つの凹部６ａ間の寸法Ｗ（すなわち、凸部６ｂの幅寸法、図３（ａ）参照。）６００ｎｍ以下であり、より好ましくは３００ｎｍ以下である。本実施の形態１においては凹部６ａの幅Ｍも凸部６ｂの幅Ｗも１００ｎｍとしている。凸部６ｂの幅が６００ｎｍを超えると、この加工バイト１を利用して製造される光学素子のピッチが大きくなりすぎて、可視光に対して良好な偏光特性が得られない虞がある。

また、凹部６ａや凸部６ｂの形状についても特に制限はなく、例えば、矩形（正方形、長方形）、台形、三角形、半円形等であっても、これらを更に変形させた形状であってもよい。この中で、断面が矩形状のものは、この形状を転写して得られる透明樹脂成形体に導電性反射体を蒸着するとき、非蒸着部分を容易に残すことができるので、好適に用いることができる。

なお、集束イオンビーム１０’を用いることにより、凹部６ａや凸部６ｂを矩形、台形、三角形、半円形等の種々の形状に形成することができるが、ワイヤーグリッド偏光子等のグリッド偏光子においては凹部６ａや凸部６ｂを矩形状に形成した加工バイト１を用いて製造することで輝度が向上し、光学性能上好ましい。ただし、グリッド偏光子以外の光学フィルム（光学素子）等を製造する場合、加工バイト１の凹部６ａや凸部６ｂの形状は、矩形以外にも三角形や半円形等を選択可能である。

この加工バイト１の加工部位６における凹部６ａ及び凸部６ｂの数に特に制限はなく、１又は複数とすることができる。凹部６ａの数は、５以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましく、２０以上であることが更に好ましい。加工バイト１の凹部６ａの数を複数とすることにより、加工バイト１の１回の加工で被加工物に複数の格子形状を形成し、被加工物を効率的に加工することができ、また、不規則性が生じ易くなる隣接加工箇所の数を減少させることができる。

［実施の形態２］
本発明の製造方法で製造される光学素子としては、グリッド偏光子、回折格子等があげられる。その中でもグリッド偏光子の製造が好適である。

本実施の形態２においては、上記実施の形態１において説明した製造方法により製造された加工バイト１を用いてグリッド偏光子（光学素子）２０（図５参照）を製造する方法について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係るグリッド偏光子２０の製造方法の一工程を説明する図であって、加工バイト１を用いて被加工物としての金型１４の表面を加工する様子を示す図である。

この実施の形態２において、加工バイト１は加工部位６に深さ１００ｎｍ、幅１００ｎｍの凹部６ａをピッチ２００ｎｍで１０００個有している。この加工バイト１の加工に用いる面（例えば、掬い面２及び逃げ面４。）の表面算術平均粗さ（Ｒａ）は１０ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以下であることがより好ましい。

金型１４は、グリッド偏光子２０の製造に利用される型部材であって、例えば、射出成形用の金型、圧縮成形用の金型、フィルム表面に連続的に形状転写を行うためのロール等を含むが、本実施の形態２においては、グリッド偏光子２０表面に形状転写するための板状の金属部材である。また、グリッド偏光子２０にその表面形状を直接転写するもののみならずグリッド偏光子２０に表面形状を直接転写するための中間的金属部材に対して、その表面形状を転写するものであってもよい。この場合、金型１４を母材として保存することができるので、経済的である。

その中間的金属部材の作製は、電鋳によることが好ましい。電鋳材質としては、ビッカース硬度が４０〜５５０のものが好ましく、１５０〜４５０のものが更に好ましい。ビッカース硬度が４０〜５５０の電鋳材質としては、銅、ニッケル、ニッケル−リン合金、ニッケル−鉄合金、ニッケル−コバルト合金、パラジウムが挙げられ、１５０〜４５０のものとしては、銅、ニッケル、ニッケル−リン合金、ニッケル−鉄合金、パラジウムが挙げられる。

加工部位６を金型１４表面に当接させつつ加工バイト１を金型１４に対して図５中Ｚ方向に移動させることにより、金型１４の表面加工を行う。その表面加工は、研削又は切削のいずれでもよいが、加工部位６の微細形状を正確に転写することができるという点において切削の方が好ましい。

加工バイト１による金型１４の表面加工によって、凹部６ａに対応して金型１４表面に直線状の凸部１４ｂが形成され、加工部位６における凸部６ｂに対応して金型１４表面に直線状の凹部１４ａが形成される。すなわち、加工バイト１の加工部位６における凹凸形状に対応するように、凹凸を逆にして金型１４表面に凹凸が形成される。そして、この表面加工を、加工部位６の延長方向（図５中Ｙ方向）に加工バイト１を移動させつつ継続して行うことにより、加工バイト１が有する凹凸の数よりも多数の凹凸を金型１４の表面に形成することができる。

この金型１４の材料としては、ベースとなる金型用鋼材の表面に微細な凹凸形状を形成するための適当な硬度を有する電着又は無電解メッキによる金属層を設けた材料であることが好ましい。金型用鋼材としては、例えば、ピンホール、地傷、偏析などがなく、真空溶解、真空鋳造等により製造されたプリハードン鋼、析出硬化鋼、ステンレス鋼、銅等を挙げることができる。電着又は無電解メッキによる金属層は、ビッカース硬度が４０〜３５０であることが好ましく、２００〜３００であることがより好ましい。ビッカース硬度が４０〜３５０の金属としては、例えば、銅、ニッケル、ニッケル−リン合金、パラジウムなどを挙げることができ、ビッカース硬度が２００〜３００の金属としては、銅、ニッケル、ニッケル−リン合金を挙げることができる。

図６は、このグリッド偏光子２０の製造方法の一工程を説明する図であって、金型１４表面の凹凸形状を透明樹脂成形体１６の表面に転写する様子を示す図である。この透明樹脂成形体１６は、グリッド偏光子２０の基材となるものであって、例えば、紫外線硬化性樹脂が適用可能である。また、透明樹脂成形体１６として、脂環式構造を有する樹脂の成形体を特に好適に用いることができる。

脂環式構造を有する樹脂としては、例えば、ノルボルネン系単量体の開環重合体若しくは開環共重合体又はそれらの水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加重合体若しくは付加共重合体又はそれらの水素添加物、単環の環状オレフィン系単量体の重合体又はその水素添加物、環状共役ジエン系単量体の重合体又はその水素添加物、ビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体若しくは共重合体又はそれらの水素添加物、ビニル芳香族炭化水素系単量体の重合体又は共重合体の芳香環を含む不飽和結合部分の水素添加物等を挙げることができる。これらの中で、ノルボルネン系単量体の重合体の水素添加物及びビニル芳香族炭化水素系単量体の重合体の芳香環を含む不飽和結合部分の水素添加物は、機械的強度と耐熱性に優れるので、特に好適に用いることができる。

透明樹脂成形体１６のレターデーションは、波長５５０ｎｍで５０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。また、透明樹脂成形体１６の材料としては、上記の他に、脂環式構造を有する樹脂、紫外線硬化性樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート等又はこれらの組合せを適用することが可能である。透明樹脂成形体１６は、吸水率０．３重量％以下であることが好ましく、吸水率０．１重量％以下であることがより好ましい。

金型１４表面の凹凸形状を透明樹脂成形体１６の表面に転写する方法に特に制限はなく、例えば、本実施の形態２においては、金型１４表面に紫外線硬化性樹脂によって構成される透明樹脂成形体１６を当接させて紫外線１８による露光を行い、透明樹脂成形体１６表面を硬化させる方法としている。また、金型１４を射出成形金型に組み込んで透明樹脂を射出成形することにより転写を行ってもよいし、金型１４を圧縮成形金型に組み込んで透明樹脂フィルム又はシートを加熱加圧することにより転写を行ってもよいし、金型１４を用いて透明樹脂溶液をキャスティング成形することにより転写を行ってもよい。

上記のように、金型１４表面の凹凸形状が転写された透明樹脂成形体１６に対して、導電性反射体を蒸着してグリッド偏光子２０とする。蒸着する導電性反射体は、温度２５℃、波長５５０ｎｍにおける屈折率０．０４以上４．０未満、消光係数０．７０以上であることが好ましく、屈折率０．０４以上３．０未満、消光係数１．０以上であることがより好ましい。このような導電性反射体としては、例えば、銀、アルミニウム、銅などを挙げることができる。

なお、透明樹脂成形体１６に対して導電性反射体を蒸着してグリッド偏光子２０を製造するには、その蒸着方向を調整して凹凸形状の一部に非蒸着部分を残存させることにより、光のｓ偏光成分が透過するようにする必要があるが、これらの方法については公知であるので、その説明を省略する。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。

図７（ａ）は、本発明の実施例１に係る加工バイト１の加工部位６部分を拡大して示す拡大側面図である。この実施例１においては、加工バイト１の材料を単結晶ダイヤモンドとし、逃げ面４及び掬い面２を有してその逃げ角βを２°とした。加工部位６の長さ（図１（ａ）中のＡＢ間の寸法。）を０．２ｍｍとし、その逃げ面４に集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ
Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）加工装置（株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用いて、ガリウムイオンビーム１０’を照射した。

ガリウムイオンビーム１０’の照射方向は、加工部位６に直交する面内において掬い面２に対して９０°、すなわち照射角θを２°とした。加工部位６に幅１００ｎｍ、深さ１００ｎｍとなるように凹部６ａをピッチ２００ｎｍで１０００個形成し、加工バイト１の製造を完了した。それにより、略同時的に、逃げ面４において凹部６ａに対応して幅１００ｎｍの１０００本の溝部４ａが加工部位６ａに直交する方向に延びて形成された。

続いて、幅５００ｍｍ、直径３００ｍｍのステンレス（ＳＵＳ４３０）鋼製の円筒形材の円筒周面に厚さ１００μｍのニッケル−リン無電解メッキを施して金型とした。微細加工用の工作機械である精密円筒研削盤（スチューダ（ＳＴＵＤＥＲ）社製：精密円筒研削機Ｓ３０−１）を用いて、上記の加工バイト１により金型表面のニッケル−リン無電解メッキ面に対して溝加工を行った。具体的には、円筒の円周方向に沿って周面に深さ５μｍ、加工ピッチ０．２ｍｍで複数旋削加工することにより、円筒周面全体に幅１００ｎｍ、深さ１００ｎｍ、凹凸ピッチ２００ｎｍの直線状の凹凸構造を多数形成し、微細凹凸パターン付き円筒形金型を得た。

一方、押出成形により得られた厚さ１００μｍの脂環式構造を有する樹脂フィルム（日本ゼオン株式会社製：ゼオノア１４２０Ｒ）表面に、厚さ１００ｎｍの紫外線硬化性アクリル樹脂を塗布して透明樹脂成形体とした。その透明樹脂成形体を微細凹凸パターン付き円筒形金型の微細凹凸パターンに密着させてフィルム裏面側から高圧水銀灯で紫外線を照射し、微細な直線状の凹凸パターン（格子形状）を透明樹脂成形体へ転写した。そして、転写した透明樹脂成形体を所定のサイズに切り出して、微細凹凸パターンの凸部上面にアルミニウムを蒸着してグリッド偏光子を得た。

この実施例１における加工バイト１の製造に関する各種設定値及び加工バイト１の各種特性値、すなわち、逃げ面の逃げ角β、ガリウムイオンビーム１０’の照射角θ、照射時間（加工バイト１に凹部を形成するのに要した時間）Ｈ、凹部の深さに対する寸法の形状誤差ωについて、従来の加工バイトの製造方法に係るものとの比較を表１に記載した。なお、従来の製造方法とは、逃げ面に対して略正面（照射角９２°）からガリウムイオンビーム１０’を照射して加工バイト１を製造した場合である。なお、形状誤差ωとは、加工バイト１の掬い面２方向の溝の深さに対する設計値からのズレである。

表１の結果より明らかなように、実施例１によれば、従来の製造方法よりも照射時間Ｈが大きく低減している。その上、凹部の形状誤差ωについても実施例１による加工バイト１は従来の製造方法に係るものよりも低減している。

図７（ｂ）は、本発明の実施例２に係る加工バイト１の加工部位６部分を拡大して示す拡大側面図である。この実施例２においては、加工バイト１の逃げ角βを８０°とし、逃げ面４に対して、照射角θを５°として集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ
Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）加工装置（株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用いて、ガリウムイオンビーム１０’を照射し、加工部位６に凹部６ａを形成した。加工バイト１への凹部６ａの形成に関して、その他の条件については実施例１と同様である。

続いて、幅８００ｍｍ×長さ５００ｍｍ×厚さ１０ｍｍのステンレス（ＳＵＳ４３０）鋼製の矩形板材の表面に厚さ１００μｍのニッケル−リン無電解メッキを施して金型とした。該切削工具を微細加工用の工作機械、（株式会社不二越社製：ナノグルーバＡＭＧ７１Ｐ）を用いて、上記の加工バイト１により金型表面のニッケル−リン無電解メッキ面に対して溝加工を行った。具体的には、金型の長さ方向（短辺）に沿って、深さ５μｍ、加工ピッチ０．２ｍｍで複数切削加工することにより、金型の表面全体に幅１００ｎｍ、深さ１００ｎｍ、凹凸ピッチ２００ｎｍの直線状の凹凸構造を多数形成し、微細凹凸パターン付き板状金型を得た。

この微細凹凸パターン付き板状金型の表面に透明樹脂成形体を密着させ、その裏面側から紫外線を照射して、微細な直線状の凹凸パターン（格子形状）を透明樹脂成形体へ転写した。透明樹脂成形体の材料や転写の方法については、実施例１と同様である。

この実施例２における加工バイト１の製造に関する各種設定値及び加工バイト１の各種特性値についても表１に記載した。表１の結果より明らかなように、実施例２によれば、従来の製造方法よりも照射時間Ｈが大きく低減している。その上、凹部の形状誤差ωについても実施例１による加工バイト１は従来の製造方法に係るものよりも低減している。

（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る加工バイトの各部位を説明するための外観斜視図であって、高エネルギ線により溝部を形成する前の状態を示す図であり、（ｂ）は、その側面図である。 （ａ）は、図１に示す加工バイトに高エネルギ線を照射して加工部位を部分的に欠損させる様子を示す斜視図であり、（ｂ）は、その加工部位における欠損部を部分拡大した図である。 図１に示す加工バイトに、逃げ面から入射して掬い面から出射するように高エネルギ線を照射する様子を模式的に拡大して示した側方断面図であって、（ａ）は、照射角が６０°の場合を示す図であり、（ｂ）は、照射角が１０°の場合を示す図である。 集束イオンビームによって深さＤが１００ｎｍ、幅Ｍが１００ｎｍの凹部を形成する工程の模式図であって、（ａ）は、断面矩形状の凹部を形成する工程を示す図であり、（ｂ）は、断面台形状の凹部を形成する工程を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るグリッド偏光子の製造方法の一工程を説明する図であって、加工バイトを用いて金型の表面を加工する様子を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るグリッド偏光子の製造方法の一工程を説明する図であって、金型表面の凹凸形状を透明樹脂成形体の表面に転写する様子を示す図である。 本発明の実施例に係る加工バイトの加工部位部分を拡大して示す拡大側面図であって、（ａ）は、実施例１に係る加工バイトにガリウムイオンビームを照射する様子を示す図であり、（ｂ）は、実施例２に係る加工バイトにガリウムイオンビームを照射する様子を示す図である。

符号の説明

α：交差角
θ：照射角
１：加工バイト（加工工具）
２：掬い面
４：逃げ面
４ａ：溝部
６：加工部位（交差辺）
６ａ：凹部（欠損部）
１０：高エネルギ線
１４：金型（被加工物）
１６：透明樹脂成形体
２０：グリッド偏光子（光学素子）

Claims (6)

1. 逃げ面と掬い面とを有し、これらが９０°以下の交差角で交わる工具形成体の交差辺に、微細構造があり、当該交差辺で被加工物を加工するための加工工具の製造方法であって、
   高エネルギ線を、前記交差辺に対する直交面内において前記逃げ面から入射して前記掬い面から出射するように前記工具形成体に向けて照射することにより、前記交差辺の一部を欠損させつつ該交差辺に直交する方向に延びる溝部を形成するステップを有する加工工具の製造方法。
2. 前記掬い面における前記高エネルギ線の出射位置を移動させることにより、前記掬い面における前記溝部の断面形状を製造するステップを更に有する請求項１に記載の加工工具の製造方法。
3. 前記掬い面と前記逃げ面との交差角が７０°以上である請求項１又は請求項１に記載の加工工具の製造方法。
4. 前記高エネルギ線の入射方向と前記逃げ面との為す角が１０°以下である請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の加工工具の製造方法。
5. 前記高エネルギ線が集束イオンビームであり、かつビーム径が前記逃げ面における入射位置から前記掬い面における出射位置までの間において１００ｎｍ以下である請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の加工工具の製造方法。
6. 請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の加工工具の製造方法によって製造された前記加工工具を用いて被加工物の表面を加工するステップと、
   該被加工物の表面形状を透明樹脂成形体に転写するステップと、を有する光学素子の製造方法。

Images