JP2010082944A - 金型の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工具の破損を防止できるとともに、金型の表面を正確なネガ形状に形成できる金型の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】シート状の光学素子表面に周面の凹凸形状を転写するための表面形状を有するロール金型５の製造装置１は、切削工具を回転させつつロール金型５の周面を切削する切削装置２と、ロール金型５の周面を打刻する打刻装置３とを有し、切削装置２と打刻装置３との一方の手段により形成された凹部に対し、他方の手段による更なる加工を行うことによって、ロール金型５の周面に凹部を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、金型の製造方法及び製造装置に関する。

従来、液晶ディスプレイや有機ＥＬパネルなどの表示装置においては、シート状の光学素子に円錐台や四角錐台など、錐台形状の凸部が形成されており、例えば、外光や周辺物の映り込みを防ぐための反射防止膜として使用されたり、指向性鋭く入射する光を広い角度範囲に分配、配光するための光拡散板として使用されたり、発光素子からの光の反射を防止して正面輝度を向上させるための調光シートとして使用されたりしている。

ところで、このようなシート状光学素子の凸部は、エンドミルを用いた切削加工、或いは打刻装置を用いた打刻加工によってネガ形状の凹部をロール金型に形成しておき、当該ネガ形状の凹部を平坦なシートに転写することによって形成されている（例えば、特許文献１参照）。より詳細には、エンドミルを用いた切削加工によって凹部を形成するには、一般に、形成したい凹部と同径の円錐台状のエンドミルを用い、当該エンドミルをロール金型の周面に対して垂直に当接させて切削を行っている。なお特許文献１では切削加工、打刻加工を併用してはいるが、切削加工はあくまでロール金型表面の芯出しのための加工であって、エンドミル等の所定位置に回転切削工具を離接させて凹部を切削するものではなく、基本的な凹部形成は打刻加工のみで行われている。
特開２００５−１３４７０６号公報

しかしながら、エンドミルを用いた切削加工のみによってロール金型に凹部を形成する場合には、エンドミルの先端部が多くの切削屑を内部に巻き込んで負荷を受け、破損してしまう。

一方、打刻装置を用いた打刻加工のみによってロール金型に凹部を形成する場合には、凹部の容積分だけ金型の材料が周辺に押し広げられる結果、凹部の周辺が隆起してしまい、ロール金型の表面を正確なネガ形状とすることができない。

本発明の課題は、従来と比較して工具の破損を防止するとともに、金型の表面を正確なネガ形状に形成することのできる金型の製造方法及び製造装置を提供することである。

本発明の第１の形態によれば、シート状の光学素子表面に複数の凹凸形状を転写するための表面形状を有する金型の製造方法において、
切削工具を回転させつつ、前記金型及び当該切削工具の少なくとも一方を互いとの接離方向に移動させて前記金型表面の所定位置を切削加工する切削工程と、
前記金型表面の所定位置を打刻加工する打刻工程とを有し、
前記切削工程及び前記打刻工程の内、何れか一方の工程により形成された第１の凹部に対し、他方の工程による加工を行うことによって、前記金型表面に形成された前記第１の凹部を更に加工した第２の凹部を形成することを特徴とする。

本発明の金型の製造方法においては、
前記金型として、シート状の光学素子に周面の形状を転写するためのロール金型を製造することが好ましい。

また、本発明の金型の製造方法においては、
前記他方の工程では、前記一方の工程により形成された加工領域よりも広い領域に対して加工を行うことが好ましい。

また、本発明の金型の製造方法においては、
前記一方の工程として切削工程を行い、
前記他方の工程として打刻工程を行うことが好ましい。

また、本発明の金型の製造方法においては、
前記一方の工程として打刻工程を行い、
前記他方の工程として切削工程を行うこととしても良い。

本発明の第２の形態によれば、シート状の光学素子表面に複数の凹凸形状を転写するための表面形状を有する金型の製造装置において、
切削工具を回転させつつ、前記金型及び当該切削工具の少なくとも一方を互いとの接離方向に移動させて前記金型表面を切削加工する切削加工手段と、
前記金型表面を打刻加工する打刻加工手段とを有し、
前記切削加工手段及び打刻加工手段の内、何れか一方の加工手段により形成された第１の凹部に対し、他方の加工手段による更なる加工を行うことで第２の凹部を形成することを特徴とする。

本発明の金型の製造装置においては、
前記金型は、シート状の光学素子に周面の形状を転写するためのロール金型であることが好ましい。

また、本発明の金型の製造装置においては、
前記他方の加工手段は、前記一方の加工手段により形成された加工領域よりも広い領域に対して加工を行うことが好ましい。

また、本発明の金型の製造装置においては、
前記一方の加工手段は、切削加工手段であり、
前記他方の加工手段は。打刻加工手段であることが好ましい。

また、本発明の金型の製造装置においては、
前記一方の加工手段は、打刻加工手段であり、
前記他方の加工手段は、切削加工手段であることとしても良い。

本発明によれば、切削工程と打刻工程との何れか一方の工程により形成された第１の凹部に対し、他方の工程で更に加工を行って第２の凹部を形成する。つまり金型表面に形成される１つの凹部を切削工程と打刻工程とによって形成していることになる。
これにより、切削工程の加工位置に対して打刻工程の加工を行う場合には、切削工程のみで凹部を形成する場合と比較して、切削すべき距離（深さ）が低減される分、切削工具の先端部に加わる負荷を低減することができるため、当該切削工具の破損を防止することができる。また、この場合には、打刻工程のみで凹部を形成する場合と比較して、予め金型の表面の材料が切削工程で除去される分、凹部の周辺に押し広げられる材料の量、ひいては凹部周辺の隆起の高さを低減することができるため、金型の表面を正確なネガ形状に形成することができる。
一方、打刻工程の加工位置に対して切削工程の加工を行う場合には、切削工程のみで凹部を形成する場合と比較して、切削すべき距離（深さ）が低減される分、切削工具の先端部に加わる負荷を低減することができるため、当該切削工具の破損を防止することができる。また、この場合には、打刻工程のみで凹部を形成する場合と比較して、打刻工程後に生じる隆起部分を切削工程で除去することができるため、金型の表面を正確なネガ形状に形成することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
まず、本発明に係るロール金型の製造方法によって製造されるロール金型について説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態におけるロール金型５を示す概略図である。
この図に示すように、ロール金型５は、円筒状の金型本体５０及び回転軸５１を有している。

このうち、金型本体５０の周面には、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、軸方向及び周方向に沿って凹部５００または凹部５０１が複数配列されている。ここで、凹部５００，５０１の大きさとしては、頂部の深さ（高低差）が１００μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下が好ましい。また、凹部５００，５０１の形状は、円錐状、円錐台状、角錐状及び角錐台状の何れかであることが好ましく、円錐状または円錐台状であることがより好ましい。本実施の形態においては、凹部５００，５０１の形状は円錐台状となっている。なお、このような金型本体５０の材料としては、従来より公知の材料を用いることができ、より具体的には、適切な表面粗さが得られる均質な金属、例えば銅やアルミニウム、無電解Ni-Pメッキなどを好ましく用いることができる。

また、回転軸５１は、金型本体５０を貫通した状態で、当該金型本体５０と同軸に設けられている。なお、このような回転軸５１としては、従来より公知のものを用いることができる。

以上のようなロール金型５は、シート状の光学素子上で回転することにより、当該光学素子の表面に周面の凹凸形状を転写するようになっている。このようにロール金型５を用いた光学素子の製造方法としては、例えば特開２００７−８３４４７号公報に開示の方法など、従来より公知の方法を用いることができる。

続いて、上記のロール金型５を製造する製造装置について説明する。
図２は、本発明に係る金型の製造装置１（以下、金型製造装置１とする）の概略構成を示す模式図である。

この図に示すように、金型製造装置１は、切削装置２と、打刻装置３と、回転装置１０と、制御装置１１とを備えている。

このうち、切削装置２はロール金型５の周面を切削するものであり、打刻装置３はロール金型５の周面を打刻するものである。これら切削装置２及び打刻装置３は、ロール金型５の周面に対して垂直な向きに配設されており、当該周面に対して接離可能となっている。

ここで、本実施の形態における切削装置２は、先端が凹部５００，５０１と等しい頂角となるよう略円錐台状に形成されたエンドミルを切削工具として有しており、このエンドミルを回転させた状態でのロール金型５の周面の１点に対する接離方向への移動のみによって切削を行うようになっている。このような切削装置２としては、破損し難い単結晶ダイヤモンド製のものを用いることができる。但し、切削装置２はエンドミルに限らず、従来より公知の他の装置としても良い。

また、本実施の形態における打刻装置３は、打刻部材の先端が凹部５００，５０１と等しい頂角となるよう略円錐台状に形成されており、ロール金型５の周面の１点に対する接離方向への移動のみによって打刻を行うようになっている。このような打刻装置としては、先端部分の硬度が高く変形しないもの、例えば先端部分が単結晶ダイヤモンド製のものを用いることができる。

回転装置１０は、ロール金型５の回転軸５１を把持して回転させるものであり、当該ロール金型５を軸方向に移動させることができるようになっている。

制御装置１１は、切削装置２、打刻装置３及び回転装置１０をに接続され、これらの装置を制御するようになっている。例えば、この制御装置１１は、切削装置２及び打刻装置３をロール金型５に対する接離方向に移動させるとともに、回転装置１０に把持されたロール金型５を軸方向に移動させることによって、切削装置２の加工位置と打刻装置３の加工位置とを一致させるようになっている。ここで、加工位置を一致させる手法としては、例えば、ロール金型５の周面に仮想の座標面を設定するとともに、ロール金型５の軸方向に沿って切削装置２と打刻装置３とを所定の間隔で並べて固定しておき、この間隔と、回転装置１０によるロール金型５の回転角度及び軸方向への移動距離とに基づいて、切削装置２，打刻装置３への対向位置の周面の座標を算出し、回転装置１０の制御にフィードバックさせる手法を用いることができる。なお、このような制御装置１１としては、例えばパソコンを用いることができる。

続いて、周面に凹部５００が形成されたロール金型５の製造方法について説明する。
まず、凹部５００が形成される前のロール金型５（以下、金型前駆体６とする）を制御装置１１が軸方向に移動させ、当該金型前駆体６の周面のうち、凹部５００を形成すべき領域を切削装置２に対向させた後、この領域に対して切削装置２が切削を行う（切削工程）。これにより、図３（ａ）に示すように、金型前駆体６の周面に対し、凹部５００の前駆体としての凹部（第１の凹部）５００ａが形成される。なお、この図では、凹部５００の断面を２点鎖線で示している。この図から分かるように、凹部５００ａの深さ及び広さは、凹部５００よりも小さくなっている。

次に、制御装置１１が切削装置２による加工位置を打刻装置３に対向させた後、この加工位置に対して、つまり凹部５００ａに対して打刻装置３が打刻を行う（打刻工程）。より詳細には、このとき、打刻装置３は切削装置２による切削で窪んだ加工位置を中心に打刻することにより、切削装置２による切削領域よりも深く広い領域に対して加工を行う。これにより、図３（ｂ）に示すように、金型前駆体６の周面に凹部（第２の凹部）５００が形成される。

そして、凹部５００を形成すべき各領域に対して上記と同様に切削工程及び打刻工程をこの順に行うことにより、金型前駆体６の周面に複数の凹部５００が配列された状態に形成され、ロール金型５が製造される。

続いて、周面に凹部５０１が形成されたロール金型５の製造方法について説明する。
まず、金型前駆体６を制御装置１１が軸方向に移動させ、当該金型前駆体６の周面のうち、凹部５０１を形成すべき領域を打刻装置３に対向させた後、この領域に対して打刻装置３が打刻を行う（打刻工程）。これにより、図４（ａ）に示すように、金型前駆体６の周面に対し、凹部５０１の前駆体としての凹部（第１の凹部）５０１ａが形成される。なお、この図では、凹部５０１の断面を２点鎖線で示している。この図から分かるように、凹部５０１ａの深さ及び広さは、凹部５０１よりも小さくなっている。

次に、制御装置１１が打刻装置３による加工位置を切削装置２に対向させた後、この加工位置に対して、つまり凹部５０１ａに対して切削装置２が切削を行う（切削工程）。より詳細には、このとき、切削装置２は打刻装置３による打刻で窪んだ加工位置を中心に切削することにより、打刻装置３による打刻領域よりも深く広い領域、好ましくは打刻工程で生じた凹部５０１ａ周辺の環状の隆起部分が含まれる領域に対して加工を行う。これにより、図４（ｂ）に示すように、金型前駆体６の周面に凹部（第２の凹部）５０１が形成される。なお、打刻加工の後の切削加工については、当該隆起部分を切削するため、深さは打刻により形成された凹部５０１ａより深くなくても良い。

そして、凹部５０１を形成すべき各領域に対して上記と同様に打刻工程及び切削工程をこの順に行うことにより、金型前駆体６の周面に複数の凹部５０１が配列された状態に形成され、ロール金型５が製造される。

なお、上述のように凹部５００の形成されたロール金型５を製造する方法と、凹部５０１の形成されたロール金型５を製造する方法とのうち、前者の方法（打刻加工を後から行う方法）は、図５に示すように、凹部の深さ「ｄ」，凹部の半径「Ｒ」がｄ＞２ＲかつＲ＜２０μｍを満たす場合に用いられるのが特に好ましい。この場合には、打刻工程の際に凹部周辺に移動する金型材料の体積が小さく、周辺への影響が少ないためであり、また、後者の方法（切削加工を後から行う方法）を用いると、凹部の深さが大きい分、切削装置２が破損する危険性が高いためである。一方、後者の方法（切削加工を後から行う方法）は、凹部の半径「Ｒ」，ピッチ「ｐ」が２Ｒ＜ｐを満たす場合に用いられるのが特に好ましい。この場合には、前者の方法（打刻加工を後から行う方法）を用いると、凹部周辺が盛り上がることによる影響が大きく、好ましくないためである。
また、本実施形態においては、最終的に光学シートに転写される一つの凹部を切削、打刻（または打刻、切削）の１サイクルで形成しているが、これらを複数サイクル行っても良い。

以上のロール金型５の製造方法によれば、切削工程と打刻工程との一方の工程により形成された凹部（第１の凹部）５００ａ，５０１ａに対し、他方の工程で更に加工を行ってロール金型５の周面に凹部（第２の凹部）５００，５０１を形成するので、ロール金型５の周面の同位置に対して切削工程と打刻工程とによって凹部５００，５０１が形成されることになる。
そして、切削工程の加工位置に対して打刻工程の加工を行う場合（凹部５００を形成する場合）には、切削工程のみで凹部５００を形成する場合と比較して、切削すべき距離（深さ）が低減される分、切削装置２（エンドミル）の先端部に加わる負荷を低減することができるため、切削装置２の破損を防止することができる。また、この場合には、打刻工程のみで凹部５００を形成する場合と比較して、予め金型前駆体６の周面の材料が切削工程で除去される分、凹部５００の周辺に押し広げられる材料の量、ひいては凹部周辺の隆起の高さを低減することができるため、ロール金型５の周面を正確なネガ形状に形成することができる。
一方、打刻工程の加工位置に対して切削工程の加工を行う場合（凹部５０１を形成する場合）には、切削工程のみで凹部５０１を形成する場合と比較して、切削すべき距離（深さ）が低減される分、切削装置２の先端部に加わる負荷を低減することができるため、切削装置２の破損を防止することができる。また、この場合には、打刻工程のみで凹部５０１を形成する場合と比較して、打刻工程後に生じる隆起部分を切削工程で除去することができるため、ロール金型５の周面を正確なネガ形状に形成することができる。

また、打刻工程、切削工程の順に加工を行う場合に、切削工程では、打刻工程よりも広い領域に対して加工を行うので、打刻工程で形成される凹部５０１ａ周辺に環状に生じる隆起部分を切削工程で除去することができる。従って、ロール金型５の表面をより正確なネガ形状とすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。

例えば、上記実施の形態においては、円柱状のロール金型５を製造することとして説明したが、シート状の光学素子に表面の形状を転写する板状の金型を製造することとしても良い。

また、凹部５０１の形成されたロール金型５を製造する場合には、打刻工程を行った後、当該打刻工程による打刻領域よりも深い領域に対して切削工程を行うこととして説明したが、打刻工程で凹部５０１ａの周辺に生じる隆起部分を切削工程で除去する限りにおいて、打刻工程と同じ深さの領域に対して切削工程を行うこととしても良い。
また、切削装置２がロール金型５に対する接離方向へ移動することによって切削を行うこととして説明したが、ロール金型５が切削装置２に対する接離方向へ移動することによって切削を行うこととしても良い。

（ａ）はロール金型（金型前駆体）の概略構成を示す概念図であり、（ｂ），（ｃ）は凹部を示す断面図である。 本発明に係る金型の製造装置の概略構成を示す模式図である。 ロール金型の周面の凹部を示す断面図である。 ロール金型の周面の凹部を示す断面図である。 凹部の上面、側断面を示す概念図である。

符号の説明

１ 金型製造装置（ロール金型の製造装置）
２ 切削装置（切削加工手段）
３ 打刻装置（打刻加工手段）
５ ロール金型
５００，５０１ 凹部

Claims (10)

1. シート状の光学素子表面に複数の凹凸形状を転写するための表面形状を有する金型の製造方法において、
   切削工具を回転させつつ、前記金型及び当該切削工具の少なくとも一方を互いとの接離方向に移動させて前記金型表面の所定位置を切削加工する切削工程と、
   前記金型表面の所定位置を打刻加工する打刻工程とを有し、
   前記切削工程及び前記打刻工程の内、何れか一方の工程により形成された第１の凹部に対し、他方の工程による加工を行うことによって、前記金型表面に形成された前記第１の凹部を更に加工した第２の凹部を形成することを特徴とする金型の製造方法。
2. 請求項１記載の金型の製造方法において、
   前記金型として、シート状の光学素子に周面の形状を転写するためのロール金型を製造することを特徴とする金型の製造方法。
3. 請求項１または２記載の金型の製造方法において、
   前記他方の工程では、前記一方の工程により形成された加工領域よりも広い領域に対して加工を行うことを特徴とする金型の製造方法。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の金型の製造方法において、
   前記一方の工程として切削工程を行い、
   前記他方の工程として打刻工程を行うことを特徴とする金型の製造方法。
5. 請求項１〜３の何れか一項に記載の金型の製造方法において、
   前記一方の工程として打刻工程を行い、
   前記他方の工程として切削工程を行うことを特徴とする金型の製造方法。
6. シート状の光学素子表面に複数の凹凸形状を転写するための表面形状を有する金型の製造装置において、
   切削工具を回転させつつ、前記金型及び当該切削工具の少なくとも一方を互いとの接離方向に移動させて前記金型表面を切削加工する切削加工手段と、
   前記金型表面を打刻加工する打刻加工手段とを有し、
   前記切削加工手段及び打刻加工手段の内、何れか一方の加工手段により形成された第１の凹部に対し、他方の加工手段による更なる加工を行うことで第２の凹部を形成することを特徴とする金型の製造装置。
7. 請求項６記載の金型の製造装置において、
   前記金型は、シート状の光学素子に周面の形状を転写するためのロール金型であることを特徴とする金型の製造装置。
8. 請求項６または７記載の金型の製造装置において、
   前記他方の加工手段は、前記一方の加工手段により形成された加工領域よりも広い領域に対して加工を行うことを特徴とする金型の製造装置。
9. 請求項６〜８の何れか一項に記載の金型の製造装置において、
   前記一方の加工手段は、切削加工手段であり、
   前記他方の加工手段は。打刻加工手段であることを特徴とする金型の製造装置。
10. 請求項６〜８の何れか一項に記載の金型の製造装置において、
    前記一方の加工手段は、打刻加工手段であり、
    前記他方の加工手段は、切削加工手段であることを特徴とする金型の製造装置。

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