JP2010110895A - Method for producing mold - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子を成形するための金型の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a mold for molding an optical element.
光学素子の光学面に対応した母光学面を有する母型に対し、電鋳を成長させることで金型を製作しようとする試みがある。この電鋳による手段を用いると、精度のよい母型を1個用意するだけで、寸法ばらつきの少ない金型を容易に製造することができる。 There is an attempt to produce a mold by growing electroforming on a mother mold having a mother optical surface corresponding to the optical surface of the optical element. When this electroforming means is used, it is possible to easily manufacture a mold with little dimensional variation only by preparing one accurate master mold.
従来、このような金型の製造技術として、例えば特許文献1に記載の技術が公知である。この特許文献1によれば、電鋳部材に裏打ち部材との位置決め部としてのピン孔及びネジ孔を形成し、この位置決め部を用いて裏打ち部材と一体化することで可動コアを形成する点が開示されている。 Conventionally, as a technique for manufacturing such a mold, for example, a technique described in Patent Document 1 is known. According to Patent Document 1, a pin hole and a screw hole are formed as a positioning portion with a backing member in an electroformed member, and the movable core is formed by integrating the backing member with the positioning portion. It is disclosed.
また、特許文献2には、所定のパターンを形成した母型の周囲に電鋳を成長させ、次に、母型から金型を取外し、取り外した金型の転写パターンに基づいて金型を加工する技術が開示されている。また、この金型を摺動部材と組み合わせて可動コアを形成し、この際、金型の中心を光軸と同心に形成している。
しかしながら、特許文献1では、電鋳部材に形成する位置決め部を、母光学面の光軸と同軸に芯出しするのは容易なことではない。
すなわち、電極部材の外周面を加工した後、この外周面と同軸に電鋳部材の外周面を加工し、この外周面を基準として位置決め部としてのピン孔を形成しなければならないからである。
However, in Patent Document 1, it is not easy to center the positioning portion formed on the electroformed member coaxially with the optical axis of the mother optical surface.
That is, after processing the outer peripheral surface of the electrode member, it is necessary to process the outer peripheral surface of the electroformed member coaxially with the outer peripheral surface, and to form a pin hole as a positioning portion on the basis of the outer peripheral surface.
また、特許文献2では、金型の中心を光軸と一致させるのに、レーザ光を金型の転写面に照射し、その反射光を撮像素子で検出し、その検出信号をCPU(中央演算処理装置)に入力して調整している。このため、工数が増大する。 Further, in Patent Document 2, in order to make the center of the mold coincide with the optical axis, laser light is irradiated onto the transfer surface of the mold, the reflected light is detected by the image sensor, and the detection signal is transmitted to the CPU (central processing unit). Input to the processing unit). For this reason, a man-hour increases.
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、所定の転写パターンを有し高い偏芯精度を有する金型の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a mold having a predetermined transfer pattern and high eccentricity.
前記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、
金型の製造方法において、
所定形状の転写パターンを有する母型と当該母型から電鋳型を作成する作成工程と、前記母型と裏打ち部材とを前記母型の外形面を基準として芯出しする芯出し工程と、前記電鋳型と前記裏打ち部材とを固定する固定工程と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the object, the invention according to claim 1
In the mold manufacturing method,
A mother mold having a transfer pattern of a predetermined shape, a creation process for creating an electric mold from the mother mold, a centering process for centering the mother mold and the backing member on the basis of the outer shape of the mother mold, and the electric mold A fixing step of fixing the mold and the backing member.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の金型の製造方法において、
前記芯出し工程は、前記母型が嵌合される第1の孔の中心軸と、前記裏打ち部材が嵌合される第2の孔の中心軸と、が一致する芯出し治具を用いて前記母型と前記裏打ち部材の芯出しを行うことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the method of manufacturing a mold according to claim 1,
The centering step uses a centering jig in which the central axis of the first hole into which the master die is fitted and the central axis of the second hole into which the backing member is fitted. The matrix and the backing member are centered.
請求項3に係る発明は、
前記芯出し治具は、請求項2に記載の金型の製造方法において、
前記第1の孔を有する第1の芯出し治具と、前記第2の孔を有する第2の芯出し治具と、を有することを特徴とする。
The invention according to claim 3
The said centering jig | tool is a manufacturing method of the metal mold | die of Claim 2,
It has the 1st centering jig | tool which has the said 1st hole, and the 2nd centering jig | tool which has the said 2nd hole, It is characterized by the above-mentioned.
請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の金型の製造方法において、
前記母型の外形面を基準として位置出し面を加工する加工工程を有することを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the method for producing a mold according to any one of claims 1 to 3,
It has the processing process which processes a positioning surface on the basis of the external surface of the mother mold.
請求項5に係る発明は、請求項1に記載の金型の製造方法において、
前記電鋳型の先端側の表面が曲面であることを特徴とする。
The invention according to
The front surface of the electroforming mold is a curved surface.
本発明によれば、所定の転写パターンを有し高い偏芯精度を有する金型を製造することができる。 According to the present invention, a mold having a predetermined transfer pattern and high eccentricity accuracy can be manufactured.
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図1(a)は母型部材の外観図、(b)はその断面図である。また、図2は、母型部材に転写パターンが形成された状態の断面図、図3は、転写パターンが形成された母型に金属を析出させてできた電鋳型の断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is an external view of a matrix member, and FIG. 1B is a sectional view thereof. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a transfer pattern is formed on the mother die member, and FIG. 3 is a cross-sectional view of an electroforming mold formed by depositing metal on the mother die on which the transfer pattern is formed.
図1に示すように、軸方向に所定の長さLを有する円柱状の母型部材11を準備する。この母型部材11は、例えばアルミニウムからなる。ただし、材質はこれに限らず、通電可能部材であればよい。
As shown in FIG. 1, a
この母型部材11に対し、その側面(外形面)11aを基準として端面11bが垂直となるように機械加工を行う。ここでは、側面11aに対する端面11bの垂直度が0.005mm以内となるようにする。
The
次いで、図2に示すように、この端面11bに所定形状の転写パターンとしての微細凹凸構造12を形成する。この微細凹凸構造12は、陽極酸化法などで形成することができる。さらに、この微細凹凸構造12の表面に導電化処理としてニッケル膜(図示せず)をスパッタリング法により生成する。
Next, as shown in FIG. 2, a fine concavo-
また、本実施の形態では、微細凹凸構造12を拡大して示すことで理解を容易にしている。
なお、本実施の形態では、転写パターンとして平面に微細凹凸構造12を形成した場合を例として説明するが、これに限らない。例えば、球面、非球面、自由曲面などの曲面に微細凹凸構造12を形成してもよいし、また、微細凹凸構造以外の他の構造であってもよい。
Moreover, in this Embodiment, understanding is made easy by expanding and showing the fine concavo-
In the present embodiment, a case where the fine concavo-
こうして、母型部材11に微細凹凸構造12(さらに微細凹凸構造12を覆うニッケル膜を有する)が一体的に形成された転写パターンのある母型13が形成される。
さらに、図3に示すような電鋳型14を作製する。
In this way, the mother die 13 having a transfer pattern in which the fine uneven structure 12 (having a nickel film covering the fine uneven structure 12) is integrally formed on the
Further, an
転写パターンのある母型13の表面を電鋳浴に浸して、ニッケルなどの金属を析出させて、先端部に転写パターンが反転して転写された電鋳型14を作製する。
この電鋳浴は、スルファミン酸ニッケルを主として、陰極に転写パターンのある母型13を取り付け、陽極にはニッケルなどの陽極板を設置する。スルファミン酸ニッケルメッ
キは、他の光沢ニッケルメッキ等と比較すると内部応力が極めて小さいのが特徴である。次いで、陰極と陽極間に電流を流す。この場合、電流値や陽極及び陰極間の距離、ならびに時間を最適化して電鋳型14の厚みを制御する。この電鋳型14の厚さTは、例えばT=数mmとするのが好ましい。
The surface of the
In this electroforming bath, nickel sulfamate is mainly used, a
次いで、図4は、電鋳型14の先端部14dの外径D1よりも電鋳型14の基端部14cの外径D2が小さくなるように段差を設けた状態の断面図である。
図4に示すように、転写パターンのある母型13の側面(外形面)11aを基準として、電鋳型14の中央基端面14aが垂直になるように機械加工を行う。ここでは、例えば側面11aに対する中央基端面14aの垂直度が0.005mm以内となるようにする。
Then, FIG. 4 is a cross-sectional view of a state where the outer diameter D 2 is provided with a step so as to reduce the
As shown in FIG. 4, machining is performed so that the central
また、この電鋳型14は、母型13の微細凹凸構造12(転写パターン)が反転して転写された先端部14dと、微細凹凸構造12が転写された面とは反対側に形成され、先端部14dの外径D1よりも小さい外径D2を有する円柱状の基端部14cと、を備えるように加工される。
Further, the
これにより、電鋳型14の基端面は、中央基端面14aとその外側の外側基端面14bとに段差が付いて分かれる。この段差によるスペースすなわち電鋳型14の基端部14cの側方スペースは、後述する電着部15が形成され、電鋳型14と裏打ち部材17とを電着で固定する工程で利用される。
Thereby, the base end face of the
なお、本実施の形態では、電鋳型14の基端部14cを円柱状としたが、基端部14cの側方にスペースができれば基端部14cの形状はこれに限らない。
図5は、裏打ち部材17の断面図である。
In the present embodiment, the
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
この裏打ち部材17は、後述する第2芯出し治具19に嵌合する円柱状の基端部17dと、基端部17dの外径D3よりも小さい外径D4を有する円柱状の先端部17cと、を備えるように加工される。
The backing
これにより、裏打ち部材17の先端面は、中央先端面17aとその外側の外側先端面17bとに段差が付いて分かれる。この段差によるスペースすなわち裏打ち部材17の先端部17cの側方スペースは、後述する電着部15が形成され、電鋳型14と裏打ち部材17とを電着で固定する工程で利用される。
Thereby, the front end surface of the backing
なお、本実施の形態では、裏打ち部材17の先端部17cを円柱状としたが、先端部17cの側方にスペースができれば先端部17cの形状はこれに限らない。
また、本実施の形態では、転写パターンが転写される電鋳型14の先端部14dの外径D1を裏打ち部材17の基端部17dの外径D3よりも大きくしている。
In the present embodiment, the
Further, in this embodiment, it is made larger than the outer diameter D 3 of the outer diameter D 1 of the front end portion 14d of the
図6は、裏打ち部材17と電鋳型14とを接合するときの断面図である。
この工程では、転写パターンのある母型13の側面11aを基準として、転写パターンのある母型13、電鋳型14、及び裏打ち部材17が同軸となるように、第1の芯出し治具18と第2の芯出し治具19を用いて芯出しを行う。この状態で、裏打ち部材17の中央先端面17aと電鋳型14の中央基端面14aを接着剤16で仮接合する。この接着剤16は、金属同士を接着できるものであればよい。
FIG. 6 is a cross-sectional view when the backing
In this step, the first centering
第1の芯出し治具18は、有底円筒状をなしていて、内側に大径の孔20と底部に小径の第1の孔21とが形成されている。大径の孔20と小径の第1の孔21とは連通しており、それぞれの中心軸が一致している。この小径の第1の孔21に、転写パターンのある母型13が嵌合される。
The first centering
第2の芯出し治具19は、円筒状をなしていて、内側に第2の孔22が貫通形成されている。この第2の孔22に裏打ち部材17が嵌合される。この第2の芯出し治具19の外面を、大径の孔20が形成されている部分の第1の芯出し治具18の内面に嵌合したとき、第2の孔22と大径の孔20との中心軸が一致する。そして、第1の芯出し治具18の第1の孔21の中心軸Oと、第2の芯出し治具19の第2の孔22の中心軸Oとが、高精度に一致するように形成されている。
The second centering
これにより、第1の孔21に嵌合された、転写パターンのある母型13と一体の電鋳型14の中央基端面14aと、第2の孔22に嵌合された裏打ち部材17の中央先端面17aとが接着剤16で仮接合した状態で、母型13の中心軸Oと裏打ち部材17の中心軸Oとは一致する。
Thereby, the center
なお、この場合の転写パターンのある母型13と第1の芯出し治具18との芯出しは、転写パターンのある母型13の側面11aと、第1の孔21が形成されている部分の第1の芯出し治具18の内面とで行われる。
In this case, the centering of the
また、裏打ち部材17と第2の芯出し治具19との芯出しは、裏打ち部材17の側面と、第2の芯出し治具19の内面とで行われる。
このように、裏打ち部材17と電鋳型14とを接合するには、まず第1の芯出し治具18の第1の孔21に、電鋳型14と一体となっている転写パターンのある母型13を挿入する。次に、第2の芯出し治具19を第1の芯出し治具18に嵌合させ、第2の芯出し治具19の端面を電鋳型14の外側基端面14bに当接させる。その後、第2の芯出し治具19の第2の孔22に裏打ち部材17を挿入する。こうして、電鋳型14の中央基端面14aと裏打ち部材17の中央先端面17aとを付き合わせ、接着剤16で仮接合する。
Further, the centering of the backing
In this way, in order to join the backing
なお、本実施の形態では、第1の芯出し治具18と第2の芯出し治具19を用いて芯出しする場合について説明したが、これに限らない。
例えば、図7のようにしてもよい。この図7は、裏打ち部材17と電鋳型14とを接合するときの他の実施の形態の断面図である。
In the present embodiment, the case of centering using the first centering
For example, it may be as shown in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of another embodiment when the backing
この図7に示すように、転写パターンが転写される電鋳型14の先端部14dの外径D5が裏打ち部材17の基端部17dの外径D6よりも小さい場合は、1つの有底円筒状の芯出し治具23を用いることで足りる。
As shown in FIG. 7, when the outer diameter D 5 of the tip portion 14d of the
ただし、この場合も、母型13が嵌合する芯出し治具23の第1の孔21’の中心軸Oと、裏打ち部材17が嵌合する第2の孔22’の中心軸Oとは、高精度に一致するように形成されている。
However, also in this case, the center axis O of the
図8は、裏打ち部材17と電鋳型14(及び転写パターンのある母型13)とを固定するときの断面図である。
すなわち、仮接合された裏打ち部材17と電鋳型14とを第1の芯出し治具18及び第2の芯出し治具19から取り出した後、裏打ち部材17の先端部17cの側方スペースと電鋳型14の基端部14cの側方スペース(裏打ち部材17の外側先端面17bと電鋳型14の外側基端面14bとの間のスペース)に電着部(メッキ膜)を形成することで、裏打ち部材17と電鋳型14とを電着する。
FIG. 8 is a cross-sectional view when the backing
That is, after the temporarily joined backing
なお、電着とはメッキ膜で固定することをいう。これにより、裏打ち部材17と電鋳型14(及び転写パターンのある母型13)とは確実に一体的に固定される。ここで、裏打ち部材17と電鋳型14の固定方法は、電着以外にもレーザ溶接や接着剤で固定してもよ
い。
Electrodeposition means fixing with a plating film. Thereby, the backing
図9は、転写パターンのある母型13、電鋳型14、及び裏打ち部材17を電着部15で一体化してできた中間金型24のチルト(傾き)等の測定状態を示す図である。
すなわち、加工装置のスピンドル25に、ヤトイ26を用いて転写パターンのある母型13をチャッキング固定する。次に、転写パターンのある母型13の側面11aにピックテスタ27を当てて、チルト(傾き)とシフト(加工装置のスピンドル25を回転させたときの、加工装置のスピンドル25に対しての転写パターンのある母型13の側面11aの振れ量)を測定する。
FIG. 9 is a diagram showing a measurement state such as a tilt (tilt) of an
That is, the mother die 13 having a transfer pattern is chucked and fixed to the
ピックテスタ27を軸方向(矢印A方向)に走査させることで転写パターンのある母型13の側面11aを基準として傾き量を測定する。
また、ピックテスタ27を転写パターンのある母型13に当接して、スピンドル25を一方向に回転(矢印B方向)させたときのスピンドル25の回転中心に対する転写パターンのある母型13の側面11aの振れ量を測定する。
By tilting the
Further, the
なお、ピックテスタ27の代わりに、光線や磁力線を用いた非接触式の測定装置を用いて振れ量等を測定することもできる。
こうして、転写パターンのある母型13の側面11aを基準としてチルトとシフトを測定した後、必要に応じて、電鋳型14と裏打ち部材17の外形面を加工する。この加工された外形面が後述する電鋳型14を成形装置28へ組み込むときの位置出し面となる。この機械加工後に、転写パターンを水酸化カリウムなどで溶解することで、母型部材11が除去され微細凹凸構造12が反転された形状が電鋳型14の先端部14dに露出する。こうして、最終的に所望の金型34(図10参照)が得られる。
In addition, instead of the
In this way, after measuring the tilt and shift with reference to the
図10は、この金型34を成形装置30の固定側金型34に使用した状態を示す図である。
この成形装置30は、対向配置された固定型31と可動型32とを有している。固定型31には、段付き孔33が形成され、この段付き孔33に微細凹凸構造12’を有する固定側金型34がその外形面(電鋳型14および裏打ち部材17の少なくとも一方の加工された外形面)を固定型31への位置出し面として嵌挿されている。なお、この固定側金型34は、図9に示した中間金型24と形状が異なっているが、説明の便宜上からこれを加工して作製されたものとする。
FIG. 10 is a view showing a state in which this
The
また、可動型32には、可動側金型38が嵌挿されている。なお、この可動側金型38に、本実施形態で作製した金型を適用してもよい。
こうして、固定側金型34と可動側金型38との間に形成されたキャビティ39に溶融樹脂である光学材料が充填されて、光学素子が成形される。
A
Thus, the
本実施形態によれば、転写パターンのある母型13の側面11aを基準面として予め製作した芯出し用の治具18,19を用いて転写パターンのある母型13と電鋳型14、及び裏打ち部材17を芯出しして電鋳型14と裏打ち部材17を仮接合し、さらに、この状態で電鋳型14と裏打ち部材17の側面を電着部15で固定したので、微細凹凸構造を有し高い偏芯精度を有する金型34を得ることができる。
According to this embodiment, using the centering
11 母型部材
11a 側面
11b 端面
12 微細凹凸構造(転写パターン)
12’ 微細凹凸構造(転写パターン)
13 転写パターンのある母型
14 電鋳型
14a 中央基端面
14b 外側基端面
15 電着部
16 接着剤
17 裏打ち部材
17a 中央先端面
17b 外側先端面
18 第1の芯出し治具
19 第2の芯出し治具
20 大径の孔
21 第1の孔
21’ 第1の孔
22 第2の孔
22’ 第2の孔
23 芯出し治具
24 中間金型
25 スピンドル
26 ヤトイ
27 ピックテスタ
30 成形装置
31 固定型
32 可動型
33 段付き孔
34 固定側金型
38 可動側金型
39 キャビティ
11
12 'Micro uneven structure (transfer pattern)
13
Claims (5)
所定形状の転写パターンを有する母型と当該母型から電鋳型を作成する作成工程と、
前記母型と裏打ち部材とを前記母型の外形面を基準として芯出しする芯出し工程と、
前記電鋳型と前記裏打ち部材とを固定する固定工程と、を有する
ことを特徴とする金型の製造方法。 In the mold manufacturing method,
A creation process for creating a mold having a transfer pattern of a predetermined shape and an electromold from the mold,
A centering step of centering the matrix and the backing member on the basis of the outer shape of the matrix;
And a fixing step of fixing the electroforming mold and the backing member.
前記母型が嵌合される第1の孔の中心軸と、前記裏打ち部材が嵌合される第2の孔の中心軸と、が一致する芯出し治具を用いて前記母型と前記裏打ち部材の芯出しを行う
ことを特徴とする請求項1に記載の金型の製造方法。 The centering step includes
Using the centering jig in which the center axis of the first hole into which the master die is fitted and the center axis of the second hole into which the backing member is fitted are used, the master die and the backing 2. The mold manufacturing method according to claim 1, wherein the member is centered.
前記第1の孔を有する第1の芯出し治具と、
前記第2の孔を有する第2の芯出し治具と、を有する
ことを特徴とする請求項2に記載の金型の製造方法。 The centering jig is
A first centering jig having the first hole;
The mold manufacturing method according to claim 2, further comprising: a second centering jig having the second hole.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の金型の製造方法。 The manufacturing method of the metal mold according to any one of claims 1 to 3, further comprising a processing step of processing a positioning surface on the basis of the outer shape surface of the mother die.
ことを特徴とする請求項1に記載の金型の製造方法。 The mold manufacturing method according to claim 1, wherein a surface of the electroforming mold on a front end side is a curved surface.
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