JP5838777B2 - 成形用型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形用型の製造方法に関し、特に、樹脂製の光学素子を成形するための成形用型の製造方法に関する。

従来の樹脂成形用の金型として、成形面に無電解ニッケルメッキを施し、この無電解ニッケルメッキ層に対して成形による硬度を上げることを目的として、結晶化温度よりも高い温度で熱処理を施すことにより、成形においてメッキ層の硬度を保ち、繰り返しの使用に耐え得るものとする技術が知られている（特許文献１参照）。

さらに、特許文献１では、切削バイト加工を行いやすいように、メッキ後の硬度が低い状態のメッキ層に対して転写面を形成する微細加工を施し、その後２００℃程度の熱処理を施すことで、例えば樹脂の射出成形による成形における一般的な加熱温度と考えられる１８０℃程度においても繰り返し使用できるものとしている（特許文献１の段落〔００１２〕〜〔００１４〕参照）。

特開２００５−１４３３６号公報

しかしながら、特許文献１は、レンズアレイ又はウエハーレンズを製造する用途の場合のように、比較的大面積で薄い金型の使用を前提としていない。特許文献１では、メッキ層の切削バイト加工後に高温で熱処理を施すことになるため、この手法を大面積で薄い金型を製造する場合に適用すると、熱処理の前後で転写面となるべき面の形状が変化してしまい、面の反りや周辺部の寸法ずれによって、所望の性能を有するものが作製できなくなる可能性がある。

一方、メッキ層の表面加工を行う前に、例えば２００℃程度といった高温でメッキ層の熱処理をすると、メッキ層において結晶化による硬化が促進されてしまうため、加工の際にダイヤモンドバイト等の工具の摩耗が激しくなり、特に微細な表面加工が容易でなくなり、大きな面積の加工或いは深い面の加工等を行うことが困難になる。

そこで、本発明は、高精度の転写面を比較的容易に形成できる成形用型の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る成形用型の製造方法は、型母材と、型母材の表面に設けられたメッキ層とを有する成形用型の製造方法であって、型母材の表面にメッキ層を形成するメッキ層形成工程と、メッキ層の結晶化の促進を抑制可能な第１の所定温度以下で、かつ、後に行われる加熱を伴う処理の処理温度である第２の所定温度以上の温度でメッキ層を加熱する加工前熱処理工程と、加工前熱処理工程で処理後のメッキ層の表面を切削加工して成形品に形状を転写するための転写面を形成する形状加工工程とを備える。なお、上記加熱を伴う処理の処理温度は、熱可塑性材料のような高温の加熱温度を意味するものではなく、エネルギー硬化性樹脂の硬化や成形品の離型を促進する比較的低温の加熱を意味する。

上記成形用型の製造方法では、加工前熱処理工程において、後に行われる別の加熱を伴う処理（例えば成形品の成形に際しての樹脂の加熱等）のための第２の所定温度以上の温度でメッキ層を加熱し、続いて行われる形状加工工程において、メッキ層の表面を切削加工している。従って、加工前熱処理工程以後の各種処理において、メッキ層の硬度が比較的高くなるので、加工された面である転写面の形状が維持され成形動作の繰り返しに耐え得るものになる。また、加工前熱処理工程において、メッキ層の結晶化の促進を抑制する第１の所定温度以下でメッキ層を加熱しているので、転写用型すなわち転写面となるべき面の変形を抑えることができ、加熱後の形状加工工程において、結晶化が進行した場合に比べてメッキ層の切削加工が比較的容易になるとともに転写面の加工精度を高めることができる。

また、本発明に係る成形用型の製造方法では、上述した加工前熱処理工程において、メッキ層を１００℃以上１５０℃以下で加熱する。この場合、１００℃は上記第２の所定温度よりも高く、１５０℃は上記第１の所定温度よりも低くなっている。メッキ層を１５０℃以下で加熱することで、ニッケル等で形成されたメッキ層の結晶化の促進を抑制でき、加工前熱処理工程でメッキ層の硬度増加が過剰になることを防止でき、表面の切削加工を比較的容易にすることができる。また、メッキ層を１００℃以上で加熱することで、例えば、成形品の成形において樹脂を硬化させるための加熱温度や金型と樹脂の線膨張係数差を利用して離型を促進させるための加熱（離型前加熱）を十分高いものにできる。

本発明の別の側面では、形状加工工程において、メッキ層の表面には複数の転写面が形成され、１回の成形動作で、複数の成形品を製造可能とする。この場合、１回の転写で複数（多数）の成形品を製造することが可能となるが、より多くの成形品を製造可能とするには成形用型を大面積化する必要がある。本発明では、上述のように加工前熱処理工程後に形状加工工程を行うことで、第２の所定温度で加熱中の変化が抑制されており、かつ、形状加工工程においてメッキ層の加工による切削工具の摩耗が抑制されたものとなっているので、成形用型の大面積化に十分対応できる。

本発明のさらに別の側面では、形状加工工程後に行われる処理のうち、成形品を成形する際の加熱における処理温度が、第２の所定温度である。この場合、成形品を成形する際の加熱温度を考慮して加工前熱処理工程を実施することになり、成形品を成形する際の熱的ストレスを考慮して成形用型を繰り返しの使用に耐え得るものにできる。

本発明のさらに別の側面では、第２の所定温度が、光硬化樹脂によって形成され光硬化後の成形品を加熱して補助硬化するための温度である。これにより、光硬化後における成形品をさらに補助硬化させる、すなわち成形品をさらに加熱して硬化させて必要な強度を得る場合であっても、補助硬化の加熱によって金型が変形せず、成形の精度を高めることができる。また、成形用型のメッキ層の硬度を適度なものにしつつ成形用型の耐久性を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、形状加工工程後に行われる処理として、メッキ層の表面を被覆する被覆膜を成膜する被覆膜形成工程をさらに有し、被覆膜形成工程において、被覆膜材料を成膜する際の加熱における処理温度が第２の所定温度である。この場合、成形用型のメッキ層の硬度を適度なものにしつつ成形用型の耐久性を高めることができる。なお、例えば被覆膜形成工程における加熱温度を、被覆膜形成工程後に行われる加熱処理の温度以上にしておけば、成膜された被覆膜の形状等をその後の加熱処理において維持できる。

本発明のさらに別の側面では、メッキ層は、無電解ニッケルメッキによって型母材の表面に施される。この場合、所望の均一性を有する膜厚でメッキ層を形成することができる。

本発明のさらに別の側面では、型母材が、板状の部材であり、メッキ層形成工程において、メッキ層が、型母材の表側の面と裏側の面との双方に施される。この場合、板状の薄い成形用型を作製することができ、例えば成形用型が大面積化したものであっても、表側の面と裏側の面との双方にメッキ層を有することで面の反り等を確実に抑制することができる。

（Ａ）は、第１実施形態の製造方法によって得られる成形用型であるマスター型を説明する平面図であり、（Ｂ）は、マスター型の部分拡大断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図１（Ａ）等に示すマスター型の製造方法を説明する断面図である。 熱処理とメッキ層の硬度との関係を例示するグラフである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、マスター型を利用したレンズアレイの製造方法を説明する断面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、マスター型を利用したレンズアレイの製造方法を説明する断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、マスター型を利用したレンズアレイの製造方法を説明する断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施形態に係る成形用型の製造方法を説明する図である。

〔第１実施形態〕
図面を参照して、本発明に係る第１実施形態の成形用型の製造方法について図面を参照しつつ説明する。

Ａ）成形用型であるマスター型
図１（Ａ）に示すように、レンズアレイを間接的に製造するための成形用型であるマスター型１０は、例えば方形輪郭を有する板状の部材であり、一方の主面である端面側に成形面１０ａを有する。成形面１０ａは、升目状に区画された多数の微小な型領域１１を有しており、これらの型領域１１は、全体として縦横のＸＹ方向に延びるマトリックス状に配列されている。

図１（Ａ）及び１（Ｂ）に示すように、マスター型１０上の各型領域１１は、中央の転写面１２と周辺の平坦面１６とを有する。中央の転写面１２は、最終的に得られる個々のレンズ素子の光学面（有効領域）を形成する部分であり、かかる光学面に対応する形状、（図示の例では略半球の凹面）に形成されている。周辺の平坦面１６は、軸ＡＸに垂直に延びる平面であり、最終的に得られるレンズ素子の枠部に対応するものとなっている。

マスター型１０は、型母材１８ａと、メッキ層１８ｂと、中間層１８ｃと、離型膜１８ｄとを順次積層した構造を有する。

型母材１８ａは、土台となる板状の部分である。型母材１８ａは、例えばステンレス鋼、低炭素鋼等の材料で形成され、その端面１９ａは、例えば図示のように平坦面となっている。なお、型母材１８ａは、セラミックや超硬金属で形成することもできる。

メッキ層１８ｂは、型母材１８ａの端面１９ａ上に形成された比較的厚い層状の部分である。メッキ層１８ｂは、例えば無電解ニッケルメッキ法を用いて形成されるニッケルリンメッキ層であり、数１０μｍ〜数ｍｍ程度の厚みを有する。メッキ層１８ｂは、型母材１８ａの表面を完全に覆っており、転写面１２を形成するための中間層１８ｃやこれを被覆する離型膜１８ｄを支持する部分となっている。メッキ層１８ｂは、被削加工性を良くするため、相対的に硬度の高い型母材１８ａを被覆するように設けられており、その表面１９ｂ（後述する転写面１２や平坦面１６に対応する形状を有しており、便宜上転写面１２や平坦面１６と呼ぶこともある）は、高精度の光学転写面になっている。なお、型母材１８ａ自体に転写面１２や平坦面１６に対応する凹凸を形成することもできる。この場合、メッキ層１８ｂは、略一様な厚みを有する層となり、型母材１８ａの端面１９ａの形状精度を補って高めるものとなる。

中間層１８ｃは、メッキ層１８ｂの表面１９ｂ上に形成された薄い被覆膜である。中間層１８ｃは、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ_２）等の材料で形成され、例えば１００ｎｍ以下の膜厚を有する。中間層１８ｃは、後述する離型膜１８ｄをメッキ層１８ｂ上に安定して支持するためのものであり、離型膜１８ｄを中間層１８ｃに強固に結合させ、離型膜１８ｄの剥離を防止する役割を有する。このため、中間層１８ｃの材料は、離型膜１８ｄの組成に対応して表面に水酸基を有する金属酸化物膜とすることが望ましい。中間層１８ｃの厚みについては、一定の上限以下とすることにより、メッキ層１８ｂに形成された転写面が中間層１８ｃによって変形したり歪んだりすることを防止でき、転写面１２の再現性を確保できるようにしている。また、中間層１８ｃは、マスター型１０の再生時には、例えばエッチング液によってメッキ層１８ｂとともに除去されるべきものであり、その膜厚を一定の上限以下としている。なお、中間層１８ｃは、上記のようなウェットエッチングに限らず、ドライエッチングや切削によって除去することもできる。

離型膜１８ｄは、中間層１８ｃを薄く被覆する被覆膜である。離型膜１８ｄは最表層にあることから、離型膜１８ｄの表面は、マスター型１０にとっても表面であり、転写面１２や平坦面１６となっている。離型膜１８ｄは、中間層１８ｃと共有結合するシランカップリング剤等の材料で形成され、通常は中間層１８ｃ上に５ｎｍ程度の単層膜を形成する。離型膜１８ｄを形成するシランカップリング剤としては、フルオロアルキル基を有するものが一般的に使用される。フッ素の持つ小さな表面自由エネルギーが転写面１２と樹脂成形品との密着力を低減する機能を発現するためである。離型膜１８ｄは、後述する成形又は形状転写に際して、裏側では中間層１８ｃに強固に密着し、表側では樹脂成形品と剥離しやすくなっている。

Ｂ）マスター型の製造工程
図２（Ａ）に示すように、予め準備した板状の部材である型母材１８ａに対し、その一方の主面である平坦な端面１９ａ上に無電解ニッケルリンメッキ等を施して一様な厚みのメッキ層１８ｂを形成することで（メッキ層形成工程）、板状の第１部材８１を得る。第１部材８１を覆うメッキ層１８ｂは、平坦な表面１９ｇを有するものとなっている。

次に、図２（Ｂ）に示すように、型母材１８ａ及びメッキ層１８ｂからなる第１部材８１を熱処理炉９０内に設置して加熱する（加工前熱処理工程）。この際の加熱温度は、１００℃以上１５０℃以下とする。メッキ層１８ｂの加熱温度を１５０℃以下とすることで、ニッケル等で形成されたメッキ層１８ｂの結晶化を抑制でき、メッキ層１８ｂの硬度増加が過剰になることを防止でき、後に行われるメッキ層１８ｂ（具体的には表面１９ｇ及びその近傍）の切削加工を比較的容易にすることができる。また、メッキ層１８ｂの加熱温度を１００℃以上とすることで、後述する樹脂成形品の補助硬化のための加熱温度を１００℃に近づけることができ、樹脂成形品の硬度を十分高め得るものにできる。

図３は、メッキ層１８ｂの加熱処理の効果を説明するグラフである。横軸は無電解ニッケルリンメッキによって得たメッキ層１８ｂに対する加熱処理の温度を示し、縦軸はメッキ層１８ｂの加熱処理後の硬さを示す。ここで、加熱処理の時間は、３．５時間としている。メッキ層１８ｂの加熱温度が１００℃以上では、加熱処理の温度上昇に伴ってメッキ層１８ｂの硬度が徐々に上昇している。メッキ層１８ｂの加熱温度が２００℃を超えると、メッキ層１８ｂの結晶化が進行し硬度が急激に上昇し始め、２８０℃以上で硬度が飽和する。メッキ層１８ｂの加熱処理は、加工性と耐久性とを考慮した場合、２００℃以下より好ましくは１５０℃以下で、用途に応じた硬度が得られる温度とすることが望ましいことが分かる。
なお、メッキ層１８ｂがある程度以上の温度で加熱処理されると、メッキ層１８ｂ内で応力が発生・増大し、加熱温度に応じて型母材１８ａが変形し、具体的にはメッキ層１８ｂ側が凹となるように湾曲又は反ってしまう。仮に形状加工前に加熱処理を行わない場合、形状加工後に行われる加熱を伴う処理によって金型が変形し、形状加工時に保たれていた形状や位置精度が劣化してしまう。しかしながら、本実施形態では、形状加工後に行われる各種処理における処理温度である第２の所定温度以上で予め加工前熱処理工程を行ってから、後述する形状加工工程によってメッキ層１８ｂに転写面を設けるので、かかる加工工程後に行われる各種処理によって転写面の劣化が発生しない。ところで、加工前熱処理工程を行った結果として転写面の湾曲や反りが問題となる場合は、形状加工前にメッキ層１８ｂに対して切削等の平面加工を施して転写面を平面に戻す必要がある。

次に、図２（Ｃ）に示すように、メッキ層１８ｂの表面１９ｇ及びその近傍を切削工具によって局所的に除去し、多数の２次元的に配列された転写下地面１２ｉを形成することで、レリーフ状の第２部材８２を得る（形状加工工程）。第２部材８２は、メッキ層１８ｂ上に加工によって凹凸を有する表面（被加工面）１９ｂを形成したものである。この際、メッキ層１８ｂは、熱処理によって硬度が増加しているが結晶化が進行した状態となっておらず、切削加工が比較的容易である。このように形状加工されたメッキ層１８ｂは、結晶化が進行していないものの、上記した事前の加工前熱処理工程によって、図４（Ａ）〜４（Ｃ）等で説明する転写工程の繰り返しに耐える十分な強度を有するものとなっている。メッキ層１８ｂの表面１９ｂは、マスター型１０の成形面１０ａと略同一の形状を有しており、窪んだ転写下地面１２ｉと平坦な平坦下地面１６ｉとを有する。転写下地面１２ｉは、最終的に得られる転写面１２と略同一の面形状を有し、その周囲の平坦下地面１６ｉは、最終的に得られる平坦面１６と略同一の面形状を有する。なお、転写下地面１２ｉの周囲の平坦下地面１６ｉは、切削加工が施されなかった残部分として形成されているが、切削加工によって積極的に形成することもできる。

次に、図２（Ｄ）に示すように、メッキ層１８ｂの表面１９ｂ上に薄い被覆膜である中間層１８ｃを形成する（被覆膜形成工程）。中間層１８ｃは、例えば二酸化珪素を材料とし、ＣＶＤ等によって成膜される。これにより、中間層１８ｃの表面に転写面１２ｊと平坦面１６ｊとが形成される。転写面１２ｊは、メッキ層１８ｂの転写下地面１２ｉに対応する形状を有しており、平坦面１６ｊは、メッキ層１８ｂの平坦下地面１６ｉに対応するものである。なお、中間層１８ｃの形成に際しては、中間層１８ｃの付着性を良くするため比較的高温で成膜が行われるため、メッキ層１８ｂも付随的に加熱される。かかる付随加熱の温度（通常は常温より高く２００℃以下とされる）は、図２（Ｂ）の加工前熱処理工程後に行われる加熱を伴う処理の処理温度（第２の所定温度）に相当するものとなり得る。
以上の中間層１８ｃの表面１９ｃ（転写面１２ｊや平坦面１６ｊ）は後述する離型膜１８ｄによって覆われるが、離型膜１８ｄは薄いことから、この表面１９ｃが実効的な意味で形状を転写するための成形面１０ａすなわち転写面１２等になっている。同様に、メッキ層１８ｂの表面１９ｂ（転写下地面１２ｉや平坦面１６ｉ）も、実効的な意味で形状を転写するための成形面１０ａになっている。

次に、図２（Ｅ）に示すように、中間層１８ｃの表面１９ｃを極めて薄い離型膜１８ｄでコートすることによってマスター型１０を得る。このようにして得られたマスター型１０は、転写面１２及び平坦面１６を含む成形面１０ａを有する。離型膜１８ｄは、離型膜の材料を含有する溶液に型母材１８ａを浸漬させゆっくり引き上げるディップコートや、この溶液の液滴をマスター型１０の端面に滴下して高速回転させて塗り広げるスピンコートによって皮膜を形成し、この皮膜を一定の湿度下で加温して加水分解させることによって、一様な薄膜に形成される。なお、離型膜１８ｄの形成に際しては、離型膜１８ｄの付着性を良くするため比較的高温で処理が行われるため、メッキ層１８ｂも付随的に加熱される。かかる付随加熱の温度（通常は常温より高く１２０℃以下とされる）は、図２（Ｂ）の加工前熱処理工程後に行われる加熱を伴う処理の処理温度（第２の所定温度）に相当するものとなり得る。

なお、上記のようにメッキ層１８ｂの表面１９ｂ上に中間層１８ｃを形成することもできるが、メッキ層１８ｂと中間層１８ｃとの間に、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）等からなるメッキ層１８ｂのための保護膜を挿入することもできる。

Ｃ）レンズアレイ等の製造工程
以下、図４（Ａ）〜４（Ｃ）及び図５（Ａ）〜５（Ｆ）を参照して、図１（Ａ）等に示すマスター型１０を利用したレンズアレイやレンズの製造方法について説明する。

まず、図２（Ａ）〜２（Ｅ）の工程で作製されたマスター型１０を用いて、サブマスター型２０（図４（Ｃ）参照）を形成する（第１回目の転写）。

具体的には、図４（Ａ）に示すように、マスター型１０の成形面１０ａ上に、光硬化性の樹脂として第１の樹脂材料２２ａを配置する。この際、例えば転写面１２毎に独立して第１の樹脂材料２２ａを配置する。第１の樹脂材料２２ａは、その粘度及び表面張力によって窪んだ転写面１２から突起する。

その後、図４（Ｂ）に示すように、マスター型１０の成形面１０ａがサブマスター型２０を形成するための基板２１の一方の面２１ａが下方に位置するように基板２１等をアライメントして配置し、基板２１の下方からマスター型１０を押圧して、マスター型１０の成形面１０ａと基板２１の面２１ａとが適当な間隔となるまで近接させる。これにより、第１の樹脂材料２２ａは、マスター型１０によって押圧され、転写面１２外の平坦面１６の位置まで押し広げられる。なお、基板２１は、例えばガラスで形成されている。

次に、不図示の光源によりＵＶ光その他の所定波長の硬化光を照射し、マスター型１０と基板２１との間に挟まれた第１の樹脂材料２２ａを硬化させる。結果的に、マスター型１０の成形面１０ａが転写され、第１の樹脂材料２２ａを硬化させた樹脂によって構成される第１樹脂層２２が形成される。つまり、第１の樹脂材料２２ａは、ＵＶ光によって硬化する紫外線硬化樹脂に限らず、可視光によって硬化する光硬化樹脂とすることもできる。

次に、基板２１とマスター型１０とを貼り合わせた状態で加熱処理を行う。具体的には、仕上げのための補助硬化の処理として、マスター型１０を基板２１とともに４０℃〜７０℃程度で所定時間加熱する。これに伴って第１樹脂層２２が加熱され、第１樹脂層２２が完全に硬化する。なお、補助硬化の温度４０℃〜７０℃は、図２（Ｂ）の加工前熱処理工程後に行われる加熱を伴う処理の処理温度（第２の所定温度）に相当するものとなり得る。なお、離型を促進する目的で離型する際にマスター型１０等を加熱する場合があり、このような離型加熱も、図２（Ｂ）の加工前熱処理工程後に行われる加熱を伴う処理の処理温度（第２の所定温度）に相当するものとなり得る。

なお、マスター型１０のメッキ層１８ｂは、成形のための補助硬化に限らず、中間層１８ｃ及び離型膜１８ｄの成膜時の付随加熱によっても加熱処理される。このように複数の候補がある場合、処理温度や処理回数等を考慮して最も熱的な影響が大きくなる処理の温度を第２の所定温度とする。例えば、中間層１８ｃの成膜時の温度が最も高く成膜時間がある程度以上長い場合、中間層１８ｃのの成膜時の付随加熱温度を第２の所定温度とする。

次に、図４（Ｃ）に示すように、マスター型１０から第１樹脂層２２と基板２１とを一体として離型する。これにより、基板２１の片側に多数の樹脂層部分２２ｂからなる樹脂層２２を形成したサブマスター型２０を得ることができる。サブマスター型２０の表面には、次工程のための成形面２２ｔが形成されている。

以上において、マスター型１０の一回の転写によってサブマスター型２０を形成することもできるが、マスター型１０の複数回の転写によって基板２１の部分領域上に段階的に複数の樹脂層部分２２ｂを形成し、樹脂層２２を徐々に形成することもできる。

以後の一連の工程では、図４（Ｃ）等に示すサブマスター型２０を用いて、サブサブマスター型３０（図５（Ｃ）参照）を形成する（第２回目の転写）。

具体的には、図５（Ａ）に示すように、サブサブマスター型３０の基板３１上に、光硬化性の樹脂として第２の樹脂材料３２ａを配置する。この際、サブマスター型２０の第１樹脂層２２を構成する樹脂層部分２２ｂに対応するように第２の樹脂材料３２ａを配置する。

次に、図５（Ｂ）に示すように、サブサブマスター型３０を形成するための光透過性の薄い平板状の基板３１の上方にサブマスター型２０が位置するようにサブマスター型２０をアライメントして配置し、サブマスター型２０の下方から基板３１を押圧する。なお、基板３１は、例えばガラスで形成されている。

次に、不図示の光源によりＵＶ光その他の所定波長の硬化光を照射し、サブマスター型２０と基板３１との間に挟まれた第２の樹脂材料３２ａを硬化させる。結果的に、サブマスター型２０の成形面２２ｔが転写され、硬化した樹脂によって構成される第２樹脂層３２が形成される。その後、基板３１とサブマスター型２０とを貼り合わせた状態で加熱処理を行う。これにより、第２樹脂層３２が加熱され完全に硬化する。

次に、図５（Ｃ）に示すように、サブマスター型２０から第２樹脂層３２と基板３１とを一体として離型する。これにより、基板３１の片側に多数の樹脂層部分２２ｂからなる第２樹脂層３２を形成したサブサブマスター型３０を得ることができる。サブサブマスター型３０の表面には、次工程のための成形面３２ｔが形成されている。

以後の一連の工程では、図５（Ｃ）に示すサブサブマスター型３０を用いて、レンズアレイ４０（図５（Ｆ）参照）を形成する（第３回目の転写）。

具体的には、図５（Ｄ）に示すように、サブサブマスター型３０の第２樹脂層３２上に、光硬化性の樹脂として素子用樹脂材料４２ａを配置する。この際、第２樹脂層３２を構成する樹脂層部分３２ｂ毎に独立して素子用樹脂材料４２ａを配置する。

次に、図５（Ｅ）に示すように、サブサブマスター型３０が光透過性の薄い平板状の基板４１の一方の面４１ａの下方に位置するように基板４１等をアライメントして配置し、基板４１の下方からサブサブマスター型３０を押圧する。なお、基板４１は、例えばガラスで形成されている。

次に、不図示の光源によりＵＶ光その他の所定波長の硬化光を照射し、サブサブマスター型３０と基板４１との間に挟まれた素子用樹脂材料４２ａを硬化させる。結果的に、サブサブマスター型３０の樹脂層部分に設けた成形面３２ｔが転写され、硬化した樹脂によって構成される第１レンズ樹脂層４２が形成される。その後、基板４１とサブサブマスター型３０とを貼り合わせた状態で加熱処理を行う。これにより、第１レンズ樹脂層４２が加熱され完全に硬化する。

次に、図５（Ｆ）に示すように、サブサブマスター型３０から第１レンズ樹脂層４２と基板４１とを一体として離型する。これにより、基板４１の片側に多数の樹脂層部分であるレンズ部４２ｂからなる第１レンズ樹脂層４２を形成したレンズアレイ４０を得ることができる。

その後、図５（Ａ）等に示すサブマスター型２０と同様の構造を有するサブマスター型（不図示）等を用いて、レンズアレイ１４０（図６（Ａ）参照）を形成する。

つまり、図６（Ａ）等に示すように、図５（Ｆ）に示すレンズアレイ４０の他方の面４１ｂ上に多数のレンズ部４３ｂを備える第２レンズ樹脂層４３を形成する。詳細な説明は省略するが、第２レンズ樹脂層４３も、第１レンズ樹脂層４２と同様に、図２（Ｂ）に示すマスター型１０と同様のマスター型から得たサブマスター型等を転写することによって作製される。このようにして得られたレンズアレイ１４０は、ウェハーレベルレンズとも呼ばれる半製品であり、多数のレンズ素子を２次元的に配列した状態で組み込んだものとなっている。

図６（Ｂ）に示すように、図６（Ａ）のレンズアレイ１４０を切断線ＣＬに沿って切断することで、レンズアレイ１４０に含まれるレンズ素子５０が個片化される。レンズ素子５０は、平面視正方形の複合レンズとなっている。レンズ素子５０は、第１レンズ樹脂層４２のうちいずれか１つのレンズ部４２ｂである第１レンズ部Ｌ１と、第２レンズ樹脂層４３のレンズ部４３ｂのうち上記第１レンズ部Ｌ１に対向する１つの第２レンズ部Ｌ２と、これらのレンズ部Ｌ１，Ｌ２間に挟まれた基板４１の部分ＰＰとを備える。レンズ素子５０において、第１レンズ部Ｌ１の成形面４２ｔと第２レンズ部Ｌ２の成形面４３ｔは、光学面となっている。

以上の説明では、マスター型１０からサブマスター型２０及びサブサブマスター型３０を経て第１レンズ樹脂層４２しているが、サブマスター型２０及びサブサブマスター型３０を用いないでマスター型１０から直接第１レンズ樹脂層４２を形成することもできる。あるいは、サブサブマスター型３０を用いないでサブマスター型２０から第１レンズ樹脂層４２を形成することもできる。

以上で説明した第１実施形態の製造方法によれば、加工前熱処理工程において、後に行われる成形のための補助硬化の温度、中間層１８ｃの成膜時の温度、離型膜１８ｄの被膜時の温度のいずれかである第２の所定温度以上（具体的には１００℃以上）の温度でメッキ層１８ｂを加熱し、続いて行われる形状加工工程において、メッキ層１８ｂの表面１９ｇを切削加工している。従って、加工前熱処理工程以後の各種処理において、メッキ層１８ｂの硬度が比較的高くなるので、転写面１２の形状が維持され成形動作の繰り返しに耐え得るものになる。また、加工前熱処理工程において、メッキ層１８ｂの結晶化の促進を抑制する第１の所定温度以下（具体的には１５０℃以下）でメッキ層を加熱しているので、マスター型１０すなわち転写面１２となるべき転写下地面１２ｉ等の変形を抑えることができ、加熱後の形状加工工程において、結晶化が進行した場合に比べてメッキ層１８ｂの切削加工が比較的容易になるとともに転写面１２の加工精度を高めることができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る成形用型の製造方法についてについて説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態の成形用型の製造方法を部分的に変更したものであり、特に説明しない部分又は事項は、第１実施形態の場合と同様である。

本実施形態の場合、図７（Ａ）に示すように、型母材１８ａの一対の端面１９ａ，１９ｋ上に無電解ニッケルリンメッキ等を施してメッキ層１８ｂ，２１８ｂを形成することで、板状の第１部材８１を得る。その後、図示を省略するが、図２（Ｂ）の場合と同様に、第１部材８１を熱処理炉９０内に設置して加熱する。この際の加熱温度は、メッキ層１８ｂの結晶化を抑制しつつ樹脂成形品の硬度を十分高め得るように、１００℃以上１５０℃以下とする。

その後、図７（Ｂ）に示すように、一方のメッキ層１８ｂの表面を切削工具によって局所的に除去し、多数の２次元的に配列された転写下地面１２ｃ'を有する第２部材８２を得る。

その後、図７（Ｃ）に示すように、第２部材８２のメッキ層１８ｂ上に中間層１８ｃと離型膜１８ｄとを順次形成することで、転写用型であるマスター型２１０を得る。

本実施形態のように、型母材１８ａの両面にメッキ層１８ｂ，２１８ｂを形成することで、メッキ層１８ｂ，２１８ｂの熱処理によって型母材１８ａが反ることを防止できる。つまり、一方のメッキ層１８ｂのみを設けた場合、型母材１８ａとメッキ層１８ｂとの線膨張係数の差により、加熱によって転写用型の湾曲が発生しやすくなるが、両面にメッキ層１８ｂ，２１８ｂを設けた場合、応力のキャンセルによって型母材１８ａすなわちマスター型２１０に湾曲が発生しにくくなる。

〔実施例〕
以下、具体的な実施例について説明する。転写用型であるマスター型１０のサイズは、８インチであり、その成形面１０ａは、約３８００個の転写面１２を有するものであった。型母材１８ａは、ステンレス材で形成され、メッキ層１８ｂは、無電解ニッケルメッキ法によって型母材１８ａの両面に形成された。このようにして得た第１部材８１に対して、熱処理炉９０内で加工前熱処理が行われた。メッキ層１８ｂに対する加熱処理の温度は、１２０℃であった。その後、第１部材８１に対して、ダイヤモンドバイトを利用して形状加工である光学面の加工が行われ、転写下地面１２ｉ等が形成された。このようにして得た第２部材８２に対して、５０℃未満で洗浄を行って上限７５℃の熱風中で乾燥させた。その後、第２部材８２の表面１９ｂ上にＣＶＤを利用して二酸化珪素を堆積することで中間層１８ｃを形成した。この際、メッキ層１８ｂ等に対する加熱は上限８０℃となるようにした。最後に、中間層１８ｃ上にスピンコート等を利用してシランカップリング剤であるオプツール（ダイキン社製）を被膜することで離型膜１８ｄを形成した。この際、メッキ層１８ｂ等に対する加熱は上限約６０℃となるようにした。

マスター型１０を利用した形状転写では、成型用樹脂を紫外線で硬化させた後、マスター型１０等とともに成型用樹脂に対して補助硬化のための加熱処理を行った。この際の補助硬化の温度は６０℃とした。以上の成形は複数回繰り返されたが、得られたレンズアレイ４０の成形面４２ｔの形状は良好であった。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

上記実施形態においては、基板２１，３１，４１等に付着させる樹脂に対して硬化用の光照射処理等を行なっていたが、加熱処理のみによって第１樹脂層２２等を形成することができる。この場合、第１樹脂層２２を形成するための樹脂材料２２ａは、エネルギー硬化性樹脂の中でも熱硬化性樹脂材料となる。

上記実施形態においては、基板２１，３２，４１がガラスで形成されるとしたが、基板２１，３２，４１を、光透過性を示す樹脂材料で形成することもできる。

上記実施形態において図示した転写面１２等の形状は単なる例示であり、レンズ素子５０の用途に応じて様々な形状とすることができる。

上記実施形態では、基板２１，３１，４１等に付着させる樹脂に対して硬化用の光照射処理と加熱処理とを行なっていたが、例えば光照射処理のみで樹脂材料を十分に硬化させることができる場合、加熱処理を省略することができる。また、離型が容易に行える場合、離型加熱も省略することができる。

上記実施形態では、基板２１，３１，４１等に付着させる樹脂は、独立して配列された樹脂材料２２ａ，３２ａ，４２ａとすることもできるが、互いに連結されて基板２１，３１，４１上で層状に広がる樹脂材料とすることができ、この場合、樹脂層２２，３２，４２も基板２１，３１，４１上で層状に広がるものとなる。

Ｌ１，Ｌ２…レンズ部、 ＰＰ…部分、 １０…マスター型、 １０ａ…成形面、 １１…型領域、 １２…転写面、 １２ｉ…転写下地面、 １６…平坦面、 １６ｉ…平坦下地面、 １８ａ…型母材、 １８ｂ，２１８ｂ…メッキ層、 １８ｃ…中間層、 １８ｄ…離型膜、 ２０，２１０…サブマスター型、 ２１，３１，４１…基板、 ２２…樹脂層、 ２２ａ…樹脂材料、 ２２ｂ…樹脂層部分、 ２２ｔ…成形面、 ３０…サブサブマスター型、 ３１…基板、 ３２…樹脂層、 ３２ｂ…樹脂層部分、 ３２ｔ…成形面、 ４０，１４０…レンズアレイ、 ４１…基板、 ４２…レンズ樹脂層、 ４２ｂ…レンズ部、 ４３…レンズ樹脂層、 ４３ｂ…レンズ部、 ５０…レンズ素子、 ９０…熱処理炉

Claims (7)

1. 型母材と、前記型母材の表面に設けられたメッキ層とを有する成形用型の製造方法であって、
   前記型母材の表面に前記メッキ層を形成するメッキ層形成工程と、
   前記メッキ層の結晶化の促進を抑制可能な第１の所定温度以下で、かつ、後に行われる加熱を伴う処理の処理温度である第２の所定温度以上の温度で前記メッキ層を加熱する加工前熱処理工程と、
   前記加工前熱処理工程で処理後の前記メッキ層の表面を切削加工して成形品に形状を転写するための転写面を形成する形状加工工程と、を備え、
   前記加工前熱処理工程において、前記メッキ層を１００℃以上１５０℃以下で加熱することを特徴とする成形用型の製造方法。
2. 前記形状加工工程において、前記メッキ層の表面には複数の前記転写面が形成され、１回の成形動作で、複数の成形品を製造可能とすることを特徴とする請求項１に記載の成形用型の製造方法。
3. 前記形状加工工程後に行われる処理のうち、成形品を成形する際の加熱における処理温度が、前記第２の所定温度であることを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の成形用型の製造方法。
4. 前記第２の所定温度は、光硬化樹脂によって形成され光硬化後の成形品を加熱して補助硬化するための温度であることを特徴とする請求項３に記載の成形用型の製造方法。
5. 前記形状加工工程後に行われる処理として、前記メッキ層の表面を被覆する被覆膜を成膜する被覆膜形成工程をさらに有し、
   前記被覆膜形成工程において、被覆膜材料を成膜する際の加熱における処理温度が、前記第２の所定温度であることを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の成形用型の製造方法。
6. 前記メッキ層は、無電解ニッケルメッキによって前記型母材の表面に施されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の成形用型の製造方法。
7. 前記型母材は、板状の部材であり、
   前記メッキ層形成工程において、前記メッキ層は、前記型母材の表側の面と裏側の面との双方に施されることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の成形用型の製造方法。

Images