JPH10166368A - 成形用金型の製造方法および成形用金型 - Google Patents

成形用金型の製造方法および成形用金型

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JPH10166368A
JPH10166368A JP8329742A JP32974296A JPH10166368A JP H10166368 A JPH10166368 A JP H10166368A JP 8329742 A JP8329742 A JP 8329742A JP 32974296 A JP32974296 A JP 32974296A JP H10166368 A JPH10166368 A JP H10166368A
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JP
Japan
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brass
mold
molding
cutting
molding die
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JP8329742A
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English (en)
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Masaaki Yamazaki
正明 山崎
Hisashi Hibi
久 日比
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光学素子等の精密成形用金型を、簡単な工程で
製作することのできる成形用金型を製造方法を提供す
る。 【解決手段】黄銅に冷間圧延を施すことにより、ビッカ
ース硬度を170以上に高める第1の工程101と、黄
銅の結晶粒微細化のために、焼なましを行う第2の工程
102と、第2の工程において低下した前記ビッカース
硬度を再度高めるための冷間圧延を行う第3の工程10
3と、黄銅の応力低減のために低温焼なましを行う第4
の工程104と、切削加工を用いて前記黄銅を成形用金
型形状に加工する第5の工程105とにより成形用金型
1を製造する。この方法では、黄銅を精密切削加工で、
直接高精度のキャビティ面を形成することができるた
め、簡単に金型を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮成形や射出成
形などにより、樹脂を所望の形状に成形するための金型
および成形用金型の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、マイクロレンズアレイやフレネル
レンズなどの光学部品は元より、プリンタヘッドなどの
微細形状を有する機械部品においてもプラスチックが用
いられるようになった。これらのプラスチック精密部品
は、圧縮成形や射出成形などによって、金型のキャビテ
ィ面の微細な形状をプラスチックに転写することにより
得られる。
【0003】よって、成形時の転写率を上げるための成
形技術と共に、精密な形状にキャビティ面を形成する金
型を製作する技術が重要となる。
【0004】例えば、特開昭62−144908号公報
や特開昭64−40225号公報には、基材の金型キャ
ビティ面になる部分を、無電解ニッケルメッキや無電解
ニッケルリンメッキの厚い膜で被覆し、この被膜をダイ
ヤモンドバイトを用いて所望の形状に高精度に切削する
ことにより、成形用金型を得るという方法が記載されて
いる。こように、キャビティ面にメッキ被膜を形成して
おき、これを切削加工することにより、キャビティ面を
形成するのは、メッキ被膜にはピンホールがなく、密着
性にも優れているため、面精度の高い鏡面を有する金型
を形成することができるためである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
62−144908号公報や特開昭64−40225号
公報のような技術は、基材の金型キャビティ面になる部
分を、予め、所望の寸法より大きい切削しろで切削加工
しておき、切削しろ以上の膜厚のニッケルメッキを施
し、さらにダイヤモンドバイトを使って、再度金型キャ
ビティ面の加工を行わなければならない。このため、工
程が複雑であるという問題点があった。
【0006】そのため、簡単な工程で、フレネルレンズ
やマイクロレンズアレイのような複雑な面形状と面精度
を有する光学素子等の金型を製造する方法の開発が望ま
れる。このためには、メッキを行わず、基材に切削加工
を施すのみで、研磨加工も行わずに金型を製作すること
の可能な基材材料が必要である。
【0007】ところで、一般の切削加工では仕上げしろ
数100μm以上、面粗さ数10μmが普通であるが、
精密切削では仕上げしろ数10μm以下、面粗さ0.1
μm以下となる。よって、精密な金型を切削で製造する
ためには、精密切削を用いる必要がある。この精密切削
にはダイヤモンド工具が用いられるため、被削材として
は、ガラスやセラミックスなどの脆性材や切削中にダイ
ヤモンドと反応してしまう鉄系金属は適しておらず、被
削性の良好な銅合金やアルミニウム合金などの金属に限
られている。一方、銅合金やアルミニウム合金などの金
属は、軟質であるため、加工中にバリや毟れなどが発生
しやすく、形状精度の良い面が得られない。
【0008】本発明は、光学素子等の精密成形用金型
を、簡単な工程で製作することのできる成形用金型製造
方法および成形用金型を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような製造方法が提供され
る。
【0010】すなわち、黄銅に冷間圧延を施すことによ
り、ビッカース硬度を170以上に高める第1の工程
と、前記黄銅の結晶粒微細化のために、焼なましを行う
第2の工程と、前記第2の工程において低下した前記ビ
ッカース硬度を再度高めるための冷間圧延を行う第3の
工程と、前記黄銅の応力低減のために低温焼なましを行
う第4の工程と、切削加工を用いて前記黄銅を成形用金
型形状に加工する第5の工程とを有する成形用金型の製
造方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明者らは、鋭意研究の結果、
切削加工で製作した金型の精度は、基材の硬度および結
晶粒の大きさに関係があることを見いだした。そして、
黄銅の場合には、ビッカース硬度170以上で、結晶粒
が30μm以下である場合に、精密切削加工のみで、十
分実用性のある精密金型を製造することができることを
見いだした。
【0012】フレネルレンズ用金型やマイクロレンズ用
金型など光学部品の金型においては、金型のキャビティ
面に鏡面が必要である。というのは、キャビティ面の曇
は、そのまま成形面に転写するためである。特に、プラ
スチックレンズなどの光学面の曇は、光学性能を著しく
低下させるため、金型のキャビティ面を鏡面に仕上げる
ことが重要である。これまでは、研削加工と研磨加工と
により鏡面を得ているが、前記光学部品用金型などのよ
うに精密形状を有する金型の場合には、加工に多くの時
間を必要としている。そのため、研磨加工なしで直接切
削加工で鏡面を得るための方法として、ダイヤモンドバ
イトを用いて精密切削を行う方法がある。このダイヤモ
ンドバイトを用いた切削加工においては、被削材に硬さ
が必要であるとともに、精密切削のためには、被削材に
微細結晶粒が必要である。
【0013】通常の黄銅は、ビッカース硬度が低く(1
00未満)、結晶粒径も大きいため、本発明では、切削
加工の前に、黄銅基材の硬度と結晶粒径を調節するため
の処理工程を以下のように行う。これを図1を用いて説
明する。
【0014】まず、直径160mm長さ300mmの円
柱形状のJIS規格C2680の黄銅を用意する。な
お、この黄銅のビッカース硬度は、50〜75、結晶粒
の大きさ100〜150μmである。
【0015】この黄銅材を、740℃〜750℃の熱間
にて鍛造加工することにより、厚さ45mm幅160m
mの直方体にする。この鍛造加工は、黄銅材の形状を、
この後に施す冷間圧延加工に適した直方体形状にするた
めに行う。これにより、結晶粒径がやや細かくなるが、
ビッカース硬度はほとんど変わらない。
【0016】つぎに、上記の熱間鍛造により、酸化した
黄銅の表面を取り除くために、皮むき加工し、黄銅材の
厚さを38mmにする。
【0017】つぎに、黄銅材の硬度を上げるために、冷
間圧延する(図1の工程101)。圧延条件は、圧延前
の厚さ38mmを厚さ20mmにする条件である。これ
により、結晶粒の大きさはあまり変化せずに、ビッカー
ス硬度は、約190に上昇する。
【0018】つぎに、結晶粒を目的の30μm以下にす
るために、焼なましを行う(工程102)。焼なまし
は、流気炉を用いて温度400℃にて2時間行う。この
焼なましにより30μm以下の結晶粒を得ることができ
るが、ビッカース硬度が170以下に低下してしまう。
【0019】そこで、この後、再び冷間圧延する(工程
103)。圧延条件は、圧延前の厚さ20mmを厚さ1
2mmにする条件である。これにより、黄銅材の結晶粒
の大きさは、30μm以下のまま、硬度をビッカース硬
度で170以上にあげることができる。
【0020】つぎに、これまでの冷間加工により黄銅材
中に生じた応力を低減するために、低温焼なましを行う
(工程104)。この焼なましは、ビッカース硬度を低
下させない条件で行う必要がある。本実施の形態では、
150〜240℃で10〜180分処理する。これによ
り、黄銅中の応力を低減できるとともに、焼なまし硬化
現象により、硬度が若干高くなる効果がある。
【0021】以上の工程101〜104により、黄銅の
ビッカース硬度を170以上に高め、結晶粒を30μm
以下に細かくすることができる。
【0022】この黄銅を、ふつうの切削加工によりキャ
ビティの形状に加工した後、ダイヤモンドバイトを用い
た精密切削加工により、所望の金型形状に加工する(工
程105)。例えば、キャビティ面が鏡面の成形用金型
や、キャビティ面が図2のような微細な溝パターンが周
期的配置された形状の成形用金型等の所望の金型形状に
加工する。
【0023】精密切削加工においては、被削材の硬度が
低いと、加工中にバリや毟れなどが発生して形状精度の
良い面が得られないが、本実施の形態では、ダイヤモン
ドバイトにとって被削性のよい黄銅を、上述の工程10
1〜104によって硬度を高くしているため、工程10
5の切削加工中にバリや毟れ等が発生しにくく、金型の
キャビティ面を精密切削加工により高い形状精度に加工
することができる。
【0024】さらに、本実施の形態では、上述の処理工
程101〜104により、結晶粒の大きさを30μm以
下に細かくしているため、精密切削加工によってキャビ
ティ面を鏡面にすることができる。
【0025】また、図3のような形状のキャビティ面の
成形用金型を製造する場合には、切削加工によりキャビ
ティ面を鏡面に形成した後、さらに圧痕加工を施すこと
により簡単にキャビティ面が形成できる。具体的には、
例えば、上述の工程で処理した黄銅材をふつうの切削加
工によりキャビティの形状に加工した後、精密切削加工
により、キャビティ面を鏡面に仕上げ、さらに、圧痕機
を用いてダイヤモンド圧子を鏡面全体に渡って繰り返し
押しつけることにより、図3のようなマイクロレンズア
レイ成形用金型を製造することができる。
【0026】このように、本実施の形態の製造方法を用
いることにより、従来のように切削しろ以上の膜厚のメ
ッキ膜を予め設けることなく、直接黄銅材を精密切削に
より加工することができる。また、本実施の形態の黄銅
材の処理工程は、黄銅の母材の状態で一括して処理する
ことができるため、大量に母材を処理できる。よって、
本実施の形態の製造方法を用いることにより、簡単な製
造工程により、成形用金型を製造することができる。し
たがって、工数見積などが容易となり、生産管理がしや
すくなるという効果もある。
【0027】また、本発明の成形用金型は、精度がよい
ため、この金型を用いて圧縮成形や射出成形を行うこと
により、欠陥が少なく、高精度のプラスチック精密部品
を製造することができる。特に、欠陥が少なく、光学的
に優れた光学部品を製造することができる。
【0028】なお、上述の実施の形態では、用意した黄
銅材が円柱形状であったため、一様に冷間圧延するため
に、一旦熱間鍛造加工で直方体形状にしているが、最初
から直方体形状の黄銅材が用意できる場合には、鍛造加
工と皮むき加工を省略することができる。
【0029】また、上述の実施の形態では、冷間圧延に
より、ビッカース硬度を向上させたが、冷間圧延の変わ
りにビッカース硬度を向上させる他の加工方法、例えば
冷間鍛造工程を用いることも可能である。
【0030】なお、上述の実施の形態では、材料として
黄銅C2680を用いたが、黄銅であれば他の組成であ
ってもよい。また、Sn,Fw,Mn,Al,Si,P
b等の元素を添加した特殊黄銅と呼ばれる合金を用いる
こともできる。
【0031】また、本実施の形態の製造方法では、精密
切削加工や圧痕加工により、直接黄銅を加工することに
より、所望の精度の金型が製造できるが、金型キャビテ
ィ面の耐環境性等を向上させる目的で、精密切削加工後
や圧痕加工後のキャビティ面にメッキ膜を形成すること
ができる。このメッキ膜としては、例えばニッケルメッ
キ膜を用いることができる。このメッキ膜は、従来のよ
うに切削しろ以上の厚さを有する必要がないため、厚さ
の薄いメッキ膜(例えば、0.5〜1μm程度)でよ
く、メッキ膜の表面を研磨等により仕上げる必要もない
ため、短時間で容易に形成することができる。
【0032】
【発明の効果】以上のように本発明の成形用金型製造方
法は、黄銅材を直接加工して金型を精密に製造すること
ができるため、工程の簡単な成形用金型製造方法が提供
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の成形用金型の製造方法の工程を示す説
明図。
【図2】本発明の一実施の形態の製造方法により製造す
ることのできる成形用金型の形状を示す斜視図。
【図3】本発明の一実施の形態の製造方法により製造す
ることのできる成形用金型の形状を示す斜視図。
【符号の説明】
1,2・・・成形用金型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // C22F 1/00 630 C22F 1/00 630C 631 631B 680 680 685 685Z 686 686Z 691 691B B29L 11:00

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】黄銅に冷間圧延を施すことにより、ビッカ
    ース硬度を170以上に高める第1の工程と、 前記黄銅の結晶粒微細化のために、焼なましを行う第2
    の工程と、 前記第2の工程において低下した前記ビッカース硬度を
    再度高めるための冷間圧延を行う第3の工程と、 前記黄銅の応力低減のために低温焼なましを行う第4の
    工程と、 切削加工を用いて前記黄銅を成形用金型形状に加工する
    第5の工程とを有することを特徴とする成形用金型の製
    造方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記第2の工程では、
    前記焼なましを380℃以上450℃以下の温度で行
    い、前記第4の工程では、前記低温焼なましを150℃
    以上240℃以下の温度で行うことを特徴とする成形用
    金型の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記第5の工
    程では、前記切削加工の後に、成形用金型のキャビティ
    面を圧痕加工により加工することを特徴とする成形用金
    型の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1、2または3において、前記第5
    の工程の後に、前記成形用金型のキャビティ面に、メッ
    キによりメッキ膜を形成する第6の工程を有することを
    特徴とする成形用金型の製造方法。
  5. 【請求項5】樹脂にキャビティ面の形状を成形転写する
    ための金型であって、 前記金型の基材は、ビッカース硬度170以上の黄銅か
    らなることを特徴とする成形用金型。
  6. 【請求項6】請求項5において、前記金型のキャビティ
    面の形状は、前記基材を切削加工することにより形成さ
    れていることを特徴とする成形用金型。
  7. 【請求項7】請求項5において、前記金型のキャビティ
    面の形状は、前記基材を圧痕加工することにより形成さ
    れていることを特徴とする成形用金型。
  8. 【請求項8】請求項6または7において、前記金型のキ
    ャビティ面には、前記基材上にメッキ膜が形成されてい
    ることを特徴とする成形用金型。
JP8329742A 1996-12-10 1996-12-10 成形用金型の製造方法および成形用金型 Pending JPH10166368A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002192568A (ja) * 2000-10-31 2002-07-10 Eastman Kodak Co 微小レンズの製造方法と微小レンズアレー
US6440243B1 (en) 1999-12-16 2002-08-27 Honeywell International Inc. Methods of forming ceramic compositions
US6623668B1 (en) 1999-05-11 2003-09-23 Nec Electronics Corporation Method of forming micro lenses of a solid-state image pick-up device
US20190134931A1 (en) * 2017-11-03 2019-05-09 AAC Technologies Pte. Ltd. Processing method and processing device for lens mold core

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