金型の製造方法及び金型の製造装置
【課題】加工範囲が金型母体の加工対象面積より狭くても、汎用の加工装置で金型母体の加工を行うことができる金型の製造方法を提供する。
【解決手段】金型の製造方法は、金型母体２００の被加工面に複数のアライメントマーク１４４を形成する工程と、金型母体２００の被加工領域を切削装置の加工範囲２１０以下の大きさの複数の領域２０２，２０４，２０６，２０８に分割し、この分割された領域単位で金型母体２００を切削装置の加工範囲２１０に対して相対的に移動させ、各領域の金型母体２００を加工する工程と、を備え、複数のアライメントマーク１４４のうち少なくとも２つが前記相対移動前後で切削装置の加工範囲２１０に含まれている。
【解決手段】金型の製造方法は、金型母体２００の被加工面に複数のアライメントマーク１４４を形成する工程と、金型母体２００の被加工領域を切削装置の加工範囲２１０以下の大きさの複数の領域２０２，２０４，２０６，２０８に分割し、この分割された領域単位で金型母体２００を切削装置の加工範囲２１０に対して相対的に移動させ、各領域の金型母体２００を加工する工程と、を備え、複数のアライメントマーク１４４のうち少なくとも２つが前記相対移動前後で切削装置の加工範囲２１０に含まれている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金型の製造方法及び金型の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学レンズの製造分野においては、ガラス基板に対し硬化性樹脂からなるレンズ部を設けることで、耐熱性の高い光学レンズを得る技術が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
この技術を適用した光学レンズの製造方法の一例として、ガラス基板の表面に硬化性樹脂からなる光学部材によって構成されるレンズ部を複数設けたいわゆる「ウエハレンズ」を形成し、その後にレンズ部ごとにガラス基板をカットする方法が用いられている。
ガラス基板上に樹脂製のレンズ部を成形する場合や、ウエハレンズを成形するための樹脂製の転写型を製造するために、しばしば金属製成形型（金型）が使用される。ウエハレンズの製造に用いられる金型には、成形によって得られるレンズ部が、設計者の意図した光学性能を満たすように、凹部や凸部の形状が正確に形成されていることに加えて、レンズ部の成形以降の工程（例えば、別の光学部材との積層など）が精度よく行えるように、凹部や凸部が規則正しく配列されていることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９２６３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この場合に、金型にはレンズ形状に対応した凹部または凸部が汎用の切削装置により形成されるが、ウエハレンズに対応した金型は現状では８インチ（φ２００ｍｍ）と大きく、このような金型を得るための大径の金型母体に加工を行おうとすると、汎用の切削装置では加工範囲が金型母体の加工対象面積より狭く、大径金型母体の加工に対応することができない。もちろん、ウエハサイズに対応した大型の切削装置を導入して大径金型母体の加工に対応することは考えられるが、このような大型の切削装置は非常に高価であり、また、設置スペースを大きく確保する必要がある。
従って、本発明の主な目的は、加工範囲が金型母体の加工対象面積より狭くても、汎用の加工装置で金型母体の加工を行うことができる金型の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明によれば、
金型母体の被加工面の大きさよりも小さい加工範囲を有する切削装置を用いて前記金型母体を加工するようにした金型の製造方法であって、
前記金型母体の被加工面に複数のアライメントマークを形成する工程と、
前記金型母体の被加工領域を前記切削装置の加工範囲以下の大きさの複数の領域に分割し、この分割された領域単位で前記金型母体を前記切削装置の加工範囲に対して相対的に移動させ、各領域の前記金型母体を加工する工程と、を備え、
前記複数のアライメントマークのうち少なくとも２つが前記相対移動前後で前記切削装置の加工範囲に含まれていることを特徴とする金型の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、金型母体の被加工面に複数のアライメントマークを形成し、金型母体の加工対象領域を複数の領域に分割して、この分割された領域単位で金型母体を切削装置の加工範囲に対して相対移動させ、各領域の金型母体を加工する。そして、金型母体と切削装置の加工範囲の相対移動の前後で、複数のアライメントマークのうち少なくとも２つが前記相対移動前後で切削装置の加工範囲に含まれているので、容易に精度よく加工を行うことができる。従って、切削装置の加工範囲が金型母体の加工対象面積より狭くても、汎用の切削装置で精度よく大径サイズの金型を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】凹状金型の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図３Ａ】切削装置の概略構成を示す（ａ）斜視図（ｂ）部分拡大図である。
【図３Ｂ】図３Ａの切削装置の変形例を示す（ａ）斜視図（ｂ）部分拡大図である。
【図４】ボールエンドミルの概略構成を示す（ａ）平面図（ｂ）側面図である。
【図５】図４の切削刃の変形例を示す平面図である。
【図６】図４の切削刃の変形例を示す（ａ）平面図（ｂ）側面図である。
【図７】金型の製造方法を経時的に示す概略図である。
【図８】仕上げ加工の様子を概略的に説明するための図面である。
【図９】アライメントマークの態様などを概略的に説明するための平面図である。
【図１０】アライメントマークの顕微鏡写真であって（ａ）バリ除去前（ｂ）バリ除去後を示す図面である。
【図１１】大径金型の一例を示す外観図である。
【図１２】大径金型の製造方法を概略的に説明するための図面である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
まず初めに、理解を容易にするために単純な形状の金型を例にして基本的な加工手順を説明する。
【０００９】
［金型］
図１に示すとおり、金型１００は略直方体状を呈しており、表面に複数の凹部１０２（キャビティ）がアレイ状に形成されている。金型１００はアレイレンズ用金型の一例であり、特にウエハレンズの樹脂製レンズ部を成形するのに好適に使用される。ウエハレンズを成形するための樹脂製転写型を製造する場合にも使用され得る。
【００１０】
凹部１０２が形成された１ブロックを詳しく断面視すると、図２に示すとおり、凹部１０２の周辺には平面部１０４、斜面部１０６、平面部１０８、斜面部１１０、平面部１１２が形成されており、凹部１０２を中心として同心円状にこれらの部位が順に形成されている。凹部１０２の中心部には光軸（金型１００又は金型１００によって製造される樹脂製転写型を用いて成形される光学素子の光軸）が直交するようになっている。
なお、図２に示す断面形状はあくまでも一例であって、目的とする用途や光学性能に合った任意の形状とすればよい。例えば、図１や図２ではレンズ部に相当する部分を複数の球面状の凹部１０２としているが、最終的に得ようとするレンズの形状に合わせて凸部にしたり、非球面形状にしてもよい。
金型１００の形状は略直方体に限らず、略円柱状や分割円状、円盤状を呈してもよい。
【００１１】
［切削装置］
図３Ａ（ａ）に示すとおり、切削装置１２０Ａは定盤１２２を有している。定盤１２２上には、直交軸および旋回軸を有するステージ１２４が設けられている。ステージ１２４は、駆動機構を内蔵した２段のスライド板上に保持され、Ｘ軸方向，Ｚ軸方向に沿って移動可能であるとともに、Ｙ軸に平行な軸（Ｂ軸）を中心とする円の周方向（Ｂ方向）に回動可能となっている。ステージ１２４上にはスピンドル１２６が設置されている。定盤１２２には切削対象物（ワーク材）１４０を固定するための固定具１２８が設けられている。定盤１２２上では、スピンドル１２６と固定具１２８とが対向配置されている。固定具１２８は、駆動機構を内蔵したスライド部材に保持され、Ｙ軸方向に移動可能となっており、スピンドル１２６と切削対象物１４０とが相対的に移動できるようになっている。また、固定具１２８は、Ｙ軸方向に移動するスライド部材に対して固定及び固定解除できるように構成されており、固定解除した場合には、Ｚ軸方向に平行な回転軸を中心にしてＤ方向に回動可能とされている。
【００１２】
切削装置１２０Ａは、固定部１２８に固定される切削対象物１４０の被加工面を観察するための観察機構を有している。観察機構の観察対象領域は、切削装置１２０Ａの加工範囲と関連づけられている。観察機構で切削対象物１４０の位置を確認して固定部１２８の初期位置を決定した後は、制御プロプログラムに従って各部が動作し、初期位置を基準にして正確に切削対象物１４０を加工してゆく。観察機構の観察視野内には、加工領域内における水平方向及び垂直方向に一致するように、目盛あるいは参照ラインが設けられている。切削対象物１４０に後述するアライメントマークが形成された後は、このアライメントマークが観察機構の観察視野内に含まれるように切削装置の固定部１２８の位置を調整し、アライメントマークと観察視野内の目盛又は参照ラインとをほぼ一致させる。そして、固定部１２８の位置を固定した後、観察視野内の目盛又は参照ラインとアライメントマークとのずれを計測する。こうして計測されたずれを、切削加工を行う際の制御にフィードバックする。
【００１３】
スピンドル１２６はスピンドルモータを内蔵している。図３Ａ（ｂ）に示すとおり、スピンドルモータの主軸１３０にはボールエンドミル１３２が設置されている。ボールエンドミル１３２は切削工具の一例である。
ボールエンドミル１３２が設置されたスピンドル１２６は、光学面を高精度に加工するため、エアベアリングを有するスピンドルであることが望ましい。スピンドル１２６を回転させる動力には、スピンドルモータを内蔵するスピンドルモータ方式と、高圧エアを供給するエアタービン方式とがある。当該動力としては、高剛性化のため、スピンドルモータ方式を採用するのが望ましい。
【００１４】
なお、図３Ａの切削装置１２０Ａに代えて、図３Ｂの切削装置１２０Ｂが用いられてもよい。
図３Ｂ（ａ）に示すとおり、切削装置１２０Ｂは、スピンドル１２６（ボールエンドミル１３２）がＹ軸に垂直な軸（Ａ軸）を中心とする円の周方向（Ａ方向），Ｙ軸及びＡ軸に垂直な軸（Ｃ軸）を中心とする円の周方向（Ｃ方向）にも回動可能である。Ａ軸，Ｂ軸，Ｃ軸の各回転軸は互いに直交している。切削装置１２０Ｂのこれ以外の構成は、切削装置１２０Ａと同様である（図３Ｂ（ｂ）参照）。
切削装置１２０Ｂによれば、ボールエンドミル１３２の先端刃先（後述の切削刃１３４など）の任意点における刃先輪郭線との法線と、加工面の法線とが常に平行になるように、ボールエンドミル１３２の姿勢を制御することができる。その結果、工具刃先の１点で加工することができ、加工形状に対する工具刃先輪郭誤差の影響を小さくすることができる。
【００１５】
図４に示すとおり、ボールエンドミル１３２の先端部には切削刃１３４がロウ付けされ固定されている。切削刃１３４は単結晶ダイヤモンドで構成されたダイヤモンドチップである。
切削刃１３４を平面視すると、図４（ａ）に示すとおり、切削刃１３４は円弧部１３４ａと直線部１３４ｂとを有している。切削刃１３４を側面視すると、図４（ｂ）に示すとおり、切削刃１３４は直線部１３４ｃ，１３４ｄ，１３４ｅを有している。円弧部１３４ａ，直線部１３４ｂ〜１３４ｅは切削刃１３４を構成する各平面が交わる稜線に相当する。
【００１６】
スピンドル１２６では、スピンドルモータが回転すると、これに連動して切削刃１３４が半球状の軌跡を描きながら回転するようになっている（図４（ａ），（ｂ）中２点鎖線参照）。この場合、円弧部１３４ａ，直線部１３４ｂ，１３４ｃ，１３４ｄの接点がスピンドル１２６の回転中心部１３４ｆとなっており、回転中心部１３４ｆはスピンドル１２６の回転によっては実質的に移動しない。
なお、切削刃１３４の回転とともに、Ｙ軸、Ｘ軸、及び、Ｚ軸方向の駆動機構が協働してボールエンドミル１３２を、Ｚ軸方向を中心にして渦巻き状に旋回させるように構成されている（図３Ａ（ｂ）、図３Ｂ（ｂ）参照）。
【００１７】
図４に示すとおり、切削刃１３４はボールエンドミル１３２の回転軸２５０（回転中心軸）上に配置されている。切削刃１３４の中でも、回転中心部１３４ｆが回転軸２５０上に配置されている。
【００１８】
図４の切削刃１３４に代えて、図５の切削刃１３６が用いられてもよい。
図５に示すとおり、切削刃１３６は直線部１３６ａ，１３６ｂ，円弧部１３６ｃ，直線部１３６ｄ，１３６ｅを有している。直線部１３６ａから直線部１３６ｂにかけて屈曲しており、直線部１３６ｂから直線部１３６ｄにかけて円弧部１３６ｃを介して湾曲している。直線部１３６ｄから直線部１３６ｅにかけては屈曲しており、直線部１３６ｅと交差する位置に回転軸２５０が配置されるようになっている。
直線部１３６ｄはいわゆる底刃に対応する部位であり、回転軸２５０を法線とする面との間で一定の角度θをなしている。角度θは、回転軸２５０を法線とする面と平行な角度を０°として、式（１）の条件を満たしている。
−０．９°≦θ≦＋０．９° … （１）
切削刃１３６が切削加工に使用される場合は、切削刃１３６の切削速度Ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ（分））とスピンドル１２６の回転数Ｓ（ｒｐｍ）との関係が、式（２）の条件を満たしている。
Ｓ＞（Ｆ／０．００００５）×｜ｔａｎθ｜ … （２）
直線部１３６ｄの幅Ｗ１と、回転半径（回転軸２５０から直線部１３６ｄの末端までの距離）の幅Ｗ２との関係が、式（３）の条件を満たしている。
Ｗ２−Ｗ１≧１μｍ … （３）
【００１９】
図４の切削刃１３４に代えて、図６の切削刃１３８が用いられてもよい。
切削刃１３８を平面視すると、図６（ａ）に示すとおり、切削刃１３８は直線部１３８ａ，円弧部１３８ｂ，直線部１３８ｃを有している。直線部１３８ｃと交差する位置に回転軸２５０が配置されるようになっている。切削刃１３８を側面視すると、図６（ｂ）に示すとおり、切削刃１３８は直線部１３８ｄ，１３８ｅ，１３８ｆ，円弧部１３８ｇ，直線部１３８ｈを有している。
【００２０】
［金型の製造方法］
図７に示すとおり、金型１００は下記（ａ）〜（ｇ）の各工程を経て製造される。
（ａ）切削対象物（金型母体）１４０を準備して所定領域にブランク加工を施す。
（ｂ）切削対象物１４０の所定領域に無電解ニッケルリンめっき処理を施し、めっき層１４２を形成する。
（ｃ）汎用のマシニングセンタを用いて切削対象物１４０の表面（めっき層１４２）を粗加工し、凹部１０２などの原形（凹凸形状）を形成する。
（ｄ）粗加工後の切削対象物１４０の表面を研磨して滑らかにする。
（ｅ）ダイヤモンド切削刃を用いて凹部１０２などを仕上げ加工する。
（ｆ）切削対象物１４０の表面を平面加工して基準面を形成し、その基準面に対しアライメントマーク１４４を形成する。
基準面は他の部材との間で高さ位置を調整する際に基準となる面である。
アライメントマーク１４４は後述するように、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲と金型１００の加工対象領域との位置合わせに用いられる。
なお、アライメントマーク１４４を他の目的、例えば、他の部材との位置合わせや、金型１００の成形物とその他の部材との位置合わせなどに用いるようにしてもよい。
加工面（基準面）の表面状態によっては、（ｅ），（ｆ）の工程の後に、表面を滑らかにする研磨を行う。
（ｇ）切削対象物１４０を洗浄して加工屑などを除去し、切削対象物１４０の表面にＳｉＯ２膜などの下地層を形成して離型剤を塗布する。
ＳｉＯ２膜は離型剤を塗布する際の下地として機能する。ＳｉＯ２膜の形成は蒸着，ＣＶＤ，スパッタのいずれかの処理で行う。切削対象物１４０の表面にＳｉＯ２膜を均一な膜厚で形成するには、ＣＶＤ処理を行うのが望ましい。
離型剤は金型１００から成形物の離型を容易にするものである。
【００２１】
（ｅ）の工程では、基本的に切削装置１２０Ａを使用する。
図３Ａ（ｂ）に示すとおり、スピンドル１２６のスピンドルモータを作動させ、ボールエンドミル１３２を高速で回転させる。併せて、ステージ１２４のＸ軸方向，Ｚ軸方向の移動と固定具１２８のＹ軸方向の移動とを協働させ、切削対象物１４０に対しボールエンドミル１３２を旋回させる。すなわち、ボールエンドミル１３２を回転させながら渦巻状に旋回させ、凹部１０２の表面を仕上げ加工する。
【００２２】
この場合、図８に示すとおり、最も外側の領域１５４から領域１５２を経て中央の領域１５０にかけて、ボールエンドミル１３２を、光軸に平行な状態に保持した状態で、回転させながら渦巻状に旋回・当接させ、凹部１０２と平面部１０４の一部または全部を加工する。
領域１５０は凹部１０２の中央部であって光軸と直交する領域を含む。
領域１５２は凹部１０２の周辺部であって領域１５０に隣接する領域である。
領域１５４は平面部１０４の一部または全部であって領域１５２と隣り合う領域である。
【００２３】
なお、（ｅ）の工程では、切削装置１２０Ｂを使用してもよい。
切削装置１２０Ｂを使用した場合も、切削装置１２０Ａを使用した場合と同様に、図３Ｂ（ｂ）に示すとおり、スピンドル１２６のスピンドルモータを作動させ、ボールエンドミル１３２を高速で回転させる。併せて、ステージ１２４のＸ軸方向，Ｚ軸方向の移動と固定具１２８のＹ軸方向の移動とを協働させ、切削対象物１４０に対しボールエンドミル１３２を旋回させる。
このとき、ボールエンドミル１３２を、Ａ軸，Ｃ軸方向にも回動させながら、工具刃先（切削刃１３４，１３６）の一点で常に加工するように渦巻状に旋回させ、凹部１０２や平面部１０４，１０８，１１２の表面を仕上げ加工する。
【００２４】
（ｆ）の工程でも、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂを使用する。
この場合、切削刃１３４を図５の切削刃１３６に代え、ボールエンドミル１３２を回転させながら旋回させ、平面部１０４（仕上げ加工した領域を除く残りの領域），１０８，１１２の表面を平面（平滑）加工する。
以上の切削刃１３６によれば、特殊な形状を有するから、工具半径や加工時間の増大を抑えながら、鏡面性に優れた平滑面を形成することができる。すなわち、理論上発生する凹凸を５０ｎｍ以下に抑えることが可能であり、平面部１０４，１０８，１１２を高精度・高効率に加工することができる。その結果、凹状金型１００から形成されるレンズ等の光学素子の鏡面部分を高精度化したり、平面部１０４，１０８，１１２における汚れや樹脂（凹状金型１００から転写される樹脂など）の付着を低減したりすることができる。
【００２５】
その後、平面部１１２に対し、図９（ａ）に示すとおり、一定の線幅を有する十字状のアライメントマーク１４４（溝）を形成する。アライメントマーク１４４は、縦の線幅と横の線幅との各中心線の交点が位置合わせに使用される。
アライメントマーク１４４を形成する場合、切削刃１３６を図６の切削刃１３８に代え、ボールエンドミル１３２を回転させながら、図９（ｂ）の順方向１４６（実線部）に沿って直線的に移動させる。その後、ボールエンドミル１３２を、回転方向を変えずに回転させながら、順方向１４６の移動軌跡を辿るように、順方向１４６と反対の逆方向１４８（点線部）に沿って移動させる。
順方向１４６に沿う移動ではダウンカット（加工対象物に向き合う部位における切削刃１３８の移動方向と、加工対象物に対する切削刃１３８の相対的な移動方向とが逆方向となる切削）とし、逆方向１４８に沿う移動ではアップカット（加工対象物に向き合う部位における切削刃１３８の移動方向と、加工対象物に対する切削刃１３８の相対的な移動方向とが順方向となる切削）とする。
【００２６】
ボールエンドミル１３２を順方向１４６にのみ移動させると、図９（ｃ）に示すとおり、ボールエンドミル１３２の順方向１４６への移動で形成された加工面１６０には微小な凹凸（いわゆるバリ１６２）が形成されるため、ここでは逆方向１４８にも移動させバリ１６２を除去する。
この場合、切削刃１３８の先端部と加工面１６０との間に間隔１６４をあけた状態で（切削刃１３８を少し浮かせた状態で）ボールエンドミル１３２を移動させる。間隔１６４として好ましくは２０ｎｍ程度確保する。
【００２７】
アライメントマーク１４４を実際に形成した場合の顕微鏡写真をみると、ボールエンドミル１３２を順方向１４６にのみ移動させた場合は、図１０（ａ）に示すとおり、アライメントマーク１４４の側縁部にバリ１６２が形成されているのがわかる。これに対し、ボールエンドミル１３２を逆方向１４８にも移動させた場合には、図１０（ｂ）に示すとおり、バリ１６２が十分に除去されているのが確認できる。
【００２８】
以上のアライメントマーク１４４を形成するための切削加工方法によれば、ボールエンドミル１３２を順方向１４６に移動させた後に、その移動軌跡を辿るように逆方向１４８に移動させるから、図１０（ｂ）に示すとおり、バリ１６２を十分に除去する（間隔１６４に対応した２０ｎｍ以下に抑える）ことができ、アライメントマーク１４４の形成面（加工面）を高精度に加工することができる。その結果、金型１００を用いた樹脂の転写工程において問題となる樹脂の付着を低減することができる。また、アライメントマーク１４４の形状が正確になるので、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲と金型母体の加工対象領域との位置合わせを正確に行いやすくなる。
【００２９】
［大径金型］
図１１に示すとおり、平面視した場合の金型３００は金型１００（図１参照）より大径であり、ウエハ状を呈している。金型３００には複数の凹部１０２がマトリクス状に形成されており、金型３００は凹部１０２の数が金型１００より多い。
なお、金型１００と同様に、凹部１０２間には平面部１０４、斜面部１０６、平面部１０８、斜面部１１０、平面部１１２が同心円状に形成されている。
【００３０】
金型３００の中央部には凹部１０２が形成されていない４つの領域があり、当該領域にはアライメントマーク１４４が１つずつ形成されている。つまり、４つのアライメントマーク１４４が、マトリクス状に並ぶ凹部１０２の行及び列に沿って配置されている。
なお、アライメントマーク１４４については、本実施形態に示したものに限らず種々の態様を採用することができる。例えば、凹部１０２が形成されていない４つの領域にそれぞれ複数のアライメントマーク１４４が形成されていてもよい。また、全ての領域に凹部１０２を形成した上で、隣り合う凹部１０２間にアライメントマーク１４４を形成するようにしてもよい。凹部１０２が形成されていない領域にアライメントマーク１４４を形成する場合は、アライメントマーク１４４を形成しやすくなる。全ての領域に凹部１０２を形成し、隣り合う凹部１０２間にアライメントマーク１４４を形成する場合は、レンズ部をより多く形成することができる。
【００３１】
金型３００は金型１００と同様に切削装置１２０Ａ，１２０Ｂにより金型母体２００を加工することによって製造されるが、その加工範囲は金型母体２００の平面面積より狭く、金型母体２００の１／４程度となっている。
なお、金型３００における凹部１０２の数や、金型３００の径に対する凹部１０２の径の大きさ等はあくまでも一例であり、用途や求められる光学性能に応じて任意に決めることができる。
【００３２】
［大径金型の製造方法］
金型３００の製造方法は基本的には金型１００の製造方法と同じであり、下記の点で異なっている。
金型３００の製造装置として切削装置１２０Ａ，１２０Ｂが使用される。
金型母体２００が大径であり、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０が金型母体２００の１／４程度であるため、図１２（ａ）に示すとおり、金型母体２００の加工対象領域を４つの領域２０２，２０４，２０６，２０８に分割し、図７の（ｅ）及び（ｆ）の工程の処理を４回に分けて領域２０２，２０４，２０６，２０８ごとに繰り返し行う。
但し、（ｆ）の工程のうちアライメントマーク１４４を形成するのは第１回のみである。
なお、図７の（ａ）及び（ｂ）の工程を４つの領域２０２，２０４，２０６，２０８に対して一括して行った上で、（ｃ）〜（ｆ）の工程を４回に分けて領域２０２，２０４，２０６，２０８毎に繰り返すようにしてもよい（この場合も、第２回以降は（ｆ）の工程ではアライメントマークの形成は行わない）。
【００３３】
１回目では、図１２（ａ）に示すとおり、加工範囲２１０に包含される領域２０２とその周辺の凹部１０２などの加工を行うとともに、各領域２０２，２０４，２０６，２０８に１つずつアライメントマーク１４４を形成する。
２回目では、図１２（ｂ）に示すとおり、加工範囲２１０に対し金型母体２００を１／４回転させ、加工範囲２１０に包含される領域２０４の凹部１０２などの加工を行う。ここでは、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの固定具１２８を固定解除してＺ軸に平行な回転軸を中心にしてＤ方向に回転させることにより、金型母体２００と切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０とを相対移動させる。この場合、固定具１２８を回転させる機構が移動手段となる。当該機構にクラッチを設けるなどして、所定角度毎に回転が進むようにすると２回目以降の固定具１２８の設定が容易になる。もちろん、金型母体２００を一旦取り外して１／４回転させた後再度切削装置１２０Ａ，１２０Ｂに取り付けるようにしても構わない。
【００３４】
金型母体２００と切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０とを相対移動させた後、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの観察装置により、金型母体２００上に形成されたアライメントマーク１４４を観察する。そして、観察視野内の目盛又は参照ラインとアライメントマーク１４４の並び方向とを比較する。必要に応じて両者の差異が小さくなるように固定具１２８の位置を調整する。その後、両者の比較結果からずれ量を計測し、このずれ量が補正されて加工されるように加工プログラムにフィードバックする。
なお、凹部１０２の並び方向に沿った少なくとも２箇所のアライメントマーク１４４が観察視野内に含まれるようにしておけば、観察視野内の目盛や参照ラインとの比較でずれ量を把握することができるが、本実施形態のように４箇所設けておくと、ずれ量の検出の仕方が各回共通にできるという利点がある。
このようにすることで、領域２０４のアライメントマーク１４４を領域２０２のアライメントマーク１４４が存在していた位置にほぼ合致し、また、両者のずれは制御プログラムで補正加工されるようにフィードバックされることにより、１回目から２回目に切り替わる際の金型母体２００と切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０との位置決めが実質的に完了する。本実施形態によれば、被加工物である金型母体２００を回転させることにより加工対象領域を切り替えるので、加工対象領域の切り替えの際に切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの周囲に大きなスペースがいらないという利点がある。
【００３５】
３回目では、図１２（ｃ）に示すとおり、金型母体２００をさらに１／４回転させ、加工範囲２１０に包含される領域２０６の凹部１０２などの加工を行う。
この場合も、領域２０６のアライメントマーク１４４を領域２０２のアライメントマーク１４４が存在していた位置に合致するように２回目と同様の手順を実行し、２回目から３回目に切り替わる際の金型母体２００の位置決めを行う。
最後の４回目でも、２回目，３回目と同様に、金型母体２００をさらに１／４回転させ（領域２０８のアライメントマーク１４４を領域２０２のアライメントマーク１４４が存在していた位置に合致するように金型母体２００の位置決めを行い）、加工範囲２１０に包含される領域２０６の凹部１０２などの加工を行う。こうして、大径金型３００を得る。
こうして、金型母体２００を１／４ずつ移動させる際に、移動前後で切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０の一部が重複しており、この重複した加工範囲２１０内に相当する金型母体２００の加工対象領域に、複数のアライメントマーク１４４が形成されている。従って、金型母体２００を回転させても常に切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの観察視野内にアライメントマーク１４４が含まれることとなり、ひいては、加工範囲２１０内に常にアライメントマーク１４４を存在させながら加工を行うことができるため、金型母体２００の移動の度にアライメントマーク１４４を用いた位置合わせが可能となり、精度よい加工を容易に行うことができる。
【００３６】
以上の大径金型３００の製造方法によれば、金型母体２００の加工対象領域を４つの領域２０２，２０４，２０６，２０８に分割して領域２０２，２０４，２０６，２０８ごとに位置合わせしながら金型母体２００を加工するから、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０が金型母体２００の面積より狭くても、汎用の切削装置１２０Ａ，１２０Ｂで大径サイズの金型母体２００を加工することができる。その結果、大型の切削装置を導入する必要もなくなり、切削装置にかかる導入コストやその設置スペースの確保を考慮する必要がなくなる。
【００３７】
なお、金型母体２００の加工は上記のとおり４回に分けて行われその加工時間が長くなりがちなので、環境温度の変化の影響を受け加工精度が低下するのを防止するために、金型２００の素材として好ましくは低熱膨張係数の材料を使用する。
金型母体２００の加工領域は領域２０２，２０４，２０６，２０８の４つに限らず、加工範囲２１０に応じた領域数に分割してもよい。
なお、２回目以降の処理で使用する切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０の位置決め用のアライメントマーク１４４の他に、１回目から最終回までの間に別の目的で（例えば、成形用の）アライメントマークを形成してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１００ 金型
１０２ 凹部（キャビティ）
１０４ 平面部
１０６ 斜面部
１０８ 平面部
１１０ 斜面部
１１２ 平面部
１２０Ａ，１２０Ｂ 切削装置
１２２ 定盤
１２４ ステージ
１２６ スピンドル
１２８ 固定具
１３０ （スピンドルモータの）主軸
１３２ ボールエンドミル
１３４ 切削刃
１３４ａ 円弧部
１３４ｂ 直線部
１３４ｃ，１３４ｄ，１３４ｅ 直線部
１３４ｆ 回転中心部
１３６ 切削刃
１３６ａ，１３６ｂ 直線部
１３６ｃ 円弧部
１３６ｄ，１３６ｅ 直線部
１３８ 切削刃
１３８ａ 直線部
１３８ｂ 円弧部
１３８ｃ 直線部
１３８ｄ，１３８ｅ，１３８ｆ 直線部
１３８ｇ 円弧部
１３８ｈ 直線部
１４０ 切削対象物（金型母体）
１４２ メッキ層
１４４ アライメントマーク
１４６ 順方向
１４８ 逆方向
１５０，１５２，１５４ 領域
１６０ 加工面
１６２ バリ
１６４ 間隔
２００ 金型母体
２０２，２０４，２０６，２０８ 領域
２１０ 加工範囲
３００ 大径金型
【技術分野】
【０００１】
本発明は金型の製造方法及び金型の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学レンズの製造分野においては、ガラス基板に対し硬化性樹脂からなるレンズ部を設けることで、耐熱性の高い光学レンズを得る技術が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
この技術を適用した光学レンズの製造方法の一例として、ガラス基板の表面に硬化性樹脂からなる光学部材によって構成されるレンズ部を複数設けたいわゆる「ウエハレンズ」を形成し、その後にレンズ部ごとにガラス基板をカットする方法が用いられている。
ガラス基板上に樹脂製のレンズ部を成形する場合や、ウエハレンズを成形するための樹脂製の転写型を製造するために、しばしば金属製成形型（金型）が使用される。ウエハレンズの製造に用いられる金型には、成形によって得られるレンズ部が、設計者の意図した光学性能を満たすように、凹部や凸部の形状が正確に形成されていることに加えて、レンズ部の成形以降の工程（例えば、別の光学部材との積層など）が精度よく行えるように、凹部や凸部が規則正しく配列されていることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９２６３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この場合に、金型にはレンズ形状に対応した凹部または凸部が汎用の切削装置により形成されるが、ウエハレンズに対応した金型は現状では８インチ（φ２００ｍｍ）と大きく、このような金型を得るための大径の金型母体に加工を行おうとすると、汎用の切削装置では加工範囲が金型母体の加工対象面積より狭く、大径金型母体の加工に対応することができない。もちろん、ウエハサイズに対応した大型の切削装置を導入して大径金型母体の加工に対応することは考えられるが、このような大型の切削装置は非常に高価であり、また、設置スペースを大きく確保する必要がある。
従って、本発明の主な目的は、加工範囲が金型母体の加工対象面積より狭くても、汎用の加工装置で金型母体の加工を行うことができる金型の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明によれば、
金型母体の被加工面の大きさよりも小さい加工範囲を有する切削装置を用いて前記金型母体を加工するようにした金型の製造方法であって、
前記金型母体の被加工面に複数のアライメントマークを形成する工程と、
前記金型母体の被加工領域を前記切削装置の加工範囲以下の大きさの複数の領域に分割し、この分割された領域単位で前記金型母体を前記切削装置の加工範囲に対して相対的に移動させ、各領域の前記金型母体を加工する工程と、を備え、
前記複数のアライメントマークのうち少なくとも２つが前記相対移動前後で前記切削装置の加工範囲に含まれていることを特徴とする金型の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、金型母体の被加工面に複数のアライメントマークを形成し、金型母体の加工対象領域を複数の領域に分割して、この分割された領域単位で金型母体を切削装置の加工範囲に対して相対移動させ、各領域の金型母体を加工する。そして、金型母体と切削装置の加工範囲の相対移動の前後で、複数のアライメントマークのうち少なくとも２つが前記相対移動前後で切削装置の加工範囲に含まれているので、容易に精度よく加工を行うことができる。従って、切削装置の加工範囲が金型母体の加工対象面積より狭くても、汎用の切削装置で精度よく大径サイズの金型を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】凹状金型の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図３Ａ】切削装置の概略構成を示す（ａ）斜視図（ｂ）部分拡大図である。
【図３Ｂ】図３Ａの切削装置の変形例を示す（ａ）斜視図（ｂ）部分拡大図である。
【図４】ボールエンドミルの概略構成を示す（ａ）平面図（ｂ）側面図である。
【図５】図４の切削刃の変形例を示す平面図である。
【図６】図４の切削刃の変形例を示す（ａ）平面図（ｂ）側面図である。
【図７】金型の製造方法を経時的に示す概略図である。
【図８】仕上げ加工の様子を概略的に説明するための図面である。
【図９】アライメントマークの態様などを概略的に説明するための平面図である。
【図１０】アライメントマークの顕微鏡写真であって（ａ）バリ除去前（ｂ）バリ除去後を示す図面である。
【図１１】大径金型の一例を示す外観図である。
【図１２】大径金型の製造方法を概略的に説明するための図面である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
まず初めに、理解を容易にするために単純な形状の金型を例にして基本的な加工手順を説明する。
【０００９】
［金型］
図１に示すとおり、金型１００は略直方体状を呈しており、表面に複数の凹部１０２（キャビティ）がアレイ状に形成されている。金型１００はアレイレンズ用金型の一例であり、特にウエハレンズの樹脂製レンズ部を成形するのに好適に使用される。ウエハレンズを成形するための樹脂製転写型を製造する場合にも使用され得る。
【００１０】
凹部１０２が形成された１ブロックを詳しく断面視すると、図２に示すとおり、凹部１０２の周辺には平面部１０４、斜面部１０６、平面部１０８、斜面部１１０、平面部１１２が形成されており、凹部１０２を中心として同心円状にこれらの部位が順に形成されている。凹部１０２の中心部には光軸（金型１００又は金型１００によって製造される樹脂製転写型を用いて成形される光学素子の光軸）が直交するようになっている。
なお、図２に示す断面形状はあくまでも一例であって、目的とする用途や光学性能に合った任意の形状とすればよい。例えば、図１や図２ではレンズ部に相当する部分を複数の球面状の凹部１０２としているが、最終的に得ようとするレンズの形状に合わせて凸部にしたり、非球面形状にしてもよい。
金型１００の形状は略直方体に限らず、略円柱状や分割円状、円盤状を呈してもよい。
【００１１】
［切削装置］
図３Ａ（ａ）に示すとおり、切削装置１２０Ａは定盤１２２を有している。定盤１２２上には、直交軸および旋回軸を有するステージ１２４が設けられている。ステージ１２４は、駆動機構を内蔵した２段のスライド板上に保持され、Ｘ軸方向，Ｚ軸方向に沿って移動可能であるとともに、Ｙ軸に平行な軸（Ｂ軸）を中心とする円の周方向（Ｂ方向）に回動可能となっている。ステージ１２４上にはスピンドル１２６が設置されている。定盤１２２には切削対象物（ワーク材）１４０を固定するための固定具１２８が設けられている。定盤１２２上では、スピンドル１２６と固定具１２８とが対向配置されている。固定具１２８は、駆動機構を内蔵したスライド部材に保持され、Ｙ軸方向に移動可能となっており、スピンドル１２６と切削対象物１４０とが相対的に移動できるようになっている。また、固定具１２８は、Ｙ軸方向に移動するスライド部材に対して固定及び固定解除できるように構成されており、固定解除した場合には、Ｚ軸方向に平行な回転軸を中心にしてＤ方向に回動可能とされている。
【００１２】
切削装置１２０Ａは、固定部１２８に固定される切削対象物１４０の被加工面を観察するための観察機構を有している。観察機構の観察対象領域は、切削装置１２０Ａの加工範囲と関連づけられている。観察機構で切削対象物１４０の位置を確認して固定部１２８の初期位置を決定した後は、制御プロプログラムに従って各部が動作し、初期位置を基準にして正確に切削対象物１４０を加工してゆく。観察機構の観察視野内には、加工領域内における水平方向及び垂直方向に一致するように、目盛あるいは参照ラインが設けられている。切削対象物１４０に後述するアライメントマークが形成された後は、このアライメントマークが観察機構の観察視野内に含まれるように切削装置の固定部１２８の位置を調整し、アライメントマークと観察視野内の目盛又は参照ラインとをほぼ一致させる。そして、固定部１２８の位置を固定した後、観察視野内の目盛又は参照ラインとアライメントマークとのずれを計測する。こうして計測されたずれを、切削加工を行う際の制御にフィードバックする。
【００１３】
スピンドル１２６はスピンドルモータを内蔵している。図３Ａ（ｂ）に示すとおり、スピンドルモータの主軸１３０にはボールエンドミル１３２が設置されている。ボールエンドミル１３２は切削工具の一例である。
ボールエンドミル１３２が設置されたスピンドル１２６は、光学面を高精度に加工するため、エアベアリングを有するスピンドルであることが望ましい。スピンドル１２６を回転させる動力には、スピンドルモータを内蔵するスピンドルモータ方式と、高圧エアを供給するエアタービン方式とがある。当該動力としては、高剛性化のため、スピンドルモータ方式を採用するのが望ましい。
【００１４】
なお、図３Ａの切削装置１２０Ａに代えて、図３Ｂの切削装置１２０Ｂが用いられてもよい。
図３Ｂ（ａ）に示すとおり、切削装置１２０Ｂは、スピンドル１２６（ボールエンドミル１３２）がＹ軸に垂直な軸（Ａ軸）を中心とする円の周方向（Ａ方向），Ｙ軸及びＡ軸に垂直な軸（Ｃ軸）を中心とする円の周方向（Ｃ方向）にも回動可能である。Ａ軸，Ｂ軸，Ｃ軸の各回転軸は互いに直交している。切削装置１２０Ｂのこれ以外の構成は、切削装置１２０Ａと同様である（図３Ｂ（ｂ）参照）。
切削装置１２０Ｂによれば、ボールエンドミル１３２の先端刃先（後述の切削刃１３４など）の任意点における刃先輪郭線との法線と、加工面の法線とが常に平行になるように、ボールエンドミル１３２の姿勢を制御することができる。その結果、工具刃先の１点で加工することができ、加工形状に対する工具刃先輪郭誤差の影響を小さくすることができる。
【００１５】
図４に示すとおり、ボールエンドミル１３２の先端部には切削刃１３４がロウ付けされ固定されている。切削刃１３４は単結晶ダイヤモンドで構成されたダイヤモンドチップである。
切削刃１３４を平面視すると、図４（ａ）に示すとおり、切削刃１３４は円弧部１３４ａと直線部１３４ｂとを有している。切削刃１３４を側面視すると、図４（ｂ）に示すとおり、切削刃１３４は直線部１３４ｃ，１３４ｄ，１３４ｅを有している。円弧部１３４ａ，直線部１３４ｂ〜１３４ｅは切削刃１３４を構成する各平面が交わる稜線に相当する。
【００１６】
スピンドル１２６では、スピンドルモータが回転すると、これに連動して切削刃１３４が半球状の軌跡を描きながら回転するようになっている（図４（ａ），（ｂ）中２点鎖線参照）。この場合、円弧部１３４ａ，直線部１３４ｂ，１３４ｃ，１３４ｄの接点がスピンドル１２６の回転中心部１３４ｆとなっており、回転中心部１３４ｆはスピンドル１２６の回転によっては実質的に移動しない。
なお、切削刃１３４の回転とともに、Ｙ軸、Ｘ軸、及び、Ｚ軸方向の駆動機構が協働してボールエンドミル１３２を、Ｚ軸方向を中心にして渦巻き状に旋回させるように構成されている（図３Ａ（ｂ）、図３Ｂ（ｂ）参照）。
【００１７】
図４に示すとおり、切削刃１３４はボールエンドミル１３２の回転軸２５０（回転中心軸）上に配置されている。切削刃１３４の中でも、回転中心部１３４ｆが回転軸２５０上に配置されている。
【００１８】
図４の切削刃１３４に代えて、図５の切削刃１３６が用いられてもよい。
図５に示すとおり、切削刃１３６は直線部１３６ａ，１３６ｂ，円弧部１３６ｃ，直線部１３６ｄ，１３６ｅを有している。直線部１３６ａから直線部１３６ｂにかけて屈曲しており、直線部１３６ｂから直線部１３６ｄにかけて円弧部１３６ｃを介して湾曲している。直線部１３６ｄから直線部１３６ｅにかけては屈曲しており、直線部１３６ｅと交差する位置に回転軸２５０が配置されるようになっている。
直線部１３６ｄはいわゆる底刃に対応する部位であり、回転軸２５０を法線とする面との間で一定の角度θをなしている。角度θは、回転軸２５０を法線とする面と平行な角度を０°として、式（１）の条件を満たしている。
−０．９°≦θ≦＋０．９° … （１）
切削刃１３６が切削加工に使用される場合は、切削刃１３６の切削速度Ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ（分））とスピンドル１２６の回転数Ｓ（ｒｐｍ）との関係が、式（２）の条件を満たしている。
Ｓ＞（Ｆ／０．００００５）×｜ｔａｎθ｜ … （２）
直線部１３６ｄの幅Ｗ１と、回転半径（回転軸２５０から直線部１３６ｄの末端までの距離）の幅Ｗ２との関係が、式（３）の条件を満たしている。
Ｗ２−Ｗ１≧１μｍ … （３）
【００１９】
図４の切削刃１３４に代えて、図６の切削刃１３８が用いられてもよい。
切削刃１３８を平面視すると、図６（ａ）に示すとおり、切削刃１３８は直線部１３８ａ，円弧部１３８ｂ，直線部１３８ｃを有している。直線部１３８ｃと交差する位置に回転軸２５０が配置されるようになっている。切削刃１３８を側面視すると、図６（ｂ）に示すとおり、切削刃１３８は直線部１３８ｄ，１３８ｅ，１３８ｆ，円弧部１３８ｇ，直線部１３８ｈを有している。
【００２０】
［金型の製造方法］
図７に示すとおり、金型１００は下記（ａ）〜（ｇ）の各工程を経て製造される。
（ａ）切削対象物（金型母体）１４０を準備して所定領域にブランク加工を施す。
（ｂ）切削対象物１４０の所定領域に無電解ニッケルリンめっき処理を施し、めっき層１４２を形成する。
（ｃ）汎用のマシニングセンタを用いて切削対象物１４０の表面（めっき層１４２）を粗加工し、凹部１０２などの原形（凹凸形状）を形成する。
（ｄ）粗加工後の切削対象物１４０の表面を研磨して滑らかにする。
（ｅ）ダイヤモンド切削刃を用いて凹部１０２などを仕上げ加工する。
（ｆ）切削対象物１４０の表面を平面加工して基準面を形成し、その基準面に対しアライメントマーク１４４を形成する。
基準面は他の部材との間で高さ位置を調整する際に基準となる面である。
アライメントマーク１４４は後述するように、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲と金型１００の加工対象領域との位置合わせに用いられる。
なお、アライメントマーク１４４を他の目的、例えば、他の部材との位置合わせや、金型１００の成形物とその他の部材との位置合わせなどに用いるようにしてもよい。
加工面（基準面）の表面状態によっては、（ｅ），（ｆ）の工程の後に、表面を滑らかにする研磨を行う。
（ｇ）切削対象物１４０を洗浄して加工屑などを除去し、切削対象物１４０の表面にＳｉＯ２膜などの下地層を形成して離型剤を塗布する。
ＳｉＯ２膜は離型剤を塗布する際の下地として機能する。ＳｉＯ２膜の形成は蒸着，ＣＶＤ，スパッタのいずれかの処理で行う。切削対象物１４０の表面にＳｉＯ２膜を均一な膜厚で形成するには、ＣＶＤ処理を行うのが望ましい。
離型剤は金型１００から成形物の離型を容易にするものである。
【００２１】
（ｅ）の工程では、基本的に切削装置１２０Ａを使用する。
図３Ａ（ｂ）に示すとおり、スピンドル１２６のスピンドルモータを作動させ、ボールエンドミル１３２を高速で回転させる。併せて、ステージ１２４のＸ軸方向，Ｚ軸方向の移動と固定具１２８のＹ軸方向の移動とを協働させ、切削対象物１４０に対しボールエンドミル１３２を旋回させる。すなわち、ボールエンドミル１３２を回転させながら渦巻状に旋回させ、凹部１０２の表面を仕上げ加工する。
【００２２】
この場合、図８に示すとおり、最も外側の領域１５４から領域１５２を経て中央の領域１５０にかけて、ボールエンドミル１３２を、光軸に平行な状態に保持した状態で、回転させながら渦巻状に旋回・当接させ、凹部１０２と平面部１０４の一部または全部を加工する。
領域１５０は凹部１０２の中央部であって光軸と直交する領域を含む。
領域１５２は凹部１０２の周辺部であって領域１５０に隣接する領域である。
領域１５４は平面部１０４の一部または全部であって領域１５２と隣り合う領域である。
【００２３】
なお、（ｅ）の工程では、切削装置１２０Ｂを使用してもよい。
切削装置１２０Ｂを使用した場合も、切削装置１２０Ａを使用した場合と同様に、図３Ｂ（ｂ）に示すとおり、スピンドル１２６のスピンドルモータを作動させ、ボールエンドミル１３２を高速で回転させる。併せて、ステージ１２４のＸ軸方向，Ｚ軸方向の移動と固定具１２８のＹ軸方向の移動とを協働させ、切削対象物１４０に対しボールエンドミル１３２を旋回させる。
このとき、ボールエンドミル１３２を、Ａ軸，Ｃ軸方向にも回動させながら、工具刃先（切削刃１３４，１３６）の一点で常に加工するように渦巻状に旋回させ、凹部１０２や平面部１０４，１０８，１１２の表面を仕上げ加工する。
【００２４】
（ｆ）の工程でも、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂを使用する。
この場合、切削刃１３４を図５の切削刃１３６に代え、ボールエンドミル１３２を回転させながら旋回させ、平面部１０４（仕上げ加工した領域を除く残りの領域），１０８，１１２の表面を平面（平滑）加工する。
以上の切削刃１３６によれば、特殊な形状を有するから、工具半径や加工時間の増大を抑えながら、鏡面性に優れた平滑面を形成することができる。すなわち、理論上発生する凹凸を５０ｎｍ以下に抑えることが可能であり、平面部１０４，１０８，１１２を高精度・高効率に加工することができる。その結果、凹状金型１００から形成されるレンズ等の光学素子の鏡面部分を高精度化したり、平面部１０４，１０８，１１２における汚れや樹脂（凹状金型１００から転写される樹脂など）の付着を低減したりすることができる。
【００２５】
その後、平面部１１２に対し、図９（ａ）に示すとおり、一定の線幅を有する十字状のアライメントマーク１４４（溝）を形成する。アライメントマーク１４４は、縦の線幅と横の線幅との各中心線の交点が位置合わせに使用される。
アライメントマーク１４４を形成する場合、切削刃１３６を図６の切削刃１３８に代え、ボールエンドミル１３２を回転させながら、図９（ｂ）の順方向１４６（実線部）に沿って直線的に移動させる。その後、ボールエンドミル１３２を、回転方向を変えずに回転させながら、順方向１４６の移動軌跡を辿るように、順方向１４６と反対の逆方向１４８（点線部）に沿って移動させる。
順方向１４６に沿う移動ではダウンカット（加工対象物に向き合う部位における切削刃１３８の移動方向と、加工対象物に対する切削刃１３８の相対的な移動方向とが逆方向となる切削）とし、逆方向１４８に沿う移動ではアップカット（加工対象物に向き合う部位における切削刃１３８の移動方向と、加工対象物に対する切削刃１３８の相対的な移動方向とが順方向となる切削）とする。
【００２６】
ボールエンドミル１３２を順方向１４６にのみ移動させると、図９（ｃ）に示すとおり、ボールエンドミル１３２の順方向１４６への移動で形成された加工面１６０には微小な凹凸（いわゆるバリ１６２）が形成されるため、ここでは逆方向１４８にも移動させバリ１６２を除去する。
この場合、切削刃１３８の先端部と加工面１６０との間に間隔１６４をあけた状態で（切削刃１３８を少し浮かせた状態で）ボールエンドミル１３２を移動させる。間隔１６４として好ましくは２０ｎｍ程度確保する。
【００２７】
アライメントマーク１４４を実際に形成した場合の顕微鏡写真をみると、ボールエンドミル１３２を順方向１４６にのみ移動させた場合は、図１０（ａ）に示すとおり、アライメントマーク１４４の側縁部にバリ１６２が形成されているのがわかる。これに対し、ボールエンドミル１３２を逆方向１４８にも移動させた場合には、図１０（ｂ）に示すとおり、バリ１６２が十分に除去されているのが確認できる。
【００２８】
以上のアライメントマーク１４４を形成するための切削加工方法によれば、ボールエンドミル１３２を順方向１４６に移動させた後に、その移動軌跡を辿るように逆方向１４８に移動させるから、図１０（ｂ）に示すとおり、バリ１６２を十分に除去する（間隔１６４に対応した２０ｎｍ以下に抑える）ことができ、アライメントマーク１４４の形成面（加工面）を高精度に加工することができる。その結果、金型１００を用いた樹脂の転写工程において問題となる樹脂の付着を低減することができる。また、アライメントマーク１４４の形状が正確になるので、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲と金型母体の加工対象領域との位置合わせを正確に行いやすくなる。
【００２９】
［大径金型］
図１１に示すとおり、平面視した場合の金型３００は金型１００（図１参照）より大径であり、ウエハ状を呈している。金型３００には複数の凹部１０２がマトリクス状に形成されており、金型３００は凹部１０２の数が金型１００より多い。
なお、金型１００と同様に、凹部１０２間には平面部１０４、斜面部１０６、平面部１０８、斜面部１１０、平面部１１２が同心円状に形成されている。
【００３０】
金型３００の中央部には凹部１０２が形成されていない４つの領域があり、当該領域にはアライメントマーク１４４が１つずつ形成されている。つまり、４つのアライメントマーク１４４が、マトリクス状に並ぶ凹部１０２の行及び列に沿って配置されている。
なお、アライメントマーク１４４については、本実施形態に示したものに限らず種々の態様を採用することができる。例えば、凹部１０２が形成されていない４つの領域にそれぞれ複数のアライメントマーク１４４が形成されていてもよい。また、全ての領域に凹部１０２を形成した上で、隣り合う凹部１０２間にアライメントマーク１４４を形成するようにしてもよい。凹部１０２が形成されていない領域にアライメントマーク１４４を形成する場合は、アライメントマーク１４４を形成しやすくなる。全ての領域に凹部１０２を形成し、隣り合う凹部１０２間にアライメントマーク１４４を形成する場合は、レンズ部をより多く形成することができる。
【００３１】
金型３００は金型１００と同様に切削装置１２０Ａ，１２０Ｂにより金型母体２００を加工することによって製造されるが、その加工範囲は金型母体２００の平面面積より狭く、金型母体２００の１／４程度となっている。
なお、金型３００における凹部１０２の数や、金型３００の径に対する凹部１０２の径の大きさ等はあくまでも一例であり、用途や求められる光学性能に応じて任意に決めることができる。
【００３２】
［大径金型の製造方法］
金型３００の製造方法は基本的には金型１００の製造方法と同じであり、下記の点で異なっている。
金型３００の製造装置として切削装置１２０Ａ，１２０Ｂが使用される。
金型母体２００が大径であり、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０が金型母体２００の１／４程度であるため、図１２（ａ）に示すとおり、金型母体２００の加工対象領域を４つの領域２０２，２０４，２０６，２０８に分割し、図７の（ｅ）及び（ｆ）の工程の処理を４回に分けて領域２０２，２０４，２０６，２０８ごとに繰り返し行う。
但し、（ｆ）の工程のうちアライメントマーク１４４を形成するのは第１回のみである。
なお、図７の（ａ）及び（ｂ）の工程を４つの領域２０２，２０４，２０６，２０８に対して一括して行った上で、（ｃ）〜（ｆ）の工程を４回に分けて領域２０２，２０４，２０６，２０８毎に繰り返すようにしてもよい（この場合も、第２回以降は（ｆ）の工程ではアライメントマークの形成は行わない）。
【００３３】
１回目では、図１２（ａ）に示すとおり、加工範囲２１０に包含される領域２０２とその周辺の凹部１０２などの加工を行うとともに、各領域２０２，２０４，２０６，２０８に１つずつアライメントマーク１４４を形成する。
２回目では、図１２（ｂ）に示すとおり、加工範囲２１０に対し金型母体２００を１／４回転させ、加工範囲２１０に包含される領域２０４の凹部１０２などの加工を行う。ここでは、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの固定具１２８を固定解除してＺ軸に平行な回転軸を中心にしてＤ方向に回転させることにより、金型母体２００と切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０とを相対移動させる。この場合、固定具１２８を回転させる機構が移動手段となる。当該機構にクラッチを設けるなどして、所定角度毎に回転が進むようにすると２回目以降の固定具１２８の設定が容易になる。もちろん、金型母体２００を一旦取り外して１／４回転させた後再度切削装置１２０Ａ，１２０Ｂに取り付けるようにしても構わない。
【００３４】
金型母体２００と切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０とを相対移動させた後、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの観察装置により、金型母体２００上に形成されたアライメントマーク１４４を観察する。そして、観察視野内の目盛又は参照ラインとアライメントマーク１４４の並び方向とを比較する。必要に応じて両者の差異が小さくなるように固定具１２８の位置を調整する。その後、両者の比較結果からずれ量を計測し、このずれ量が補正されて加工されるように加工プログラムにフィードバックする。
なお、凹部１０２の並び方向に沿った少なくとも２箇所のアライメントマーク１４４が観察視野内に含まれるようにしておけば、観察視野内の目盛や参照ラインとの比較でずれ量を把握することができるが、本実施形態のように４箇所設けておくと、ずれ量の検出の仕方が各回共通にできるという利点がある。
このようにすることで、領域２０４のアライメントマーク１４４を領域２０２のアライメントマーク１４４が存在していた位置にほぼ合致し、また、両者のずれは制御プログラムで補正加工されるようにフィードバックされることにより、１回目から２回目に切り替わる際の金型母体２００と切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０との位置決めが実質的に完了する。本実施形態によれば、被加工物である金型母体２００を回転させることにより加工対象領域を切り替えるので、加工対象領域の切り替えの際に切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの周囲に大きなスペースがいらないという利点がある。
【００３５】
３回目では、図１２（ｃ）に示すとおり、金型母体２００をさらに１／４回転させ、加工範囲２１０に包含される領域２０６の凹部１０２などの加工を行う。
この場合も、領域２０６のアライメントマーク１４４を領域２０２のアライメントマーク１４４が存在していた位置に合致するように２回目と同様の手順を実行し、２回目から３回目に切り替わる際の金型母体２００の位置決めを行う。
最後の４回目でも、２回目，３回目と同様に、金型母体２００をさらに１／４回転させ（領域２０８のアライメントマーク１４４を領域２０２のアライメントマーク１４４が存在していた位置に合致するように金型母体２００の位置決めを行い）、加工範囲２１０に包含される領域２０６の凹部１０２などの加工を行う。こうして、大径金型３００を得る。
こうして、金型母体２００を１／４ずつ移動させる際に、移動前後で切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０の一部が重複しており、この重複した加工範囲２１０内に相当する金型母体２００の加工対象領域に、複数のアライメントマーク１４４が形成されている。従って、金型母体２００を回転させても常に切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの観察視野内にアライメントマーク１４４が含まれることとなり、ひいては、加工範囲２１０内に常にアライメントマーク１４４を存在させながら加工を行うことができるため、金型母体２００の移動の度にアライメントマーク１４４を用いた位置合わせが可能となり、精度よい加工を容易に行うことができる。
【００３６】
以上の大径金型３００の製造方法によれば、金型母体２００の加工対象領域を４つの領域２０２，２０４，２０６，２０８に分割して領域２０２，２０４，２０６，２０８ごとに位置合わせしながら金型母体２００を加工するから、切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０が金型母体２００の面積より狭くても、汎用の切削装置１２０Ａ，１２０Ｂで大径サイズの金型母体２００を加工することができる。その結果、大型の切削装置を導入する必要もなくなり、切削装置にかかる導入コストやその設置スペースの確保を考慮する必要がなくなる。
【００３７】
なお、金型母体２００の加工は上記のとおり４回に分けて行われその加工時間が長くなりがちなので、環境温度の変化の影響を受け加工精度が低下するのを防止するために、金型２００の素材として好ましくは低熱膨張係数の材料を使用する。
金型母体２００の加工領域は領域２０２，２０４，２０６，２０８の４つに限らず、加工範囲２１０に応じた領域数に分割してもよい。
なお、２回目以降の処理で使用する切削装置１２０Ａ，１２０Ｂの加工範囲２１０の位置決め用のアライメントマーク１４４の他に、１回目から最終回までの間に別の目的で（例えば、成形用の）アライメントマークを形成してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１００ 金型
１０２ 凹部（キャビティ）
１０４ 平面部
１０６ 斜面部
１０８ 平面部
１１０ 斜面部
１１２ 平面部
１２０Ａ，１２０Ｂ 切削装置
１２２ 定盤
１２４ ステージ
１２６ スピンドル
１２８ 固定具
１３０ （スピンドルモータの）主軸
１３２ ボールエンドミル
１３４ 切削刃
１３４ａ 円弧部
１３４ｂ 直線部
１３４ｃ，１３４ｄ，１３４ｅ 直線部
１３４ｆ 回転中心部
１３６ 切削刃
１３６ａ，１３６ｂ 直線部
１３６ｃ 円弧部
１３６ｄ，１３６ｅ 直線部
１３８ 切削刃
１３８ａ 直線部
１３８ｂ 円弧部
１３８ｃ 直線部
１３８ｄ，１３８ｅ，１３８ｆ 直線部
１３８ｇ 円弧部
１３８ｈ 直線部
１４０ 切削対象物（金型母体）
１４２ メッキ層
１４４ アライメントマーク
１４６ 順方向
１４８ 逆方向
１５０，１５２，１５４ 領域
１６０ 加工面
１６２ バリ
１６４ 間隔
２００ 金型母体
２０２，２０４，２０６，２０８ 領域
２１０ 加工範囲
３００ 大径金型
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型母体の被加工面の大きさよりも小さい加工範囲を有する切削装置を用いて前記金型母体を加工するようにした金型の製造方法であって、
前記金型母体の被加工面に複数のアライメントマークを形成する工程と、
前記金型母体の被加工領域を前記切削装置の加工範囲以下の大きさの複数の領域に分割し、この分割された領域単位で前記金型母体を前記切削装置の加工範囲に対して相対的に移動させ、各領域の前記金型母体を加工する工程と、を備え、
前記複数のアライメントマークのうち少なくとも２つが前記相対移動前後で前記切削装置の加工範囲に含まれていることを特徴とする金型の製造方法。
【請求項２】
前記相対移動後に前記少なくとも２つのアライメントマークを使って前記切削装置の前記金型母体に対する位置調整を行う請求項１に記載の金型の製造方法。
【請求項３】
前記金型母体の被加工面に、前記分割された領域のそれぞれに対応づけて前記アライメントマークが形成されている請求項１又は２に記載の金型の製造方法。
【請求項４】
前記アライメントマークは、切削刃を往復させて加工されることにより前記金型母体上に形成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の金型の製造方法。
【請求項５】
前記金型母体を被加工面に垂直な回転軸を中心にして回転させることにより、前記相対移動を行う請求項１〜４のいずれか一項に記載の金型の製造方法。
【請求項６】
前記複数のアライメントマークは、前記回転軸の近傍に形成されている請求項５に記載の金型の製造方法。
【請求項７】
前記相対移動と前記金型母体の加工とを繰り返すことにより、前記金型母体の被加工領域全体を加工する請求項１〜６のいずれか一項に記載の金型の製造方法。
【請求項８】
前記金型母体の被加工面には、加工によって、マトリクス状に配置された複数の加工形状が形成され、前記少なくとも２つのアライメントマークは、上記加工形状のマトリクス配列の列又は行に沿って配置されている請求項７に記載の金型の製造方法。
【請求項９】
前記相対移動前後で、前記切削装置の加工範囲の一部が重複しており、該重複した加工範囲内に相当する前記金型母体の加工対象領域に、前記複数のアライメントマークが形成されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の金型の製造方法。
【請求項１０】
金型母体の被加工面の大きさよりも小さい加工範囲を有する金型の製造装置であって、
前記金型母体の被加工面に複数のアライメントマークを形成するボールエンドミルと、
前記金型母体の被加工領域を前記加工範囲以下の大きさの複数の領域に分割し、この分割された領域単位で前記金型母体を前記加工範囲に対して相対的に移動させる移動手段と、
を備え、
前記複数のアライメントマークのうち少なくとも２つが前記相対移動前後で前記加工範囲に含まれていることを特徴とする金型の製造装置。
【請求項１】
金型母体の被加工面の大きさよりも小さい加工範囲を有する切削装置を用いて前記金型母体を加工するようにした金型の製造方法であって、
前記金型母体の被加工面に複数のアライメントマークを形成する工程と、
前記金型母体の被加工領域を前記切削装置の加工範囲以下の大きさの複数の領域に分割し、この分割された領域単位で前記金型母体を前記切削装置の加工範囲に対して相対的に移動させ、各領域の前記金型母体を加工する工程と、を備え、
前記複数のアライメントマークのうち少なくとも２つが前記相対移動前後で前記切削装置の加工範囲に含まれていることを特徴とする金型の製造方法。
【請求項２】
前記相対移動後に前記少なくとも２つのアライメントマークを使って前記切削装置の前記金型母体に対する位置調整を行う請求項１に記載の金型の製造方法。
【請求項３】
前記金型母体の被加工面に、前記分割された領域のそれぞれに対応づけて前記アライメントマークが形成されている請求項１又は２に記載の金型の製造方法。
【請求項４】
前記アライメントマークは、切削刃を往復させて加工されることにより前記金型母体上に形成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の金型の製造方法。
【請求項５】
前記金型母体を被加工面に垂直な回転軸を中心にして回転させることにより、前記相対移動を行う請求項１〜４のいずれか一項に記載の金型の製造方法。
【請求項６】
前記複数のアライメントマークは、前記回転軸の近傍に形成されている請求項５に記載の金型の製造方法。
【請求項７】
前記相対移動と前記金型母体の加工とを繰り返すことにより、前記金型母体の被加工領域全体を加工する請求項１〜６のいずれか一項に記載の金型の製造方法。
【請求項８】
前記金型母体の被加工面には、加工によって、マトリクス状に配置された複数の加工形状が形成され、前記少なくとも２つのアライメントマークは、上記加工形状のマトリクス配列の列又は行に沿って配置されている請求項７に記載の金型の製造方法。
【請求項９】
前記相対移動前後で、前記切削装置の加工範囲の一部が重複しており、該重複した加工範囲内に相当する前記金型母体の加工対象領域に、前記複数のアライメントマークが形成されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の金型の製造方法。
【請求項１０】
金型母体の被加工面の大きさよりも小さい加工範囲を有する金型の製造装置であって、
前記金型母体の被加工面に複数のアライメントマークを形成するボールエンドミルと、
前記金型母体の被加工領域を前記加工範囲以下の大きさの複数の領域に分割し、この分割された領域単位で前記金型母体を前記加工範囲に対して相対的に移動させる移動手段と、
を備え、
前記複数のアライメントマークのうち少なくとも２つが前記相対移動前後で前記加工範囲に含まれていることを特徴とする金型の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−３０４１４（Ｐ２０１２−３０４１４Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７０１５８（Ｐ２０１０−１７０１５８）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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