JP2009107088A - 金型の製造方法および光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な複数列の溝が精密に形成された金型の製造方法および光学素子の製造方法を提供する。
【解決手段】刃の掬い面から逃げ面側につき抜けた溝が逃げ面に形成され、且つ刃の先端の曲率半径が５０ｎｍ〜５μｍであるダイヤモンドバイトで、圧延方向に対して０度、４５度、および９０度方向でのランクフォード値ｒ₀、ｒ₄₅、およびｒ₉₀の平均値ｒ_av（＝（ｒ₀＋２×ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４）が０．６以上の金属または加工硬化指数が０．２〜１．０の金属からなるワークを切削することによって複数列の溝が形成された金型を得る。該金型を用いて透明樹脂成形体に前記複数列溝の形状を転写することによって、複数列の溝が形成された光学素子を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、金型の製造方法および光学素子の製造方法に関する。さらに詳細には、微細な複数列の溝が精密に形成された金型の製造方法および該製造方法で得られた金型を用いて転写する工程を含む複数列の溝が形成された光学素子の製造方法に関する。

単結晶ダイヤモンド工具を用いてワークを切削し、複数列の溝を形成する方法としては、先端を尖らせた工具によって１本の溝を切削によって形成し、ピッチＰだけ工具を移動させ、その次の溝を一本切削によって形成するということを順次繰り返す方法が知られている。
また、特許文献１に記載されているように、単結晶ダイヤモンド工具を用いて加工物を切削する加工方法において、単結晶ダイヤモンド工具上に作製された複数の微細溝を加工物に一括転写させることにより微細溝の加工を行う方法も知られている。しかしながら、従来の方法では、ワーク切削量が増すに従い、ダイヤモンド工具先端に形成された溝の形状が変化するため、大面積の金型を作製することが困難であるといった問題を有していた。
特開２００４−１８８５１１号公報

本発明の目的は、微細な複数列の溝が精密に形成された大面積金型の製造方法を提供することにある。

本発明者は、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、刃の掬い面から逃げ面側につき抜けた溝が逃げ面に複数形成され、且つ刃の先端の曲率半径が５０ｎｍ〜５μｍであるダイヤモンドバイトで、圧延方向に対して０度、４５度、および９０度方向でのランクフォード値ｒ₀、ｒ₄₅、およびｒ₉₀の平均値ｒ_av（＝（ｒ₀＋２×ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４）が０．６以上の金属または加工硬化指数が０．２〜１．０の金属からなるワークを切削することによって、微細な複数列の溝が精密に形成された金型を製造できることを見出した。本発明はこの知見に基づいてさらに検討し、完成したものである。

すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
（１）刃の掬い面から逃げ面側につき抜けた溝が逃げ面に複数形成され、且つ刃の先端の曲率半径が５０ｎｍ〜５μｍであるダイヤモンドバイトを用いて、
式（１）で表されるランクフォードの平均値ｒ_avが０．６以上の金属または加工硬化指数が０．２〜１．０の金属からなるワークを切削することを含む、
複数列の溝が形成された金型の製造方法。
ｒ_av＝（ｒ₀＋２×ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４ 式（１）
（式中、ｒ₀は圧延方向に対して０度方向のランクフォード値、ｒ₄₅は圧延方向に対して４５度方向のランクフォード値、ｒ₉₀は圧延方向に対して９０度方向のランクフォード値である。）
（２）前記ダイヤモンドバイトの逃げ面に形成された溝のピッチが１００ｎｍ〜２０μｍである、（１）に記載の金型の製造方法。
（３）前記ダイヤモンドバイトの刃先角が７０度〜９０度である、（１）または（２）に記載の金型の製造方法。
（５）ダイヤモンドバイトの逃げ面に形成されている溝は、逃げ面側から掬い面側に向けて収束イオンビームを照射して形成されたものである、（１）〜（３）のいずれかに記載の金型の製造方法。
（６）前記収束イオンビームの入射方向と前記逃げ面との為す角が１０度以下である、（４）に記載の金型の製造方法。

（７）刃の掬い面から逃げ面側につき抜けた溝が逃げ面に複数形成され、且つ刃の先端の曲率半径が５０ｎｍ〜５μｍであるダイヤモンドバイトを用いて、
式（１）で表されるランクフォードの平均値ｒ_avが０．６以上の金属または加工硬化指数が０．２〜１．０の金属からなるワークを切削することを含む方法によって複数列の溝が形成された金型を得、
該金型を用いて、透明樹脂成形体に前記複数列溝の形状を転写する工程を含む、複数列の溝が形成された光学素子の製造方法。
ｒ_av＝（ｒ₀＋２×ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４ 式（１）
（式中、ｒ₀は圧延方向に対して０度方向のランクフォード値、ｒ₄₅は圧延方向に対して４５度方向のランクフォード値、ｒ₉₀は圧延方向に対して９０度方向のランクフォード値である。）

本発明の金型の製造方法によれば、微細な複数列の溝が精密に形成された金型を容易に製造することができる。該金型によって、微細な複数列の溝を有する樹脂成形体（光学素子など）を容易に得ることができる。

本発明の金型の製造方法は、刃の掬い面から逃げ面側につき抜けた溝が逃げ面に複数形成され、且つ刃の先端の曲率半径が５０ｎｍ〜５μｍであるダイヤモンドバイトで、圧延方向に対して０度、４５度、および９０度方向でのランクフォード値ｒ₀、ｒ₄₅、およびｒ₉₀の平均値ｒ_av（＝（ｒ₀＋２×ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４）が０．６以上の金属または加工硬化指数が０．２〜１．０の金属からなるワークを切削することを含むものである。

ダイヤモンドバイトに用いられるダイヤモンド材は、切削工具の材料として従来から使用されている材料の中から選択できる。本発明において、ダイヤモンド材は単結晶のものが好ましい。ダイヤモンド材は切削工具として切削盤に取り付け易い大きさ及び形状に加工されている。例えば、直方体などの形状に加工されている。

本発明で用いるダイヤモンドバイトは、刃の先端の曲率半径が５０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２μｍである。なお、ダイヤモンドバイトの刃の先端の曲率半径は、電界放出型走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して、刃先を真横から観察することにより容易に測定できる。
ダイヤモンドバイトは掬い面と逃げ面とを有する。逃げ面はバイトの刃の背面である。刃物の背面（逃げ面）が被削面に触れないように間をあける角度（逃げ角）は、好ましくは、０．５度〜１０度、より好ましくは２度〜７度である。
掬い面は切削刃物で切屑がすべっていく面である。刃先点での垂線と掬い面とのなす角（掬い角または歯喉角）は、好ましくは−１０度〜１０度、より好ましくは−５度〜５度である。
掬い面と逃げ面とのなす角度（刃先角）は、好ましくは７０度〜９０度、より好ましくは８０度〜８５度である。切削面上で切れ刃線が切削方向と直交する線に対してなす角（バイアス角）は、好ましくは０度〜２０度、より好ましくは０度〜１０度である。

ダイヤモンドバイトは、刃の掬い面から逃げ面側につき抜けた溝が逃げ面に形成されている。例えば、図１で示される構造の溝が形成されている。図１（２）の点線は溝の底面を示している。逃げ面に形成された溝のピッチは、好ましくは１００ｎｍ〜２０μｍ、より好ましくは２００ｎｍ〜１０μｍである。溝の幅は、好ましくは５０ｎｍ〜１０μｍであり、より好ましくは１００ｎｍ〜５μｍである。溝の幅／溝のピッチの比は０．３〜０．７であることが好ましい。
逃げ面に形成された溝の深さは掬い面から逃げ面側に向かって漸次浅くなっていることが好ましい。最深部の深さは好ましくは２０ｎｍ〜１０μｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜５μｍである。なお、逃げ面が被削面に触れないように間をあけるのと同様に、溝の底面が被削面に触れないように間をあけることが好ましい。
溝の最深部の深さ／溝の幅の比は、好ましくは０．１〜５．０、より好ましくは０．４〜３．０、特に好ましくは０．７〜２．０である。溝は切削方向に平行になるように形成されることが好ましい。

逃げ面に形成された溝の断面形状は、特に制限されないが、例えば、長方形、三角形、半円形、台形、又はこれらの形状を若干変形させたような形状などを挙げることができる。これらのうち矩形が好ましい。溝はダイヤモンドバイトの逃げ面に、好ましくは５００ｎｍ〜５μｍの幅に亘って、特に好ましくは全幅に亘って形成されている。掬い面および逃げ面は滑らかになっていることが好ましく、算術平均粗さ（Ｒａ）で、１０ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以下であることがより好ましい。

ダイヤモンド材に上記のような溝を形成する方法として、収束イオンビーム（ＦＩＢ）加工法と、プラズマエッチング加工法とが挙げられる。
ＦＩＢ加工法は、加速されたＧａ（ガリウム）のイオンビームを静電レンズ系により集束し、試料表面を走査して、発生した二次電子や二次イオンを検出して画像（ＳＩＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ像）として観察しながら、目的の場所を高い位置精度で、正確に断面加工する方法である。

本発明においては、逃げ面側から掬い面側に向けて収束イオンビームを照射してダイヤモンドバイトの逃げ面に溝を形成することが好ましい。逃げ面側から収束イオンビームを照射することによって、フレアに起因する加工エッジのダレを低減することができ、加工エッジのシャープな凹凸を形成することができ、高精度な凹凸形状を形成することができる。
また、収束イオンビームの入射方向と、ダイヤモンドバイトの逃げ面との為す角が１０度以下、好ましくは５度以下の条件で加工することが好ましい。

一方、プラズマエッチング加工法は、ダイヤモンドバイト上の溝を形成したい部分以外の部分を、酸化珪素などのプラズマエッチングに耐性を示す材料からなるマスクで被覆し、次いで酸素を含むガスのプラズマに曝して、逃げ面に溝を形成する方法である（特開２００７−６７４５３号公報など参照）。

該ダイヤモンドバイトは、通常、切削盤に取り付けやすくするためにシャンクにろう付けして使用される。ダイヤモンドバイトを精密微細加工機（切削盤）に取り付けて、該ダイヤモンドバイトを用いてワーク上に微細な複数列の溝を形成し金型を得る。
ワークとしては、平板状のものと、ロール状のものとが挙げられる。ロール状ワークでは、ダイヤモンドバイトの刃をロール状ワークの曲面に圧しあて、ロール状ワークを回転させて、ロール状ワーク曲面を切削又は研削する。

精密微細加工機は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の移動精度が、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下、特に好ましくは１０ｎｍ以下のものである。精密微細加工機は、好ましくは０．５Ｈｚ以上の振動の変位が５０μｍ以下に管理された室内、より好ましくは０．５Ｈｚ以上の振動の変位が１０μｍ以下に管理された室内に設置して、切削加工を行う。また、平板状ワーク又はロール状ワークの切削又は研削は、好ましくは温度が±０．５℃以内に管理された恒温室、より好ましくは±０．３℃以内に管理された恒温室で行う。

ワークに使用する金属は、ランクフォードの平均値ｒ_avが０．６以上、好ましくは０．７〜１．２の金属、または、加工硬化指数が０．２〜１．０、好ましくは０．４〜０．６の金属である。ワークに使用する特に好ましい金属は、ランクフォードの平均値または加工硬化指数が伴に上記範囲の数値を示すものである。
ランクフォードの平均値または加工硬化指数が上記範囲の数値を示す金属は、例えば、純銅、無酸素銅；黄銅などの銅合金；インコネル、ハステロイ、モネル、ニクロム、パーマロイなどのニッケル合金；クロム鋼、クロムニッケル鋼（例えば、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼）、二相ステンレス鋼等の中から選択される。また、切削に使用するワークとしては、前記金属を、電着又は無電解めっきにより母材上に形成した金属膜が挙げられる。

前記金属からなるワークに、前述した形状を有するダイヤモンドバイトを圧し付け加工することにより、複数列の溝を直接金型上に形成することができる。その際、ダイヤモンドバイトの刃先が丸くなっているので、延性の高い材料で構成されるワークにかかる圧力を上げることができ、ダイヤモンドバイト先端に形成した微細構造を忠実にワーク上に形成することができる。
また、ワークの上にダイヤモンドバイトを圧し付け加工して複数列の溝を形成させ、このワークの上に電鋳で金属版を製造し、この金属版をワークから引き剥がし、その金属版を基材に貼り付けることによって金型を作製してもよい。金型は板状のものであっても、ロール状のものであってもよい。

上記の方法で得られた金型により複数列の溝を透明樹脂成形体に転写することができ、複数列の溝が転写された透明樹脂成形体は光学素子として利用できる。
透明樹脂成形体としては、透明樹脂のフィルムや板が通常用いられる。該透明樹脂は、加工性の観点からガラス転移温度が６０〜２００℃であることが好ましく、１００〜１８０℃であることがより好ましい。なお、ガラス転移温度は示差走査熱量分析（ＤＳＣ）により測定することができる。

透明樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース、脂環式オレフィンポリマーなどが挙げられる。

本発明に用いる透明樹脂は、顔料や染料のごとき着色剤、蛍光増白剤、分散剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、耐電防止剤、酸化防止剤、滑剤、溶剤などの配合剤が適宜配合されたものであってもよい。

透明樹脂成形体の平均厚さは、取り扱い性の観点から通常５μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは２０〜５００μｍである。透明樹脂成形体は、波長４００〜７００ｎｍの可視領域の光の透過率が８０％以上であるものが好ましい。

透明樹脂成形体として長尺状のものが好ましく用いられる。長尺とは、幅に対し少なくとも５倍程度以上の長さを有するものを言い、好ましくは１０倍もしくはそれ以上の長さを有するものを言い、具体的にはロール状に巻回されて保管または運搬される程度の長さを有するものを言う。
長尺状の透明樹脂成形体の幅は、好ましくは５００ｍｍ以上、より好ましくは１０００ｍｍ以上である。製造工程の途中において、任意に、その幅方向の両端を切り落とす（トリミング）ことがある。この場合、前記透明樹脂成形体の幅は、両端を切り落とした後の寸法とすることができる。
透明樹脂成形体は、公知の成形方法で得ることができる。成形法としては、キャスト成形法、押出成形法、インフレーション成形法などが挙げられる。

透明樹脂成形体への転写方法は特に制限されない。例えば、ロール状金型（転写ロール）を用いる場合は、転写ロールとニップロールの間で透明樹脂フィルムを挟圧し、転写ロール面に形成された複数列の溝を樹脂フィルム表面に転写する。転写ロールとニップロールとによる挟み圧力は、好ましくは数ＭＰａ〜数十ＭＰａである。また転写時の温度は、樹脂フィルムを構成している透明樹脂のガラス転移温度をＴｇとすると、好ましくはＴｇ〜（Ｔｇ＋１００℃）である。樹脂フィルムと転写ロールとの接触時間は樹脂フィルムの送り速度、すなわちロール回転速度によって調整でき、好ましくは５〜６００秒間である。
別の転写方法としては、透明樹脂成形体の表面に感光性透明樹脂を塗布し、該塗膜に転写用金型を圧しあて、その状態で露光して感光性透明樹脂を硬化させ、次いで金型を剥がす方法が挙げられる。

転写によって、樹脂成形体表面に複数列の溝（または凸条）が形成された光学素子が得られる。
該光学素子は、グリッド偏光フィルム、回折格子、光拡散板、集光シート（プリズムシート）などに用いられる。

次に、光学素子としてグリッド偏光フィルムを例に挙げて、本発明の光学素子の製法を説明する。
本発明の複数列の溝が形成された光学素子の製造方法は、前記金型の製造方法によって得られた金型を用いて、透明樹脂成形体に前記複数列溝の形状を転写する工程を含むものである。
グリッド偏光フィルムでは、グリッド偏光性能を示す格子形状を有している。従って、転写用の金型は、この格子形状に対応した溝が形成されている必要がある。そして該金型は、金型の溝サイズに対応するようにダイヤモンドバイトの溝サイズを調整し、前記本発明の金型の製造方法に従って製造する。

グリッド偏光性能を示す格子形状は、凸条の高さが、好ましくは５〜３０００ｎｍの範囲内、好ましくは２０〜３００ｎｍの範囲内、より好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲内であり、凸条の幅が、好ましくは３０〜２００ｎｍの範囲内、より好ましくは６０〜１５０ｎｍの範囲内であり、凸条間の距離（ピッチ）が、好ましくは２０〜６００ｎｍの範囲内、より好ましくは８０〜４００ｎｍの範囲内である。なお、ここで凸条間の距離は、凸条の頂点間距離のことである。

凸条の高さ、幅、およびピッチは、それらを電子顕微鏡によって観察して、その観察像の寸法を測定して、それらから平均を求める。具体的には、フィルム面から無作為に９点を選択し、その部分を観察し、観察像の長さ１０μｍの範囲内にある凸条の高さ、幅、およびピッチを測定し、それら９点の測定値から算出する。

凸条の高さ／幅の比は、好ましくは０．３〜３．０、より好ましくは０．５〜２．０である。凸条は細長く線状に延びており、その長さは好ましくは５００ｎｍ以上である。凸条は略平行に並んでいる。ここで略平行とは、平行方向から±５度の範囲内にあることをいう。

グリッド偏光フィルムを得るために、前記凸条が転写された透明樹脂成形体に金属グリッド層を形成する。金属グリッド層に用いられる材料は、導電性金属が好ましく、具体的には、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、ロジウム、スズ等の金属が挙げられる。

金属グリッド層は、前記凸条の頂、または凸条の間に形成される溝の底に形成されることが好ましい。金属グリッド層は、導電性金属の材料を物理蒸着（ＰＶＤ法）することによって形成することができる。ＰＶＤ法は、蒸着材料を蒸発・イオン化し、被膜を形成させる方法である。具体的には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング（イオンめっき）法、イオンビームデポジション法等の中から適宜選択することができる。これらのうち真空蒸着法が好適である。
真空蒸着法は、真空にした容器の中で、蒸着材料を加熱し気化もしくは昇華して、離れた位置に置かれた基材の表面に付着させ、薄膜を形成する方法である。蒸着材料、基材の種類により、抵抗加熱、電子ビーム、高周波誘導、レーザーなどの方法で加熱される。

ＰＶＤ法によって形成された金属グリッド層の幅を細く調整するために、湿式エッチングを行ってもよい。また湿式エッチングの前に金属グリッド層の上にマスキングをしてもよい。
マスキングには無機化合物が通常用いられる。例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素または窒化酸化ケイ素などの化合物が挙げられる。これらの中では特に酸化ケイ素が好ましい。マスキングに用いられる無機化合物膜の厚さは、特に制限されないが、通常１〜１００ｎｍ、好ましくは２〜５０ｎｍ、より好ましくは３〜２０ｎｍである。

湿式エッチングの前に、略平行に並んだ凸条の長手に直交する方向に延伸することができる。この延伸によって凸条の中心間距離が広がるため、金属グリッド層の間隔が広がり、結果として光線透過率が高くなる。また溝の底面に形成されていた金属グリッド層は、延伸によって、凸条の基部から離れ隙間ができる。後述する湿式エッチング液がこの隙間に入り込み、溝に形成された金属グリッド層の両端を優先的に除去し、中央よりも両端を薄くすることができる。

延伸方法は特に限定されないが、凸条に直交する方向の延伸倍率を好ましくは１．０５〜５倍、より好ましくは１．１〜３倍、凸条に平行な方向の延伸倍率を好ましくは０．９〜１．１倍、より好ましくは０．９５〜１．０５倍にする。
延伸後の凸条の幅および高さは、延伸前の値とほとんど変わらない。一方、凸条の中心間距離は、延伸前よりも長くなり、好ましくは３０〜１０００ｎｍ、より好ましくは５０〜６００ｎｍである。このような延伸を行うために、テンター延伸機による連続的な横一軸延伸が好適である。

湿式エッチングはエッチング液に金属グリッド層を接触させることによって行われる。エッチング液は、透明樹脂成形体を腐食等させずに金属グリッド層の一部を除去できる液であれば良く、マスキング層（無機化合物膜）、金属グリッド層、および透明樹脂成形体の材質に応じて適宜選択される。湿式エッチング液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属化合物を含有する溶液；硫酸、燐酸、硝酸、酢酸、フッ化水素、塩酸などを含有する溶液；過硫酸アンモニウム、過酸化水素、フッ化アンモニウム等やそれらの混合液からなる溶液などが挙げられる。また、湿式エッチング液には界面活性剤などの添加剤が添加されていても良い。

この湿式エッチングによって、凸条の頂部に積層された金属グリッド層の両袖部分、溝の底面に積層された金属グリッド層の両端が除去される。その結果、凸条の頂に凸条の幅と同程度の幅の金属グリッド層が除去されずに残り、また溝の底面の中央に金属グリッド層が除去されずに残る。

金属グリッド層の幅および長さは、凸条の幅および長さ、または凸条の間に形成される溝の幅または長さにほぼ従う。凸条の頂に形成される金属グリッド層Ａの厚さは、特に制限されない。通常２０〜５００ｎｍ、好ましくは３０〜３００ｎｍ、より好ましくは４０〜２００ｎｍである。凸条の間に形成される溝の底に形成される金属グリッド層Ｂの厚さは、特に制限されない。通常２０〜５００ｎｍ、好ましくは３０〜３００ｎｍ、より好ましくは４０〜２００ｎｍである。溝の底に形成される金属グリッド層Ｂは、中央部の厚さＨ₁に対する両端部の厚さＨ₂の比が、好ましくは０．６以下、より好ましくは０．４以下、特に好ましくは０．２以下であるものが好ましい。すなわち、溝の底に形成される金属グリッド層Ｂの垂直断面の形状は、中央に高く両側に低くなる形（山形）であることが好ましい。
金属グリッド層間のピッチは、凸条の頂に形成された金属グリッド層Ａ相互の間隔および／または溝の底に形成された金属グリッド層Ｂ相互の間隔として示され、いずれも好ましくは２０〜６００ｎｍの範囲内、より好ましくは８０〜４００ｎｍの範囲内にある。

得られたグリッド偏光フィルムの金属グリッド層を形成した側の面に直接または他の層を介して保護層を積層させてもよい。
保護層は、その材質によって特に制限されないが、透明材料からなるものが好ましい。透明材料としては、ガラス、無機酸化物、無機窒化物、多孔質物質、透明樹脂などが挙げられる。これらのうち、特に透明樹脂からなるものが好ましい。透明樹脂は、前述の透明樹脂成形体を構成するものとして示したものから適宜選択して用いることができる。
保護層の平均厚さは、取り扱い性の観点から通常５μｍ〜１ｍｍ、好ましくは２０〜２００μｍである。保護層は、４００〜７００ｎｍの可視領域の光の透過率が８０％以上であるものが好ましい。

また、保護層は、その波長５５０ｎｍで測定したレターデーションＲｅが、５０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがより好ましい。また、面内の任意２点のレターデーションＲｅの差（レターデーションむら）は、好ましくは１０ｎｍ以下であり、より好ましくは５ｎｍ以下である。レターデーションＲｅが大きく、またレターデーションむらが大きいと、液晶表示装置に用いた場合に表示面の明るさにバラツキが生じやすくなる。

保護層を積層させるために接着剤（粘着剤を含む）を用いることができる。凸条の頂の金属グリッド層と保護層との間に介在する接着剤からなる層（接着層）の平均厚さは、通常０．０１μｍ〜３０μｍ、好ましくは０．１μｍ〜１５μｍである。保護層を接着剤で貼り付ける場合には、凸条の間に形成される溝に接着剤が入り込まないようにし、金属グリッド層間の空間に空気が残るようにすることが偏光分離性能を高める点で好ましい。

次に、本発明を実施例を示してより具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されない。

実施例１
逃げ角５度、０．２ｍｍ×１ｍｍの逃げ面（Ｂ）と、掬い角９０度、１ｍｍ×１ｍｍの掬い面（Ａ）とからなる単結晶ダイヤモンド製バイト材の逃げ面側から集束イオンビーム加工装置ＳＭＩ３０５０（セイコーインスツルメンツ社製）を用いてアルゴンイオンビームを掬い面に対して９３度の角度で照射して、ダイヤモンドバイトの刃の掬い面から逃げ面側につき抜けた長さ５μｍの溝（Ｇ）を逃げ面に全幅（１ｍｍ）に亘って複数形成した。該溝の形成部分の掬い面側の形状はピッチ２００ｎｍ、幅１００ｎｍ、深さ７０ｎｍの矩形状であった。得られたダイヤモンドバイトを、８ｍｍ×８ｍｍ×６０ｍｍのＳＵＳ製シャンクの８ｍｍ×６０ｍｍの面に、ろう付けした。

直径２００ｍｍで長さ１５０ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ４３０製円筒の曲面全面に、厚さ１００μｍのニッケル−リン無電解メッキを施した。次いで、精密円筒研削盤Ｓ３０−１（スチューダ社製）を用いて、前記円筒を回転させながらニッケル−リン無電解メッキ面に、先に作製したダイヤモンドバイトを押し当てることにより、バイトの刃先を丸めて切削工具を得た。バイトの刃先（Ｔ）の曲率半径は、電界放出型走査電子顕微鏡Ｓ−４７００（日立製作所製）を用いた測定によって、５５ｎｍであった。図１にダイヤモンドバイトの概要を示すための、背面図（１）、側面図（２）、および正面図（３）を示した。

直径２００ｍｍで長さ５００ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ４３０製円筒の曲面全面に、厚さ１００μｍの銅メッキを施した。なお、メッキに使用した銅は、ランクフォードの平均値が０．９、加工硬化指数が０．４４である。次いで、精密円筒研削盤Ｓ３０−１（スチューダ社製）を用いて、前記円筒を回転させながら銅メッキ面に、前記切削工具のバイトを押し当て、幅１ｍｍで曲面を一回りする凹凸条を形成した。切削工具を円筒の長さ方向に１ｍｍ平行移動し、上記同様にして曲面を一回りする幅１ｍｍの凹凸条を形成した。この切削操作を繰返し、ＳＵＳ製円筒曲面表層の銅メッキ面に幅４５０ｍｍの凹凸条を形成して、転写ロールを得た。

なお、集束イオンビーム加工による切削工具の作製と、ニッケル−リン無電解メッキ面及び銅メッキ面の切削加工は、振動制御システム（昭和サイエンス社製）により０．５Ｈｚ以上の振動の変位が１０μｍ以下に管理された、温度２０．０±０．２℃の恒温低振動室内で行った。

直径７０ｍｍのゴム製ニップロール（表面温度１００℃）及び上記転写ロール（表面温度１６０℃）の間に１００μｍのシクロオレフィンポリマーフィルム（ＺＦ−１４、オプテス社製）を、搬送テンション０．１ｋｇｆ／ｍｍ²、ニップ圧０．５ｋｇｆ／ｍｍの条件で挟み、フィルム面に転写ロール面の形状を転写した。形状が転写されたフィルムをロール状に巻き取った。得られた転写フィルム表面に、幅１００ｎｍ、高さ７０ｎｍの断面矩形の凸条が、フィルムの長手方向に平行にピッチ２００ｎｍで複数並んで形成されていることが、透過電子顕微鏡Ｈ−７５００（日立製作所製）の観察によって確認された。なお、観察用の試料は、集束イオンビーム加工観察装置ＦＢ−２１００（日立製作所製）のマイクロサンプリング装置にて作成した。

前記の転写フィルムの凹凸面側に、アルゴンガス存在下にてフィルムの法線方向から７０度傾斜し且つフィルム長手方向（凸条の長手方向）に直角な方向からＳｉＯ₂を出力４００Ｗでスパッタリングして斜方成膜した。次いで、前記方向の逆側に７０度傾斜し且つ凸条の長手方向に直角な方向からＳｉＯ₂を出力４００Ｗでスパッタリングして斜方成膜した。最後に該フィルムの法線方向からアルミニウムを真空蒸着し成膜した。

次いで、上記アルミニウム蒸着フィルムを、硝酸５．２重量％、リン酸７３．０重量％、酢酸３．４重量％、及び残部が水からなる組成（酸成分相当濃度：８３．６重量％）で、温度３３℃のエッチング液に３０秒間浸漬した。水でリンスし、１２０℃で５分間乾燥して、長尺の偏光素子を作製した。
この偏光素子を透過電子顕微鏡Ｈ−７５００（日立製作所社製）によって観察した。前記透過電子顕微鏡による断面観察用試料は、集束イオンビーム加工観察装置ＦＢ−２１００（日立製作所社製）のマイクロサンプリング装置を使用して作成した。
この偏光素子は、断面矩形の凸条が形成された部分の、凸条の頂に幅９９ｎｍ、厚さ７５ｎｍのアルミニウム層が積層され、該頂のアルミニウム層によってピッチ２００ｎｍのグリッド格子構造を形成していた。また、凸条の間の溝の底に、幅６１ｎｍ、厚さ５２ｎｍのアルミニウム層が積層され、該底のアルミニウム層によってピッチ２００ｎｍのグリッド格子構造を形成していた。底部に形成されたアルミニウム層は両端部の膜厚が中心部の膜厚より薄い形状であった。

次いで、前記偏光素子のアルミニウム層形成面側に、ウレタン系接着剤を介して、トリアセチルセルロースからなる保護フィルムを、貼り合わせて、保護層付きの偏光素子を得た。保護層付きの偏光素子の偏光透過軸は、フィルムの幅方向と略平行であった。

内寸の長さ３００ｍｍ、幅２４０ｍｍ、深さ１８ｍｍの乳白色プラスチック製ケースの底に、反射シートを貼着した。反射シート面から４ｍｍ離して、直径４ｍｍ、長さ３６０ｍｍの冷陰極管８本を、冷陰極管の中心間の距離２５ｍｍで配置した。冷陰極管の電極部近傍をシリコーンシーラントで固定し、インバーターを取り付けてバックライトを得た。
光拡散シート２枚を重ねたものを冷陰極管から１４ｍｍ離して設置し、前記偏光素子を、偏光透過軸が冷陰極管の長手方向に直交するように、前記光拡散シートの上に重ね置いた。
管電流６ｍＡ、管電圧３３０Ｖｒｍｓを印加して冷陰極管を点灯し、出射光の輝度を輝度計（ＢＭ−７、トプコン製）を用いてバックライトの長さ方向に測定し、輝度分布を求めた。この輝度分布から最大値と最小値との差（輝度ムラ）を求めた。輝度ムラは４ｃｄ／ｍ²であった。また、出射光には目視観察で着色が見られず、良好な偏光光源装置であることが判った。

実施例２
逃げ角２０度、０．２ｍｍ×１ｍｍの逃げ面と、掬い角８８度、１ｍｍ×１ｍｍの掬い面とからなる単結晶ダイヤモンド製バイト材の逃げ面側から集束イオンビーム加工装置ＳＭＩ３０５０（セイコーインスツルメンツ社製）を用いてアルゴンイオンビームを掬い面に対して１０５度の角度で照射して、ダイヤモンドバイトの刃の掬い面から逃げ面側につき抜けた長さ１５μｍの正弦波状の溝を逃げ面に全幅（１ｍｍ）に亘って複数形成した。該溝の形成部分の掬い面側の形状はピッチ５μｍ、深さ１μｍの正弦波形状であった。得られたダイヤモンドバイトを、ＳＵＳ製シャンクに、ろう付けした。

直径２００ｍｍで長さ１５０ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ４３０製円筒の曲面全面に、厚さ１００μｍのニッケル−リン無電解メッキを施した。次いで、精密円筒研削盤Ｓ３０−１（スチューダ社製）を用いて、前記円筒を回転させながらニッケル−リン無電解メッキ面に、先に作製したダイヤモンドバイトを押し当てることにより、バイトの刃先を丸め切削工具を得た。バイトの刃先の曲率半径は、電界放出型走査電子顕微鏡Ｓ−４７００（日立製作所製）を用いた測定によって、３７０ｎｍであった。

次いで、精密円筒研削盤Ｓ３０−１（スチューダ社製）を用いて、直径２００ｍｍで長さ５００ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ４３０製円筒を回転させながらステンレス鋼面に前記切削工具のバイトを押し当て、幅１ｍｍで曲面を一回りする凹凸条を形成した。切削工具を円筒の長さ方向に１ｍｍ平行移動し、上記同様にして曲面を一回りする幅１ｍｍの凹凸条を形成した。この切削操作を繰返し、ＳＵＳ製円筒曲面に幅４５０ｍｍの凹凸条を形成して、転写ロールを得た。ステンレス鋼ＳＵＳ４３０は、ランクフォードの平均値が１．２、加工硬化指数が０．２０である。

なお、集束イオンビーム加工による切削工具の作製と、ニッケル−リン無電解メッキ面およびステンレス鋼面の切削加工は、振動制御システム（昭和サイエンス社製）により０．５Ｈｚ以上の振動の変位が１０μｍ以下に管理された、温度２０．０±０．２℃の恒温低振動室内で行った。

直径７０ｍｍのゴム製ニップロール（表面温度１００℃）及び上記転写ロール（表面温度１６０℃）の間に１００μｍのシクロオレフィンポリマーフィルム（ＺＦ−１４、オプテス社製）を、搬送テンション０．１ｋｇｆ／ｍｍ²、ニップ圧０．５ｋｇｆ／ｍｍの条件で挟み、フィルム面に転写ロール面の形状を転写した。形状が転写されたフィルムをロール状に巻き取った。得られた転写フィルム表面に、ピッチ５μｍ、深さ１μｍの断面が正弦波形状の凹凸条が、フィルムの長手方向に平行に複数並んで形成されていることが、透過電子顕微鏡Ｈ−７５００（日立製作所製）の観察によって確認された。なお、観察用の試料は、集束イオンビーム加工観察装置ＦＢ−２１００（日立製作所製）のマイクロサンプリング装置にて作成した。

内寸の長さ３００ｍｍ、幅２４０ｍｍ、深さ１８ｍｍの乳白色プラスチック製ケースの底に、反射シートを貼着した。反射シート面から４ｍｍ離して、直径４ｍｍ、長さ３６０ｍｍの冷陰極管８本を、冷陰極管の中心間の距離２５ｍｍで配置した。冷陰極管の電極部近傍をシリコーンシーラントで固定し、インバーターを取り付けてバックライトを得た。
前記転写フィルムを、冷陰極管から１４ｍｍ離して、光が回折する方向が冷陰極管の長手方向になるように設置し、その上に光拡散シート２枚を重ねたものを重ね置いた。
管電流６ｍＡ、管電圧３３０Ｖｒｍｓを印加して冷陰極管を点灯し、出射光の輝度を輝度計（ＢＭ−７、トプコン製）を用いてバックライトの幅方向に測定して輝度分布を求めた。この輝度分布から最大値と最小値との差（輝度ムラ）を求めた。輝度ムラは５ｃｄ／ｍ²であった。良好な偏光光源装置であることが判った。

比較例１
バイトの刃先の曲率半径を１０ｎｍにした以外は、実施例１と同様にして偏光素子を得、同様の評価を行った。輝度ムラは１２５ｃｄ／ｍ²と非常に大きい値であった。また、転写ロールの初期に切削を行った部分に対応する偏光素子の部分を透過してくる出射光に目視観察で着色が見られた。

比較例２
バイトの刃先の曲率半径を１５ｎｍにした以外は、実施例２と同様にして転写フィルムを得、同様の評価を行った。輝度ムラは２５ｃｄ／ｍ²と大きい値であった。

本発明の製法で得られるダイヤモンドバイトの形状の概要を示す背面図（１）、側面図（２）、および正面図（３）である。

符号の説明

Ａ：掬い面
Ｂ：逃げ面
Ｇ：溝
Ｔ：刃先

Claims (6)

1. 刃の掬い面から逃げ面側につき抜けた溝が逃げ面に複数形成され、且つ刃の先端の曲率半径が５０ｎｍ〜５μｍであるダイヤモンドバイトを用いて、
   式（１）で表されるランクフォードの平均値ｒ_avが０．６以上の金属または加工硬化指数が０．２〜１．０の金属からなるワークを切削することを含む、
   複数列の溝が形成された金型の製造方法。
   ｒ_av＝（ｒ₀＋２×ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４ 式（１）
   （式中、ｒ₀は圧延方向に対して０度方向のランクフォード値、ｒ₄₅は圧延方向に対して４５度方向のランクフォード値、ｒ₉₀は圧延方向に対して９０度方向のランクフォード値である。）
2. 前記ダイヤモンドバイトの逃げ面に形成された溝のピッチが１００ｎｍ〜２０μｍである、請求項１に記載の金型の製造方法。
3. 前記ダイヤモンドバイトの刃先角が７０度〜９０度である、請求項１または２に記載の金型の製造方法。
4. ダイヤモンドバイトの逃げ面に形成されている溝は、逃げ面側から掬い面側に向けて収束イオンビームを照射して形成されたものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金型の製造方法。
5. 前記収束イオンビームの入射方向と前記逃げ面との為す角が１０度以下である、請求項４に記載の金型の製造方法。
6. 刃の掬い面から逃げ面側につき抜けた溝が逃げ面に複数形成され、且つ刃の先端の曲率半径が５０ｎｍ〜５μｍであるダイヤモンドバイトを用いて、
   式（１）で表されるランクフォードの平均値ｒ_avが０．６以上の金属または加工硬化指数が０．２〜１．０の金属からなるワークを切削することを含む方法によって複数列の溝が形成された金型を得、
   該金型を用いて、透明樹脂成形体に前記複数列溝の形状を転写する工程を含む、複数列の溝が形成された光学素子の製造方法。
   ｒ_av＝（ｒ₀＋２×ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４ 式（１）
   （式中、ｒ₀は圧延方向に対して０度方向のランクフォード値、ｒ₄₅は圧延方向に対して４５度方向のランクフォード値、ｒ₉₀は圧延方向に対して９０度方向のランクフォード値である。）

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