JP2010069685A

JP2010069685A - Method of manufacturing mold and mold

Info

Publication number: JP2010069685A
Application number: JP2008238442A
Authority: JP
Inventors: Susumu Cho; 軍張
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-04-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a mold which includes steps for forming a shape transfer face with a metal glass layer having a large area and a desired thickness and manufacturing a mold in which a metal glass layer is favorable fixed to the base material of the mold, and the mold obtained thereby. <P>SOLUTION: The manufacturing method includes steps for laying a material for a metal glass layer 12 on the supporting surface 11f of the base material 11 of the mold having an engagement target 11a composed of a large number of fine irregular shapes, heating the material for the metal glass layer 12 to a temperature of ≥ the glass transition temperature of the metal glass layer 12 and ≤ the crystallization temperature so as to fill concave parts of the fine irregular shapes constituting the engagement target part 11a of the supporting surface 11f with the material for the metal glass layer 12 and then cooling the material for the metal glass layer 12 to room temperature to bring about a state that the metal glass layer 12 is engaged with the base material 11 of the mold so as to bond the metal glass layer 12 and the base material 11 of the mold together in an integrated form, thus constituting the mold 1. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、樹脂射出成形やガラスプレス等の成形に用いられる金型の製造方法、及び、金型に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a mold used for molding such as resin injection molding and glass press, and a mold.

従来、この種の金型として、球面レンズや非球面レンズなどの光学素子成形用金型は、成形するレンズがプラスチックレンズの場合、マルテンサイト系ステンレス鋼のような高強度の金属合金ブランクを用いたものが有る。このような金型では、まず、金型母材となる金属合金のブランク材を機械加工で所望な形状寸法を作り出した後、加工面に厚みおよそ２００［μｍ］前後のＮｉＰ膜を無電解めっきで成膜する。そして、ＮｉＰ膜に対し、ダイヤモンドバイトを用いた超精密切削仕上げ加工を行い、金型転写面の形状を最終的に形成する。このような金型を加工する工程は通常広く行われている工程である。
一方、成形するレンズがガラスプレスレンズの場合、その金型もプラスチックレンズの場合と略同じ工程で製造されているが、樹脂に比べ高温成形のため金型はより高強度なものが要求される。このため、ガラスプレスレンズを成形する金型にはブランク材には超硬合金やサーメットなどのさらに高強度、高硬度の材料を用いる。また、ガラスプレスレンズを成形する金型としては、上述したＮｉＰ膜の変わりに、ＳｉＣ膜や窒化膜などがブランク材の上に成膜されている。
そして、これらのような金型を用いて、何万ショット、何十万ショットの成形サイクルが経つと、成形対象であるプラスチックやガラスと対向する形状転写面の形状の崩れや形状転写面の酸化、欠け、割れといった磨耗が生じる。このように形状転写面に磨耗が生じた金型の転写面に対して、再度切削、研磨などの工程で形状転写面の形状を修正するといったメンテナンスを行うことで金型の使用寿命を伸ばしていくことが一般的に行われている。 Conventionally, as this type of mold, molds for molding optical elements such as spherical lenses and aspherical lenses use high-strength metal alloy blanks such as martensitic stainless steel when the molded lens is a plastic lens. There is something that was. In such a mold, first, a blank shape of a metal alloy as a mold base material is machined to produce a desired shape and dimension, and then a NiP film having a thickness of about 200 [μm] is electrolessly plated on the processed surface. The film is formed. Then, the NiP film is subjected to ultra-precision cutting and finishing using a diamond tool to finally form the shape of the mold transfer surface. The process of processing such a mold is a widely performed process.
On the other hand, when the lens to be molded is a glass press lens, its mold is manufactured in substantially the same process as that of a plastic lens, but the mold is required to have higher strength because of high temperature molding compared to resin. . For this reason, materials having higher strength and hardness such as cemented carbide and cermet are used for the blank for the mold for molding the glass press lens. Moreover, as a metal mold | die which shape | molds a glass press lens, a SiC film, a nitride film, etc. are formed into a film on the blank material instead of the NiP film | membrane mentioned above.
Then, using molds like these, after a molding cycle of tens of thousands of shots and hundreds of thousands of shots, the shape of the shape transfer surface facing the plastic or glass that is the object of molding collapses or the shape transfer surface is oxidized. Wear such as chipping and cracking occurs. The service life of the mold is extended by performing maintenance such as cutting and polishing the shape transfer surface again on the mold transfer surface where the shape transfer surface is worn in this way. It is generally done.

近年，上述したのＮｉＰ膜、ＳｉＣ、窒化膜の代替材料として、切削性、耐腐食性、耐熱性の優れる金属ガラス（非晶質金属合金）を利用した研究開発が活発に行われている。
金型母材の上に金属ガラス層を形成し、形状転写面を金属ガラス層で構成するものとしては、金型母材の上に、スパッタリング、イオンプレーティング処理、蒸着やＣＶＤ処理などの成膜方法を用いて、金属ガラスの膜を金型の転写面に作製するという発明がなされている（例えば、特許文献１）。しかし、これらの成膜方法で得られる非晶質構造を持つ金属ガラス層は極めて薄い層であり、例えば，通常のスパッタリング法ではせいぜい１０［μｍ］が限界と言われている。また、他の成膜方法を用いても通常の場合、数十［nm］、数百［nm］程度の膜厚であり、できる限り膜厚を厚くしようとしても数［μｍ］が限界である。従って、このように成膜された金属ガラス層に対し、ダイヤモンドバイトを用いた超精密切削工程で除去できる切削しろは極めて少なくなる。言い換えれば、上述した成膜方法のよって金型母材の上に形成された金属ガラス層に直接１０［μｍ］を超える段差形状を形成することは困難である。
また、上述した成膜方法では、金属ガラス層を形成する合金をイオン化または蒸発させて金型母材に吹き付けて付着させて成膜するため、吹き付ける際の各々の粒子の軌跡や堆積する場所をコントロールすることは困難であり、金属ガラス層を構成する膜の膜厚のばらつきが生じ易い。そして、膜厚にばらつきが生じると膜厚が厚ければ厚いほど、結晶化が生じてしまう傾向が顕著となり、非晶質の構造すら得られにくくなる恐れもある。これは以下の理由によるものと考えられる。
すなわち、非晶質構造は結晶構造に比べて不安定な状態であるため、成膜方法によって得られた非晶質構造の金属ガラスは薄膜という状態であることによって、非晶質構造が維持される。このため、膜厚が大きくなって薄膜状態でなくなると、非晶質という非平衡な状態が崩れ、よりエネルギーの低い状態である結晶という状態に進むためである。 In recent years, research and development using metal glass (amorphous metal alloy) excellent in machinability, corrosion resistance, and heat resistance as an alternative material for the NiP film, SiC, and nitride film described above has been actively conducted.
The metal glass layer is formed on the mold base material, and the shape transfer surface is composed of the metal glass layer. The mold base material is formed by sputtering, ion plating treatment, vapor deposition, CVD treatment, or the like. An invention has been made in which a metal glass film is formed on a transfer surface of a mold using a film method (for example, Patent Document 1). However, the metal glass layer having an amorphous structure obtained by these film-forming methods is an extremely thin layer, and for example, it is said that the limit is 10 [μm] at most in the normal sputtering method. Further, even when other film forming methods are used, the film thickness is usually about several tens [nm] or several hundred [nm], and even when trying to increase the film thickness as much as possible, several [μm] is the limit. . Therefore, the cutting margin that can be removed by the ultra-precise cutting process using the diamond bite with respect to the metal glass layer thus formed is extremely small. In other words, it is difficult to form a step shape exceeding 10 [μm] directly on the metal glass layer formed on the mold base material by the film forming method described above.
Further, in the film forming method described above, since the alloy for forming the metal glass layer is ionized or evaporated and sprayed onto the mold base material to form the film, the trajectory of each particle at the time of spraying and the deposition location are determined. It is difficult to control and the film thickness of the film constituting the metallic glass layer is likely to vary. If the film thickness varies, the greater the film thickness, the more prominent the tendency of crystallization occurs, and it may be difficult to obtain even an amorphous structure. This is thought to be due to the following reasons.
In other words, since the amorphous structure is unstable compared to the crystal structure, the amorphous structure obtained by the film-forming method is maintained as a thin film, so that the amorphous structure is maintained. The For this reason, when the film thickness is increased and the film is no longer in a thin film state, the non-equilibrium state of amorphous state collapses and the state proceeds to a crystal state having a lower energy state.

このような問題に対して、上述した成膜方法によって得られる薄膜状の金属ガラスとは異なり、金属合金を液体の状態から急冷して結晶化を経ずにそのまま固体にすることによって得られるバルク状の金属ガラスを金型として利用する研究開発も行われている。バルク状の金属ガラスは、液状の金属合金を急冷して固体を得るため、熱を如何に早く奪って冷却するかといことが重要である。そして、物質には熱容量や熱伝導率という特性があり、急冷によって一定時間内で奪える熱量は限界があるため、バルク状の金属ガラスの形状としては急冷が可能な板状か棒状かに限られている。また、板状の金属ガラスの場合は、厚み１〜２［ｍｍ］程度が現状の限界であり、棒状の金属ガラスの場合は、直径約１０［ｍｍ］程度が現状の限界である。
しかし、このようなバルク状の金属ガラスを金型母材に固定すれば、上述した成膜方法によって得られる薄膜状の金属ガラス層の厚みと比較すると十分な厚みを備えた金属ガラス層を得ることができる。なお、このようなバルク状の金属ガラスを金属ガラス層に用いる場合には、金型母材と金属ガラス層とを固定する固定手段が必要である。
このようなバルク状の金属ガラスを用いた金型としては、例えば、特許文献２に記載の金型を挙げることができる。特許文献２では、棒状の金属ガラスを形成する際に、ネジ穴を有するインサート部材を、過冷却液体領域の非晶質合金の棒状の長手方向の一端に押込み、冷却することでネジ穴を備えた棒状の金属ガラスを形成する。これにより、ネジでバルク状の金属ガラスを他の部材と一体化することができる。また、棒状の金属ガラスの長手方向の他端の先端面を形状転写面として成形し、ネジ止めで金型母材に固定することによって、形状転写面を金属ガラス層で構成する金型を得ることができる。この金型の金属ガラス層は棒状の長手方向が厚みとなるため、上述した薄膜状の金属ガラスでは不可能であった金属ガラス層に直接１０［μｍ］を超える段差形状を形成することができる。
特開２００２−３２６２３０号公報特開２００３−１０４７３５号公報 In contrast to the thin-film metal glass obtained by the above-described film formation method, a bulk obtained by rapidly cooling a metal alloy from a liquid state and solidifying it as it is without crystallization. Research and development has been carried out to use metallic glass as a mold. In bulk metal glass, a liquid metal alloy is rapidly cooled to obtain a solid. Therefore, it is important how quickly heat is taken and cooled. And since the material has characteristics such as heat capacity and thermal conductivity, and the amount of heat that can be taken in a certain time by rapid cooling is limited, the shape of bulk metallic glass is limited to plate shape or rod shape that can be rapidly cooled. ing. In the case of plate-like metallic glass, the thickness is about 1 to 2 [mm], and in the case of rod-like metallic glass, the diameter is about 10 [mm].
However, if such a bulk metal glass is fixed to the mold base material, a metal glass layer having a sufficient thickness is obtained as compared with the thickness of the thin film metal glass layer obtained by the film forming method described above. be able to. In addition, when using such a bulk metal glass for a metal glass layer, the fixing means which fixes a metal mold | die base material and a metal glass layer is required.
As a mold using such bulk metal glass, for example, a mold described in Patent Document 2 can be cited. In Patent Document 2, when forming a rod-shaped metallic glass, an insert member having a screw hole is pushed into one end of the amorphous alloy rod-shaped longitudinal direction in the supercooled liquid region and cooled to provide a screw hole. A rod-shaped metallic glass is formed. Thereby, a bulk metal glass can be integrated with another member with a screw. In addition, the tip end surface of the other end in the longitudinal direction of the rod-shaped metal glass is formed as a shape transfer surface, and fixed to the mold base material by screwing to obtain a mold in which the shape transfer surface is composed of a metal glass layer. be able to. Since the metal glass layer of the mold has a thickness in the rod-like longitudinal direction, a step shape exceeding 10 [μm] can be formed directly on the metal glass layer, which was not possible with the thin film metal glass described above. .
JP 2002-326230 A JP 2003-104735 A

しかしながら、特許文献２の金型は棒状の金属ガラスの端面を形状転写面としているため、形状転写面は直径１０［ｍｍ］程度の広さが限界であり、形状転写面上の凹部によって凸レンズを成形する場合であれば、凹部の開口径は５［ｍｍ］程度の大きさが限界である。このため、凹部の開口径が例えば２０［ｍｍ］以上の大面積な金型の製造は不可能に近く、非常に困難である。さらに、棒状の金属ガラスは細いのため、インサート部材のネジの径と数とは限られる。このため、樹脂やガラスを成形するときの応力の負荷がインサート部材を押込んだ箇所に集中し、インサート部材を押し込んだ箇所の周辺から金属ガラスが破壊されるおそれがあり、金属ガラス層を金型母材に良好に固定することができない。
また、特許文献２のように金属ガラスにインサート部材を押込む構成を板状の金属ガラスに用いた場合であっても、形状転写面を金属ガラス層で構成する金型で大面積な金型の製造は困難である。これは以下の理由による。
板状の金属ガラスであれば、厚みとしては冷却のために１〜２［ｍｍ］が現状の限界であるが、板状の面としては３００［ｍｍ］×３００［ｍｍ］程度の大きさは現状でも可能であるため、板状の金属ガラスの広い面の部分に形状転写面を形成すれば大面積な金型の製造が可能になる。さらに、板状の金属ガラスの厚みの限界である１〜２［ｍｍ］の肉厚は、上述した薄膜状の金属ガラスに比べて数桁違うほど十分厚く、レンズ成形のために１０［μｍ］以上の段差形状を形成するには十分な肉厚である。しかし、板状の金属ガラスの厚みとしては１〜２［ｍｍ］が現状の限界であるため、形状転写面となる部分に特許文献２に記載の金型のようにネジ穴を有するインサート部材を押込むことは非常に困難である。一方、形状転写面以外の箇所（形状転写面の周辺部）であればインサート部材を押込むことは可能である。しかし、形状転写面となる部分が金型母材に固定されていないため大面積になれば樹脂やガラスを成形するときに様々な応力が発生し、インサート部材を押込んだ箇所に応力の負荷が集中する。このため、周辺部のインサート部材を押し込んだ場合は、周辺部から金属ガラスが破壊されるおそれがあり、金属ガラス層を金型母材に良好に固定することができない。よって、金属ガラスにインサート部材を押込む構成を板状の金属ガラスに用いた場合であっても、大面積な金型の製造は困難である。 However, since the mold of Patent Document 2 uses the end face of a rod-shaped metal glass as a shape transfer surface, the shape transfer surface has a limit of about 10 [mm] in diameter, and a convex lens is formed by a recess on the shape transfer surface. In the case of molding, the opening diameter of the recess is limited to about 5 [mm]. For this reason, it is almost impossible to manufacture a mold having a large area with an opening diameter of the recess of 20 [mm] or more, which is very difficult. Furthermore, since the rod-shaped metallic glass is thin, the diameter and number of screws of the insert member are limited. For this reason, the stress load when molding resin or glass is concentrated on the part where the insert member is pushed in, and there is a risk that the metal glass may be broken from around the place where the insert member is pushed in. It cannot be fixed well to the mold base material.
Moreover, even if it is a case where the structure which pushes an insert member into a metal glass like patent document 2 is used for a plate-shaped metal glass, the metal mold | die which comprises a shape transfer surface with a metal glass layer, and is a large area mold Is difficult to manufacture. This is due to the following reason.
In the case of a plate-like metal glass, the thickness is 1 to 2 [mm] for cooling, but the size of the plate-like surface is about 300 [mm] × 300 [mm]. Since it is possible even in the present situation, if a shape transfer surface is formed on a wide surface portion of a plate-like metal glass, a large-area mold can be manufactured. Furthermore, the thickness of 1 to 2 [mm], which is the limit of the thickness of the plate-shaped metal glass, is sufficiently thick to be several orders of magnitude compared to the above-described thin-film metal glass, and 10 [μm] for lens molding. The thickness is sufficient to form the above step shape. However, as the thickness of the plate-like metallic glass is 1 to 2 [mm], the insert member having a screw hole as in the mold described in Patent Document 2 is used as a shape transfer surface. It is very difficult to push in. On the other hand, it is possible to push in the insert member at any place other than the shape transfer surface (peripheral portion of the shape transfer surface). However, since the part that becomes the shape transfer surface is not fixed to the mold base material, if the area becomes large, various stresses occur when molding resin or glass, and stress is applied to the place where the insert member is pushed Concentrate. For this reason, when the insert member of a peripheral part is pushed in, metal glass may be destroyed from a peripheral part and a metal glass layer cannot be favorably fixed to a metal mold | die base material. Therefore, even if it is a case where the structure which pushes an insert member into metal glass is used for plate-shaped metal glass, manufacture of a large area metal mold | die is difficult.

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、大面積、且つ、所望の肉厚を有する金属ガラス層で形状転写面を形成し、さらに、金属ガラス層を金型母材に対して良好に固定された金型を製造する金型製造方法、及び、金型を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to form a shape transfer surface with a metal glass layer having a large area and a desired thickness, and further, the metal glass layer is formed into a mold mother. It is providing the metal mold | die manufacturing method which manufactures the metal mold | die fixed favorably with respect to the material, and a metal mold | die.

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、成形対象と対向する形状転写面が過冷却液体領域を有する金属ガラス層で構成され、該金属ガラス層を支持し、該金属ガラス層の該過冷却液体領域では過冷却液体とはならない金属からなる金型母材を有する金型を製造する金型製造方法において、上記金型母材の多数の微細凹凸形状を設けた表面上に上記金属ガラス層の材料を設置し、真空または不活性ガス雰囲気の中で、該金属ガラス層の材料の温度が該金属ガラス層のガラス遷移温度以上、且つ、該金属ガラス層の結晶化温度以下、となるように加熱して、該金属ガラス層の材料を上記金型母材に対して押圧する加工を行うことにより該金型母材の表面にある多数の微細凹凸形状の凹部に該金属ガラス層の材料を充填させ、その後、該金属ガラス層の材料の温度を室温に冷却することで、該金属ガラス層が該金型母材と嵌合した状態を形成して該金属ガラス層を該金型母材に対して一体化するように結合させることによって上記金型を製造することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の金型製造方法において、上記該金属ガラス層を上記金型母材に対して一体化するように結合させる一体化工程と、該一体化工程で作成された上記金型を空気中で上記金属ガラス層の温度が結晶化温度以上となるように加熱し、該金属ガラス層を結晶化させることによって、該金属ガラス層を該金型母材から取り外す分離工程とを有することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の金型製造方法において、上記金属ガラス層と上記金型母材とを多数の微小凹凸形状同士の噛合いによるアンカー効果によって嵌合させ、一体化するように結合させることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の金型製造方法において、上記金型母材の上記多数の微小凹凸形状は、上記形状転写面の幾何中心を基準に対称的に分布していることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の金型製造方法において、上記金属ガラス層の熱線膨張係数は、上記金型母材の熱線膨張係数と同程度であることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、成形対象と対向する形状転写面が過冷却液体領域を有する金属ガラス層で構成され、該金属ガラス層を支持し、該金属ガラス層の該過冷却液体領域では過冷却液体とはならない金属からなる金型母材を有する金型において、上記金型母材の上記金属ガラス層を支持する支持面に多数の微細凹凸形状を備え、上記金属ガラス層は、上記支持面上で該金属ガラス層の材料の温度を上記過冷却液体領域として該金属ガラス層の材料を流動化した後、冷却することによって上記支持面にある多数の微細凹凸形状の凹部に該金属ガラス層の材料を充填させ、その後、冷却されることで上記該金型母材と嵌合した状態を形成し、上記金属ガラス層が上記金型母材と嵌合した状態となることによって該金属ガラス層が該金型母材に対して固定されるものであることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項６の金型において、上記金型を用いた樹脂射出成形やガラスプレス等の成形工程で上記形状転写面を構成する上記金属ガラス層が磨耗した場合、磨耗した金属ガラス層を上記金型母材から取り外し、新たに別の金属ガラス層を該金型母材に嵌合させることにより、上記形状転写面を構成する上記金属ガラス層を置き換え、金型母材を繰り返し使用できることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項６または７の金型において、上記金属ガラス層と上記金型母材とを多数の微小凹凸形状同士の噛合いによるアンカー効果によって嵌合し、上記金属ガラス層と上記金型母材とが一体化するように結合していることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項６、７または８の金型において、上記金型母材の上記多数の微小凹凸形状は、上記形状転写面の幾何中心を基準に対称的に分布していることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項６、７、８または９の金型において、上記金属ガラス層の熱線膨張係数は、上記金型母材の熱線膨張係数と同程度であることを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項６、７、８、９または１０の金型において、上記金属ガラス層を結晶化温度以上に加熱し、該金属ガラス層を結晶化させることによって、該金属ガラスを上記金型母材から取り外すことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is configured such that the shape transfer surface facing the object to be formed is composed of a metallic glass layer having a supercooled liquid region, supports the metallic glass layer, and In the mold manufacturing method for manufacturing a mold having a mold base material made of a metal that does not become a supercooled liquid in the supercooled liquid region, the mold base material has a surface on which a plurality of fine irregularities are provided. The material of the metal glass layer is installed, and the temperature of the material of the metal glass layer is not less than the glass transition temperature of the metal glass layer and not more than the crystallization temperature of the metal glass layer in a vacuum or an inert gas atmosphere. The metallic glass is formed in a large number of fine concave and convex concave portions on the surface of the mold base material by performing processing to press the material of the metallic glass layer against the mold base material. Filling the material of the layer and then the gold By cooling the temperature of the material of the glass layer to room temperature, the metallic glass layer is fitted with the mold base material so that the metallic glass layer is integrated with the mold base material. The above-mentioned mold is manufactured by being bonded to the above.
Further, the invention of claim 2 is the mold manufacturing method according to claim 1, wherein the metal glass layer is combined with the mold base material so as to be integrated, and the integration process. The prepared metal mold is heated in air so that the temperature of the metal glass layer is equal to or higher than the crystallization temperature, and the metal glass layer is crystallized to remove the metal glass layer from the mold base material. And a separating step to be removed.
Further, the invention of claim 3 is the mold manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the metal glass layer and the mold base material are fitted by an anchor effect by meshing a large number of micro concavo-convex shapes, It is characterized by being combined so as to be integrated.
According to a fourth aspect of the present invention, in the mold manufacturing method according to the first, second, or third aspect, the numerous minute uneven shapes of the mold base material are symmetrical with respect to the geometric center of the shape transfer surface. It is characterized by being distributed.
The invention of claim 5 is the mold manufacturing method of claim 1, 2, 3 or 4, wherein the thermal linear expansion coefficient of the metallic glass layer is approximately the same as the thermal linear expansion coefficient of the mold base material. It is characterized by.
In the invention of claim 6, the shape transfer surface facing the object to be formed is composed of a metal glass layer having a supercooled liquid region, supports the metal glass layer, and in the supercooled liquid region of the metal glass layer, In a mold having a mold base material made of a metal that does not become a supercooled liquid, the support surface that supports the metal glass layer of the mold base material is provided with a number of fine irregularities, and the metal glass layer is The metal glass layer material is fluidized on the support surface with the temperature of the material of the metal glass layer as the supercooled liquid region, and then cooled to cool the metal into a large number of fine irregularities on the support surface. Filling the glass layer material, and then cooling to form a state of fitting with the mold base material, the metal glass layer is in a state of fitting with the mold base material, Metallic glass layer on the mold base material It is characterized in that to those to be fixed.
The invention of claim 7 is the mold of claim 6, wherein the metal glass layer constituting the shape transfer surface is worn in a molding process such as resin injection molding or glass press using the mold. The worn metal glass layer is removed from the mold base material, and another metal glass layer is newly fitted into the mold base material, thereby replacing the metal glass layer constituting the shape transfer surface, The base material can be used repeatedly.
The invention according to claim 8 is the metal mold according to claim 6 or 7, wherein the metal glass layer and the mold base material are fitted to each other by an anchor effect by meshing a large number of minute irregularities, and the metal The glass layer and the mold base material are combined so as to be integrated.
The invention according to claim 9 is the mold according to claim 6, 7 or 8, wherein the numerous minute uneven shapes of the mold base material are symmetrically distributed with respect to the geometric center of the shape transfer surface. It is characterized by that.
The invention according to claim 10 is the mold according to claim 6, 7, 8 or 9, wherein the thermal linear expansion coefficient of the metallic glass layer is approximately the same as the thermal linear expansion coefficient of the mold base material. It is what.
The invention of claim 11 is the mold according to claim 6, 7, 8, 9 or 10, wherein the metal glass layer is heated to a temperature equal to or higher than a crystallization temperature to crystallize the metal glass layer. The metal glass is removed from the mold base material.

上記請求項１の金型製造方法で製造された金型であれば、金属ガラス層は、金型母材の支持面上で金属ガラス層の材料の温度を過冷却液体領域として金属ガラス層の材料を流動化した後、冷却することによって支持面に沿った形状に形成されたものであるため、金型母材の支持面上に板状の金属ガラスと同様の面積と厚みとを持った金属ガラス層を形成することができる。また、過冷却液体領域で流動化した状態の金属ガラスの超塑性によって、金属ガラス層は金型母材の多数の微小凹凸形状を設けた表面に沿った形状に形成されるため、金属ガラス層に金型母材の微小凹凸形状に沿うように凹凸形状が形成され、金型母材の微小凹凸形状と金属ガラス層の凹凸形状との嵌合により金属ガラス層を金型母材に良好に固定することができる。
また、上記請求項６の構成を備えた金型であれば、金属ガラス層は、金型母材の支持面上で金属ガラス層の材料の温度を過冷却液体領域として金属ガラス層の材料を流動化した後、冷却することによって支持面に沿った形状に形成されたものであるため、金型母材の支持面上に板状の金属ガラスと同様の面積と厚みとを持った金属ガラス層を形成することができる。また、過冷却液体領域で流動化した状態の金属ガラスの超塑性によって、金属ガラス層は多数の微小凹凸形状を設けた金型母材の支持面に沿った形状に形成されるため、金属ガラス層に金型母材の微小凹凸形状に沿うように凹凸形状が形成され、金型母材の微小凹凸形状と金属ガラス層の凹凸形状との嵌合により金属ガラス層を金型母材に良好に固定することができる。 If it is the metal mold | die manufactured by the metal mold | die manufacturing method of the said Claim 1, a metal glass layer uses the temperature of the material of a metal glass layer on the support surface of a metal mold | die base material as a supercooling liquid area | region, and is a metal glass layer. Since the material was fluidized and then cooled to form a shape along the support surface, the mold base material had the same area and thickness as the plate-like metallic glass on the support surface. A metallic glass layer can be formed. In addition, due to the superplasticity of the metal glass in a fluidized state in the supercooled liquid region, the metal glass layer is formed into a shape along the surface provided with a large number of minute irregularities of the mold base material. The concave / convex shape is formed along the concave / convex shape of the mold base material, and the metallic glass layer is made a good mold base material by fitting the fine concave / convex shape of the mold base material with the concave / convex shape of the metallic glass layer. Can be fixed.
Further, in the case of a mold having the configuration of claim 6, the metal glass layer is made of the material of the metal glass layer with the temperature of the material of the metal glass layer as a supercooled liquid region on the support surface of the mold base material. Metal glass that has the same area and thickness as the plate-shaped metal glass on the support surface of the mold base material because it is formed into a shape along the support surface by cooling after fluidization A layer can be formed. In addition, because of the superplasticity of the metal glass in a fluidized state in the supercooled liquid region, the metal glass layer is formed in a shape along the support surface of the mold base material provided with a number of minute irregularities. Concave and convex shapes are formed on the layer along the concave and convex shape of the mold base material, and the metallic glass layer is good for the mold base material by fitting the fine concave and convex shape of the mold base material and the concave and convex shape of the metal glass layer. Can be fixed to.

本発明によれば、板状の金属ガラスと同様の面積と厚みとを持った金属ガラス層を金型母材に嵌合によって良好に固定することができるため、大面積、且つ、所望の肉厚を有する金属ガラス層で形状転写面を形成し、さらに、金属ガラス層が金型母材に対して良好に固定された金型を得ることができるという優れた効果がある。 According to the present invention, a metal glass layer having the same area and thickness as a plate-like metal glass can be satisfactorily fixed to the mold base material by fitting. There is an excellent effect that a shape transfer surface can be formed by a metal glass layer having a thickness, and further, a mold in which the metal glass layer is well fixed to a mold base material can be obtained.

以下、本発明を適用した金型の実施形態の一例として、凸面レンズ成形用の金型（以下、金型１とよぶ）について説明する。なお、レンズ面の形状としては、凹面、非球面、自由曲面、平面等あるが、同様の構成を適用可能である。
図１は、本実施形態に係る金型１の概略断面図である。
図１に示すように金型１は、形状転写面１２ｆを構成する金属ガラス層１２と、金属ガラス層１２を支持する金型母材１１とを備える。また、金属ガラス層１２が嵌合部１２ａを備え、金型母材１１が被嵌合部１１ａを備えることにより、嵌合部１２ａと被嵌合部１１ａとの嵌合によって金属ガラス層１２が金型母材１１に対して固定されている。 Hereinafter, a mold for forming a convex lens (hereinafter referred to as mold 1) will be described as an example of a mold embodiment to which the present invention is applied. The shape of the lens surface includes a concave surface, an aspherical surface, a free-form surface, and a flat surface, but the same configuration can be applied.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a mold 1 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the mold 1 includes a metal glass layer 12 that forms a shape transfer surface 12 f and a mold base material 11 that supports the metal glass layer 12. Moreover, the metallic glass layer 12 is provided with the fitting part 12a, and the metal mold | die base material 11 is provided with the to-be-fitted part 11a, By the fitting with the fitting part 12a and the to-be-fitted part 11a, the metallic glass layer 12 is. It is fixed to the mold base material 11.

ここで、金属ガラス層１２を構成する過冷却液体域を有する金属ガラス（非晶質合金）について、簡単に説明する。金属ガラスの内部構造としては、通常の金属と異なり、結晶粒や粒界などの結晶構造が持たず、非晶質（アモルファス）である。また、近年、広い温度範囲における過冷却液体域を有する非晶質合金が発見されている。例えば、Ｚｒ基合金（Ｚｒ_６５Ａｌ_１０Ｎｉ_１０Ｃｕ_１５）、Ｐｄ基合金（Ｐｄ_７６Ｃｕ_７Ｓｉ_１７）、Ｃｕ基合金（Ｃｕ_６０Ｚｒ_３０Ｔｉ_１０）、Ｎｉ基合金（Ｎｉ_６０Ｎｂ_２５Ｔｉ_１５）などがある。これらの合金は常温では、非常に高い強度と硬さが有するが、ガラス転移点以上に、結晶化温度以下の範囲で加熱保温すると、通常の金属に見られない流動粘性が現れ、超塑性の性質が現れる。従って、この領域の特性を利用すれば、従来の金属材料では難しいとされる微細形状の転写が押圧加工方法のみで実現可能となった。
また、上述のように、金属ガラスの過冷却液体域はガラス転移点（遷移点）であるＴｇと結晶化温度Ｔｘとの間の温度領域である。この温度領域の範囲が広ければ広いほど、押圧加工プロセスとしては扱いやすい。これは、主に合金の組成成分に左右される。そして、経験則として、この領域内で、保持される温度が高いほど押圧に要する力が小さくなる。また、加熱と保温により、非晶質合金の表面が酸化してしまうケースがある。Ｃｕ系、Ｎｉ系、Ｆｅ系の非晶質合金はガラス転移点以上でも良好な耐酸化性を備えているが、それもあくまでも程度の問題であり、通常、押圧加工プロセスは、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で行われる方が望ましい。
本実施形態の金型１は、このような金属ガラスの特性に着目したものであり、厚肉の金属ガラス層１２を金型母材１１と一体化に結合できる金型である。また、金型１は、金属ガラス層１２の形状転写面１２ｆが、成形対象を成形する工程を繰り返すことによって磨耗したあと、金属ガラス層１２を容易に取り替えることができるものである。
なお、現在、金属ガラスの組成元素の組み合わせを変え、Ｚｒ基やＮｉ基やＣｕ基やＦｅ基などたくさんの合金系が発見されているが、形状としては急冷が可能な板状か棒状と限られている。そして、板状の場合、面積は３００［ｍｍ］×３００［ｍｍ］、厚みは厚くても１〜２［ｍｍ］が限界である。一方、板状の場合、直径およそ１０［ｍｍ］のものが最大とされている。 Here, the metal glass (amorphous alloy) having the supercooled liquid region constituting the metal glass layer 12 will be briefly described. Unlike normal metals, the internal structure of metallic glass has no crystal structure such as crystal grains and grain boundaries, and is amorphous. In recent years, amorphous alloys having a supercooled liquid region in a wide temperature range have been discovered. For example, Zr-based alloy (Zr ₆₅ Al ₁₀ Ni ₁₀ Cu ₁₅ ), Pd-based alloy (Pd ₇₆ Cu ₇ Si ₁₇ ), Cu-based alloy (Cu ₆₀ Zr ₃₀ Ti ₁₀ ), Ni-based alloy (Ni ₆₀ Nb ₂₅ Ti ₁₅₎ )and so on. These alloys have extremely high strength and hardness at room temperature, but when heated and kept in the range below the crystallization temperature above the glass transition point, fluid viscosity that is not found in ordinary metals appears, and superplasticity Nature appears. Therefore, if the characteristics of this region are utilized, it is possible to realize transfer of a fine shape, which is difficult with a conventional metal material, only by the pressing method.
Further, as described above, the supercooled liquid region of the metal glass is a temperature region between Tg which is a glass transition point (transition point) and the crystallization temperature Tx. The wider this temperature range, the easier it is to handle as a pressing process. This depends mainly on the compositional components of the alloy. As a rule of thumb, the higher the temperature held in this region, the smaller the force required for pressing. In some cases, the surface of the amorphous alloy is oxidized by heating and heat retention. Cu-based, Ni-based, and Fe-based amorphous alloys have good oxidation resistance even above the glass transition point, but this is only a matter of degree, and the pressing process is usually performed in a vacuum or not. It is desirable to perform in an active gas atmosphere.
The mold 1 according to the present embodiment pays attention to such characteristics of the metal glass, and is a mold capable of integrally bonding the thick metal glass layer 12 with the mold base material 11. Further, the mold 1 can easily replace the metal glass layer 12 after the shape transfer surface 12f of the metal glass layer 12 is worn by repeating the process of forming the molding object.
Currently, many alloy systems such as Zr group, Ni group, Cu group, and Fe group have been discovered by changing the combination of composition elements of metallic glass, but the shape is limited to plate or rod that can be cooled rapidly. It has been. In the case of a plate shape, the area is 300 [mm] × 300 [mm], and the thickness is limited to 1 to 2 [mm] even if it is thick. On the other hand, in the case of a plate shape, the diameter is approximately 10 [mm].

〔実施例１〕
次に、本実施形態の金型１の一つ目の実施例（以下、実施例１と呼ぶ）について説明する。
図２は、実施例１の金型１の製造工程の説明図である。
まず、図２（ａ）に示すように、一般的な金型材である(株)日立金属製のＨＰＭ３８金属ブロックを機械加工によって、金型母材１１の支持面１１ｆを曲率半径Ｒ＝５０［ｍｍ］を有する球面（凹面）を切削加工で削りだす。
図３は、実施例１で使用する切削バイト３の模式図である。図２に示すように、球面（凹面）を切削加工で削り出した後は、図３に示すような先端角度４５［°］を有する切削バイト３を用いて、金型母材１１の支持面１１ｆに形成された凹面に多数の微小凹凸形状としてＶ溝加工を行う。Ｖ溝２の加工はいくつかの方法があるが、実施例１の金型は軸対称の球面金型であるため旋削加工で行う。 [Example 1]
Next, a first example of the mold 1 according to the present embodiment (hereinafter referred to as Example 1) will be described.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the mold 1 according to the first embodiment.
First, as shown in FIG. 2 (a), an HPM 38 metal block manufactured by Hitachi Metals, Ltd., which is a general mold material, is machined to change the support surface 11f of the mold base material 11 to a radius of curvature R = 50 [ mm] is cut out by cutting.
FIG. 3 is a schematic diagram of the cutting tool 3 used in the first embodiment. As shown in FIG. 2, after the spherical surface (concave surface) is cut by cutting, the support surface of the die base material 11 is used by using a cutting tool 3 having a tip angle 45 [°] as shown in FIG. V-groove processing is performed on the concave surface formed in 11f as a number of minute uneven shapes. There are several methods for processing the V-groove 2. However, since the mold of Example 1 is an axisymmetric spherical mold, it is performed by turning.

図４は、実施例１の旋削加工の説明図である。
図４に示すように、切削バイト３の角度θ１（切削バイト３の中心通す線Ｃ１と金型球面中心を通す法線Ｎとがなす角度）を４５［°］に調整し、深さ１０［μｍ］（金型母材１１の支持面１１ｆの表面に対する切り込み量）になる輪帯状のＶ溝２を加工した。図４に示すように、金型球面中心から見てＶ溝２の外側の側面と金型球面中心を通る法線Ｎとがなす角度θ２は２２．５［°］となる。このＶ溝２の外側の側面は、アンカー効果をもたらす面である。そして、この加工を繰り返し、３［ｍｍ］ピッチ間隔で複数の輪帯状のＶ溝２を加工して、輪帯状Ｖ溝パターンを形成した。図２（ｂ）は輪帯状Ｖ溝パターンを形成された金型母材１１の断面図、図２（ｃ）は輪帯状Ｖ溝パターンを形成された金型母材１１の上面図を模式的に示している。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the turning process of the first embodiment.
As shown in FIG. 4, the angle θ1 of the cutting bit 3 (the angle formed by the line C1 passing through the center of the cutting bit 3 and the normal N passing through the center of the mold spherical surface) is adjusted to 45 [°], and the depth 10 [ The annular V-shaped groove 2 which is [μm] (the amount of cut with respect to the surface of the support surface 11f of the mold base 11) was processed. As shown in FIG. 4, the angle θ2 formed between the outer side surface of the V-groove 2 and the normal N passing through the center of the mold spherical surface when viewed from the center of the mold spherical surface is 22.5 [°]. The outer side surface of the V groove 2 is a surface that provides an anchor effect. Then, this processing was repeated, and a plurality of annular V-shaped grooves 2 were processed at a pitch of 3 [mm] to form an annular V-shaped groove pattern. 2B is a cross-sectional view of the mold base material 11 formed with the ring-shaped V-groove pattern, and FIG. 2C is a schematic top view of the mold base material 11 formed with the ring-shaped V-groove pattern. It shows.

一方、金属ガラス層１２に用いる金属ガラスとしては、予め作製した厚み８００［μｍ］のＺｒ_５５Ｃｕ_３０Ａｌ_１０Ｎｉ_５金属ガラスからなる板状の金属ガラスを円板状に加工する。これと同じロットで生産されるものを、室温で硬さ試験を実施したところ、ビッカース硬さＨｖ３５０以上であることが確認された。また，ＤＳＣと呼ばれる示差走査熱量分析測定でガラス転移点（遷移点）を測定した結果、ガラス転移点はおよそ３９８［℃］で，結晶化温度は４８７［℃］である。従って、過冷却液体域となる温度範囲はおよそ９０［℃］であった。
また、ＴＭＡ測定により、熱線膨張係数を測定したところ、１１×１０^−６［／℃］であった。一方、金型母材であるＨＰＭ３８の熱線膨張係数は４００［℃］においては、１２×１０^−６［／℃］であった。 On the other hand, as the metallic glass used in the metallic glass layer 12 processes the plate-shaped metallic glass consisting _Zr 55 _Cu 30 _Al 10 Ni ₅ metallic glass of prefabricated thickness 800 [[mu] m] in a disc shape. When a product produced in the same lot was subjected to a hardness test at room temperature, it was confirmed that the Vickers hardness was Hv 350 or more. As a result of measuring the glass transition point (transition point) by differential scanning calorimetry called DSC, the glass transition point is about 398 [° C.] and the crystallization temperature is 487 [° C.]. Therefore, the temperature range that becomes the supercooled liquid region was approximately 90 [° C.].
Further, the coefficient of thermal expansion was measured by TMA measurement and found to be 11 × 10 ⁻⁶ [/ ° C.]. On the other hand, the coefficient of thermal expansion of HPM38, which is a mold base material, was 12 × 10 ⁻⁶ [/ ° C.] at 400 [° C.].

図３は、実施例１で用いる加工機４の模式図である。
上述した輪帯状Ｖ溝パターンを形成された金型母材１１を加工機４の加圧部４１内にセットする。そして、上述した板状の金属ガラスを円板状に開口した板状金属ガラス２２を上部金型１４と下部金型である金型母材１１との間に挿入する。
なお、加工機４は図５で示す全てが不図示のチャンバー内に収めている。不図示のチャンバーの扉を閉め、真空引きを行った後、加熱部４０より、昇温加熱し、およそ４２０［℃］になるように加温して、そのまま保温する。この加熱保温プロセスは、真空ではなく、不活性ガス、たとえばＡｒを充填してもよい。なお、不活性ガスを用いる構成では不図示のチャンバーにはガスの出入り口を設け得る。 FIG. 3 is a schematic diagram of the processing machine 4 used in the first embodiment.
The mold base material 11 on which the above-described ring-shaped V-groove pattern is formed is set in the pressure unit 41 of the processing machine 4. And the plate-shaped metal glass 22 which opened the plate-shaped metal glass mentioned above in the shape of a disk is inserted between the upper mold 14 and the mold base material 11 which is a lower mold.
All of the processing machine 4 shown in FIG. 5 is housed in a chamber (not shown). The chamber door (not shown) is closed and evacuated, and then heated by the heating unit 40 to be heated to about 420 [° C.] and kept as it is. This heat insulation process may be filled with an inert gas, such as Ar, instead of vacuum. In the configuration using an inert gas, a gas inlet / outlet may be provided in a chamber (not shown).

加熱して、保温した状態で、図５中の矢印で示すように上部金型１４を降下させ、下部金型である金型母材１１に板状金属ガラス２２を押圧した（押圧圧力は１０［ＭＰａ］）。そのままで１分ほど押圧状態を保った後、上部金型１４を上昇させて上部金型１４と金型母材１１とを開き、空冷で室温まで冷やした後、金型母材１１を取り出す。これにより、図１及び図２（ｄ）で示しているように、金属ガラス層１２はＨＰＭ３８からなる金型母材１１の表面（支持面１１ｆ）にあるＶ溝２の谷までに充填され、嵌合部１２ａを形成する。これにより、金型母材１１上のＶ溝２を形成する被嵌合部１１ａと嵌合部１２ａとが嵌合した状態となり、金属ガラス層１２と金型母材１１とが完全に一体化になった金型１を作製することができる。
なお、金型母材１１は、図２（ｄ）に示している形状転写面ではない段差Ａ及びＡ’のところにも不図示ではあるが形状転写面を形成する凹面と同じくＶ溝加工が実施されている。なお、この段差Ａ及びＡ’の部分にはＶ溝を設けず、対称分布になるようにタップ穴を開け、ねじ締めによって、段差Ａ及びＡ’の部分での金属ガラス層１２と金型母材１１との固定を行う場合もある。 While being heated and kept warm, the upper mold 14 is lowered as shown by the arrow in FIG. 5 to press the plate-like metal glass 22 against the mold base material 11 which is the lower mold (the pressing pressure is 10). [MPa]). After maintaining the pressed state for about 1 minute as it is, the upper mold 14 is raised, the upper mold 14 and the mold base material 11 are opened, and after cooling to room temperature by air cooling, the mold base material 11 is taken out. Thereby, as shown in FIG.1 and FIG.2 (d), the metal glass layer 12 is filled to the trough of the V-groove 2 in the surface (support surface 11f) of the metal mold | die base material 11 which consists of HPM38, The fitting part 12a is formed. Thereby, the to-be-fitted part 11a which forms the V-groove 2 on the metal mold | die base material 11 and the fitting part 12a will be in the state fitted, and the metal glass layer 12 and the metal mold | die base material 11 are integrated completely. Thus, the mold 1 can be manufactured.
In addition, the mold base material 11 is processed in a V-groove process at the steps A and A ′ which are not the shape transfer surface shown in FIG. It has been implemented. The steps A and A ′ are not provided with V-grooves, tapped holes are formed so as to have a symmetrical distribution, and are screwed to form the metallic glass layer 12 and the mold mother at the steps A and A ′. In some cases, the material 11 may be fixed.

最後に金属ガラス層１２を金型母材１１と一体化結合した後、不図示のダイヤモンドバイトを用いた超精密切削加工で金属ガラス層１２の形状転写面１２ｆを仕上げることにより、金属ガラス層１２と金型母材１１とを一体化した金型１の作製ができる。
このように作製した金型１であれば、形状転写面１２ｆの凹部の開口径が２０［ｍｍ］〜３０［ｍｍ］にもなる大面積の金型とすることができる。
また、このように作製した金型１は、形状転写面１２ｆが金属ガラス層１２で構成されているため、金型の転写面としての強度が維持される。また、金属ガラスは結晶粒界を持たないため、超精密切削などの機械加工より高精度な転写面形状と表面粗さを得ることができる。
さらに、このようにして作製した金型１を不図示の射出成形機にセットし、成形工程に用いた結果、およそ５万ショットを実施したところ、金属ガラス層１２が金型母材１１から剥離していないことを確認した。 Finally, after the metallic glass layer 12 is integrally bonded to the mold base material 11, the metallic glass layer 12 is finished by finishing the shape transfer surface 12f of the metallic glass layer 12 by ultra-precise cutting using a diamond tool (not shown). And the metal mold | die base material 11 can be produced.
The mold 1 thus manufactured can be a large-area mold in which the opening diameter of the concave portion of the shape transfer surface 12f is 20 [mm] to 30 [mm].
Moreover, since the shape transfer surface 12f is comprised by the metal glass layer 12, the intensity | strength as a transfer surface of a metal mold | die is produced in the metal mold | die 1 produced in this way. Further, since the metal glass does not have a crystal grain boundary, it is possible to obtain a transfer surface shape and surface roughness with higher accuracy than machining such as ultraprecision cutting.
Furthermore, when the mold 1 produced in this way was set in an injection molding machine (not shown) and used for the molding process, approximately 50,000 shots were performed. As a result, the metal glass layer 12 was peeled from the mold base material 11. I confirmed that I did not.

一方、金属ガラス層１２を金型母材１１と一体化結合し、ダイヤモンドバイトを用いた超精密切削加工で金属ガラス層１２の形状転写面１２ｆの曲率半径を金型母材１１の支持面１１ｆと同じR＝５０［ｍｍ］を有する球面（凹面）に形状修正後、さらにフネンレルような微細な段差形状を創製した金型１の場合（図６）、樹脂の成形工程で、微細段差の角部の磨耗が激しかったことが確認された（図６中のＣの部分の角は丸まった。これを、ダレともいう）。
このような磨耗は、通常の研磨、切削、研削などの再加工によるメンテナンス作業はほぼ不可能である。
そこで、図６に示す金型１を空気中で結晶化温度４８７［℃］を超える５００［℃］前後で３０分間加熱させて、金属ガラス層１２を完全に結晶化させたところ、金属ガラス層１２は非常に脆くボロボロの状態となり、ＨＰＭ３８からなる金型母材１１から簡単に取り外すことができる。その後、金型母材１１をさらに洗浄処理を行った後、上述したプロセスと同様なプロセスで新たな金属ガラス層１２を金型母材１１に嵌合するように形成することによって、形状転写面１２ｆの再生を行うことができる。 On the other hand, the metallic glass layer 12 is integrally bonded to the mold base material 11, and the curvature radius of the shape transfer surface 12f of the metallic glass layer 12 is set to the support surface 11f of the mold base material 11 by ultraprecision cutting using a diamond tool. In the case of the mold 1 in which a fine step shape such as a funnell is created after the shape is corrected to a spherical surface (concave surface) having the same R = 50 [mm] as in FIG. 6 (FIG. 6), the angle of the fine step in the resin molding process It was confirmed that the wear of the part was intense (the corner of the part C in FIG. 6 was rounded. This is also called sagging).
Such wear makes maintenance work by rework such as normal polishing, cutting and grinding almost impossible.
Therefore, when the metal mold layer 1 shown in FIG. 6 is heated in air at around 500 [° C.] exceeding the crystallization temperature 487 [° C.] for 30 minutes to completely crystallize the metal glass layer 12, the metal glass layer 12 is very brittle and tattered, and can be easily removed from the mold base material 11 made of HPM38. Thereafter, the mold base material 11 is further subjected to a cleaning process, and then a new metallic glass layer 12 is formed so as to be fitted to the mold base material 11 by a process similar to the above-described process. 12f playback can be performed.

〔実施例２〕
次に、本実施形態の金型１の二つ目の実施例（以下、実施例２と呼ぶ）について説明する。
必要とする形状転写面１２ｆの曲率半径が小さい場合、例えば、平面に近い形状ではなく、弾丸状に近い形状の場合、一度の押圧加工によって金属ガラスを所望の形状に加工することは困難である。特に、金型母材１１の支持面１１ｆのＶ溝２に金属ガラスを完全に充填させることは困難である。そこで、実施例２の金型１は、一度目の押圧加工で板状金属ガラス２２の形状を所望の金属ガラス層１２の形状に近い形状に加工し、二度目の押圧加工で金型母材１１上で所望の形状に加工する。
実施例２の金型１は、実施例１と略同様の構成であるが、図７（ａ）に示すように板状金属ガラス２２を下部金型として金型母材１１ではなく、表面に微細パターンを設けていない一次成形下部金型１５を用いた加工機４にセットして、上述した過冷却液体領域で図７（ａ）中の矢印で示すように押圧して一度目の押圧加工を行う。その後、室温に冷却して形状転写面１２ｆが球面形状の金属ガラスのバルクを作製する。そして、次に図７（ｂ）に示すように、この金属ガラスのバルクを下部金型として表面に微細Ｖ溝輪帯パターンを有する金型母材１１を用いた加工機４にセットして、再び過冷却液体領域に昇温させて図７（ｂ）中の矢印で示すように加工機４の上部金型１４を降下させ、再度押圧して二度目の押圧加工を行う。このように、金属ガラス層１２の押圧加工を二度に分けて行うことによって、形状転写面１２ｆの曲率半径が小さい金型１であっても金属ガラス層１２を金型母材１１の支持面１１ｆの形状に沿わせるように形成することができる。これにより、Ｖ溝２に沿った嵌合部１２ａを形成することができ、金属ガラス層１２を金型母材１１に対して一体的に支持することができる。
また、図７（ｂ）に示しているように、上部金型１４の表面に予め微細段差パターンを設けることによって、加工機４の下部金型を構成する金型母材１１の形状と金属ガラス層１２とをより確実にフィットさせ、隙間をなくし、そしてＶ溝パターンの谷部に金属ガラス層１２を構成する合金を充填させ、より確実に一体化させることができると同時に、金属ガラス層１２の形状転写面１２ｆに微細パターンの創製も行うことができた。この方法により、金型１の製作時間を大幅に短縮することができる。
なお、金属ガラス層１２の形状転写面１２ｆが磨耗した後、上述した実施例１と同じ方法で金属ガラス層１２の取替えを行う。 [Example 2]
Next, a second example (hereinafter referred to as Example 2) of the mold 1 of the present embodiment will be described.
When the required radius of curvature of the shape transfer surface 12f is small, for example, when it is not a shape close to a flat surface but a shape close to a bullet shape, it is difficult to process the metal glass into a desired shape by a single pressing process. . In particular, it is difficult to completely fill the V-groove 2 of the support surface 11f of the mold base 11 with metal glass. Therefore, in the mold 1 of Example 2, the shape of the plate-shaped metal glass 22 is processed into a shape close to the shape of the desired metal glass layer 12 by the first pressing, and the mold base material is processed by the second pressing. 11 is processed into a desired shape.
The mold 1 of the second embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment. However, as shown in FIG. 7 (a), the plate-shaped metal glass 22 is used as a lower mold, not on the mold base material 11, but on the surface. It is set in the processing machine 4 using the primary molding lower die 15 not provided with the fine pattern, and is pressed as shown by the arrow in FIG. I do. Then, it cools to room temperature and produces the bulk of the metallic glass whose shape transfer surface 12f is spherical shape. Then, as shown in FIG. 7 (b), this metal glass bulk is set as a lower mold in a processing machine 4 using a mold base material 11 having a fine V-groove ring pattern on the surface, The temperature is again raised to the supercooled liquid region, and the upper mold 14 of the processing machine 4 is lowered as shown by the arrow in FIG. 7B, and is pressed again to perform the second pressing process. Thus, by performing the pressing process of the metal glass layer 12 twice, the metal glass layer 12 is supported on the support surface of the mold base material 11 even if the mold 1 has a small radius of curvature of the shape transfer surface 12f. It can be formed so as to follow the shape of 11f. Thereby, the fitting part 12a along the V-groove 2 can be formed, and the metal glass layer 12 can be integrally supported with respect to the mold base material 11.
Further, as shown in FIG. 7B, by providing a fine step pattern in advance on the surface of the upper mold 14, the shape of the mold base material 11 constituting the lower mold of the processing machine 4 and the metallic glass It is possible to fit the layer 12 more securely, eliminate the gap, and fill the valleys of the V-groove pattern with the alloy constituting the metallic glass layer 12 so that they can be more reliably integrated. It was also possible to create a fine pattern on the shape transfer surface 12f. By this method, the production time of the mold 1 can be greatly shortened.
In addition, after the shape transfer surface 12f of the metal glass layer 12 is worn, the metal glass layer 12 is replaced by the same method as in the first embodiment.

〔実施例３〕
次に、本実施形態の金型１の三つ目の実施例（以下、実施例３と呼ぶ）について説明する。
実施例３の金型１は、実施例１とほぼ同様の構成である。図８に示すように、樹脂成形品を金型から取り出すために、形状転写面１２ｆではない段差Ａ及びＡ’部のイッジェックターピン５により、突き出されるのは通常である。成形品を金型から取り出すときに、この段差Ａ及びＡ’部の近辺は、もっとも応力集中しているのは広く知られている。上述した実施例１のように、段差Ａ及びＡ’部の部分にもＶ溝を設けたり、ネジ止めしたりした場合、金属ガラス層１２のひび割れ、あるいは、金型母材１１に対する剥離は殆どこの段差Ａ及びＡ’部の部分から始まることが分かった。
また、積重ねた実験結果から、加工機４の上部金型と下部金型との押圧で金属ガラス層１２の変形は図８中の矢印で示しているように、金型１の中心から外周部に逃げていく傾向がわかった。すなわち、Ｖ溝２の開口方向は金属ガラス層１２の変形方向と逆になっている。よって、この結果より、金属ガラス層１２と金型母材１１との結合をより強固なものにするために、最も望ましい構成は金型１の中心から外周方向に向かって、Ｖ溝の深さを徐々変化させた構造であることが判明した。本実施例３の場合、一番中心側のＶ溝２の深さが５［μｍ］に対し、一番外側のＶ溝２は６０［μｍ］にした。作製した金型を切断して断面を観察したところ、一番外側のＶ溝２の谷でも金属ガラス層１２はほぼ全部充填されていることが確認された。このように、金属ガラス層１２の変形傾向を利用して、外周部のアンカー効果がより強くなるようにした結果、金属ガラス層１２と金型母材１１との結合はより強固することができた。実施例３の金型１を不図示の用いた射出成形機にセットし、成形工程の実験を行った結果、およそ７万ショットを経ても、金属ガラス層１２が金型母材１１からの剥離が認められなかった。 Example 3
Next, the 3rd Example (henceforth Example 3) of the metal mold | die 1 of this embodiment is demonstrated.
The mold 1 according to the third embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment. As shown in FIG. 8, in order to take out the resin molded product from the mold, it is usually projected by the ejector pins 5 at the steps A and A ′ that are not the shape transfer surface 12f. It is well known that when the molded product is taken out from the mold, the stresses are most concentrated in the vicinity of the steps A and A ′. As in Example 1 described above, when V-grooves are provided in the portions of the steps A and A ′ or screwed, the metal glass layer 12 is hardly cracked or peeled off from the mold base material 11. It turned out that it starts from the part of this level | step difference A and A 'part.
Further, from the stacked experimental results, the deformation of the metallic glass layer 12 due to the pressing of the upper mold and the lower mold of the processing machine 4 is shown from the center of the mold 1 to the outer periphery as shown by the arrows in FIG. I found a tendency to escape. That is, the opening direction of the V groove 2 is opposite to the deformation direction of the metallic glass layer 12. Therefore, from this result, in order to make the bond between the metal glass layer 12 and the mold base material 11 stronger, the most desirable configuration is the depth of the V-groove from the center of the mold 1 toward the outer periphery. It was found that the structure gradually changed. In the case of Example 3, the depth of the outermost V-groove 2 is 5 [μm], while the outermost V-groove 2 is 60 [μm]. When the produced mold was cut and the cross section was observed, it was confirmed that the metal glass layer 12 was almost entirely filled even in the valley of the outermost V groove 2. As described above, as a result of using the deformation tendency of the metal glass layer 12 to increase the anchor effect at the outer peripheral portion, the bond between the metal glass layer 12 and the mold base material 11 can be further strengthened. It was. As a result of setting the mold 1 of Example 3 in an injection molding machine (not shown) and conducting an experiment of the molding process, the metal glass layer 12 was peeled from the mold base material 11 even after about 70,000 shots. Was not recognized.

さらに、鋭意研究を重ねたところ、このような機械的な結合を特徴とする構成の場合、図９で示すように、金型球面中心から見た場合にＶ溝２の外側の側面ＢＢ’と金型球面中心を通す法線Ｎとをなす角度θ_２はもっとも重要なファクターである。それが小さい程、上記側面によるアンカー効果が少なくなる。一方、その角度が大きすぎると、今度逆に、加工工具はその加工面と干渉し、最悪の場合、加工できなくなる場合がある。積重ねた研究結果から、この角度θ_２は１０［°］から４５［°］範囲では最もアンカー効果が安定し、確実にアンカー降下が得られる範囲であることが判明した。 Furthermore, as a result of extensive research, in the case of a configuration characterized by such mechanical coupling, as shown in FIG. 9, when viewed from the center of the mold spherical surface, the outer side surface BB ′ and The angle θ ₂ that forms a normal N passing through the center of the mold sphere is the most important factor. The smaller it is, the less the anchor effect due to the side face. On the other hand, if the angle is too large, the machining tool, on the other hand, interferes with the machining surface, and in the worst case, machining may not be possible. From the accumulated research results, it was found that this angle θ ₂ is within a range of 10 [°] to 45 [°], in which the anchor effect is most stable and the anchor descent is surely obtained.

なお、金型母材１１に形成する微小凹凸形状としては、実施例１で説明したの輪帯状Ｖ溝パターンに限るものではない。図１０は、他の例のＶ溝パターンが支持面１１ｆに形成された金型母材１１の上面図を模式的に示したものである。実施例１で説明したの輪帯状Ｖ溝パターン以外にも、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）で示すような、対称的な不連続パターンも本実施例と同じ効果を得ることができる。また、図示していないが、Ｖ溝の代わりに、金型母材１１の表面に円柱や円錐や角錐などの形状の孔部を支持面１１ｆに形成した場合であってもＶ溝と同様のアンカー効果を有することも確認できた。
また、金属ガラス層１２の材料となる金属ガラスに関しては、Ｚｒ基のみならず、Ｐｄ基やＮｉ基やＦｅ基やＴｉ基やＣｕ基などを用いても同じ効果が確認されている。 Note that the fine uneven shape formed on the mold base 11 is not limited to the annular V-groove pattern described in the first embodiment. FIG. 10 schematically shows a top view of the mold base material 11 in which the V-groove pattern of another example is formed on the support surface 11f. In addition to the annular V-shaped groove pattern described in the first embodiment, a symmetrical discontinuous pattern as shown in FIGS. 10A and 10B can obtain the same effect as the present embodiment. . Although not shown in the figure, the same as the V-groove, even when a hole having a shape such as a cylinder, a cone, or a pyramid is formed on the surface of the mold base 11 on the support surface 11f instead of the V-groove. It has also been confirmed that it has an anchor effect.
Moreover, regarding the metal glass used as the material of the metal glass layer 12, not only the Zr group but also the Pd group, the Ni group, the Fe group, the Ti group, and the Cu group are used, and the same effect is confirmed.

〔比較例〕
図１１は、比較例の説明図であり、上記実施例１と略同じ構成であるが、金型母材１１のＶ溝２の向きを図１１（ａ）に示すように実施例１とは逆向きとした構成である。このようにＶ溝２の向きを逆にした場合、アンカー効果をもたらすＶ溝２の側面は金型母材１１の中心から見てＶ溝２の内側となる。比較例の構成の場合、およそ二万ショット未満の成形でも金属ガラスが剥離してしまうケースがあった。比較例の金型の断面を観察したところ、図１１（ｂ）の模式図のように、金属ガラス層１２を構成する金属ガラスはＶ溝２の谷部に殆ど充填されていなく、谷部に空隙が残ったままの状態であることがわかった。Ｖ溝２の開口部の向きが金属ガラスの変形の方向と同じなった場合、いくら金属ガラスが過冷却液体領域で、超塑性の特性があっても、谷部への充填は難しくなる。従って、Ｖ溝２の内側に作用する金属ガラスの量が少なくなりアンカー効果が激減する状態となった。 [Comparative Example]
FIG. 11 is an explanatory diagram of a comparative example, which has substantially the same configuration as that of the first embodiment, but the direction of the V groove 2 of the mold base 11 is different from that of the first embodiment as shown in FIG. The configuration is reversed. When the direction of the V-groove 2 is reversed in this way, the side surface of the V-groove 2 that brings about the anchor effect is the inside of the V-groove 2 when viewed from the center of the mold base material 11. In the case of the configuration of the comparative example, there was a case where the metal glass was peeled even when the molding was less than about 20,000 shots. When the cross section of the mold of the comparative example was observed, as shown in the schematic diagram of FIG. 11 (b), the metal glass constituting the metal glass layer 12 was hardly filled in the valleys of the V-groove 2, and the valleys were not filled. It was found that the void remained. When the direction of the opening of the V-groove 2 is the same as the direction of deformation of the metal glass, it becomes difficult to fill the valleys even if the metal glass is in the supercooled liquid region and has superplastic characteristics. Therefore, the amount of the metallic glass acting on the inside of the V groove 2 is reduced, and the anchor effect is drastically reduced.

なお、本実施形態では、形状転写面１２ｆの凹部の開口径が２０［ｍｍ］以上となるような大面積の金型１について説明した。しかし、本発明の特徴部である、金型母材１１の支持面１１ｆ上で金属ガラスの温度を過冷却液体領域として金属ガラスを流動化した後、冷却することによって支持面１１ｆに沿った形状に金属ガラス層１２を形成し、支持面１１ｆに形成された被嵌合部１１ａと、この被嵌合部１１ａに沿って形成された嵌合部１２ａとの嵌合によって金属ガラス層１２が金型母材１１に対して固定される構成は、従来の金型と同程度の面積の金型であっても適用可能である。このような金型であれば、大面積でなくても従来の金型に比べて金型母材に対して金属ガラス層をより良好に固定することができるという効果を奏する。 In the present embodiment, the mold 1 having a large area in which the opening diameter of the concave portion of the shape transfer surface 12f is 20 [mm] or more has been described. However, after the metal glass is fluidized on the support surface 11f of the mold base material 11 with the temperature of the metal glass as a supercooled liquid region, which is a feature of the present invention, the shape along the support surface 11f is cooled. The metallic glass layer 12 is formed on the supporting surface 11f, and the fitting portion 11a formed along the fitting portion 11a is fitted with the fitting portion 12a. The structure fixed with respect to the mold base material 11 is applicable even to a mold having the same area as that of a conventional mold. If it is such a metal mold | die, there exists an effect that a metallic glass layer can be fixed more favorably with respect to a metal mold | die base material compared with the conventional metal mold | die even if it is not large area.

以上、本実施形態の金型１は、樹脂やガラス等のレンズに成形する対象と対向する形状転写面１２ｆが過冷却液体領域を有する金属ガラス層１２で構成され、金属ガラス層１２を支持し、金属ガラス層１２の過冷却液体領域では過冷却液体とはならない金属であるＨＰＭ３８金属ブロックからなる金型母材１１を有する金型である。形状転写面１２ｆが非晶質合金である金属ガラス層１２から構成されるため、金型１の形状転写面１２ｆとしての強度が維持される。さらに、金属ガラスは結晶粒界を持たないため、超精密切削などの機械加工より高精度な転写面形状と表面粗さを得ることができる。
また、金型母材１１の金属ガラス層１２を支持する支持面１１ｆには金属ガラス層１２側の微小凹凸形状である嵌合部１２ａと嵌合する微小凹凸形状である被嵌合部１１ａを備え、嵌合部１２ａと被嵌合部１１ａとの嵌合によって金属ガラス層１２が金型母材１１に対して固定されるものである。そして、金属ガラス層１２は、支持面１１ｆ上で金属ガラス層１２の材料である板状金属ガラス２２の温度を過冷却液体領域として板状金属ガラス２２を流動化した後、冷却することによって支持面１１ｆに沿った形状に形成されたものである。よって、本実施形態の金型１であれば、金型母材１１の支持面１１ｆ上で板状金属ガラス２２の温度を過冷却液体領域として板状金属ガラス２２を流動化した後、冷却することによって支持面１１ｆに沿った形状に形成されたものであるため、金型母材１１の支持面１１ｆ上に板状の金属ガラスと同様の面積と厚みとを持った金属ガラス層１２を形成することができる。また、過冷却液体領域で流動化した状態の金属ガラスの超塑性によって、金属ガラス層１２は被嵌合部１１ａを備えた支持面１１ｆに沿った形状に形成されるため、被嵌合部１１ａに沿うように嵌合部１２ａが形成され、この嵌合部１２ａと被嵌合部１１ａとの嵌合により金属ガラス層１２が金型母材１１に対して良好に固定される。このように、板状の金属ガラスと同様の面積と厚みとを持った金属ガラス層１２を金型母材１１に嵌合によって良好に固定することができるため、大面積、且つ、所望の肉厚を有する金属ガラス層１２で形状転写面１２ｆを形成し、さらに、金属ガラス層１２が金型母材１１に対して良好に固定された金型１を得ることができる。このように、本実施形態の金型１であれば、成膜方法では得られにくい厚肉の金属ガラス層１２を形成することが可能となるとともに、バルク状の金属ガラスでは困難であった大面積の形状転写面を備えた金属ガラス層１２を形成することが可能となる。 As described above, the mold 1 of the present embodiment includes the metal glass layer 12 having the supercooled liquid region on the shape transfer surface 12f facing the object to be molded into a lens such as resin or glass, and supports the metal glass layer 12. In the supercooled liquid region of the metal glass layer 12, the mold has a mold base material 11 made of an HPM38 metal block that is a metal that does not become a supercooled liquid. Since the shape transfer surface 12f is composed of the metallic glass layer 12 made of an amorphous alloy, the strength of the mold 1 as the shape transfer surface 12f is maintained. Furthermore, since the metallic glass does not have a crystal grain boundary, it is possible to obtain a transfer surface shape and surface roughness with higher accuracy than machining such as ultraprecision cutting.
Further, the support surface 11f that supports the metal glass layer 12 of the mold base 11 is provided with a fitting portion 11a having a minute uneven shape that fits with a fitting portion 12a that is a minute uneven shape on the metal glass layer 12 side. The metal glass layer 12 is fixed to the mold base material 11 by fitting the fitting portion 12a and the fitted portion 11a. The metal glass layer 12 is supported by cooling the plate-like metal glass 22 on the support surface 11f after fluidizing the plate-like metal glass 22 with the temperature of the plate-like metal glass 22 that is the material of the metal glass layer 12 being a supercooled liquid region. It is formed in a shape along the surface 11f. Therefore, if it is the metal mold | die 1 of this embodiment, after cooling the plate-shaped metal glass 22 on the support surface 11f of the metal mold | die base material 11 by making the temperature of the plate-shaped metal glass 22 into a supercooling liquid area | region, it cools. Thus, the metal glass layer 12 having the same area and thickness as the plate-like metal glass is formed on the support surface 11f of the mold base material 11 because it is formed in a shape along the support surface 11f. can do. Further, due to the superplasticity of the metallic glass fluidized in the supercooled liquid region, the metallic glass layer 12 is formed in a shape along the support surface 11f provided with the fitted portion 11a. The fitting portion 12a is formed along the fitting portion 12a, and the metal glass layer 12 is satisfactorily fixed to the mold base material 11 by fitting the fitting portion 12a and the fitted portion 11a. Thus, since the metal glass layer 12 having the same area and thickness as the plate-like metal glass can be satisfactorily fixed to the mold base material 11 by fitting, the large area and the desired meat can be obtained. The metal mold layer 1 can be obtained in which the shape transfer surface 12 f is formed by the metal glass layer 12 having a thickness, and the metal glass layer 12 is satisfactorily fixed to the mold base material 11. Thus, with the mold 1 of the present embodiment, it is possible to form a thick metal glass layer 12 that is difficult to obtain by a film forming method, and it is difficult to achieve with a bulk metal glass. It becomes possible to form the metal glass layer 12 provided with the shape transfer surface of an area.

また、金型１は、樹脂射出成形やガラスプレス等の成形工程で形状転写面１２ｆを構成する金属ガラス層１２が磨耗した場合、磨耗した金属ガラス層１２を金型母材１１から取り外し、新たに別の金属ガラス層１２を金型母材１１に嵌合させることにより、形状転写面１２ｆを構成する金属ガラス層１２を置き換え、金型母材１１を繰り返し使用できる。このため、金属ガラス層１２の結晶化温度を超える温度で加熱することにより、金属ガラス層１２は結晶化して脆い状態となるため、金属ガラス層１２を容易に金型母材１１から取り除くことができる。形状転写面１２ｆが磨耗した後、この形状転写面１２ｆを簡単に取り替えることことができる。形状転写面１２ｆを構成する金属ガラス層１２を簡単に取り替えることができることによって、金型母材１１はそのまま再利用できるため、金型１の製造コストを削減することができる。 Further, when the metal glass layer 12 constituting the shape transfer surface 12f is worn out in a molding process such as resin injection molding or glass press, the mold 1 removes the worn metal glass layer 12 from the mold base material 11, and newly By fitting another metal glass layer 12 to the mold base material 11, the metal glass layer 12 constituting the shape transfer surface 12f can be replaced, and the mold base material 11 can be used repeatedly. For this reason, by heating at a temperature exceeding the crystallization temperature of the metal glass layer 12, the metal glass layer 12 crystallizes and becomes brittle, so that the metal glass layer 12 can be easily removed from the mold base material 11. it can. After the shape transfer surface 12f is worn, the shape transfer surface 12f can be easily replaced. Since the metal glass layer 12 constituting the shape transfer surface 12f can be easily replaced, the mold base material 11 can be reused as it is, so that the manufacturing cost of the mold 1 can be reduced.

また、金型１の嵌合部１２ａと被嵌合部１１ａとは、多数の微小凹凸形状同士の噛合いによるアンカー効果によって嵌合し、金属ガラス層１２と金型母材１１とが一体化するように結合している。金属ガラスをガラス転移点以上に加熱した後、過冷却液体領域で、被嵌合部１１ａとして支持面１１ｆに多数の凹凸形状を有する金型母材１１に押圧することで、金属ガラスの超塑性（流動性）により、金属ガラスは金型母材１１の凹凸形状の凹部に入り込み、一体化された状態で嵌合する。この構成によって、より確実に金属ガラス層１２を金型母材１１と一体化結合させることができる。 Moreover, the fitting part 12a and the to-be-fitted part 11a of the metal mold | die 1 are fitted by the anchor effect by engagement of many minute uneven | corrugated shapes, and the metal glass layer 12 and the metal mold | die base material 11 are integrated. Combined to do. After the metal glass is heated to the glass transition point or higher, it is pressed against the mold base material 11 having a large number of irregularities on the support surface 11f as the fitted portion 11a in the supercooled liquid region, thereby superplasticity of the metal glass. Due to (fluidity), the metal glass enters the concave and convex portions of the mold base 11 and fits in an integrated state. With this configuration, the metal glass layer 12 can be integrally bonded to the mold base material 11 more reliably.

また、金型１は、金属ガラス層１２及び金型母材１１の嵌合部１２ａ及び被嵌合部１１ａを構成する微小凹凸形状は、形状転写面１２ｆの幾何中心を基準に対称的に分布しているため、金属ガラス層１２と金型母材１１との結合をより均一にすることができ、応力集中を抑制することができる。従って、この構成により、形状転写面１２ｆを担う大面積な金属ガラス層１２を確実にかつ強固に金型母材１１と一体化させることができる。 Further, in the mold 1, the fine uneven shapes constituting the fitting portion 12 a and the fitted portion 11 a of the metal glass layer 12 and the die base material 11 are distributed symmetrically with respect to the geometric center of the shape transfer surface 12 f. Therefore, the bond between the metal glass layer 12 and the mold base material 11 can be made more uniform, and the stress concentration can be suppressed. Therefore, with this configuration, the large-area metallic glass layer 12 that bears the shape transfer surface 12f can be reliably and firmly integrated with the mold base material 11.

また、レンズ成形時の熱サイクルによる熱応力の影響が大きい。金属ガラス層１２の熱線膨張係数が、金型母材１１の熱線膨張係数と同程度であることにより、金属ガラス層１２と金型母材１１との嵌め合いを構成する微細凹凸部分における熱応力の影響を抑制することができる。 Moreover, the influence of the thermal stress by the thermal cycle at the time of lens shaping is large. The thermal stress in the fine irregularities constituting the fit between the metallic glass layer 12 and the mold base material 11 when the thermal linear expansion coefficient of the metallic glass layer 12 is about the same as the thermal linear expansion coefficient of the mold base material 11. The influence of can be suppressed.

また、金属ガラス層１２を結晶化温度Ｔｘ以上に加熱し、該金属ガラス層を結晶化させることによって、金属ガラス層１２を金型母材１１から取り外す工程によって、結晶化した金属ガラスは脆くなるため、金属ガラス層１２と金型母材１１との嵌め合いが解消され、金属ガラス層１２を除去することが容易となる。従って、金属ガラス層１２の取替えが可能となる。 In addition, by heating the metal glass layer 12 to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature Tx and crystallizing the metal glass layer, the crystallized metal glass becomes brittle by the step of removing the metal glass layer 12 from the mold base material 11. Therefore, the fitting between the metal glass layer 12 and the mold base material 11 is eliminated, and the metal glass layer 12 can be easily removed. Accordingly, the metal glass layer 12 can be replaced.

また、本実施形態の金型１は、金型母材１１の多数の微細凹凸形状を設けた支持面１１ｆ上に金属ガラス層１２の材料である板状金属ガラス２２を設置し、真空または不活性ガス雰囲気の中で板状ガラス２２の温度が板状金属ガラス２２のガラス遷移温度Ｔｇ以上、且つ、金属ガラス層の結晶化温度Ｔｘ以下、となるように加熱する。その後、板状金属ガラス２２を金型母材１１に対して押圧する加工を行うことにより金型母材１１の支持面１１ｆにある多数の微細凹凸形状の凹部に過冷却液体となった板状金属ガラス２２を充填させ、その後、過冷却液体状態の板状金属ガラス２２の温度を室温に冷却することで、金属ガラス層１２が金型母材１１と嵌合した状態を形成する。このように、金属ガラス層１２を金型母材１１に対して一体化するように結合させることによって金型１を製造する。このように製造された金型１では、金属ガラス層１２は、金型母材１１の支持面１１ｆ上で板状金属ガラス２２の温度を過冷却液体領域として板状金属ガラス２２を流動化した後、冷却することによって支持面１１ｆに沿った形状に形成されたものであるため、金型母材１１の支持面１１ｆ上に板状の金属ガラスと同様の面積と厚みとを持った金属ガラス層１２を形成することができる。また、過冷却液体領域で流動化した状態の金属ガラスの超塑性によって、金属ガラス層１２は微小凹凸形状を設けた支持面１１ｆに沿った形状に形成されるため、微小凹凸形状に沿うように凹凸形状が形成され、金型母材１１の微小凹凸形状と金属ガラス層１２の凹凸形状との嵌合により金属ガラス層１２が金型母材１１に固定されるため、別途固定手段を設ける必要がない。このように、別途固定手段を設けることなく、板状の金属ガラスと同様の面積と厚みとを持った金属ガラス層１２を金型母材１１に固定することができるため、形状転写面１２ｆを金属ガラス層１２で構成する金型１で、大面積、且つ、厚肉な金属ガラス層１２を有する金型１を得ることができる。 Further, in the mold 1 of the present embodiment, a plate-like metal glass 22 that is a material of the metal glass layer 12 is placed on a support surface 11f provided with a large number of fine irregularities of the mold base material 11, and vacuum or non-conductive. It heats so that the temperature of the sheet glass 22 may become more than the glass transition temperature Tg of the sheet metal glass 22, and below the crystallization temperature Tx of a metal glass layer in active gas atmosphere. After that, the plate-shaped metal glass 22 is pressed against the mold base material 11 so as to form a supercooled liquid in a large number of minute concave and convex concave portions on the support surface 11f of the mold base material 11. The metal glass 22 is filled, and then the temperature of the supercooled liquid plate-like metal glass 22 is cooled to room temperature, thereby forming a state in which the metal glass layer 12 is fitted to the mold base material 11. Thus, the metal mold | die 1 is manufactured by combining the metallic glass layer 12 with the metal mold | die base material 11 so that it may integrate. In the mold 1 manufactured in this manner, the metal glass layer 12 fluidizes the plate-like metal glass 22 on the support surface 11f of the mold base material 11 with the temperature of the plate-like metal glass 22 as a supercooled liquid region. Thereafter, it is formed into a shape along the support surface 11f by cooling, so that the metal glass having the same area and thickness as the plate-like metal glass on the support surface 11f of the mold base 11 is obtained. Layer 12 can be formed. In addition, the metal glass layer 12 is formed in a shape along the support surface 11f provided with the fine unevenness by the superplasticity of the metal glass in a fluidized state in the supercooled liquid region. Since the concavo-convex shape is formed and the metal glass layer 12 is fixed to the mold base material 11 by fitting the fine concavo-convex shape of the mold base material 11 and the concavo-convex shape of the metal glass layer 12, it is necessary to provide a separate fixing means. There is no. In this way, since the metal glass layer 12 having the same area and thickness as the plate-like metal glass can be fixed to the mold base material 11 without providing a separate fixing means, the shape transfer surface 12f is formed. With the metal mold 1 constituted by the metal glass layer 12, the metal mold 1 having the large area and thick metal glass layer 12 can be obtained.

また、金型１の製造工程としては、金属ガラス層１２を金型母材１１に対して一体化するように結合させる一体化工程と、この一体化工程で作成された金型１を空気中で金属ガラス層の温度が結晶化温度以上となるように加熱し、金属ガラス層１２を結晶化させることによって、金属ガラス層１２を金型母材１１から取り外す分離工程とを有する。これにより、形状転写面１２ｆを構成する金属ガラス層１２を置き換え、金型母材１１を繰り返し使用できる。このため、金属ガラス層１２の結晶化温度を超える温度で加熱することにより、金属ガラス層１２は結晶化して脆い状態となるため、金属ガラス層１２を容易に金型母材１１から取り除くことができる。形状転写面１２ｆが磨耗した後、この形状転写面１２ｆを簡単に取り替えることことができる。
また、空気中に金属ガラス層１２に対し加熱することにより、金属ガラスの酸化が容易に生じるため、結晶化した後の材料はより一層脆くなるため、金型母材１１からの取り外しをより確実に施すことができる。 In addition, as a manufacturing process of the mold 1, an integration process in which the metal glass layer 12 is combined with the mold base material 11 so as to be integrated, and the mold 1 created by this integration process is performed in the air. And a separation step of removing the metal glass layer 12 from the mold base material 11 by heating the metal glass layer to be equal to or higher than the crystallization temperature to crystallize the metal glass layer 12. Thereby, the metal glass layer 12 which comprises the shape transfer surface 12f can be substituted, and the metal mold | die base material 11 can be used repeatedly. For this reason, by heating at a temperature exceeding the crystallization temperature of the metal glass layer 12, the metal glass layer 12 crystallizes and becomes brittle, so that the metal glass layer 12 can be easily removed from the mold base material 11. it can. After the shape transfer surface 12f is worn, the shape transfer surface 12f can be easily replaced.
Moreover, since the metal glass is easily oxidized by heating the metal glass layer 12 in the air, the material after crystallization becomes more brittle, so that the removal from the mold base material 11 is more reliable. Can be applied.

本実施形態に係る金型の概略断面図。The schematic sectional drawing of the metal mold | die which concerns on this embodiment. 実施例１の金型の製造工程の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing process of the metal mold | die of Example 1. FIG. 実施例１で使用する切削バイトの模式図。1 is a schematic diagram of a cutting tool used in Example 1. FIG. 実施例１の旋削加工の説明図。Explanatory drawing of the turning process of Example 1. FIG. 実施例１の加工機の説明図。Explanatory drawing of the processing machine of Example 1. FIG. 形状転写面に微細な段差形状を備える金型の概略断面図。The schematic sectional drawing of a metal mold | die provided with a fine level | step difference shape in a shape transfer surface. 実施例２の加工機の説明図。Explanatory drawing of the processing machine of Example 2. FIG. 実施例３の金型の概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a mold of Example 3. V溝の説明図。Explanatory drawing of V groove. 輪帯状以外の例のＶ溝パターンが支持面に形成された金型母材の上面模式図。The upper surface schematic diagram of the metal mold | die base material in which the V-groove pattern of examples other than a ring shape was formed in the support surface. 比較例の説明図。Explanatory drawing of a comparative example.

Explanation of symbols

１金型
２Ｖ溝
３切削バイト
４加工機
５イッジェックターピン
１１金型母材
１１ａ被嵌合部
１１ｆ支持面
１２金属ガラス層
１２ａ嵌合部
１２ｆ形状転写面
１４上部金型
１５一次成形下部金型
４０加熱部
４１加圧部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mold 2 V groove 3 Cutting tool 4 Processing machine 5 Ejector pin 11 Mold base material 11a Part to be fitted 11f Support surface 12 Metal glass layer 12a Fitting part 12f Shape transfer surface 14 Upper mold 15 Primary molding lower mold Mold 40 Heating part 41 Pressure part

Claims

The shape transfer surface facing the object to be formed is composed of a metal glass layer having a supercooled liquid region, and is made of a metal that supports the metal glass layer and does not become a supercooled liquid in the supercooled liquid region of the metal glass layer. In a mold manufacturing method for manufacturing a mold having a mold base material,
Place the material of the metal glass layer on the surface of the mold base material provided with a number of fine irregularities,
In a vacuum or an inert gas atmosphere, heating is performed so that the temperature of the material of the metal glass layer is not less than the glass transition temperature of the metal glass layer and not more than the crystallization temperature of the metal glass layer, The metal glass layer material is filled into the concave portions having a number of fine irregularities on the surface of the mold base material by performing processing to press the material of the metal glass layer against the mold base material. By cooling the temperature of the material of the metallic glass layer to room temperature, the metallic glass layer forms a state of fitting with the mold base material, and the metallic glass layer is integrated with the mold base material. A mold manufacturing method characterized in that the mold is manufactured by bonding in such a manner.

In the metal mold manufacturing method of Claim 1,
An integration step of bonding the metallic glass layer so as to be integrated with the mold base material;
The metal glass layer is produced by heating the mold prepared in the integration step in air so that the temperature of the metal glass layer is equal to or higher than the crystallization temperature, and crystallizing the metal glass layer. A mold manufacturing method comprising a separation step of removing from a mold base material.

In the metal mold manufacturing method of Claim 1 or 2,
A metal mold manufacturing method, wherein the metal glass layer and the metal mold base material are fitted to each other by an anchor effect by meshing a large number of minute concavo-convex shapes so as to be integrated.

In the metal mold manufacturing method of Claim 1, 2, or 3,
The mold manufacturing method according to claim 1, wherein the plurality of minute uneven shapes of the mold base material are distributed symmetrically with respect to a geometric center of the shape transfer surface.

In the metal mold manufacturing method of Claim 1, 2, 3 or 4,
The metal glass layer has a thermal linear expansion coefficient comparable to that of the mold base material.

The shape transfer surface facing the molding object is composed of a metallic glass layer having a supercooled liquid region,
In a mold having a mold base material made of a metal that supports the metal glass layer and does not become a supercooled liquid in the supercooled liquid region of the metal glass layer,
The supporting surface that supports the metallic glass layer of the mold base material has a number of fine irregularities,
The metal glass layer is formed by fluidizing the material of the metal glass layer with the temperature of the material of the metal glass layer on the support surface as the supercooled liquid region, and then cooling the material to cool a large number of fine particles on the support surface. Fill the concave and convex shape with the material of the metallic glass layer, and then form a state fitted with the mold base material by being cooled,
A metal mold characterized in that the metal glass layer is fixed to the mold base material when the metal glass layer is fitted to the mold base material.

The mold according to claim 6, wherein
When the metal glass layer constituting the shape transfer surface is worn out during the molding process such as resin injection molding or glass press using the mold, the worn metal glass layer is removed from the mold base material and newly separated. By fitting the metallic glass layer to the mold base material, the metallic glass layer constituting the shape transfer surface can be replaced and the mold base material can be used repeatedly.

The mold according to claim 6 or 7,
The metallic glass layer and the mold base material are fitted by an anchor effect by meshing a large number of minute concavo-convex shapes, and the metallic glass layer and the mold base material are combined so as to be integrated. A mold characterized by that.

The mold according to claim 6, 7 or 8,
The metal mold according to claim 1, wherein the plurality of minute uneven shapes of the mold base material are distributed symmetrically with respect to a geometric center of the shape transfer surface.

The mold according to claim 6, 7, 8 or 9,
The mold characterized in that the thermal linear expansion coefficient of the metallic glass layer is approximately the same as the thermal linear expansion coefficient of the mold base material.

The mold according to claim 6, 7, 8, 9 or 10,
A metal mold, wherein the metal glass is removed from the mold base material by heating the metal glass layer to a crystallization temperature or higher to crystallize the metal glass layer.