WO2007123210A1

WO2007123210A1 - 樹脂成形装置及び樹脂成形方法

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Publication number: WO2007123210A1
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Inventors: Toru Hirata
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Abstract

転写精度を高くすることができ、金型装置のコストを低くすることができ、成形サイクルを短くすることができるようにする。第１の金型と、第１の金型に対向させて配設された第２の金型と、凹凸のパターンから成る転写面をキャビティ空間（Ｃ１、Ｃ２）に向けて第１、第２の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレート（３４）と、一方の金型と転写プレート（３４）との間に配設され、一方の金型及び転写プレート（３４）のうちの一方側から成長させて形成された断熱層（４０）とを有する。一方の金型と転写プレート（３４）との間に断熱層（４０）が配設されるので、成形材料が有する熱エネルギーが一方の金型側に逃げるのを抑制することができる。したがって、成形材料の温度が急激に低くなってスキン層が形成されるのを抑制することができるので、転写精度を高くすることができる。

Description

明細書

樹脂成形装置及び樹脂成形方法

技術分野

[0001] 本発明は、榭脂成形装置及び榭脂成形方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、成形機、例えば、射出成形機においては、加熱シリンダ内において加熱され溶融させられた榭脂が、金型装置内のキヤビティ空間に充填され、該キヤビティ空間内におヽて冷却され、固化させられて成形品が成形されるようになって!/ヽる。

[0003] 前記射出成形機は、榭脂成形装置としての金型装置、型締装置及び射出装置を有し、該射出装置は、榭脂を加熱して溶融させる加熱シリンダ、該加熱シリンダの前端に取り付けられ、溶融させられた榭脂を射出する射出ノズル、前記加熱シリンダ内において回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリュー等を備える。そして、前記金型装置は固定金型及び可動金型を備え、前記型締装置によって可動金型を進退させることにより、金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われ、型締めに伴つて、前記固定金型と可動金型との間にキヤビティ空間が形成される。

[0004] そして、計量工程において、前記スクリューが回転させられると、加熱シリンダ内に供給された榭脂が溶融させられてスクリューの前方に蓄えられ、それに伴って、スクリユーが後退させられ、この間に、金型装置の型閉じ及び型締めが行われる。続いて、射出工程において、前記スクリューが前進させられ、該スクリューの前方に蓄えられた榭脂が射出ノズルカゝら射出され、キヤビティ空間に充填される。次に、冷却工程において、前記キヤビティ空間内の樹脂が冷却され固化される。続いて、型開きが行われ、前記成形品が取り出される。

[0005] 図 1は従来の金型装置の断面図である。

[0006] 図において、 11は成形品、例えば、導光板を成形するための金型装置、 12は固定金型、 13は該固定金型 12に対して進退自在に配設された可動金型である。そして、図示されない型締装置において、可動金型 13が前進させられて型閉じが行われ、可動金型 13が前記固定金型 12に当接させられて型締めが行われ、これに伴つて固定金型 12と可動金型 13との間に矩形の形状を有するキヤビティ空間 C1、C2が形成され、可動金型 13が後退させられ、固定金型 12から離されて型開きが行われる。

[0007] また、 15は固定金型 12に形成されたスプル一であり、該スプル一 15の先端とキヤビティ空間 Cl、 C2とがゲート gl、 g2を介して連通させられる。

[0008] そして、前記可動金型 13は上板 21、及び該上板 21を受ける下板 22を備え、前記キヤビティ空間 Cl、 C2内の可動金型 13における固定金型 12と対向する面には、転写プレート 34が取り付けられ、該転写プレート 34に、固定金型 12と対向させて、微小な凹凸が所定のパターンで形成された転写面が形成される。そして、前記下板 22 内に温調流路 23が形成され、該温調流路 23に温調媒体を流すことによって金型装置 11及びキヤビティ空間 C1、C2内の榭脂を冷却することができる。

[0009] また、前記金型装置 11に対して図示されない射出装置が進退自在に配設され、型締めが行われた状態の金型装置 11の前記固定金型 12に、前記射出装置の射出ノズルを押し当て、射出ノズル力ゝら榭脂を射出すると、榭脂はゲート gl、 g2を介してキャビティ空間 Cl、 C2に充填される。

[0010] そして、各キヤビティ空間 Cl、 C2内の榭脂は、前記温調媒体によって冷却され、固化させられ、このとき、前記転写プレート 34の転写面のパターンが榭脂に転写される。続いて、型開きを行うと、導光板が完成する (例えば、特許文献 1参照。 ) o

特許文献 1：特開 2000— 249538号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] し力しながら、前記従来の金型装置 11においては、前記転写面に極微小な凹凸が形成されている場合、パターンを榭脂に十分に精度良く転写することができず、転写精度が低くなつてしまうことがある。

[0012] これは、金型装置 11の温度が榭脂のガラス転移温度より低くなるような金型装置 11 を使用した場合に、溶融した榭脂がキヤビティ空間 Cl、 C2内に流れ込み、キヤビティ空間 Cl、 C2の内周面に接触したときに、一瞬にして冷却され、榭脂の表面に表面固化層、すなわち、スキン層が形成されたためであると考えられている。

[0013] 該スキン層は、導光板の成形条件、榭脂の種類等によって形成される状態は異なる力一般的に、形成される時間、すなわち、成長時間は 0. 1秒以下のオーダーであり、スキン層の厚さは数十〔 m〕程度といわれている。スキン層が形成されると、榭脂がキヤビティ空間 Cl、 C2の内周面と接触したときに、内周面の形状に沿って柔軟に充填されるのが阻害され、ウエルド、転写不良等の成形不良を発生させてしまう。また、前述されたように、前記転写面に極微小な凹凸が形成されている場合、パターンを榭脂に十分に精度良く転写することができず、転写精度が低くなつてしまう。

[0014] そこで、スキン層が形成される前に転写を終了するために、金型装置 11の温度を高くし、榭脂の流動性を高くすることが考えられる。ところが、金型装置 11の温度を高くすると、榭脂を冷却するのに必要とされる時間がその分長くなり、成形サイクルが長くなつてしまう。また、金型装置 11内に温度調節機構を配設し、金型装置 11の温度を調節することが考えられるが、その場合、金型装置 11のコストが高くなつてしまうだけでなぐ金型装置 11の温度を調節するために大きなエネルギーを消費することになり、導光板のコストも高くなつてしまう。

[0015] さらに、転写精度を高くするために、キヤビティ空間 Cl、 C2内の圧力を高くし、スキン層を機械的に押し潰し、塑性変形させる方法があるが、この場合、型締装置が大型化するだけでなぐ転写プレート 34のパターンが劣化し、転写プレート 34の耐久性が低くなつてしまう。

[0016] 本発明は、前記従来の金型装置 11の問題点を解決して、転写精度を高くすることができ、金型装置のコストを低くすることができ、成形サイクルを短くすることができる榭脂成形装置及び榭脂成形方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0017] そのために、本発明の榭脂成形装置においては、第 1の金型と、該第 1の金型に対向させて配設された第 2の金型と、凹凸のパターン力成る転写面をキヤビティ空間に向けて前記第 1、第 2の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレートと、前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方側カゝら成長させて形成された断熱層とを有する。

発明の効果

[0018] 本発明によれば、榭脂成形装置においては、第 1の金型と、該第 1の金型に対向させて配設された第 2の金型と、凹凸のパターン力成る転写面をキヤビティ空間に向けて前記第 1、第 2の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレートと、前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方側力成長させて形成された断熱層とを有する。

[0019] この場合、一方の金型と転写プレートとの間に断熱層が配設されるので、成形材料が有する熱エネルギーが一方の金型側に逃げるのを抑制することができる。したがつて、成形材料の温度が急激に低くなつてスキン層が形成されるのを抑制することができる。その結果、転写精度を高くすることができる。

[0020] また、スキン層を塑性変形させるための型締カを小さくすることができるので、射出成形機を小型化することができるだけでなぐ転写プレートの耐久性を向上させることができる。

[0021] そして、転写精度を高くすることができる分だけ榭脂成形装置の温度を低く設定することができるので、一方の金型及び転写プレートの温度の下降の速度を高くすることができる。したがって、成形サイクルを十分に短くすることができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]従来の断熱金型の断面図である。

[図 2]本発明の第 1の実施の形態における榭脂成形方法を示す断面図である。

[図 3]本発明の第 1の実施の形態における断熱層の要部を示す斜視図である。

[図 4]本発明の第 1の実施の形態における断熱層の要部を示す拡大図である。

[図 5]本発明の第 1の実施の形態におけるハ-カム構造を形成する第 1の手法を示す図である。

[図 6]本発明の第 1の実施の形態におけるハ-カム構造を形成する第 2の手法を示す図である。

[図 7]本発明の第 1の実施の形態における金型装置の特性を示す図である。

[図 8]本発明の第 2の実施の形態における榭脂成形方法を示す断面図である。

[図 9]本発明の第 2の実施の形態における金型装置の特性を示す図である。

[図 10]本発明の第 3の実施の形態における断熱層の形成方法を示す第 1の図である [図 11]本発明の第 3の実施の形態における断熱層の形成方法を示す第 2の図である

[図 12]本発明の第 4の実施の形態における断熱層の形成方法を示す図である。符号の説明

[0023] 20、 61 金型装置

24 A 固定金型

24B 可動金型

34 転写プレート

40 断熱層

C、 Cl、 C2 キヤビティ空間

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、成形機としての射出成形機、及び榭脂成形装置としての金型装置について説明する。

[0025] 図 2は本発明の第 1の実施の形態における榭脂成形方法を示す断面図である。なお、（

a)は成形材料としての榭脂 30をキヤビティ空間 Cl、 C2に充填した状態を示す図、 ( b)は型締めを行った状態を示す図である。

[0026] 図において、 61は成形品、例えば、導光板を成形するための榭脂成形装置としての金型装置、 24Aは第 1の型部材としての、かつ、第 1の金型としての固定金型、 24 Bは該固定金型 24Aに対して進退自在に配設された第 2の型部材としての、かつ、第 2の金型としての可動金型である。そして、図示されない型締装置において、可動金型 24Bが前進させられて型閉じが行われ、可動金型 24Bが前記固定金型 24Aに当接させられて型締めが行われ、これに伴って固定金型 24Aと可動金型 24Bとの間に矩形の形状を有するキヤビティ空間 Cl、 C2が形成され、可動金型 24Bが後退させられ、固定金型 24Aから離されて型開きが行われる。

[0027] また、 15は固定金型 24Aに形成されたスプル一であり、該スプル一 15の先端とキャビティ空間 Cl、 C2とがゲート gl、 g2を介して連通させられる。 [0028] そして、前記可動金型 24Bは上板 21、及び該上板 21を受ける下板 (受け板） 22を備え、前記キヤビティ空間 Cl、 C2内の可動金型 24Bにおける固定金型 24Aと対向する面上に断熱層 40が形成され、該断熱層 40における固定金型 24Aと対向する面に転写プレート 34が取り付けられる。また、該転写プレート 34における固定金型 24 Aと対向する面に、微小な凹凸が所定のパターンで形成された転写面が形成される

[0029] そして、前記下板 22に温調流路 23が形成され、該温調流路 23に温調媒体、例えば、水を流すことによって、金型装置 61及びキヤビティ空間 Cl、 C2内の榭脂 30を冷却することができる。なお、固定金型 24Aにも、温調流路 23と同様の温調流路を形成し、該温調流路に水を流すことができる。

[0030] また、前記金型装置 61に対して図示されない射出装置が進退自在に配設され、型締めが行われた状態の金型装置 61の前記固定金型 24Aに、前記射出装置の射出ノズルを押し当て、射出ノズル力も榭脂 30を射出すると、榭脂 30はゲート gl、 g2を介してキヤビティ空間 Cl、 C2に充填される。

[0031] そして、各キヤビティ空間 Cl、 C2内の榭脂 30は、前記水によって冷却され、固化させられ、このとき、前記転写プレート 34の転写面のパターンが榭脂 30に転写される。続いて、型開きを行うと、導光板が完成する。

[0032] 本実施の形態においては、第 1の金型として固定金型 24A及び第 2の金型として可動金型 24Bを使用するようになっている力固定金型を下方に、可動金型を上方に配設し、可動金型をプレス機構によって進退させることができる。その場合、固定金型は固定下型として、可動金型は可動上型として使用される。

[0033] ところで、本実施の形態においては、前記水の温度を調整することによって、成形を開始するときの金型装置 61の温度を、従来の金型装置 11の温度より、所定の温度、本実施の形態においては、 40〔で〕程度低く設定するようにしている。

[0034] そのために、前述されたように、可動金型 24Bに断熱層 40が形成される。

[0035] 図 3は本発明の第 1の実施の形態における断熱層の要部を示す斜視図、図 4は本発明の第 1の実施の形態における断熱層の要部を示す拡大図である。

[0036] 前記断熱層 40は、断面が正多角形、本実施の形態においては、正六角形の形状を有す

るハニカム構造を有する。

[0037] ところで、断熱層として、例えば、高分子材料を転写プレート 34と上板 21との間に配設した場合、実際の成形時においてヒートサイクルによる収縮によって、断熱層が上板 21における転写プレート 34と接触する面と擦れ合い、転写プレート 34が摩耗してしまう。前記導光板の成形においては、金型装置 61に 100万ショット以上の成形に対する耐久性が求められる。高分子材料の熱伝導率は、金型装置 61を構成している鋼材等の熱伝導率と比べて、 2桁程度低ぐ熱伝導率が低いという点では最適な断熱層といえる力耐久性の面で問題が残る。

[0038] また、断熱層として、ジルコユア等のセラミック材料を成膜によって形成する方法が考えられるが、ジルコユアは、鋼材と非常に近似する線膨張係数を有するので、ヒートサイクルによる収縮に起因する擦れ合いの問題が発生する率は、前記高分子材料を使用する場合より低い。しカゝしながら、ジルコユアの断熱性が低いので、本発明で意図する断熱効果を得ようとする場合、約 100 m〕以上、かつ、 l〔mm〕以下程度の厚さが必要となると考えられる。この場合、実際に断熱層を形成することができても、脆性の高い構造になってしまい、ヒートサイクルによる収縮によって割れが発生したり、大きな射出力、型締め力等が加わって割れが発生したりする。その結果、断熱層の耐久'性が低くなつてしまう。

[0039] そこで、本実施の形態においては、前述されたように、断面が正六角形の形状を有するハ-カム構造によって断熱層 40を形成するようになって、る。

[0040] ところで、導光板のような光メディアを成形する場合、例えば、 12 [cm]直径の円領域に最大 300〔kgZcm²〕程度の圧力が印加されることがある。また、成形の際に使用される転写プレート 34は、通常、ニッケル電铸を行い、ニッケルを電铸カ卩ェすることによって形成される。本実施の形態においても、ニッケル電铸を行うことによって形成された転写プレート 34が使用され、該転写プレート 34は、 0. 3〔mm〕程度の厚さを有し、表面にサブミクロンの大きさの微細な凹凸から成るパターンが形成される。

[0041] また、前記転写プレート 34は、上板 21の表面に機械的に、又はエアチャックによつて取り付けられる力ヒートサイクルによる収縮に起因する擦れ合いを軽減するために、上板 21の表面に DLC (Diamond Like Carbon)のような高摩耗而性材料がコーティングされ、 DLCの膜が形成される。この場合、膜の表面は研磨不能であるので、一定の荒れを有して、る。また、数十〔 μ m〕以上、かつ、 100〔 μ m〕以下の径のボイドが発生することもある。

[0042] そこで、ボイドの形状力薄、転写プレート 34を介して導光板の表面に転写され、残痕を生じさせることがないように、前記ハ-カム構造が設定される。すなわち、ハニカム構造のハ-カムピッチ Pは 0. 1〔 m〕以上、かつ、 100〔 m〕以下、好ましくは、 1 m〕以上、かつ、 10 m〕以下の範囲に設定される。この範囲は、断熱層 40が、可動金型 24Bと転写プレート 34との間に配設されることを考慮して設定され、一般的に、金型装置 11内に断熱目的で形成されるものと比較すると、はる力に小さくされる。

[0043] 断熱層 40のハ-カム構造を形成するための材料には金属が使用される。ハ-カム構造の壁の厚さ、すなわち、壁厚 Dは、 0. 01 { μ m〕以上、かつ、 10〔 m〕以下、好ましくは、 0. 1 m〕以上、かつ、 5〔 m〕以下の範囲に設定される。これは、例えば、ハニカム構造の空隙部 42が、鋼材と比べて熱伝導率がほとんど無視し得る程度に低い空気であると仮定すると、断熱層 40として、鋼材の 1Z10程度の熱伝導率を実現

するには、空隙部 42の空隙率を 90〔％〕にする必要があるためである。また、ハ-カム構造の高さ（形成高さ）を表すノヽ-カム高さ Hは、 10〔 m〕以上、かつ、 10〔mm〕以下の範囲に設定される。

[0044] ここで、ノ、二カムピッチ Pを、例えば、 10〔 m〕であると仮定すると、ハ-カム構造の壁厚 Dは、 1〔 m〕以下のオーダーとなる。十数〔cm〕の大きな面積の領域にわたつて、例えば、壁厚 Dが 1 m〕、ハ-カムピッチ Pが 10 m〕、ハ-カム高さ Hが: L〔m m]程度の微小なハ-カム構造を得るためには、面積に対する高さの比が大き、構造、すなわち、「高アスペクト比構造」を形成する上で優位性のある、いわゆる LIGA ( Lithographie, Galvanoformung, Abformung)プロセス手法をベースとする製作法を使用するのが好ましい。 LIGAプロセス手法自体は、公知のものであるので、詳細な説明は省略するが、基板上に X線感光性を有するレジスト材を厚膜塗布し、 Au 、 Be等を吸収体とする X線マスクを介してシンクロトロン放射光（SR光）による露光 (X 線露光）を行い、露光部を現像して除去するか、又は逆に遮蔽部を現像して除去する力してレジスト微細構造体を得るものである。

[0045] なお、レジスト微細構造体をベースにして電铸を行、、レプリカを作成すると、射出成形等によってハ-カム構造を形成することができる。

[0046] LIGAプロセス手法を採用する場合、具体的な実施の形態としては、転写プレート 3

4における可動金型 24Bと対向する面にハニカム構を形成する手法、及び可動金型

24Bにおける転写プレート 34と対向する面にハ-カム構を形成する手法が考えられる。

[0047] 次に、ハニカム構造を形成する手法について説明する。

[0048] 図 5は本発明の第 1の実施の形態におけるハ-カム構造を形成する第 1の手法を示す図、図 6は本発明の第 1の実施の形態におけるハ-カム構造を形成する第 2の手法を示す図である。

[0049] 転写プレート 34における可動金型 24Bと対向する面にハ-カム構造を形成するために、図 5に示されるように、（ニッケル製の）転写プレート 34を基板とし、その背面（可動金型 24Bと対向する面）に X線感光性のレジスト材 44を厚膜塗布し (又はフィルム貼付し)、所定の厚さになるまでレジスト材 44の厚さを研磨等で調節し、 X線マスク 46を介してシンクロトロン放射光（SR光)で露光し、現像することによって、壁厚 Dに対応する 1〔 μ m〕の構造幅で、ハニカムピッチ Pに対応する 10〔 μ m〕周期のハニカム構造を有する反転構造体 48を形成する（図 5 (A)、（B) )。その後、ニッケル電铸を行い、ハ-カム構造を成長させるようにすればよい（図 5 (C) )。このとき、転写プレート 34の転写面（図 5において下側面）は、レジスト等の適切な材料で保護するようにする。ニッケル電铸が行われた後、研磨等でハ-カム高さを調節すると、転写プレート 3 4に直付けの断熱層 40を形成することができる（図 5 (D) )。

[0050] なお、通常、 1回の X線露光で感光されるレジスト材 44の厚さは数百〔 m〕程度である。したがって、更に厚い断熱層 40を形成する場合は、形成されたハ-カム構造上に更にハニカム構造を積層し、付加的な層を形成する必要がある。この必要性に対しては、例えば、多重露光 LIGAプロセス手法で対応することができる。すなわち、図 6に示されるように、 1回目の露光が終了した後、すぐには現像せず、更に 1層目のレジスト材 44の上に 2層目のレジスト材 50を形成するようにすればよい。なお、ハニカム構造のパターン、すなわち、ハ-カムパターンが、転写プレート 34を介して導光板に転写される恐れは、 1層目のハ-カム構造によって回避されるので、 2層目のハ- カム構造のハ-カムピッチ Pを、 1層目のハ-カム構造のハ-カムピッチ P (例えば、 1 0 m〕）より

大きくすることができる。同様の多重露光を繰り返し、必要な微細構造のレジスト材の厚さが得られると、その後、一括して現像が行われる。このようにして、多重化されたハ-カム構造の反転構造体 52を形成することができる。該反転構造体 52に対して- ッケル電铸を行い、最後にレジスト材 44、 50を除去すると、必要な厚さのニッケル製のハ-カム構造を有する断熱層 40を形成することができる。

[0051] 一方、可動金型 24Bにおける転写プレート 34と対向する面にハニカム構造を形成する場合も、基本的には、前記ニッケル電铸によるハニカム構造と同じ手法を使用することができるが、鋼材自体を電铸によって成長させることはできないので、ニッケル電铸等の電铸に代えて金属粉末成形技術を使用するのが好ましい。この場合、露光によって反転構造体 48、 52を形成する工程までは同様である力その後の工程では、電铸に代えて金属粉末焼結成形技術が使用される。この場合、金型装置 61と同じ材質 (鋼材)の金属粉を使用し、熱膨張係数差によって断熱層 40と可動金型 24B との間で熱応力が発生するのを抑制する。

[0052] なお、焼結時には、組成に応じて体積が数〔％〕以上、かつ、 10数〔％〕以下の収縮が生じるので、キヤビティ空間 Cl、 C2の表面部分を一体ィ匕した金型部品として焼結を行い、その後、後工程で、金型装置 61の一部を構成するチェイスとして嵌め込み、一体ィ匕することができるように切削を行う必要がある。

[0053] 次に、前記構成の金型装置 61の作用について説明する。

[0054] 図 7は本発明の第 1の実施の形態における金型装置の特性を示す図である。なお、図において、横軸に時間を、縦軸に金型装置 61の温度を採ってある。

[0055] 図において、 L1は従来の金型装置 11を使用して導光板を成形したときの可動金型 13の温度を示す線、 L2は従来の金型装置 11を使用して導光板を成形したときの転写プレート 34の温度を示す線、 L3は本発明の金型装置 61を使用して導光板を成形したときの可動金型 24Bの温度を示す線、 L4は本発明の金型装置 61を使用して導光板を成形したときの転写プレート 34の温度を示す線である。

[0056] 本実施の形態においては、金型装置 61を使用して導光板を成形したときに、成形を開始したときの可動金型 24Bの温度が、従来の金型装置 11を使用して導光板を成形したときの可動金型 13の温度より、ほぼ 40〔で〕だけ低く設定される。これは、成形しょうとする榭脂 30のガラス転移温度より 50〔で〕以上低い値である。なお、この場合、溶融させられた榭脂 30の温度は 290 [°C]である。

[0057] まず、従来の金型装置 11において、榭脂 30が金型装置 11のキヤビティ空間 Cl、 C2内に充填されると、榭脂 30の温度は 290〔で〕であるので、可動金型 13及び転写プレート 34の温度は急激に上昇する力可動金型 13によって多くの熱が奪われるので、転写が完了する時刻（タイミング) tplにおける転写プレート 34の温度 T1は、 120 〔で〕程度になる。

[0058] また、このときの可動金型 13の温度 T2は、 130〔で〕をわずかに超えた程度になる

[0059] したがって、榭脂 30は、転写が完了する時刻 tplまでに 290〔で〕から急激に冷却されることになり、スキン層が形成されやすぐまた、形成されたスキン層が成長しやすい。

[0060] ところで、従来の金型装置 11においては、導光板にサブミクロンの大きさの凹凸が形成される。そして、該凹凸は、開口部の大きさに対して半分程度の深さを有する必要があるが、該深さは、スキン層の厚さと比較したとき、極めて小さい。

[0061] したがって、従来の金型装置 11を使用して導光板を成形すると、既に固化状態に移行した榭脂 30を、型締装置による大きな型締カによって押し潰して塑性変形させ、転写プレート 34の凹凸に沿わせることになる。その結果、転写プレート 34の転写面のパターンが劣化しやすくなる。

[0062] 転写は、 1. 2秒程度が経過した後の時刻 tplで完了する。その後、転写プレート 34 及び可動金型 13の各温度は、いずれも、ほぼ平行な下降曲線に沿って徐々に低下する。ところが、金型装置 11の温度が高めに設定されているので、その下降の程度は非常に緩やかである。したがって、型開きが行われる時刻 tp2までに 12秒以上、導光板が取り出される時刻 tp3までに 16秒近くの時間が既に経過しており、最終的に金型装置 11の型閉じが行われて、次の成形に入る準備ができる時刻 tp4までに、 17 . 2秒以上の時間が経過してしまっている。

[0063] これに対して、本発明の金型装置 61においては、成形を開始するときの金型装置 61の温度が従来の金型装置 11の温度より 40〔で〕近く低く設定されているにもかかわらず、断熱層 40の存在により、榭脂 30の有する熱エネルギーが可動金型 24B側に逃げるのが抑制されるので、転写プレート 34において、転写完了時刻 tl ( tpl) にお、て、従来の金型装置 11と同等程度（120 [°C]程度）にまで温度が上昇して!/、る。転写プレート 34の温度の立上がりは従来の金型装置 11を使用したときの転写プレート 34の温度の立上りよりやや緩やかである力可動金型 24Bの温度は、 160〔°C 〕近くにまで一気に上昇することが分かる。

[0064] 転写は、従来の金型装置 11を使用したときと同様に 1. 2秒程度が経過した後の時刻 tl ( tpl)で完了するが、本発明の金型装置 61を使用した場合、転写が完了するまでの、充填の初期の榭脂 30の温度が高めに維持され、その流動性が確保される。したがって、従来の金型装置 11を使用した場合より、スキン層の成長が抑制され、固化の程度が低くされる。その結果、榭脂 30は容易に転写プレート 34の転写面の凹凸に沿うことができる。

[0065] したがって、本発明においては、転写面の付近の榭脂、すなわち、スキン層を塑性変形させるための型締カを小さくすることができ、型締装置を含む射出成形機の全体を小型化することができるだけでなぐコストを低くすることができる。また、転写プレート 34の転写面の転写精度を高くすることができる。そして、従来の金型装置 11を使用したときと同等の型締カを発生させた場合、転写プレート 34の転写面の転写精度を高くすることができる。

[0066] なお、転写が完了した後、転写プレート 34及び可動金型 24Bの温度は、いずれも低下していくが、金型装置 61の温度が低めに設定されているので、転写プレート 34 及び可動金型 24Bの温度の下降の速度が高くなる。

[0067] したがって、型開きが行われる時刻 t2までに 6. 4秒程度、導光板が取り出される時刻 t3までに 9. 2秒程度しか時間が経過しておらず、最終的に型閉じが行われ、次の成形に入る準備ができる時刻 t4までに、わずかに 9. 6秒以上、かつ、 11. 6秒以下の程度の時間し力経過しない。また、型開きが行われる時刻 t2での転写プレート 34 の温度は、従来の金型装置 11が使用される場合の時刻 tp2での転写プレート 34の温度より 34〔で〕も低くなつていることが分かる。

[0068] このように、本実施の形態においては、可動金型 24Bと転写プレート 34との間に断熱層 40が配設されるので、榭脂 30が有する熱エネルギーが可動金型 24B側に逃げるのを抑制することができる。したがって、榭脂 30の温度が急激に低くなつてスキン層が形成されるのを抑制することができる。その結果、転写精度を高くこることができる。

[0069] また、スキン層を塑性変形させるための型締カを小さくすることができるので、射出成形機を小型化することができるだけでなぐ転写プレート 34の耐久性を向上させることができる。

[0070] そして、転写精度を高くすることができる分だけ金型装置 61の温度を低く設定することができるので、転写プレート 34及び可動金型 24Bの温度の下降の速度を高くすることができる。したがって、成形サイクルを十分に短くすることができる。

[0071] 次に、ディスク基板を成形するための本発明の第 2の実施の形態について説明する。なお、第 1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する

[0072] 図 8は本発明の第 2の実施の形態における榭脂成形方法を示す断面図である。なお、（a)は成形材料としての榭脂 30をキヤビティ空間 Cに充填した状態を示す図、 (b )は型締めを行った状態を示す図である。

[0073] 図にお、て、 20は成形品、例えば、ディスク基板を成形するための榭脂成形装置としての金型装置、 24Aは第 1の型部材としての、かつ、第 1の金型としての固定金型（固定下型）、 24Bは該固定金型 24Aに対して進退自在に配設された第 2の型部材としての、かつ、第 2の金型としての可動金型（可動上型）である。そして、図示されない型締装置 (プレス機構）において、可動金型 24Bが前進させられて型閉じが行われ、可動金型 24Bが前記固定金型 24Aに当接させられて型締めが行われ、これに伴つて固定金型 24Aと可動金型 24Bとの間に円形の形状を有するキヤビティ空間 Cが形成され、可動金型 24Bが後退させられ、固定金型 24Aから離されて型開きが行われる。

[0074] また、 15は固定金型 24Aに形成されたスプル一であり、該スプル一 15の先端とキャビティ空間 Cとが連通させられる。そして、 62は可動金型 24Bに対して進退自在に配設されたカットパンチであり、該カットパンチ 62を前進させることによって、キヤビティ空間 Cに充填された榭脂 30に対して穴開加工を施すことができる。

[0075] そして、前記キヤビティ空間 C内の固定金型 24Aにおける可動金型 24Bと対向する面上に、第 1の実施の形態と同様に、ハ-カム構造を有する断熱層 40が形成され、該断熱層 40における可動金型 24Bと対向する面に転写プレート 34が取り付けられる。本実施の形態において、転写プレート 34としてスタンパが使用される。また、前記転写プレート 34に、可動金型 24Bと対向させて、微小な凹凸が所定のパターンで形成された転写面が形成される。

[0076] そして、前記固定金型 24A及び可動金型 24Bに温調流路 23が形成され、該温調流路 23に温調媒体、例えば、水を流すことによって、金型装置 20及びキヤビティ空間 C内の榭脂 30を冷却することができる。

[0077] また、キヤビティ空間 C内の榭脂 30は、前記水によって冷却され、固化させられ、このとき、前記転写プレート 34の転写面のパターンが榭脂 30に転写される。続いて、カットパンチ 62を前進させ、穴開加工を行った後、型開きを行うと、ディスク基板を成形

することができる。

[0078] 本実施の形態にぉ、ては、ディスク基板が成形されるようになって!/、るので、キヤビティ空間 Cに充填された榭脂は、薄いディスク基板の形状に広げられる。したがって、転写後は、温度が低く設定された金型装置 20によって急速に熱エネルギーが奪われるので、ディスク基板を良好に冷却することができる。その結果、成形サイクルを短くすることがでさる。

[0079] なお、前記断熱層 40における断熱効果をわずかに低くし、成形を開始するときの金型装置 20の温度をわずかに高くすると、転写プレート 34及び可動金型 24Bの特性を中間の特性にすることができる。

[0080] 次に、前記構成の金型装置 20の作用につ、て説明する。

[0081] 図 9は本発明の第 2の実施の形態における金型装置の特性を示す図である。なお、図において、横軸に時間を、縦軸に金型装置 20の温度を採ってある。

[0082] 図において、 L1は従来のディスク成形用の金型装置を使用してディスク基板を成形したときの可動金型の温度を示す線、 L2は従来のディスク成形用の金型装置を使用してディスク基板を成形したときの転写プレート (スタンパ）の温度を示す線、 L3は本発明の金型装置 20を使用してディスク基板を成形したときの可動金型 24Bの温度を示す線、 L4は本発明の金型装置 20を使用してディスク基板を成形したときの転写プレート 34の温度を示す線である。

[0083] 本実施の形態においては、金型装置 20を使用してディスク基板を成形したときに、成形を開始したときの可動金型 24Bの温度が、従来のディスク成形用の金型装置を使用してディスク基板を成形したときの可動金型の温度より、ほぼ 40 [°C]だけ低く設定される。これは、成形しょうとする榭脂 30のガラス転移温度より 50〔で〕以上低い値である。なお、この場合、溶融させられた榭脂 30の温度は 290〔で〕である。

[0084] まず、従来のディスク成形用の金型装置にぉ、て、榭脂が金型装置のキヤビティ空間内に充填されると、榭脂の温度は 290〔で〕であるので、可動金型及び転写プレートの温度は急激に上昇する力可動金型によって多くの熱が奪われるので、転写が完了する時刻（タイミング) tplにおける転写プレートの温度 T1は、 120〔で〕程度になる。

[0085] また、このときの可動金型の温度 T2は、 130〔で〕をわずかに超えた程度になる。

[0086] したがって、榭脂は、転写が完了する時刻 tplまでに 290〔で〕から急激に冷却されることになり、スキン層が形成されやすぐまた、形成されたスキン層が成長しやすい。

[0087] ところで、従来のディスク成形用の金型装置においては、ディスク基板にサブミクロンの大きさの凹凸が形成される。そして、該凹凸は、開口部の大きさに対して半分程度の深さを有する必要がある力該深さは、スキン層の厚さと比較したとき、極めて小さい。 [0088] したがって、従来のディスク成形用の金型装置を使用してディスク基板を成形すると、既に固化状態に移行した榭脂を、型締装置による大きな型締力によって押し潰して塑性変形させ、転写プレートの凹凸に沿わせることになる。その結果、転写プレートの転写面のパターンが劣化しやすくなる。

[0089] 転写は、 0. 3秒程度が経過した後の時刻 tplで完了する。その後、転写プレート及び可動金型の各温度は、いずれも、ほぼ平行な下降曲線に沿って徐々に低下する。ところが、従来のディスク成形用の金型装置の温度が高めに設定されているので、その下降の程度は非常に緩やかである。したがって、型開きが行われる時刻 tp2までに 3秒以上、ディスク基板が取り出される時刻 tp3までに 4秒近くの時間が既に経過しており、最終的に従来のディスク成形用の金型装置の型閉じが行われて、次の成形に入る準備ができる時刻 tp4までに、 4. 3秒以上の時間が経過してしまっている。

[0090] これに対して、本発明の金型装置 20においては、成形を開始するときの金型装置 20の温度が従来のディスク成形用の金型装置の温度より 40 [°C]近く低く設定されているにもかかわらず、断熱層 40の存在により、榭脂 30の有する熱エネルギーが可動金型 24B側に逃げるのが抑制されるので、転写プレート 34において、転写完了時刻 tl (^tpl)において、従来のディスク成形用の金型装置と同等程度（120〔で〕程度）にまで温度が上昇している。転写プレート 34の温度の立上がりは従来のディスク成形用の金型装置を使用したときの転写プレート 34の温度の立上りよりやや緩やかであるが、可動金型 24Bの温度は、 160〔で〕近くにまで一気に上昇することが分かる。

[0091] 転写は、従来のディスク成形用の金型装置を使用したときと同様に 0. 3秒程度が経過した後の時刻 tl ( tpl)で完了するが、本発明の金型装置 20を使用した場合、転写が完了するまでの、充填の初期の榭脂 30の温度が高めに維持され、その流動性が確保される。したがって、従来のディスク成形用の金型装置を使用した場合より、スキン層の成長が抑制され、固化の程度が低くされる。その結果、榭脂 30は容易に転写プレート 34の転写面の凹凸に沿うことができる。

[0092] したがって、本発明においては、転写面の付近の榭脂、すなわち、スキン層を塑性変形させるための型締カを小さくすることができ、型締装置を含む射出成形機の全体を小型化することができるだけでなぐコストを低くすることができる。また、転写プレート 34の転写面の転写精度を高くすることができる。そして、従来のディスク成形用の金型装置を使用したときと同等の型締カを発生させた場合、転写プレート 34の転写面の転写精度を高くすることができる。

[0093] なお、転写が完了した後、転写プレート 34及び可動金型 24Bの温度は、いずれも低下していくが、金型装置 20の温度が低めに設定されているので、転写プレート 34 及び可動金型 24Bの温度の下降の速度が高くなる。

[0094] したがって、型開きが行われる時刻 t2までに 1. 6秒程度、ディスク基板が取り出される時刻 t3までに 2. 3秒程度しか時間が経過しておらず、最終的に型閉じが行われ、次の成形に入る準備ができる時刻 t4までに、わずかに 2. 4秒以上、かつ、 2. 9秒以下の程度の時間し力経過しない。また、型開きが行われる時刻 t2での転写プレート 34の温度は、従来のディスク成形用の金型装置が使用される場合の時刻 tp2での転写プレート 34の温度より 34〔で〕も低くなつていることが分かる。

[0095] このように、本実施の形態においては、可動金型 24Bと転写プレート 34との間に断熱層 40が配設されるので、榭脂 30が有する熱エネルギーが可動金型 24B側に逃げるのを抑制することができる。したがって、榭脂 30の温度が急激に低くなつてスキン層が形成されるのを抑制することができる。その結果、転写精度を高くこることができる。

[0096] また、スキン層を塑性変形させるための型締カを小さくすることができるので、射出成形機を小型化することができるだけでなぐ転写プレート 34の耐久性を向上させることができる。

[0097] そして、転写精度を高くすることができる分だけ金型装置 20の温度を低く設定することができるので、転写プレート 34及び可動金型 24Bの温度の下降の速度を高くすることができる。したがって、成形サイクルを十分に短くすることができる。

[0098] ところで、前記第 1、第 2の実施の形態においては、ハ-カム構造を転写プレート 34 側から形成したり、固定金型 24A側又は可動金型 24B側力も形成したりするようになつている力他の方法でノヽニカム構造を形成することができる。

[0099] そこで、他の方法でノヽ-カム構造を形成するようにした本発明の第 3の実施の形態について説明する。 [0100] 図 10は本発明の第 3の実施の形態における断熱層の形成方法を示す第 1の図、図 11は本発明の第 3の実施の形態における断熱層の形成方法を示す第 2の図である。

[0101] 例えば、金属射出成形において、 10〔 m〕程度幅の深溝に金属粉を含むグリーン体を流し込むのは困難を伴うことがある。このような場合には、例えば、図 10及び 11 に示されるように、あらかじめ金属射出成形によって形成した金属粉を含む薄肉板 7 0を準備しておき、該薄肉板 70に対してハ-カムの反転構造 (針状の突起を有する構造)を備えた (断熱層 40を形成するための)逆ハ-カム転写プレート 72を押し当て、薄肉板 70及び逆ハ-カム転写プレート 72を図示されないプレスで挟み込むと、前記ハ-カムの反転構造を薄肉板 70側に転写することができる。続いて、前記逆ハ- カム転写プレート 72を薄肉板 70から分離すると、図 11に示されるようなハ-カム構造が転写された反転構造体力成る薄肉板 70Aを得ることができる。なお、該薄肉板 70Aを断熱層として転写プレート 34と固定金型 24A又は可動金型 24Bとの間に配設することができる。

[0102] 次に、更に他の方法でハ-カム構造を形成するようにした本発明の第 4の実施の形態について説明する。

[0103] 図 12は本発明の第 4の実施の形態における断熱層の形成方法を示す図である。

なお、（a)はハ-カム構造が転写される前の状態を示す図、（b)はハ-カム構造が転写された後の状態を示す図である。

[0104] この場合、高、流動性及び耐摩耗性を有するアモルファス金属（、わゆる「金属ガラス」といわれる。）を使用するようになっている。図 12 (a)に示されるように、加熱体としての加熱コイル 80を使用してスリーブ 82内で加熱された型鏡面板 84上にァモルファス金属 86を載置し、ハ-カムの反転構造を有する（断熱層を形成するための）逆ハ-カム転写プレート 88を前記アモルファス金属 86に押し付けると、図 12 (b)に示されるように、プレス成形が行われ、前記ハ-カムの反転構造をアモルファス金属 86側に転写することができる。続いて、前記逆ハ-カム転写プレート 88をアモルファス金属 86から分離させると、ハ-カム構造が転写された反転構造体力成るアモルファス金属層 86Aを得ることができる。該アモルファス金属層 86Aが断熱層として形成された型鏡面板 84を、金型装置 20の一部を構成するチェイスとして使用し、転写プレート 34と固定金型 24A又は可動金型 24Bとの間に配設することができる。

[0105] なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなぐ本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲力排除するものではない。

産業上の利用可能性

[0106] 本発明を射出成形機の金型装置に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] (a)第 1の金型と、

(b)該第 1の金型に対向させて配設された第 2の金型と、

(c)凹凸のパターン力成る転写面をキヤビティ空間に向けて前記第 1、第 2の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレートと、

(d)前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方側から成長させて形成された断熱層とを有することを特徴とする樹脂成形装置。

[2] 前記断熱層は、前記転写プレート側から成長させて形成される請求項 1に記載の樹脂成形装置。

[3] 前記断熱層は、前記一方の金型側から成長させて形成される請求項 1に記載の榭脂成形装置。

[4] (a)前記断熱層はハ-カム構造を有し、

(b)該ハ-カム構造のハ-カムピッチは、 0. 1〔 m〕以上、かつ、 100〔 μ m〕以下の範囲に設定される請求項 1〜3のいずれか 1項に記載の榭脂成形装置。

[5] (a)前記断熱層はハ-カム構造を有し、

(b)該ハ-カム構造の壁厚は、 0. 01〔/ζ πι〕以上、かつ、 10〔/ζ πι〕以下の範囲に設定される請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の榭脂成形装置。

[6] (a)前記断熱層はハ-カム構造を有し、

(b)該ハ-カム構造のハ-カム高さは、 10〔/ζ πι〕以上、かつ、 10〔mm〕以下の範囲に設定される請求項 1〜5のいずれか 1項に記載の榭脂成形装置。

[7] 前記断熱層は、積層されたハ-カム構造を有する請求項 4〜6のいずれか 1項に記載の榭脂成形装置。

[8] 前記金型において成形を開始するときの温度は、成形材料のガラス転移温度より 5 0〔で〕以上低い値に設定される請求項 1〜7のいずれ力 1項に記載の榭脂成形装置

[9] 第 1の金型、該第 1の金型に対向させて配設された第 2の金型、凹凸のパターンから成る転写面をキヤビティ空間に向けて前記第 1、第 2の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレート、及び前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方側から成長させて形成された断熱層を有する榭脂成形装置の榭脂成形方法にお!、て、

(a)キヤビティ空間に成形材料を充填して転写面のパターンを成形材料に転写し、

(b)転写後に、型締カを加え、転写面の付近の成形材料を塑性変形させることを特徴とする榭脂成形方法。