JP2001219429A

JP2001219429A - 樹脂製型およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001219429A
Application number: JP2000029485A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ito; 研二伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2001-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】極めて高精度の電鋳金型を安価に製造すること
ができる樹脂製の型の製造方法を提供する。【解決手段】キャビティーの形状転写面１２，２２の側
面部分に弾性体２３の層が形成された金型２１の、キャ
ビティー内に、硬化時に収縮する性質を有すると共にシ
リカ粉末が混入された第１の硬化性樹脂２４Ａを供給す
る第１の供給工程と、第１の硬化性樹脂２４Ａの上にシ
リカ粉末が混入されていない第２の硬化性樹脂２４Ｂを
供給する第２の供給工程と、第１及び第２の硬化性樹脂
を硬化させる硬化工程と、第１及び第２の硬化性樹脂か
ら形成された樹脂製型を金型２１から離型する離型工程
とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂製の型および
その製造方法に係り、さらに詳しくは、例えば、ガラス
基板上に反応硬化型樹脂から成る樹脂層を成形加工し、
それを樹脂製の電鋳マスターとして用いることにより、
精密な寸法精度が要求される小径非球面レンズ、マイク
ロレンズ、レンズアレー、回析格子等の光学部品や、機
械部品などの成形型を製造することができる樹脂製の型
およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、小径非球面レンズ、マイクロレ
ンズ、レンズアレー、回析格子等の光学部品や、精密な
寸法精度が要求される機械部品を製造するための金型
は、高精度に機械加工されるために非常に高価なものと
なっている。

【０００３】また、複数個の同じ金型を製造する方法と
しては、機械加工でマスター金型を製造して、それを基
にして電鋳加工で金型を製造する方法もある。しかし、
その電鋳加工はメッキ速度が遅いために非常に長い時間
を必要とし、そのため、このような製作方法では金型納
期が非常に遅くなってしまう。また、複数のマスター金
型を機械加工で製作することによって、同時に複数個の
マスター金型を基にして金型を電鋳加工すれば、このよ
うな納期の問題は解決されるが、必然的に、このように
して製作した金型は非常に高価になってしまう。

【０００４】また、特開平３−２０２４８６号公報に記
載されているように、電子ビームにより原盤を製作し、
この原盤を基に電鋳を行なって第１の金型を製作し、こ
の第１の金型を用いて紫外線硬化型樹脂等の感光性樹脂
製のレプリカを製作し、このレプリカをマスターにして
電鋳を行なって第２の金型を製作する方法も知られてい
る。しかし、この方法では、紫外線硬化樹脂等の反応硬
化型樹脂が硬化時に収縮するため、電鋳用のマスターを
高精度に製作することが極めて困難である。特に、肉厚
がｍｍ単位となる金型、または複雑な形状を有する金型
の製作は、ますます困難となってくる。

【０００５】このような紫外線硬化樹脂の硬化収縮に対
する寸法補償の方法として、特開平９−２７７２６７号
公報に記載されている方法がある。

【０００６】図８は、上記公報に開示されている方法を
示す図である。まず、図８（ａ）に示すように金型６１
のキャビティー形成面６２に反応硬化型樹脂６３を表面
張力で盛り上がる程度にまで供給し、真空脱泡する。次
に、図８（ｂ）に示すようにキャビティーの投影形状と
ほぼ同一形状の角穴６４Ａのあいたガラス基板６４を反
応硬化型樹脂６３の上に載置する。

【０００７】次に図８（ｃ）に示すように、上方から紫
外線を照射して反応硬化型樹脂６３を硬化させる。この
時、樹脂６３は、紫外線の照射により硬化収縮するもの
の、ガラス基板６４の角穴６４Ａにより上方が開放され
ているため、キャビティー形成面６２との密着を保った
まま硬化収縮することになり、高精度にキャビティー形
成面６２を転写することができる。

【０００８】

【発明の解決しようとする課題】しかしながら、図８の
ように上方の１面だけの収縮補償では、肉厚がｍｍ単位
のキャビティーを精密に転写することは難しい。図９に
示すように肉厚がｍｍ単位のキャビティーでは、側面方
向への収縮も発生するため、折角キャビティー形成面６
２に密着した樹脂６３が側面方向に収縮するために中央
部分が浮いて、反った形で転写されてしまう。

【０００９】また、キャビティー全体の収縮だけでな
く、キャビティー形成面に加工された形状部でも収縮が
おこり正確な転写ができない。例えば、図１０に示すよ
うな溝形状の場合、個々の溝の両壁に樹脂が密着、収縮
して溝底が浮いてしまう。

【００１０】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、肉厚がｍｍ単位、また
は複雑な形状のキャビティーを形成する金型などから
も、高精度に製造することができて、例えば、電鋳マス
ターとして用いることにより、極めて高精度の電鋳金型
を安価に製造することができる樹脂製の型およびその製
造方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる樹脂製型の製造
方法は、キャビティーの形状転写面の側面部分に弾性体
の層が形成された金型の、前記キャビティー内に、硬化
時に収縮する性質を有すると共にシリカ粉末が混入され
た第１の硬化性樹脂を供給する第１の供給工程と、前記
第１の硬化性樹脂の上にシリカ粉末が混入されていない
第２の硬化性樹脂を供給する第２の供給工程と、前記第
１及び第２の硬化性樹脂を硬化させる硬化工程と、前記
第１及び第２の硬化性樹脂から形成された樹脂製型を前
記金型から離型する離型工程とを具備することを特徴と
している。

【００１２】また、この発明に係わる樹脂製型の製造方
法において、前記キャビティーの平面形状と略同形状の
穴を有する基板を、前記第２の硬化性樹脂の上にかぶせ
る工程を更に具備することを特徴としている。

【００１３】また、この発明に係わる樹脂製型の製造方
法において、前記基板は、ガラスから形成されているこ
とを特徴としている。

【００１４】また、この発明に係わる樹脂製型の製造方
法において、前記第１の硬化性樹脂は、樹脂１００重量
部に対して、３０〜６０重量部のシリカ粉末が混入され
て構成されていることを特徴としている。

【００１５】また、本発明に係わる樹脂製型は、上記の
樹脂製型の製造方法により製造されたことを特徴として
いる。

【００１６】また、この発明に係わる樹脂製型におい
て、電鋳により金型を製造する場合のマスター型として
使用されることを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明するのであるが、その前に本発明の概要について説
明する。

【００１８】本発明の樹脂製の型は、金型のキャビティ
ー内に供給した反応硬化型樹脂を硬化させてから離型す
ることによって製造される樹脂製の型において、前記樹
脂の硬化によって該樹脂に結合され、かつ前記キャビテ
ィーの投影形状とほば同一形状の穴が形成された基板を
有しており、金型のキャビティー形成面の外周部に、そ
れを拡大する拡大キャビティー形成面を設けることを前
提として、前記拡大キャビティー形成面の側面部の表面
に弾性体で構成された層を有することを特徴とする。ま
た、前記弾性体の弾性率は１×１０⁵ｋｇ／ｃｍ²以下の
材料とすると効果的である。

【００１９】更に、キャビティーに供給する反応硬化型
樹脂としてシリカ粉末を混入させたものと、させていな
いものの２種類を用いて、キャビティーに供給する樹脂
を２層で構成する。１層目、すなわちキャビティー形成
面に密着する樹脂としてシリカ粉末を混入させたものを
用い、２層目として残りのキャビティー空間を埋めるた
めにシリカ粉末を混入させていないものを供給する。

【００２０】本発明によれば、ガラス等の基板に設けた
穴によって反応硬化樹脂の表面の硬化収縮を許容すると
ともに、反応硬化樹脂の側面部の硬化収縮も拡大キャビ
ティー側面部に設けた弾性体層が伸びることにより許容
する。すなわち、金型のキャビティー形成面を除く全て
の面での固化収縮を許容することで、金型のキャビティ
ー形成面から樹脂層が剥離することを防止する。

【００２１】また、キャビティー形成面に加工された形
状部内での樹脂の収縮を減少させるために、樹脂１００
重量部に対して、シリカ粉末３０〜６０重量部を混入さ
せた樹脂を供給する。この時、肉厚がｍｍ単位のキャビ
ティーに対してシリカ粉末３０〜６０重量部を混入させ
た樹脂のみを供給すると、ＵＶ光（紫外線）を照射して
も透過しきれず、キャビティー形成面付近の樹脂が固化
しない。

【００２２】そのため、キャビティーに供給する樹脂を
２層に分けて、キャビティー形成面に接触する１層目に
シリカ粉末を混入した樹脂を供給して、２層目としてシ
リカ粉末の混入していない樹脂でキャビティーを満たす
ことで、肉厚がｍｍ単位のキャビティーに対して、透過
性の悪いシリカ粉末を混入した樹脂の占める割合を減少
させることにより、ＵＶ光が十分透過でき、キャビティ
ー内の樹脂全体を固化させることが可能となる。

【００２３】以上の手段により反応硬化型樹脂を金型の
キャビティー形成面の形状寸法どおりに精度良く成形す
ることができる。

【００２４】以下、本発明の好適な一実施形態につい
て、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００２５】図１は樹脂製のレプリカ成形型を成形する
ための金型の側断面図、図２は図１に示す金型の成形面
の詳細図、図３は図１に示す金型を備える成形型の側断
面図、図４は図３に示す成形型を上方から見た平面図で
ある。

【００２６】まず、図１に示すような機械部品の金型１
１を製作した。その金型１１のキャビティー形成面１２
は放電加工等の機械加工によって加工する。本実施形態
では、キャビティー形成面１２には図２のような溝形状
（溝幅４０μｍ、溝深さ４０μｍ、溝ピッチ７０μｍ）
が加工されている。次に、図３に示すように金型１１を
枠体Ａ、Ｂ、Ｃに組み込んだレプリカ成形型２１を製作
した。この成形型２１は標準化されていて、２〜３個の
部品を作り替えるだけで、種々の金型に適応することが
できる。このレプリカ成形型２１では、金型１１のキャ
ビティー形成面１２の外周に、枠体Ａ、Ｂのキャビティ
ー形成面２２が位置している。そのキャビティー形成面
２２は、金型１１のキャビティー形成面１２から水平方
向において外方に延在する拡大キャビティー形成面を構
成する。

【００２７】この枠体Ａ、Ｂの拡大キャビティー形成面
２２の側面部に弾性体層２３を設けている。

【００２８】本実施形態における弾性体の材料として
は、種々の公知の無機材料、有機材料が使用できる。弾
性体の弾性率は１×１０⁵ｋｇ／ｃｍ²以下が好ましく、
それらの材料としては公知の合成高分子材料が好適に用
いられる。

【００２９】合成高分子材料としては、例えば、スチレ
ン、塩化ビニル、アクリル酸エステル類、メタクリル酸
エステル類、などのビニル系モノマーの単一重合体又は
共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、メチルメタ
クリレート−ブタジエン共重合体などのブタジエン系共
重合体、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィ
ン系樹脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ボリテトラ
フルオロエチレン、シリコン樹脂などの熱可塑性樹脂
や、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の
熱硬化性樹脂、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、アクリ
ルゴム、シリコンゴム等のエラストマー樹脂が挙げら
れ、また上述の代表的な材料の弾性率は公知である。

【００３０】上記の弾性体を枠体Ａ、Ｂの拡大キャビテ
ィー形成面２２の側面部に０．５ｍｍ以上、好ましくは
１〜２ｍｍ程度の厚みで強固に貼り付ける。

【００３１】このようなレプリカ成形型２１を用いて電
鋳型を製作する場合には、まず、キャビティー形成面１
２、２２をイソプロピルアルコールに浸して超音波で洗
浄する。

【００３２】次に図６（ａ）に示すように、キャビティ
ー形成面１２，２２によって形成されるキャビティー内
に、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂１００
重量部に対して大きさが１０μｍ程度のシリカ粉末を５
０重量部混入させた樹脂２４Ａをキャビティー形成面が
隠れる程度に供給してから真空脱泡する。次に図６
（ｂ）に示すように残りのキャビティー空間にシリカ粉
末の混入していない樹脂２４Ｂを、その液面が表面張力
で盛り上がる程度にまで供給する。

【００３３】本実施形態において使用できるシリカ粉末
は、形状、大きさに制限はない。

【００３４】次に図６（ｃ）に示すように、樹脂２４Ｂ
の上に、角穴４１Ａのあいたガラス基板４１（図５参
照）を載置して、その角穴４１Ａをキャビティー形成面
１２の上方に位置させる。ガラス基板４１は、シラン系
カップリング剤によるシラン処理が前処理として施され
た厚み５ｍｍの透明体であり、その角穴４１Ａは、キャ
ビティー形成面１２とほぼ同寸法に形成されている。

【００３５】次に、図７（ｄ）に示すように、照度が
０．４ｍＷ／ｃｍ²の紫外線を角穴４１Ａの上方から８
分間照射させた後、照度が１８．０ｍＷ／ｃｍ²の紫外
線を７分間照射させて、キャビティー内の樹脂２４Ａ，
２４Ｂを硬化させた。その際、キャビティー形成面１２
上に位置する樹脂２４の部分が角穴４１Ａによって上方
に開放されていることと、拡大キャビティー形成面２２
の側面部に設けられた弾性体層２３の作用により、樹脂
２４Ａ，２４Ｂは、キャビティー形成面１２との密着状
態を保ったまま硬化収縮する。更にキャビティー形成面
１２を転写する樹脂２４Ａにはシリカ粉末を混入してい
るために収縮が小さくなる。

【００３６】以上の方法で固化させた樹脂２４Ａ，２４
Ｂは、キャビティー形成面１２の形状および寸法を反り
やうねりが無く極めて高精度に転写することになる。

【００３７】次に、図７（ｅ）に示すように、離型を行
ない、電鋳加工用のレプリカマスター５１を得た。離型
の際、樹脂２４Ａ，２４Ｂの固化収縮に伴い弾性体層２
３がキャビティー形成面１２の中心に向かって膨らむた
め離型を阻害するように見えるが、離型したレプリカマ
スター５１の側面部の窪みが２０μｍ程度であること
と、キャビティー形成面１２の側面部の弾性体層２３の
弾性率が１×１０⁵ｋｇ／ｃｍ²以下で構成されているた
め、問題無く離型できる。

【００３８】このようにして得られたレプリカマスター
５１と、金型１１のキャビティー形成面１２の寸法を精
密に測定したところ、極めて高精度に面状態や寸法が転
写されていることが確認できた。

【００３９】次に、図７（ｆ）に示すように、レプリカ
マスター５１をマスターにした電鋳加工を行なった。こ
の際、レプリカマスター５１の側面部に窪みが２０μｍ
程度あるため、そのまま電鋳を行なうと電鋳層５２Ａが
レプリカマスター５１から離型しづらくなるため、本実
施形態では導電ペースト５３で窪み部分を埋めてから電
鋳を行なった。

【００４０】その後、レプリカマスター５１から電鋳層
５２Ａを離型した。

【００４１】次に、図７（ｇ）に示すように、電鋳層５
２Ａを機械加工して電鋳型５２Ｂを得た。この電鋳型５
２Ｂのキャビティー形成面５４の寸法を精密に測定した
ところ、金型１１のキャビティー形成面１２の面精度や
寸法が極めて高精度に転写されていることが確認でき
た。

【００４２】以上の工程により製造した電鋳型の製造コ
ストは、機械加工で製造された金型の半分以下であっ
た。

【００４３】なお、本実施形態の説明では、樹脂２４を
紫外線硬化型樹脂とし基板として透明なガラス基板４１
を使用する場合について説明したが、樹脂材料としては
熱硬化型または、常温硬化型のエポキシ、シリコン、ポ
リエステル、ウレタン等や、紫外線以外の活性エネルギ
ー線、例えば赤外線、可視光線、電子線、Ｘ線等により
硬化する樹脂を用いてもよい。樹脂材料としては、ウレ
タンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステ
ルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、等のアク
リルや、エポキシ、シリコン、ポリエステル、ウレタン
などに光開始剤を混合した単一組成物あるいは数種のモ
ノマーをブレンドした混合組成物等が利用できる。また
基板としては、金属板、プラスチック板等でもよい。

【００４４】また、電鋳においては、ニッケル、銅、鉄
等の単一金属の電鋳、または、ニッケル−コバルト、ニ
ッケル−リン等の複合金属の電鋳、あるいは、これらを
組み合わせて積層させることも可能である。さらに、電
鋳時間を短縮させて電鋳型を製作して不足部分を機械加
工で製作してつなぎ合わせて複製型として使用すること
も可能である。

【００４５】また、樹脂材料１００重量部にシリカ粉末
５０重量部を混入するように説明したが、実際上は、３
０〜６０重量部のシリカ粉末を混入させることが有効で
ある。

【００４６】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、例えば、機械加工によって製造された肉厚がｍｍ単
位、または複雑な形状のキャビティーを形成する金型な
どからでも、樹脂の硬化時の収縮の影響を受けることな
く、高精度の樹脂製の複製型を極めて安価に製造するこ
とができる。また、反応硬化型樹脂の成形工程は、機械
加工によって製造された金型を傷つけることがないた
め、極めて高精度かつ安価な樹脂製の複製型を数多く製
造することもできる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
極めて高精度の電鋳金型を安価に製造することができる
樹脂製の型を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に用いられる金型の側断面
図である。

【図２】図１に示す金型のキャビティー形成面の詳細図
である。

【図３】図１に示す金型によって構成されたレプリカ成
形型の側断面図である。

【図４】図３に示すレプリカ成形型の平面図である。

【図５】レプリカ成形型にかぶせるガラス基板の平面図
である。

【図６】図３に示す金型による電鋳加工用レプリカマス
ターの製造過程の説明図である。

【図７】図３に示す金型による電鋳加工用レプリカマス
ター製造過程、さらに、そのレプリカマスターによる電
鋳型の製造過程の説明図である。

【図８】従来のレプリカ成形品を製造する手順の説明図
である。

【図９】従来のレプリカ成形品の固化収縮の説明図であ
る。

【図１０】従来のレプリカ成形品のキャビティー形成面
での固化収縮の説明図である。

【符号の説明】

１１金型１２，２２，６２キャビティー形成面２１，６１レプリカ成形型２３弾性体層２４Ａ紫外線硬化型樹脂（シリカ粉末入り）２４Ｂ，６３紫外線硬化型樹脂４１，６４ガラス基板５１電鋳加工用レプリカマスター５２Ａ，５２Ｂ電鋳型５３導電ペースト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャビティーの形状転写面の側面部分に
弾性体の層が形成された金型の、前記キャビティー内
に、硬化時に収縮する性質を有すると共にシリカ粉末が
混入された第１の硬化性樹脂を供給する第１の供給工程
と、前記第１の硬化性樹脂の上にシリカ粉末が混入されてい
ない第２の硬化性樹脂を供給する第２の供給工程と、前記第１及び第２の硬化性樹脂を硬化させる硬化工程
と、前記第１及び第２の硬化性樹脂から形成された樹脂製型
を前記金型から離型する離型工程とを具備することを特
徴とする樹脂製型の製造方法。
【請求項２】前記キャビティーの平面形状と略同形状
の穴を有する基板を、前記第２の硬化性樹脂の上にかぶ
せる工程を更に具備することを特徴とする請求項１に記
載の樹脂製型の製造方法。
【請求項３】前記基板は、ガラスから形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の樹脂製型の製造方
法。
【請求項４】前記第１の硬化性樹脂は、樹脂１００重
量部に対して、３０〜６０重量部のシリカ粉末が混入さ
れて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
樹脂製型の製造方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
樹脂製型の製造方法により製造されたことを特徴とする
樹脂製型。
【請求項６】電鋳により金型を製造する場合のマスタ
ー型として使用されることを特徴とする請求項５に記載
の樹脂製型。