JP2002210745A - 金型製造方法およびレプリカマスターならびに金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な形状の成形キャビティやmm単位の肉薄
部分を有する高精度な寸法形状の複数個の金型を容易に
製造し得えない。 【解決手段】 母型１３のキャビティ１２，１６と対応
した形状のレプリカマスター２３を用いて母型１３のキ
ャビティ１２，１６と同一形状の成形キャビティを持つ
金型を製造する方法であって、反応性硬化樹脂１８を母
型１３の上端面１９から盛り上がるようにキャビティ１
２，１６に充填するステップと、反応性硬化樹脂１８を
硬化させるステップと、硬化した反応性硬化樹脂１８の
上端面１９を平滑に機械加工するステップと、機械加工
された反応性硬化樹脂１８の上端面２０に接着剤を介し
て離型板２１を一体的に接合するステップと、離型板２
１を母型１３から引き離すことにより、反応性硬化樹脂
１８をレプリカマスター２３としてキャビティ１２，１
６から型抜きするステップとを具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、母型のキャビティ
と対応した形状のレプリカマスターを用いて母型のキャ
ビティと同一形状の成形キャビティを持つ金型を製造す
る方法およびこれによって製造されるレプリカマスター
および金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、小径非球面レンズ，マイクロレ
ンズ，レンズアレイ，回折格子などの光学部品や、精密
な寸法形状が要求される部品を大量に製造するような場
合、成形加工による製造方法が採用される。このような
成形加工に用いられる金型は、高精度な機械加工が施さ
れるため、著しく高価となる傾向を持つ。このため、複
数個の同一金型を製造する場合には、機械加工によって
１つの母型を製造し、この母型を用いて電鋳加工により
同一の金型を複製する方法が利用される。しかしなが
ら、電鋳加工はめっき速度が遅いために非常に長い製造
時間を必要とし、このような製造方法による金型の納期
が著しく遅くなってしまう。複数の母型を機械加工によ
り製造し、同時に複数の母型に対して電鋳加工を施すこ
とにより、このような納期に関する問題はある程度解消
できるものの、母型自体が著しく高価になることに変わ
りがない。

【０００３】同一形状の金型を短期間で安価に製造する
方法として、紫外線硬化型樹脂を使用する方法が提案さ
れている。この紫外線硬化型樹脂は、硬化する際に収縮
を起こすため、高い寸法精度を得るためには何らかの工
夫が必要である。例えば、特開平１−１７１９３２号公
報には母型のキャビティに対して複数回の転写作業を繰
り返し、キャビティに対してレプリカマスターとなる紫
外線硬化型樹脂の転写性を向上させるようにした方法が
提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平１−１７１９３
２号公報に開示された方法では、複数回の転写作業を繰
り返し、レプリカマスターとなる紫外線硬化型樹脂の転
写性を向上させるようにしているため、転写作業の反復
によってレプリカマスターの寸法精度が次第に改善され
るものの、転写作業の繰り返しに応じて加工時間が嵩
み、レプリカマスターの製造コストが嵩む不具合を生ず
る。また、この方法では複雑な形状を持ったキャビティ
を有する母型に対しては、転写作業の反復によって複雑
なキャビティの細部にまで樹脂を繰り返し供給すること
が次第に困難となり、高精度なレプリカマスターを製造
することが逆に困難となってしまうといった問題もあっ
た。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的は、複雑な形状の成形キャ
ビティやmm単位の肉薄部分を有する高精度な寸法形状の
金型を容易に製造し得る方法ならびにこれにより製造さ
れるレプリカマスターおよび金型を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の形態は、
母型のキャビティと対応した形状のレプリカマスターを
用いて前記母型の前記キャビティと同一形状の成形キャ
ビティを持つ金型を製造する方法であって、反応性硬化
樹脂を前記母型の上端面から盛り上がるように前記キャ
ビティに充填するステップと、前記反応性硬化樹脂を硬
化させるステップと、硬化した前記反応性硬化樹脂の上
端面を平滑に機械加工するステップと、機械加工された
前記反応性硬化樹脂の上端面に接着剤を介して離型板を
一体的に接合するステップと、前記離型板を前記母型か
ら引き離すことにより、前記反応性硬化樹脂をレプリカ
マスターとして前記キャビティから型抜きするステップ
とを具えたことを特徴とするものである。

【０００７】本発明によると、反応性硬化樹脂の硬化の
過程で反応性硬化樹脂が母型のキャビティ内で自由収縮
し、この収縮によりキャビティの表面から剥離すること
なく密着状態となり、キャビティに対してレプリカマス
ターとなる反応性硬化樹脂の転写性が確保される。

【０００８】本発明の第２の形態は、本発明の第１の形
態における金型製造方法によって製造されたレプリカマ
スターにある。

【０００９】本発明の第３の形態は、型抜きされた前記
反応性硬化樹脂に電鋳加工を施すステップと、電鋳加工
された金型素材を金型として機械加工するステップと、
機械加工された前記金型から前記反応性硬化樹脂を除去
するステップとをさらに具えた本発明の第１の形態によ
る金型製造方法によって製造された金型にある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の第１の形態による金型製
造方法において、キャビティに反応性硬化樹脂を充填す
るステップは、キャビティから反応性硬化樹脂が溢流し
ないように、この反応性硬化樹脂を充填するステップ
と、充填された反応性硬化樹脂を硬化させるステップ
と、硬化した反応性硬化樹脂の上からさらに反応性硬化
樹脂を母型のキャビティの上端から盛り上がるように充
填するステップとを有することができる。

【００１１】反応性硬化樹脂を硬化させるステップの前
に、キャビティに充填された反応性硬化樹脂に対して脱
泡するステップをさらに具えることも可能である。この
場合、反応性硬化樹脂に対して脱泡するステップは、真
空雰囲気で行われることが好ましい。

【００１２】型抜きされた反応性硬化樹脂に電鋳加工を
施すステップと、電鋳加工された金型素材を金型として
機械加工するステップと、機械加工された金型から反応
性硬化樹脂を除去するステップとをさらに具えてもよ
い。この場合、反応性硬化樹脂をキャビティから型抜き
するステップは、ノックピンを離型板に突き当てて母型
から引き離すステップを有することができる。

【００１３】

【実施例】本発明による金型製造方法の一実施例につい
て、図１〜図９を参照しながら詳細に説明するが、本発
明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求
の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の
技術にも応用することができる。

【００１４】本実施例における母型の一部を構成する内
側コア１１は図１に示すような断面形状を有し、成形品
においてmm単位の肉薄部分となるような狭隘な凹部や複
雑な形状を持ったキャビティ１２が放電加工などにより
その表面に形成されている。内側コア１１やキャビティ
１２の形状および寸法は、対象となる成形品の形状およ
び寸法に応じて本実施例以外の任意の形状に変更可能で
ある。

【００１５】次に、この内側コア１１を組み込んだ図２
に示す如き母型ユニット１３を組み立てた。本実施例に
おける母型ユニット１３は、上述した内側コア１１と、
この内側コア１１を囲むように当該内側コア１１に嵌合
され、内側コア１１とで本発明における母型を構成する
外側コア１４と、これら内側コア１１および外側コア１
４を一体的に連結する連結板１５とを有し、外側コア１
４には内側コア１１のキャビティ１２に続くキャビティ
１６が形成され、外側コア１４および連結板１５には、
後述するノックピンを摺動自在に挿通するための複数の
ノックピン貫通孔１７が形成されている。本実施例で
は、母型を内側コア１１と外側コア１４とで構成した
が、これを単一の部材で構成することも当然可能であ
る。

【００１６】このような母型ユニット１３のキャビティ
１２，１６をイソプロピルアルコールに浸して超音波洗
浄を行い、その後、キャビティ１２，１６に対して後述
する紫外線硬化型樹脂の離型性を向上させるため、イソ
プロピルアルコールで希釈したオルガノシランを母型ユ
ニット１３のキャビティ１２，１６に浸した。

【００１７】次に、本発明による反応性硬化樹脂として
のウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂１８を図
３に示すようにキャビティ１２，１６から溢流しないよ
うに充填した後、真空脱泡処理を行って紫外線硬化型樹
脂１８がキャビティ１２に密着していることを顕微鏡な
どを用いて確認する。そして、紫外線硬化型樹脂１８が
キャビティ１２，１６に完全に密着していることを確認
できるまで、真空脱泡処理を繰り返す。

【００１８】その後、照度が０.４mW/cm²の紫外線を母
型ユニット１３のキャビティ１２，１６に充填された紫
外線硬化型樹脂１８に対して８分間照射し、これを予備
硬化させた後、さらに照度が１８mW/cm²の紫外線を２分
間照射し、この紫外線硬化型樹脂１８を完全に硬化させ
た。

【００１９】同様にして、硬化した紫外線硬化型樹脂１
８の上にさらに新たな紫外線硬化型樹脂１８を、図４に
示すように母型ユニット１３の上端面１９から盛り上が
るように供給し、この新たな紫外線硬化型樹脂１８に対
して照度が１８mW/cm²の紫外線を５分間照射し、新たな
紫外線硬化型樹脂１８を完全に硬化させた。

【００２０】しかる後、硬化した紫外線硬化型樹脂１８
の上端面を機械加工によって図５に示すように平坦な平
滑面２０に加工した。

【００２１】なお、本実施例では反応性硬化樹脂として
紫外線硬化型樹脂１８を使用したが、これ以外に熱硬化
型または常温硬化型のエポキシ樹脂，シリコーン樹脂，
ポリエステル樹脂，ウレタン樹脂などや、紫外線以外の
エネルギ源、例えば赤外線，可視光線，電子線，Ｘ線な
どにより硬化する樹脂を用いることも可能である。

【００２２】次に、図６に示すように、この平滑面２０
に対して離型板２１を図示しない接着剤などを用いて一
体的に接合する。この離型板２１としては、金属板，プ
ラスチック板などを採用することができる。接着剤がそ
の強度を充分発揮するまで待った後、ノックピン貫通孔
１７にノックピン２２をそれぞれ挿通し、これらノック
ピン２２の先端を離型板２１に当接させ、図７に示すよ
うにノックピン２２の先端を母型ユニット１３の上端面
から大きく突き出させることにより、キャビティ１２，
１６から紫外線硬化型樹脂１８を離型板２１と共に離型
させ、レプリカマスター２３を得る。紫外線硬化型樹脂
１８および離型板２１からなる本実施例のレプリカマス
ター２３には、母型ユニット１３の狭隘な凹部や複雑な
形状を持ったキャビティ１２と高精度に対応する成形面
２４が転写されている。

【００２３】次に、このレプリカマスター２３を用いて
図８に示すような電鋳加工を行い、成形面２４を覆うよ
うな電鋳層２４を形成する。そして、この電鋳層２４が
図１に示した内側コア１１と同一形状となるように機械
加工を施した後、レプリカマスター２３を電鋳層２４か
ら除去し、図１に示すような内側コア１１と対応した図
９に示すような金型２６を得る。

【００２４】なお、母型となる内側コア１１のキャビテ
ィ１２に対し、上述した手順によって製造された本実施
例による金型２６の成形キャビティ２７の寸法誤差は３
μｍ以内に収まっており、極めて高い精度で転写できて
いることを確認できた。

【００２５】

【発明の効果】本発明の金型製造方法によると、反応性
硬化樹脂を母型のキャビティの上端から盛り上がるよう
にキャビティに充填て硬化させ、硬化した反応性硬化樹
脂の上端面を平滑に機械加工して離型板を接着剤により
一体的に接合し、離型板を母型から引き離すことによ
り、反応性硬化樹脂をレプリカマスターとしてキャビテ
ィから型抜きするようにしたので、複雑な形状の成形キ
ャビティやmm単位の肉薄部分を有する高精度な寸法形状
の金型を容易に製造することができる。また、母型のキ
ャビティを損傷することなく１つの母型から高精度で安
価なレプリカマスターおよび金型を多数製造することが
できる。

【００２６】キャビティに反応性硬化樹脂を充填する
際、キャビティから反応性硬化樹脂が溢流しないように
この反応性硬化樹脂を充填して硬化させ、硬化した反応
性硬化樹脂の上からさらに反応性硬化樹脂を母型のキャ
ビティの上端から盛り上がるように充填した場合、キャ
ビティに対する反応性硬化樹脂の密着状態を確認するこ
とが可能である。

【００２７】反応性硬化樹脂を硬化させる前に、キャビ
ティに充填された反応性硬化樹脂に対して脱泡する場
合、特に真空雰囲気にて行う場合には、キャビティに対
して反応性硬化樹脂を確実に密着させ、これによって転
写性の良好なレプリカマスターを製造することができ
る。

【００２８】型抜きされた反応性硬化樹脂に電鋳加工を
施し、電鋳加工された金型素材を金型として機械加工し
て反応性硬化樹脂を除去した場合、複雑な形状の成形キ
ャビティやmm単位の肉薄部分を有する高精度な寸法形状
の金型を容易に製造することができる。

【００２９】反応性硬化樹脂をキャビティから型抜きす
る際に、ノックピンを離型板に突き当てて母型から引き
離す場合、キャビティから反応性硬化樹脂を確実に離型
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による金型製造方法の一実施例における
内側コアの断面図である。

【図２】図１に示した内側コアを組み込んだ母型ユニッ
トの断面図である。

【図３】図４〜図９と共に図２に示した母型ユニットを
用いた金型の製造手順を表す断面図であり、キャビティ
に反応性硬化樹脂を充填した状態を表す。

【図４】図３，図５〜図９と共に図２に示した母型ユニ
ットを用いた金型の製造手順を表す断面図であり、反応
性硬化樹脂をキャビティの上端から盛り上がるように充
填した状態を表す。

【図５】図３，図４，図６〜図９と共に図２に示した母
型ユニットを用いた金型の製造手順を表す断面図であ
り、反応性硬化樹脂の上端面を平滑に機械加工した状態
を表す。

【図６】図３〜図５，図７〜図９と共に図２に示した母
型ユニットを用いた金型の製造手順を表す断面図であ
り、反応性硬化樹脂に離型板を一体的に接合した状態を
表す。

【図７】図３〜図６，図８，図９と共に図２に示した母
型ユニットを用いた金型の製造手順を表す断面図であ
り、反応性硬化樹脂をキャビティから型抜きした状態を
表す。

【図８】図３〜図７，図９と共に図２に示した母型ユニ
ットを用いた金型の製造手順を表す断面図であり、レプ
リカマスターに電鋳加工を施した状態を表す。

【図９】図３〜図８と共に図２に示した母型ユニットを
用いた金型の製造手順を表す断面図であり、最終的に加
工された金型を表す。

【符号の説明】

１１ 内側コア １２ キャビティ １３ 母型ユニット １４ 外側コア １５ 連結板 １６ キャビティ １７ ノックピン貫通孔 １８ 紫外線硬化型樹脂 １９ 上端面 ２０ 平滑面 ２１ 離型板 ２２ ノックピン ２３ レプリカマスター ２４ 成形面 ２５ 電鋳層 ２６ 金型 ２７ 成形キャビティ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母型のキャビティと対応した形状のレプ
   リカマスターを用いて前記母型の前記キャビティと同一
   形状の成形キャビティを持つ金型を製造する方法であっ
   て、 反応性硬化樹脂を前記母型の上端面から盛り上がるよう
   に前記キャビティに充填するステップと、 前記反応性硬化樹脂を硬化させるステップと、 硬化した前記反応性硬化樹脂の上端面を平滑に機械加工
   するステップと、 機械加工された前記反応性硬化樹脂の上端面に接着剤を
   介して離型板を一体的に接合するステップと、 前記離型板を前記母型から引き離すことにより、前記反
   応性硬化樹脂をレプリカマスターとして前記キャビティ
   から型抜きするステップとを具えたことを特徴とする金
   型製造方法。
2. 【請求項２】 前記キャビティに前記反応性硬化樹脂を
   充填するステップは、前記キャビティから前記反応性硬
   化樹脂が溢流しないように、この反応性硬化樹脂を充填
   するステップと、充填された前記反応性硬化樹脂を硬化
   させるステップと、硬化した前記反応性硬化樹脂の上か
   らさらに前記反応性硬化樹脂を前記母型の上端面から盛
   り上がるように充填するステップとを有することを特徴
   とする請求項１に記載の金型製造方法。
3. 【請求項３】 前記反応性硬化樹脂を硬化させるステッ
   プの前に、前記キャビティに充填された前記反応性硬化
   樹脂に対して脱泡するステップをさらに具えたことを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載の金型製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記反応性硬化樹脂に対して脱泡するス
   テップは、真空雰囲気で行われることを特徴とする請求
   項３に記載の金型製造方法。
5. 【請求項５】 型抜きされた前記反応性硬化樹脂に電鋳
   加工を施すステップと、 電鋳加工された金型素材を金型として機械加工するステ
   ップと、 機械加工された前記金型から前記反応性硬化樹脂を除去
   するステップとをさらに具えたことを特徴とする請求項
   １から請求項４の何れかに記載の金型製造方法。
6. 【請求項６】 前記反応性硬化樹脂を前記キャビティか
   ら型抜きするステップは、ノックピンを前記離型板に突
   き当てて前記母型から引き離すステップを有することを
   特徴とする請求項５に記載の金型製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項４の何れかに記載さ
   れた金型製造方法によって製造されたレプリカマスタ
   ー。
8. 【請求項８】 請求項５または請求項６に記載された金
   型製造方法により製造された金型。