JP2006035547A - 成形体の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面に微細な凹凸部を有する成形体を、その凹凸形状を良好に維持しながら、金型から迅速に、容易に、かつ確実に離型することのできる成形体の製造方法および装置を提供すること。
【解決手段】 スタンパー１４上に、樹脂層を塗布などによって設け、上金型１１と下金型１２とを嵌合させ、加力発生器１３で樹脂層をプレスし、その後、上金型１１および下金型１２の嵌合が解除されない程度に上金型１１および下金型１２を微量開いた後、エジェクタピン１５の機械的な突き出しによって、成形体の端部が持ち上げられ、微小空間が形成され、そこに、流体注入口１６から流体を侵入せしめ、成形体を離型する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、成形体の製造方法および装置に関するものであり、詳しくは、表面に微細な凹凸部を有する成形体を、その凹凸形状を良好に維持しながら、金型から迅速に、容易に、かつ確実に離型することのできる成形体の製造方法および装置に関するものである。

現在、サブμｍの超微細な凹凸形状を表面に有するとともに、三次元、薄肉、かつ大面積の形状を有する成形体が、マイクロレンズ・アレイのような電子ディスプレイ用光学部品、マルチモード光導波路のような光情報通信用部品等として求められている。一般にこのような成形体は、少なくとも一方の表面に微細な凹凸部を有する上金型および下金型を用い、この凹凸部上に熱可塑性樹脂を設置し、金型を嵌合させてプレスし、その後、得られた成形体を金型から離型することによって製造されている。

しかしながら、このようにして製造された表面に微細な凹凸形状を有する成形体は、金型と強固に粘着し、離型が非常に困難であるという問題点を有する。

このような課題を解決するために、下記特許文献１は、固定側型部と可動側型部とで構成され、固定側型部と可動側型部とのいずれか一方の型部に微細凹凸形状が設けられると共に他方の型部の周囲に成形品を囲むようなリブ形状部が設けられたキャビティ内に成形樹脂を充填する樹脂成形品の製造方法であって、成形樹脂を前記キャビティに充填し、前記リブ形状部にも成形樹脂を充填した後、成形樹脂を冷却して収縮させることにより前記他方の型部表面と樹脂成形品の気密性を確保すると共に成形樹脂のリブ形状部の外周の空隙を増大させ、その後、型開きを行い外部の空気を前記空隙部に流入させて型部の微細凹凸形状部からキャビティ内の樹脂成形品を分離させることを特徴とする微細凹凸形状を有する成形品の製造方法を開示している。

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、超薄膜の成形体を成形する場合、薄膜部分が微細凹凸形状側に残るか、薄膜自体が破損する可能性が高く、成形体への離型の確実性が低いという問題点がある。また、リブ形状部が設けられない成形体や成形収縮が微小な薄膜成形体を成形する場合、前述のような冷却収縮による十分な間隙が期待できない。そのため、空気等の流入も阻止され、結果として離型困難に状況に陥る可能性もある。さらに、型開きを行い外部の空気を空隙部に流入させた際、成形品と金型表面との密着性の強さから、先にリブ側がはずれて、そこから空気が大気中に漏れ始めた場合、その時点で、空気よる離型作用は損なわれる。

また、その他の方法としては、成形体に離型材を塗布するか、もしくは成形材料自身に離型材を混ぜて、金型からの離型を促進させる方法が挙げられる。しかしながらこの方法は、使用する材料や対象製品の制約を受けるという欠点がある。

また、金型と樹脂との密着性の軽減を目的として、成形温度を低くする技術もあるが、微細な凹凸形状の転写性が損なわれるという欠点がある。
特開２００２−２１９７３７号公報

本発明の目的は、上記のような従来の課題を解決し、表面に微細な凹凸部を有する成形体を、その凹凸形状を良好に維持しながら、金型から迅速に、容易に、かつ確実に離型することのできる成形体の製造方法および装置を提供することである。

請求項１の発明は、少なくとも一方の表面に微細な凹凸部を有する上金型および下金型を用い、前記微細な凹凸部上に樹脂層を設け、前記上金型と下金型とを嵌合させ、加力発生器で前記樹脂層をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に前記樹脂層の形状を整え、その後、得られた成形体を前記金型から離型する成形体の製造方法において、前記離型が、前記上金型および下金型の嵌合が解除されない程度に前記上金型および下金型を微量開いた後、前記成形体と前記キャビティとの間に微小空間を形成させ、前記微小空間に流体を侵入せしめることにより行われることを特徴とする成形体の製造方法である。

請求項２の発明は、前記流体が、空気または液体もしくは空気と液体との混合体であることを特徴とする請求項１に記載の成形体の製造方法である。

請求項３の発明は、前記液体が、水またはアルコール水溶液であることを特徴とする請求項２に記載の成形体の製造方法である。

請求項４の発明は、前記微小空間が、前記上金型または下金型に設けられたエジェクタピンの機械的な突き出しによって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形体の製造方法である。

請求項５の発明は、下記の(a)〜（i)の一連の工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形体の製造方法である。

(a) 少なくとも上金型のキャビティ面の温度を、下記のプレス工程で印加される圧力によって、下金型のキャビティ上に設けられた樹脂層が前記上金型のキャビティ面の形状に変形できる程度の軟化状態を維持できる温度まで昇温する金型昇温工程；
(b) 微細な凹凸部を有する下金型上に、樹脂層を設ける樹脂層形成工程；
（c) 前記上金型および下金型を嵌合させ、嵌合はしているが、前記上金型のキャビティ面と前記樹脂層との間に微小間隙を有する状態で、前記微小間隙内の空気を排出する空気排出工程；
(d) 加力発生器を用い、前記上金型と下金型とを嵌合させ、下金型のキャビティ面と上金型のキャビティ面との間に存在する前記樹脂層をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に前記樹脂層の形状を整えるプレス工程；
(e) 前記樹脂層の冷却に伴う収縮を補償するためにプレス力を印加したまま、所望の温度になるまで樹脂層を冷却し固化させる固化工程；
(f) 前記上金型および下金型の嵌合が解除されない程度に前記上金型および下金型を微量開く型緩め工程；
(g) 前記上金型のキャビティ面と成形体との間、または下金型のキャビティ面と成形体との間のいずれか一方で、前記金型に搭載された剥離手段によって、前記成形体と前記キャビティとの間に微小空間を形成させ、前記微小空間に流体を侵入せしめ、前記キャビティ面と成形体とを剥離させる第一の離型工程；
(h) 前記(f)工程とは逆の剥離面で、前記金型に搭載された剥離手段によって、前記成形体と前記キャビティとの間に微小空間を形成させ、前記微小空間に流体を侵入せしめ、前記キャビティ面と成形体とを剥離させるキャビティ面と成形体とを剥離させる第二の離型工程；
(i) 成形体を取り出せる程度まで金型を開く型開き工程；および
(j) 成形体を金型外に取り出す成形体取り出し工程。

請求項６の発明は、少なくとも一方の表面に微細な凹凸部を有するとともに嵌合可能な上金型および下金型と、
前記上金型および下金型の型開閉および前記上金型および下金型のキャビティ面間の加圧が可能な加力発生器と、
得られた成形体を前記上金型および下金型から剥離するための剥離手段と、
前記剥離手段によって前記成形体と前記キャビティとの間に形成された微小空間に流体を侵入せしめる流体注入制御手段と
を有する成形体の製造装置であって、
前記微細な凹凸部上に樹脂層を設け、前記上金型と下金型とを嵌合させ、前記加力発生器で前記樹脂層をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に前記樹脂層の形状を整え、前記上金型および下金型の嵌合が解除されない程度に前記上金型および下金型を微量開いた後、前記剥離手段によって前記成形体と前記キャビティとの間に微小空間を形成させ、前記流体注入制御手段によって前記微小空間に流体を侵入せしめるように構成されたことを特徴とする成形体の製造装置である。

請求項７の発明は、前記上金型を加熱するための加熱手段と、前記樹脂層を冷却するための上金型および下金型に設けられた冷却手段と、をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の成形体の製造装置である。

請求項８の発明は、前記剥離手段が、前記上金型または下金型に設けられたエジェクタピンであり、前記エジェクタピンの機械的な突き出しによって、前記微小空間が形成されることを特徴とする請求項６または７に記載の成形体の製造装置である。

請求項９の発明は、前記エジェクタピンの突き出しにより形成された、前記エジェクタピンと前記上金型または下金型との間隙部を、前記微小空間に流体を侵入せしめるための流体注入口として利用することを特徴とする請求項８に記載の成形体の製造装置である。

本発明によれば、表面に微細な凹凸部を有する成形体を、その凹凸形状を良好に維持しながら、金型から迅速に、容易に、かつ確実に離型することのできる成形体の製造方法および装置を提供することができる。

以下、本発明をさらに説明する。

本発明の方法は、金型内でプレスされて得られた成形体を離型するにあたり、上金型および下金型の嵌合が解除されない程度に上金型および下金型を微量開いた後、前記成形体と前記キャビティとの間に微小空間を形成させ、前記微小空間に流体を侵入せしめることを特徴としている。

微小空間は、例えば上金型または下金型に設けられたエジェクタピンの機械的な突き出しにより、成形体の端部を上方に持ち上げることによって容易に形成可能である。この微小空間によって、空気、液体等の流体の侵入が容易となり、離型面の拡大に寄与する。更に、僅かに開いた空間に液体を供給すると、毛細管現象が生じて侵入が促進され、さらに離型が容易となる。

前記流体としては、空気または液体もしくは空気と液体との混合体である。なお、液体としては、水またはアルコール水溶液が挙げられる。とくに、液体または空気と液体との混合体を比較的高温（例えば沸点以上）として前記微小空間に侵入せしめれば、液体の蒸発により急速に金型および成形体が冷却され、両者の収縮率の違いから成形体の離型が一層促進される。

また本発明では、上金型および下金型の嵌合が解除されない程度に上金型および下金型を微量開いた状態、すなわち密閉された空間内で成形体の離型が行われるため、外部から注入された流体のすべてが離型促進に働き、有効に作用する。

図１は、本発明の装置を説明するための図である。図１において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は要部拡大図である。

図１（ａ）および（ｂ）において、本発明の装置は、嵌合可能な上金型１１および下金型１２を有し、可動金型としての上金型１１には、加力発生器１３が設置されている。加力発生器１３は、上金型１１および下金型１２の型開閉と上金型１１および下金型１２のキャビティ面間の加圧を可能にするとともに、金型の精密な位置および速度制御機能を有する。そして本形態では、下金型１２上に、表面に微細な凹凸部を有するスタンパー１４が設置されている。上金型１１および下金型１２には、成形体を剥離するための剥離手段として、エジェクタピン１５が複数設けられ、図示しないアクチュエータを備えた駆動制御手段により、上下方向に突き出し・復帰が可能である。また、本形態では、流体注入制御手段は、図１（ｃ）に示したように、エジェクタピン１５の突き出しにより形成された、エジェクタピン１５と上金型１１または下金型１２との間隙部を流体注入口１６として利用し、後述の流体注入回路によって流体を微小空間に侵入せしめる。また、流体注入口１６は、空気排出工程における空気の排出口としての役割も備えている。またエジェクタピン１５は、例えばキノコ状の先端形状を有し、突き出し時には該注入口を開放させ、復帰時には該注入口を閉鎖させるような注入口開閉手段としても機能している。符号１７は、後述の流体注入回路によって制御された流体を流体注入口に供給するための、金型に設けられた流体路である。

また、上金型１１には、図１（ａ）および（ｂ）に示したように、加熱手段１８と、冷却手段１９を設置するのが好ましい。なお本形態では、下金型１２にも加熱手段１８および冷却手段１９が設けられている。加熱手段１８は、加熱ヒータから構成され、冷却手段１９は、冷却水が流れる流路から構成されている。

さらに下金型１２には、図１（ａ）および（ｂ）に示したように、スタンパー１４を下金型１２に吸着させるために、下金型１２のキャビティ面とスタンパー１４との間に存在する空気を排出する流路２０が設けられているのが好ましい。この流路２０を通じて、図示しない真空ポンプ等により、空気を吸引することもできる。

前記のような装置によって、スタンパー１４上に、例えば熱可塑性樹脂からなる樹脂層を、塗布などによって設け、上金型１１と下金型１２とを嵌合させ、加力発生器１３で樹脂層をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に樹脂層の形状を整え、上金型１１および下金型１２の嵌合が解除されない程度に上金型１１および下金型１２を微量開いた後、エジェクタピン１５の機械的な突き出しによって、成形体の端部が持ち上げられ、微小空間が形成され、この微小空間に、流体注入口１６から流体を侵入せしめ、成形体を迅速、容易かつ確実に離型することができる。

なお、金型やスタンパー１４に設けられる微細な凹凸部は、例えば１０ｎｍ〜１ｍｍの幅または直径を有するとともに、１０ｎｍ〜１ｍｍの深さまたは高さを有する。

次に本発明の方法の好適な実施形態である、前記(a)〜（i)の一連の工程を、前記装置を用いて実施する場合について説明する。

図２は、金型昇温工程を説明するための図である。図２において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図である。まず、上金型１１のキャビティ面の温度を、加熱手段１８により昇温する。昇温温度は、下記のプレス工程で印加される圧力によって、下金型１２のスタンパー１４上に設けられた樹脂層が上金型１１のキャビティ面の形状に変形できる程度の軟化状態を維持できる温度である。なお、スタンパー１４を下金型１２に装着固定する手段としては、前記のように下金型１２のキャビティ面とスタンパー１４との間に存在する空気を排出する流路２０によってスタンパー１４を下金型１２に吸着させるか、あるいはスタンパー１４の断面形状を、テーパー(台形)形状にすると共に、該テーパー(台形)形状に接触する下金型１２の部位も相対するテーパー(台形)形状とすることで、スタンパを装着固定させてもよいし、より確実に装着固定するために前記の減圧手段を併用してもよい。

図３は、樹脂層形成工程を説明するための図である。図３において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図である。

樹脂層形成工程により、スタンパー１４上に、樹脂層２１が形成される。樹脂層２１の形成方法はとくに制限されないが、吐出口２２を備えた塗布装置２３に熱可塑性樹脂を供給し、塗布装置２３を矢印２４方向に移動させながら、スタンパー１４上方から熱可塑性樹脂を吐出し、スタンパー１４の微細な凹凸部に熱可塑性樹脂を充填するのが好ましい。このようにすれば、高い寸法精度、低残留応力、低複屈折、高光透過性、優れた機械的強度を有する成形体を、超低圧の成形プロセスでありながら、三次元、薄肉、かつ大面積の形状でもって提供することができる。熱可塑性樹脂としてはとくに制限されないが、例えばポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、シクロオレフィン(COP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリアリレート(PAR)、ポリイミド(PI)、ポリスチレン(PS)、ポリプロピレン(PP)、ポリアミド(PA)、ポリエチレン(PE)、ポリアセタール(POM)、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフェニレンオキサイド(PPO)またはこれらの混合物などが挙げられる。また、成形体に求められる性能にあわせて、特別に製造された熱可塑性樹脂でもよい。

なお図４は、塗布完了後の樹脂層を説明するための図である。樹脂層２１は、最終製品の形状・厚みにほぼ近い形に塗布されている。

図５は、空気排出工程を説明するための図である。図５において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図である。

まず、加力発生器１３により上金型１１を移動させ、上金型１１および下金型１２を嵌合させ、嵌合はしているが、上金型１１のキャビティ面と樹脂層２１との間に微小間隙２５を有する状態で、微小間隙２５内の空気を排出、好ましくは減圧または略真空状態とする。この減圧・真空は、流体注入口１６’を空気の排出口として、好適には図示しない真空ポンプ等により、微小間隙２５内の空気を吸引することにより達成される。空気排出工程を行うことにより、空気混入のない高精度な転写成形体を得ることができる。

なお、上下金型嵌合時に、あらかじめ上金型１１のエジェクタピン１５’を上金型１１の前記流体注入口１６’が開く程度まで突き出しおくと、該微小間隙２５が形成されるまでの間に、上下金型内に閉じ込められた空気が、流体注入口１６’を経由して排出され、閉じ込め空気による成形体の概観不良や転写不良が改善される。したがって、この場合は真空ポンプ等は必須ではない。また、流体注入口１６’とは別に、空気排出口を、キャビティ面に特別に設けても良い。

また、空気排出工程の動作を適正なタイミングで行うために、例えば加力発生器から金型位置の情報を得て、微小間隙が形成される位置に達したら真空ポンプを起動させ、上金型キャビティ面が樹脂層上面に完全に接触したときに真空ポンプを停止すればよい。また、真空ポンプの起動→型閉じを停止→タイマなどで管理して一定時間吸引→型閉じ再開といった動作を行ってもよいし、キャビティ内の圧力を検出する手段を設け、吸引動作後、所望の圧力まで減圧された時点で型閉じを再開するなどしてもよい。

図６は、プレス工程を説明するための図である。図６において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図である。

加力発生器１３を用い、上金型１１と下金型１２とを嵌合させ、下金型１２のキャビティ面と上金型１１のキャビティ面との間に存在する樹脂層２１をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に樹脂層２１の形状を整える。このときのプレス圧力は、とくに制限されないが、例えば前記塗布装置を用いた場合には、１０ＭＰａ以下の低圧プレスを採用することができる。

図７は、固化工程を説明するための図である。図７において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図である。

樹脂層２１の冷却に伴う収縮を補償するためにプレス力を印加したまま、所望の温度になるまで樹脂層２１を冷却し固化させる。冷却には、上金型１１および下金型１２にそれぞれ設けられた、冷却水が流れる流路から構成された冷却手段１９を用いる。

図８は、型緩め工程を説明するための図である。図８において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図である。

加力発生器１３により、上金型１１および下金型１２の嵌合が解除されない程度に上金型１１および下金型１２を微量開く。開き量は、好ましくは、成形体の厚みよりも少ない開き量である。例えば厚さ１ｍｍの成形体であれば、約０．１〜０．５ｍｍ開けばよい。

図９は、第一の離型工程を説明するための図である。図９において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図である。

上金型１１のキャビティ面と成形体との間、または下金型１２のキャビティ面と成形体２６との間のいずれか一方で（本形態では下金型１２）、下金型１２に搭載されたエジェクタピン１５を突き出し、成形体２６と下金型１２のキャビティとの間に微小空間２７を形成させ、前記流体注入口１６から微小空間２７に流体を侵入せしめ、成形体２６の全面と下金型１２のキャビティ面とを剥離させる。また、この動作は、前記型緩め工程の開始と同時に実施してもよい。図１０は、第一の離型工程完了後の成形体の状態を示す図である。成形体２６は、下金型１２のキャビティ面から完全に離型している。

図１１は、第二の離型工程を説明するための図である。図１１において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図である。

前記第二の離型工程とは逆の剥離面（本形態では上金型１１）で、上金型１１に搭載されたエジェクタピン１５’を突き出すことで、成形体２６と上金型１１のキャビティ面との間に微小空間２８を形成させ、前記第一の離型工程と同様に、微小空間２８に流体を侵入せしめ、前記キャビティ面と成形体とを剥離させる。すなわち、エジェクタピン１５’の突き出しにより形成された、エジェクタピン１５’と上金型１１との間隙部を流体注入口１６’として利用し、流体を微小空間に侵入せしめる。このとき、前記第一の離型工程で突き出したエジェクタピン１５は、第二の離型工程で突き出すエジェクタピン１５’の動きに同期して後退させるか、あらかじめ元の位置まで復帰させておく。前者の場合、前記第一の離型工程で注入した流体が後退するエジェクタピン１５の流体注入口１６を経由して排出され、第二の離型工程を確実化する効果が期待できるが、後者の場合も、エジェクタピン１５は摺動するため微小の間隙を有しており、上下金型内に閉じ込められた流体の圧力上昇が起これば、該間隙からの流体の排出も少なからず期待できるため離型は可能である。図１２は、第二の離型工程完了後の成形体の状態を示す図である。成形体２６は、上金型１１のキャビティ面から完全に離型している。

図１３は、型開き工程を説明するための図である。図１３において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図である。

成形体２６を取り出せる程度まで上金型１２を開く。

図１４は、成形体取り出し工程を説明するための図である。図１４において、（ａ）は装置の正面図であり、（ｂ）は側面図である。

成形体２６を金型外に取り出す。

成形体取り出し工程が終了した後は、金型昇温工程にもどり、前記サイクルを繰り返すことにより、成形体を繰り返し安定に製造することができる。

図１５は、流体注入制御手段を説明するための流体注入回路系統図である。

図１５において、流体注入制御手段は、流体として、例えば空気および水を利用している。空気を流体路１７、１７’、流体注入口１６、１６’を経由して微小空間に侵入せしめる場合は、空圧ポンプ３１によって取り込んだ空気を圧縮し、圧力調整器３２により圧力を適切に調整し、フィルタ３３、逆止弁３４、空気供給制御バルブ３５の順に圧縮空気を搬送する。空気供給制御バルブ３５は、第一の離型工程および第二の離型工程時に開放され、圧縮空気はメイン流路３０を経て、上型注入制御バルブ３６および下型注入制御バルブ３７に到達する。第一の離型工程が、下型１２と成形体との離型である場合には、上型注入制御バルブ３６を閉鎖し、下型注入制御バルブ３７を開放し、圧縮空気を流体路１７、流体注入口１６を経由して微小空間に侵入せしめる。第二の離型工程が、上型１１と成形体との離型である場合には、上型注入制御バルブ３６を開放し、下型注入制御バルブ３７を閉鎖し、圧縮空気を流体路１７’、流体注入口１６’を経由して微小空間に侵入せしめる。同様に、液体、例えば水を流体路１７、流体注入口１６を経由して微小空間に侵入せしめる場合は、水圧ポンプ４１によって取り込んだ水に圧力をかけ、圧力調整器４２により圧力を適切に調整し、フィルタ４３、水供給制御バルブ４５の順に水を圧送する。水供給制御バルブ４５は、第一の離型工程および第二の離型工程時に開放され、水はメイン流路３０を経て、上型注入制御バルブ３６および下型注入制御バルブ３７に到達する。第一の離型工程が、下型１２と成形体との離型である場合には、上型注入制御バルブ３６を閉鎖し、下型注入制御バルブ３７を開放し、水を流体路１７、流体注入口１６を経由して微小空間に侵入せしめる。第二の離型工程が、上型１１と成形体との離型である場合には、上型注入制御バルブ３６を開放し、下型注入制御バルブ３７を閉鎖し、水を流体路１７’、流体注入口１６’を経由して微小空間に侵入せしめる。なお、空気供給制御バルブ３５および水供給制御バルブ４５を同時に開放もしくは空気供給制御バルブ３５を開放させておき水供給制御バルブ４５を断続的に開閉させることにより、空気と水の混合体をつくり、空気および水を同時に微小空間に侵入せしめてもよい。また流路５０および５１には、それぞれ減圧・真空工程で排出された空気を金型の外部の放出するためのキャビティ内空気排出用制御バルブ５２が設けられており、このバルブ５２は大気開放されるか、図示しない真空ポンプにより真空引きされる。

なお符号６１は空気圧抜弁、６２は水圧抜弁、６３はメイン流路の圧力を計測するメイン流路圧力計、６４は流路５０の圧力を計測する上型流路圧力計、６５は上型流路安全弁、６６は上型流路圧抜弁、６７は流路５１の圧力を計測する下型流路圧力計、６８は下型流路安全弁、６９は下型流路圧抜弁、７０はメイン流路安全弁、７１はメイン流路圧抜弁である。

下記表は、前記の本発明の方法の好適な実施形態である、(a)〜（i)の一連の工程において、金型、エジェクタピン、キャビティ内空気排出用制御バルブ、空気供給制御バルブ、上型注入制御バルブ、下型注入制御バルブの動作を示している。

本発明の方法および装置の効果を確認するために、図１に記載の装置の構成に準じたテスト装置を作製し、実験検証を行った。樹脂はアクリル樹脂を用い、スタンパとして、５０μｍの深さを有する矩形の断面形状を有するものを使用し、成形体として面積１３０ｍｍ²、厚さ０．５ｍｍのシート状物が得られるように、まず、樹脂温度を２５０℃としてスタンパ上に塗布し、金型温度２５０℃、成形圧７．２ＭＰａ(樹脂圧力値)で成形を行った。プレス工程終了後、成形体のほぼ端部に相当する位置に設けられた８本のエジェクタピンを０．２ｍｍ突出させ、形成された微小空間に、水を注入した。これにより、微細な凹凸形状を有する薄肉大面積の成形体を、割れなしに離型することができた。なお、剥離力を測定したところ、１０．７ＭＰａであった。水を注入しない場合も併せて測定したところ、剥離力は１１．８ＭＰａであった。

本発明の方法および装置により得られた成形体は、(a)マイクロレンズアレイ、液晶用導光板、フレキシブルディスプレイ基板、波長板、反射板、位相差板、自由曲面ミラー、LED発光パネル、フレネルレンズなどの電子ディスプレイ分野の基幹部品、(b)フレキシブルポリマー製光導波路、自由曲面回折格子、二次元イメージセンサアレイ、ピックアップレンズ、ホログラム、フレキシブル導波路型照明板などの光情報通信分野の基幹部品、(c)次世代DVD(ブルーレイディスク)、ブルーレイディスクのカバー層、DVD、CD、超薄肉ICカードなどの光記録媒体分野の基幹部品、(d)集積化学チップ、DNAチップ、バイオチップ、プロテインチップ、マイクロ流体デバイス、環境分析チップなどライフサイエンス分野の基幹部品、(e)燃料電池セパレータ、携帯電話超薄肉バッテリーケース、太陽光集光フレネルレンズなど新エネルギー分野の基幹部品などに好適に用いられる。

本発明によれば、表面に微細な凹凸部を有する成形体を、その凹凸形状を良好に維持しながら、金型から迅速に、容易に、かつ確実に離型することのできる成形体の製造方法および装置が提供される。

本発明の装置を説明するための図である。 金型昇温工程を説明するための図である。 樹脂層形成工程を説明するための図である。 塗布完了後の樹脂層を説明するための図である。 空気排出工程を説明するための図である。 プレス工程を説明するための図である。 固化工程を説明するための図である。 型緩め工程を説明するための図である。 第一の離型工程を説明するための図である。 第一の離型工程完了後の成形体の状態を示す図である。 第二の離型工程を説明するための図である。 第二の離型工程完了後の成形体の状態を示す図である。 型開き工程を説明するための図である。 成形体取り出し工程を説明するための図である。 流体注入制御手段を説明するための流体注入回路系統図である。

符号の説明

１１ 上金型
１２ 下金型
１３ 加力発生器
１４ スタンパー
１５，１５’ エジェクタピン
１６，１６’ 流体注入口
１７，１７’ 流体路
１８ 加熱手段
１９ 冷却手段
２１ 樹脂層
２５ 微小間隙
２６ 成形体
２８ 微小空間
３５ 空気供給制御バルブ
３６ 上型注入制御バルブ
３７ 下型注入制御バルブ
４５ 水供給制御バルブ
５２ キャビティ内空気排出用制御バルブ

Claims (9)

1. 少なくとも一方の表面に微細な凹凸部を有する上金型および下金型を用い、前記微細な凹凸部上に樹脂層を設け、前記上金型と下金型とを嵌合させ、加力発生器で前記樹脂層をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に前記樹脂層の形状を整え、その後、得られた成形体を前記金型から離型する成形体の製造方法において、前記離型が、前記上金型および下金型の嵌合が解除されない程度に前記上金型および下金型を微量開いた後、前記成形体と前記キャビティとの間に微小空間を形成させ、前記微小空間に流体を侵入せしめることにより行われることを特徴とする成形体の製造方法。
2. 前記流体が、空気または液体もしくは空気と液体との混合体であることを特徴とする請求項１に記載の成形体の製造方法。
3. 前記液体が、水またはアルコール水溶液であることを特徴とする請求項２に記載の成形体の製造方法。
4. 前記微小空間が、前記上金型または下金型に設けられたエジェクタピンの機械的な突き出しによって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成形体の製造方法。
5. 下記の(a)〜（i)の一連の工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成形体の製造方法。
   (a) 少なくとも上金型のキャビティ面の温度を、下記のプレス工程で印加される圧力によって、下金型のキャビティ上に設けられた樹脂層が前記上金型のキャビティ面の形状に変形できる程度の軟化状態を維持できる温度まで昇温する金型昇温工程；
   (b) 微細な凹凸部を有する下金型上に、樹脂層を設ける樹脂層形成工程；
   （c) 前記上金型および下金型を嵌合させ、嵌合はしているが、前記上金型のキャビティ面と前記樹脂層との間に微小間隙を有する状態で、前記微小間隙内の空気を排出する空気排出工程；
   (d) 加力発生器を用い、前記上金型と下金型とを嵌合させ、下金型のキャビティ面と上金型のキャビティ面との間に存在する前記樹脂層をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に前記樹脂層の形状を整えるプレス工程；
   (e) 前記樹脂層の冷却に伴う収縮を補償するためにプレス力を印加したまま、所望の温度になるまで樹脂層を冷却し固化させる固化工程；
   (f) 前記上金型および下金型の嵌合が解除されない程度に前記上金型および下金型を微量開く型緩め工程；
   (g) 前記上金型のキャビティ面と成形体との間、または下金型のキャビティ面と成形体との間のいずれか一方で、前記金型に搭載された剥離手段によって、前記成形体と前記キャビティとの間に微小空間を形成させ、前記微小空間に流体を侵入せしめ、前記キャビティ面と成形体とを剥離させる第一の離型工程；
   (h) 前記(f)工程とは逆の剥離面で、前記金型に搭載された剥離手段によって、前記成形体と前記キャビティとの間に微小空間を形成させ、前記微小空間に流体を侵入せしめ、前記キャビティ面と成形体とを剥離させるキャビティ面と成形体とを剥離させる第二の離型工程；
   (i) 成形体を取り出せる程度まで金型を開く型開き工程；および
   (j) 成形体を金型外に取り出す成形体取り出し工程。
6. 少なくとも一方の表面に微細な凹凸部を有するとともに嵌合可能な上金型および下金型と、
   前記上金型および下金型の型開閉および前記上金型および下金型のキャビティ面間の加圧が可能な加力発生器と、
   得られた成形体を前記上金型および下金型から剥離するための剥離手段と、
   前記剥離手段によって前記成形体と前記キャビティとの間に形成された微小空間に流体を侵入せしめる流体注入制御手段と
   を有する成形体の製造装置であって、
   前記微細な凹凸部上に樹脂層を設け、前記上金型と下金型とを嵌合させ、前記加力発生器で前記樹脂層をプレスし、閉じられたキャビティ間で形成される閉空間の形状に前記樹脂層の形状を整え、前記上金型および下金型の嵌合が解除されない程度に前記上金型および下金型を微量開いた後、前記剥離手段によって前記成形体と前記キャビティとの間に微小空間を形成させ、前記流体注入制御手段によって前記微小空間に流体を侵入せしめるように構成されたことを特徴とする成形体の製造装置。
7. 前記上金型を加熱するための加熱手段と、前記樹脂層を冷却するための上金型および下金型に設けられた冷却手段と、をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の成形体の製造装置。
8. 前記剥離手段が、前記上金型または下金型に設けられたエジェクタピンであり、前記エジェクタピンの機械的な突き出しによって、前記微小空間が形成されることを特徴とする請求項６または７に記載の成形体の製造装置。
9. 前記エジェクタピンの突き出しにより形成された、前記エジェクタピンと前記上金型または下金型との間隙部を、前記微小空間に流体を侵入せしめるための流体注入口として利用することを特徴とする請求項８に記載の成形体の製造装置。

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