JP2007050517A - Reversal mold, manufacturing method of molded product, molded product and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、両面にμmオーダの微細形状を転写して成形品を製造する反転型、その反転型による成形品の製造方法、並びにその成形品を使用した画像形成装置に関する。 The present invention relates to a reversal type for producing a molded product by transferring a fine shape on the order of μm on both sides, a method for producing a molded product using the reversal mold, and an image forming apparatus using the molded product.
従来の成形品、例えば両面にレンズ形状が形成されたレンズアレイを成形する方法として、特許文献1では、一対の成型ロール間に、両面に放射線硬化型樹脂が塗布形成された透明フィルムを通して前記樹脂を成型する際に、成型ロールが表面に有するスタンパを、ロール表面の軸方向に周期的な凹凸が並設されたスタンパとロール表面の外周方向に周期的な凹凸が並設されたスタンパを組み合わせている。
しかしこの方法によれば、大面積のレンズシートを作製することは可能だが、表面と裏面との位置誤差が生じやすい。
上記の他にも、レンズシートを貼り付ける形成方法もある。即ち、熱可塑性樹脂を加熱してスタンパでプレスすることで、レンズ面を成形したレンズシートを2枚張り合わせて両面レンズを形成する方法である。しかし、これでは生産性に劣る。
更に、上下プレスによる方法もある。プレス装置の上下の定板に表面の型と裏面の型を別個に作製して、それぞれの型を組み付けて配置しておき、熱可塑性樹脂をそれらの型によってプレスして前記樹脂の両面を成型する。しかしこの方法では、表面の型と裏面の型を別個に作製して、それぞれの型を組み付けて配置して上下に移動するため、前記樹脂の表面と裏面との位置誤差が生じやすい。
更に、マスクアライナーを利用してフォトマスクで光硬化樹脂による3次元の成形を行う方法もある。しかしこの方法もマスクアライナーを利用しているからアライメントが可能だが、成形ショット毎にアライメントをする必要がありアライメントに時間がかかり生産性に劣る。
However, according to this method, it is possible to produce a large-area lens sheet, but position errors between the front surface and the back surface are likely to occur.
In addition to the above, there is also a forming method for attaching a lens sheet. That is, it is a method of forming a double-sided lens by heating two thermoplastic sheets and pressing them with a stamper so that two lens sheets formed with a lens surface are laminated. However, this is inferior in productivity.
In addition, there is a method using a vertical press. A front mold and a back mold are prepared separately on the upper and lower fixed plates of the press device, and each mold is assembled and placed, and a thermoplastic resin is pressed with those molds to mold both sides of the resin. To do. However, in this method, the front surface mold and the back surface mold are separately manufactured, and the respective molds are assembled and arranged to move up and down, so that a positional error between the front surface and the back surface of the resin is likely to occur.
Further, there is a method of performing three-dimensional molding with a photocurable resin with a photomask using a mask aligner. However, although this method also uses a mask aligner, alignment is possible. However, alignment is required for each molding shot, and alignment takes time and is inferior in productivity.
上述したように、従来の成形品の製造方法は、表面と裏面の両面に形成されるレンズ等の微細形状の位置誤差が生じやすく、その生産性も劣ると言う問題があった。
本発明は、上述した実情を考慮してなされたものであって、レンズ等の微細形状が両面において位置ずれなく、しかも簡便に形成することが可能な反転型、その反転型による成形品の製造方法、並びにその成形品を使用した画像形成装置を提供することを目的とする。
As described above, the conventional method of manufacturing a molded product has a problem that a positional error of a fine shape such as a lens formed on both the front surface and the back surface is likely to occur, and the productivity is inferior.
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and a reversible mold in which the fine shape of a lens or the like is not misaligned on both surfaces and can be easily formed, and a molded article manufactured by the reversal mold. It is an object of the present invention to provide a method and an image forming apparatus using the molded product.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、製造する成形品の両面に微細形状を転写して成形品を製造するための第一の面の形状に対応した第一の型と、前記第一の面の裏側の第二の面の形状に対応した第二の型とを端部で接合した反転型であって、前記第一及び第二の型は製造する成形品の原寸の両面形状転写用型を転写して作製し、前記第一及び第二の型の接合部分は弾性体で構成したことを特徴とする。
また、請求項2の発明は、請求項1記載の反転型において、前記第一、第二の型の少なくとも一方は弾性体で構成したことを特徴とする。
また、請求項3の発明は、請求項1または2記載の反転型において、前記第一または第二の型の少なくとも一方は紫外線透過素材で構成したことを特徴とする。
また、請求項4の発明は、請求項1または2記載の反転型において、前記第一または第二の型の少なくとも一方は熱透過性素材で構成したことを特徴とする。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の反転型において、前記第一の型、第二の型または接合部分は少なくとも一部分においてシリコーンゴムからなることを特徴とする。
また、請求項6の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の反転型において、前記第一、第二の型または接合部分は少なくとも一部分においてフッ素化ゴムからなることを特徴とする。
また、請求項7の発明は、微細形状を転写して成形品を製造する成形品の製造方法であって、基板の第一の面と第一の面の裏面の第二の面に製造する成形品の第一の面及び第二の面に対応する微細形状を形成した両面形状転写用型を作製し、前記両面形状転写用型を用いて請求項1乃至6のいずれか一項に記載の反転型を作製し、前記反転型を用いて素材に微細形状を転写して成形品を製造することを特徴とする。
また、請求項8の発明は、請求項7記載の成形品の製造方法において、前記基板はガラス材料であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the inversion mold according to the first aspect, at least one of the first and second molds is formed of an elastic body.
According to a third aspect of the present invention, in the inversion type according to the first or second aspect, at least one of the first or second type is made of an ultraviolet transmitting material.
According to a fourth aspect of the present invention, in the inversion mold according to the first or second aspect, at least one of the first or second mold is made of a heat-permeable material.
The invention according to
The invention of
The invention according to claim 7 is a method for manufacturing a molded product by transferring a fine shape to manufacture a molded product, wherein the first surface of the substrate and the second surface of the back surface of the first surface are manufactured. The double-sided shape transfer mold in which a fine shape corresponding to the first surface and the second surface of the molded product is formed, and the double-sided shape transfer mold is used as described in any one of
The invention according to claim 8 is the method for producing a molded article according to claim 7, wherein the substrate is made of a glass material.
また、請求項9の発明は、請求項7または8記載の成形品の製造方法において、前記両面形状転写用型はガラス材料をドライエッチングで作製することを特徴とする。
また、請求項10の発明は、請求項7または8記載の成形品の製造方法において、前記両面形状転写用型は、前記基板の前記第一の面と前記第二の面の微細形状を電鋳により形成することを特徴とする。
また、請求項11の発明は、請求項10に記載の成形品の製造方法において、前記両面形状転写用型の微細形状は、前記基板の前記第一の面と前記第二の面にフォトレジストをパターニングした後に金属膜を成膜して、リフトオフを行った後に電鋳することで形成することを特徴とする。
また、請求項12の発明は、請求項7乃至11のいずれか一項に記載の成形品の製造方法において、前記反転型は、弾性体の硬化前液体に前記両面形状転写用型の一部を残して浸漬し、前記硬化前液体を硬化させた後に、前記両面形状転写用型を離型して作製したことを特徴とする。
また、請求項13の発明は、請求項7乃至12のいずれか一項に記載の成形品の製造方法において、前記成形品の素材は、紫外線硬化性樹脂からなることを特徴とする。
また、請求項14の発明は、請求項7乃至12のいずれか一項に記載の成形品の製造方法において、前記成形品の素材は、熱硬化性樹脂からなることを特徴とする。
また、請求項15の発明は、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の反転型を用いて製造したことを特徴とする。
また、請求項16の発明は、請求項7乃至14のいずれか一項に記載の製造方法を用いて製造したことを特徴とする。
また、請求項17の発明は、被記録媒体に記録画像を形成する画像形成装置であって、請求項15または16に記載の成形品を光学部品として使用したことを特徴とする。
また、請求項18の発明は、請求項17記載の画像形成装置において、前記光学部品は、レンズアレイであることを特徴とする。
The invention according to claim 9 is the method for producing a molded article according to claim 7 or 8, wherein the double-sided shape transfer mold is prepared by dry etching a glass material.
The invention of
The invention of claim 11 is the method for producing a molded product according to
The invention of claim 12 is the method for producing a molded product according to any one of claims 7 to 11, wherein the reversal mold is a part of the double-sided shape transfer mold in a liquid before curing of an elastic body. It was produced by dipping the two-sided shape transfer mold after the pre-curing liquid was cured by leaving the film and then curing the liquid before curing.
The invention of claim 13 is the method for producing a molded product according to any one of claims 7 to 12, wherein the material of the molded product is made of an ultraviolet curable resin.
The invention of claim 14 is the method for producing a molded product according to any one of claims 7 to 12, wherein a material of the molded product is made of a thermosetting resin.
The invention of claim 15 is characterized by being manufactured using the inversion mold according to any one of
The invention according to claim 16 is characterized by being manufactured using the manufacturing method according to any one of claims 7 to 14.
The invention of claim 17 is an image forming apparatus for forming a recorded image on a recording medium, wherein the molded product of claim 15 or 16 is used as an optical component.
The invention according to claim 18 is the image forming apparatus according to claim 17, wherein the optical component is a lens array.
本発明によれば、両面にレンズ等の微細形状が形成される成形品を、両面の位置ずれが小さく、かつ簡便に製造することができ、安価で安定した性能の光学部品、光学機器等が提供できる。 According to the present invention, it is possible to easily manufacture a molded product in which a fine shape such as a lens is formed on both surfaces, with a small positional deviation on both surfaces, and an inexpensive optical component, an optical device, and the like having stable performance. Can be provided.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかる反転型の断面斜視図と、この反転型で製作した成形品の例を示す図である。図1(a)において、反転型10は、微細形状を転写する第一の型1と、第一の型1と転写面を対向させて同じく微細形状を転写する第二の型2とが、一方の端部3で接合されて出来ている。各型1、2は、成型用の凹所1a、2aを有している。そして、第一の型1もしくは第二の型2(あるいは両方)を弾性体で作ることにより、型を変形させて、両方の型の対向面間の間隔を広げることが出来るようになっている。図1は第一の型1を変形させて図示の矢印(A)方向に型の間隔を広げた状態を示しているが、第二の型2も弾性体であっても、あるいは別の材質で出来ていてもよい。更に、図では示していないが、端部3の接合部分のみを弾性体で構成してもよい。
この図1(a)は、反転型10の転写形状が存在する部分の断面を示しているが、実際には、反転型10は、図1(b)に示すような平板形状の成形品20の両面に転写形状21を形成する型であるので、第一の型1と第二の型2の外側周辺部は平坦であり、平板形状の成形品20の厚み分だけ隙間ができている。
第一の型1と第二の型2の材質については、どちらか一方(あるいは両方)は弾性体のシリコーンゴムやフッ素化ゴムで構成し、図1(b)のような形状のプラスチックの成形品20の離型を容易に行うことが出来るようになっている。
また、シリコーンゴムやフッ素化ゴムは、200℃以上の温度にも耐え、更に紫外線を透過することから、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂を用いたプラスチックの成形品を製造することが出来る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of an inversion type according to an embodiment of the present invention, and a diagram showing an example of a molded product manufactured with the inversion type. In FIG. 1A, the
FIG. 1A shows a cross section of a portion where the transfer shape of the
About the material of the 1st type |
Silicone rubber and fluorinated rubber can withstand temperatures of 200 ° C. or higher and transmit ultraviolet rays, so that a plastic molded product using a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin can be produced.
図2は、本発明の実施形態にかかる成形品の製造工程を説明する図である。同図において、両面形状転写用型5の作製工程(a)で、図示しない両面アライナー等を用いて基板50の両面に精密に作製した微細形状50aを合わせこんだ転写形状を作製する。この両面形状転写用型5は、図1(b)で示した形状、つまりこれから製造する成形品を同じ形状をしている。この両面形状転写用型5の作製方法は後で説明する。
次に反転型10を作製する(b)。この工程は、先程(a)で作製した両面形状転写用型5を使用して反転型10を作製する工程である。出来上がった反転型10の形状は(c)のようになる。これは図1を用いて説明したものであり、(d)に示すように端部がつながっており、変形して開閉できるようになっている。
次の工程は、樹脂充填と硬化工程(e)で、反転型10内に樹脂を充填して、反転型10を図示の矢印(B)方向に変形させて熱や紫外線を当てて樹脂Oを硬化させる。そして、離型工程(f)で、反転型10内で硬化した樹脂Oを、反転型10の弾性体で出来た方の型を変形させて離型し、プラスチックの成形品6が完成する。
以上の方法で、両面にレンズ等の微細形状が形成されるプラスチックの成形品6を位置ずれが小さく、かつ簡便に製造することが出来る。
FIG. 2 is a view for explaining a manufacturing process of a molded product according to the embodiment of the present invention. In the drawing, in the manufacturing step (a) of the double-sided
Next, the
The next step is a resin filling and curing step (e), in which the
By the above method, the plastic molded
図3は、両面形状転写用型5の作製工程を説明する図である。同図において、両面形状転写用型5の作製は、まず石英ガラスなどの基板50の片面に密着増強剤、フォトレジストを順に塗布してレジスト膜31を製膜する(a)。そして、フォトリソグラフィ工程(b)で、紫外線のマスク露光によってレジストを円形に露光、現像する。これをオーブンに入れてリフロー工程(150℃、5分)を行い、残ったレジスト膜31を半球形に溶融変形させる。次にドライエッチングにより基板50の石英ガラス材料をレンズ形状にエッチングする(d)。
同様の処理を基板50の他方の面についても行い(e〜h)、両面形状転写用型5を得る。
フォトリソグラフィもドライエッチングも微細加工に適しており、これによって、ガラス材料の石英ガラスからなる基板50の両面に微細形状のレンズ形状がアライナーによるアライメントが行われて、ドライエッチングで形成されたマスター型となる。
図4は、他の方法による両面形状転写用型5の作製工程を説明する図である。同図において、両面形状転写用型5の作製は、まず石英ガラスなどの基板50の片面に密着増強剤、フォトレジストを順に塗布しレジスト膜31を製膜する(a)。そして、フォトリソグラフィ工程(b)で、紫外線のマスク露光によってレジストを円形に露光、現像する。この場合は、残したい形状に対するレジスト膜31の部分を取り去る。次に、製膜工程(c)で、ニッケル膜41を蒸着で製膜し、リフトオフ工程(d)で、レジスト膜31の上に作られたニッケル膜41を取り去り、石英ガラスの表面に直接製膜されたニッケルのパターンを得る。同様の処理を基板50の他方の面についても行う(e〜h)。このとき処理が済んだ下面のニッケル膜パターンをマーカーとして用いることで位置ずれを小さくすることができる。
最後にスルファミン酸ニッケル溶液で電鋳を行い、所定の形状を得る(i)。今回はレンズ形状を目指して薄膜にした。
以上の処理では、微細形状が基板50と異なる材料で作製されるので、表面が滑らかな両面形状転写用型5となる。
FIG. 3 is a diagram for explaining a manufacturing process of the double-sided
The same process is performed on the other surface of the substrate 50 (e to h), and the double-sided
Both photolithography and dry etching are suitable for microfabrication. As a result, the master lens is formed by dry etching by aligning fine lens shapes on both sides of a
FIG. 4 is a diagram for explaining a manufacturing process of the double-sided
Finally, electroforming is performed with a nickel sulfamate solution to obtain a predetermined shape (i). This time, it was made into a thin film aiming at the lens shape.
In the above processing, since the fine shape is made of a material different from that of the
図5は、本発明の実施形態にかかる反転型10の作製方法を説明する図である。この例では、片方の型がニッケル、もう一方が弾性体で出来た反転型10を作製する。
まず両面形状転写用型5の基板50の片面にニッケル膜41を製膜する((a)、(b))。次に、電鋳によりニッケルの型を形成する(c)。そのまま他方の面に離型処理剤を塗布した後、弾性体であるシリコーンゴムの液状前駆体を注ぎ、加熱して硬化させる(d)。最後に、弾性体で出来た型を図示の矢印(C)方向に変形させて両面形状転写用型5を離型し(e)、反転型10が完成する(f)。
図6は、他の方法による反転型10の作製方法を説明する図である。この例では、第一の型1と第二の型2の両方が弾性体で出来た反転型10を作製する。
まず、マスター型となる両面形状転写用型5の両面に離型剤を塗布し、減圧下でシリコーンゴムの液状前駆体に浸漬して加熱硬化させる(a、b)。この時、両面形状転写用型5の基板50の一部は、図示するように浸漬しないようにして、端部に開口が形成されて剥がし口を確保している。次に、前工程で硬化させた片方の型を図示の矢印(D)方向に変形させて(e)、両面形状転写用型5取り除くと反転型10が完成する(d)。
FIG. 5 is a diagram for explaining a manufacturing method of the
First, the
FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing the
First, a release agent is applied to both surfaces of a double-sided
図7は、本発明の実施形態にかかる反転型10を用いた成形品6の製造方法を説明する図である。この例では、反転型10による均一の材料で成形品6を製造する。
まず、反転型10に紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂などの硬化性樹脂51を充填して、熱または紫外線を当てて硬化する(a、b)。次に弾性体で出来ている方の型を図示の矢印(E)方向に変形させて反転型10から取り除き(c)、プラスチックの成形品6が完成する(d)。プラスチックの素材としては、上述のように、熱や紫外線で硬化する樹脂がよく、特にレンズのような光学部品を製造する場合は、透明度の高い、例えば、アクリル樹脂、オキセタン(脂環式エポキシも含む)樹脂、アクリルシリコーン、不飽和ポリエステル樹脂等がよい。
図8は、他の方法による成形品6の製造方法を説明する図である。この例では、反転型10を用いて、平板60上に微細形状を後から転写して一体化する製造方法である。
まず、反転型10にプラスチック又はガラス材料からなる平板60を図のように挿入する(a)。平板60の厚さは、ほぼ反転型10の空隙の間隔と同等である。次に反転型10に紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂などの硬化性樹脂51を充填して、熱または紫外線で硬化し、先に挿入した平板60と一体化させる(b)。続いて、反転型10の弾性体で出来た型を図示の矢印(F)方向に変形させて反転型10から取り除いて(c)、プラスチックの成形品6が完成する(d)。プラスチックの素材としては、図7で説明したものと同様の樹脂でよい。
この方法では、平板60の厚さは、反転型10の空隙の間隔とほぼ同等であることから、成形時に厚さむらが生じ難い。
FIG. 7 is a diagram illustrating a method for manufacturing a molded
First, the
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of manufacturing the molded
First, a
In this method, since the thickness of the
図9は、本発明の実施形態にかかる成形品6を備えた画像形成装置の要部構成を説明する図である。同図において、被記録媒体に記録画像を形成する画像形成装置100は、原稿画像読み取り部130に、本発明によって両面に微細形状のレンズが形成されたレンズアレイの成形品6を使用している。
画像形成部101は、電子写真方式の作像プロセスで利便性や汎用性に優れ高速で高品質のトナーの記録画像を被記録媒体(P)の記録用紙等に形成するようになっている。
画像形成装置100は、被記録媒体(P)にトナーの多色画像を形成する画像形成部101と、被記録媒体(P)を図示の矢印(G)方向に給送する被記録媒体給送部120と、成形品6で原稿(O)の画像を読み取る原稿画像読み取り部130と、多色画像を形成した被記録媒体(P)を排出して収納する排紙トレイ140等を備えたフルカラー複写機である。
画像形成装置100は、画像形成部101に、イエロー作像ユニット101(Y)、マゼンタ作像ユニット101(M)、シアン作像ユニット101(C)、ブラック作像ユニット101(Bk)の4つのユニットが着脱可能に搭載されて、電子写真方法の作像プロセスで被記録媒体(P)にトナーの記録画像を形成することが出来る。
画像形成部101において、ベルト形状をした中間転写体としての中間転写ベルト107は、所定の走行経路に沿ってエンドレスに駆動ローラ108、従動ローラ109、二次転写対向ローラ112等に張架されており、駆動ローラ108によって図示の矢印(H)方向へ回転駆動される。中間転写ベルト107の上側には、前述の4つの作像ユニットが配置されており、4つの各作像部の感光体ドラム102は、図示しない回転体駆動装置によって図示の矢印(I)方向へ回転駆動される。
FIG. 9 is a diagram for explaining a main configuration of an image forming apparatus including the molded
The
The
The
In the
それぞれの4つの作像ユニット101の各作像部では、感光体ドラム102の周囲部に、感光体ドラム102の表面に帯電処理を行う帯電手段103、レーザビームで感光体ドラム102の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段104、形成された静電潜像を顕像化する現像手段106、及び感光体ドラム102の表面に残留するトナーを除去回収する感光体クリーニングユニット113等が配置されている。
イエロー作像ユニット101(Y)の配置された作像部では、現像手段106によってイエロー(Y)色のトナーの画像を現像し、一次転写バイアスローラ110にトナーと逆極性の電荷を印加することにより、感光体ドラム102上のトナー像が中間転写ベルト107上に転写される。
そして順次、マゼンタ作像ユニット101(M)、シアン作像ユニット11(C)、ブラック作像ユニット11(Bk)というように各色のトナーの画像を現像し、一次転写バイアスローラ110にトナーと逆極性の電荷を印加することにより、感光体ドラム102上のトナー像が中間転写ベルト107上に転写される。
中間転写ベルト107の所定の位置(同図では下側)には、中間転写ベルト107上に複数の画像を重ね転写された4色のトナーの記録画像を被記録媒体(P)に二次転写する二次転写バイアスローラ111が配置されている。二次転写バイアスローラ111にて複数色トナーの記録画像の二次転写を受けた被記録媒体(P)は、図示の矢印(J)方向に搬送され、定着手段114によって溶融定着処理される。そして、最終的に被記録媒体(P)は、排紙ローラ対115により排紙トレイ140に排紙されて収納される。
本実施形態では、原稿画像読み取り部130に載置された原稿(O)の画像は、成形品6を介して読取画像情報として読み取られて、潜像形成手段104から照射するレーザビームで感光体ドラム102上に書き込まれるようになっているが、潜像形成手段104による書き込みにも本発明のレンズアレイを使用してもよい。即ち、ポリゴンミラーを使用する替りにLEDアレイを使用し、そのときの集光にも本発明のレンズアレイを使用することができる。
In each image forming unit of each of the four
In the image forming unit in which the yellow image forming unit 101 (Y) is arranged, the developing
Then, the toner images of each color are developed in order, such as a magenta image forming unit 101 (M), a cyan image forming unit 11 (C), and a black image forming unit 11 (Bk), and the toner is applied to the primary
At a predetermined position (lower side in the figure) of the intermediate transfer belt 107, a four-color toner recording image obtained by superimposing a plurality of images on the intermediate transfer belt 107 is secondarily transferred to a recording medium (P). A secondary
In the present embodiment, the image of the original (O) placed on the original
1…第1の型、2…第2の型、3…端部、5…両面形状転写用型、6…成形品、10…反転型、20…平板形状、21…転写形状、31…レジスト膜、41…ニッケル膜、50…基板、51…硬化性樹脂、60…平板、100…画像形成装置、101…画像形成部、102…感光体ドラム、104…潜像形成手段、130…原稿画像読み取り部
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