JP2007168205A - 金型及びブロックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 立体状の成形品の少なくとも接続された２面に微細な凹凸パターンを高精度に且つ容易に形成するための金型を提供する。
【解決手段】 成形品の少なくとも接続された２面を成形するブロックと、ブロックを保持するモールドベースとを備え、ブロックが、ブロック本体と、所定の凹凸パターンが表面に形成されたマイクロスタンパとを有し、該マイクロスタンパが該ブロック本体の表面に接着されている金型を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は金型及び金型に取り付けられるブロックの製造方法に関し、より詳細には、立体状の成形品を成形するための金型及びその金型に取り付けられるブロックの製造方法に関する。

一般に、プラスチック製品（または部品）を成形加工するためには、金型を備えた射出成形機が用いられる。射出成形機では、金型を閉じることによりプラスチック製品の外形に対応するキャビティを金型内部に画成し、そのキャビティに樹脂を射出することにより、所定形状のプラスチック製品を成形する。

射出成形機内の金型は、主に、固定側の金型と可動側の金型とから構成され、各金型は、キャビティを画成するブロック（入れ子とも呼ばれる）と、それを保持するモールドベースとを有している。また、ブロックは一般に金属で形成され、そのブロックのキャビティ側の表面には成形品の外形に対応した所定の凹凸パターンが形成されている。また、成形品が立体である場合には、成形品の側面部を画成するスライドブロック（スライドコアとも呼ばれる）を備えた金型も存在する。

上記ブロックのキャビティ側の表面には、成形品の外形に対応する凹凸パターンが形成されており、その凹凸パターンはブロック表面に直接機械加工により形成されることが多い。また、成形品が例えば、光ディスクである場合には、３００μｍ程度の厚さを有するＮｉスタンパを別に作製し、そのスタンパをブロック本体のキャビティ側の表面に取り付けることによりブロックのキャビティ側の表面に所定の凹凸パターンが形成される。この場合、一般的には、スタンパは溶接、ネジ、ツメ等によりブロック本体に取り付けられる。スタンパは、通常、フォトリソグラフィ技術を用いて原盤上に所定の凹凸パターンを形成し、そのパターン上に電鋳法によりＮｉ膜を形成することにより作製される。それゆえ、スタンパを用いた場合には、機械加工より微細なサイズの凹凸パターンを形成することが可能になる。

ところで、立体状の成形品の表面に微細な凹凸パターンを形成するために、上記従来の金型を用いて射出成形しようとする場合、次のような課題がある。

ブロックの表面に機械加工で凹凸パターンを形成する場合、現状の技術では、１０μｍ程度のサイズの凹凸パターンが製造限界であり、それ以下のサイズの凹凸パターンをブロック表面に形成することは困難である。それゆえ、ブロックの表面に機械加工で凹凸パターンを形成する方法は、微細な凹凸パターンを成形品の表面に形成する方法としては不向きな方法である。

また、微細形状の凹凸パターンが形成可能のスタンパを用いる場合、従来のように、溶接でスタンパをブロック本体に取り付けると、溶接時の熱によりスタンパに熱歪みが生じ易くなるので、高精度な凹凸パターンが形成し難いという問題がある。また、ネジやツメでスタンパを取り付ける場合には、スタンパにネジやツメの取り付けスペースを設ける必要がある。立体状の成形品の少なくとも接続された２面に微細な凹凸パターンを形成する際には、２面の接続部分が連続になるように（切れ目がないように）成形する必要があるので、そのような面を成形するスタンパにネジやツメの取り付けスペースを設けることが困難である。また、成形品の接続された２面に微細な凹凸パターンを形成するためのスタンパに無理してネジやツメの取り付けスペースを設けようとすると、スタンパ及びブロックの構造が複雑になる恐れもある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、立体状の成形品の少なくとも接続された２面に、機械加工では形成困難なサイズの微細な凹凸パターンを高精度に且つ容易に形成するための金型を提供することである。また、その金型に好適なブロックの作製方法を提供することである。

本発明の第１の態様に従えば、立体状の成形品を成形するための金型であって、モールドベースと、上記モールドベース上に保持されたブロックとを備え、上記ブロックが、ブロック本体と、所定の凹凸パターンが表面に形成されたマイクロスタンパとを有し、該マイクロスタンパが該ブロック本体の表面に接着されていることを特徴とする金型が提供される。

本発明の金型では、立体状の成形品を射出成形法で作製する際に用いられる金型であり、金型内のブロックでは、所定の凹凸パターンが表面に形成されたマイクロスタンパがブロック本体のキャビティ側の表面に接着剤等により接着されている。それゆえ、従来のようにスタンパにネジやツメの取り付けスペースを設ける必要が無くなるので、立体状の成形品の少なくとも接続された２面に対しても、より簡単な構造の金型で、微細で且つ複雑な凹凸パターンを形成することができる。

なお、本明細書でいう成形品の「接続された２面」とは、立体状の成形品を構成する外面のうち、面の端部同士が接続されている２つの面であり、且つ、その接続部分における２つの面のなす角度が１８０度以外の角度である２面のことをいう。

また、本明細書でいう「マイクロスタンパ」とは、機械加工では形成が困難なサイズの凹凸パターンが表面に形成されたスタンパのことであり、マイクロスタンパは、従来と同様の方法（フォトリソグラフィ技術及び電鋳法）で作製される。上述のように、現状の機械加工の技術では１０μｍ程度のサイズの凹凸パターンが製造限界であるので、マイクロスタンパに形成される凹凸パターンの最小サイズの上限は１０μｍ程度となる。一方、マイクロスタンパに形成される凹凸パターンの最小サイズの下限は、フォトリソグラフィ技術で形成可能なパターンの最小サイズとなる。現在のフォトリソグラフィ技術で形成可能なパターンの最小サイズは、０．１μｍ程度である。

本発明の金型では、上記マイクロスタンパが接着剤により上記ブロック本体に接着されていることが好ましい。特に、射出成形時の金型の温度は約１２０℃〜１３０℃であるので、接着剤が熱硬化性の接着剤であることが好ましい。具体的には、マイクロスタンパをＮｉで形成し、ブロック本体をステンレス系合金で形成した場合には、耐熱エポキシ接着剤等が用い得る。マイクロスタンパを熱硬化性の接着剤でブロック本体に接着することにより、マイクロスタンパをブロック本体に取り付ける際の熱歪みを抑制することができる。なお、本発明の金型に用い得る接着剤は、上記材料に限定されず、マイクロスタンパとブロック本体の形成材料に応じて適宜選択し得る。

なお、本発明の金型では、ブロック本体とマイクロスタンパとを接着する方法としては、接着剤以外の方法を用いて接着してもよい。例えば、真空吸着により接着しても良い。また、マイクロスタンパの一部を接着剤，真空吸着等で接着し、一部をネジ止めで固定しても良い。すなわち、接着剤，真空吸着等で接着する方法と、ネジ止め等の機械的な固定方法とを複合した方法で、マイクロスタンパをブロック本体に取り付けても良い。

本発明の金型では、上記ブロック本体の上記表面とマイクロスタンパの接着面とが同一寸法で且つ同一形状であることが好ましい。

本発明の第２の態様に従えば、ブロック本体と、マイクロスタンパとから構成され且つ金型に取り付けられるブロックを製造する方法であって、上記マイクロスタンパを形成することと、上記マイクロスタンパを上記ブロック本体に接着剤で接着することと、上記マイクロスタンパの側面と上記ブロック本体と一緒に切削することとを含むブロックの製造方法が提供される。

本発明のブロック（入れ子）の製造方法では、マイクロスタンパをブロック本体に接着した後、ブロック本体とマイクロスタンパとを一緒に切削して、ブロック本体の表面とマイクロスタンパの接着面とを同一寸法で且つ同一形状にする。それゆえ、マイクロスタンパとブロックとを接着した際に生ずる接着位置のずれが発生しても、接着後の上記切削処理でそのずれを補正することができる。また、本発明のブロックの製造方法では、上記切削処理の際に、ブロック本体のマイクロスタンパが接着されている面とは反対側も面も切削しても良い。この場合、接着剤の厚さの不均一により生ずるマイクロスタンパの平行度のずれも補正することができる。すなわち、本発明のブロックの製造方法では、マイクロスタンパ接着後の切削処理によりブロック全体の形状を所望の形状に高精度に加工することができる。

上述のように、本発明のブロックの製造方法を用いて作製されたブロックはその形状が高精度に加工されているので、そのブロックを金型に組み込んで成形品を作製した場合には、成形品の各面に形成される凹凸パターンの位置関係を精度良く形成することができる。さらに、２面の凹凸パターンが接続部分を介して連続するような複雑な凹凸パターンでも容易に且つ高精度に形成することができる。

なお、上述のように、本発明のブロックの製造方法では、接着後の後処理でブロックの形状を所定形状に加工することができるので、接着剤の厚さは任意であるが、５０μｍ〜２００μｍ程度の厚さとなるように接着剤を付加することが好ましい。これは、接着剤の厚さが５０μｍより薄くなると、密着力が低下し、剥離する可能性があり、接着剤の厚さが２００μｍより厚くなると、射出成形時の圧力によりマイクロスタンパの凹凸パターンを変形させる恐れがあるためである。

本発明の金型によれば、ブロックの本体にマイクロスタンパを接着剤等で接着しているので、従来のようにスタンパにネジやツメの取り付けスペースを設ける必要が無くなり、立体状の成形品の少なくとも接続された２面に対しても、より簡単な構造の金型で、微細で且つ複雑な凹凸パターンを形成することができる。また、本発明の金型によれば、マイクロスタンパを熱硬化性の接着剤でブロック本体に接着しているので、マイクロスタンパをブロック本体に取り付ける際の熱歪みを抑制することができる。

さらに、本発明の金型及びブロックの製造方法によれば、成形品を成形するためのブロックが高精度に加工されているので、成形品の各面に形成される凹凸パターンの位置関係を精度良く形成することができ、２面の凹凸パターンが接続部分を介して連続するような複雑な凹凸パターンでも容易に形成することができる。それゆえ、製品設計の自由度も広がる。

以下、本発明の金型及びそれに取り付けられるブロックの製造方法の一実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。

実施形態
［金型の構造］
本実施形態の金型の概略構成を図１に示した。なお、図１は、金型を閉じた状態の概略断面図である。本実施形態の金型１００は、図１に示すように、主に、固定プラテン１０１に取り付けられる固定側モールドベース１１と、固定側モールドベース１１に取り付けられた固定金型１２と、可動プラテン２０１に取り付けられる可動側モールドベース２１と、可動側モールドベース２１に取り付けられた可動金型１２と、成形品を金型から取り出す際に用いる突き出しロッド２７とから構成される。なお、本実施形態の金型は、後述するように、各金型に設けられたブロックの構成が従来と異なること以外は、従来の立体成形品用の金型と同様の構造とした。また、本実施形態では、図１中の領域３３が成形品のキャビティであり、成形品としては、立方体状の製品を作製し、その形成材料としてはポリカーボネートを用いた。なお、本明細書でいう「キャビティ」とは、金型を閉じた際にブロックにより画成される空間のことをいう。

固定金型１２内には、図１に示すように、溶融樹脂を射出するスプルー１３と、キャビティ３３を画成する固定ブロック１６とが設けられている。また、図１に示すように、固定金型１２の可動側表面には、スプルー１３から射出された溶融樹脂の流路となるランナー３１及びゲート３２の半部に対応する凹凸パターンが形成されている。

さらに、本実施形態の固定金型１２では、図１に示すように、固定金型１２の可動金型２２側の表面に、成形品の側面部の凹凸パターンを形成するためのスライドブロック１７を設けた。なお、図１の断面図では、スライドブロック１７は１つしか示していないが、本実施形態では、成形品のゲート側以外の側面部（図１上では、紙面の表側及び裏側の面）にも凹凸パターンを形成するためにスライドブロック１７を設けた。これらのスライドブロック１７は、金型が開かれた際（固定金型１２及び可動金型２２が互いに離れる方向（図１中の矢印Ａ１方向）に移動させた際）に、同時にキャビティ３３から離れる方向（図１の矢印Ａ２方向）に移動するように固定金型１２に取り付けられている。

可動金型２２には、図１に示すように、キャビティ３３を画成する可動ブロック２６が設けられている。また、図１に示すように、可動金型２２の固定側表面には、ランナー３１及びゲート３２の半部に対応する凹凸パターンが形成されている。そして、図１に示すように金型を閉じることにより、固定ブロック１６、スライドブロック１７及び可動ブロック２６によりキャビティ３３が画成される。また、この際、固定金型１２のランナー３１及びゲート３２の半部となる凹凸パターンの開口部と、可動金型２２のランナー３１及びゲート３２の半部となる凹凸パターンの開口部とが重ねあわされ、ランナー３１及びゲート３２が画成される。

［ブロックの構造］
本実施形態の金型では、金型を閉じた際にキャビティ３３を画成する固定ブロック１６、スライドブロック１７及び可動ブロック２６の構造は、図１に示すように、同じ構造とした。それゆえ、ここでは、可動ブロック２６について説明し、固定ブロック１６及びスライドブロック１７の説明は省略する。

可動ブロック２６は、図１に示すように、ブロック本体２６ａと、マイクロスタンパ２６ｃとからなり、マイクロスタンパ２６ｃは接着剤２６ｂを介してブロック本体２６ａのキャビティ３３側の表面に接着されている。本実施形態では、図１に示すように、ブロック本体２６ａのキャビティ３３側表面とマイクロスタンパ２６ｃの接着面とが同一形状且つ同一寸法になるように可動ブロック２６を形成した。

ブロック本体２６ａは、ステンレス系合金で形成した。なお、本発明はこれに限定されず、ブロック本体２６ａとして、高速度工具鋼、合金工具鋼等の材料を用いても良い。また、本実施形態では、接着剤２６ｂとして、熱硬化性の接着剤（具体的には、耐熱エポキシ接着剤）を用いた。

マイクロスタンパ２６ｃは、Ｎｉ製スタンパであり、従来、光ディスクの基板成形等に用いられるスタンパと同様の方法により作製した。具体的には、フォトリソグラフィ技術を用いて、成形品の表面に形成すべき凹凸パターンに対応した凹凸パターンを原盤上に形成し、そのパターン上に電鋳法によりＮｉ膜を形成してＮｉ製のマイクロスタンパ２６ｃを作製した。本実施形態では、厚さ３００μｍのマイクロスタンパ２６ｃの表面に、最小線幅が１０μｍ程度で、深さが１０μｍ以下の凹凸パターンを形成した。なお、本実施形態では、成形品の各面の凹凸パターンを形成するための各マイクロスタンパを一度に１枚のＮｉ膜で形成し、そのＮｉ膜から各面のマイクロスタンパを切り出して各ブロック本体に接着した。マイクロスタンパ２６ｃの形成材料としては、Ｎｉ以外に、Ｃｕ等を用いることができる。

［ブロックの製造方法及び成形品の製造方法］
次に、可動ブロック２６の製造方法を図２を用いて説明する。なお、図２（ａ）〜（ｃ）の各図面中の上部の図は上面図であり、下部の図は側面図である。まず、図２（ａ）に示すように、マイクロスタンパ２６ｃと、ブロック本体２６ａとを別個に用意した。なお、本実施形態では、後述するように、マイクロスタンパ２６ｃをブロック本体２６ａに接着した後、可動ブロック２６の全体形状を所望の形状になるように切削するので、図２（ａ）の時点では、その後処理を考慮して、予め、マイクロスタンパ２６ｃ及びブロック本体２６ａとも所望のサイズより大きめのサイズのもの用意した。マイクロスタンパ２６ａに関しては、図２に示すように、成形品の表面に形成すべき凹凸パターンの領域２６ｄの周囲に削りしろ領域２６ｅが形成されているマイクロスタンパ２６を用意した。

次いで、マイクロスタンパ２６ｃを接着剤２６ｂを介してブロック本体２６ａの表面に接着した（図２（ｂ）の状態）。次いで、可動ブロック２６の必要の無い余分な部分を切削し、可動ブロック２６を所望の形状となるように加工した。この際、マイクロスタンパ２６ｃの削りしろ領域２６ｅをブロック本体２６ａの側面と一緒に削り出した。また、この際、接着剤２６ｂの厚さの不均一により発生するマイクロスタンパ２６ｃの平行度のずれを補正するために、可動ブロック２６の側面だけでなく底面も削り出して、マイクロスタンパ２６ｃの平行度を調整した（図２（ｃ）の状態）。上記手順により本実施形態では可動ブロック２６を作製した。固定ブロック１６及びスライドブロック１７もまた同様の手順で作製した。

上述のように、本実施形態のブロックの製造方法では、マイクロスタンパをブロック本体に接着した後、ブロックの外形を切削して所定の形状に仕上げるので、マイクロスタンパとブロック本体とを接着した際の接着位置のずれや、接着剤の厚さの不均一によるマイクロスタンパの平行度のずれを接着後の後処理で補正することができ、ブロックを高精度に加工することができる。

次に、上記方法で作製された可動ブロック２６、固定ブロック１６及びスライドブロック１７を金型内に取り付けた。なお、可動ブロック２６、固定ブロック１６及びスライドブロック１７は、図１に示すように、金型１００を閉じた際に、可動ブロック２６及び固定ブロック１６のスライドブロック１７側の端部と、スライドブロック１７の可動ブロック２６側及び固定ブロック１６側の端部が接するような位置に取り付けた。

上記各ブロックが取り付けられた金型１００により、次のようにして、立方体状の成形品を作製した。まず、図１に示すように金型１００を閉じて、金型１００内部にスプルー１３と流通するランナー３１、ゲート３２及びキャビティ３３を画成した。次いで、スプルー１３からランナー３１及びゲート３２を介して溶融樹脂をキャビティ３３に射出した。次いで、キャビティ３３を加圧し、その後、冷却してキャビティ３３内の樹脂を固化させた。次いで、固定金型１２及び可動金型１３を互いに離れる方向（図１中の矢印Ａ１方向）に移動させて金型１００を開いた。この際、スライドブロック１７も同時にキャビティ３３と離れる方向（図１中の矢印Ａ２方向）に移動する。次いで、キャビティ３３、ゲート３２、ランナー３３等で固化した樹脂を突き出しロッド２７で突き出して、固化した樹脂を金型１００から取り出した。次いで、ゲート３２、ランナー３３等で固化した不要な樹脂を切断した。上記方法により、立方体状の成形品を作製した。

上述の方法で作製されたブロック（固定ブロック、可動ブロック及びスライドブロック）では、所定の凹凸パターンが表面に形成されたマイクロスタンパがブロック本体のキャビティ側の表面に接着剤により接着されているので、従来のようにスタンパにネジやツメの取り付けスペースを設ける必要が無くなる。それゆえ、立体状の成形品の少なくとも接続された２面に対しても、より簡単な構造の金型で微細で且つ複雑な凹凸パターンを形成することができる。

また、本実施形態の金型では、ブロックが高精度に加工されているので、成形品の各面に形成される凹凸パターンの位置関係を精度良く形成することができる。また、２面の凹凸パターンが接続部分を介して連続するような複雑な凹凸パターンでも容易に形成することができる。それゆえ、本実施形態の金型を用いた場合には、製品設計の自由度も広がる。

さらに、本実施形態の金型では、マイクロスタンパを熱硬化性の接着剤でブロック本体に接着しているので、従来、溶接でスタンパを取り付ける際に生じるような凹凸パターンの熱歪みも抑制することができる。

上記実施形態では、ブロック本体のマイクロスタンパが接着される表面が平面である例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ブロック本体のマイクロスタンパが接着される表面を立体パターン（凹凸パターン）で形成しても良い。その場合には、立体パターンを構成する表面のうち、微細な凹凸パターンを形成する必要のある表面毎にマイクロスタンパを接着することが好ましい。

本発明の金型を用いれば、立体状の成形品の表面に微細で複雑な凹凸パターンを高精度に且つ容易に形成することができる。それゆえ、本発明の金型は、小型高輝度リフレクター等の成形品を作製するための金型として好適である。

図１は、本発明の金型の概略構成を示した断面図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明のブロックの作製方法の手順を示した図である。

符号の説明

１１ 固定側モールドベース
１２ 固定金型
１３ スプルー
１６ 固定ブロック
１７ スライドブロック
２１ 可動側モールドベース
２２ 可動金型
２６ 可動ブロック
２６ａ ブロック本体
２６ｂ 接着剤
２６ｃ マイクロスタンパ
３１ ランナー
３２ ゲート
３３ キャビティ
１００ 金型

Claims (5)

1. 立体状の成形品を成形するための金型であって、
   モールドベースと、
   上記モールドベース上に保持されたブロックとを備え、
   上記ブロックが、ブロック本体と、所定の凹凸パターンが表面に形成されたマイクロスタンパとを有し、該マイクロスタンパが該ブロック本体の表面に接着されていることを特徴とする金型。
2. 上記マイクロスタンパが接着剤により上記ブロック本体に接着されていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
3. 上記接着剤が熱硬化性の接着剤であることを特徴とする請求項２に記載の金型。
4. 上記ブロック本体の上記表面とマイクロスタンパの接着面とが同一寸法で且つ同一形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金型。
5. ブロック本体と、マイクロスタンパとから構成され且つ金型に取り付けられるブロックを製造する方法であって、
   上記マイクロスタンパを形成することと、
   上記マイクロスタンパを上記ブロック本体に接着剤で接着することと、
   上記マイクロスタンパの側面と上記ブロック本体と一緒に切削することとを含むブロックの製造方法。

Images