JP2007283513A - 微細金型コア部材 - Google Patents

Abstract

【課題】サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する微細構造物を作製するための樹脂成形用金型入れ子部材を提供する。
【解決手段】連通する通気孔を有する相対密度が２０〜８０％であり、孔径が５〜１０００ｎｍである多孔質体と、該多孔質体表面に緻密材を有し、該緻密材に所望の形状が付与されており、且つ、該形状の表面の一部が該多孔質体を含むことを特徴とする、微細形状を有する成形品を作製するための樹脂成形用金型入れ子部材、成形品の成形方法及びその成形品。
【効果】従来技術の問題点である成形中のガス（残存空気等）の巻き込み、離型時の成形品の形状変化、剥離等を解消して、より短時間で正確に転写でき、離型が容易で成形品の形状が保持できる、微細構造物作製用金型入れ子部材を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂成形用金型入れ子部材に関するものであり、更に詳しくは、サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を高精度に作製することを可能とする樹脂成形用金型入れ子部材に関するものである。本発明は、微細形状を持たない通常の大型の成形品を対象とするものではなく、例えば、樹脂材料のインプリント成形、射出成形、トランスファ成形などに利用される樹脂成形用金型入れ子部材の技術分野において、サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を高精度に作製することを可能とする微細な形状を有する成形品を対象とする新しい樹脂成形用金型入れ子部材及び成形品の成形方法等を提供するものである。

近年、微細形状の製作技術は、例えば、マイクロマシン、通信、ＩＴ、バイオテクノロジー等の多くの技術分野への応用が期待されることから、非常に注目されており、微細加工技術の研究開発が活発である。微細加工技術の研究開発においては、特に、高さがより高い微細形状、もしくはより微細な形状を作製することに重点が置かれている。

例えば、ミクロンオーダーの溝を有する構造体は、化学分析チップとして、ミクロンオーダーのニードル形状を有する構造体は、経皮投薬デバイスとして、サブミクロンオーダーの周期的配列を有する構造体は、光学素子、ＤＮＡ分離分析チップ等として、各々の応用が期待されている（非特許文献１、２、３、４）。

樹脂製の微細形状を有する成形品の作製に関しては、例えば、インプリント成形、射出成形、トランスファ成形等による微細形状成形に関する技術開発が盛んである。しかしながら、より高い微細形状、もしくはより微細な形状を作製する場合には、通常の樹脂成形の場合と異なり、成形中のガス（空気等）のキャビティ内残存により転写不具合が生じるという問題点がある。

従来の通常の樹脂成形において、成形中のガス（空気等）のキャビティ内残存による転写不具合の問題点は、多孔質体をキャビティ表面に設置し、ガス抜きを行う方法が取られている（特許文献１、２、３）。しかしながら、これらは、成形対象物が大きいため、多孔質体の最小孔径が１０００ｎｍ以上となっており、その孔径は、サブミクロン及びミクロンオーダーの形状を作製する目的において、場合によっては、形状寸法よりも大きく、作製には適用することができない。

インプリント成形においては、キャビティの深淵部、即ち、微細パターンの先端部のガス（空気等）のキャビティ内残存が生じるが、射出成形に比べて成形時間が長いことから排出が比較的容易であり、射出成形よりも高い微細形状、もしくはより微細な形状を転写性よく作製することができる。しかしながら、ガス（残存空気等）の排出を待つ時間がかかるため、実用的には排出をより早く行う必要がある。

また、樹脂微細形状の作製における問題点として、剥離時に、金型部材に微細構造体材料の癒着等が生じ、離型時に、形状の変形、もしくは破損するという問題がある。これらを解決する方法としては、金型に、フッ素系化合物からなるコーティング剤をディップ、スピンコート等のウェットプロセスや、ＤＶＤ等のドライプロセスでコーティングする方法が取られているが、耐久性に乏しく、実用的に問題がある（非特許文献５）。

このように、従来、樹脂材料のインプリント成形、射出成形、トランスファ成形などにより微細形状を有する成形品を作製する場合に、ガス（空気等）のキャビティ内残存による転写不具合、離型時の形状の変形、もしくは破損、成形時間が長い等の問題があり、当技術分野では、それらの問題を解決することが可能な新しい樹脂成形用金型入れ子部材の開発が強く要請されていた。

特開２００２−１１３７５１号公報 特開平５−１８５４５３号公報 特開平４−３３９６２４号公報 Ｊ．Ｋｉｍ，Ｂ．Ｋｉｍ，Ｈ．Ｎａｍ，Ｄ．Ｐａｒｋ，Ｋ．Ｙｕｎ，Ｊ．Ｙｏｏｎ，Ｊ．Ｙｏｕ ａｎｄ Ｅ．Ｙｏｏｎ，Ｐｒｏｃ．ＭＥＭＳ’２００２，ｐｐ１３３−１３６（２００２） Ｃ．Ｙｏｓｈｉｍｕｒａ，Ｈ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｓ．Ｆｕｒｕｔａ，Ｈ．Ａｏｋｉ，ａｎｄ Ｓ．Ｓｕｇｉｙａｍａ，ＩＥＥＪ Ｔｒａｎｓ．ＳＭ，Ｖｏｌ．１２４， Ｎｏ．１０，ｐｐ．３８７−３９２（２００４） Ｙ．Ｋａｎａｍｏｒｉ，Ｈ．Ｋｉｋｕｔａ，ａｎｄ Ｋ．Ｈａｎｅ，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｐａｒｔ ２， ３９（７Ｂ），Ｌ７３５−Ｌ７３７（２０００） Ｍ．Ｂａｂａ，Ｔ．Ｓａｎｏ，Ｎ．Ｉｇｕｃｈｉ，Ｋ．Ｉｉｄａ，Ｔ．Ｓａｋａｍｏｔｏ ａｎｄ Ｈ．Ｋａｗａｕｒａ，Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｖｏｌ．２，ｐｐ７６３−７６５（２００２） Ｙ．Ｈｉｒａｉ，Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ，Ａ．Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｙ．Ｔａｎａｋａ，Ｍ．Ｅｎｄｏ，Ｓ．Ｉｒｉｅ，Ｈ．Ｎａｋａｇａｗａ ａｎｄ Ｍ．Ｓａｓａｇｏ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．３ ｐｐ４５７−４６２（２００１）

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上述の従来技術の問題点を確実に解決することが可能な樹脂材料のインプリント成形、射出成形、トランスファ成形などに利用される樹脂成形用金型入れ子部材を開発することを目標として鋭気研究を積み重ねた結果、より短時間で、正確に転写でき、離型が容易で、形状が保持できる新しい樹脂成形用金型入れ子部材を作製することに成功し、本発明を完成するに至った。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解決することでき、より短時間で、正確に転写でき、離型が容易で、形状が保持できる、インプリント成形、射出成形、トランスファ成形などに利用される樹脂成形用金型入れ子部材に関する技術を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決ための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を作製するための樹脂成形用金型入れ子部材であって、連通孔を有する多孔質体と、該多孔質体上面に緻密材を有し、所望のキャビティ形状が該緻密材と該多孔質体により構成されていることを特徴とする樹脂成形用金型入れ子部材。
（２）前記多孔質体が、相対密度が２０〜８０％であり、キャビティに面して配置されている多孔質体の孔径が、５〜１０００ｎｍである、前記（１）記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
（３）孔径が、多孔質体により形成されるキャビティ形状の最小寸法に対して、１／３以下である、前記（２）記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
（４）前記多孔質体が、多層であって、各層の孔径は、キャビティ面に近い層の孔径の２〜１０倍である、前記（２）記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
（５）多孔質体が、導電性の基板上、又は導電面が形成された基板から樹脂製多孔質体を介して、めっき法により形成されている、前記（１）記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
（６）緻密材が、多孔質体上部に形成され、更に、緻密材がキャビティ形状に加工され、且つ、多孔質体が、キャビティ形成面の一部を構成するように加工されている、前記（１）記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
（７）多孔質体が、導電性の緻密材、又は導電面が形成された緻密材から樹脂製多孔質体を介して、めっき法により形成されている、前記（１）記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
（８）前記樹脂製多孔質体の材質が、セルロース混合エステル、セルロースアセテート、ＰＴＦＥ、ポリエステル、又はＰＭＭＡである、前記（７）記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
（９）多孔質体が、多相合金から選択腐食法により形成されている、前記（１）記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
（１０）前記（１）から（９）のいずれかに記載の樹脂成形用金型入れ子部材を用いてサブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を成形する方法であって、成形品離型時に、多孔質体を介して成形品に向けて、大気開放、又は加圧することを特徴とする樹脂成形用金型入れ子部材を用いた成形品の成形方法。
（１１）前記（１０）記載の成形方法を用いて成形された成形品であって、成形される成形品のアスペクト比が、０．５〜５０であることを特徴とする成形品。
（１２）サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を作製するための樹脂成形用金型入れ子部材の製造方法であって、連通孔を有する多孔質体上に緻密材を形成し、更に、緻密材をキャビティ形状に加工し、多孔質体がキャビティ形成面の一部を構成するように加工することを特徴とする樹脂成形用金型入れ子部材の製造方法。

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を作製するための樹脂成形用金型入れ子部材であって、連通孔を有する多孔質体と、該多孔質体上面に緻密材を有し、所望のキャビティ形状が該緻密材と該多孔質体により構成されていることを特徴とするものである。本発明では、前記多孔質体が、相対密度が２０〜８０％であり、キャビティに面して配置されている多孔質体の孔径が、５〜１０００ｎｍであること、孔径が、多孔質体により形成されるキャビティ形状の最小寸法に対して、１／３以下であること、前記多孔質体が、多層である場合、各層の孔径は、キャビティ面に近い層の孔径の２〜１０倍であること、を好ましい実施の態様としている。

本発明において、前記多孔質体は、導電性の基板上、又は導電面が形成された基板からセルロース混合エステル、セルロースアセテート、ＰＴＦＥ、ポリエステル、又はＰＭＭＡ樹脂製多孔質体を介して、めっき法により形成され、また、多孔質体が、導電性の緻密材、又は導電面が形成された緻密材から樹脂製多孔質体を介して、めっき法により形成されていることが好適である。

また、前記多孔質体は、多相合金から選択腐食法により形成されていること、また、本発明において、前記緻密材は、多孔質体上部に形成され、更に、緻密材がキャビティ形状に加工され、且つ、多孔質体が、キャビティ形成面の一部を構成するように加工されていること、が好適である。

また、本発明は、前述の樹脂成形用金型入れ子部材を用いてサブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を成形する方法であって、成形品離型時に、多孔質体を介して成形品に向けて、大気開放、又は加圧することを特徴とするものである。また、本発明は、前記成形方法を用いて成形された成形品であって、成形される成形品のアスペクト比が、０．５〜５０であることを特徴とするものである。

更に、本発明は、サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を作製するための樹脂成形用金型入れ子部材の製造方法であって、連通孔を有する多孔質体上に緻密材を形成し、更に、緻密材をキャビティ形状に加工し、多孔質体がキャビティ形成面の一部を構成するように加工することを特徴とするものである。

本発明は、サブミクロン・ミクロンオーダーの形状を有する成形品を作製するための樹脂成形用金型入れ子部材であって、樹脂を成形するに際し、樹脂が最後に到達する箇所に多孔質体を設けることにより、残存するガスを排出する機能を付加することにより、所望の形状の成形品を短時間で得ることを可能とする樹脂成形用金型入れ子部材、である。ここで、微細形状とは、形状を構成する最小寸法が数百μｍ以下のサブミクロン・ミクロンオーダーのものを意味する。

次に、図１に示した、本発明の樹脂成形用金型入れ子部材の概略図を参照して、本発明を具体的に説明する。本発明の樹脂成形用金型入れ子部材は、多孔質体（１１）と緻密材（１２）から構成され、上部は樹脂が充填されるキャビティ（１３）である。該キャビティ内に樹脂が充填され、成形されるが、キャビティ（１３）内に充填された樹脂が最後に到達する最終充填部に、多孔質体（１１）が配設されている。

前記多孔質体（１１）は、相対密度が２０〜８０％であり、孔径が５〜１０００ｎｍであり、ガスは通過するが、樹脂は通過できない通気性を有する多孔質体である。該多孔体は、これ以上相対密度が小さいと、作製が困難であり、一方、これ以上相対密度が大きいと、孔の連通が不十分である恐れがある。

成形する樹脂の粘性、温度、圧力等により違いは生じるが、孔径は、多孔質体により形成されるキャビティ形状の最小寸法に対して、１／３以下、望ましくは１／５以下であることが望ましい。その理由は、それ以上になると、多孔質体が形成しているキャビティ面に対応する成形品の面の平滑性が劣ってくるためである。

図１には示していないが、該多孔質体（１１）は、一部がキャビティ内部と型外とを連通させるように設けられていることが望ましい。更に、型外から該多孔質体（１１）に対して、排気装置等により強制的に吸気することで、残存するガスをより効率的に排出することが可能となる。更に、排気を容易にするために、該多孔質体（１１）は、多層とし、キャビティ面から遠ざかるにつれて、孔径を大きくすることが望ましい。キャビティ面に近い層に対して、２〜１０倍の孔径であることが望ましい。それ以上孔径差が大きいと、層間の剥離等の不具合が生じる。

しかしながら、本発明では、前記構造を必ずしもとる必要はない。本発明では、形状が微細であるために、残存ガス量も小さいため、多孔質体の空孔による体積の増加により、成形時の加圧により、残存ガスが多孔質内部に圧縮（排出）可能な程のガスの軽度な圧縮率となるため、転写率が上昇する効果が期待できる。

また、成形後の離型時において、該多孔質体（１１）を介して、大気開放、もしくは加圧することを可能とする機構が設けられていることが望ましい。これらの機構を設けることにより、離型時の形状の変形、もしくは破損を確実に防止することが可能となる。

本発明において、該多孔質体（１１）の材質としては、成形時の圧力、温度に耐え得るものであれば何でもよく、例えば、選択腐食により作製されるＡｕ多孔質体、ガラス多孔質体、及び多孔質ガラスから、樹脂によりネガ型を作製、もしくは多孔質樹脂を用意し、その後、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等、及びそれら合金等を樹脂にめっきし、樹脂を除去することにより得られる、金属系多孔質体が好適なものとして例示される。

前記緻密材（１２）は、成形時の形状変化の防止という観点から、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）等、高弾性を有する材料が望ましい。しかし、成形時の圧力、温度に耐え得るものであれば何でもよく、成形に不具合を生じることがなければ、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、及びそれらを基とする合金が好適に使用される。

また、該緻密材（１２）は、単層である必要はなく、多層であっても何ら問題はない。例えば、高弾性率の該緻密材（１２）の必要な厚さを得るために、薄い緻密材を形成後、形成速度の速い電気めっき法等により、多層にすることが可能である。

更に、該緻密材（１２）を多層とする場合、例えば、薄い緻密材を形成後、リソグラフィー法により、形状を付与しつつ、薄い緻密材上に次の緻密材を形成し、その後、イオンビーム、イオンシャワー等により、薄い緻密材を除去することにより、該緻密材と該多孔質体により構成されている所望の形状を得ることが可能である。

従来、一般的な樹脂成形において、成形中のガス（空気等）のキャビティ内残存による転写不具合の問題点を解釈するために、多孔質体をキャビティ表面に配設し、ガス抜きを行う方法が試みられていたが、それらは、いずれも、微細形状を持たない大型の成形品を対象とするものであり、実際に、多孔質体の最小孔径は１０００ｎｍ以上となっており、従来の技術は、サブミクロン・ミクロンオーダーの形状を有する成形品を高精度に成形する手法としては適用することは不可能であった。

また、実際に、サブミクロン・ミクロンオーダーの形状を有する成形品を作製する場合、ガス（空気等）のキャビティ内残存による転写不具合、離型時の形状の変形、もしくは破損、成形時間が長い等の問題点があり、そのような微細形状を有する成形品を高い効率で、高い精度で、高い均一性を以て作製することは技術的に困難とされていた。これに対し、本発明は、相対密度が２０〜８０％で、孔径が５〜１０００ｎｍの多孔質体の上面に緻密体を配設した金型入れ子部材を使用することで、意外にも、上述のような問題点を解決し得ること、それにより、サブミクロン・ミクロンオーダーの形状を有し、アスペクト比０．５〜５０を有する成形品を高精度に、高い均一性を以て作製できること、等の新規知見が得られたことで、完成されたものである。

本発明の金型入れ子部材により、以下のような効果が奏される。
（１）サブミクロン・ミクロンオーダーの形状を有する成形品を高精度に作製することが可能な樹脂成形用金型入れ子部材を提供できる。
（２）この金型入れ子部材を利用することにより、より正確に転写できる、前記効果がより短時間で実現できる、離型時の成形品の形状の保持、破損の防止が実現できる、等の利点が得られる。
（３）微細形状を有する成形品を作製するための新しい樹脂成形用金型入れ子部材を構築し、提供することができる。
（４）より短時間で、より正確な成形品を得ることができることから、より低コストで高付加価値を有する製品を提供することが可能である。

次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

本実施例では、多孔質体は、ニッケル基板上に、孔径約１００ｎｍの多孔質樹脂を設置し、無電解ニッケルめっきを、表１の条件で施し、その後、アルゴン雰囲気下で、温度５００℃、時間５時間の熱処理を行い、その後、洗浄することにより、樹脂を除去することで得た。図２に、得られた多孔質体の走査型電子顕微鏡写真を示す。梁の幅は約１００ｎｍ、平均孔径は約３００ｎｍである。

前記によって得られた多孔質体上に、スパッタリング法により、膜厚５００ｎｍのダイヤモンドライクカーボンを成膜し、成膜した面にスパッタリング、蒸着等の工法で、導電膜Ｎｉを１００ｎｍ形成した。その後、高アスペクト比構造体形成用のフォトレジスト ＳＵ−８ ２０２５（化薬マイクロケム（株））を、前記導電膜上にスピンコーター２０００ｒｐｍで塗布し、膜厚３０μｍのレジスト層を形成した。

それを、９５℃で５分ベークし、直径３μｍの円、円の中心点間距離６μｍで４×４個、計１６個の円の部分に光が透過するフォトマスクを介して、レジストに紫外線ｉ線（３６５ｎｍ）を２５０ｍＪ／ｃｍ^２照射し、９５℃で４分ベークし、ＳＵ−８ Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ（化薬マイクロケム（株））に、４〜５分浸して現像し、イソプロピルアルコールでリンスした。以上の工法で、直径３μｍ、円柱状凸部を円柱の中心点間距離６μｍで４×４の計１６本をレジストで形成した。円柱の高さは、レジストの膜厚の３０μｍである。

次に、前記の多孔質体部分が露出している部分は、メッキ液に触れないように、市販のＳｉポッティング剤で表面を覆い、電解ニッケルめっき浴に浸け、電鋳工程にて、レジストの円柱部の上端面が隠れるまで電鋳した。次に、電鋳部分の厚みが３０μｍになるように、上面の電鋳部分を研磨した。そうすると、レジストの円柱部分の上面が表面に表れ、レジストをＲｅｍｏｖｅｒ ＰＧ（化薬マイクロケム（株））中に浸漬することにより、レジストを除去した。

その後、円柱部底面のＮｉを塩化第ＩＩ鉄にてウェットエッチングし、そして、円柱部底面に表れたダイヤモンドライクカーボンを、集束イオンビーム装置（ＳＭＩ２０５０：セイコーインスツルメンツ製）を用いて除去した。最後に、前記ポッティング剤を剥がして、樹脂成形用金型入れ子部材を完成させた。ここで、集束イオンビームによる加工条件は、加速電圧３０ｋｅＶ、ビーム径３５ｎｍ（電流１８７ｐＡ）、オーバーラップ率は５０％、デュエルタイム１００μｓである。

前記によって得られた金型入れ子部材を組み込んだ金型を用いて、射出成形を行った。射出成形機は、通常よりも高速の射出速度４００ｍｍ／ｓにおいて、射出成形で使用されているものを使用し、成形する樹脂の溶融温度、金型温度は、樹脂メーカ推奨温度の範囲内で使用した。成形した形状は、直径３μｍ、深さ３０μｍの深い円柱孔形状で、通常であれば、孔内の空気がスムーズに排出し難い構造になっていた。

以上のように設定した条件で、次のように成形を行った。例えば、樹脂としてＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂を用いた場合、樹脂温度は２００℃、金型及び、金型入れ子部材の温度は８０℃に設定した。そして、高速成形機の射出速度範囲である４００ｍｍ／ｓ程度で樹脂を金型キャビティ内に充填した。成形は、キャビティ内に存在する空気や溶融樹脂から発生するガスが、金型入れ子部材を構成するダイヤモンドライクカーボンの孔、及び、多孔質体の孔から、キャビティの外にスムーズに排出される様に、真空ポンプを用いて金型キャビティ内を減圧して行った。

キャビティ内に充填された樹脂が、金型温度によって冷却固化された後、金型が開く直前１．５ｓｅｃから、金型入れ子部材を構成する多孔質体の孔、及びダイヤモンドライクカーボンの孔から、成形品の表面に空気を噴出させて、金型から成形品が離型しやすくし、金型入れ子部材から、通常成形の場合と同様の操作で、成形品が破損することなく取り出された。

比較として、底部表面が緻密体で構成されている金型入れ子部材においても、同条件にて射出成形を行った。図３に本発明金型入れ子部材により成形された成形品の走査型電子顕微鏡写真を、図４に、底部表面が緻密体で構成されている金型入れ子部材により成形された成形品の走査型電子顕微鏡写真を示す。底部表面が多孔質体で構成されている金型入れ子部材により、成形された成形品の凸部の上面はほぼ平らに形成されていることから、金型の最深部の端の方まで樹脂が充填されて、形状の転写が良好であることがわかる。円柱の高さは３０μｍであった。

他方、底部表面が緻密体で構成されている金型入れ子部材により成形された成形品の凸部の上面は丸みを帯びていることから、金型の最深部の端まで樹脂が充填されず、金型の形状の転写が完全でないことがわかる。高さは２９μｍ程度であった。即ち、底部表面が緻密体で構成されている従来の金型入れ子部材では、円柱状凹部内に残存する空気が溶融樹脂に覆われて排出できずに、成形品の柱状上面部が完全に転写できない不良が発生した。

特に、成形品における金型形状の転写性を上げるために、通常よりも高い射出速度で樹脂を充填する場合は、金型入れ子部材の内部の空気の断熱圧縮によって、成形品表面の焼けが発生し易いが、本発明の金型入れ子部材を用いれば、それを防止することができる。尚、上述の場合は、成形樹脂としてＰＯＭの場合について説明したが、その他、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（アクリル樹脂）、ＡＢＳ樹脂等を適宜用いることができる。

更に、従来の成形方法では、樹脂の流動性を向上させるために、樹脂温度を樹脂メーカの推奨温度の上限を超えて設定する場合が多く、樹脂物性の低下をきたしていた。それに対して、本実施例では、樹脂温度は、樹脂メーカの推奨温度の範囲内で成形可能であり、樹脂の分解による物性の低下も発生しなくなる。加えて、成形品の金型入れ子部材からの離型時に、多孔体の孔を介して空気を噴出して減圧状態を解除することで、従来の成形方法よりも、成形品の離型時にかかる残留応力や、変形を最小限に抑えることができ、それらによって、成形品の品質向上と、金型入れ子部材の寿命の向上に寄与することができる。

もう一つの事例として、高さが１μｍ以下の微少な場合についても、ＰＭＭＡ（アクリル）樹脂を用いて、前述の工法で作製された金型入れ子部材を組み込んだ金型を用いて、射出成形を行った。成形品の形状は、ピッチ１８μｍ、幅６μｍ、高さ６００ｎｍのラインアンドスペースとなった。実施例１の場合と同様に、比較として、底部表面が緻密体で構成されている金型入れ子部材において、同条件にて射出成形を行った。樹脂温度は２４０℃、金型及び、金型入れ子部材１の温度は６０℃に設定した。そして、射出速度は４０ｍｍ／ｓで樹脂を金型キャビティ内に充填した。底部表面が緻密体で構成されている金型入れ子部材において、同条件にて射出成形を行った。

図５に、本発明の金型入れ子部材により成形された成形品の走査型白色干渉計での測定データを、図６に、底部表面が緻密体で構成されている金型入れ子部材により成形された成形品の走査型白色干渉計での測定データを示す。図５及び、図６のグラフは、パターン断面の外形を示したものである。図５のグラフによると、突起の上部端面は角ばった形状を示しており、図６のグラフでは、突起の上部端面は丸まっていることがわかる。

金型入れ子部材の底部表面が多孔質体の場合、樹脂には、底部の端面の形状が転写されているのに対し、金型入れ子部材の底部表面が緻密体の場合、突起の上部端面は丸まっていて、高さが１μｍ以下の微少な形状においても、樹脂の充填、転写が完全でないことがわかる。

以上詳述したように、本発明は、樹脂成形用金型入れ子部材に係るものであり、本発明により、従来技術の問題点を解決することができ、より短時間で、正確に転写でき、離型が容易で、形状が保持され、破損の防止が可能となる、インプリント成形、射出成形、トランスファ成形などに好適に利用される新しい樹脂成形用金型入れ子部材を提供することが可能となる。本発明の上記樹脂成形用金型入れ子部材を利用することにより、従来法では作製することが困難であるとされていた、サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を作製し、提供することが可能となり、本発明は、サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状の作製を実現可能にするものとして高い技術的意義を有するものである。

本発明に係る金型入れ子部材の概略図である。 本発明の実施例１における多孔質体の走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の金型入れ子部材により成形された成形品の走査型電子顕微鏡写真である。 底部表面が緻密体で構成されている金型入れ子部材により成形された成形品の走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の金型入れ子部材により成形された成形品の走査型白色干渉計での測定データである。 底部表面が緻密体で構成されている金型入れ子部材により成形された走査型白色干渉計での測定データである。

符号の説明

１１ 多孔質体
１２ 緻密体
１３ キャビティ

Claims (12)

1. サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を作製するための樹脂成形用金型入れ子部材であって、連通孔を有する多孔質体と、該多孔質体上面に緻密材を有し、所望のキャビティ形状が該緻密材と該多孔質体により構成されていることを特徴とする樹脂成形用金型入れ子部材。
2. 前記多孔質体が、相対密度が２０〜８０％であり、キャビティに面して配置されている多孔質体の孔径が、５〜１０００ｎｍである、請求項１記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
3. 孔径が、多孔質体により形成されるキャビティ形状の最小寸法に対して、１／３以下である、請求項２記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
4. 前記多孔質体が、多層であって、各層の孔径は、キャビティ面に近い層の孔径の２〜１０倍である、請求項２記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
5. 多孔質体が、導電性の基板上、又は導電面が形成された基板から樹脂製多孔質体を介して、めっき法により形成されている、請求項１記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
6. 緻密材が、多孔質体上部に形成され、更に、緻密材がキャビティ形状に加工され、且つ、多孔質体が、キャビティ形成面の一部を構成するように加工されている、請求項１記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
7. 多孔質体が、導電性の緻密材、又は導電面が形成された緻密材から樹脂製多孔質体を介して、めっき法により形成されている、請求項１記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
8. 前記樹脂製多孔質体の材質が、セルロース混合エステル、セルロースアセテート、ＰＴＦＥ、ポリエステル、又はＰＭＭＡである、請求項７記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
9. 多孔質体が、多相合金から選択腐食法により形成されている、請求項１記載の樹脂成形用金型入れ子部材。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の樹脂成形用金型入れ子部材を用いてサブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を成形する方法であって、成形品離型時に、多孔質体を介して成形品に向けて、大気開放、又は加圧することを特徴とする樹脂成形用金型入れ子部材を用いた成形品の成形方法。
11. 請求項１０記載の成形方法を用いて成形された成形品であって、成形される成形品のアスペクト比が、０．５〜５０であることを特徴とする成形品。
12. サブミクロン・ミクロンオーダーの微細形状を有する成形品を作製するための樹脂成形用金型入れ子部材の製造方法であって、連通孔を有する多孔質体上に緻密材を形成し、更に、緻密材をキャビティ形状に加工し、多孔質体がキャビティ形成面の一部を構成するように加工することを特徴とする樹脂成形用金型入れ子部材の製造方法。