JP2008254230A - Molding die and method for producing molding using this die - Google Patents

Molding die and method for producing molding using this die Download PDF

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JP2008254230A JP2007096188A JP2007096188A JP2008254230A JP 2008254230 A JP2008254230 A JP 2008254230A JP 2007096188 A JP2007096188 A JP 2007096188A JP 2007096188 A JP2007096188 A JP 2007096188A JP 2008254230 A JP2008254230 A JP 2008254230A
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数利 焼本
Tsukasa Shiroganeya
司 白銀屋
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章弘 内藤
Takashi Ochiiwa
崇 落岩
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株式会社日本製鋼所
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molding die which makes it possible to heat/cool the molding surface of the die contacted with a resin efficiently and quickly and does not adversely affect the transfer of a fine uneven configuration even when a thin-walled molding having the fine uneven configuration in its surface is produced, and to provide a method for producing the molding using the die. <P>SOLUTION: The molten or softened resin, after being packed in the mold, is pressurized by a press to obtain the molding. The molding die has moldings 111 and 112 and thin dies 112 and 122. The die main bodies support the thin dies. The thin dies have heating means 113 and 123 and molding surfaces shaping the molten or softened resin. The molding die constitutes a die 1 for molding the molding having insulating layers 114 and 124 made of an insulating material among the moldings and the thin dies. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、成形体の成形用金型およびこれを用いる成形体の製造方法に関するものである。本発明の成形用金型および製造方法は、プレス成形法、ナノインプリント成形法、ホットエンボス成形法等、樹脂を加圧附形して最終製品を得る成形法に有用である。   The present invention relates to a molding die for a molded body and a method for producing a molded body using the same. The molding die and the production method of the present invention are useful for molding methods for obtaining a final product by press molding a resin, such as a press molding method, a nanoimprint molding method, a hot emboss molding method, and the like.
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。   At present, a molded product having a sub-μm ultra-fine irregular shape on the surface and a three-dimensional, thin, and large-area shape is used for optical components for electronic displays such as microlens arrays and multimode optical waveguides. Such optical information communication parts are required.
特許文献1(特許第3857703号公報)には、表面に微細な凹凸部を有する成形型上に、溶融した熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、塗布した熱可塑性樹脂を金型によりプレスし、成形体の形状を整えるプレス工程と、塗布した熱可塑性樹脂を冷却し固化させる固化工程とを少なくとも有する成形体の製造方法が開示されている。この技術では、熱可塑性樹脂の塗布の際、該樹脂を吐出する吐出口の先端部と成形型との距離によって最終製品の厚さが規制されるようにし、プレス工程で微細な凹凸部を樹脂に転写している。これにより、超微細加工、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可能となるため、当業界では極めて有用である。   Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3857703) discloses a coating process in which a molten thermoplastic resin is applied onto a mold having fine irregularities on the surface, and the applied thermoplastic resin is pressed by a mold. There is disclosed a method for producing a molded body having at least a pressing step for adjusting the shape of the molded body and a solidifying step for cooling and solidifying the applied thermoplastic resin. In this technology, when applying a thermoplastic resin, the thickness of the final product is regulated by the distance between the tip of the discharge port that discharges the resin and the mold, and fine irregularities are formed in the resin during the pressing process. Transcript to. As a result, a molded body having ultra-fine processing, high dimensional accuracy, low residual stress, low birefringence, high light transmittance, and excellent mechanical strength can be obtained in a three-dimensional, thin, Since it can be provided in the form of an area, it is extremely useful in the industry.
また特許文献1に開示された技術では、具体例として、プレス工程において金型を熱可塑性樹脂のガラス転移温度近傍またはそれ以上まで加熱し、その後、金型を冷却して熱可塑性樹脂を冷却・固化させ、製品を取り出している。すなわち、この具体例では1成形サイクル中に金型を加熱・冷却する工程が必要となる。したがってこの加熱・冷却を迅速に行わなければ生産性の向上が望めないことになる。一般的に、熱容量(密度×比熱×体積)の大きい金型全体を急速に加熱冷却するのは困難であることから、理想的には樹脂に接する金型の成形面の表面のみを加熱冷却することが望まれる。しかしながら一般に金型は鋼、ステンレス、銅合金など、比較的熱が伝わり易い材質で製作されるため、局所的に樹脂が接する部位のみを加熱・冷却しようとしても伝熱によって熱が拡散してしまう。したがって、金型の成形面を、効率的かつ迅速に加熱・冷却する技術が求められている。   In the technique disclosed in Patent Document 1, as a specific example, in the pressing step, the mold is heated to near or above the glass transition temperature of the thermoplastic resin, and then the mold is cooled to cool the thermoplastic resin. The product is solidified and taken out. That is, in this specific example, a step of heating and cooling the mold during one molding cycle is required. Therefore, improvement in productivity cannot be expected unless this heating / cooling is performed quickly. In general, it is difficult to rapidly heat and cool the entire mold with a large heat capacity (density x specific heat x volume), so ideally only the mold surface of the mold in contact with the resin is heated and cooled. It is hoped that. However, in general, the mold is made of a material that is relatively easy to transmit heat, such as steel, stainless steel, and copper alloy. Therefore, heat is diffused by heat transfer even if only the part in contact with the resin is heated or cooled locally. . Therefore, there is a demand for a technique for heating and cooling the molding surface of the mold efficiently and quickly.
なお、成形用金型に断熱材を使用する技術は、幾つか知られている。例えば図6に示すように、上金型61および下金型62を備え、上金型61がプレススライド(可動盤)63と連結し、下金型62がボルスター(固定盤)64に固定され、上金型61および下金型62からプレススライド63およびボルスター64への伝熱を抑制し、各盤および盤に取り付けられた付帯機器(ロードセルなどの電子機器やボールネジや油圧シリンダなどの駆動機器等)の温度上昇を抑制するために、上金型61とプレススライド63との間、および、下金型62とボルスター64との間に断熱材65,66を設置することは公知である。しかし、上金型61とプレススライド63との間、および、下金型62とボルスター64との間を断熱しても、金型内での熱の拡散を抑制することはできず、加熱・冷却サイクルの短縮には、殆ど効果がない。   Several techniques for using a heat insulating material in a molding die are known. For example, as shown in FIG. 6, an upper die 61 and a lower die 62 are provided, the upper die 61 is connected to a press slide (movable platen) 63, and the lower die 62 is fixed to a bolster (fixed platen) 64. The heat transfer from the upper mold 61 and the lower mold 62 to the press slide 63 and the bolster 64 is suppressed, and each panel and its attached devices (electronic devices such as load cells and driving devices such as ball screws and hydraulic cylinders) It is known to install heat insulating materials 65 and 66 between the upper mold 61 and the press slide 63 and between the lower mold 62 and the bolster 64 in order to suppress the temperature rise of the above. However, even if heat insulation between the upper mold 61 and the press slide 63 and between the lower mold 62 and the bolster 64 cannot be performed, heat diffusion in the mold cannot be suppressed. There is almost no effect in shortening the cooling cycle.
また特許文献2(特開平8−276433号公報)には、溶融状態の熱可塑性樹脂を成形面に押圧して密着させて固化させるための成形面を備えた型体を、金型本体によって支持して成り、所定の加熱手段、冷却手段、嵌合部材を設け、さらに型体の被支持部と前記金型本体の支持部との間に断熱支持部材を設けた成形用金型が開示されている。しかし特許文献2の一形態では、型体の撓みを抑制するため、その裏側を複数本の棒状の補強リブで補強しており、この補強リブの存在により断熱効果が低減する。また、サブμmの超微細な凹凸形状を表面に有する薄肉の成形体を製造する場合、型体の撓みを最小限に抑制する必要があるが、補強リブで局所的に補強した場合、補強された部位の近傍のたわみは抑えられるが、リブ間の補強された部位から遠い場所(たとえばリブとリブとの間)では型体のたわみが発生し、微細な凹凸形状の転写に重大な悪影響を及ぼす。また製品の厚みのバラツキも生じる。   Further, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-276433), a mold body having a molding surface for pressing a molten thermoplastic resin against the molding surface to be brought into close contact and solidifying is supported by a mold body. A molding die is disclosed in which predetermined heating means, cooling means, and a fitting member are provided, and a heat insulating support member is provided between the supported portion of the mold body and the support portion of the mold body. ing. However, in one form of patent document 2, in order to suppress the bending of a type | mold body, the back side is reinforced with the several rod-shaped reinforcement rib, and the heat insulation effect reduces by presence of this reinforcement rib. In addition, when manufacturing thin-walled molded products having sub-micron ultra-fine irregularities on the surface, it is necessary to minimize the bending of the mold, but when locally reinforced with reinforcing ribs, it is reinforced. Deflection in the vicinity of the ridged part can be suppressed, but at a place far from the reinforced part between the ribs (e.g. between the ribs), the mold will bend, and this will have a serious adverse effect on the transfer of fine irregularities. Effect. In addition, the thickness of the product varies.
さらに特許文献3(特開2006−116759号公報)には、複数個のゲートを有し、光学材料の面に対応するキャビティの少なくとも一つの面に微細パターンを有するスタンパーと、該スタンパーの裏側に、厚さが0.01〜1mmであり、熱伝導率が5W/(m・K)以下であり、引張り弾性率が2GPa以上である断熱層を設けてなる光学材料射出成形用金型が開示されている。しかし、スタンパーの裏側に断熱材を設けると、サブμmの超微細な凹凸形状を表面に有する薄肉の成形体を製造する場合、成形時の圧力によって断熱材が変形し、微細な凹凸形状の転写に重大な悪影響を及ぼす。また製品の厚みのバラツキも生じる。さらに、スタンパーの裏面に断熱材を設けた場合、スタンパー自体の加熱・冷却を断熱材越しに行う必要が生じるため、迅速なスタンパーの加熱・冷却が困難となる。   Further, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-116759) discloses a stamper having a plurality of gates and having a fine pattern on at least one surface of a cavity corresponding to the surface of the optical material, and on the back side of the stamper. Disclosed is an optical material injection molding die provided with a heat insulating layer having a thickness of 0.01 to 1 mm, a thermal conductivity of 5 W / (m · K) or less, and a tensile elastic modulus of 2 GPa or more. Has been. However, when a heat insulating material is provided on the back side of the stamper, when manufacturing a thin molded body having an ultra-fine uneven shape of sub-μm on the surface, the heat insulating material is deformed by the pressure during molding, and the transfer of the fine uneven shape is performed. Has a serious adverse effect. In addition, the thickness of the product varies. Further, when a heat insulating material is provided on the back surface of the stamper, it is necessary to heat and cool the stamper itself through the heat insulating material, and thus it becomes difficult to quickly heat and cool the stamper.
一方、微細な凹凸形状を表面に有する薄肉の成形体を製造する場合、金型の平行度(金型のプレス方向に直交する方向の上金型および下金型の平行の度合い)が最終製品の形状に大きな影響を及ぼすことを、本発明者らは見出した。平行度が多少なりとも狂っている場合、溶融樹脂および微細な凹凸形状間に均一な圧力がかからず、これにより転写不良が発生する。   On the other hand, when manufacturing a thin molded body having fine irregularities on the surface, the parallelism of the mold (the degree of parallelism between the upper mold and the lower mold in the direction perpendicular to the pressing direction of the mold) is the final product. The present inventors have found that this greatly affects the shape of the film. If the degree of parallelism is somewhat out of order, a uniform pressure is not applied between the molten resin and the fine concavo-convex shape, thereby causing a transfer defect.
したがって本発明の目的は、樹脂が接する金型の成形面を、効率的かつ迅速に加熱・冷却可能とするとともに、微細な凹凸形状を表面に有する薄肉の成形体を製造する場合であっても、該微細な凹凸形状の転写に悪影響を及ぼすことのない、成形体の成形用金型およびこれを用いる成形体の製造方法を提供することである。
また本発明の別の目的は、金型の平行度に多少の狂いが生じていたとしても、成形プロセス中でこれを修正することのできる成形体の成形用金型およびこれを用いる成形体の製造方法を提供することである。
Therefore, even if the object of the present invention is to manufacture a thin molded body having a fine uneven shape on the surface, while allowing the molding surface of the mold contacting the resin to be heated and cooled efficiently and quickly. An object of the present invention is to provide a mold for molding a molded body and a method for producing a molded body using the same without adversely affecting the transfer of the fine uneven shape.
Another object of the present invention is to provide a mold for molding a molded body that can be corrected in the molding process even if there is some deviation in the parallelism of the mold, and a molded body using the same. It is to provide a manufacturing method.
請求項1に記載の発明は、溶融または軟化した樹脂を一対の金型内に装填した後、プレスによって加圧して成形体を得る成形用金型において、
前記成形用金型は、金型本体と、薄型とを備え、
前記金型本体は、前記薄型を支持し、
前記薄型は、加熱手段を有するとともに前記溶融または軟化した樹脂を附形する成形面を有し、かつ
前記成形用金型は、前記金型本体と薄型との間に断熱材からなる断熱層を有することを特徴とする成形体の成形用金型である。
請求項2に記載の発明は、前記断熱層は、第一断熱部材からなる第一断熱層Aと、前記第一断熱部材よりも縦弾性率の低い第二断熱部材からなる第二断熱層Bとから構成されてなることを特徴とする請求項1に記載の成形用金型である。
請求項3に記載の発明は、前記断熱層は、前記薄型の裏面全域に接触するように配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の成形用金型である。
請求項4に記載の発明は、前記第二断熱層Bは、複数の薄い第二断熱部材を積層し、これにより前記複数の薄い第二断熱部材間に熱抵抗が生じるようにして形成されてい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用金型である。
請求項5に記載の発明は、前記成形用金型は、上金型および下金型を有し、前記上金型および下金型のいずれか一方が、成形面として微細な凹凸部を有する薄型と前記薄型を支持する金型本体とを備え、他方が微細な凹凸部を有さない薄型と前記薄型を支持する金型本体とを備え、前記微細な凹凸部を有する薄型を備えた金型が、前記第一断熱層Aのみからなる断熱層を有し、前記微細な凹凸部を有さない薄型を備えた金型が、前記第一断熱層Aと第二断熱層Bとを有することを特徴とする請求項2に記載の成形用金型である。
請求項6に記載の発明は、前記第一断熱層Aは、熱伝導率が16W/(m・K)以下、縦弾性係数が1GPa以上、かつ厚みが1mm以上であり、前記第二断熱層Bは、熱伝導率が1W/(m・K)以下、縦弾性係数が0.001GPa以上、かつ厚みが40μm以上であることを特徴とする請求項2に記載の成形用金型である。
請求項7に記載の発明は、前記微細な凹凸部が、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形状であることを特徴とする請求項5に記載の成形用金型である。
請求項8に記載の発明は、得られる成形体の厚さが50μm〜5mmの範囲であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の成形用金型である。
請求項9に記載の発明は、前記薄型が、さらに冷却手段を備えてなることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の成形用金型である。
請求項10に記載の発明は、請求項1〜9のいずれかに記載の成形用金型を用い、溶融した樹脂を、成形面を有する薄型上に塗布する塗布工程を少なくとも有することを特徴とする成形体の製造方法である。
請求項11に記載の発明は、前記塗布工程が、吐出口を備えた塗布装置に熱可塑性樹脂を供給し、前記吐出口の先端部と前記薄型との距離によって最終製品の厚さが規制されるように、前記塗布装置を移動させながら、かつ前記加熱手段によって前記薄型を所望の温度に維持した状態で、最終製品にほぼ近い形状および厚さに、前記成形面を有する薄型上に前記熱可塑性樹脂を吐出する工程であることを特徴とする請求項10に記載の成形体の製造方法である。
The invention according to claim 1 is a molding die for obtaining a molded body by loading a melted or softened resin into a pair of dies and then pressing with a press.
The molding die includes a mold body and a thin shape,
The mold body supports the thin shape,
The thin has a heating surface and a molding surface for shaping the molten or softened resin, and the molding die has a heat insulating layer made of a heat insulating material between the mold body and the thin. A molding die for molding a molded article characterized by comprising:
The invention according to claim 2 is characterized in that the heat insulating layer includes a first heat insulating layer A made of a first heat insulating member and a second heat insulating layer B made of a second heat insulating member having a lower longitudinal elastic modulus than the first heat insulating member. The molding die according to claim 1, comprising:
The invention according to claim 3 is the molding die according to claim 1 or 2, wherein the heat insulating layer is disposed so as to be in contact with the entire area of the thin back surface.
According to a fourth aspect of the present invention, the second heat insulation layer B is formed by laminating a plurality of thin second heat insulation members so that a thermal resistance is generated between the plurality of thin second heat insulation members. It is a shaping | molding metal mold | die in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
According to a fifth aspect of the present invention, the molding die includes an upper die and a lower die, and one of the upper die and the lower die has a fine uneven portion as a molding surface. A mold having a thin shape and a mold body supporting the thin shape, the other having a thin shape having no fine uneven portion and a mold body supporting the thin shape, and having a thin shape having the fine uneven portion. The mold has a heat insulating layer composed only of the first heat insulating layer A, and the mold having a thin shape without the fine uneven portion has the first heat insulating layer A and the second heat insulating layer B. The molding die according to claim 2, wherein
In the invention according to claim 6, the first heat insulation layer A has a thermal conductivity of 16 W / (m · K) or less, a longitudinal elastic modulus of 1 GPa or more, and a thickness of 1 mm or more. The molding die according to claim 2, wherein B has a thermal conductivity of 1 W / (m · K) or less, a longitudinal elastic modulus of 0.001 GPa or more, and a thickness of 40 µm or more.
The invention according to claim 7 is characterized in that the fine uneven portion has a width or diameter of 10 nm to 1 mm and a shape having a depth or height of 10 nm to 1 mm. It is a molding die as described.
The invention according to claim 8 is the molding die according to any one of claims 1 to 7, wherein the thickness of the obtained molded body is in the range of 50 μm to 5 mm.
The invention according to claim 9 is the molding die according to any one of claims 1 to 8, wherein the thin shape further includes a cooling means.
The invention according to claim 10 has at least an application step of applying the molten resin on a thin shape having a molding surface, using the molding die according to any one of claims 1 to 9. It is the manufacturing method of the molded object to do.
In the invention according to claim 11, in the coating step, a thermoplastic resin is supplied to a coating apparatus having a discharge port, and the thickness of the final product is regulated by the distance between the tip of the discharge port and the thin shape. As described above, while moving the coating apparatus and maintaining the thin shape at a desired temperature by the heating means, the heat is applied to the thin shape having the molding surface in a shape and thickness that are substantially close to the final product. The method for producing a molded body according to claim 10, wherein the method is a step of discharging a plastic resin.
本発明によれば、樹脂が接する金型の成形面を、効率的かつ迅速に加熱・冷却可能とするとともに、微細な凹凸形状を表面に有する薄肉の成形体を製造する場合であっても、該微細な凹凸形状の転写に悪影響を及ぼすことのない、成形体の成形用金型およびこれを用いる成形体の製造方法を提供することができる。
また本発明によれば、金型の平行度に多少狂いが生じていたとしても、成形プロセス中でこれを修正することのできる成形体の成形用金型およびこれを用いる成形体の製造方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to efficiently and quickly heat and cool the molding surface of the mold in contact with the resin, and even when manufacturing a thin molded body having a fine uneven shape on the surface, It is possible to provide a mold for molding a molded body and a method for producing a molded body using the same without adversely affecting the transfer of the fine uneven shape.
Further, according to the present invention, there is provided a mold for molding a molded body that can be corrected in the molding process even if the parallelism of the mold is somewhat out of order, and a method for manufacturing a molded body using the mold. Can be provided.
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
図1は、本発明の成形用金型の一実施形態の正面図である。図1に示すように本発明の成形用金型1は、上金型11および下金型12からなる一対の金型を備え、溶融した樹脂を金型内に装填した後、または、板状またはフィルム状の固体樹脂を金型内に装填して加熱によって軟化させた後、上金型11および下金型12間のプレスによって加圧して成形体を得るように構成されている。上金型11および下金型12は、金型本体111および121と、薄型112および122とを備えている。金型本体111および121は薄型112および122を支持している。上金型11はプレススライド(可動盤)14と連結し、下金型12はボルスター(固定盤)15に固定されている。薄型は、少なくとも加熱手段を有するとともに溶融または軟化樹脂を附形する成形面を有している。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
FIG. 1 is a front view of an embodiment of a molding die of the present invention. As shown in FIG. 1, the molding die 1 of the present invention includes a pair of dies including an upper die 11 and a lower die 12, and after a molten resin is loaded into the die or in a plate shape Alternatively, a film-shaped solid resin is loaded into a mold and softened by heating, and then pressed by a press between the upper mold 11 and the lower mold 12 to obtain a molded body. The upper mold 11 and the lower mold 12 include mold bodies 111 and 121 and thin shapes 112 and 122. The mold bodies 111 and 121 support the thin films 112 and 122. The upper die 11 is connected to a press slide (movable platen) 14, and the lower die 12 is fixed to a bolster (fixed platen) 15. The thin shape has at least a heating surface and a molding surface on which a molten or softened resin is shaped.
また、薄型112および122は加熱手段113および123を有する。加熱手段としては特に制限するものではないが、例えば(1)温調された水(湯)や油などの熱媒体を、薄型に設けられた該媒体の流路に流通させて加熱する方法;(2)プレートヒータ、カートリッジヒータなどの電熱ヒータを薄型に装着して加熱する方法;(3)ハロゲンランプ、遠赤外線ヒータなど、赤外線を放射する手段を金型内または金型外に設け、赤外線を金型キャビティ裏面(金型内から照射)またはキャビティ表面(金型外から照射)に照射して加熱する方法;(4)誘導加熱する方法;(5)薄型の表面に導電性膜を設け、該導電性膜に通電してジュール発熱させることで加熱する方法などが挙げられる。さらには、上記の手段で金型本体を加熱し、薄型は加熱された金型本体からの伝熱で加熱されてもよい。図1の形態は、上記(1)の方法を採用している。これにより薄型112および122を局所的に加熱可能となる。また、下金型12に設けられた薄型122は、溶融した樹脂を附形するスタンパー13からなる成形面を有する。スタンパー13は、微細な凹凸形状を表面に有する薄肉の成形体を製造する場合、樹脂に転写する微細な凹凸部を有し、その形状としては例えば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。   The thin films 112 and 122 have heating means 113 and 123. Although it does not restrict | limit especially as a heating means, For example, (1) The method of distribute | circulating heating media, such as temperature-controlled water (hot water) and oil, to the flow path of this medium provided thinly; (2) A method of heating by thinly mounting an electric heater such as a plate heater or a cartridge heater; (3) A means for emitting infrared rays, such as a halogen lamp or a far infrared heater, is provided inside or outside the mold to provide infrared rays. (4) Induction heating method; (5) A conductive film is provided on the thin surface of the mold cavity back surface (irradiated from inside the mold) or cavity surface (irradiated from outside the mold); And a method of heating the conductive film by energizing the conductive film to generate Joule heat. Further, the mold body may be heated by the above-described means, and the thin body may be heated by heat transfer from the heated mold body. The form of FIG. 1 employs the above method (1). As a result, the thin layers 112 and 122 can be locally heated. Further, the thin 122 provided in the lower mold 12 has a molding surface made of the stamper 13 for shaping the molten resin. When manufacturing the thin molded object which has fine uneven | corrugated shape on the surface, the stamper 13 has the fine uneven | corrugated | grooved part transcribe | transferred to resin, and it has a width or diameter of 10 nm-1 mm as a shape, for example, and 10 nm Have a depth or height of ˜1 mm.
また、薄型112および122は冷却手段(図示せず)を設けるのも好ましい形態である。冷却手段としては、例えば下記のような方法が挙げられる。(1)薄型に設けられた媒体の流路に薄型よりも低い温度の流体を流通させて冷却する方法;(2)薄型に設けられた管路に空気を流通させて冷却する方法;(3)薄型の成形面に空気や揮発性の液体と気体とを混合したミストを吹き付けて冷却する方法;(4)ヒートパイプにより、薄型内の熱を外部に輸送・放出することで冷却する方法;(5)ペルチェ素子などの電気的冷却器によって、薄型の熱を奪って冷却する方法。さらには、上記の手段で金型本体を冷却し、薄型は冷却された金型本体からの伝熱で冷却されてもよい。
上記の加熱・冷却手段を適宜組み合わせて用いるのが好ましい。
Further, it is preferable that the thin layers 112 and 122 are provided with cooling means (not shown). Examples of the cooling means include the following methods. (1) A method in which a fluid having a temperature lower than that of a thin film is circulated through a thin channel of a medium and cooled; (2) A method in which air is circulated through a thin line and cooled; ) A method in which air or volatile liquid and gas mixed with mist is blown onto a thin molding surface to cool it; (4) A method in which heat in the thin shape is transported and released to the outside by a heat pipe; (5) A method in which thin heat is taken away and cooled by an electric cooler such as a Peltier element. Furthermore, the mold body may be cooled by the above-described means, and the thin body may be cooled by heat transfer from the cooled mold body.
It is preferable to use the above heating / cooling means in appropriate combination.
金型本体111および121、薄型112および122は、金属部材から構成することができ、具体的材料としては、例えばステンレス、鋼、銅合金、アルミニウム合金などが挙げられる。金属部材を用いることによりプレス時の圧力によって金型本体および薄型が撓むことがない。また薄型を急速に加熱・冷却することが可能となる。   The mold bodies 111 and 121 and the thin films 112 and 122 can be made of a metal member. Specific examples of the material include stainless steel, steel, copper alloy, and aluminum alloy. By using a metal member, the mold body and the thin body are not bent by the pressure during pressing. Moreover, it becomes possible to heat and cool a thin shape rapidly.
金型本体111と薄型112との間には、断熱材からなる断熱層114が設けられ、金型本体121と薄型122との間には、断熱材からなる断熱層124が設けられている。断熱層は、ボルト等の公知の固定手段により金型本体および薄型間に固定されている。断熱層114,124の存在により、樹脂が接する金型の成形面、すなわち薄型112および122を、効率的かつ迅速に加熱および冷却することができる。さらに薄型112および122の温度の均一化に効果を奏する。また、図1の形態において、薄型の裏面全域に断熱層が接触するように配置されている。これにより、プレスの際、面内での支持力が均一となり微細な凹凸形状の転写が良好となり好ましい。   A heat insulating layer 114 made of a heat insulating material is provided between the mold main body 111 and the thin film 112, and a heat insulating layer 124 made of a heat insulating material is provided between the mold main body 121 and the thin film 122. The heat insulating layer is fixed between the mold body and the thin shape by a known fixing means such as a bolt. Due to the presence of the heat insulating layers 114 and 124, the molding surface of the mold with which the resin comes into contact, that is, the thin layers 112 and 122 can be efficiently and rapidly heated and cooled. Further, it is effective in making the temperatures of the thin layers 112 and 122 uniform. Moreover, in the form of FIG. 1, it arrange | positions so that a heat insulation layer may contact the whole thin back surface. Thereby, during pressing, the in-plane support force is uniform, and fine uneven shape transfer is favorable, which is preferable.
断熱材としては、耐熱性を有するとともに薄型から金型本体への良好な断熱性能を有するものであればとくに制限されないが、例えばフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、紙、シリコンゴムなどが挙げられる。   The heat insulating material is not particularly limited as long as it has heat resistance and good heat insulating performance from a thin to a mold body, for example, phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, polyamide resin, Examples include polyimide resin, paper, and silicon rubber.
また断熱層114,124の厚さは、プレス時の薄型の加熱温度により適宜設定されるものであるが、例えば40μm〜20mmである。また断熱層114,124の熱伝導率は、16W/(m・K)以下(好ましくは0.01〜5W/(m・K))、縦弾性係数が0.001GPa以上(好ましくは0.002〜100GPa)であるのがよい。   Moreover, although the thickness of the heat insulation layers 114 and 124 is suitably set with the thin heating temperature at the time of a press, it is 40 micrometers-20 mm, for example. The heat conductivity of the heat insulating layers 114 and 124 is 16 W / (m · K) or less (preferably 0.01 to 5 W / (m · K)), and the longitudinal elastic modulus is 0.001 GPa or more (preferably 0.002). ~ 100 GPa).
上記形態では、スタンパー13の平面性は薄型122のスタンパー搭載面の平坦度を確保することで達成される。これにより、断熱性能の高い(比較的剛性の低い)断熱部材を使用しても成形性に悪影響を及ぼさないことになる。   In the above embodiment, the flatness of the stamper 13 is achieved by ensuring the flatness of the stamper mounting surface of the thin 122. As a result, even if a heat insulating member having a high heat insulating performance (relatively low rigidity) is used, the moldability is not adversely affected.
スタンパー13は、成形体への要求性能に合わせて、上下金型キャビティのいずれの部位に設置されてもよいが、好ましくは、塗布装置によって溶融樹脂が精密塗布される側の金型のキャビティ面に設置すると、低圧力で高精度の微細凹凸形状の転写を行うことができる。本発明では、フォトリソグラフィ法、電気鋳造法、イオンエッチング法などの半導体プロセスを利用してスタンパ表面に微細な凹凸部を形成し、これを成形型として金型内に設置してもよい。スタンパの材質は、ニッケル(またはニッケル合金)、シリコン、ガラスなどが挙げられ、このような材料のみで形成されてもよいし、例えば数十μm〜数mmの厚さを有する板状母材(例えばシリコン基板など)上にニッケルで微細凹凸を形成するなどしてもよい。これとは別に、金型本体のキャビティ面に直接微細凹凸形状を形成してもよい。凹凸部の断面形状は、矩形を基本とするが、テーパー(台形)型、三角型、半円型、半楕円型などでもよい。   The stamper 13 may be installed in any part of the upper and lower mold cavities in accordance with the required performance of the molded body, but preferably the cavity surface of the mold on the side where the molten resin is precisely coated by the coating device If it is installed in, it is possible to transfer a fine uneven shape with high accuracy at low pressure. In the present invention, a fine uneven portion may be formed on the stamper surface using a semiconductor process such as a photolithography method, an electroforming method, or an ion etching method, and this may be placed in a mold as a mold. Examples of the material of the stamper include nickel (or nickel alloy), silicon, glass, and the like. The stamper may be formed of only such a material, for example, a plate-like base material having a thickness of several tens of μm to several mm ( For example, fine irregularities may be formed with nickel on a silicon substrate or the like. Apart from this, a fine uneven shape may be formed directly on the cavity surface of the mold body. The cross-sectional shape of the concavo-convex portion is basically rectangular, but may be a tapered (trapezoidal) shape, a triangular shape, a semicircular shape, a semielliptical shape, or the like.
図2は、本発明の成形用金型の別の実施形態を説明するための正面図である。図2における成形用金型は、図1の形態の成形用金型とほぼ同じ構成を有するが、断熱層114および124が、第一断熱部材からなる第一断熱層Aと、第一断熱部材よりも縦弾性率の低い第二断熱部材からなる第二断熱層Bとを有する点が異なっている。   FIG. 2 is a front view for explaining another embodiment of the molding die of the present invention. The molding die in FIG. 2 has substantially the same configuration as the molding die in the form of FIG. 1, but the thermal insulation layers 114 and 124 are the first thermal insulation layer A composed of the first thermal insulation member, and the first thermal insulation member. The point which has the 2nd heat insulation layer B which consists of a 2nd heat insulation member whose longitudinal elastic modulus is lower than this is different.
第一断熱層Aは、熱伝導率が16W/(m・K)以下(好ましくは0.1〜5W/(m・K))、縦弾性係数が1GPa以上(好ましくは3〜100GPa)かつ厚みが1mm以上(好ましくは5〜10mm)であるのがよい。第一断熱層Aを形成するに好ましい第一断熱部材の材料としては、例えばフェノール樹脂などが挙げられる。また第二断熱層Bは、熱伝導率が1W/(m・K)以下(好ましくは0.01〜0.5W/(m・K))、縦弾性係数が0.001GPa以上(好ましくは0.002〜5GPa)、かつ厚みが40μm以上(好ましくは40〜5000μm)であるのがよい。第一断熱層Bを形成するに好ましい第二断熱部材の材料としては、例えば紙やシリコンゴムなどが挙げられる。   The first heat insulating layer A has a thermal conductivity of 16 W / (m · K) or less (preferably 0.1 to 5 W / (m · K)), a longitudinal elastic modulus of 1 GPa or more (preferably 3 to 100 GPa), and a thickness. Is 1 mm or more (preferably 5 to 10 mm). As a preferable material of the first heat insulating member for forming the first heat insulating layer A, for example, phenol resin and the like can be mentioned. The second heat insulating layer B has a thermal conductivity of 1 W / (m · K) or less (preferably 0.01 to 0.5 W / (m · K)) and a longitudinal elastic modulus of 0.001 GPa or more (preferably 0). 0.002-5 GPa) and a thickness of 40 μm or more (preferably 40-5000 μm). Examples of a preferable material for the second heat insulating member for forming the first heat insulating layer B include paper and silicon rubber.
また第二断熱層Bは、複数の薄い第二断熱部材を積層し、これにより前記複数の薄い第二断熱部材間に熱抵抗が生じるようにして形成されているのが好ましい。これにより断熱性能がさらに向上する。   The second heat insulation layer B is preferably formed by laminating a plurality of thin second heat insulation members so that a thermal resistance is generated between the plurality of thin second heat insulation members. Thereby, the heat insulation performance is further improved.
図3は、第二断熱層Bとして複数の薄い第二断熱部材を積層した場合の断熱性能向上の概念図である。
図3(a)において、第二断熱層Bは、第二断熱部材31〜35が積層されて構成されている。図3の上方が薄型側、下方が金型本体側とすると、第二断熱部材31内における温度分布は、太線300のようになる。図3の左方が低温側、右方が高温側とすると、第二断熱部材31の表面温度をT0とした場合、第二断熱部材31の表面から裏面にかけて太線300のように温度が低下している。この温度低下の度合いTAは、第二断熱部材31の材質および物性(熱伝導率)によって決定される。次に第二断熱部材31と第二断熱部材32と間では熱抵抗が生じるために、界面で温度差TBが生じる。これにより第二断熱部材32の表面温度は、第二断熱部材31の裏面の温度からTBを減じた温度となる。この現象が続く第二断熱部材33〜35でも生じることにより、結果として第二断熱層Bの断熱性能は温度T1となり、良好な断熱性能が得られる。また、断熱性能に劣る高い弾性率を有する(硬い)断熱部材であっても積層することにより、断熱層の表面と裏面との間に積層なしの場合よりも大きな温度差を生じさせることが可能となる。これに対し、図3(b)は第二断熱部材を積層しない形態の断熱性能を説明する図であり、この場合第二断熱層Bが第二断熱部材31のみから形成されているため、上記熱抵抗の現象が生じず、断熱層の厚さが図3(a)の場合と同じであっても、第二断熱部材31内における温度分布は、第二断熱部材31の材質の熱伝導率によって決まる。したがって該温度分布は太線301のようになり、結果として第二断熱層Bの断熱性能は温度T2となり、図3(a)の形態に比べて断熱性能が低下している。したがって、第二断熱層Bは、複数の薄い第二断熱部材を積層し、これにより複数の薄い第二断熱部材間に熱抵抗が生じるようにして形成されていることが有利であることが分かる。
FIG. 3 is a conceptual diagram of heat insulation performance improvement when a plurality of thin second heat insulation members are laminated as the second heat insulation layer B.
In Fig.3 (a), the 2nd heat insulation layer B is comprised by laminating | stacking the 2nd heat insulation members 31-35. When the upper side in FIG. 3 is the thin side and the lower side is the mold body side, the temperature distribution in the second heat insulating member 31 is as indicated by a thick line 300. When the left side of FIG. 3 is the low temperature side and the right side is the high temperature side, when the surface temperature of the second heat insulating member 31 is T 0 , the temperature decreases from the front surface to the back surface of the second heat insulating member 31 as indicated by a thick line 300. is doing. The degree T A of the temperature decrease is determined by the material and physical properties (thermal conductivity) of the second heat insulating member 31. Next, in order to heat resistance occurs between the second heat insulating member 31 and the second insulating member 32, a temperature difference T B occurs at the interface. Thus the surface temperature of the second heat insulating member 32 is made of temperature obtained by subtracting T B the temperature of the rear surface of the second heat insulating member 31. When this phenomenon continues also in the second heat insulating members 33 to 35, the heat insulating performance of the second heat insulating layer B becomes the temperature T 1 as a result, and good heat insulating performance is obtained. In addition, by laminating even (hard) heat insulation members with a high elastic modulus that is inferior in heat insulation performance, it is possible to create a larger temperature difference between the front and back surfaces of the heat insulation layer than when there is no lamination. It becomes. On the other hand, FIG. 3B is a diagram for explaining the heat insulation performance in a form in which the second heat insulating member is not laminated. In this case, since the second heat insulating layer B is formed only from the second heat insulating member 31, Even if the phenomenon of thermal resistance does not occur and the thickness of the heat insulating layer is the same as in FIG. 3A, the temperature distribution in the second heat insulating member 31 is the thermal conductivity of the material of the second heat insulating member 31. It depends on. Thus the temperature distribution is as shown in a thick line 301, the heat insulating performance of the second insulation layer B the resulting temperature T 2, and the heat insulating performance compared to the form of FIGS. 3 (a) is reduced. Therefore, it can be seen that the second heat insulating layer B is advantageously formed by laminating a plurality of thin second heat insulating members so that a thermal resistance is generated between the plurality of thin second heat insulating members. .
図3(a)の形態では、薄い第二断熱部材を5枚積層した例であるが、本発明において第二断熱層Bは、1〜5枚の第二断熱部材から構成されるのが好ましい。
例えば、枚数が少ない場合、シリコンゴムのように縦弾性率が低い材料を使用することで変形しやすくなり、容易に平行度の狂いが調整される。枚数が多い場合は、紙など縦弾性率が比較的大きいが薄い材料を使用すると、材料間の隙間の大小で平行度の狂いが調整される。
FIG. 3A shows an example in which five thin second heat insulating members are laminated. In the present invention, the second heat insulating layer B is preferably composed of 1 to 5 second heat insulating members. .
For example, when the number of sheets is small, it becomes easy to deform by using a material having a low longitudinal elastic modulus such as silicon rubber, and the deviation in parallelism is easily adjusted. When the number of sheets is large, if a thin material such as paper having a relatively large longitudinal elastic modulus is used, the deviation in parallelism is adjusted by the size of the gap between the materials.
図4は、図2で示した形態の本発明の成形用金型が、仮に平行度に多少の狂いが生じている場合であっても、成形プロセス中でこれを修正可能であることを説明するための図である。
図4(a)における成形用金型は、図2の形態の成形用金型とほぼ同じ構成を有するが、上金型11における薄型112が何らかの原因で傾き、金型の平行度に多少の狂いが生じている。この場合、断熱層114および124が存在しないとプレスの際に薄型112の左側のみが下金型12における薄型122に強く押し当てられることになり(片あたりする状態)、微細な凹凸形状を溶融した樹脂に転写することができなくなる。しかし本発明のように断熱層114および124を設けた場合は、断熱層の柔らかさ、とくに第二断熱層Bの縦弾性率の低さから、プレスの際に第二断熱層Bが変形し、図4(b)の矢印41,42に示すように薄型112が動いて金型の平行度が修正され、結果として溶融樹脂および微細な凹凸形状間に均一な圧力がかかり、良好な転写が達成される。
FIG. 4 illustrates that the molding die of the present invention in the form shown in FIG. 2 can be corrected during the molding process even if there is some deviation in parallelism. It is a figure for doing.
The molding die in FIG. 4A has almost the same configuration as the molding die in the form of FIG. 2, but the thinness 112 in the upper die 11 is inclined for some reason, and the parallelism of the die is somewhat different. Crazy has occurred. In this case, when the heat insulating layers 114 and 124 do not exist, only the left side of the thin 112 is strongly pressed against the thin 122 in the lower mold 12 during pressing (a state where it comes into contact with each other), and the fine uneven shape is melted. It becomes impossible to transfer to the resin. However, when the heat insulating layers 114 and 124 are provided as in the present invention, the second heat insulating layer B is deformed during pressing due to the softness of the heat insulating layer, particularly the low longitudinal elastic modulus of the second heat insulating layer B. As shown by arrows 41 and 42 in FIG. 4 (b), the thin film 112 moves to correct the parallelism of the mold, and as a result, a uniform pressure is applied between the molten resin and the fine concavo-convex shape, resulting in good transfer. Achieved.
なお、微細な凹凸形状を表面に有する薄肉の成形体を製造する場合、とくに本発明の成形用金型を用いて特許文献1(特許第3857703号公報)に開示された成形体の製造方法を実施する場合、成形面に溶融した熱可塑性樹脂を塗布する際、樹脂を吐出する吐出口の先端部と成形型との距離をミクロンオーダーで精密に調整する必要があり、また一対の金型間の平行度を厳密に確保する必要があるので、スタンパー13を有する薄型を備えた下金型12が、縦弾性率の高い第一断熱層Aのみからなる断熱層を有し、スタンパーを備えていない上金型11が、第一断熱層Aと第二断熱層Bとを有することが好ましい。スタンパー13を有する薄型122を備えた下金型12が縦弾性率の高い第一断熱層Aのみからなる断熱層を有することにより、薄型122が撓む恐れがなく、樹脂を吐出する吐出口の先端部と成形型との距離を精密に調整することができるとともに、平行度も確保される。   In addition, when manufacturing the thin molded object which has fine uneven | corrugated shape on the surface, especially the manufacturing method of the molded object disclosed by patent document 1 (patent 3857703 gazette) using the molding die of this invention. When applying a molten thermoplastic resin to the molding surface, it is necessary to precisely adjust the distance between the tip of the discharge port that discharges the resin and the mold on the order of microns, and between the pair of molds. Therefore, the lower mold 12 having a thin shape having the stamper 13 has a heat insulating layer made of only the first heat insulating layer A having a high longitudinal elastic modulus, and includes a stamper. It is preferable that the upper mold 11 not to have the first heat insulation layer A and the second heat insulation layer B. Since the lower mold 12 having the thin 122 having the stamper 13 has the heat insulating layer made only of the first heat insulating layer A having a high longitudinal elastic modulus, the thin 122 is not likely to be bent, and the discharge port for discharging the resin is used. The distance between the tip and the mold can be adjusted precisely, and parallelism is also ensured.
なお、断熱層の位置はとくに制限されず、上記のように薄型→第一断熱層A→第二断熱層B→金型本体でもよいし、薄型→第二断熱層B→第一断熱層A→金型本体でもよい。また上金型と下金型で断熱層A,Bの順番を異なるように配置してもよい。また第一断熱層Aおよび第二断熱層Bを交互に積層することもできる。例えば薄型→第二断熱層B→第一断熱層A→第二断熱層B→金型本体の構成が挙げられる。さらに上金型に第一断熱層Aおよび第二断熱層Bを設けかつ下金型には第一断熱層Aのみを設ける上記形態や、上金型に第一断熱層Aのみを設けかつ下金型に第一断熱層Aおよび第二断熱層Bを設ける形態であってもよい。さらにまた、上金型および下金型共に第一断熱層Aのみを用いる形態や、上金型および下金型共に第二断熱層Bのみを用いる形態であってもよい。
また、上記では一対の金型を鉛直方向に動作する例を示したが、本発明はこれに制限されず、例えば一対の金型を水平方向に動作させてもよい。
The position of the heat insulating layer is not particularly limited, and may be thin → first heat insulating layer A → second heat insulating layer B → mold body as described above, or thin → second heat insulating layer B → first heat insulating layer A. → The mold body may be used. Moreover, you may arrange | position so that the order of the heat insulation layers A and B may differ with an upper metal mold | die and a lower metal mold | die. Moreover, the 1st heat insulation layer A and the 2nd heat insulation layer B can also be laminated | stacked alternately. For example, a configuration of thin → second heat insulation layer B → first heat insulation layer A → second heat insulation layer B → mold body can be mentioned. Furthermore, the first heat insulating layer A and the second heat insulating layer B are provided on the upper die, and only the first heat insulating layer A is provided on the lower die, or only the first heat insulating layer A is provided on the upper die and the lower die is provided. The form which provides the 1st heat insulation layer A and the 2nd heat insulation layer B in a metal mold | die may be sufficient. Furthermore, the form using only the first heat insulation layer A for both the upper mold and the lower mold, or the form using only the second heat insulation layer B for both the upper mold and the lower mold may be used.
Moreover, although the example which operate | moves a pair of metal mold | die to the perpendicular direction was shown above, this invention is not limited to this, For example, you may operate a pair of metal mold | die to a horizontal direction.
次に本発明の成形体の製造方法、とくに本発明の成形用金型を用いて特許文献1(特許第3857703号公報)に開示された成形体の製造方法を実施する場合について説明する。
図5は、本発明の成形体の製造方法における塗布工程を説明するための図である。成形用金型としては、前記の図2と同様の金型を用いているが、下金型12における断熱層124が、第一断熱層Aのみからなる点が異なっている。吐出口511を備えた塗布装置51に溶融した熱可塑性樹脂(以下溶融樹脂ということがある)を供給し、スタンパー13上に、溶融樹脂50を該吐出口511から吐出し、最終製品にほぼ近い形状および厚さに、スタンパー13の微細な凹凸部に溶融樹脂を充填する。図5の形態では、塗布装置51を矢印52方向に移動させながら溶融樹脂50の吐出を行っている。吐出口511の先端部と薄型122との距離によって最終製品の厚さが規制される。このとき、薄型112および122は、加熱手段113および123によって加熱される。これにより、スタンパー13に設けられた微細な凹凸部の形状が、溶融樹脂50に転写される。続いて、溶融樹脂を例えば10MPa以下の圧力でプレスし、成形体の形状を整え、図示しない冷却手段により溶融樹脂を冷却し固化させ、得られた製品を成形用金型から取り出す。
Next, the manufacturing method of the molded body of the present invention, particularly the case where the manufacturing method of the molded body disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3857703) is carried out using the molding die of the present invention will be described.
FIG. 5 is a view for explaining a coating step in the method for producing a molded article of the present invention. As the molding die, the same die as that shown in FIG. 2 is used, except that the heat insulating layer 124 in the lower die 12 is composed only of the first heat insulating layer A. A molten thermoplastic resin (hereinafter sometimes referred to as a molten resin) is supplied to the coating apparatus 51 having the discharge port 511, and the molten resin 50 is discharged from the discharge port 511 onto the stamper 13, which is substantially close to the final product. The molten resin is filled into the fine irregularities of the stamper 13 in the shape and thickness. In the form of FIG. 5, the molten resin 50 is discharged while moving the coating device 51 in the direction of the arrow 52. The thickness of the final product is regulated by the distance between the distal end portion of the discharge port 511 and the thin shape 122. At this time, the thin layers 112 and 122 are heated by the heating means 113 and 123. Thereby, the shape of the fine irregularities provided on the stamper 13 is transferred to the molten resin 50. Subsequently, the molten resin is pressed at a pressure of 10 MPa or less, for example, the shape of the molded body is adjusted, the molten resin is cooled and solidified by a cooling means (not shown), and the obtained product is taken out from the molding die.
なお、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(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。また熱可塑性樹脂には必要に応じてガラス繊維やカーボンなどの各種充填材や、耐熱安定剤、耐候安定剤、耐電防止剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、滑剤、染料、顔料、天然油、合成油、ワックスなどの公知の各種添加剤を配合することもできる。本発明の方法によれば、厚さが50μm〜5mmの範囲であり、成形体の辺長が厚さの1000倍を超える薄肉大面積の成形体を得ることができる。   Although not particularly limited as the thermoplastic resin, for example, polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), cycloolefin (COP), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyarylate (PAR), Polyimide (PI), polystyrene (PS), polypropylene (PP), polyamide (PA), polyethylene (PE), polyacetal (POM), ethylene-vinyl acetate copolymer resin (EVA), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polychlorinated Examples thereof include vinyl (PVC), polyphenylene oxide (PPO), and mixtures thereof. Further, a thermoplastic resin specially manufactured in accordance with the performance required for the molded body may be used. In addition, thermoplastic resins include various fillers such as glass fiber and carbon, heat stabilizers, weather stabilizers, antistatic agents, slip agents, antiblocking agents, antifogging agents, lubricants, dyes, pigments, as necessary. Various known additives such as natural oils, synthetic oils and waxes can also be blended. According to the method of the present invention, it is possible to obtain a molded body having a thin and large area having a thickness in the range of 50 μm to 5 mm and having a side length of the molded body exceeding 1000 times the thickness.
本発明により得られる成形体は、超微細加工、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可能であり、例えば、 (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、等に好適に用いることができる。   The molded product obtained according to the present invention is formed from a molded product having ultra-fine processing, high dimensional accuracy, low residual stress, low birefringence, high light transmittance, and excellent mechanical strength while being subjected to an ultra-low pressure molding process. For example, (a) micro lens array, liquid crystal light guide plate, flexible display substrate, wave plate, reflector, retardation plate, free-form curved mirror, LED light emission Key components in the field of electronic displays such as panels and Fresnel lenses, (b) Optical information communication fields such as flexible polymer optical waveguides, free-form curved diffraction gratings, two-dimensional image sensor arrays, pickup lenses, holograms, and flexible waveguide illumination plates (C) Next-generation DVD (Blu-ray Disc), Blu-ray Disc cover layer, DVD, CD, ultra-thin IC card, etc. Core parts of the field, (d) core parts of life science field such as integrated chemical chip, DNA chip, biochip, protein chip, microfluidic device, environmental analysis chip, (e) fuel cell separator, cell phone ultra-thin battery case It can be suitably used for key parts in the new energy field such as a sunlight condensing Fresnel lens.
以下、実施例によって本発明をさらに説明する。
実施例1
図2に示す本発明の成形用金型を用い、加熱手段123を稼動させて薄型122のキャビティ面の表面温度を調べた。加熱手段123は、カートリッジヒータ(電熱ヒータ)であり、薄型のヒータ近傍に埋設された温度センサ(熱電対)で検出される薄型内部の温度が170℃になるように温度制御を行った。
金型本体121および薄型122は、ステンレス鋼(SUS304)からなり、薄型122のキャビティ面は正方形の形状をなし、そのサイズは一辺が110mmである。
断熱層124において、第一断熱層Aは、厚み5mmのフェノール樹脂製の板(1枚)であり、第二断熱層Bは厚み0.5mmの紙を5枚重ねて使用した。第一断熱層Aは、熱伝導率が0.38W/(m・K)、縦弾性係数が60GPaである。第二断熱層Bは、熱伝導率が0.1W/(m・K)、縦弾性係数が3GPaである。第一断熱層Aは、薄型の裏面全域に接触するように配置した。また第二断熱層Bは第二断熱層Aの裏面全域に接触するように配置した。上記の状態で加熱手段を稼動させ、薄型122のキャビティ面の表面温度を調べた。なお、スタンパー13は設置していない。結果を図7に示す。
図7の表面温度結果から、薄型122のキャビティ面の表面温度のばらつきは4℃であった。
Hereinafter, the present invention will be further described by way of examples.
Example 1
Using the molding die of the present invention shown in FIG. 2, the heating means 123 was operated and the surface temperature of the cavity surface of the thin 122 was examined. The heating means 123 is a cartridge heater (electric heater), and temperature control was performed so that the temperature inside the thin shape detected by a temperature sensor (thermocouple) embedded in the vicinity of the thin heater became 170 ° C.
The mold body 121 and the thin 122 are made of stainless steel (SUS304), and the cavity surface of the thin 122 has a square shape, and its size is 110 mm on a side.
In the heat insulating layer 124, the first heat insulating layer A was a phenol resin plate (one sheet) having a thickness of 5 mm, and the second heat insulating layer B was used by stacking five sheets of paper having a thickness of 0.5 mm. The first heat insulating layer A has a thermal conductivity of 0.38 W / (m · K) and a longitudinal elastic modulus of 60 GPa. The second heat insulating layer B has a thermal conductivity of 0.1 W / (m · K) and a longitudinal elastic modulus of 3 GPa. The 1st heat insulation layer A was arrange | positioned so that the thin back surface whole region might be contacted. Moreover, the 2nd heat insulation layer B was arrange | positioned so that the back surface whole region of the 2nd heat insulation layer A might be contacted. The heating means was operated in the above state, and the surface temperature of the cavity surface of the thin 122 was examined. The stamper 13 is not installed. The results are shown in FIG.
From the surface temperature result of FIG. 7, the variation in the surface temperature of the cavity surface of the thin 122 was 4 ° C.
比較例1
実施例1において、第一断熱層Aおよび第二断熱層Bを設けなかったこと以外は実施例1を繰り返した。結果を図8に示す。
図8の表面温度結果から、薄型122のキャビティ面の表面温度のばらつきは7℃であった。
Comparative Example 1
In Example 1, Example 1 was repeated except that the first heat insulating layer A and the second heat insulating layer B were not provided. The results are shown in FIG.
From the surface temperature result of FIG. 8, the variation in the surface temperature of the cavity surface of the thin 122 was 7 ° C.
実施例1の結果から、断熱層の存在により、薄型を効率的かつ迅速に加熱および冷却することができ、また薄型の面内温度を均一に設定することができるので、スタンパー13を設置して溶融樹脂を塗布した際に、溶融樹脂に良好な転写が達成される。これに対し、比較例1では断熱層が存在していないので、薄型の面内温度に低い場所が存在し、転写不良の発生の恐れがある。   From the results of Example 1, the presence of the heat insulating layer enables the thin to be efficiently and quickly heated and cooled, and the in-plane temperature of the thin can be set uniformly. When the molten resin is applied, good transfer to the molten resin is achieved. On the other hand, in Comparative Example 1, since the heat insulating layer is not present, there is a place where the thin in-plane temperature is low, and transfer failure may occur.
実施例2
下記の装置を用いて成形体の製造を行った。
[塗布装置]
吐出口形状:縦30mm×横1mm。図9に示す形状。
押出・加圧機構:ピストン。
ピストン径:φ10mm。
塗布装置移動自由度:1自由度(塗布方向の前後動)。
駆動方式:サーボモータの回転をボールねじにて直線運動に変換して塗布装置、ピストンを移動。
樹脂加熱手段:シリンダ外周に巻かれた電気ヒータ。吐出部は板状の電気ヒータ。
[金型]
実施例1と同様。上金型11の第一断熱層Aおよび第二断熱層Bと、金型を構成する材質は、下金型12と同様。
冷却源:温調水を通媒孔に流す。
[プレス]
最大型締め力:10t。
設定型締め力:1.2t。
[樹脂材料]
材質:アクリル樹脂
メーカ:(株)クラレ
銘柄:パラペット(登録商標)GH1000Sシロアルミ
250℃における溶融粘度:約800Pa.s。
Example 2
The molded body was manufactured using the following apparatus.
[Coating equipment]
Discharge port shape: 30mm length x 1mm width. The shape shown in FIG.
Extrusion / Pressure mechanism: Piston.
Piston diameter: φ10mm.
Application device movement freedom: 1 degree of freedom (back and forth movement in application direction).
Drive system: The rotation of the servo motor is converted into linear motion with a ball screw, and the coating device and piston are moved.
Resin heating means: an electric heater wound around the cylinder. The discharge part is a plate-shaped electric heater.
[Mold]
Same as Example 1. The first heat-insulating layer A and the second heat-insulating layer B of the upper mold 11 and the material constituting the mold are the same as those of the lower mold 12.
Cooling source: Flow the temperature-controlled water through the medium hole.
[press]
Maximum clamping force: 10t.
Set clamping force: 1.2t.
[Resin material]
Material: Acrylic resin Manufacturer: Kuraray Co., Ltd. Brand: Parapet (registered trademark) GH1000S white aluminum Melt viscosity at 250 ° C .: about 800 Pa. s.
上下金型における薄型の表面設定温度200℃で昇温した後、90℃、4時間で加熱予備乾燥を行ったアクリル樹脂を、塗布装置の加熱シリンダに投入して可塑化した。加熱シリンダの設定温度は250℃とした。薄型122のキャビティ面に設置されたスタンパー13上に、吐出口の先端部と薄型との距離によって最終製品の厚さが規制されるように、塗布装置を移動させながら溶融樹脂を塗布した。塗布速度は、100mm/秒、塗布厚さは80μmとした。その後、型締め力1.2ton(設定可能な最小プレス力)でプレスした。プレス力を印加したまま、上下金型に通水して約60℃まで冷却した後、金型を開いて成形体をスタンパから離型した。   After the temperature was raised at a thin surface set temperature of 200 ° C. in the upper and lower molds, acrylic resin that had been preliminarily heated at 90 ° C. for 4 hours was put into a heating cylinder of a coating apparatus to be plasticized. The set temperature of the heating cylinder was 250 ° C. On the stamper 13 installed on the cavity surface of the thin 122, the molten resin was applied while moving the coating device so that the thickness of the final product was regulated by the distance between the tip of the discharge port and the thin shape. The coating speed was 100 mm / second, and the coating thickness was 80 μm. Thereafter, pressing was performed with a clamping force of 1.2 ton (minimum pressing force that can be set). With the pressing force applied, water was passed through the upper and lower molds and cooled to about 60 ° C., and then the mold was opened to release the molded body from the stamper.
スタンパー13は、縦30mm、横50mmの長方形の形状を有し、厚さは0.3mmである。スタンパー13の形状が忠実に附形された成形体が得られた。   The stamper 13 has a rectangular shape with a length of 30 mm and a width of 50 mm, and a thickness of 0.3 mm. A molded body in which the shape of the stamper 13 was faithfully formed was obtained.
比較例2
実施例2において、上下金型に第一断熱層Aおよび第二断熱層Bを設けなかったこと以外は実施例2を繰り返した。その結果、得られた成形体は、微細形状の一部に充填不良が認められた。
Comparative Example 2
In Example 2, Example 2 was repeated except that the upper and lower molds were not provided with the first heat insulation layer A and the second heat insulation layer B. As a result, the obtained molded product was found to have poor filling in a part of the fine shape.
実施例3
実施例2において、上金型11における金型本体の厚みを不均一にし、上下金型の平行度を0.015°狂わせた。それ以外は実施例2と同様である。プレスの際に第二断熱層Bが変形し、図4(b)の矢印41,42に示すように薄型112が動いて金型の平行度が修正され、結果として溶融樹脂および微細な凹凸形状間に均一な圧力がかかり、スタンパー13の形状が忠実に附形された成形体が得られた。
Example 3
In Example 2, the thickness of the mold body in the upper mold 11 was made uneven, and the parallelism of the upper and lower molds was changed by 0.015 °. The rest is the same as in the second embodiment. The second heat insulating layer B is deformed during pressing, and the thin film 112 is moved as indicated by arrows 41 and 42 in FIG. 4B to correct the parallelism of the mold. As a result, the molten resin and the fine uneven shape are formed. Uniform pressure was applied therebetween, and a molded body in which the shape of the stamper 13 was faithfully formed was obtained.
比較例3
実施例3において、上下金型に第一断熱層Aおよび第二断熱層Bを設けなかったこと以外は実施例3を繰り返した。その結果、プレスの際に薄型112が下金型12における薄型122に片あたりし、あたり方の弱い場所では、微細な凹凸形状を溶融した樹脂に完全には転写することができなかった。
Comparative Example 3
In Example 3, Example 3 was repeated except that the upper and lower molds were not provided with the first heat insulation layer A and the second heat insulation layer B. As a result, the thin film 112 hit the thin film 122 in the lower mold 12 at the time of pressing, and the fine uneven shape could not be completely transferred to the molten resin in a weak place.
実施例4
実施例2において、下金型12の断熱層を第一断熱層Aのみに変更したこと以外は、実施例2を繰り返した。その結果、スタンパー13の形状が忠実に附形された成形体が得られた。なお、スタンパー13の凹凸形状をさらに微細なものに変更した場合であっても、本実施例4の形態では、実施例2よりも良好な転写が可能であることが判明した。
Example 4
In Example 2, Example 2 was repeated except that the heat insulating layer of the lower mold 12 was changed to only the first heat insulating layer A. As a result, a molded body in which the shape of the stamper 13 was faithfully formed was obtained. Even when the uneven shape of the stamper 13 is changed to a finer one, it has been found that the transfer of the embodiment 4 can be performed better than that of the embodiment 2.
実施例5
上下金型における第一断熱層Aおよび第二断熱層Bを下記のように変更したこと以外は、実施例2を繰り返した。
Example 5
Example 2 was repeated except that the first heat insulating layer A and the second heat insulating layer B in the upper and lower molds were changed as follows.
本発明によれば、樹脂が接する金型の成形面を、効率的かつ迅速に加熱・冷却可能とするとともに、微細な凹凸形状を表面に有する薄肉の成形体を製造する場合であっても、該微細な凹凸形状の転写に悪影響を及ぼすことのない、成形体の成形用金型およびこれを用いる成形体の製造方法を提供することができる。
また本発明によれば、金型の平行度に多少狂いが生じていたとしても、成形プロセス中でこれを修正することのできる成形体の成形用金型およびこれを用いる成形体の製造方法を提供することができる。
したがって本発明の成形用金型および製造方法は、プレス成形法、ナノインプリント成形法、ホットエンボス成形法等、樹脂を加圧附形して最終製品を得る成形法に有用である。
According to the present invention, it is possible to efficiently and quickly heat and cool the molding surface of the mold in contact with the resin, and even when manufacturing a thin molded body having a fine uneven shape on the surface, It is possible to provide a mold for molding a molded body and a method for producing a molded body using the same without adversely affecting the transfer of the fine uneven shape.
Further, according to the present invention, there is provided a mold for molding a molded body that can be corrected in the molding process even if the parallelism of the mold is somewhat out of order, and a method for manufacturing a molded body using the mold. Can be provided.
Therefore, the molding die and the manufacturing method of the present invention are useful for a molding method for obtaining a final product by press molding a resin, such as a press molding method, a nanoimprint molding method, a hot emboss molding method and the like.
本発明の成形用金型の一実施形態の正面図である。1 is a front view of an embodiment of a molding die of the present invention. 本発明の成形用金型の別の実施形態を説明するための正面図である。It is a front view for demonstrating another embodiment of the shaping die of this invention. 第二断熱層Bとして複数の薄い第二断熱部材を積層した場合の断熱性能向上の概念図である。It is a conceptual diagram of the heat insulation performance improvement at the time of laminating | stacking a some thin 2nd heat insulation member as the 2nd heat insulation layer B. FIG. 図2で示した形態の本発明の成形用金型が、仮に平行度に多少の狂いが生じている場合であっても、成形プロセス中でこれを修正可能であることを説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining that the molding die of the present invention in the form shown in FIG. 2 can be corrected during the molding process even if there is some deviation in parallelism. It is. 本発明の成形体の製造方法における塗布工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the application | coating process in the manufacturing method of the molded object of this invention. 従来の成形用金型を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional metal mold | die. 実施例1の結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the result of Example 1. FIG. 比較例1の結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the result of the comparative example 1. FIG. 実施例2で使用した吐出口の形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shape of the discharge outlet used in Example 2. FIG.
符号の説明Explanation of symbols
1 本発明の成形用金型
11 上金型
12 下金型
13 スタンパー
31,32,33,34,35 第二断熱部材
111,121 金型本体
112,122 薄型
113,123 加熱手段
114,124 断熱層
A 第一断熱層
B 第二断熱層
50 溶融樹脂
51 塗布装置
511 吐出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mold for this invention 11 Upper mold 12 Lower mold 13 Stamper 31,32,33,34,35 Second heat insulation member 111,121 Mold body 112,122 Thin 113,123 Heating means 114,124 Heat insulation Layer A First heat insulating layer B Second heat insulating layer 50 Molten resin 51 Coating device 511 Discharge port

Claims (11)

  1. 溶融または軟化した樹脂を一対の金型内に装填した後、プレスによって加圧して成形体を得る成形用金型において、
    前記成形用金型は、金型本体と、薄型とを備え、
    前記金型本体は、前記薄型を支持し、
    前記薄型は、加熱手段を有するとともに前記溶融または軟化した樹脂を附形する成形面を有し、かつ
    前記成形用金型は、前記金型本体と薄型との間に断熱材からなる断熱層を有することを特徴とする成形体の成形用金型。
    In a mold for molding which obtains a molded body by pressing with a press after charging a melted or softened resin into a pair of molds,
    The molding die includes a mold body and a thin shape,
    The mold body supports the thin shape,
    The thin has a heating surface and a molding surface for shaping the molten or softened resin, and the molding die has a heat insulating layer made of a heat insulating material between the mold body and the thin. A mold for molding a molded product, comprising:
  2. 前記断熱層は、第一断熱部材からなる第一断熱層Aと、前記第一断熱部材よりも縦弾性率の低い第二断熱部材からなる第二断熱層Bとから構成されてなることを特徴とする請求項1に記載の成形用金型。   The said heat insulation layer is comprised from the 1st heat insulation layer A which consists of a 1st heat insulation member, and the 2nd heat insulation layer B which consists of a 2nd heat insulation member whose longitudinal elastic modulus is lower than a said 1st heat insulation member, It is characterized by the above-mentioned. The molding die according to claim 1.
  3. 前記断熱層は、前記薄型の裏面全域に接触するように配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の成形用金型。   The molding die according to claim 1, wherein the heat insulating layer is disposed so as to be in contact with the entire area of the thin back surface.
  4. 前記第二断熱層Bは、複数の薄い第二断熱部材を積層し、これにより前記複数の薄い第二断熱部材間に熱抵抗が生じるようにして形成されてい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用金型。   2. The second heat insulation layer B is formed by laminating a plurality of thin second heat insulation members so that a thermal resistance is generated between the plurality of thin second heat insulation members. The molding die according to any one of to 3.
  5. 前記成形用金型は、上金型および下金型を有し、前記上金型および下金型のいずれか一方が、成形面として微細な凹凸部を有する薄型と前記薄型を支持する金型本体とを備え、他方が微細な凹凸部を有さない薄型と前記薄型を支持する金型本体とを備え、前記微細な凹凸部を有する薄型を備えた金型が、前記第一断熱層Aのみからなる断熱層を有し、前記微細な凹凸部を有さない薄型を備えた金型が、前記第一断熱層Aと第二断熱層Bとを有することを特徴とする請求項2に記載の成形用金型。   The molding die includes an upper die and a lower die, and one of the upper die and the lower die has a fine uneven portion as a molding surface and a die that supports the thin shape. And a mold having a thin body having the fine irregularities, the other having a thin shape that does not have fine irregularities and a mold main body that supports the thinness, the first heat insulating layer A The die having a thin shape having a heat insulating layer made only of the above and having no fine uneven portion has the first heat insulating layer A and the second heat insulating layer B. The molding die as described.
  6. 前記第一断熱層Aは、熱伝導率が16W/(m・K)以下、縦弾性係数が1GPa以上、かつ厚みが1mm以上であり、前記第二断熱層Bは、熱伝導率が1W/(m・K)以下、縦弾性係数が0.001GPa以上、かつ厚みが40μm以上であることを特徴とする請求項2に記載の成形用金型。   The first heat insulation layer A has a thermal conductivity of 16 W / (m · K) or less, a longitudinal elastic modulus of 1 GPa or more and a thickness of 1 mm or more, and the second heat insulation layer B has a heat conductivity of 1 W / 3. The molding die according to claim 2, wherein the mold has a longitudinal elastic modulus of 0.001 GPa or more and a thickness of 40 μm or more.
  7. 前記微細な凹凸部が、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形状であることを特徴とする請求項5に記載の成形用金型。   6. The molding die according to claim 5, wherein the fine uneven portion has a width or diameter of 10 nm to 1 mm and a shape having a depth or height of 10 nm to 1 mm.
  8. 得られる成形体の厚さが50μm〜5mmの範囲であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の成形用金型。   The molding die according to any one of claims 1 to 7, wherein a thickness of the obtained molded body is in a range of 50 µm to 5 mm.
  9. 前記薄型が、さらに冷却手段を備えてなることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の成形用金型。   The molding die according to any one of claims 1 to 8, wherein the thin shape further comprises a cooling means.
  10. 請求項1〜9のいずれかに記載の成形用金型を用い、溶融した樹脂を、成形面を有する薄型上に塗布する塗布工程を少なくとも有することを特徴とする成形体の製造方法。   A method for producing a molded body comprising at least an application step of applying the molten resin onto a thin shape having a molding surface, using the molding die according to any one of claims 1 to 9.
  11. 前記塗布工程が、吐出口を備えた塗布装置に熱可塑性樹脂を供給し、前記吐出口の先端部と前記薄型との距離によって最終製品の厚さが規制されるように、前記塗布装置を移動させながら、かつ前記加熱手段によって前記薄型を所望の温度に維持した状態で、最終製品にほぼ近い形状および厚さに、前記成形面を有する薄型上に前記熱可塑性樹脂を吐出する工程であることを特徴とする請求項10に記載の成形体の製造方法。   In the coating step, the thermoplastic resin is supplied to a coating device having a discharge port, and the coating device is moved so that the thickness of the final product is regulated by the distance between the tip of the discharge port and the thin shape. And discharging the thermoplastic resin onto the thin shape having the molding surface in a shape and thickness almost similar to the final product while maintaining the thin shape at a desired temperature by the heating means. The manufacturing method of the molded object of Claim 10 characterized by these.
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