JP2009113339A - 微細形状成形方法、及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂を注入した後再度型締めを行う微細形状の成形方法において、製品の成形サイクルが早められ、かつ正確に微細形状を成形可能な微細形状成形方法、及びその装置を提供すること。
【解決手段】一対の金型の少なくとも一方の金型に微細な形状の凹凸部を成形面に有し、前記一対の金型どうしを完全に締結させる直前で停止させてキャビティ内部に樹脂を注入し、その後金型を完全に締結させて、凹凸部の形状を樹脂に転写させる微細形状成形方法において、凹凸部を成形面に有する転写金型を複数備え、製品の成形に使用していない転写金型の一方を加熱装置に加熱させ、成形が終了した時点で転写金型を入れ替えて製品を連続して成形することとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、射出成形による微細形状の成形方法、及びその装置に関する。

例えば光学部品など、表面に微細な凹凸形状を有する製品を、金型で成形する方法が、近年用いられている。ところが、金型の成形面に形成された微細な凹凸形状に沿って製品を成形するには、樹脂を高い圧力で金型のキャビティ内部に注入させる必要がある。そこで、金型を完全に締結させる直前で金型の締結動作を停止させ、かかる段階で樹脂を金型内部に注入し、その後金型を完全に締結させて、金型が有する微細な凹凸形状に沿って樹脂を成形させる成形方法が知られている。

この微細形状成形方法によると、金型のキャビティ内に注入された樹脂が、金型に形成された微細な凹凸形状に沿って正確に行き渡らなくとも、金型を締結させることにより、その締結圧力で樹脂を微細な凹凸形状の奥まで行き渡らせることができ、微細な凹凸形状を製品に正確に転写させることができる。
特開平５−８２６７号公報

しかしながら上記成形方法は、金型内に樹脂を注入した後、再度金型を締結させることから、製品の成形時間が長くなるという問題があった。また、微細な凹凸形状を成形するためには、金型の温度を正確に設定する必要があり、製品を固化させるために冷却された金型を、次の成形のために所定の温度に加熱するための時間が長くかかっていた。すなわち、短時間で昇温させようとして金型の一部に高温にさせるような加熱は好ましくなく、金型全体が所定の温度分布を有するように加熱しなければならず、このような加熱を要する点からも製品の成形時間が長くかかっていた。

本発明は上記課題を解決し、樹脂を注入した後再度型締めを行う微細形状の成形方法において、製品の成形サイクルが早められ、かつ正確に微細形状を成形できる微細形状成形方法、及びその装置を提供することを目的とする。

１、 対向して配置された一対の金型の少なくとも一方の金型が微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型（以下「転写金型」とする。）であり、型締め機で前記一対の金型どうしを完全に締結させる直前で停止させて該一対の金型が形成するキャビティ内部に樹脂を注入し、その後該金型どうしを完全に締結させて、前記凹凸部の形状を樹脂に転写させる微細形状成形方法において、前記転写金型を複数備え、一方の前記転写金型を用いて製品を成形している間に、加熱装置により他方の転写金型を加熱させ、前記製品が成形された後前記一対の金型のうちの少なくとも前記転写金型を加熱装置に移送させるとともに前記加熱装置で加熱した他方の前記転写金型を該型締め機に移送させ、該他方の転写金型を用いて製品を成形することとして微細形状成形方法を構成した。

２、 対向して配置された一対の金型の少なくとも一方の金型が微細な形状の凹凸部を成形面に有する転写金型（以下「転写金型」とする。）であり、型締め機で前記一対の金型どうしを完全に締結させる直前で停止させて該一対の金型が形成するキャビティ内部に樹脂を注入し、その後該金型どうしを完全に締結させて、前記凹凸部の形状を樹脂に転写させる微細形状成形装置において、前記一対の金型を型締めする型締め機と、型締めされた金型のキャビティ内部に樹脂を注入する射出機と、前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する少なくとも２台の転写金型と、前記転写金型を加熱する加熱装置と、前記型締め機で製品を成形した金型のうち前記転写金型を前記加熱装置に移送させるとともに、前記加熱装置により所定の温度条件に加熱された他方の転写金型を前記型締め機に移送させる移送装置と、から微細形状成形装置を構成した。

３、２に記載の微細形状成形装置において、前記加熱装置を、前記型締め機の両側に設置し、少なくとも２台の前記転写金型を、前記型締め機および前記加熱装置の一方に配置させ、製品成形後前記型締め機から前記加熱装置に前記転写金型を移送させるとともに、前記一方の加熱装置で加熱された前記転写金型を該加熱装置から前記型締め機に移送させることとした。

４、 ２に記載の微細形状成形装置において、前記転写金型を、回転部材に複数取り付け、該回転部材の回動動作により前記転写金型を前記型締め機と前記加熱装置との間で交互に移動させることとした。

型締め機で金型が開放され、製品が金型から取り出されると、微細な凹凸部を成形面に有する金型、つまり転写金型が加熱装置に移送されるとともに、加熱装置で所定の温度状態に加熱された、転写金型の他方が型締め機に移送される。これにより、型締め機では、加熱された転写金型を用いて一対の金型を組み合わせ、キャビティ内部に樹脂を注入して次の製品の成形工程を直ちに実施することができる。

したがって、金型温度を成形に必要な所定の温度状態に上昇させるまでの時間が短縮でき、２度型締めを行う成形方法においても、製品の成形サイクルを早めることができる。転写金型を加熱装置で加熱させるため、効率よく、かつ正確な温度状態に加熱でき、微細な凹凸形状を有する製品を高い精度で成形できる。

本発明にかかる成形装置の一実施形態について、図を参照して説明する。成形装置１０は、図１に示すように金型１２と、型締め機１４と、型締め機１４の両側に設けられた加熱装置１６、１８と、射出機２０などから構成されている。図１は、成形装置１０を平面から示した図である。

金型１２は、対向した一対の金型からなり、微細な形状の凹凸部をキャビティ内に有する第１金型１３（「転写金型」である。）と、第１金型１３と対となる第３金型１７とから形成されている。また、第１金型１３と同一形状の第２金型１５が図１の左方に位置し、かかる第２金型１５も、第３金型１７と対となって一対の金型１２を構成する。第１金型１３や第２金型１５に形成されている凹凸部は、深さが数ｎｍから数百μｍ程度の微細な形状の凹凸であり、例えば回折格子の表面などを形成するための凹凸部である。

型締め機１４は、可動側取付盤２２と固定側取付盤２４を備え、可動側取付盤２２には、冷却基盤２８を介して取付具２３が設けてあり、固定側取付盤２４には、冷却基盤３０を介して取付具２５が設けてある。取付具２３は、第１金型１３や第２金型１５の端部に掛かり、第１金型１３や第２金型１５を可動側取付盤２２に取り外し可能に固定する。取付具２５は、第３金型１７の端部に掛かり、第３金型１７を固定側取付盤２４に固定する。

冷却基盤２８、３０は、内部に冷却液通路（図示せず。）を備え、冷却液通路内に冷却液が送通されると取付具２３等で固定されている第１金型１３等が冷却される。

また型締め機１４は、電動式の駆動シリンダ２６を四隅に備え、可動側取付盤２２を図１の上下方向（実際には水平方向である。）に駆動させ、第１金型１３もしくは第２金型１５を第３金型１７に対して移動させる。これにより、一対の金型１２が適宜開閉駆動される。尚、駆動シリンダ２６は油圧駆動であってもよい。

更に型締め機１４は、金型１２が完全に締め合わされる直前に可動側取付盤２２の移動を停止させ、型締め動作を締結直前の状態で保持する機能を有している。締結直前の第１金型１３等と第３金型１７との間隙は、第１金型１３等に形成された微細な凹凸部の深さや形状に対応した値となっている。また型締め機１４は、このように金型１２が完全に締め合わされる直前で停止された状態から、再度可動側取付盤２２を駆動させて、金型１２を所定の圧力で締め合わせる。

射出機２０は、バレル３２と、バレル３２内に設けられたスクリュー３４と、スクリュー３４を駆動させる駆動機構３６を備え、図示しない移動機構により射出機２０の全体が型締め機１４に対して近接、離間することが可能に設けられている。スクリュー３４は、バレル３２の内部において軸回りに回動自在で、かつ軸方向に往復駆動可能に設けられている。駆動機構３６は、スクリュー３４をバレル３２内で軸回りに所定の回転速度で回動させるとともに、バレル３２の軸方向に所定の速度で往復駆動させる。

バレル３２にはホッパ３８が設けてあり、スクリュー３４が回転することにより、ホッパ３８に投入された樹脂原料がバレル３２の内部に引き込まれる。スクリュー３４は、バレル３２内で回転されるとバレル３２内に流入させた樹脂を混練し、また混練に伴う樹脂の発熱や外部からの加熱などにより樹脂を溶融させる。そして、駆動機構３６によりスクリュー３４が軸方向に押し出されると、溶融された樹脂が型締め機１４で締め合わされた金型１２内に所定の圧力で、所望量注入される。

また型締め機１４の図１の右側には第１加熱装置１６が、同左側には第２加熱装置１８が設けられている。両加熱装置は、電熱ヒータと加熱用ランプなどからなり、温度センサ（図示せず。）を備え、型締め機１４から移送されてきた第１金型１３等の温度を検出し、第１金型１３等が所定の温度、および所定の温度状態を有するように第１金型１３等を加熱する。

また第１加熱装置１６は、型締め機１４が第２金型１５と第３金型１７を用いて製品を成形している間に、第１金型１３を所定の温度条件に加熱する。尚、これら加熱装置１６等の加熱手段は、電熱ヒータや加熱用ランプに限るものではなく、加温流体を内部に流通させる方法、誘導加熱を用いて加熱する方法など加熱装置の加熱方法は特に限定しない。

型締め機１４と第１加熱装置１６、および型締め機１４と第２加熱装置１８の間には、移送装置４０が配置されている。移送装置４０は、第１金型１３を第１加熱装置１６と型締め機１４の間で往復動させ、また第２金型１５を第２加熱装置１８と型締め機１４の間で往復動させる。第１金型１３の移送動作と第２金型１５の移送動作は連携されており、第１金型１３と第２金型１５が交互に型締め機１４に搬送される。尚移送装置４０は、第１金型１３等を水平方向に往復移動させるものに限らず、回転方向に移送するものでもよい。また移送装置４０が第１金型１３等を移送する方法は、特に限定しない。

第３金型１７は、第１金型１３および第２金型１５に対して共通の金型であり、上述したように型締め機１４の固定側取付盤２４に取付具２５により固定され、第３金型１７と第１金型１３、および第３金型１７と第２金型１５で、それぞれ一対の金型１２として構成される。

次に、成形装置１０の作用、動作について説明する。

図２に、金型１２を示す。金型１２は、転写金型としての第１金型１３と、第３金型１７との組み合わせからなる一対の金型で、型締め機１４に取り付けられている。成形動作が開始されると、型締め機１４は可動側取付盤２２を駆動させ、金型１２を締め合わせるが、完全に締め切る直前で図３に示すように可動側取付盤２２による型締め動作を停止させる。

かかる状態で射出機２０のスクリュー３４がバレル３２内を前進し、金型１２のキャビティ内部に樹脂が注入される。樹脂は、金型１２のキャビティ全体に行き渡る量が注入され、金型１２のキャビティ内に充填される。しかしながら射出機２０から注入された樹脂は、図４に示すように微細な形状を有する凹凸部の隅部まで完全に流入していない場合があることも考慮されている。

そして射出機２０による樹脂の注入が終了し、かつ樹脂が柔軟な状態の段階で、型締め機１４が再度駆動し、図５に示すように金型１２が完全に締め合わされる。すると、金型１２の締め付けにより樹脂に高い圧力が付与され、図５に示すように第１金型１３に形成された微細な凹凸部内の隅々に樹脂が正確に押し込められる。

次に冷却基盤２８、３０の冷却液通路に冷却液を送通させ、金型１２を所定温度まで冷却させる。金型１２が冷却されたら型締め機１４が駆動シリンダ２６を駆動させ、可動側取付盤２２を移動させる。すると、図６に示すように金型１２が開いて、金型１２から製品が取り出される。

製品が金型１２から取り出されると、次に型締め機１４は、取付具２３を作動させ、第１金型１３を可動側取付盤２２から取り外す。可動側取付盤２２から取り外された第１金型１３は、図７に示すように移送装置４０により、第１加熱装置１６に移送される。

また第１金型１３が第１加熱装置１６に移送されるとほぼ同時に、第２加熱装置１８に送られていた第２金型１５が図８に示すように移送装置４０により型締め機１４に移送されてくる。型締め機１４に移送されてきた第２金型１５は、取付具２３により可動側取付盤２２に固定され、図９に示すように可動側取付盤２２が駆動して第３金型１７と一対の金型１２として締め合わされる。第２金型１５は、第２加熱装置１８により、既に所定の温度状態に加熱されているので、第２金型１５が可動側取付盤２２に固定されると直ちに製品の成形動作を行わせることができる。

一方このように第２金型１５を用いて製品を成形している間、製品を成形し終えた第１金型１３は、第１加熱装置１６により所定の温度状態に加熱される。第１加熱装置１８は、第１金型１３を、第２金型１５と第３金型１７との組み合わせによる金型１２が製品を成形させる前に所定の温度状態にまで加熱する。そして第２金型１５が冷却され製品が取り出されると、第２金型１５が第２加熱装置１８に移送され、それとほぼ同時に第１金型１３が第１加熱装置１６から型締め機１４に移送されてくる。

そして型締め機１４は、再び第１加熱装置１６から移送されてきた第１金型１３と第３金型１７を組み合わせて金型１２を形成し、射出機２０から金型１２のキャビティ内に樹脂を注入して次の製品の成形を行う。第１金型１３は第１加熱装置１６で既に所定の温度状態に加熱されているので、上述したと同様の工程で直ちに製品の成形が行なわれる。このようにして繰り返し成形が行われる。

尚、第３金型１７は、通常の加熱方法で加熱される。例えば冷却基盤３０に加熱流体を通すことなどにより加熱する。第３金型１７のキャビティは、例えば平坦面であるなど、微細な凹凸形状を有さず、従来の加熱方法で対応可能な場合が多いからである。第３金型１７のキャビティにも微細な凹凸部が設けられている場合は、第１金型１３等と同様に加熱装置に移送して加熱することを行ってもよい。

したがって、キャビティ内に注入された樹脂が凹凸部の隅に行き渡らない場合においても、樹脂を金型１２のキャビティ内に注入した後再度型締めを行うため、二度目の型締めにより樹脂に高い圧力が付与され、隙間内に樹脂が圧入されて製品の表面に微細な凹凸形状を形成させることができる。

そして、第１金型１３と第２金型１５のいずれか一方を用いて成形しているときに、他方の金型を第１加熱装置１６もしくは１８により加熱していることから、金型１２を完全に型締めする直前で型締めを停止させ、金型１２内に樹脂を注入した後再度型締めを行う製法においても、製品の成形が終了した後、第１金型１３と第２金型１５とを入れ替えて直ちに製品を成形させることができ、製品の成形時間を短縮できる。

また第１金型１３等を第１加熱装置１６で加熱するなど、金型を個別に加熱するので、金型に合わせて加熱装置が設定でき、第１金型１３等を短時間で、かつ所定の温度状態に正確に加熱できる。これにより、微細な形状を有する製品の成形を正確に行わせることができる。

尚成形装置１０は、型締め機１４で二度目の型締めを行うとき、吸引装置などを用いて金型１２内の空気を除去するようにしてもよい。

本発明にかかる成形装置の一実施形態を示す平面図。 本発明にかかる金型を示す断面図。 図２に示す金型を示す断面図。 図２に示す金型を示す断面図。 図２に示す金型を示す断面図。 図１に示す成形装置の動作を説明する平面図。 図１に示す成形装置の動作を説明する平面図。 図１に示す成形装置の動作を説明する平面図。 図１に示す成形装置の動作を説明する平面図。

符号の説明

１０…成形装置
１２…金型
１３…第１金型
１４…型締め機
１５…第２金型
１６…第１加熱装置
１７…第３金型
１８…第２加熱装置
２０…射出機
２２…可動側取付盤
２４…固定側取付盤
４０…移送装置

Claims (4)

1. 対向して配置された一対の金型の少なくとも一方の金型が微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型であり、型締め機で前記一対の金型どうしを完全に締結させる直前で停止させて該一対の金型が形成するキャビティ内部に樹脂を注入し、その後該金型どうしを完全に締結させて、前記凹凸部の形状を樹脂に転写させる微細形状成形方法において、
   前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を複数備え、一方の前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を用いて製品を成形している間に、加熱装置により他方の前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を加熱させ、前記製品が成形された後前記一対の金型のうちの少なくとも前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を加熱装置に移送させるとともに前記加熱装置で加熱した他方の前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を前記型締め機に移送させ、該他方の微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を用いて製品を成形することを特徴とした微細形状成形方法。
2. 対向して配置された一対の金型の少なくとも一方の金型が微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型であり、型締め機で前記一対の金型どうしを完全に締結させる直前で停止させて該一対の金型が形成するキャビティ内部に樹脂を注入し、その後該金型どうしを完全に締結させて、前記凹凸部の形状を樹脂に転写させる微細形状成形装置において、
   前記一対の金型を型締めする型締め機と、
   型締めされた金型のキャビティ内部に樹脂を注入する射出機と、
   前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する少なくとも２台の金型と、
   前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を加熱する加熱装置と、
   前記型締め機で製品を成形した金型のうち前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を前記加熱装置に移送させるとともに、前記加熱装置により所定の温度条件に加熱された他方の前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を前記型締め機に移送させる移送装置と、から構成したことを特徴とする微細形状成形装置。
3. 前記加熱装置を、前記型締め機の両側に設置し、少なくとも２台の前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を、前記型締め機および前記加熱装置の一方に配置させ、製品を成形した後前記型締め機から前記加熱装置に前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を移送させるとともに、前記一方の加熱装置で加熱された前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を該加熱装置から前記型締め機に移送させることを特徴とした請求項２に記載の微細形状成形装置。
4. 前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を、回転部材に複数取り付け、該回転部材の回動動作により前記微細な形状の凹凸部を成形面に有する金型を前記型締め機と前記加熱装置との間で交互に移動させることを特徴とした請求項２に記載の微細形状成形装置。

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