JP2015074221A - Heat insulation die and method for producing the same - Google Patents

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鳥井秀雄
Hideo Torii
鈴木雄二郎
Yujiro Suzuki
鈴木孝芳
Takayoshi Suzuki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat insulation die having the conventional heat insulation layer made of a porous ferrite film effectively suppressing or preventing the deformation of the die surface under high pressure upon molding.SOLUTION: Provided is a die having a heat insulation layer between a die base material made of metal and a metal film composing a molding face, where, (1) the heat insulation layer includes 1) a porous film in which the crystal grains of ferrite are formed so as to be connected into a three-dimensional network shape and 2) a solid material filled at least into a part of gaps in the porous film, and the space between the heat insulation layer and the metal film is provided with a heat conduction layer having a heat conductivity of 100 W/m K or higher at 100°C.

Description

本発明は、例えば光学素子、精密部品等の樹脂成形のために用いられる断熱金型に関する。より詳しくは、導光板等のように薄板状の樹脂成形品を製造するための断熱金型に関する。   The present invention relates to a heat insulating mold used for resin molding of, for example, optical elements and precision parts. More specifically, the present invention relates to a heat insulating mold for manufacturing a thin plate-like resin molded product such as a light guide plate.

光学素子、精密部品等の製品は合成樹脂の成形品からなるものが多いが、その製品の小型化、高機能化等に伴って成形技術の精密化の要請も高まっている。そのような製品の一例として導光板が挙げられる。   Many products such as optical elements and precision parts are made of synthetic resin moldings, but with the miniaturization and high functionality of the products, there is an increasing demand for precision molding technology. An example of such a product is a light guide plate.

導光板は、例えばパソコン、スマートフォン、タブレット等のディスプレイ部に使用される薄板状材料である。導光板は、側面から入れた光を拡散させ、表面に均一の光を放出させる機能を有するが、光を効率的かつ設計通りに放出させるために、裏表面に精密で微細な凹凸を形成させる必要がある。   A light guide plate is a thin plate-like material used for display parts, such as a personal computer, a smart phone, and a tablet, for example. The light guide plate has the function of diffusing the light entered from the side surface and emitting uniform light on the surface, but in order to emit light efficiently and as designed, it forms precise and fine irregularities on the back surface There is a need.

このような微細な形状をつくりだすための樹脂成形方法として例えば射出成形が挙げられる。射出成形においては、射出成形機のノズルから射出された溶融樹脂は、スプルー、ランナー、ゲート等を通過してキャビティへと充填される。その後、金型を開放することにより、キャビティ内で冷却・固化した樹脂成形品が取り出される。   An example of a resin molding method for producing such a fine shape is injection molding. In injection molding, molten resin injected from a nozzle of an injection molding machine passes through a sprue, a runner, a gate, and the like and is filled into a cavity. Thereafter, by opening the mold, the resin molded product cooled and solidified in the cavity is taken out.

導光板の成形においても、射出成形によって、微細な凹凸パターンを転写面に表面加工した金型からなるキャビティに溶融樹脂を射出し、冷却して固化させ、その微細な凹凸パターンを転写することによって所定の形状が形成された樹脂成形品として取り出される。すなわち、金型のゲート(例:サイドゲート)によって、長方形金型の片側の側面の溝から反対側の側面に向けて、薄く狭い隙間の金型キャビティからなる空間を溶融樹脂が押し流され、金型の転写面の微細パターンを転写することによって所定の形状を有する導光板を得ることができる。   Also in the formation of the light guide plate, by injection molding, molten resin is injected into a cavity made of a mold whose surface is processed with a fine concavo-convex pattern, cooled and solidified, and the fine concavo-convex pattern is transferred It is taken out as a resin molded product having a predetermined shape. That is, the mold gate (for example, side gate) causes the molten resin to flow through the space of the mold cavity with a thin and narrow gap from the groove on one side of the rectangular mold toward the opposite side, A light guide plate having a predetermined shape can be obtained by transferring a fine pattern on the transfer surface of the mold.

より具体的には、導光板等を射出成形する場合、固定型と可動型からなる金型が使用され、固定型と可動型で形成されるキャビティに溶融樹脂が導入される。この場合、溶融樹脂が金型表面と接触することによって、流れる溶融樹脂の表面が冷却されてスキン層が生成する。溶融樹脂は金型表面に熱エネルギーを奪われて冷却されながら微細な凹凸パターン形成面を流れる。流動が終わってパターン全面に溶融樹脂が行きわたった状態で可動型が押し込まれ(すなわち、型締め)、キャビティを小さくすることにより、スキン層が形成された樹脂が金型の凹凸パターン形成面に押し込まれる結果、そのパターンが転写された樹脂成形品を得ることができる。   More specifically, when injection molding a light guide plate or the like, a mold including a fixed mold and a movable mold is used, and molten resin is introduced into a cavity formed by the fixed mold and the movable mold. In this case, when the molten resin comes into contact with the mold surface, the surface of the flowing molten resin is cooled and a skin layer is generated. The molten resin flows on the surface of the fine concavo-convex pattern while being cooled by being deprived of heat energy by the mold surface. After the flow is finished and the molten resin has spread over the entire surface of the pattern, the movable mold is pushed in (that is, mold clamping), and by reducing the cavity, the resin with the skin layer formed on the surface of the mold pattern As a result of the pressing, a resin molded product to which the pattern is transferred can be obtained.

ところが、従来の射出成形では、金型の転写パターンが微細になればなるほど、その微細な凹凸形状のパターンを忠実に転写(再現)しにくくなるという問題がある。これは、金型のキャビティ部分に高温の溶融樹脂が流れ込むときに、冷えた金型表面と接触することによって、流れる樹脂の表面が冷えてスキン層ができて、それが転写を妨げていることが一因となっている。このため、かかる転写不良を防止する目的で、(i)金型に注入する樹脂の温度を高くする、(ii)金型を加熱する、(iii)型締めの圧力を高める等の装置的工夫がなされている。   However, in the conventional injection molding, there is a problem that as the transfer pattern of the mold becomes finer, it becomes more difficult to faithfully transfer (reproduce) the fine uneven pattern. This is because when the molten resin flows into the cavity of the mold, the surface of the flowing resin cools by contacting with the cold mold surface, which prevents the transfer. Contributed to this. For this reason, in order to prevent such a transfer failure, apparatus devise such as (i) increasing the temperature of the resin injected into the mold, (ii) heating the mold, (iii) increasing the pressure of mold clamping, etc. Has been made.

微細形状樹脂成形用の金型を用いた近年の射出樹脂成形において、溶融樹脂が金型に深く形成された微細な加工溝に流れ、その形状を正確に転写するためには、断熱金型が有効とされている(前記(ii)に対応する)。通常の金型(非断熱金型)では、金属製金型の成形面上で成形される高温の溶融樹脂の熱エネルギーが金型に奪われる結果、溶融樹脂が必要以上に温度低下することによって転写不良が生じるのに対し、断熱金型ではそのような転写不良を効果的に回避することができる。   In recent injection resin molding using a mold for molding a fine-shaped resin, in order to accurately transfer the shape of the molten resin that flows into the finely processed grooves deeply formed in the mold, a heat insulating mold is used. Valid (corresponding to (ii) above). In a normal mold (non-insulated mold), the heat energy of the high-temperature molten resin molded on the molding surface of the metal mold is deprived by the mold, resulting in the temperature of the molten resin dropping more than necessary. Whereas transfer defects occur, such heat transfer molds can effectively avoid such transfer defects.

すなわち、断熱金型では、金属皮膜からなる成形面の下層として断熱層が配置されているため、その断熱層のさらに下層にある金属製金型母材に溶融樹脂の熱が伝わりにくくなる。これにより溶融樹脂の温度低下が抑制される結果、高温の溶融樹脂は、金型表面に施された深い溝等の微細加工パターンに低い粘度(すなわち、高い流動性)を維持したまま流れ込むことができるので、そのパターン形状を正確に転写することが可能となる。   That is, in the heat insulating mold, since the heat insulating layer is arranged as a lower layer of the molding surface made of the metal film, the heat of the molten resin is not easily transmitted to the metal mold base material in the lower layer of the heat insulating layer. As a result, the temperature drop of the molten resin is suppressed. As a result, the high-temperature molten resin flows into a microfabrication pattern such as a deep groove formed on the mold surface while maintaining a low viscosity (that is, high fluidity). Therefore, the pattern shape can be accurately transferred.

断熱金型の構造は、金属製金型母材と樹脂の転写面を形成する皮膜の間に、熱伝導性が低くかつ、強度のある断熱層が配置されている。かかる断熱層としては、断熱効果があり、しかも射出成形等の樹脂成形時の成形圧力にも耐える強度を有するセラミックス材料が選択される。例えば、母材と、前記母材の上に溶射によって設けられた断熱層と、前記断熱層の上に設けられた中間層と、前記中間層を覆うとともに、光学素子を成形する成形面を有する表面層とを有する光学素子成形用金型が知られている(特許文献1)。   In the structure of the heat insulating mold, a heat insulating layer having low thermal conductivity and strength is arranged between a metal mold base material and a film forming a resin transfer surface. As the heat insulating layer, a ceramic material having a heat insulating effect and having a strength capable of withstanding a molding pressure during resin molding such as injection molding is selected. For example, a base material, a heat insulating layer provided on the base material by thermal spraying, an intermediate layer provided on the heat insulating layer, and a molding surface that covers the intermediate layer and molds an optical element. An optical element molding die having a surface layer is known (Patent Document 1).

また、本願発明者らは、溶射膜からなる断熱層の加工性等の問題を克服するために、セラミックス材料の断熱金型として、フェライトセラミックスの結晶粒子が三次元網目状に連なって形成された多孔質膜からなり、無数に微細な空隙を有する断熱層をもつ断熱金型に係る発明を先に提案している(特許文献2)。   Moreover, in order to overcome problems such as workability of a heat insulating layer made of a sprayed film, the inventors of the present application formed ferrite ceramic crystal particles in a three-dimensional network as a heat insulating mold for a ceramic material. The invention which concerns on the heat insulation metal mold | die which has a heat insulation layer which consists of a porous membrane and has an infinitely fine space | gap has been proposed previously (patent document 2).

国際公開WO2007/020769International Publication WO2007 / 020769 特許第4966437号Patent No. 4966437

しかしながら、これらの断熱金型にはさらなる改良の余地がある。すなわち、導光板等のような薄板状の樹脂成形品を製造する場合、単に断熱層を設けるだけでは対応できなくなっているのが現状である。目的とする樹脂成形品の厚みが薄くなればなるほど、冷却によるスキン層の影響が大きくなり、断熱金型といえども成形不良が生じるおそれが大きくなる。   However, there is room for further improvement in these heat insulating molds. That is, in the case of manufacturing a thin plate-shaped resin molded product such as a light guide plate, it is currently impossible to simply provide a heat insulating layer. The thinner the target resin molded product, the greater the influence of the skin layer due to cooling, and the greater the risk of molding defects even in a heat insulating mold.

他方、断熱金型を使用するに際し、溶融樹脂の冷却による影響をおさえるために、急速に溶融樹脂を金型に注入すべく、より高い圧力で溶融樹脂を流し込む方法も考えられる。その場合には、繰り返される高圧・高熱衝撃下での使用に耐えることができる断熱金型が必要となるが、そのような耐久性に優れた断熱金型は未だ開発されるに至っていない。このため、従来の断熱金型を高圧・高熱衝撃下で使用したとしても、すぐに金型の変形等が起こるため、複雑で微細なパターンを再現することが困難となり、比較的短期間の使用で金型を交換せざるを得なくなるというのが現状である。   On the other hand, in order to suppress the influence of the cooling of the molten resin when using the heat insulating mold, a method of pouring the molten resin at a higher pressure in order to rapidly inject the molten resin into the mold can be considered. In that case, a heat insulating mold capable of withstanding repeated use under high pressure and high thermal shock is required, but such a heat insulating mold excellent in durability has not yet been developed. For this reason, even if the conventional heat insulation mold is used under high pressure and high thermal shock, the mold will be deformed immediately, making it difficult to reproduce complicated and fine patterns, and relatively short-term use. At present, it is necessary to change the mold.

従って、本発明の主な目的は、より薄い板状成形体であってもパターン形状をより正確に転写でき、なおかつ、耐久性に優れた断熱金型を提供することにある。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a heat insulating mold that can transfer a pattern shape more accurately even if it is a thinner plate-like molded body and that is excellent in durability.

本発明者は、従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、特定の構造を有する断熱金型が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies in view of the problems of the prior art, the present inventor has found that a heat insulating mold having a specific structure can achieve the above object, and has completed the present invention.

すなわち、本発明は、下記の断熱金型に係る。
1. 金属製金型母材と成形面を構成する金属皮膜との間に断熱層を有する金型であって、
(1)前記断熱層は、1)フェライトの結晶粒子が三次元網目状に連なって形成されている多孔質膜及び2)前記多孔質膜中の空隙の少なくとも一部に充填されている固体材料を含み、
(2)前記断熱層と前記金属皮膜との間に、100℃の熱伝導率が100W/m・K以上の熱伝導層を有する、
ことを特徴とする断熱金型。
2. 前記多孔質膜が、1)金属製金型母材の表面又は2)その金型母材表面上に予め形成された金属質層の表面を水熱合成反応させることにより形成されたものである、前記項1に記載の断熱金型。
3. フェライトが、下記一般式
Fe3−x(但し、Aはスピネル型酸化鉄の結晶を構成するFeサイトに置換し得る金属元素の少なくとも1種を示し、xは0≦x<1を満たす。)
で示されるスピネル型結晶構造を有する化合物である、前記項1又は2に記載の断熱金型。
4. 前記Aが、Ca、Zn、Mn、Al、Cr、Li及びMgの少なくとも1種である、前記項3に記載の断熱金型。
5. 固体材料が無機酸化物ガラスである、前記項1〜4のいずれかに記載の断熱金型。
6. 無機酸化物ガラスが、1)ホウケイ酸ガラス、2)シリカガラス及び3)これらにアルミニウム、チタン、ジルコニウム、スズ及び鉄の少なくとも1種を含むガラスの少なくとも1種である、前記項5に記載の断熱金型。
7. 固体材料が、無機酸化物の液状原料を前記気孔に含浸させた後、酸化性雰囲気中で熱処理することによって生成されたものである、前記項1〜6のいずれかに記載の断熱金型。
8. 液状原料が、無機酸化物の前駆体化合物及び溶媒を含む、前記項7に記載の断熱金型。
9. 樹脂成分を含む組成物の成形のために用いる、前記項1〜8のいずれかに記載の断熱金型。
That is, this invention concerns on the following heat insulation metal mold | die.
1. A mold having a heat insulating layer between a metal mold base material and a metal film constituting the molding surface,
(1) The heat insulating layer includes: 1) a porous film formed by connecting ferrite crystal particles in a three-dimensional network; and 2) a solid material filled in at least a part of voids in the porous film. Including
(2) Between the heat insulating layer and the metal film, a heat conductive layer having a heat conductivity of 100 ° C. of 100 W / m · K or more is provided.
Insulation mold characterized by that.
2. The porous film is formed by hydrothermal synthesis reaction of 1) the surface of a metal mold base material or 2) the surface of a metal layer previously formed on the surface of the mold base material. The heat insulation mold according to Item 1 above.
3. The ferrite has the following general formula A x Fe 3−x O 4 (where A represents at least one metal element that can be substituted for the Fe site constituting the spinel-type iron oxide crystal, and x is 0 ≦ x <1. Meet)
Item 3. The heat-insulating mold according to Item 1 or 2, which is a compound having a spinel crystal structure represented by:
4). Item 4. The heat insulating mold according to Item 3, wherein A is at least one of Ca, Zn, Mn, Al, Cr, Li, and Mg.
5. Item 5. The heat insulating mold according to any one of Items 1 to 4, wherein the solid material is inorganic oxide glass.
6). Item 6. The inorganic oxide glass according to Item 5, wherein the inorganic oxide glass is at least one of 1) borosilicate glass, 2) silica glass, and 3) glass containing at least one of aluminum, titanium, zirconium, tin, and iron. Insulation mold.
7). Item 7. The heat insulating mold according to any one of Items 1 to 6, wherein the solid material is produced by impregnating the pores with a liquid raw material of an inorganic oxide and then heat-treating in an oxidizing atmosphere.
8). Item 8. The heat insulating mold according to Item 7, wherein the liquid raw material contains a precursor compound of an inorganic oxide and a solvent.
9. The heat insulation metal mold | die in any one of said claim | item 1-8 used for shaping | molding of the composition containing a resin component.

本発明によれば、特に、特定構造からなる断熱層とその上層に形成された熱伝導層とを有することから、次のような優れた効果を得ることができる。   According to the present invention, the following excellent effects can be obtained particularly because the heat insulating layer having a specific structure and the heat conductive layer formed thereon are provided.

すなわち、断熱金型の平面方向(水平方向)においては、熱伝導層が形成されているので優れた熱伝導性を発揮することができる。このため、高圧で注入された溶融樹脂の熱エネルギーの局所的授受によって起こる熱膨張差(熱エネルギーの授受領域とその周囲との間で生じる熱膨張差)で発生する応力による金属皮膜・断熱層間の密着性の劣化を効果的に防止することができる。その一方、断熱金型の垂直方向(鉛直方向)については、断熱層によって優れた断熱性を発揮することができると同時に、断熱層自体が高い強度を有することから断熱層そのものの耐久性に優れるだけでなく、高圧下での溶融樹脂による熱伝導層等の変形も効果的に抑制できる。その結果、長期間の繰り返し使用でも転写の正確性・信頼性を維持できる断熱金型を提供することができる。   That is, in the planar direction (horizontal direction) of the heat insulating mold, a heat conductive layer is formed, so that excellent heat conductivity can be exhibited. For this reason, the metal film / insulation layer due to stress generated by the difference in thermal expansion (thermal expansion difference between the thermal energy transfer area and its surroundings) caused by local transfer of thermal energy of the molten resin injected at high pressure It is possible to effectively prevent the deterioration of the adhesion. On the other hand, in the vertical direction (vertical direction) of the heat insulating mold, the heat insulating layer can exhibit excellent heat insulating properties, and at the same time, since the heat insulating layer itself has high strength, the heat insulating layer itself has excellent durability. In addition, deformation of the heat conduction layer and the like due to the molten resin under high pressure can be effectively suppressed. As a result, it is possible to provide a heat insulating mold that can maintain the accuracy and reliability of transfer even after repeated use over a long period of time.

より具体的には、従来技術の断熱金型と比較して、高い成形圧力を必要とする樹脂成形の際に、断熱層の強度劣化が原因で起こる金型表面の凹みの発生が起こり難くなると同時に、大面積かつ薄板形状のキャビティにおいて、溶融樹脂が注入箇所から冷却により形成されるスキン層を薄くしたままで到達箇所まで熱衝撃を緩和しながら到達させ、複雑な微細形状パターンを正確に転写することができる。その結果、樹脂成形に際して、一つの金型の成形繰り返し使用の回数が格段に増加させることができ、ひいては断熱金型の長寿命化によりランニングコスト(樹脂成形品の製造コスト)の低減化を図ることが可能になる。   More specifically, when resin molding that requires high molding pressure is performed compared to the conventional heat insulating mold, it is difficult to cause dents on the mold surface due to the deterioration of the strength of the heat insulating layer. At the same time, in a large-area, thin-plate shaped cavity, the molten resin reaches the arrival point while reducing the thermal shock while keeping the skin layer formed by cooling from the injection point thin, and accurately transfers complex fine shape patterns can do. As a result, the number of repeated molding of one mold can be significantly increased during resin molding, and as a result, the running cost (manufacturing cost of the resin molded product) is reduced by extending the life of the heat insulating mold. It becomes possible.

このような特徴を有する本発明の断熱金型は、特に微細形状を有する樹脂成形品の製造に好適である。従って、例えば光学部品(プリズムシート、導光板、CD・DVDディスク等の光ディスク、回折レンズ)等の製造にも有用である。特に、例えば厚さ3mm以下の薄板状樹脂成形品の製造にも好適に用いることができる。   The heat insulating mold of the present invention having such characteristics is particularly suitable for the production of a resin molded product having a fine shape. Therefore, it is useful for manufacturing optical components (prism sheet, light guide plate, optical disk such as CD / DVD disk, diffractive lens), and the like. In particular, it can be suitably used for the production of a thin plate-like resin molded product having a thickness of 3 mm or less, for example.

本発明の実施例1における断熱金型の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the heat insulation metal mold | die in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における断熱金型の作製工程を示す図である。It is a figure which shows the preparation process of the heat insulation metal mold | die in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における断熱金型の断熱層を形成する工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process of forming the heat insulation layer of the heat insulation metal mold | die in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における断熱金型の断熱層の作製に使用した液状原料の含浸装置の概略図である。It is the schematic of the impregnation apparatus of the liquid raw material used for preparation of the heat insulation layer of the heat insulation metal mold | die in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における本発明の断熱層(a)と従来の断熱層(b)のX線回折パターンを示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern of the heat insulation layer (a) of this invention in Example 1 of this invention, and the conventional heat insulation layer (b). 本発明の実施例1における本発明の断熱層(a)と従来の断熱層(b)の表面及び断面の走査型電子顕微鏡像である。It is the scanning electron microscope image of the surface and cross section of the heat insulation layer (a) of this invention in Example 1 of this invention, and the conventional heat insulation layer (b). 本発明の実施例1における断熱性評価用の測定試料の概略断面構成図を示す図である。It is a figure which shows the general | schematic cross-section block diagram of the measurement sample for thermal insulation evaluation in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における断熱性評価装置の概略図である。It is the schematic of the heat insulation evaluation apparatus in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における本発明の断熱金型の断熱層(a)と従来の断熱層(b)の断熱性の評価結果を示す図である。It is a figure which shows the heat insulation evaluation result of the heat insulation layer (a) of the heat insulation metal mold | die of this invention in Example 1 of this invention, and the conventional heat insulation layer (b). 本発明の実施例1における断熱層の圧縮強度の評価試料の斜視図及び断面図である。It is the perspective view and sectional drawing of the evaluation sample of the compressive strength of the heat insulation layer in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における断熱層の圧縮強度の評価装置の概略図である。It is the schematic of the evaluation apparatus of the compressive strength of the heat insulation layer in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における本発明の断熱層及び従来の断熱層の押し込み圧力と凹み量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the indentation pressure of the heat insulation layer of this invention in Example 1 of this invention, and the conventional heat insulation layer, and the amount of dents. 本発明の実施例1における熱伝導層の熱伝導性の評価装置の概略図である。It is the schematic of the evaluation apparatus of the heat conductivity of the heat conductive layer in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1及び実施例2における熱伝導層の熱伝導性効果の評価結果を示す図である。図14中において「(a)」は実施例1、「(b)」は実施例2を示す。It is a figure which shows the evaluation result of the heat conductive effect of the heat conductive layer in Example 1 and Example 2 of this invention. In FIG. 14, “(a)” indicates the first embodiment, and “(b)” indicates the second embodiment. 本発明の実施例2及び実施例4におけるそれぞれの断熱層のX線回折パターンを示す図である。図15中において「(1)」は実施例2、「(2)」は実施例4を示す。It is a figure which shows the X-ray-diffraction pattern of each heat insulation layer in Example 2 and Example 4 of this invention. In FIG. 15, “(1)” indicates the second embodiment, and “(2)” indicates the fourth embodiment. 本発明金型を用いて溶融樹脂を成形した樹脂成形品(導光板)の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the resin molded product (light guide plate) which shape | molded molten resin using this invention metal mold | die. 本発明金型を用いて溶融樹脂を成形する場合の工程例を示す図である。It is a figure which shows the process example in the case of shape | molding molten resin using this invention metal mold | die. 本発明金型の層構成の一例を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows an example of the layer structure of this invention metal mold | die. 本発明金型の断熱層の構造を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the heat insulation layer of this invention metal mold | die. 本発明において、気孔率を測定する方法を示す模式図である。In this invention, it is a schematic diagram which shows the method of measuring a porosity.

1、61 断熱金型
2、62 金属製金型母材
3、23、43、63 金属質層
4、24、44、64 断熱層
5、25、65 接合層
6、26、56、66 熱伝導層
6a、26a 第1熱伝導層
6b、26b 第2熱伝導層
7、27、57、67 金属皮膜
7a 第1金属皮膜
7b 第2金属皮膜
7s、67s 精密加工表面
11 含浸装置
12 液状原料
13 原料容器
14、21、41、51 試料
15 含浸チャンバー
16、18 バルブ
17 配管
19 真空排気ポンプ
20 真空計
22 金属基材
29 熱電対挿入孔
31 断熱性評価装置
32、72 比較試料
33 第2比較試料
34、74 電熱ヒータ
35、75 金属板
36、37、38、76、77 熱電対
39、79 マルチ温度レコーダ
40、80 断熱カバー
42、52 基板
45 押圧試験評価装置
46 試料台
47 架台
48 油圧シリンダ
49 ピストンロッド
50 押圧治具
62a 金属製金型母材の上面の中心領域
62b 金属製金型母材の上面の周囲領域
64a 多孔質膜
64b 固体材料
71 熱伝導性評価装置
73 断熱板
91 導光板樹脂成形品
92 導光板
93 スプルー部
94 ランナー部
95 ゲート部
101 固定型
102 可動型
103 枠体部
104 突出ピン
105 スプルー
106 ランナー
107 キャビティ
108 樹脂
1, 61 Heat insulation mold 2, 62 Metal mold base material 3, 23, 43, 63 Metal layer 4, 24, 44, 64 Heat insulation layer 5, 25, 65 Bonding layer 6, 26, 56, 66 Heat conduction Layer 6a, 26a First heat conductive layer 6b, 26b Second heat conductive layer 7, 27, 57, 67 Metal film 7a First metal film 7b Second metal film 7s, 67s Precision machined surface 11 Impregnation device 12 Liquid material 13 Material Container 14, 21, 41, 51 Sample 15 Impregnation chamber 16, 18 Valve 17 Piping 19 Vacuum exhaust pump 20 Vacuum gauge 22 Metal base material 29 Thermocouple insertion hole
31 Thermal insulation evaluation device 32, 72 Comparative sample 33 Second comparative sample
34, 74 Electric heater 35, 75 Metal plate
36, 37, 38, 76, 77 Thermocouple 39, 79 Multi-temperature recorder 40, 80 Thermal insulation cover 42, 52 Substrate 45 Press test evaluation device 46 Sample stand 47 Mounting stand 48 Hydraulic cylinder 49 Piston rod 50 Pressing jig 62a Metallic metal Central region 62b of the upper surface of the mold base material 64b Peripheral region of the upper surface of the metal mold base material 64a Porous film 64b Solid material 71 Thermal conductivity evaluation device 73 Heat insulation plate 91 Light guide plate resin molded product 92 Light guide plate 93 Sprue portion 94 Runner Part 95 Gate part 101 Fixed mold 102 Movable mold 103 Frame part 104 Projection pin 105 Sprue 106 Runner 107 Cavity 108 Resin

1.断熱金型
本発明の断熱金型(本発明金型)は、金属製金型母材と成形面を構成する金属皮膜との間に断熱層を有する金型であって、
(1)前記断熱層は、1)フェライトの結晶粒子が三次元網目状に連なって形成されている多孔質膜及び2)前記多孔質膜中の空隙の少なくとも一部に充填されている固体材料を含み、
(2)前記断熱層と前記金属皮膜との間に、100℃における熱伝導率100W/m・K以上の熱伝導層を有する、
ことを特徴とする。
1. Heat insulation mold The heat insulation mold of the present invention (the present invention mold) is a mold having a heat insulation layer between a metal mold base material and a metal film constituting a molding surface,
(1) The heat insulating layer includes: 1) a porous film formed by connecting ferrite crystal particles in a three-dimensional network; and 2) a solid material filled in at least a part of voids in the porous film. Including
(2) Between the heat insulating layer and the metal film, a thermal conductive layer having a thermal conductivity of 100 W / m · K or higher at 100 ° C. is provided.
It is characterized by that.

上記のように、本発明金型は、基本構成として、金属製金型母材、断熱層、熱伝導性金属層及び金属皮膜を含むものであるが、必要に応じて他の層が含まれていても良い。以下、各層の構成について説明する。   As described above, the mold according to the present invention includes a metal mold base material, a heat insulating layer, a heat conductive metal layer, and a metal film as a basic structure, but includes other layers as necessary. Also good. Hereinafter, the configuration of each layer will be described.

なお、本発明において、特にことわりのない限り、「金属」は、金属単体に加え、合金、金属間化合物、さらには半金属も含む意である。また、本発明における熱伝導率は、特にことわりのない限り、1気圧・100℃の熱伝導率をいう。   In the present invention, unless otherwise specified, “metal” includes an alloy, an intermetallic compound, and a metalloid in addition to a single metal. Further, the thermal conductivity in the present invention refers to a thermal conductivity of 1 atm and 100 ° C. unless otherwise specified.

本発明金型の構成例の概要図を図18に示す。図18の断熱金型61は、金属製金型母材62、断熱層64、熱伝導層66及び金属皮膜67を基本構成とするものである。   A schematic diagram of a configuration example of the mold of the present invention is shown in FIG. The heat insulation mold 61 of FIG. 18 has a metal mold base material 62, a heat insulation layer 64, a heat conduction layer 66, and a metal film 67 as a basic configuration.

この断熱金型61においては、断熱層64は、金属製金型母材62の成形面側の上面の周囲領域62bを残して中心領域62a上に形成されている。図18では、中心領域62aは周囲領域62bよりも高い位置になるように設計されているが、中心領域と周囲領域とは同じ高さに設定することもできる。   In this heat insulating mold 61, the heat insulating layer 64 is formed on the central region 62 a leaving the peripheral region 62 b on the upper surface of the metal mold base material 62 on the molding surface side. In FIG. 18, the center region 62a is designed to be higher than the surrounding region 62b. However, the center region and the surrounding region can be set at the same height.

断熱層64の基本構造の模式図を図19に示す。図19は、金属製金型母材62、断熱層64及び接合層65の3層構造部分を拡大したものである。断熱層64は、フェライトの結晶粒子(結晶性粒子)が三次元網目状に連結してなる多孔質膜64aとその空隙に含まれる固体材料(固形硬質材料)64bから構成されている。換言すれば、断熱層64は、多孔質膜64aをマトリックス(所定の強度をもつ骨格)とし、固体材料64bを分散材とする複合材料からなる構造となっている。これによって、優れた断熱性を発揮するとともに、特に断熱層の厚み方向(鉛直方向)における強度をより高めることができる。   A schematic diagram of the basic structure of the heat insulating layer 64 is shown in FIG. FIG. 19 is an enlarged view of the three-layer structure portion of the metal mold base material 62, the heat insulating layer 64, and the bonding layer 65. The heat insulating layer 64 is composed of a porous film 64a in which ferrite crystal particles (crystalline particles) are connected in a three-dimensional network and a solid material (solid hard material) 64b contained in the voids. In other words, the heat insulating layer 64 has a structure made of a composite material in which the porous film 64a is a matrix (a skeleton having a predetermined strength) and the solid material 64b is a dispersing material. Thereby, while exhibiting the outstanding heat insulation, especially the intensity | strength in the thickness direction (vertical direction) of a heat insulation layer can be raised more.

また、この断熱金型のように、金属製金型母材62と断熱層64との間に必要に応じて金属質層63を形成することもできる。金属質層を設けることによって金属製金型母材と断熱層との密着性(接合性)をより高めることができる。   Moreover, the metallic layer 63 can also be formed between the metal mold base material 62 and the heat insulation layer 64 as needed, like this heat insulation mold. By providing the metallic layer, the adhesion (bondability) between the metal mold base material and the heat insulating layer can be further enhanced.

図18の断熱金型では、断熱層64上に接合層65が形成されており、さらにその上に熱伝導層66が形成されている。すなわち、断熱層64と熱伝導層66との間の接合性をより高めるため、必要に応じて接合層65を設けることもできる。特に、図18に示すように、断熱層64の上面及び側面を取り囲むように接合層65を形成することが望ましい。また、接合層65の両端部は、その接合効果をより高めるべく、図18に示すように、断熱層64の下面より低い位置まで延伸されていることが望ましい。   In the heat insulating mold of FIG. 18, a bonding layer 65 is formed on the heat insulating layer 64, and a heat conductive layer 66 is further formed thereon. That is, in order to further improve the bonding property between the heat insulating layer 64 and the heat conductive layer 66, the bonding layer 65 may be provided as necessary. In particular, as shown in FIG. 18, it is desirable to form the bonding layer 65 so as to surround the upper surface and the side surface of the heat insulating layer 64. Further, it is desirable that both end portions of the bonding layer 65 are extended to a position lower than the lower surface of the heat insulating layer 64 as shown in FIG. 18 in order to further enhance the bonding effect.

金属皮膜67は、熱伝導層66の上に形成されている。この断熱金型では、金属皮膜67も熱伝導層66に追従するようなかたちで断熱層64の上面及び側面を取り囲むように形成されている。金属皮膜67の上面(成形面)には、所定の凹凸形状からなる精密加工表面67sが形成されている。   The metal film 67 is formed on the heat conductive layer 66. In this heat insulating mold, the metal film 67 is also formed so as to surround the upper surface and the side surface of the heat insulating layer 64 so as to follow the heat conductive layer 66. On the upper surface (molding surface) of the metal film 67, a precision processed surface 67s having a predetermined uneven shape is formed.

以下において、本発明金型の基本構造をなす金属製金型母材、断熱層、熱伝導層及び金属皮膜のほか、金属質層、接合層等の各層について説明する。   Hereinafter, the metal mold base material, the heat insulating layer, the heat conductive layer, and the metal film, which form the basic structure of the mold of the present invention, as well as the layers such as the metallic layer and the bonding layer will be described.

金属製金型母材
金属製金型母材は、金属から構成されていれば良く、公知又は市販の金型で用いられる材質と同じものであっても良い。例えば、鉄、アルミニウム、銅等の金属(金属単体)、
炭素鋼、ステンレス鋼、銅合金、チタン合金等の合金等が挙げられる。また、金属製金型母材は、溶製材又は焼結体のいずれであっても良い。特に、本発明では、硬度と加工性の両立から金属製金型母材として鉄系金属を用いることが好ましい。すなわち、金属鉄及び鉄合金の少なくとも1種の鉄系金属を用いることが好ましい。鉄合金としては特に限定されず、例えば炭素鋼、ステンレス鋼(SUS)、クロムモリブデン鋼等を好適に用いることができる。
Metal mold base metal The metal mold base material only needs to be made of metal, and may be the same material as that used in known or commercially available molds. For example, metal (metal simple substance) such as iron, aluminum, copper,
Examples of the alloy include carbon steel, stainless steel, copper alloy, and titanium alloy. Further, the metal mold base material may be either a melted material or a sintered body. In particular, in the present invention, it is preferable to use an iron-based metal as a metal mold base material in order to achieve both hardness and workability. That is, it is preferable to use at least one iron-based metal of metallic iron and iron alloy. It does not specifically limit as an iron alloy, For example, carbon steel, stainless steel (SUS), chromium molybdenum steel etc. can be used suitably.

また、金属製金型母材の成形面側は、平面又は曲面のいずれの形状をなしていても良く、また最終成形体に付与すべき微細形状の反転型となっていても良く、目的とする成形体の形状に応じて適宜構成することができる。例えば、特に金型が深い凹部(溝部)を必要とする場合は、金属製金型母材の成形面側に予め成形面に転写すべき形状の反転型又はそれに類似する形状(凹部)が形成されていても良い。   Further, the molding surface side of the metal mold base material may be either a flat surface or a curved surface, and may be a reversing mold of a fine shape to be imparted to the final molded body. It can comprise suitably according to the shape of the molded object to perform. For example, in particular, when the mold requires a deep recess (groove), an inverted mold having a shape to be transferred to the molding surface in advance or a similar shape (concave) is formed on the molding surface side of the metal mold base material. May be.

断熱層
本発明金型における断熱層は、1)フェライトの結晶粒子が三次元網目状に連なって形成されている多孔質膜及び2)前記多孔質膜中の空隙の少なくとも一部に充填されている固体材料を含む。このように、本発明金型では、断熱層がその多孔質構造(多孔質で結晶質のフェライト膜(すなわち、スピネル型鉄系酸化物))の空隙を固体材料で詰められた構造からなるため、本発明金型の使用時において、高い断熱性が得られると同時に、樹脂成形の際の高圧力で断熱層の変形による金型表面の変形が抑制ないしは防止することができる。より具体的には、断熱性については、特に断熱層が金属製金型母材と成形面を構成する金属皮膜との間に形成されていることから、溶融している樹脂成形材料のもつ熱エネルギーが金属製金型母材に急速に奪われる現象を効果的に抑制ないしは防止することができる。強度については、従来の多孔質膜を断熱層として採用する断熱金型では、多孔質層を構成する骨格部分が高圧の溶融樹脂で崩れ、ひいては多孔質層の陥没に伴う変形が生じるのに対し、本発明の断熱層では特定のフェライト多孔質膜とその微細な空隙を充填する固体材料との複合材料で構成されているので従来の断熱金型で生じるような変形等を効果的に防止することができる。
Heat-insulating layer The heat-insulating layer in the mold of the present invention is filled with 1) a porous film in which ferrite crystal particles are formed in a three-dimensional network, and 2) at least part of voids in the porous film. Containing solid material. As described above, in the mold of the present invention, the heat insulating layer has a structure in which voids of the porous structure (porous and crystalline ferrite film (that is, spinel iron-based oxide)) are filled with a solid material. When using the mold of the present invention, high heat insulating properties can be obtained, and at the same time, deformation of the mold surface due to deformation of the heat insulating layer can be suppressed or prevented at high pressure during resin molding. More specifically, with respect to heat insulation, since the heat insulation layer is formed between the metal mold base material and the metal film constituting the molding surface, the heat of the molten resin molding material It is possible to effectively suppress or prevent a phenomenon in which energy is rapidly taken away by a metal mold base material. In terms of strength, in a heat insulating mold that employs a conventional porous film as a heat insulating layer, the skeletal portion constituting the porous layer collapses due to the high-pressure molten resin, which in turn causes deformation due to the depression of the porous layer. The heat insulation layer of the present invention is composed of a composite material of a specific ferrite porous membrane and a solid material filling the fine voids, so that deformation and the like that occur in a conventional heat insulation mold are effectively prevented. be able to.

本発明金型では、断熱層としては、例えば図19で示した断熱層64のように、フェライトの結晶粒子が三次元網目状に連結してなる多孔質膜64aとその多孔質膜中の空隙(気孔)の少なくとも一部に充填されている固体材料64bとからなる構造を好適に採用することができる。   In the mold of the present invention, as the heat insulating layer, for example, as in the heat insulating layer 64 shown in FIG. 19, a porous film 64a in which ferrite crystal particles are connected in a three-dimensional network and voids in the porous film A structure composed of the solid material 64b filled in at least a part of the (pores) can be suitably employed.

多孔質膜は、フェライト結晶粒子(結晶性のフェライトの粒子)が三次元網目状に連なって形成されて構成されている。本発明では、金属酸化物の中でも特にフェライトを採用することにより、より高い断熱性が得られるとともに、その下地である金属製金型又は金属質層との高い密着性を発揮することができる。フェライトの結晶粒子は、双晶であっても良いし、複数の結晶が繋がったものであっても良い。また、多孔質膜を構成するフェライトの結晶粒子は、後述するように、スピネル型結晶構造であるものが好ましい。   The porous film is formed by forming ferrite crystal particles (crystalline ferrite particles) in a three-dimensional network. In the present invention, by adopting ferrite among metal oxides in particular, higher heat insulation can be obtained, and high adhesion to a metal mold or a metal layer that is the base can be exhibited. The ferrite crystal particles may be twins or may be a series of crystals. The ferrite crystal particles constituting the porous film preferably have a spinel crystal structure as will be described later.

多孔質膜は、フェライトの結晶粒子が三次元網目状に連なって形成されていれば特にその形態等は限定されない。例えば、丸みを帯びておらず、1又は2以上の角部を有する多面体形状の結晶粒子が複数連なって三次元網目構造から多孔質膜が形成されていても良い。この場合、多孔質膜中の空隙は、開放気孔であり、かつ、連通孔となっている。これにより、固体材料の液状原料を空隙に注入(含浸)させることにより、多孔質膜内部全体に固体材料を効率良く充填することができる。   The form of the porous film is not particularly limited as long as ferrite crystal particles are formed in a three-dimensional network. For example, a porous film may be formed from a three-dimensional network structure in which a plurality of polyhedral crystal particles that are not rounded and have one or more corners are connected. In this case, the voids in the porous film are open pores and communication holes. Thereby, the solid material can be efficiently filled in the entire porous membrane by injecting (impregnating) the liquid material of the solid material into the voids.

本発明では、フェライトとして、下記一般式
Fe3−x(但し、Aはスピネル型酸化鉄の結晶を構成するFeサイトに置換し得る金属元素の少なくとも1種を示し、xは0≦x<1を満たす。)
で示されるスピネル型結晶構造を有する化合物であることが好ましい。
In the present invention, the ferrite has the following general formula A x Fe 3-x O 4 (where A represents at least one metal element that can be substituted for the Fe site constituting the spinel-type iron oxide crystal, and x represents 0 ≦ x <1 is satisfied.)
It is preferable that it is a compound which has a spinel type crystal structure shown by these.

前記xは、0≦x<1であるので、x=0の場合、すなわち鉄フェライト(すなわちスピネル型酸化鉄Fe)である場合が包含されるほか、Feサイトの一部を他の金属元素で置換された組成であっても良い。 Since x is 0 ≦ x <1, the case of x = 0, that is, the case of iron ferrite (that is, spinel-type iron oxide Fe 3 O 4 ) is included, and a part of the Fe site is replaced with other parts. The composition may be substituted with a metal element.

前記Aは、前記の通り、スピネル型酸化鉄の結晶を構成するFeサイトに置換し得る金属元素の少なくとも1種であれば限定されないが、特にCa、Zn、Mn、Al、Cr、Li及びMgの少なくとも1種であることが望ましい。従って、本発明では、A成分がCa、Zn、Mn、Al、Cr、Li及びMgの少なくとも1種である組成であっても良い。このような組成自体としては、公知のものであれば良く、例えば、Ca0.5Fe2.5、ZnFe、MnFe、AlFe、CrFe、Li0.5Fe2.5、MgFe等の少なくとも1種を挙げることができる。 As described above, A is not limited as long as it is at least one metal element that can be substituted for the Fe site constituting the spinel-type iron oxide crystal, but Ca, Zn, Mn, Al, Cr, Li, and Mg are not particularly limited. It is desirable to be at least one of these. Therefore, in the present invention, a composition in which the A component is at least one of Ca, Zn, Mn, Al, Cr, Li, and Mg may be used. Such a composition itself may be any known one, for example, Ca 0.5 Fe 2.5 O 4 , ZnFe 2 O 4 , MnFe 2 O 4 , AlFe 2 O 4 , CrFe 2 O 4 , Li can be mentioned 0.5 Fe 2.5 O 4, MgFe least one such 2 O 4.

多孔質膜の気孔率(固体材料が充填される前の状態における気孔率)は限定的ではないが、より高い断熱性能を達成できるという見地より通常5〜75%程度、特に40〜60%の範囲内とすることが好ましい。気孔率は、特に合成温度、原料濃度等の合成条件によって制御することができる。本発明における気孔率の測定方法は、後記の実施例1で示す方法による。   The porosity of the porous membrane (porosity in the state before being filled with the solid material) is not limited, but is usually about 5 to 75%, particularly 40 to 60% from the viewpoint that higher heat insulation performance can be achieved. It is preferable to be within the range. The porosity can be controlled by synthesis conditions such as synthesis temperature and raw material concentration. The method for measuring the porosity in the present invention is based on the method shown in Example 1 described later.

多孔質膜は、特に1)金属製金型母材の表面又は2)その金型母材表面上に予め形成された金属質層の表面を水熱合成反応させることにより形成されたものであることが望ましい。このように形成される多孔質構造体は、その下地となる金属製金型母材等と一体的に形成される結果、断熱層を強固に接合・固定することができる。   In particular, the porous membrane is formed by hydrothermal synthesis reaction of 1) the surface of a metal mold base material or 2) the surface of a metal layer previously formed on the surface of the mold base material. It is desirable. The porous structure formed in this way is integrally formed with a metal mold base material or the like serving as the base, so that the heat insulating layer can be firmly bonded and fixed.

多孔質膜中の空隙の少なくとも一部に充填されている固体材料としては限定的ではないが、特に断熱性に優れるとともにゾルゲル法等で合成できるという点で、無機酸化物ガラスを好適に用いることができる。前記ガラスは、添加組成にもよるが熱伝導率が一般に約1W/m・Kの値であり、多孔質を形成するフェライト(スピネル型鉄フェライト:熱伝導率6.2W/m・K)に比べて熱伝導性が低い物質である。   Although it is not limited as a solid material filled in at least a part of the voids in the porous membrane, inorganic oxide glass is preferably used because it is particularly excellent in heat insulation and can be synthesized by a sol-gel method or the like. Can do. Depending on the additive composition, the glass generally has a thermal conductivity of about 1 W / m · K, and is a porous ferrite (spinel type iron ferrite: thermal conductivity 6.2 W / m · K). It is a substance with lower thermal conductivity.

無機酸化物ガラスとしては、特にその種類(ガラス組成)は限定されず、シリカガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、鉛ガラス、無アルカリガラス等の公知のガラス組成から適宜選択することができる。また、これらの各ガラスにそれ以外の金属成分を含むガラス組成も本発明に包含される。前記の金属成分としては、特に限定されないが、強度及び製造効率の観点からアルミニウム、チタン、スズ、ジルコニウム、鉄、クロム、亜鉛、マンガン等の少なくとも1種を好適に採用することができる。   The kind (glass composition) of the inorganic oxide glass is not particularly limited, and can be appropriately selected from known glass compositions such as silica glass, soda lime glass, borosilicate glass, lead glass, and alkali-free glass. . Moreover, the glass composition which contains a metal component other than that in each of these glass is also included by this invention. Although it does not specifically limit as said metal component, At least 1 sort (s), such as aluminum, titanium, tin, zirconium, iron, chromium, zinc, manganese, can be employ | adopted suitably from a viewpoint of intensity | strength and manufacturing efficiency.

この中でも、本発明では、強度上及び製造工程上の見地より、例えば1)ホウケイ酸塩ガラス、2)シリカガラス及び3)これらの組成にアルミニウム、チタン、スズ、ジルコニウム及び鉄の少なくとも1種を含む無機酸化物ガラスの少なくとも1種を好適に用いることができる。   Among these, in the present invention, from the viewpoint of strength and manufacturing process, for example, 1) borosilicate glass, 2) silica glass, and 3) at least one of aluminum, titanium, tin, zirconium, and iron is included in these compositions. At least one kind of inorganic oxide glass can be suitably used.

本発明金型では、多孔質膜の空隙の一部又は全部を固体材料で充填されているものであるが、その充填割合は、多孔質膜の気孔率、所望の断熱層強度等に応じて適宜設定することができる。   In the mold of the present invention, part or all of the voids of the porous membrane are filled with a solid material, and the filling ratio depends on the porosity of the porous membrane, the desired heat insulating layer strength, etc. It can be set appropriately.

断熱層の厚みは、用いる成形材料の種類、所望の断熱性等に応じて適宜設定すれば良いが、一般的には15μm以上の範囲内で設定することができる。特に、15〜1000μmであることが好ましく、さらに30〜150μmであることがより好ましい。断熱層の厚みを上記範囲内に設定することによって、下地となる型形状(基材表面)を均一の膜厚でより効果的にトレースすることができる。   The thickness of the heat insulating layer may be appropriately set according to the type of molding material to be used, desired heat insulating properties, etc., but can generally be set within a range of 15 μm or more. In particular, it is preferably 15 to 1000 μm, and more preferably 30 to 150 μm. By setting the thickness of the heat insulating layer within the above range, it is possible to more effectively trace the base mold shape (base material surface) with a uniform film thickness.

熱伝導層
本発明金型では、前記断熱層と前記金属皮膜との間に、100℃における熱伝導率が100W/m・K以上の熱伝導層を有する。熱伝導層を断熱層と前記金属皮膜との間に配置することによって、水平方向の熱伝導性を高め、注入された溶融樹脂の進行方向の流路を加温し、溶融樹脂の急速な温度低下を効果的に抑制することができる結果、成形面全体の凹凸に満遍なく溶融樹脂を充填することができ、所定のパターン形状をより確実に転写することが可能となる。同時に、キャビティ(成形空間)への溶融樹脂の高速注入の際に、溶融樹脂から金属皮膜表面に局所的に与えられた熱エネルギーが、熱伝導層によって瞬時に熱伝導層内で周辺に拡散されることにより、溶融樹脂注入時に瞬間に金属皮膜表面に加わる熱エネルギー(熱衝撃)による急激な温度上昇に伴う金属皮膜の局所的な熱膨張が原因で起こる金属皮膜表面の超微細加工形状の変形あるいはその下に配置された断熱層との接合密着性の劣化等を抑制ないしは防止できることになる。
Thermal Conductive Layer In the mold of the present invention, a thermal conductive layer having a thermal conductivity at 100 ° C. of 100 W / m · K or more is provided between the heat insulating layer and the metal film. By arranging the heat conductive layer between the heat insulating layer and the metal film, the heat conductivity in the horizontal direction is increased, the flow path in the direction of travel of the injected molten resin is heated, and the rapid temperature of the molten resin is increased. As a result of effectively suppressing the decrease, the molten resin can be uniformly filled in the unevenness of the entire molding surface, and a predetermined pattern shape can be more reliably transferred. At the same time, when high speed injection of the molten resin into the cavity (molding space), the thermal energy given locally from the molten resin to the surface of the metal film is instantaneously diffused in the heat conductive layer by the heat conductive layer. Deformation of the metal film surface due to local thermal expansion of the metal film due to a rapid temperature rise caused by thermal energy (thermal shock) applied to the surface of the metal film instantaneously at the time of molten resin injection Alternatively, it is possible to suppress or prevent deterioration of bonding adhesion with the heat insulating layer disposed thereunder.

熱伝導層として使用する材料は、100℃における熱伝導率100W/m・K以上の材料であれば良く、好ましくは熱伝導率100W/m・K以上の金属、より好ましくは熱伝導率150W/m・K以上の金属、最も好ましくは熱伝導率300W/m・K以上の金属を採用する。このような金属としては、例えば、銅(100℃の物性値395W/m・K)、アルミニウム(同240W/m・K)、マグネシウム(同154W/m・K)、亜鉛(同112W/m・K)等のほか、これらの金属を主成分とする合金等が挙げられる。特に、銅及び銅を主成分とする銅系合金の少なくとも1種を好適に採用することができる。   The material used as the heat conductive layer may be a material having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more at 100 ° C., preferably a metal having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more, more preferably a thermal conductivity of 150 W / m. A metal having m · K or more, most preferably a metal having a thermal conductivity of 300 W / m · K or more is employed. Examples of such metals include copper (physical property value of 395 W / m · K at 100 ° C.), aluminum (240 W / m · K), magnesium (154 W / m · K), zinc (112 W / m · K). In addition to K), an alloy containing these metals as a main component can be used. In particular, at least one of copper and a copper-based alloy containing copper as a main component can be suitably employed.

熱伝導層の厚みは、限定的ではないが、通常は3〜50μm程度とし、好ましくは4〜20μmとする。この範囲内に設定することによって、本発明の効果をより効果的に得ることが可能となる。   Although the thickness of a heat conductive layer is not limited, Usually, it is about 3-50 micrometers, Preferably you may be 4-20 micrometers. By setting within this range, the effect of the present invention can be obtained more effectively.

熱伝導層の形成方法は限定的でなく、公知の方法を適用することができる。例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき法(液相成長法);熱CVD、MOCVD、RFプラズマCVD等の化学的気相成長法;スパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法、真空蒸着法等の物理的気相成長法等の各種の公知の薄膜形成方法を1種又は2種以上組み合わせて適宜採用することができる。   The formation method of a heat conductive layer is not limited, A well-known method is applicable. For example, plating methods such as electrolytic plating and electroless plating (liquid phase growth method); chemical vapor deposition methods such as thermal CVD, MOCVD, and RF plasma CVD; sputtering methods, ion plating methods, MBE methods, and vacuum deposition methods Various known thin film forming methods such as physical vapor deposition methods such as the above can be appropriately employed in combination of one or more.

金属質層
本発明金型における断熱層は、金属製金型母材の表面上に直接的に形成しても良いが、断熱層と金属製金型との接合性をより高めるため、図18に示すように、断熱層64の下地層として金属質層63(断熱膜下地層)を必要に応じて介在させても良い。この場合、金属質層は、金属製金型母材の表面と断熱層との間に両者に接して形成されることが望ましい。
Metallic layer Although the heat insulating layer in the metal mold of the present invention may be formed directly on the surface of the metal mold base material, in order to further improve the bondability between the heat insulating layer and the metal mold, FIG. As shown in FIG. 5, a metal layer 63 (heat insulation film foundation layer) may be interposed as a foundation layer of the heat insulation layer 64 as necessary. In this case, it is desirable that the metallic layer be formed between the surface of the metal mold base material and the heat insulating layer in contact with both.

金属質層の組成は、上記目的が達成できる限りは特に限定されないが、断熱層の組成を構成する金属元素を含むことが好ましく、特に鉄がより好ましい。すなわち、本発明の断熱層の骨格成分は多孔質フェライト膜(多孔質膜)であり、これは例えば水熱合成反応によって好適に形成できるので、下地になる金属質層の表面を溶解させながら、その金属質層表面上に前記の多孔質フェライト膜の成長核が形成できることになり、それを核にして均質で密着性の強固な断熱層が形成できる。従って、上記多孔質フェライト膜は鉄が主成分の膜であるので、金属鉄からなる金属質層であることが望ましい。   The composition of the metallic layer is not particularly limited as long as the above object can be achieved, but it preferably contains a metal element constituting the composition of the heat insulating layer, and more preferably iron. That is, the skeletal component of the heat insulating layer of the present invention is a porous ferrite film (porous film), which can be suitably formed by, for example, a hydrothermal synthesis reaction, so that while dissolving the surface of the underlying metallic layer, Growth nuclei of the porous ferrite film can be formed on the surface of the metallic layer, and a homogeneous and strong heat insulating layer can be formed using the nuclei as a nucleus. Therefore, since the porous ferrite film is a film containing iron as a main component, it is desirable that the porous ferrite film be a metallic layer made of metallic iron.

接合層
本発明では、断熱層と熱伝導層との密着性・接合性をより高めるために接合層を必要に応じて形成することができる。例えば、図18に示すように、断熱層64と熱伝導層66との間に接合層65を介在させることができる。これにより、特に、めっき法による金属皮膜の形成工程において、断熱層と金属皮膜が強固に接合した断熱金型を提供できることになる。
Bonding layer In the present invention, a bonding layer can be formed as necessary in order to further improve the adhesion and bonding properties between the heat insulating layer and the heat conductive layer. For example, as shown in FIG. 18, a bonding layer 65 can be interposed between the heat insulating layer 64 and the heat conductive layer 66. Thereby, especially in the formation process of the metal film by a plating method, the heat insulation metal mold | die with which the heat insulation layer and the metal film were joined firmly can be provided.

接合層は、単層から構成されていても良いし、多層から構成されていても良い。単層として接合層を断熱層の表面上に直接形成しても良い。また、第1接合層と第2接合層からなる2層構造として、熱伝導層をより強固に断熱膜に接合させる目的で第1接合層を介在させて第2接合層を積層させても良い。なお、接合層は、金属製金型母材上に形成された断熱層と熱伝導層の間に両者に接して形成されることが望ましい。   The bonding layer may be composed of a single layer or may be composed of multiple layers. The bonding layer may be formed directly on the surface of the heat insulating layer as a single layer. Further, as a two-layer structure including the first bonding layer and the second bonding layer, the second bonding layer may be laminated with the first bonding layer interposed for the purpose of bonding the heat conductive layer to the heat insulating film more firmly. . The bonding layer is preferably formed in contact with both of the heat insulating layer and the heat conductive layer formed on the metal mold base material.

接合層は、通常は断熱層上に形成されることが好ましい。例えばa)真空装置を用いて作製する場合、酸化物である断熱層の表面に強固に接合するために、酸化されて強固な酸化物皮膜を表面に形成しやすい金属膜で、かつ、さらにその表面に別の金属膜が強固に密着する金属からなる薄膜であっても良いし、b)断熱層に、無電解めっきによる金属皮膜を断熱層上に直接に形成するために必要な触媒金属(パラジウム等)を担持させる目的の触媒金属からなる薄膜であっても良い。   Usually, the bonding layer is preferably formed on the heat insulating layer. For example, in the case of using a) a vacuum apparatus, a metal film that is easily oxidized to form a strong oxide film on the surface in order to firmly bond to the surface of the heat insulating layer that is an oxide, and further It may be a thin film made of a metal in which another metal film is firmly adhered to the surface, or b) a catalyst metal necessary for directly forming a metal film by electroless plating on the heat insulating layer on the heat insulating layer ( It may be a thin film made of a catalytic metal for the purpose of supporting palladium or the like.

上記a)の場合の接合層は、より具体的には、上記真空装置としてスパッタ装置を用いてスパッタ法で好適に形成できる。これによって、接合層は、断熱層上の表面凹凸部分に形成される。接合層の材質としては、特に、酸化されて強固な酸化物皮膜を表面に形成しやすい金属が好ましい。例えば、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の少なくとも1種が好ましい。接合層の厚みは、それを構成する金属元素の種類、断熱層の表面の凹凸性等に応じて適宜設定すれば良いが、通常は0.02〜0.8μm程度の範囲内とすれば良い。   More specifically, the bonding layer in the case of a) can be suitably formed by sputtering using a sputtering apparatus as the vacuum apparatus. Thus, the bonding layer is formed on the surface uneven portion on the heat insulating layer. The material of the bonding layer is particularly preferably a metal that is easily oxidized to form a strong oxide film on the surface. For example, at least one of titanium (Ti), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), and the like is preferable. The thickness of the bonding layer may be appropriately set according to the type of the metal element constituting the bonding layer, the unevenness of the surface of the heat insulating layer, etc., but is usually within a range of about 0.02 to 0.8 μm. .

このように、接合層の金属膜の上に、同じスパッタ法で連続的に、熱伝導層の金属の連続膜を形成することによって、金属(接合膜表面)―金属(熱伝導膜下面)の結合を形成かることができる。   In this way, by continuously forming the metal film of the heat conduction layer on the metal film of the bonding layer by the same sputtering method, the metal (bonding film surface) -metal (heat conduction film lower surface) Bonds can be formed.

多層からなる場合、熱伝導層との接合強度をより高める目的で、上記の接合層(第1接合層)の上に連続金属膜からなる第2接合層を形成しても良い。この場合、第2接合層としては、鉄及び鉄合金の少なくとも1種が好ましい。それを構成する金属元素の種類、断熱層の厚み、表面の凹凸性(表面粗さ)等に応じて適宜設定すれば良いが、通常は1〜6μm程度の範囲内とすれば良い。   In the case of a multilayer, a second bonding layer made of a continuous metal film may be formed on the bonding layer (first bonding layer) for the purpose of further increasing the bonding strength with the heat conductive layer. In this case, the second bonding layer is preferably at least one of iron and an iron alloy. What is necessary is just to set suitably according to the kind of metal element which comprises it, the thickness of a heat insulation layer, surface unevenness | corrugation (surface roughness), etc., However, Usually, it should just be in the range of about 1-6 micrometers.

金属皮膜
金属皮膜は、金属から構成されていれば良く、公知又は市販の金型の成形面に採用されている材質と同じものであっても良い。例えば、鉄、ニッケル、銅、クロム等の金属、ニッケルりん合金、ニッケルホウ素、ニッケルタングステンりん合金、ニッケル銅りん合金等の合金等が挙げられる。
Metal film The metal film should just be comprised from the metal, and may be the same as the material employ | adopted as the molding surface of a well-known or commercially available metal mold | die. Examples thereof include metals such as iron, nickel, copper and chromium, alloys such as nickel phosphorus alloys, nickel boron, nickel tungsten phosphorus alloys and nickel copper phosphorus alloys.

また、金属皮膜の構成は、単層であっても良く、また多層であっても良い。例えば、断熱層と金属皮膜との密着性(接合性)をより高めるために、金属皮膜を第1金属皮膜及び第2金属皮膜からなる2層構成とし、金属皮膜接合層と第2金属皮膜との層間に接着層(下地層)として第1金属皮膜を介在させることができる。より具体的には、当該金属皮膜接合層上に形成された金属めっき膜(第1金属皮膜)及び前記金属めっき膜上に形成された微細加工金属膜(第2金属皮膜)からなる構成を採用することができる。この場合は、金属皮膜接合層を構成する材質によらずに、成形面を構成する層として表面に微細加工(凹凸面)を施した微細加工金属膜(第2金属皮膜)を密着性良く形成することができる。   Moreover, the structure of the metal film may be a single layer or a multilayer. For example, in order to further improve the adhesion (bondability) between the heat insulating layer and the metal film, the metal film has a two-layer structure including a first metal film and a second metal film, and the metal film bonding layer and the second metal film are A first metal film can be interposed as an adhesive layer (underlayer) between these layers. More specifically, a configuration comprising a metal plating film (first metal film) formed on the metal film bonding layer and a microfabricated metal film (second metal film) formed on the metal plating film is adopted. can do. In this case, regardless of the material constituting the metal film bonding layer, a finely processed metal film (second metal film) whose surface is finely processed (uneven surface) is formed as a layer constituting the molding surface with good adhesion. can do.

金属皮膜の形成方法として、例えば金属皮膜として用いる金属種、下地となる層の組成等に応じて公知の方法を採用することができる。例えば、電解めっき、無電解めっき等のめっき法(液相成長法);熱CVD、MOCVD、RFプラズマCVD等の化学的気相成長法;スパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法、真空蒸着法等の物理的気相成長法等の各種の公知の薄膜形成方法を1種又は2種以上組み合わせて適宜採用することができる。   As a method for forming the metal film, for example, a known method can be employed according to the metal species used as the metal film, the composition of the underlying layer, and the like. For example, plating methods such as electrolytic plating and electroless plating (liquid phase growth method); chemical vapor deposition methods such as thermal CVD, MOCVD, and RF plasma CVD; sputtering methods, ion plating methods, MBE methods, and vacuum deposition methods Various known thin film forming methods such as physical vapor deposition methods such as the above can be appropriately employed in combination of one or more.

金属皮膜が多層構造をとる場合は、各層の形成方法が異なっていても良く、前記で示した薄膜形成方法の中から適宜組み合わせて採用することができる。例えば、接着層(下地層)としての第1金属皮膜とその上に形成された第2金属皮膜から構成されるような場合は、次のような方法で各層を形成することができる。例えば、金属皮膜接合層上に、ストライクめっき膜のように電解めっき法で形成された金属めっき膜(第1金属皮膜)を形成し、さらに、その金属めっき膜上に厚い微細加工金属膜をめっき法により形成することができる。このような構成をとることにより、金属皮膜接合層と金属皮膜との接合強度をより高めることができる。   When the metal film has a multilayer structure, the formation method of each layer may be different, and any of the above-described thin film formation methods can be used in appropriate combination. For example, when the first metal film as an adhesive layer (underlying layer) and the second metal film formed thereon are used, each layer can be formed by the following method. For example, a metal plating film (first metal film) formed by an electrolytic plating method such as a strike plating film is formed on the metal film bonding layer, and a thick microfabricated metal film is plated on the metal plating film. It can be formed by the method. By taking such a configuration, it is possible to further increase the bonding strength between the metal film bonding layer and the metal film.

成形面の作製方法も限定的でなく、公知の断熱金型の場合と同様にすれば良い。例えば、金属皮膜表面を切削加工等の機械的加工を施すことによって、所定の形状(凹凸形状)からなる成形面を形成することができる。   The method for producing the molding surface is not limited, and may be the same as in the case of a known heat insulating mold. For example, a molding surface having a predetermined shape (uneven shape) can be formed by subjecting the metal film surface to mechanical processing such as cutting.

本発明金型における金属皮膜の厚み(多層構造の場合は各層の合計厚み)は特に限定的ではないが、通常は20〜300μm程度とし、特に50〜150μmとすることが好ましい。多層構造の場合の各層の厚みは、層の数、各層の材質等に応じて適宜設定すれば良い。   The thickness of the metal film in the mold of the present invention (in the case of a multilayer structure, the total thickness of each layer) is not particularly limited, but is usually about 20 to 300 μm, and preferably 50 to 150 μm. What is necessary is just to set the thickness of each layer in the case of a multilayer structure suitably according to the number of layers, the material of each layer, etc.

断熱金型の使用
本発明の断熱金型は、公知又は市販の金型と同様にして用いることができる。また、金型を用いて成形する場合の成形条件等も公知の方法に従って実施することができる。
Use of heat insulating mold The heat insulating mold of the present invention can be used in the same manner as known or commercially available molds. Moreover, the molding conditions and the like when molding using a mold can be carried out according to a known method.

本発明金型を用いて成形する場合は、金型の成形空間を構成する一部又は全部として本発明金型を用いることができる。例えば、固定型と可動型の2つの型により形成されたキャビティに射出成型することにより成形する場合は、固定型及び可動型の少なくとも一方に本発明金型を採用することができる。また、市販の金型(成形装置)の一部又は全部を本発明金型に取り替えるだけでも、本発明金型による成形を実施することができる。   When molding using the mold of the present invention, the mold of the present invention can be used as a part or all of the molding space of the mold. For example, when molding by injection molding into a cavity formed by two molds, a fixed mold and a movable mold, the mold of the present invention can be adopted as at least one of the fixed mold and the movable mold. Moreover, it is possible to carry out molding using the mold of the present invention simply by replacing a part or all of a commercially available mold (molding apparatus) with the mold of the present invention.

例えば、図16に示すような導光板2個取りの樹脂成形品91を射出成形する場合、固定型と可動型からなる金型において、可動型として本発明金型を用いて成形する工程例の模式図を図17に示す。図16における樹脂成形品91は、ランナー部94を介して2枚の導光板92,92が連なった状態で成形されたものである。このようにして2枚の導光板が同時に製造されることになる。図17では、成形装置として固定型101及び可動型102から構成される金型が使用される。固定型と可動型及び枠体部103との間のキャビティ107(成形空間)に樹脂108を溶融状態で射出して導入した後、図に示すように保圧したままで、樹脂108を冷却する。その後、可動型102を下降させ、枠体部103を水平方向に移動させて金型を開き、離型した後、所望の樹脂成形品91が回収される。この場合、可動型102として本発明金型を採用しており、本発明金型の成形面に所定の形状が付与されている。そして、本発明金型の断熱層により、溶融樹脂が射出され、金型の成形空間に導入された段階でも溶融樹脂の熱エネルギーが急激に金型に奪われることなく、成形面に付与された凹凸又は溝部に溶融樹脂がくまなく行きわたる結果、そのパターン形状が樹脂成形品に忠実に転写される。これにより、微細な形状が正確に再現された成形品を得ることができる。   For example, when the resin molded product 91 having two light guide plates as shown in FIG. 16 is injection-molded, in a mold composed of a fixed mold and a movable mold, the mold of the present invention is used as a movable mold. A schematic diagram is shown in FIG. A resin molded product 91 in FIG. 16 is molded in a state where two light guide plates 92 and 92 are connected via a runner portion 94. In this way, two light guide plates are manufactured simultaneously. In FIG. 17, a mold composed of a fixed mold 101 and a movable mold 102 is used as a molding apparatus. After the resin 108 is injected and introduced into the cavity 107 (molding space) between the fixed mold, the movable mold, and the frame body portion 103, the resin 108 is cooled while maintaining the pressure as shown in the figure. . Thereafter, the movable mold 102 is lowered, the frame body portion 103 is moved in the horizontal direction, the mold is opened, and the mold is released, and then the desired resin molded product 91 is collected. In this case, the mold of the present invention is adopted as the movable mold 102, and a predetermined shape is given to the molding surface of the mold of the present invention. The molten resin was injected by the heat insulating layer of the mold of the present invention, and even when the molten resin was introduced into the molding space of the mold, the thermal energy of the molten resin was applied to the molding surface without being rapidly taken away by the mold. As a result of the molten resin all over the unevenness or the groove, the pattern shape is faithfully transferred to the resin molded product. Thereby, a molded product in which a fine shape is accurately reproduced can be obtained.

成形材料
本発明の断熱金型では、それに用いられる材料(成形材料)は制限されないが、特に樹脂成分を含む組成物(特に樹脂成分を主成分として含む樹脂組成物)の成形(射出成形等)に好適である。
Molding material In the heat-insulating mold of the present invention, the material (molding material) used therein is not limited, but particularly molding of a composition containing a resin component (particularly a resin composition containing a resin component as a main component) (injection molding, etc.) It is suitable for.

例えば、樹脂成形にも好適に用いることができる。樹脂成分(特に合成樹脂)としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアミド、ポリカーボネート、ABS樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン等の熱可塑性樹脂のほか、ポリシクロオレフィン等を好ましい例として挙げることができる。樹脂成分以外の成分として、例えばフィラー、着色材、紫外線吸収材、帯電防止剤、難燃剤等も、必要に応じて上記組成物中に含まれていても良い。   For example, it can be suitably used for resin molding. Resin components (especially synthetic resins) include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polymethyl methacrylate, polyamide, polycarbonate, ABS resin, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, and other polycycloolefins. Etc. can be mentioned as a preferable example. As a component other than the resin component, for example, a filler, a colorant, an ultraviolet absorber, an antistatic agent, a flame retardant and the like may be included in the composition as necessary.

2.断熱金型の製造方法
本発明金型は、上記のような各層を形成・積層することにより製造できるが、特に下記の方法によって好適に製造することができる。
2. Manufacturing method of heat insulation mold Although this invention metal mold | die can be manufactured by forming and laminating | stacking each above layers, it can manufacture suitably by the following method especially.

すなわち、
(1)金属製金型母材の成形面側の表面に、フェライトの結晶粒子が三次元網目状に連なって形成されている多孔質膜を形成する工程(多孔質膜形成工程)、
(2)前記多孔質膜中の気孔の少なくとも一部に固体材料を充填することにより、多孔質膜中の気孔の少なくとも一部に固体材料が充填されてなる断熱層を形成する工程(固体材料充填工程)、
(3)断熱層の表面上に金属皮膜接合層を物理的気相成長法によって形成する工程(金属皮膜接合層形成工程)、
(4)金属皮膜接合層の表面上に熱伝導率100W/m・K以上の熱伝導層を物理的気相成長法によって形成する工程(熱伝導層形成工程)、
(5)熱伝導層の表面上に金属皮膜をめっき法によって形成する工程(金属皮膜形成工程)及び
(6)金属皮膜の表面に機械加工を施すことにより樹脂成形のための転写形状表面を形成する工程(成形面形成工程)
を含むことを特徴とする断熱金型の製造方法によって、本発明金型を好適に製造することができる。
That is,
(1) A step of forming a porous film in which ferrite crystal particles are formed in a three-dimensional network form on the surface of the metal mold base material on the molding surface side (porous film forming step);
(2) A step of forming a heat insulating layer in which at least a part of the pores in the porous film is filled with the solid material by filling the solid material into at least a part of the pores in the porous film (solid material Filling process),
(3) forming a metal film bonding layer on the surface of the heat insulating layer by physical vapor deposition (metal film bonding layer forming process);
(4) A step of forming a heat conductive layer having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more on the surface of the metal film bonding layer by a physical vapor deposition method (heat conductive layer forming step),
(5) A process of forming a metal film on the surface of the heat conductive layer by a plating method (metal film forming process) and (6) Forming a transfer-shaped surface for resin molding by machining the surface of the metal film Process (molding surface forming process)
The mold according to the present invention can be preferably manufactured by a method for manufacturing a heat-insulating mold characterized in that

多孔質膜形成工程
多孔質膜形成工程では、金属製金型母材の成形面側の表面に、フェライトの結晶粒子が三次元網目状に連なって形成されている多孔質膜を形成する。
Porous film forming step In the porous film forming step, a porous film in which ferrite crystal particles are formed in a three-dimensional network is formed on the surface of the metal mold base material on the molding surface side.

本発明では、多孔質膜の形成工程として、1)金属製金型母材の表面又は2)その金型母材の表面上に予め形成された金属質層の表面を金属成分を含む水溶液又は水分散体(処理液)と反応させることにより金属酸化物を生成させる工程を含む方法を好適に採用することができる。   In the present invention, as the porous film forming step, 1) the surface of the metal mold base material or 2) the surface of the metal layer previously formed on the surface of the mold base material is an aqueous solution containing a metal component or A method including a step of producing a metal oxide by reacting with an aqueous dispersion (treatment liquid) can be suitably employed.

上記処理液としては、金属成分を含む水溶液又は水分散体を好適に用いることができる。金属成分としては、フェライト結晶を構成し得る成分を採用すれば良く、特に(1)Feのみ、又は(2)Ca、Zn、Mn、Al、Cr、Li及びMgの少なくとも1種とFeとの組み合わせが望ましい。前記の水溶液又は水分散体の調製は、例えば金属成分の供給源となる化合物を用いることができる。例えば、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物等を用いることができる。これらは、水可溶性(水溶性)又は水難溶性の金属化合物をいずれも使用することができるが、本発明では特に水溶性の金属化合物をより好適に用いることができる。   As the treatment liquid, an aqueous solution or an aqueous dispersion containing a metal component can be suitably used. As the metal component, a component that can form a ferrite crystal may be employed. In particular, (1) Fe alone or (2) at least one of Ca, Zn, Mn, Al, Cr, Li, and Mg and Fe. A combination is desirable. For the preparation of the aqueous solution or aqueous dispersion, for example, a compound serving as a supply source of a metal component can be used. For example, a metal salt, a metal oxide, a metal hydroxide, or the like can be used. For these, any of water-soluble (water-soluble) or poorly water-soluble metal compounds can be used, but in the present invention, a water-soluble metal compound can be more suitably used.

また、処理液中の金属成分の濃度は限定的ではなく、用いる金属成分の種類、反応条件等に応じて適宜設定することができるが、通常は0.03〜0.35g/mLとすることが好ましい。   In addition, the concentration of the metal component in the treatment liquid is not limited and can be appropriately set according to the type of metal component to be used, reaction conditions, etc., but is usually 0.03 to 0.35 g / mL. Is preferred.

前記反応は、公知の湿式反応方法に従って実施することも可能であり、例えば処理液に浸漬する方法、処理液をスプレー等で塗布する方法等のいずれも採用することができる。特に、本発明では、処理液を用いて水熱合成反応により実施することが好ましい。水熱合成反応の条件自体は公知の方法によれば良いが、特に下記の方法で実施することが望ましい。すなわち、当該水熱合成反応として、1)金属製金型母材表面又は2)その金型母材上に予め形成された金属質層表面が金属塩、アルカリ及び水を混合してなる処理液に接触した状態で100〜200℃の飽和水蒸気圧以上の環境下にて熱処理する工程を含む方法を採用することが好ましい。   The reaction can be carried out according to a known wet reaction method. For example, any of a method of immersing in a treatment liquid, a method of applying the treatment liquid by spraying, and the like can be employed. In particular, in the present invention, it is preferable to carry out the hydrothermal synthesis reaction using the treatment liquid. The hydrothermal synthesis reaction condition itself may be a known method, but it is particularly preferable to carry out the following method. That is, as the hydrothermal synthesis reaction, 1) a metal mold base material surface or 2) a metal layer surface previously formed on the mold base material is a treatment liquid in which a metal salt, alkali and water are mixed. It is preferable to employ a method including a step of heat-treating in an environment having a saturated water vapor pressure of 100 to 200 ° C. or higher in a state where it is in contact with.

上記の水熱合成反応では、処理液として、金属塩、アルカリ及び水を混合してなるものを用いることが好ましい。混合方法は特に限定されず、その配合順序も制限されない。   In the hydrothermal synthesis reaction described above, it is preferable to use a treatment liquid obtained by mixing a metal salt, an alkali and water. The mixing method is not particularly limited, and the blending order is not limited.

金属塩としては、無機酸塩及び有機酸塩の少なくとも1種を用いることができる。無機酸塩としては、例えば硫酸塩、炭酸塩、塩化物等を用いることができる。また、有機酸塩としては、酢酸塩、シュウ酸塩等を用いることができる。   As the metal salt, at least one of an inorganic acid salt and an organic acid salt can be used. As the inorganic acid salt, for example, sulfate, carbonate, chloride and the like can be used. Moreover, acetate, an oxalate, etc. can be used as organic acid salt.

また、アルカリとしては特に限定的ではなく、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の少なくとも1種を用いることができる。   The alkali is not particularly limited, and for example, at least one of sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia and the like can be used.

処理液は、金属塩又はアルカリは水に溶解していても良いし、あるいは一部溶解したものであっても良い。また、金属塩又はアルカリが溶解せずに分散したもの(懸濁液(水分散体))であっても良い。この場合の金属塩の処理液中の含有量は、用いる金属塩の種類等にもよるが、一般的には0.03〜0.35g/mLとすることが好ましい。また、アルカリは、用いるアルカリの種類等にもよるが、一般的には0.05〜0.18g/mLとすることが好ましい。   In the treatment liquid, the metal salt or alkali may be dissolved in water or may be partially dissolved. Moreover, the thing (suspension (water dispersion)) disperse | distributed without melt | dissolving a metal salt or an alkali may be sufficient. In this case, the content of the metal salt in the treatment liquid is generally preferably 0.03 to 0.35 g / mL, although it depends on the type of the metal salt used. Further, the alkali is preferably 0.05 to 0.18 g / mL, although it depends on the type of alkali used.

また、本発明では、処理液との反応を還元剤の存在下で実施することもできる。還元剤の使用により、反応系において3価の鉄イオンの生成を抑制ないしは防止することにより、よりいっそう確実に優れた断熱膜を形成することができる。従って、還元剤としては、3価の鉄イオンの生成を抑制ないしは防止できるものであれば限定されず、公知の還元剤から適宜選定することができる。例えば、アスコルビン酸、ハイドロキノン類等のように酸化防止剤として知られている化合物を好適に用いることができる。本発明では、還元剤を処理液に含有させておくこと(特に還元剤を処理液に溶解させること)が好ましい。   Moreover, in this invention, reaction with a process liquid can also be implemented in presence of a reducing agent. By using a reducing agent, it is possible to form a more excellent heat insulating film by suppressing or preventing the production of trivalent iron ions in the reaction system. Therefore, the reducing agent is not limited as long as it can suppress or prevent the production of trivalent iron ions, and can be appropriately selected from known reducing agents. For example, compounds known as antioxidants such as ascorbic acid and hydroquinones can be suitably used. In the present invention, it is preferable to contain a reducing agent in the treatment liquid (particularly, the reducing agent is dissolved in the treatment liquid).

本発明では、処理液を1)金属製金型母材表面又は2)その金型母材上に予め形成された金属質層表面に接触させる。すなわち、断熱層を形成すべき領域に処理液を付与する。付与する方法は特に限定されず、例えば浸漬、塗布等の公知の方法に従って実施することができる。処理液の使用量としては、所定の断熱層が形成されるのに十分な量を付与すれは良い。従って、本発明では、例えば断熱層を形成すべき部位を処理液に浸漬する方法を好適に採用することができる。   In the present invention, the treatment liquid is brought into contact with 1) the surface of a metal mold base material or 2) the surface of a metal layer previously formed on the mold base material. That is, the treatment liquid is applied to the region where the heat insulating layer is to be formed. The method of providing is not particularly limited, and can be performed according to a known method such as dipping or coating. As a usage amount of the treatment liquid, it is preferable to give a sufficient amount for forming a predetermined heat insulating layer. Therefore, in this invention, the method of immersing the site | part which should form a heat insulation layer in a process liquid can be employ | adopted suitably, for example.

処理液と反応させる際の条件は、フェライトが生成し得る条件であれば特に限定的でない。特に、処理液との反応として水熱合成反応を行う場合、その温度・圧力条件としては、100〜200℃(特に110〜200℃)の飽和水蒸気圧以上の環境下にて熱処理することが好ましい。このような温度・圧力下で熱処理することによって、所定の断熱層を好適に形成することができる。かかる温度・圧力条件の設定は、例えばオートクレーブ装置(密閉系)等の公知の装置を用いて行うことができる。   The conditions for reacting with the treatment liquid are not particularly limited as long as ferrite can be generated. In particular, when a hydrothermal synthesis reaction is performed as a reaction with the treatment liquid, the temperature and pressure conditions are preferably heat treatment in an environment of a saturated water vapor pressure of 100 to 200 ° C. (particularly 110 to 200 ° C.). . A predetermined heat insulation layer can be suitably formed by heat-treating under such temperature and pressure. Such temperature and pressure conditions can be set using a known device such as an autoclave device (sealed system).

また、処理液と反応させる時間(水熱合成反応の反応時間)は、所望の断熱層の厚み等に応じて適宜調整することができる。すなわち、前記の好ましい厚みの断熱膜が形成されるまで反応を持続させれば良いが、均一厚みの断熱膜を所望の厚みで得るには、水熱合成反応による場合は通常2〜12時間の範囲内の反応を複数回繰り返す方法で形成すれば良い。   Moreover, the time (reaction time of hydrothermal synthesis reaction) made to react with a process liquid can be suitably adjusted according to the thickness etc. of a desired heat insulation layer. That is, the reaction may be continued until the heat insulating film having the preferable thickness is formed. In order to obtain a heat insulating film having a uniform thickness with a desired thickness, the reaction is usually performed for 2 to 12 hours in the case of hydrothermal synthesis reaction. What is necessary is just to form by the method of repeating reaction within the range several times.

本発明の製造方法では、断熱層として前記1.で述べたフェライトを形成することが好ましいので、前記の金属製母材又は金属質層として鉄系金属を用いることが好ましい。鉄系金属表面を処理液と反応させること(特に水熱合成反応)によって断熱層としてのフェライト層を好適に形成することができる。例えば、鉄フェライト(前記のx=0の場合)を生成させる場合、本発明の水熱合成反応によれば、下記の段階1)〜2)を経て鉄からフェライトを生成させることができる。
1)Fe2++OH→Fe(OH)、2)Fe(OH)→Fe
In the production method of the present invention, the above-described 1. Therefore, it is preferable to use an iron-based metal as the metal base material or the metallic layer. By reacting the iron-based metal surface with the treatment liquid (particularly, hydrothermal synthesis reaction), a ferrite layer as a heat insulating layer can be suitably formed. For example, when generating iron ferrite (when x = 0 described above), according to the hydrothermal synthesis reaction of the present invention, ferrite can be generated from iron through the following steps 1) to 2).
1) Fe 2+ + OH → Fe (OH) 2 , 2) Fe (OH) 2 → Fe 3 O 4

本発明の製造方法の実施態様としては、その層構成に応じてさまざまなバリエーションがあり、これらはいずれも本発明に包含される。例えば、水熱合成反応(又は通常の湿式反応)による場合は
a)金属製金型母材の上層に水熱合成反応(湿式反応)による多孔質フェライト膜作製とその多孔質膜の気孔への固体材料充填によって断熱膜を形成する工程、断熱膜の表面上にスパッタリング法によって接合層であるシード層を形成する工程、及びシード層の上に接してめっき法によって金属皮膜を形成する工程を含む方法
b)金属製金型母材の上層にめっき法又はスパッタリング法によって金属質層である断熱膜下地層を形成する工程、断熱膜下地層の表面上に水熱合成反応(湿式反応)及び固体材料充填によって断熱膜を形成する工程、断熱膜の表面上にスパッタリング法によってシード層を形成する工程、及びシード層の上に接してめっき法によって金属皮膜を形成する工程を含む方法、
c)金属製金型母材の上層にめっき法又はスパッタリング法によって断熱膜下地層を形成する工程、断熱膜下地層の上に水熱合成反応(湿式反応)及び固体材料充填によって断熱層を形成する工程、断熱層の上面に接してスパッタリング法によって接合層を形成し、さらにその上に電気めっき法あるいはスパッタリング法によって第1金属皮膜(下地密着膜)を形成する工程、及び第1金属皮膜の上面に接してめっき法によって第2金属皮膜を形成する工程を含む方法、
等があり、これらはいずれも本発明の製造方法に包含される。
As an embodiment of the manufacturing method of the present invention, there are various variations depending on the layer structure, and these are all included in the present invention. For example, in the case of hydrothermal synthesis reaction (or normal wet reaction): a) Production of porous ferrite film by hydrothermal synthesis reaction (wet reaction) on the metal mold base material and the pores of the porous film Including a step of forming a heat insulating film by filling with a solid material, a step of forming a seed layer as a bonding layer on the surface of the heat insulating film by a sputtering method, and a step of forming a metal film by plating on the seed layer. Method b) Step of forming a heat insulating film underlayer which is a metallic layer on the metal mold base material by plating or sputtering, hydrothermal synthesis reaction (wet reaction) and solid on the surface of the heat insulating film underlayer A step of forming a heat insulating film by filling the material, a step of forming a seed layer on the surface of the heat insulating film by a sputtering method, and a metal film by a plating method in contact with the seed layer The method comprising the degree,
c) A step of forming a thermal insulation film underlayer by plating or sputtering on the upper layer of the metal mold base material, and a thermal insulation reaction (wet reaction) and solid material filling on the thermal insulation film underlayer. Forming a bonding layer in contact with the upper surface of the heat insulating layer by sputtering, and further forming a first metal film (underlying adhesion film) thereon by electroplating or sputtering; and A method comprising a step of forming a second metal film in contact with the upper surface by a plating method;
These are all included in the production method of the present invention.

固体材料充填工程
固体材料充填工程では、前記多孔質膜中の気孔の少なくとも一部に固体材料を充填することにより、多孔質膜中の気孔の少なくとも一部に固体材料が充填されてなる断熱層を形成する。
In the solid material filling step, in the solid material filling step, at least a part of the pores in the porous film is filled with the solid material, so that at least a part of the pores in the porous film is filled with the solid material. Form.

前記多孔質膜の空隙に充填される固体材料としては、前記で述べた各種ガラスを適用することができる。この場合、固体材料の充填方法は、気孔中に固体材料を充填できる限りは特に制限されないが、例えば多孔質膜の空隙に固体材料の液状原料を注入する工程及び注入された液状原料から固体材料を生成させる工程を含む方法によって、多孔質膜の空隙(気孔)中に固体材料が充填された構造を形成することができる。   As the solid material filled in the voids of the porous membrane, the various glasses described above can be applied. In this case, the method of filling the solid material is not particularly limited as long as the solid material can be filled in the pores. For example, the step of injecting the liquid material of the solid material into the voids of the porous film and the solid material from the injected liquid material By the method including the step of generating the structure, the structure in which the solid material is filled in the voids (pores) of the porous film can be formed.

特に、本発明では、ゾルゲル法を利用することによって固体材料を好適に充填することができる。この場合の出発原料としては、公知のゾルゲル法で使用されているものを採用することができ、目的とする酸化物の前駆体(化合物)及び溶媒を含む液状原料を採用することができる。   In particular, in the present invention, a solid material can be suitably filled by using a sol-gel method. As a starting material in this case, a material used in a known sol-gel method can be adopted, and a liquid material containing a target oxide precursor (compound) and a solvent can be adopted.

前記の前駆体としては、例えば、有機金属化合物又は有機ケイ素化合物、金属塩(但し、有機金属化合物及び有機ケイ素化合物を除く。)等の1種又は2種以上を好適に用いることができる。   As said precursor, 1 type (s) or 2 or more types, such as an organometallic compound or an organosilicon compound, a metal salt (however, except an organometallic compound and an organosilicon compound), can be used conveniently, for example.

有機金属化合物としては、例えばジルコニウム(IV)プロポキシド、ジルコニウム(IV)ブトキシド等の金属アルコキシド;酢酸ジルコニウム、酢酸亜鉛等の金属有機酸塩等を用いることができる。   Examples of the organometallic compound include metal alkoxides such as zirconium (IV) propoxide and zirconium (IV) butoxide; metal organic acid salts such as zirconium acetate and zinc acetate.

有機ケイ素化合物としては、例えばケイ酸メチル(テトラメトキシシラン)、ケイ酸エチル(テトラエトキシシラン)等のアルコキシシラン化合物;ジヒドロポリジメチルシロキサン等のように水酸基を末端に有するオルガノポリシロキサン化合物;その他にもアルコキシシラン官能基を有するオルガノポリシロキサン等が挙げられる。   Examples of organosilicon compounds include alkoxysilane compounds such as methyl silicate (tetramethoxysilane) and ethyl silicate (tetraethoxysilane); organopolysiloxane compounds having a hydroxyl group at the end such as dihydropolydimethylsiloxane; Also, organopolysiloxane having an alkoxysilane functional group can be used.

金属塩としては、各種の金属の硝酸塩、塩化物等が挙げられる。なお、本発明では、有機酸の金属塩は、前記の有機金属化合物に含めるものとする。   Examples of the metal salt include nitrates and chlorides of various metals. In the present invention, a metal salt of an organic acid is included in the organometallic compound.

溶媒としては、(1)水又は(2)水と水溶性有機溶媒との混合液(混合溶液)を好適に用いることができる。前記の水溶性有機溶媒としては、限定的でなく、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類を好適に用いることができる。   As the solvent, (1) water or (2) a mixed solution (mixed solution) of water and a water-soluble organic solvent can be suitably used. The water-soluble organic solvent is not limited, and alcohols such as methanol, ethanol and isopropanol can be suitably used.

また、液状原料には、必要に応じて触媒を使用することもできる。例えば、チタン系触媒としては、オルトチタン酸テトライソプロピル、ジイソプロポキシチタンビス(アセチルアセトナート)、チタンテトラ(アセチルアセトナート)等の1種又は2種以上を用いることができる。有機スズ系触媒としては、ジブチルスズジアセテート、2エチルヘキサン酸スズ、ビス(ラウロキシジブチルスズ)オキサイド等の1種又は2種以上を用いることができる。ホウ素イオンを含む化合物としては、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル等の1種又は2種以上を用いることができる。ハロゲンイオンを含む化合物としては、塩酸、酸性フッ化アンモニウム等の1種又は2種以上を用いることができる。   Moreover, a catalyst can also be used for a liquid raw material as needed. For example, as the titanium-based catalyst, one or more of tetraisopropyl orthotitanate, diisopropoxy titanium bis (acetylacetonate), titanium tetra (acetylacetonate), and the like can be used. As the organic tin-based catalyst, one or more of dibutyltin diacetate, tin 2-ethylhexanoate, bis (lauroxydibutyltin) oxide and the like can be used. As the compound containing boron ions, one or more of trimethyl borate and triethyl borate can be used. As a compound containing a halogen ion, 1 type (s) or 2 or more types, such as hydrochloric acid and acidic ammonium fluoride, can be used.

具体的な方法としては、例えばa)加水分解性の液体有機金属化合物、b)チタン系触媒、有機スズ系触媒、ホウ素イオンを含む化合物、ハロゲンイオンを含む化合物の少なくとも1種及びc)水を含む液状原料を多孔質膜に塗布又は含浸させ、空隙中で反応を進行させる。かかる反応によって、触媒下での加水分解による重縮合反応を促進させて、空隙に充填された反応生成物を固化させる。   Specific methods include, for example, a) a hydrolyzable liquid organometallic compound, b) a titanium-based catalyst, an organotin-based catalyst, a compound containing boron ions, a compound containing halogen ions, and c) water. The liquid raw material contained is applied to or impregnated into the porous film, and the reaction proceeds in the voids. By this reaction, the polycondensation reaction by hydrolysis under a catalyst is promoted, and the reaction product filled in the voids is solidified.

この場合、一般に、加水分解を起こす液体有機金属化合物、例えばアルコキシシラン官能基を有するオルガノポリシロキサンは、湿気(あるいは水分)の存在下でチタンキレート化合物等のチタン系触媒や有機スズ系触媒で加水分解が促進され粘度が高まり、固化させることができる。また、同種の液体材料である金属アルコキシドと水とアルコールからなる混合液にホウ素イオンとハロゲンイオンを加えることにより、同様に加水分解が促進され固化することができる。これらの固化した物質は、有機成分を含むM−O結合(Mは、Si又は金属を示す。)が重合した化合物と考えられ、これを大気中で熱処理(焼成)することにより、有機成分が焼失して、主成分が無機酸化物ガラス材料(例えばホウケイ酸塩ガラス等)で構成される硬い固体材料に変化することになる。   In this case, generally, a liquid organometallic compound that causes hydrolysis, for example, an organopolysiloxane having an alkoxysilane functional group, is hydrolyzed with a titanium-based catalyst such as a titanium chelate compound or an organotin-based catalyst in the presence of moisture (or moisture). Decomposition is accelerated, viscosity increases, and it can be solidified. Further, by adding boron ions and halogen ions to a mixed liquid composed of metal alkoxide, which is the same kind of liquid material, water and alcohol, hydrolysis can be similarly promoted and solidified. These solidified substances are considered to be compounds in which an M—O bond containing an organic component (M represents Si or a metal) is polymerized. It burns down and changes to a hard solid material whose main component is composed of an inorganic oxide glass material (for example, borosilicate glass or the like).

続いて、反応生成物を熱処理することによって反応生成物が変化して硬い固体材料になる。熱処理温度は、固体材料の種類等によって異なるが、特に金属製金型本体の焼きなましによる軟化が起こらない温度とすることが望ましく、通常200〜300℃程度とすることがより好ましい。熱処理雰囲気は限定的ではないが、熱処理を酸化性雰囲気下(又は大気中)で実施することによって反応生成物から有機成分を酸化分解することで所定の酸化物ガラスを生成させることができる。   Subsequently, by heat-treating the reaction product, the reaction product is changed into a hard solid material. The heat treatment temperature varies depending on the type of the solid material and the like, but is particularly preferably a temperature at which the metal mold main body is not softened by annealing, and is usually more preferably about 200 to 300 ° C. Although the heat treatment atmosphere is not limited, a predetermined oxide glass can be generated by oxidatively decomposing an organic component from the reaction product by performing the heat treatment in an oxidizing atmosphere (or in the air).

多孔質膜への液状原料の注入方法自体は限定的でなく、公知の方法を用いることもできる。特に、本発明では、減圧下で多孔質膜を液状原料中に浸漬した状態で加圧する工程及び多孔質膜の空隙に液状原料を効果的に注入する工程を含む方法を好適に採用することができる。より詳しくは、密封容器内に多孔質膜を配置し、密封容器内部を十分に減圧した状態で液状原料を導入し、多孔質膜を液状原料中に浸漬させた状態で、密封空容器内に大気(空気)を流し入れて減圧から大気圧に戻す方法によって、多孔質膜の微細な空隙に液状原料をくまなく充填することができる。   The method of injecting the liquid raw material into the porous film is not limited, and a known method can be used. In particular, in the present invention, it is preferable to suitably employ a method including a step of pressurizing the porous membrane in a state of being immersed in the liquid raw material under reduced pressure and a step of effectively injecting the liquid raw material into the voids of the porous membrane. it can. More specifically, a porous membrane is placed in a sealed container, the liquid raw material is introduced in a state where the inside of the sealed container is sufficiently decompressed, and the porous membrane is immersed in the liquid raw material in the sealed empty container. By the method of flowing air (air) and returning from reduced pressure to atmospheric pressure, it is possible to fill the fine voids of the porous membrane with the liquid raw material.

接合層形成工程
接合形成工程では、断熱層の表面上に接合層を物理的気相成長法によって形成する。金属皮膜接合層の材質等は前記1.で説明した通りである。
Bonding layer forming step In the bonding forming step, a bonding layer is formed on the surface of the heat insulating layer by physical vapor deposition. The material of the metal film bonding layer is the same as described in 1. As explained in.

物理的気相成長法(PVD法)としては限定的ではなく、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法、真空蒸着法等が挙げられるが、特にスパッタリング法が好ましい。スパッタリング法は、公知又は市販のスパッタリング装置を用いて実施することができる。特に、本発明では、DCマグネトロンスパッタリング装置あるいはRFマグネトロンスパッタリング装置が好ましく、スパッタリングの条件も限定的ではないが、特に不活性ガスにアルゴンを用い、真空度は0.2〜2.0Paにて、基板加熱温度50〜300℃という条件を採用することが望ましい。   The physical vapor deposition method (PVD method) is not limited, and examples thereof include a sputtering method, an ion plating method, an MBE method, a vacuum deposition method, and the like, and a sputtering method is particularly preferable. The sputtering method can be performed using a known or commercially available sputtering apparatus. In particular, in the present invention, a DC magnetron sputtering apparatus or an RF magnetron sputtering apparatus is preferable, and the sputtering conditions are not limited. Especially, argon is used as an inert gas, and the degree of vacuum is 0.2 to 2.0 Pa. It is desirable to employ the condition that the substrate heating temperature is 50 to 300 ° C.

接合層は、単層から構成されていても良いし、多層から構成されていても良い。単層で構成されている場合は、無電解めっきの触媒作用があるシード層であっても良い。また、金属スパッタ膜の下地接合膜として機能する金属膜でも良い。かかる金属膜は、酸化物からなる断熱層と強固な密着を目的とする金属膜であり、工法的には後に続く熱伝導層の金属材料の積層を容易にする真空成膜工法であることが好ましい。接合層が多層である場合、上記接合層(第1接合層)に熱伝導層のめっき形成を促す導電性を有する金属からなる第2接合層を積層した2層構造等を採用することができる。   The bonding layer may be composed of a single layer or may be composed of multiple layers. In the case of a single layer, it may be a seed layer having a catalytic action for electroless plating. Further, a metal film functioning as a base bonding film for the metal sputtered film may be used. Such a metal film is a metal film for the purpose of firmly adhering to the heat insulating layer made of oxide, and the construction method is a vacuum film-forming method that facilitates the subsequent lamination of the metal material of the heat conductive layer. preferable. When the bonding layer is multi-layered, a two-layer structure in which a second bonding layer made of a metal having conductivity that promotes plating formation of the heat conductive layer on the bonding layer (first bonding layer) can be adopted. .

すなわち、接合層を形成する工程が、断熱層との接合膜としての第1接合層をスパッタリング法によって形成する工程と、導電性金属膜としての第2接合層をスパッタリング法によって形成する工程からなる複合工程であっても良い。   That is, the step of forming the bonding layer includes a step of forming a first bonding layer as a bonding film with the heat insulating layer by a sputtering method and a step of forming a second bonding layer as a conductive metal film by a sputtering method. It may be a composite process.

接合層としては、特に、酸化されて強固な酸化物皮膜を表面に形成しやすい金属が好ましい。例えば、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等あるいはこれらの合金が好ましい。接合層である接合層の厚みは、接合層を構成する金属元素の種類、断熱層の厚み、表面の凹凸性等に応じて適宜設定すれば良いが、本発明の効果をより効果的に達成するという見地より、通常は0.02〜0.8μm程度とすれば良い。   As the bonding layer, a metal that is easily oxidized to form a strong oxide film on the surface is particularly preferable. For example, titanium (Ti), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W) or the like or an alloy thereof is preferable. The thickness of the bonding layer, which is the bonding layer, may be appropriately set according to the type of metal element constituting the bonding layer, the thickness of the heat insulating layer, the surface unevenness, etc., but the effect of the present invention can be achieved more effectively. From the standpoint of doing, it is usually set to about 0.02 to 0.8 μm.

また、第2接合層を形成する場合の第2接合層の材質としては、導電性の高い金属から構成されている限り、特に限定されない。特に、スパッタリング法によって緻密な膜が形成し易く、かつ、電解めっき法で強固な金属めっき膜が形成しやすい金属等を好適に用いることができる。特に、導電性金属膜の組成としては、例えば鉄の金属単体のほか、鉄合金等の合金を好適に採用することができる。第2の接合層の厚みは、第2の接合層を構成する金属元素の種類、断熱層の表面の凹凸性等に応じて適宜設定すれば良いが、通常は1〜6μm程度とすれば良い。   In addition, the material of the second bonding layer in the case of forming the second bonding layer is not particularly limited as long as it is made of a highly conductive metal. In particular, a metal or the like that can easily form a dense film by a sputtering method and that can easily form a strong metal plating film by an electrolytic plating method can be suitably used. In particular, as the composition of the conductive metal film, for example, an iron metal alone or an alloy such as an iron alloy can be suitably employed. The thickness of the second bonding layer may be appropriately set according to the type of metal element constituting the second bonding layer, the unevenness of the surface of the heat insulating layer, etc., but is usually about 1 to 6 μm. .

熱伝導層形成工程
熱伝導層形成工程では、接合層の表面上に熱伝導率100W/m・K以上の熱伝導層を物理的気相成長法によって形成する。
Thermal conductive layer forming step In the thermal conductive layer forming step, a thermal conductive layer having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more is formed on the surface of the bonding layer by physical vapor deposition.

熱伝導率100W/m・K以上の熱伝導層として、前記で例示したような金属を好適に採用することができる。このような金属からなる熱伝導層は、物理的気相成長法を適用できるという点でも好ましい。   As the heat conductive layer having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more, the metals exemplified above can be suitably used. A heat conductive layer made of such a metal is also preferable in that a physical vapor deposition method can be applied.

物理的気相成長法(PVD法)としては限定的ではなく、例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法、真空蒸着法等が挙げられるが、特にスパッタリング法が好ましい。スパッタリング法は、公知又は市販のスパッタリング装置を用いて実施することができる。特に、本発明では、DCマグネトロンスパッタリング装置あるいはRFマグネトロンスパッタリング装置が好ましく、スパッタリングの条件も限定的ではないが、特に不活性ガスにアルゴンを用い、真空度は0.2〜2.0Paにて、基板加熱温度50〜300℃という条件を採用することが望ましい。   The physical vapor deposition method (PVD method) is not limited, and examples thereof include a sputtering method, an ion plating method, an MBE method, a vacuum deposition method, and the like, and a sputtering method is particularly preferable. The sputtering method can be performed using a known or commercially available sputtering apparatus. In particular, in the present invention, a DC magnetron sputtering apparatus or an RF magnetron sputtering apparatus is preferable, and the sputtering conditions are not limited. Especially, argon is used as an inert gas, and the degree of vacuum is 0.2 to 2.0 Pa. It is desirable to employ the condition that the substrate heating temperature is 50 to 300 ° C.

また、熱伝導層の構成は、単層であっても良く、また多層であっても良い。多層の場合は、上記の単層膜の上に、成膜速度の高い電解めっき法等の湿式工法で、厚めの金属膜からなる第2熱伝導層を形成して作製することができる。また、多層の場合、互いに同じ材料である多層でも良いし、互いに異なる材料からなる多層でも良い。この場合、特に、銅等の材料による第2熱伝導層の形成が好適である。なお、その際の厚みは、金型の大きさ・形状、断熱層の厚み等によって異なるが、本発明の効果をより効果的に達成するという見地より、通常5〜50μm程度とすることが好ましい。   Further, the configuration of the heat conductive layer may be a single layer or a multilayer. In the case of a multilayer, the second heat conductive layer made of a thick metal film can be formed on the single layer film by a wet method such as an electrolytic plating method having a high film formation rate. Moreover, in the case of a multilayer, the multilayer which is the same material mutually may be sufficient, and the multilayer which consists of a mutually different material may be sufficient. In this case, it is particularly preferable to form the second heat conductive layer using a material such as copper. In addition, although the thickness in that case changes with sizes and shapes of a metal mold | die, the thickness of a heat insulation layer, etc., it is usually preferable to set it as about 5-50 micrometers from the viewpoint of achieving the effect of this invention more effectively. .

金属皮膜形成工程
金属皮膜形成工程では、熱伝導層の表面上に金属皮膜をめっき法によって形成する。この場合、上記導電性金属膜の表面にめっき法を用いて金属皮膜を形成する工程は、公知の方法に従って実施することも可能であるが、特に下記の方法で実施することが望ましい。すなわち、金属皮膜接合層が触媒金属膜からなるシード層の場合、下地無電解めっき膜を形成後、無電解めっき法によって金属皮膜を形成する方法が望ましい。また、金属皮膜接合層をなす導電性金属膜を電極にして下地電気めっき膜を形成後、無電解めっき法によって金属皮膜を形成する方法が望ましい。ここで、下地電気めっき膜の形成方法として、特にNiストライクめっき法が望ましい。また、その表面に無電解めっき法で形成する金属膜としては、特にニッケルりん合金めっき膜が好ましい。前記のストライクめっき法又は無電解めっき法の条件等は公知の方法に従えば良い。
Metal film forming step In the metal film forming step, a metal film is formed on the surface of the heat conductive layer by a plating method. In this case, the step of forming a metal film on the surface of the conductive metal film using a plating method can be carried out according to a known method, but is preferably carried out by the following method. That is, when the metal film bonding layer is a seed layer made of a catalytic metal film, it is desirable to form a metal film by an electroless plating method after forming the base electroless plating film. Further, a method of forming a metal film by an electroless plating method after forming a base electroplating film using a conductive metal film forming a metal film bonding layer as an electrode is desirable. Here, the Ni strike plating method is particularly desirable as a method for forming the base electroplating film. Further, as the metal film formed on the surface by the electroless plating method, a nickel phosphorus alloy plating film is particularly preferable. The conditions of the strike plating method or the electroless plating method may follow a known method.

成形面形成工程
成形面形成工程では、金属皮膜の表面に機械加工を施すことにより樹脂成形のための転写形状表面を形成する。機械加工は、公知の方法に従って実施すれば良く、例えば公知又は市販の精密切削加工機等を用いて金属皮膜の表面に所望の形状(凹凸形状)を付与することができる。
Molding surface forming step In the molding surface forming step, the surface of the metal film is machined to form a transfer shape surface for resin molding. The machining may be performed according to a known method. For example, a desired shape (uneven shape) can be imparted to the surface of the metal film using a known or commercially available precision cutting machine or the like.

以下に実施例を示し、本発明の特徴をより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例に限定されない。   The features of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to the examples.

実施例1
図1に、本実施例1の本発明の断熱金型1の構成を示す断面図を示す。断熱金型1は、図16に示す導光板のような精密な微細加工形状をもつ樹脂製部品の成型加工に用いられる金型であり、長手方向100mm×短手方向62mm×高さ15mmの直方体形状である。
Example 1
In FIG. 1, sectional drawing which shows the structure of the heat insulation metal mold | die 1 of this invention of the present Example 1 is shown. The heat insulating mold 1 is a mold used for molding a resin part having a precise finely processed shape such as a light guide plate shown in FIG. 16, and is a rectangular parallelepiped having a longitudinal direction of 100 mm, a lateral direction of 62 mm, and a height of 15 mm. Shape.

金型を構成する金属製金型母材2の材料として高い硬度を有するステンレス鋼を用いた。金属製金型母材2は、長手方向100mm×短手方向62mm×高さ14.5mmの直方体形状である。上面から0.3mmの幅で高さ2mmの外側の外周部分を除くように段付き研削加工されて凸部の形状となっている。   Stainless steel having high hardness was used as the material of the metal mold base material 2 constituting the mold. The metal mold base material 2 has a rectangular parallelepiped shape having a longitudinal direction of 100 mm, a lateral direction of 62 mm, and a height of 14.5 mm. A stepped grinding process is performed to remove the outer peripheral portion having a width of 0.3 mm and a height of 2 mm from the upper surface, thereby forming a convex shape.

金属製金型母材2の成形面側の凸部表面に、断熱膜下地層として鉄膜からなる金属質層3(厚さ3μm)が配置され、その上に結晶質鉄フェライト膜(すなわち、スピネル型鉄酸化物)からなる多孔質膜の空隙をケイ素とホウ素とスズを主成分とする無機酸化物ガラスからなる固体材料で詰められた断熱層4(厚さ200μm)が配置され、さらにその表面上にチタンからなる接合層5が配置され、その上に熱伝導層6が形成されている。熱伝導層6は、厚さ2μmの銅からなる第1熱伝導層6aと厚さ18μmの銅からなる第2熱伝導層6bの合計20μmの銅の層からなる。さらに熱伝導層上に厚さ2μmの第1金属皮膜7a(ニッケル)が被覆されている。さらに、無電解ニッケルめっき法によって厚み200μmの精密加工用の第2金属皮膜7b(非晶質ニッケルりん合金)が形成されている。これら金属皮膜7の成形面側は、最大深さ25μmの樹脂成形用微細パターンが精密機械加工により形成された精密加工表面7sになっている。   A metallic layer 3 (thickness 3 μm) made of an iron film is disposed on the convex surface of the metal mold base 2 on the molding surface side, and a crystalline iron ferrite film (that is, a thickness of 3 μm) is formed thereon. A heat insulating layer 4 (thickness: 200 μm) filled with a solid material made of inorganic oxide glass mainly composed of silicon, boron and tin is disposed in a void of a porous film made of spinel iron oxide), and further A bonding layer 5 made of titanium is disposed on the surface, and a heat conductive layer 6 is formed thereon. The heat conductive layer 6 is composed of a total of 20 μm copper layers, a first heat conductive layer 6 a made of copper having a thickness of 2 μm and a second heat conductive layer 6 b made of copper having a thickness of 18 μm. Further, a first metal film 7a (nickel) having a thickness of 2 μm is coated on the heat conductive layer. Further, a second metal film 7b (amorphous nickel phosphorus alloy) for precision machining having a thickness of 200 μm is formed by electroless nickel plating. The molding surface side of the metal film 7 is a precision machined surface 7s in which a fine pattern for resin molding having a maximum depth of 25 μm is formed by precision machining.

上記構成によれば、断熱金型の断熱層として有効な従来の多孔質フェライト膜の膜内の空隙をフェライト等の通常のセラミックスよりも熱伝導性の低いケイ酸系無機ガラスを主成分とする固体材料で埋めた層構造になっているため、従来同様にセラミックス材料としての低い熱伝導性を保持したまま、従来の多孔質フェライト断熱膜の弱点、すなわち樹脂製品の高圧成形による金型成形面の凹み変形を効果的に抑制ないしは防止することが可能となる。その結果、高圧成形が必要な微細なパターンをもつ肉薄成型品の良好な樹脂成形がより長期間にわたって実施可能となる。   According to the above configuration, the voids in the conventional porous ferrite film effective as the heat insulating layer of the heat insulating mold are mainly composed of silicate inorganic glass having lower thermal conductivity than ordinary ceramics such as ferrite. Because it has a layer structure filled with solid material, it retains the low thermal conductivity as a ceramic material as in the past, but the weakness of the conventional porous ferrite thermal insulation film, that is, the mold forming surface by high-pressure molding of resin products It is possible to effectively suppress or prevent the dent deformation. As a result, good resin molding of a thin molded product having a fine pattern that requires high-pressure molding can be performed over a longer period of time.

図2には、本発明の断熱金型1の製造工程例を示す。以下、図2に示す工程に従って各工程の説明を行う。   In FIG. 2, the example of a manufacturing process of the heat insulation metal mold | die 1 of this invention is shown. Hereinafter, each step will be described in accordance with the steps shown in FIG.

前記した寸法のステンレス鋼製の金属製金型母材2の表面上に、硫酸鉄めっき浴を用い、電気めっき法によって厚さ3μmの鉄膜である金属質層3を形成した(図2(1))。   On the surface of the metal mold base material 2 made of stainless steel having the above dimensions, a metallic layer 3 that is an iron film having a thickness of 3 μm was formed by an electroplating method using an iron sulfate plating bath (FIG. 2 ( 1)).

金属質膜3の上部に、多孔質フェライト膜の空隙に非晶質の無機固体化合物を充填してなる断熱層4(厚さ200μm)を形成した(図2(2))。この断熱層4については、まず厚さ250μmの多孔質フェライト膜の空隙を固体材料で満たした後、200μmの厚みまで平滑面が出るように精密機械研磨により加工することによって断熱層4を作製した。   A heat insulating layer 4 (thickness: 200 μm) formed by filling the voids of the porous ferrite film with an amorphous inorganic solid compound was formed on the metallic film 3 (FIG. 2 (2)). For the heat insulating layer 4, first, the voids of the porous ferrite film having a thickness of 250 μm were filled with a solid material, and then processed by precision mechanical polishing so that a smooth surface was obtained up to a thickness of 200 μm, thereby producing the heat insulating layer 4. .

固体材料の充填は、図3に示す4つの工程を経て実施した。すなわち、(1)金属製金型母材の成形面側に多孔質フェライト膜を形成する工程、(2)前記の多孔質フェライト膜の空隙に固体材料の液状原料を含浸させる工程、(3)溶剤気化と加水分解反応を促進させることによって前記の液状原料を固化させる工程、(4)前記の固化した含浸物を、酸化性雰囲気で熱処理することによって所定の固体材料に変化させるという工程を経て実施した。   The filling of the solid material was performed through the four steps shown in FIG. That is, (1) a step of forming a porous ferrite film on the molding surface side of a metal mold base material, (2) a step of impregnating the voids of the porous ferrite film with a liquid material of a solid material, (3) Through a step of solidifying the liquid raw material by promoting solvent vaporization and hydrolysis reaction; and (4) a step of changing the solidified impregnated material into a predetermined solid material by heat treatment in an oxidizing atmosphere. Carried out.

まず、金属製金型母材の成形面側の金属質層3の上に多孔質フェライト膜を形成する方法を以下に示す。窒素ガス中で蒸留して調製した水600mlに417gの硫酸第1鉄(FeSO・7HO)を溶解した水溶液と、216gの水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液600mlを混合して懸濁液を調製した。内容積2リットルのステンレス鋼製の円筒型オートクレーブ反応容器の中に上記懸濁液を入れ、その中に金属質層3を形成した金型母材を浸漬し、治具を用いて保持した。金属製金型母材2は、金属質層3を形成した成形面以外を四フッ化エチレン製のシールテープで予めマスキングしておいた。なお、上記の作業は、窒素ガス雰囲気中で行った。このオートクレーブ反応容器を外部から加熱することによって、130℃で20時間反応させた。反応時間経過後、金型母材を治具ごと取り出し、同時に生成した反応残渣の粉体化合物と分離するため、十分に水洗した。オートクレーブ反応容器も、同様に生成した反応残渣を取り除くために内部を水洗し、再度上記と同量の懸濁液を調合し、再び金型母材を治具ごと取り付けて、前記と同様に130℃で20時間の反応の工程を8回繰り返した。このようにして、膜厚250μmの多孔質フェライト膜を形成した。 First, a method for forming a porous ferrite film on the metallic layer 3 on the molding surface side of the metal mold base material will be described below. An aqueous solution in which 417 g of ferrous sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O) was dissolved in 600 ml of water prepared by distillation in nitrogen gas was mixed with 600 ml of an aqueous solution of 216 g of sodium hydroxide (NaOH) to obtain a suspension. Prepared. The above suspension was placed in a cylindrical autoclave reaction vessel made of stainless steel having an internal volume of 2 liters, and the mold base material on which the metallic layer 3 was formed was immersed therein and held using a jig. The metallic mold base material 2 was previously masked with a sealing tape made of ethylene tetrafluoride except for the molding surface on which the metallic layer 3 was formed. The above operation was performed in a nitrogen gas atmosphere. The autoclave reaction vessel was externally heated to react at 130 ° C. for 20 hours. After the reaction time, the mold base material was taken out together with the jig, and washed sufficiently with water in order to separate from the powder compound of the reaction residue produced at the same time. The autoclave reaction vessel was also washed with water in order to remove the reaction residue produced in the same manner, and again the same amount of suspension was prepared as above, and the mold base material was attached together with the jig. The reaction process at 20 ° C. for 20 hours was repeated 8 times. In this way, a porous ferrite film having a thickness of 250 μm was formed.

次に、前記の多孔質フェライト膜の空隙に固体材料の液状原料を含浸するに先立って固体材料の液状原料を調製した。液状原料としては、ケイ酸エチル125ml、ホウ酸トリエチル10ml、2エチルヘキサン酸スズ2ml、0.1N―塩酸3ml及びイオン交換水10mlを大気中において室温で混合・溶解して得られた混合溶液(合計150ml)を用いた。この混合溶液は、時間の経過とともに徐々に粘度が高まり、固化がはじまる。そこで、図4に示す含浸装置11を用いて、この液状原料を金属製金型母材2の成形面側に形成した多孔質フェライト膜の空隙に直ちに含浸させた。図4に示す含浸装置11は、液状原料12が入った原料容器13と含浸されるべき試料14を内部に固定できる含浸チャンバー15の2つから構成されており、それらの2つを開閉バルブ16が備えられた配管17で繋がっている。なお、含浸チャンバー15には、その内部を減圧できるように、開閉バルブ18を介して真空排気ポンプ19が接続されている。含浸チャンバー15には真空計20が取り付けられており、内部の真空度を確認できるようになっている。   Next, prior to impregnating the voids of the porous ferrite film with the liquid material of the solid material, a liquid material of the solid material was prepared. As a liquid raw material, a mixed solution (125 ml of ethyl silicate, 10 ml of triethyl borate, 2 ml of tin ethylhexanoate, 3 ml of 0.1N-hydrochloric acid and 10 ml of ion-exchanged water at room temperature in the atmosphere (dissolved) A total of 150 ml) was used. This mixed solution gradually increases in viscosity with time and starts to solidify. Therefore, using the impregnation apparatus 11 shown in FIG. 4, this liquid raw material was immediately impregnated into the voids of the porous ferrite film formed on the molding surface side of the metal mold base material 2. The impregnation apparatus 11 shown in FIG. 4 includes two raw material containers 13 containing a liquid raw material 12 and an impregnation chamber 15 in which a sample 14 to be impregnated can be fixed. Are connected by a pipe 17 equipped with A vacuum exhaust pump 19 is connected to the impregnation chamber 15 via an open / close valve 18 so that the inside of the impregnation chamber 15 can be decompressed. A vacuum gauge 20 is attached to the impregnation chamber 15 so that the internal vacuum can be confirmed.

具体的な含浸方法を以下に示す。まず、含浸装置11の含浸チャンバー15を開放し、その中にその成形面側に多孔質フェライト膜が形成された金属製金型母材である試料14を設置し、固定する。次に、バルブ18を開き、真空排気ポンプ19を作動させ、含浸チャンバー15の内部を減圧する。次に、バルブ18を閉じ、バルブ16を開く。このとき、原料容器13に保管されていた液状原料12は、配管17を通って、減圧雰囲気にさらされていた試料14が固定された含浸チャンバー15に注ぎ込まれ、含浸チャンバー14の内圧は大気圧になる。このとき、試料14に形成された多孔質フェライト膜内の開空孔になっている空隙に、流入した液状原料が含浸される仕組みになっている。上記の操作によって、液状原料を多孔質フェライト膜に含浸させた。   A specific impregnation method is shown below. First, the impregnation chamber 15 of the impregnation apparatus 11 is opened, and a sample 14, which is a metal mold base material in which a porous ferrite film is formed on the molding surface side, is installed and fixed. Next, the valve 18 is opened, the vacuum exhaust pump 19 is operated, and the inside of the impregnation chamber 15 is decompressed. Next, the valve 18 is closed and the valve 16 is opened. At this time, the liquid raw material 12 stored in the raw material container 13 passes through the pipe 17 and is poured into the impregnation chamber 15 to which the sample 14 exposed to the reduced pressure atmosphere is fixed, and the internal pressure of the impregnation chamber 14 is atmospheric pressure. become. At this time, the liquid material that has flowed is impregnated into the voids that are open pores in the porous ferrite film formed in the sample 14. By the above operation, the liquid raw material was impregnated into the porous ferrite film.

続いて、前記の含浸した液状原料を、溶剤気化と加水分解反応を促進させることによって固化させた。すなわち、液状原料を含浸させた多孔質フェライト膜が形成された金属製金型母材は、表面に付着している過剰量の液状原料を拭って除去した後、湿度90%・温度70℃に保持された恒温恒湿槽に入れて10時間静置させ、気化による液状原料の溶剤除去と同時に加水分解反応を促進させることにより、多結晶フェライト膜の内部に含浸された液状原料を固化させた。   Subsequently, the impregnated liquid raw material was solidified by promoting solvent vaporization and hydrolysis reaction. That is, the metal mold base material on which the porous ferrite film impregnated with the liquid material is formed is wiped and removed from the excessive amount of the liquid material adhering to the surface, and then the humidity is 90% and the temperature is 70 ° C. The liquid raw material impregnated inside the polycrystalline ferrite film was solidified by putting it in a held constant temperature and humidity chamber and allowing it to stand for 10 hours, and promoting the hydrolysis reaction simultaneously with the removal of the solvent of the liquid raw material by vaporization. .

続いて、前記の固化した含浸物を酸化雰囲気で熱処理することにより固体材料に変化させた。液状原料を含浸させ、固化させた含浸物を含む多孔質フェライト膜が設けられた金属製金型母材は、そのまま電気炉を用いて大気中300℃で3時間の熱処理を行うことによって、固化した含浸物の有機成分を気化、あるいは燃焼させて取り除き、固化した含浸物を固体材料に変化させた。その後、空隙を固体材料で満たした多孔質フェライト膜(厚さ250μm)を精密機械研磨により200μmの厚みまで平滑面が出るように加工して断熱層4を形成した。   Subsequently, the solidified impregnated material was changed to a solid material by heat treatment in an oxidizing atmosphere. The metallic mold base material provided with the porous ferrite film containing the impregnated material impregnated with the liquid raw material is solidified by performing a heat treatment for 3 hours at 300 ° C. in the atmosphere using an electric furnace. The organic component of the impregnated material was removed by vaporization or combustion, and the solidified impregnated material was changed to a solid material. Thereafter, a porous ferrite film (thickness: 250 μm) in which the voids were filled with a solid material was processed by precision mechanical polishing so that a smooth surface appeared to a thickness of 200 μm to form the heat insulating layer 4.

次に、遊星回転機構を有し、2種類の6インチ径ターゲットを設置できる逆スパッタ機能付の2元高周波マグネトロンスパッタ装置を用いて、断熱膜4の表面に接合層5及び第1熱伝導層6aを形成した(図2(3)、図2(4))。すなわち、断熱膜4まで形成された金属製金型母材については、まず断熱層4が形成された金属製金型母材2おいて段付き加工した上面部分を除いて、その下部をマスクした。次に、スパッタ装置内で、ターゲットに対して角度30°でこの金属製金型母材を基板ホルダに取り付け、その基板ホルダを遊星回転させながら、以下のようにして、二層積層スパッタ膜を形成した。すなわち、予め金属チタンのターゲット及び金属銅のターゲットを設置したスパッタ装置中で、断熱層4が形成された金属製金型母材を基板ホルダに取り付け、真空排気しながら、150℃で1時間加熱した後、さらにスパッタ膜を形成すべき金属製金型母材の表面に対して、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを用いて、真空度8Paで逆スパッタを行い、表面クリーニングを行った。その後、基板ホルダごと遊星回転させながら、まず金属チタンのターゲットを用い、真空度0.6Paでスパッタ投入電力2kWで2分間スパッタリングすることにより、接合層5を0.2μmの厚さで形成した。さらに、金属銅のターゲットを用いて、同じ真空度でスパッタ投入電力2kWによる2分間のスパッタリングをすることにより、厚さ2μmの緻密な第1熱伝導層6aを連続して形成した。   Next, the bonding layer 5 and the first heat conduction layer are formed on the surface of the heat insulating film 4 using a dual high frequency magnetron sputtering apparatus having a planetary rotation mechanism and having a reverse sputtering function capable of installing two types of 6-inch diameter targets. 6a was formed (FIGS. 2 (3) and 2 (4)). That is, with respect to the metal mold base material formed up to the heat insulating film 4, the lower part of the metal mold base material 2 on which the heat insulating layer 4 is formed is masked except for the upper surface portion that is stepped. . Next, in the sputtering apparatus, the metal mold base material is attached to the substrate holder at an angle of 30 ° with respect to the target, and the substrate holder is rotated as a planet while the two-layer laminated sputtering film is formed as follows. Formed. That is, in a sputtering apparatus in which a metal titanium target and a metal copper target are previously installed, the metal mold base material on which the heat insulating layer 4 is formed is attached to the substrate holder and heated at 150 ° C. for 1 hour while being evacuated. After that, the surface of the metal mold base material on which a sputtered film was to be formed was reverse sputtered at a vacuum degree of 8 Pa using argon gas as a sputtering gas to perform surface cleaning. After that, while rotating the planet holder together with the planet, first, using a metal titanium target, sputtering was performed at a vacuum degree of 0.6 Pa and a sputtering input power of 2 kW for 2 minutes, thereby forming the bonding layer 5 with a thickness of 0.2 μm. Further, a dense first heat conductive layer 6a having a thickness of 2 μm was continuously formed by performing sputtering for 2 minutes with a sputtering input power of 2 kW at the same degree of vacuum using a metallic copper target.

接合層5と第1熱伝導層6aのそれぞれの膜厚は、基板ホルダに取り付けたガラス基板上に成膜時間を変えて形成したそれぞれの膜の厚みと成膜時間の関係の検量線を作成し、スパッタ形成した時間からその検量線に沿って決めた。ここで、金属チタンは酸素の存在下で強固な酸化膜を形成しやすいという性質を利用して、接合層5のチタン膜は直下の酸化物からなる断熱層材料の組成の酸素成分に反応して界面のチタン膜が酸化されることによって密着強度を高める目的で形成されたものである。さらに、その上の第1熱伝導層6aの銅膜は、平面方向の熱伝導性を高める役割のほか、その下地のチタン膜と接合がなされて密着強度を高めると同時に、その高電気伝導性から、めっき法によって上部に形成される第2熱伝導層6bの銅膜を強く密着させて均一成膜する役割も併せ持つ。   As for the film thicknesses of the bonding layer 5 and the first heat conductive layer 6a, a calibration curve of the relationship between the film thickness and the film formation time formed on the glass substrate attached to the substrate holder by changing the film formation time is prepared. Then, it was determined along the calibration curve from the sputter formation time. Here, utilizing the property that metal titanium easily forms a strong oxide film in the presence of oxygen, the titanium film of the bonding layer 5 reacts with the oxygen component of the composition of the heat insulating layer material made of the oxide immediately below. The titanium film at the interface is oxidized for the purpose of increasing the adhesion strength. Further, the copper film of the first heat conductive layer 6a thereon has a role of enhancing the thermal conductivity in the planar direction, and is bonded to the underlying titanium film to increase the adhesion strength, and at the same time has a high electrical conductivity. Therefore, the copper film of the second heat conductive layer 6b formed on the upper part by plating is also in close contact with each other to form a uniform film.

次いで、第1熱伝導層6aの表面に第2熱伝導層6bの銅膜を形成した(図2(5))。すなわち、第1熱伝導層6aまで形成された金属製金型母材については、まず、その上面部分のみを除いてその他の下部をマスクし、硫酸銅電解めっきを行って厚さ18μmの緻密な第2熱伝導層6bを形成した。以上のようにして、第1熱伝導層6aとその上の第2熱伝導層6bからなる熱伝導層6(合計厚さ20μm)を形成した。   Subsequently, the copper film of the 2nd heat conductive layer 6b was formed in the surface of the 1st heat conductive layer 6a (FIG. 2 (5)). That is, with respect to the metal mold base material formed up to the first heat conductive layer 6a, first, except for the upper surface portion, the other lower part is masked, and copper sulfate electroplating is performed to form a dense 18 μm thick. A second heat conductive layer 6b was formed. As described above, the heat conductive layer 6 (total thickness 20 μm) composed of the first heat conductive layer 6a and the second heat conductive layer 6b thereon was formed.

次に、ニッケルストライクめっき法によって、厚さ2μmの第1金属皮膜7a(ニッケル)を被覆した。さらに、無電解ニッケルめっき法によって厚み250μmの精密加工用の第2金属皮膜7b(非晶質ニッケルりん合金)を形成した。このようにして、第1金属皮膜7aとその上の第2金属皮膜7bからなる金属皮膜7を形成し、200℃で3時間熱処理した(図2(6))。   Next, a first metal film 7a (nickel) having a thickness of 2 μm was coated by a nickel strike plating method. Further, a second metal film 7b (amorphous nickel phosphorus alloy) for precision machining having a thickness of 250 μm was formed by an electroless nickel plating method. Thus, the metal film 7 which consists of the 1st metal film 7a and the 2nd metal film 7b on it was formed, and it heat-processed at 200 degreeC for 3 hours (FIG. 2 (6)).

その後、精密切削加工機を用い、金属皮膜7をまず金属製金型母材2の側面と平滑になるように側面加工した。続いて、上記の第2金属皮膜7bを精密研削加工することによって精密加工表面7sを形成し、断熱金型1を得た(図2(7))。   Thereafter, using a precision cutting machine, the metal film 7 was first subjected to side processing so as to be smooth with the side surface of the metal mold base material 2. Subsequently, precision machining surface 7s was formed by precision grinding of the second metal film 7b to obtain a heat insulating mold 1 (FIG. 2 (7)).

なお、金属製金型母材2の表面上に形成する鉄膜からなる金属質層3の形成方法として本実施例ではめっき法による方法を例示したが、金属皮膜としては断熱膜の直下にはその断熱膜を形成する金属元素からなる金属膜であれば良い。また、その金属膜の形成方法は、本実施例に記しためっき法に限られるものではない。例えば、この鉄膜を金型母材の表面に直接的にスパッタリング法で形成する方法でも良い。   In addition, although the method by a plating method was illustrated in the present Example as a formation method of the metallic layer 3 which consists of an iron film formed on the surface of metal mold base materials 2, as a metal film, it is just under a heat insulation film. What is necessary is just the metal film which consists of a metal element which forms the heat insulation film | membrane. Further, the method for forming the metal film is not limited to the plating method described in this embodiment. For example, this iron film may be formed directly on the surface of the mold base material by a sputtering method.

断熱層の構造解析
本発明の断熱金型1における断熱層4に関し、所望の材質の膜が形成されているかどうかを確認するため、基板として金属製金型母材2と同じ材質(ステンレス鋼)の長方形状の基板(大きさ:縦50mm×横20mm×厚さ2.0mm)を準備し、前記した断熱層4の形成方法と同様の方法で、この基板に断熱膜Aを形成した試料を準備した。また、比較のために、同じ材質で同じ大きさの基板に、従来の断熱金型の断熱層の材料である多孔質フェライト膜からなる断熱膜Bを形成した試料も準備した。断熱膜Aについて、断熱膜Bと比較して材料評価した。断熱膜A及び断熱膜Bの作製方法を以下に記す。まず、前記の長方形状の基板を2枚準備し、上記した断熱金型1を作製する工程(図2(1))と同様にして、同様の金属皮膜を形成した。その後、図2(2)と同様にして、同じ原料を同じ混合比で調製した同じ組成の懸濁液を用い、同じオートクレーブ反応容器を用い、同じ水熱合成条件である前記と同様に130℃で20時間の反応の工程を同様の回数繰り返すことにより、膜厚250μmの多孔質フェライト膜を作製した。ここで得られた多孔質フェライト膜は、従来の断熱金型の断熱層の多孔質フェライト膜と同じものである。これらの2枚のうち、1枚は断熱膜Bが形成された比較試料とした。残りの1枚については、前記した図3に示す工程と同様にして、同じ組成の液状原料を上記の多孔質フェライト膜に含浸させ、同様の固化処理と大気中での熱処理とを行った。このようにして本発明の断熱金型と同じ断熱層である断熱膜A(膜厚250μm)が形成された試料を得た。
Structural analysis of heat insulating layer Regarding the heat insulating layer 4 in the heat insulating mold 1 of the present invention, in order to confirm whether a film of a desired material is formed, the same material as the metal mold base material 2 (stainless steel) as a substrate A rectangular substrate (size: length 50 mm × width 20 mm × thickness 2.0 mm) was prepared, and a sample in which the heat insulating film A was formed on the substrate in the same manner as the method for forming the heat insulating layer 4 described above was prepared. Got ready. For comparison, a sample was also prepared in which a heat insulating film B made of a porous ferrite film, which is a material of a heat insulating layer of a conventional heat insulating mold, was formed on a substrate of the same material and the same size. The material of the heat insulating film A was evaluated in comparison with the heat insulating film B. A method for manufacturing the heat insulating film A and the heat insulating film B will be described below. First, two rectangular substrates were prepared, and a similar metal film was formed in the same manner as in the step of manufacturing the heat insulating mold 1 (FIG. 2 (1)). Thereafter, in the same manner as in FIG. 2 (2), suspensions having the same composition prepared from the same raw materials at the same mixing ratio are used, the same autoclave reaction vessel is used, and the same hydrothermal synthesis conditions are set at 130 ° C. as described above. A porous ferrite film having a thickness of 250 μm was produced by repeating the reaction process for 20 hours in the same manner. The porous ferrite film obtained here is the same as the porous ferrite film of the heat insulation layer of the conventional heat insulation mold. One of these two sheets was used as a comparative sample on which the heat insulating film B was formed. The remaining one sheet was impregnated with the above-mentioned porous ferrite film with the liquid raw material having the same composition in the same manner as the process shown in FIG. 3, and the same solidification treatment and heat treatment in the atmosphere were performed. Thus, the sample in which the heat insulation film | membrane A (film thickness of 250 micrometers) which is the same heat insulation layer as the heat insulation metal mold | die of this invention was formed was obtained.

基板上に形成された断熱膜A及び断熱膜Bのそれぞれに関し、蛍光X線装置を用いて組成分析し、さらにCuKα線によるX線回折分析により結晶構造を調べた。組成分析の結果、断熱膜Aには鉄、ケイ素及びスズが検出された。なお、本分析方法では、塩素以下の軽元素であるホウ素、酸素等は検出できないが、原料に用いたホウ酸トリエチルは加水分解性が極めて高い物質であるため、構成元素のホウ素は多孔質フェライト膜の気孔内で固化した加水分解生成物中に、残存していると推察される。この固化した加水分解生成物を大気中300℃で焼成して固体物質が得られるので、この固体物質は少なくともケイ素とスズとホウ素と酸素の組成であると考えられる。一方、断熱膜Bには、金属元素として鉄のみが検出された。   With respect to each of the heat insulating film A and the heat insulating film B formed on the substrate, the composition was analyzed using a fluorescent X-ray apparatus, and the crystal structure was examined by X-ray diffraction analysis using CuKα rays. As a result of the composition analysis, iron, silicon and tin were detected in the heat insulating film A. In this analysis method, boron, oxygen, etc., which are light elements below chlorine, cannot be detected. However, triethyl borate used as a raw material is a highly hydrolyzable substance, so the constituent element boron is porous ferrite. It is surmised that it remains in the hydrolysis product solidified in the pores of the membrane. Since this solidified hydrolysis product is calcined at 300 ° C. in the atmosphere to obtain a solid substance, it is considered that this solid substance has a composition of at least silicon, tin, boron and oxygen. On the other hand, in the heat insulation film B, only iron was detected as a metal element.

また、断熱膜A(図5中「(a)本発明の断熱層」)及び断熱膜B(図5中「(b)従来の断熱層」)のX線回折パターンを図5に示す。図5に示すように、断熱層Bは格子定数a=8.40Åのスピネル型酸化鉄(=鉄フェライト)、Feに同定できる結晶相からなることがわかる。一方、断熱膜Aは、格子定数a=8.40Åのスピネル型酸化鉄(=鉄フェライト)、Feに同定できる結晶性の高い相と、2θが22°に頂点をもつ15°〜35°の範囲にブロードしたピークを示す非晶質物質(すなわち、Si−B―Sn−O系無機酸化物ガラス)からなる固体材料であることが確認できた。 FIG. 5 shows X-ray diffraction patterns of the heat insulating film A (“(a) the heat insulating layer of the present invention” in FIG. 5) and the heat insulating film B (“(b) a conventional heat insulating layer” in FIG. 5). As shown in FIG. 5, it can be seen that the heat insulating layer B is composed of a crystal phase that can be identified as spinel iron oxide (= iron ferrite) having a lattice constant a 0 = 8.40 、, Fe 3 O 4 . On the other hand, the heat insulation film A is a spinel type iron oxide (= iron ferrite) having a lattice constant a 0 = 8.40 、, a phase having high crystallinity that can be identified as Fe 3 O 4 , and 2 ° has a vertex at 22 ° of 15 °. It was confirmed that the solid material was made of an amorphous substance (that is, Si—B—Sn—O-based inorganic oxide glass) showing a broad peak in a range of ˜35 °.

さらに、断熱膜Aと断熱膜Bについて、膜表面と断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。それぞれの試料の観察面は、膜の表面については1000番の研磨シートを用いて手研磨して作製した。また、膜断面については機械加工で基板を2つに切断し、その切断面を1000番の研磨シートを用いて手研磨して作製した。それらを観察した。断熱膜A(図6中「(a)本発明の断熱層」)及び断熱膜B(図6中「(b)従来の断熱層」)の研磨表面及び研磨断面の走査型電子顕微鏡像を図6に示す。断熱膜Aは、断熱膜Bと異なり、白く見える無定形粒子の存在が認められた。前述の組成分析結果及びX線回折分析の結果を勘案すれば、これらの無定形粒子はSi−B―Sn−O系無機酸化物ガラスからなると判断できる。   Furthermore, about the heat insulation film | membrane A and the heat insulation film | membrane B, the film | membrane surface and the cross section were observed using the scanning electron microscope (SEM). The observation surface of each sample was prepared by manually polishing the surface of the film using a number 1000 polishing sheet. Further, the film cross section was prepared by cutting the substrate into two by machining and manually polishing the cut surface using a No. 1000 polishing sheet. They were observed. Scanning electron microscope images of the polishing surface and the cross section of the heat insulating film A ("(a) the heat insulating layer of the present invention" in FIG. 6) and the heat insulating film B ("(b) conventional heat insulating layer" in FIG. 6) are shown. It is shown in FIG. Unlike the heat insulation film B, the heat insulation film A was found to have white amorphous particles. Considering the result of the composition analysis and the result of the X-ray diffraction analysis, it can be determined that these amorphous particles are made of Si—B—Sn—O based inorganic oxide glass.

断熱膜A及び断熱膜Bの気孔率も測定した。上記の分析が終わった断熱膜A及び断熱膜Bを測定試料に用いた。気孔率の測定は、特許文献2に開示されているレーザー顕微鏡を用いた非接触表面粗さ計測の方法にならって行った。測定試料は1000番の研磨シートで膜表面から約50μmの深さまで表面を粗研磨した後、4000番のラッピングフィルムシートを用いて注意深く手研磨して気孔率測定用の平滑表面を作製した。ここで、断熱膜Aの測定試料は、多孔質フェライト層に点在する空隙にSi−B―Sn−O系無機酸化物ガラスからなる無定形の固体材料粒子であるので、レーザー顕微鏡でのレーザー光が透過して非接触表面粗さの精度に大きな誤差が起こる可能性があった。そこで、この測定誤差が生じないように、直流スパッタ装置を用いて、厚さ0.1μmのパラジウム膜を測定表面に形成し、これを測定試料に用いた。   The porosity of the heat insulation film A and the heat insulation film B was also measured. The heat insulating film A and the heat insulating film B after the above analysis were used as measurement samples. The measurement of the porosity was performed according to the non-contact surface roughness measurement method using a laser microscope disclosed in Patent Document 2. The measurement sample was a No. 1000 polishing sheet, and the surface was roughly polished from the film surface to a depth of about 50 μm, and then carefully hand polished using a No. 4000 wrapping film sheet to prepare a smooth surface for measuring the porosity. Here, the measurement sample of the heat insulation film A is amorphous solid material particles made of Si—B—Sn—O-based inorganic oxide glass in the voids scattered in the porous ferrite layer. There is a possibility that a large error occurs in the accuracy of the non-contact surface roughness due to the transmission of light. In order to prevent this measurement error, a palladium film having a thickness of 0.1 μm was formed on the measurement surface by using a direct current sputtering apparatus, and this was used as a measurement sample.

それぞれの測定試料については、気孔率の測定のために、一辺150μmの正方形領域を試料表面全体から4ヶ所抽出した。図20(a)に示すように、レーザー顕微鏡(測定時の倍率2000倍)を用いた非接触表面粗さ計測の方法を利用し、抽出したそれぞれの正方形領域に対して深さ方向の凹凸形状の測定を行った。すなわち、正方形領域の上側横辺の直線部分(長さ150μm)を測定して、その断面画像を切り出し、得られた断面の凹凸形状の深さプロファイル(図20(b))において、凹凸測定した全距離150μmに対する、表面から深さ5μmの凹部分の水平方向の距離の総和の割合(図20(c))をその測定線上に存在する気孔の割合(気孔率)Paとした。 For each measurement sample, four square regions having a side of 150 μm were extracted from the entire sample surface in order to measure the porosity. As shown in FIG. 20 (a), using a non-contact surface roughness measurement method using a laser microscope (magnification 2000 times at the time of measurement), the uneven shape in the depth direction for each extracted square region Was measured. That is, the straight portion (length 150 μm) on the upper side of the square region was measured, the cross-sectional image was cut out, and the unevenness was measured in the depth profile (FIG. 20B) of the obtained uneven shape. The total ratio (FIG. 20 (c)) of the horizontal distance of the concave portion having a depth of 5 μm from the surface with respect to the total distance of 150 μm was defined as the ratio (porosity) Pa 1 of the pores existing on the measurement line.

同様にして、上記の正方形領域の上側横辺に平行に、縦辺150μmを25μm間隔に、両端を結ぶ直線部分(距離150μm)の断面の凹凸形状の深さプロファイルから、それぞれの直線部分に対応した気孔率を求め、全7つの直線部分から求めた各気孔率Pa〜Paの値を相加平均して上記の正方形領域の気孔率Paとした。同様にして測定試料内の4ヶ所の正方形領域の気孔率Pa、Pb、Pc及びPdをそれぞれ求め、それらの相加平均値から断熱膜Aの気孔率Pを算出した。その結果、断熱膜Aの気孔率は10%であり、断熱膜Bの気孔率は53%であった。この数値から計算すると、多孔質膜の空隙の81体積%が固体材料で充填されていることがわかる。 In the same manner, parallel to the upper horizontal side of the above-mentioned square region, the vertical sides of 150 μm are spaced at intervals of 25 μm, and from the depth profile of the concavo-convex shape of the cross-section of the straight line connecting the both ends (distance 150 μm), was porosity was determined and the porosity Pa of the square regions the values of the porosity Pa 1 ~Pa 7 obtained from all seven straight portions and arithmetic mean. Similarly, the porosity Pa, Pb, Pc, and Pd of four square regions in the measurement sample were respectively obtained, and the porosity P of the heat insulating film A was calculated from the arithmetic mean value thereof. As a result, the porosity of the heat insulation film A was 10%, and the porosity of the heat insulation film B was 53%. Calculation from this value shows that 81% by volume of the voids in the porous membrane are filled with a solid material.

断熱性の評価
本発明の断熱金型と同じ層構成について、前記の2種類の断熱膜A及び断熱膜Bの断熱性能を評価した。断熱膜A又は断熱膜Bと同じ材料と同じ構成からなる断熱層をもち、さらにその上に金属皮膜を形成した断熱性評価用の試料21及び比較試料32を作製した。断熱膜Aを配置した試料21の概略断面構成図を図7に示す。比較試料32は、断熱膜の材料が断熱膜Bであることが異なるのみであり、その他は図7に示す構成と同じ構成である。試料21は、以下のようにして作製した。まず、一辺30.0mmの正方形の底面をもち、高さ100.0mmの直方体(材質:炭素鋼)のブロックを準備し、底面から高さ90mmの位置の側面の中央部分に直径3.5mmで深さ15.0mmの熱電対取り付け穴29を形成して、金属基材22を作製した。この金属基板22を用い上記した断熱膜Aを形成する方法と同様にして、底部から5.0mmの位置まで厚さ3μmの鉄膜からなる金属質膜23を形成し、その上に厚さ210μmの本発明の断熱金型1の断熱層4と同じ断熱膜Aからなる断熱層24を形成した。
Evaluation of heat insulation About the same layer structure as the heat insulation metal mold | die of this invention, the heat insulation performance of the said 2 types of heat insulation film | membrane A and the heat insulation film | membrane B was evaluated. Sample 21 for thermal insulation evaluation and comparative sample 32 having a heat insulating layer made of the same material and the same structure as the heat insulating film A or B and further having a metal film formed thereon were prepared. FIG. 7 shows a schematic cross-sectional configuration diagram of the sample 21 in which the heat insulating film A is arranged. The comparative sample 32 is the same as the configuration shown in FIG. 7 except that the material of the heat insulating film is the heat insulating film B. Sample 21 was produced as follows. First, a rectangular parallelepiped (material: carbon steel) block having a square bottom with a side of 30.0 mm and a height of 100.0 mm is prepared, with a diameter of 3.5 mm at the center of the side surface at a height of 90 mm from the bottom. A thermocouple mounting hole 29 having a depth of 15.0 mm was formed to produce a metal substrate 22. Similar to the method of forming the heat insulating film A using the metal substrate 22, a metallic film 23 made of an iron film having a thickness of 3 μm is formed from the bottom to a position of 5.0 mm, and a thickness of 210 μm is formed thereon. The heat insulating layer 24 made of the same heat insulating film A as the heat insulating layer 4 of the heat insulating mold 1 of the present invention was formed.

続いて、断熱層24を除いた部分にマスキングを施して、本発明の断熱金型1及び第1熱伝導層6aの形成に用いた装置を用い、それぞれ同じ成膜条件のスパッタ法で、本発明の断熱金型1の接合層5と同じ厚さ0.2μmのチタンからなる接合層25及び2μmの銅からなる第1熱伝導層26aを形成した。さらに、第1熱伝導層26aまで形成された金属製基材については、その上面の平面部分のみを除いてその他の下部をマスクし、硫酸銅電解めっきを行って、厚さ18μmの第2熱伝導層26bを形成した。   Subsequently, the portion excluding the heat insulating layer 24 is masked, and the apparatus used for forming the heat insulating mold 1 and the first heat conductive layer 6a of the present invention is used, and the sputtering method is performed under the same film forming conditions. The bonding layer 25 made of titanium having the same thickness as the bonding layer 5 of the heat insulating mold 1 of the invention and the first heat conductive layer 26a made of copper of 2 μm were formed. Further, for the metal base material formed up to the first heat conductive layer 26a, the other lower part is masked except for only the flat portion on the upper surface, and copper sulfate electroplating is performed, so that the second heat of 18 μm thickness is obtained. Conductive layer 26b was formed.

その後、ニッケルストライクめっき法によって、厚さ2μmのニッケルからなる第1金属皮膜27aを被覆した。さらに、その上に連続して、異なるめっき液からなる無電解めっき法で、厚さ20μmの非晶質ニッケルりん合金膜からなる第2金属皮膜27bを形成することにより前記2つの金属皮膜から構成された金属皮膜27を形成することによって試料21を作製した。なお、断熱性評価の比較のために、上記の試料21の断熱膜Aからなる断熱層24の代わりに、同じ厚さ210μmの前記の断熱膜Bからなる断熱層が形成された比較試料32を準備した。さらに、同様の断熱性の評価の目的で、全く断熱膜をもたない第2比較試料33も作製した。この第2比較試料33は、試料21から金属質膜23と断熱層24と接合層25が除かれた構成になっている。   Thereafter, a first metal film 27a made of nickel having a thickness of 2 μm was coated by a nickel strike plating method. Further, a second metal film 27b made of an amorphous nickel phosphorus alloy film having a thickness of 20 μm is formed on the two metal films continuously by an electroless plating method made of different plating solutions. A sample 21 was produced by forming the metal film 27 thus formed. For comparison of the thermal insulation evaluation, instead of the thermal insulation layer 24 made of the thermal insulation film A of the sample 21, the comparative sample 32 in which the thermal insulation layer made of the thermal insulation film B having the same thickness of 210 μm was formed. Got ready. Furthermore, a second comparative sample 33 having no heat insulating film was also produced for the purpose of evaluating the same heat insulating property. The second comparative sample 33 has a configuration in which the metal film 23, the heat insulating layer 24, and the bonding layer 25 are removed from the sample 21.

図8には、本実施例で用いた断熱性評価装置31の概略断面図を示す。この装置は、電熱ヒータ34の上に、大きさ100mm×150mmで厚み4mmのステンレス鋼からなる良伝導性の金属板35を配置した構造である。この構成のため、金属板35の表面全面は、加熱時に均一温度になるようになっている。上記の3種類の試料21、比較試料32、第2比較試料33を、それらの底面の熱伝導ケイ素グリスを塗布し、この金属板35の表面に置いた。試料21、比較試料32、第2比較試料33のそれぞれの熱電対取り付け穴には、熱電対36、37、38が取り付けられており、それらによって入られた各金属基材の温度をマルチ温度レコーダ39に記録できる構成になっている。すなわち、断熱性の評価は、電熱ヒータ34を作動させることにより各試料を同時に均一加熱し、それぞれの試料の金属基材の温度を測定することによって、温度上昇のしかたを比較することにより行った。なお、断熱性評価の温度測定の際に、試料の各金属基材が外気に影響され難くする目的で、評価装置には断熱カバー40で覆った。   In FIG. 8, the schematic sectional drawing of the heat insulation evaluation apparatus 31 used by the present Example is shown. This apparatus has a structure in which a highly conductive metal plate 35 made of stainless steel having a size of 100 mm × 150 mm and a thickness of 4 mm is disposed on an electric heater 34. Due to this configuration, the entire surface of the metal plate 35 has a uniform temperature during heating. The above three types of sample 21, comparative sample 32, and second comparative sample 33 were coated with thermally conductive silicon grease on their bottom surfaces and placed on the surface of this metal plate 35. Thermocouples 36, 37, and 38 are attached to the thermocouple attachment holes of the sample 21, the comparative sample 32, and the second comparative sample 33, respectively, and the temperature of each metal substrate inserted by them is a multi-temperature recorder. 39 can be recorded. That is, the evaluation of heat insulation was performed by simultaneously heating each sample uniformly by operating the electric heater 34, and measuring the temperature of the metal base material of each sample, and comparing how the temperature rises. . In addition, in the temperature measurement of heat insulation evaluation, the evaluation apparatus was covered with the heat insulation cover 40 in order to make each metal base material of a sample hard to be influenced by external air.

断熱性の評価は、電熱ヒータ34を用いて室温から加熱を始め、60分間、各試料の温度が上昇する様子を調べることにより行った。その結果を図9に示す。本発明の断熱膜Aを有する試料21は、断熱膜のない第2比較試料33に比べ、金属基材の温度上昇が遅いことから、断熱膜Aの存在が金属基材に熱を伝え難くする効果があること、すなわち断熱膜Aが断熱効果に寄与していることがわかる。また、本発明の断熱膜Aは、従来の断熱膜Bとほぼ同等の断熱性を有していることもわかる。   Evaluation of heat insulation was performed by starting heating from room temperature using the electric heater 34 and examining how the temperature of each sample increased for 60 minutes. The result is shown in FIG. Since the sample 21 having the heat insulating film A of the present invention has a slower temperature rise of the metal base material than the second comparative sample 33 without the heat insulating film, the presence of the heat insulating film A makes it difficult to transfer heat to the metal base material. It can be seen that there is an effect, that is, the heat insulating film A contributes to the heat insulating effect. Moreover, it turns out that the heat insulation film | membrane A of this invention has a heat insulation property substantially equivalent to the conventional heat insulation film | membrane B. FIG.

断熱層強度の評価
本実施例において、断熱層4(すなわち断熱膜A)の圧縮強度についても評価した。圧縮強度は、本実施例の断熱金型1の断熱層4と同様の材料で同様に作製された断熱層44をもつ試料41を作製し、その断熱層の圧縮圧力による膜厚の変化を調べることによって評価した。図10には、試料41の外観の斜視図と、その斜視図においてW−X−Y−Zで結ばれる平面で切断された断面図を示す。試料41は、一辺40mmの正方形状で厚さ10mmのステンレス鋼製の基板42の中央部分に大きさが一辺10mmの正方形状の鉄からなる金属皮膜43(厚さ3μm)と断熱層44(厚さ150μm)の積層膜が配置された構造になっている。すなわち、まず、上記の大きさのステンレス鋼製の基板の表面全面に、それぞれ、本実施例の断熱金型1の金属質膜3と断熱層4と同じ方法を用い、同じ組成の厚さ3μmの金属質膜と厚さ200μmの断熱層からなる積層膜を形成した。続いて、研削加工機を使用して、上記の積層膜を基板42の中央部分の一辺10mmの正方形状だけ残すように、残りの部分を切削加工で除き、さらに断熱層の厚みが150μmとなるように、かつ、表面が平滑になるように金属質膜43と断熱層44の積層膜を加工し、試料41を作製した。
Evaluation of heat insulating layer strength In this example, the compressive strength of the heat insulating layer 4 (that is, the heat insulating film A) was also evaluated. For the compressive strength, a sample 41 having a heat insulating layer 44 similarly manufactured using the same material as that of the heat insulating layer 4 of the heat insulating mold 1 of this embodiment is manufactured, and the change in film thickness due to the compression pressure of the heat insulating layer is examined. Was evaluated by FIG. 10 shows a perspective view of the appearance of the sample 41 and a cross-sectional view cut along a plane connected by W-XYZ in the perspective view. A sample 41 has a square shape with a side of 40 mm and a stainless steel substrate 42 with a thickness of 10 mm and a metal film 43 (thickness 3 μm) made of square iron with a size of 10 mm on a side and a heat insulating layer 44 (thickness). 150 μm) of laminated films are arranged. That is, first, the same method as the metallic film 3 and the heat insulating layer 4 of the heat insulating mold 1 of the present embodiment is used on the entire surface of the stainless steel substrate having the above-mentioned size, and the thickness of the same composition is 3 μm. A laminated film composed of the metallic film and a heat insulating layer having a thickness of 200 μm was formed. Subsequently, by using a grinding machine, the remaining part is removed by cutting so that only the square shape with a side of 10 mm on the side of the central part of the substrate 42 is left, and the thickness of the heat insulating layer becomes 150 μm. Thus, the laminated film of the metal film 43 and the heat insulation layer 44 was processed so that the surface was smooth, and the sample 41 was produced.

断熱層の圧縮強度の評価は、図11に示す評価装置を用いた。評価装置45は、試料台46とそれに設置された架台47、及びその架台47に取り付けられた油圧シリンダ48から構成されている。その圧力シリンダ48のピストンロッド49の先端には押圧治具50が取り付けられている。押圧治具50は、直径30mmの平滑な底面を有し、ピストンロッド49の押し下げ圧力が試料41の表面に均等に加わるように設計された内部構造になっている。試料41を試料台46の上に置き、その試料台46とその上部に配置された押圧治具50の間に挟んで配置した。圧縮強度の評価は、油圧シリンダ48を作動させることによって、ピストンロッド49を押し下げて押圧治具50の底面で、試料41の一辺10mmの正方形状の表面をもつ断熱層44を押圧することにより、加えた圧縮圧力による断熱層44の厚みの変化を測定することによって行った。油圧シリンダ48を用いて発生させた押し込み圧力と断熱層44の厚みの収縮の変化量(すなわち凹み量)を図12に示す。なお、比較のために、従来の金型の断熱層と同じ断熱膜Bを上述の試料41の断熱層44の代わりに形成して、比較試料を作製した。この比較試料についても、同様の測定をして、押し込み圧力と凹み量の関係を合わせて図12に示す。   The evaluation apparatus shown in FIG. 11 was used for the evaluation of the compressive strength of the heat insulating layer. The evaluation device 45 includes a sample table 46, a mount 47 installed on the sample table 46, and a hydraulic cylinder 48 attached to the mount 47. A pressing jig 50 is attached to the tip of the piston rod 49 of the pressure cylinder 48. The pressing jig 50 has a smooth bottom surface with a diameter of 30 mm, and has an internal structure designed so that the pressing pressure of the piston rod 49 is evenly applied to the surface of the sample 41. The sample 41 was placed on the sample table 46 and arranged between the sample table 46 and the pressing jig 50 arranged on the upper side. The compression strength is evaluated by operating the hydraulic cylinder 48 to push down the piston rod 49 and press the heat insulating layer 44 having a square surface of 10 mm on one side on the bottom surface of the pressing jig 50. This was done by measuring the change in the thickness of the heat insulating layer 44 due to the applied compression pressure. FIG. 12 shows the amount of change in the shrinkage of the indentation pressure generated by using the hydraulic cylinder 48 and the thickness of the heat insulating layer 44 (that is, the amount of depression). For comparison, the same heat insulating film B as the heat insulating layer of the conventional mold was formed in place of the heat insulating layer 44 of the above-described sample 41 to produce a comparative sample. The same measurement is performed for this comparative sample, and the relationship between the indentation pressure and the amount of depression is shown in FIG.

図12からわかるように、従来の断熱金型の断熱層と同じ断熱膜Bは、で大きな凹み量を示し、押し込み圧力を高めるにつれてさらに凹み量が増した。しかし、本発明の断熱金型の断熱層54に相当する断熱膜Aは、1平方センチメートルあたり1トンの押し込み圧力では、凹み量はほとんど検出されず、さらに1平方センチメートルあたり5トンの押し込み圧力でも凹み量はほとんど検出されないことがわかる。つまり、本発明の断熱金型の断熱層は、従来の断熱金型の断熱層に比較して、高い圧縮強度を有することがわかる。   As can be seen from FIG. 12, the same heat insulating film B as the heat insulating layer of the conventional heat insulating mold showed a large dent amount, and the dent amount further increased as the pushing pressure was increased. However, in the heat insulating film A corresponding to the heat insulating layer 54 of the heat insulating mold of the present invention, the dent amount is hardly detected at an indentation pressure of 1 ton per square centimeter, and the dent amount is further detected at an indentation pressure of 5 ton per square centimeter. It can be seen that is hardly detected. That is, it can be seen that the heat insulating layer of the heat insulating mold of the present invention has higher compressive strength than the heat insulating layer of the conventional heat insulating mold.

熱伝導層の熱伝導性の評価
本発明の断熱金型の熱伝導層の効果を調べる目的でその熱伝導性を評価した。熱伝導性の評価は、下地層に熱伝導層を有する金属皮膜を形成した基板の試料51と熱伝導層がない金属皮膜のみを形成した基板の比較試料72を作製し、熱伝導性を評価する方法で行った。試料51は次のようにして作製した。すなわち、熱伝導性の低い金属材料であるステンレス鋼SUS304(100℃の熱伝導率:16.3W/m・K)からなる基板52(大きさ:縦10.0mm×横6.7mm×厚さ0.3mm)に、実施例1の本発明の断熱金型と同様にして、その表面にスパッタ法で厚さ2μmの銅からなる第1熱伝導層を形成し、続いて電解めっき法で厚さ18μmの銅からなる第2熱伝導層を積層して合わせて厚さ20μmの銅からなる熱伝導層56を形成した。さらにこの熱伝導層56の上にニッケルストライクめっき法で厚さ2μmの第1金属皮膜(ニッケル)を形成後、連続して無電解めっき法で厚さ100μmの第2金属皮膜(非晶質ニッケルりん合金)を積層して合わせて厚さ102μmの金属皮膜57を形成した。また、比較試料72は、同じ大きさのSUS304製基板に直接にニッケルストライクめっき法で厚さ2μmの第1金属皮膜(ニッケル)を形成した後、連続して無電解めっき法で厚さ100μmの第2金属皮膜(非晶質ニッケルりん合金)を形成し、試料51と同じ厚さ102μmの金属皮膜を形成した。
Evaluation of Thermal Conductivity of Thermal Conductive Layer The thermal conductivity was evaluated for the purpose of examining the effect of the thermal conductive layer of the heat insulating mold of the present invention. Evaluation of thermal conductivity is performed by preparing a sample 51 of a substrate on which a metal film having a thermal conductive layer is formed as an underlayer and a comparative sample 72 of a substrate on which only a metal film having no thermal conductive layer is formed, and evaluating the thermal conductivity. I went by the method. Sample 51 was produced as follows. That is, the substrate 52 (size: length 10.0 mm × width 6.7 mm × thickness) made of stainless steel SUS304 (thermal conductivity at 100 ° C .: 16.3 W / m · K), which is a metal material having low thermal conductivity. 0.3 mm), a first heat conductive layer made of copper having a thickness of 2 μm is formed by sputtering on the surface in the same manner as in the heat insulating mold of the present invention of Example 1, and subsequently thickened by electrolytic plating. A second heat conductive layer made of copper having a thickness of 18 μm was laminated and combined to form a heat conductive layer 56 made of copper having a thickness of 20 μm. Further, after a first metal film (nickel) having a thickness of 2 μm is formed on the heat conductive layer 56 by a nickel strike plating method, a second metal film (amorphous nickel) having a thickness of 100 μm is continuously formed by an electroless plating method. A metal film 57 having a thickness of 102 μm was formed by stacking and combining (phosphorus alloy). In addition, the comparative sample 72 is formed by directly forming a 2 μm-thick first metal film (nickel) on a SUS304 substrate of the same size by a nickel strike plating method, and then continuously forming a 100 μm-thickness by an electroless plating method. A second metal film (amorphous nickel phosphorus alloy) was formed, and a metal film having a thickness of 102 μm, which was the same as that of sample 51, was formed.

図13には、本実施例で用いた熱伝導性評価装置71の概略断面図を示す。試料51及び比較試料72の概略断面構成図も図13に示す。この装置は、電熱ヒータ74の上に良伝導性の金属板75を配置した構造である。この金属板75は金属銅ブロックの加工体からなっており、試料51及び比較試料72の下部端から20mm部分を密着して固定保持できるようになっている。この構成のため、金属板75に固定した試料51及び比較試料72のそれぞれの下部端は加熱時に均一温度になるようになっている。試料51、比較試料72のそれぞれは、四フッ化エチレン樹脂製の2枚の断熱板73によって表面を密着して保護されており、それぞれの上部端から5mmの位置の金属皮膜57の表面と断熱板73の間には、それぞれ熱電対76、77が取り付けられており、それらによってそれぞれの金属皮膜表面の温度をマルチ温度レコーダ79に記録できる構成になっている。熱伝導性の評価は、電熱ヒータ74を作動させることにより各試料の下部を同時に室温から均一加熱し、それぞれの試料の上端付近の金属皮膜の温度上昇を測定することによって行った。なお、試料表面の温度が外気の影響を受け難くする目的で、熱伝導性評価の際には評価装置に断熱カバー80を取り付けた。   FIG. 13 shows a schematic cross-sectional view of the thermal conductivity evaluation apparatus 71 used in this example. A schematic cross-sectional configuration diagram of the sample 51 and the comparative sample 72 is also shown in FIG. This apparatus has a structure in which a highly conductive metal plate 75 is disposed on an electric heater 74. The metal plate 75 is made of a processed body of a metal copper block, and a 20 mm portion from the lower ends of the sample 51 and the comparative sample 72 can be closely attached and fixedly held. Due to this configuration, the lower ends of the sample 51 and the comparative sample 72 fixed to the metal plate 75 are set to a uniform temperature during heating. Each of the sample 51 and the comparative sample 72 is protected by being closely adhered to the surface by two heat insulating plates 73 made of ethylene tetrafluoride resin, and the surface of the metal film 57 at a position 5 mm from the upper end of each is heat-insulated. Thermocouples 76 and 77 are attached between the plates 73, respectively, so that the temperature of each metal film surface can be recorded in the multi-temperature recorder 79. Evaluation of thermal conductivity was performed by simultaneously heating the lower part of each sample from room temperature by operating the electric heater 74 and measuring the temperature rise of the metal film near the upper end of each sample. In order to make the temperature of the sample surface less susceptible to the influence of outside air, a heat insulating cover 80 was attached to the evaluation device during the thermal conductivity evaluation.

熱伝導層を有する試料及び熱伝導層のない比較試料の結果をそれぞれ、図14の(a)及び(c)に示す。本発明の熱伝導層56を有する試料51は、熱伝導層のない比較試料72に比べ、金属皮膜の温度上昇が速いことから、熱伝導層が熱源の熱エネルギーを拡散させて、熱源から遠い位置にある金属皮膜に熱エネルギーを伝え易くする効果があることがわかる。   The results of the sample having the heat conductive layer and the comparative sample without the heat conductive layer are shown in FIGS. 14 (a) and 14 (c), respectively. The sample 51 having the heat conductive layer 56 of the present invention has a faster temperature rise of the metal film than the comparative sample 72 having no heat conductive layer, so that the heat conductive layer diffuses the heat energy of the heat source and is far from the heat source. It turns out that there exists an effect which makes it easy to transmit a thermal energy to the metal film in a position.

実施例2
実施例1における本発明の断熱金型1において、断熱層4を構成する固体材料として主ケイ素とホウ素を主成分とする無機酸化物ガラスに変更し、さらに接合層5及び第1熱伝導層6aをそれぞれ厚さ0.02μmのチタン膜及び厚さ4μmの銅膜に変更した。さらに、第2熱伝導層6bは省いた。つまり、熱伝導層6は厚さ4μmの銅膜のみである。これらの点以外は、実施例1の断熱金型と同様の構成とした。
Example 2
In the heat insulation mold 1 of the present invention in Example 1, the solid material constituting the heat insulation layer 4 is changed to an inorganic oxide glass mainly composed of main silicon and boron, and further the bonding layer 5 and the first heat conductive layer 6a. Were changed to a 0.02 μm thick titanium film and a 4 μm thick copper film, respectively. Further, the second heat conductive layer 6b is omitted. That is, the heat conductive layer 6 is only a copper film having a thickness of 4 μm. Except for these points, the configuration was the same as that of the heat insulating mold of Example 1.

断熱層を構成する固体材料は、実施例1に示す液状原料の代わりに、下記の液状原料を用い、実施例1と同様の方法で、予め作製した多孔質フェライト膜の空隙に含浸し、大気中で焼成して作製した。上記液状原料としては、ケイ酸エチル40ml、ホウ酸トリエチル80ml及び酸性フッ化アンモニウム0.7gを混合溶媒80ml(ここで用いた混合溶媒はイオン交換水:エタノール:2―プロパノール=1:1:5(容積比)で調製)に大気中にて室温で混合・溶解することにより得られた合計200mlの混合溶液を用いた。   The solid material constituting the heat insulating layer is impregnated in the voids of the porous ferrite film prepared in advance by the same method as in Example 1 using the following liquid material instead of the liquid material shown in Example 1, and the atmosphere Prepared by firing in. As the liquid raw material, 40 ml of ethyl silicate, 80 ml of triethyl borate and 0.7 g of ammonium ammonium fluoride were mixed solvent 80 ml (the mixed solvent used here was ion-exchanged water: ethanol: 2-propanol = 1: 1: 5). (Prepared in (volume ratio)), a total of 200 ml of the mixed solution obtained by mixing and dissolving in the atmosphere at room temperature was used.

実施例1の断熱膜Aが形成された試料と同様にして、本実施例において基板上に形成した断熱膜に関し、CuKα線によるX線回折分析及び膜の表面と断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。X線回折パターンを図15(1)に示す。鉄フェライト(Fe)に同定できる結晶性の高い相以外に、2θ=22°に頂点をもつ2θ=15°〜35°の範囲におけるブロードなピークを示す非晶質物質(すなわち、Si−B―O系無機酸化物ガラス)と、2θ=14°及び28°に鋭いピークを示す高い結晶性のケイ酸系化合物を示唆する物質の混合物からなると考えられる固体材料の相があることがわかる。 In the same manner as the sample on which the heat insulating film A of Example 1 was formed, regarding the heat insulating film formed on the substrate in this example, X-ray diffraction analysis by CuKα ray and the surface and cross section of the film were scanned with an electron microscope (SEM). ). The X-ray diffraction pattern is shown in FIG. In addition to the highly crystalline phase that can be identified for iron ferrite (Fe 3 O 4 ), an amorphous material that exhibits a broad peak in the range of 2θ = 15 ° to 35 ° having an apex at 2θ = 22 ° (ie, Si -B—O-based inorganic oxide glass) and a solid material phase that is considered to be composed of a mixture of substances suggesting highly crystalline silicic acid-based compounds exhibiting sharp peaks at 2θ = 14 ° and 28 °. Recognize.

さらに、走査型電子顕微鏡による観察結果から、実施例1の図6と同様に、従来の断熱層を構成する多孔質フェライト層に点在する空隙に固体材料と判断できる白く見える無定形の粒子が存在することがわかった。前述の組成分析結果及びX線回折分析の結果と合わせてこれらの無定形粒子はSi−B−O系無機酸化物ガラスと結晶性のケイ酸系化合物の混合物からなる固体材料と判断できる。   Further, from the observation result by the scanning electron microscope, as in FIG. 6 of Example 1, amorphous particles that appear white that can be judged as a solid material in the voids scattered in the porous ferrite layer constituting the conventional heat insulating layer are shown. I found it. Together with the result of the composition analysis and the result of the X-ray diffraction analysis, these amorphous particles can be judged as a solid material composed of a mixture of Si—B—O based inorganic oxide glass and a crystalline silicic acid based compound.

なお、断熱膜Aの気孔率は12%であった。多孔質膜の空隙の77体積%が固体材料で充填されていることがわかった。   In addition, the porosity of the heat insulation film | membrane A was 12%. It was found that 77% by volume of the voids in the porous membrane were filled with the solid material.

上記の接合層の積層膜の形成方法は、実施例1と同様の方法によるものであり、成膜時間をチタン膜形成では12秒間、銅膜形成では10分間に変えて作製した。   The method for forming the laminated film of the bonding layer was the same as in Example 1, and the film formation time was changed to 12 seconds for titanium film formation and 10 minutes for copper film formation.

断熱性及び断熱層強度に関し、実施例1と同様の評価方法に用いて評価した。実施例1と同等の断熱性能及び同等の圧縮強度を有することが確認できた。さらに、熱伝導性の評価に関しても、実施例2の熱伝導層と同じ厚さ4μmの銅膜で実施例1と同様の評価を行った。その結果を図14の(b)に示す。熱伝導層の存在による熱伝導性の効果が確認できる。従って、本実施例2の構成も、高い断熱性能と高い圧縮強度を両立する断熱金型として有効であることが確認できた。   The heat insulation and the heat insulation layer strength were evaluated using the same evaluation method as in Example 1. It was confirmed that the heat insulation performance and compressive strength equivalent to those of Example 1 were obtained. Further, regarding the evaluation of thermal conductivity, the same evaluation as in Example 1 was performed using a copper film having the same thickness of 4 μm as the thermal conductive layer in Example 2. The result is shown in FIG. The effect of thermal conductivity due to the presence of the thermal conductive layer can be confirmed. Therefore, it was confirmed that the configuration of Example 2 is also effective as a heat insulating mold that achieves both high heat insulating performance and high compressive strength.

実施例3
実施例1における本発明の断熱金型1において、断熱層4を構成する固体材料として、主成分がケイ素とチタンとホウ素を組成とする無機酸化物ガラスに変更し、さらに接合層5及び第1熱伝導層6aをそれぞれ厚さ0.05μmのタンタル膜及び厚さ1μmの銅膜に変更した。第2熱伝導層6bは変更せず、その結果、熱伝導層6は厚みを19μmに変更した。これらの点以外は、実施例1の断熱金型と同様の構成とした。
Example 3
In the heat insulation mold 1 of the present invention in Example 1, the solid material constituting the heat insulation layer 4 is changed to an inorganic oxide glass whose main components are silicon, titanium and boron, and the bonding layer 5 and the first The heat conductive layer 6a was changed to a tantalum film having a thickness of 0.05 μm and a copper film having a thickness of 1 μm. The second heat conductive layer 6b was not changed. As a result, the thickness of the heat conductive layer 6 was changed to 19 μm. Except for these points, the configuration was the same as that of the heat insulating mold of Example 1.

断熱層を構成する固体材料は、実施例1に示す液状原料の代わりに、下記の液状原料を用い、実施例1と同様の方法で、予め作製した多孔質フェライト膜の空隙に含浸し、大気中にて焼成することにより作製した。上記液状原料としては、ケイ酸エチル33ml、オルトチタン酸テトライソプロピル7ml、ホウ酸トリエチル80ml及び酸性フッ化アンモニウム0.7gを混合溶媒80ml(ここで用いた混合溶媒は実施例3と同じ)に大気中にて室温で混合・溶解して得られた合計200mlの混合溶液を用いた。   The solid material constituting the heat insulating layer is impregnated in the voids of the porous ferrite film prepared in advance by the same method as in Example 1 using the following liquid material instead of the liquid material shown in Example 1, and the atmosphere It was produced by firing inside. As the liquid raw material, 33 ml of ethyl silicate, 7 ml of tetraisopropyl orthotitanate, 80 ml of triethyl borate and 0.7 g of ammonium ammonium fluoride were mixed in 80 ml of mixed solvent (the mixed solvent used here is the same as in Example 3). A total of 200 ml of the mixed solution obtained by mixing and dissolving at room temperature was used.

実施例1と同様にして、本実施例において基板上に形成した断熱膜に関して、CuKα線によるX線回折分析及び膜の表面と断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。X線回折パターンは、実施例3の図15(1)のパターンに類似しており、鉄フェライト(Fe)に同定できる結晶性の高い相と、2θ=22°に頂点をもつ15°〜35°の範囲にブロードしたピークを示す非晶質物質(すなわち、Si−B―Ti―O系無機酸化物ガラス)と、2θ=14°及び28°に鋭いピークを示す高い結晶性のケイ酸系化合物を示唆する物質の混合物からなると考えられる固体材料の混合相であった。 In the same manner as in Example 1, regarding the heat insulating film formed on the substrate in this example, the X-ray diffraction analysis using CuKα rays and the surface and cross section of the film were observed using a scanning electron microscope (SEM). The X-ray diffraction pattern is similar to the pattern of FIG. 15 (1) of Example 3, and has a highly crystalline phase that can be identified as iron ferrite (Fe 3 O 4 ) and a vertex 15 at 2θ = 22 °. Amorphous material showing a broad peak in the range of ° to 35 ° (ie, Si—B—Ti—O inorganic oxide glass) and high crystallinity showing sharp peaks at 2θ = 14 ° and 28 ° It was a mixed phase of a solid material considered to consist of a mixture of substances suggesting silicic acid compounds.

さらに、走査型電子顕微鏡による観察結果から、実施例1の図6と同様に、従来の断熱層を構成する多孔質フェライト層に点在する空隙に固体材料と判断できる白く見える無定形の粒子が存在することがわかった。前述の組成分析結果及びX線回折分析の結果を合わせて考慮すると、これらの無定形粒子はSi−B−Ti−O系無機酸化物ガラスと結晶性のケイ酸系化合物の混合物からなる固体材料と判断できる。   Further, from the observation result by the scanning electron microscope, as in FIG. 6 of Example 1, amorphous particles that appear white that can be judged as a solid material in the voids scattered in the porous ferrite layer constituting the conventional heat insulating layer are shown. I found it. In consideration of the result of the composition analysis and the result of X-ray diffraction analysis, these amorphous particles are solid materials composed of a mixture of Si-B-Ti-O inorganic oxide glass and a crystalline silicate compound. It can be judged.

なお、断熱膜Aの気孔率は12%であった。多孔質膜の空隙の77体積%が固体材料で充填されていることがわかった。   In addition, the porosity of the heat insulation film | membrane A was 12%. It was found that 77% by volume of the voids in the porous membrane were filled with the solid material.

上記の接合層の積層膜の形成方法は、実施例1と同様の方法によるものであり、成膜時間をタンタル膜形成では25秒間、銅膜形成では2分30秒間に変えて作製した。   The method for forming the laminated film of the bonding layer was the same as in Example 1, and the film formation time was changed to 25 seconds for tantalum film formation and 2 minutes 30 seconds for copper film formation.

断熱性、断熱層強度及び熱伝導層の熱伝導性に関し、実施例1と同様の評価方法に用いて評価した。実施例1と同等の断熱性能及び同等の圧縮強度を有することが確認できた。また、熱伝導層の効果も確認できた。本実施例3の構成も、高い断熱性能と高い圧縮強度を両立する断熱金型として、有効であることがわかった。   With respect to the heat insulating property, the heat insulating layer strength, and the heat conductivity of the heat conductive layer, evaluation was performed using the same evaluation method as in Example 1. It was confirmed that the heat insulation performance and compressive strength equivalent to those of Example 1 were obtained. Moreover, the effect of the heat conductive layer was also confirmed. The configuration of Example 3 was also found to be effective as a heat insulating mold that achieves both high heat insulating performance and high compressive strength.

実施例4
実施例1における本発明の断熱金型1において、断熱層4を構成する固体材料を、主成分がケイ素とジルコンとスズを組成とする無機酸化物ガラスからなる物質に変更し、さらに接合層5を厚さ0.2μmの鉄膜に変更した。これらの点以外は、実施例1の断熱金型と同様の構成とした。
Example 4
In the heat insulating mold 1 of the present invention in Example 1, the solid material constituting the heat insulating layer 4 is changed to a substance composed of an inorganic oxide glass whose main components are silicon, zircon and tin, and further the bonding layer 5. Was changed to an iron film having a thickness of 0.2 μm. Except for these points, the configuration was the same as that of the heat insulating mold of Example 1.

断熱層を構成する固体材料は、実施例1に示す液状原料の代わりに、下記の液状原料を用い、実施例1と同様の方法で、予め作製した多孔質フェライト膜の空隙に含浸し、大気中で焼成して作製した。上記液状原料としては、ケイ酸エチル115ml、ジルコニウム(IV)プロポキシド (約70%,1−プロパノール溶液)70ml、2エチルヘキサン酸スズ2ml、0.1N―塩酸3ml、イオン交換水10mlを大気中において室温で混合して得られた合計200mlの混合溶液を用いた。   The solid material constituting the heat insulating layer is impregnated in the voids of the porous ferrite film prepared in advance by the same method as in Example 1 using the following liquid material instead of the liquid material shown in Example 1, and the atmosphere Prepared by firing in. As the liquid raw material, 115 ml of ethyl silicate, 70 ml of zirconium (IV) propoxide (approx. 70%, 1-propanol solution), 2 ml of tin 2 ethylhexanoate, 3 ml of 0.1N-hydrochloric acid, and 10 ml of ion-exchanged water in the air In total, 200 ml of the mixed solution obtained by mixing at room temperature was used.

実施例1の断熱膜Aが形成された試料と同様にして、本実施例において基板上に形成した断熱膜に関して、CuKα線によるX線回折分析及び膜の表面と断面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。X線回折パターンを図15(2)に示す。鉄フェライト(Fe)に同定できる結晶性の高い相以外に、2θ=25°に頂点をもつ15°〜40°の範囲にブロードしたピークを示す非晶質物質(すなわち、Si−Zr―Sn−O系無機酸化物ガラス)からなる固体材料の相があることがわかる。 In the same manner as the sample on which the heat insulating film A of Example 1 was formed, regarding the heat insulating film formed on the substrate in this example, X-ray diffraction analysis by CuKα ray and the surface and cross section of the film were scanned with an electron microscope (SEM). ). The X-ray diffraction pattern is shown in FIG. In addition to the highly crystalline phase that can be identified as iron ferrite (Fe 3 O 4 ), an amorphous substance (ie, Si—Zr) having a peak broadened in the range of 15 ° to 40 ° having an apex at 2θ = 25 °. It can be seen that there is a solid material phase made of (Sn—O-based inorganic oxide glass).

さらに、走査型電子顕微鏡観察から、実施例1の図6と同様に、従来の断熱層を構成する多孔質フェライト層に点在する空隙に固体材料と判断できる白く見える無定形の粒子が存在することがわかった。前述の組成分析結果及びX線回折分析の結果を鑑みれば、これらの無定形粒子はSi−Zr―Sn−O系無機酸化物ガラスからなる固体材料と判断できる。   Further, from observation with a scanning electron microscope, as in FIG. 6 of Example 1, there are amorphous particles that appear white that can be judged as a solid material in voids scattered in the porous ferrite layer constituting the conventional heat insulating layer. I understood it. In view of the result of the composition analysis and the result of the X-ray diffraction analysis, these amorphous particles can be determined as a solid material made of Si—Zr—Sn—O based inorganic oxide glass.

なお、断熱膜Aの気孔率は10%であった。多孔質膜の空隙の81体積%が固体材料で充填されていることが確認された。   The porosity of the heat insulating film A was 10%. It was confirmed that 81% by volume of voids in the porous membrane were filled with a solid material.

上記の接合層5の形成方法は、実施例2と同様の方法によるものであり、成膜時間を鉄膜形成では1分間に変えて作製した。   The bonding layer 5 was formed by the same method as in Example 2, and the film formation time was changed to 1 minute for iron film formation.

断熱性及び断熱層強度に関し、実施例1と同様の評価方法に用いて評価した。実施例1と同等の断熱性能及び同等の圧縮強度を有することが確認された。本実施例の構成も、高い断熱性能と高い圧縮強度を両立する断熱金型として有効であることが確認できた。   The heat insulation and the heat insulation layer strength were evaluated using the same evaluation method as in Example 1. It was confirmed that the heat insulating performance and compressive strength equivalent to those of Example 1 were obtained. It was confirmed that the configuration of this example is also effective as a heat insulating mold that achieves both high heat insulating performance and high compressive strength.

実施例5
実施例1と同様にして、接合層5を厚さ0.2μmのタングステン膜に変更し、熱伝導層6を厚さ6μmの銅膜に変更した。その形成条件としてそれぞれの成膜時間をタングステン膜形成は1分45秒間及び銅膜形成は15分間に変えて作製した。これらの点以外は、実施例1の断熱金型と同様の構成とした。
Example 5
In the same manner as in Example 1, the bonding layer 5 was changed to a tungsten film having a thickness of 0.2 μm, and the heat conductive layer 6 was changed to a copper film having a thickness of 6 μm. As the formation conditions, the respective film formation times were changed to 1 minute 45 seconds for the tungsten film formation and 15 minutes for the copper film formation. Except for these points, the configuration was the same as that of the heat insulating mold of Example 1.

断熱性及び断熱層強度に関し、実施例1と同様の評価方法に用いて評価した。実施例1と同等の断熱性能及び同等の圧縮強度を有することが確認できた。本実施例の構成も、高い断熱性能と高い圧縮強度を両立する断熱金型として有効であることが確認できた。   The heat insulation and the heat insulation layer strength were evaluated using the same evaluation method as in Example 1. It was confirmed that the heat insulation performance and compressive strength equivalent to those of Example 1 were obtained. It was confirmed that the configuration of this example is also effective as a heat insulating mold that achieves both high heat insulating performance and high compressive strength.

実施例6
実施例1と同様にして、接合層5を厚さ0.8μmのモリブデン膜に変更した。その形成条件として成膜時間を5分間に変えて作製した。これらの点以外は、実施例1の断熱金型と同様の構成とした。
Example 6
In the same manner as in Example 1, the bonding layer 5 was changed to a molybdenum film having a thickness of 0.8 μm. As the formation conditions, the film formation time was changed to 5 minutes. Except for these points, the configuration was the same as that of the heat insulating mold of Example 1.

断熱性及び断熱層強度に関し、実施例1と同様の評価方法に用いて評価した。実施例1と同等の断熱性能及び同等の圧縮強度を有することがわかった。本実施例の構成も、高い断熱性能と高い圧縮強度を両立する断熱金型として有効であることが確認できた。   The heat insulation and the heat insulation layer strength were evaluated using the same evaluation method as in Example 1. It was found to have the same heat insulating performance and compressive strength as Example 1. It was confirmed that the configuration of this example is also effective as a heat insulating mold that achieves both high heat insulating performance and high compressive strength.

実施例7
実施例1と同様にして、接合層5を厚さ0.2μmのクロム膜に変更した。その形成条件として成膜時間を50秒間に変えて作製した。これらの点以外は、実施例1の断熱金型と同様の構成とした。
Example 7
In the same manner as in Example 1, the bonding layer 5 was changed to a chromium film having a thickness of 0.2 μm. As the formation conditions, the film formation time was changed to 50 seconds. Except for these points, the configuration was the same as that of the heat insulating mold of Example 1.

断熱性及び断熱層強度に関し、実施例1と同様の評価方法に用いて評価した。実施例1と同等の断熱性能及び同等の圧縮強度を有することがわかった。本実施例の構成も、高い断熱性能と高い圧縮強度を両立する断熱金型として有効であることが確認できた。   The heat insulation and the heat insulation layer strength were evaluated using the same evaluation method as in Example 1. It was found to have the same heat insulating performance and compressive strength as Example 1. It was confirmed that the configuration of this example is also effective as a heat insulating mold that achieves both high heat insulating performance and high compressive strength.

実施例8
実施例1と同様にして、接合層5を厚さ4μmの鉄膜に変更した。その形成条件として成膜時間を10分間に変えて作製した。これらの点以外は、実施例1の断熱金型と同様の構成とした。
Example 8
In the same manner as in Example 1, the bonding layer 5 was changed to an iron film having a thickness of 4 μm. As the formation conditions, the film formation time was changed to 10 minutes. Except for these points, the configuration was the same as that of the heat insulating mold of Example 1.

断熱性及び断熱層強度に関し、実施例1と同様の評価方法に用いて評価した。実施例1と同等の断熱性能及び同等の圧縮強度を有することがわかった。本実施例の構成も、高い断熱性能と高い圧縮強度を両立する断熱金型として有効であることが確認できた。   The heat insulation and the heat insulation layer strength were evaluated using the same evaluation method as in Example 1. It was found to have the same heat insulating performance and compressive strength as Example 1. It was confirmed that the configuration of this example is also effective as a heat insulating mold that achieves both high heat insulating performance and high compressive strength.

圧縮応力に対して高い機械強度を備えたセラミックスからなる断熱層を備えた本発明金型は、樹脂成形の長期の繰り返し使用に対して成形面の金型強度において優れた耐久性を有することが可能であることから、例えば光学素子、微細パターン形状の成形体等の複雑形状の樹脂成形の長寿命断熱金型として有用である。また、ナノインプリント用の成形金型等の用途にも応用できる。   The mold of the present invention having a heat insulating layer made of ceramics with high mechanical strength against compressive stress has excellent durability in mold strength of the molding surface against long-term repeated use of resin molding. Since it is possible, for example, it is useful as a long-life heat insulating mold for resin molding of complex shapes such as optical elements and fine pattern shaped molded bodies. It can also be applied to uses such as a mold for nanoimprinting.

Claims (9)

金属製金型母材と成形面を構成する金属皮膜との間に断熱層を有する金型であって、
(1)前記断熱層は、1)フェライトの結晶粒子が三次元網目状に連なって形成されている多孔質膜及び2)前記多孔質膜中の空隙の少なくとも一部に充填されている固体材料を含み、
(2)前記断熱層と前記金属皮膜との間に、100℃における熱伝導率が100W/m・K以上の熱伝導層を有する、
ことを特徴とする断熱金型。
A mold having a heat insulating layer between a metal mold base material and a metal film constituting the molding surface,
(1) The heat insulating layer includes: 1) a porous film formed by connecting ferrite crystal particles in a three-dimensional network; and 2) a solid material filled in at least a part of voids in the porous film. Including
(2) Between the heat insulation layer and the metal film, a thermal conductivity layer having a thermal conductivity at 100 ° C. of 100 W / m · K or more is provided.
Insulation mold characterized by that.
前記多孔質膜が、1)金属製金型母材の表面又は2)その金型母材表面上に予め形成された金属質層の表面を水熱合成反応させることにより形成されたものである、請求項1に記載の断熱金型。 The porous film is formed by hydrothermal synthesis reaction of 1) the surface of a metal mold base material or 2) the surface of a metal layer previously formed on the surface of the mold base material. The heat insulation metal mold | die of Claim 1. フェライトが、下記一般式
Fe3−x(但し、Aはスピネル型酸化鉄の結晶を構成するFeサイトに置換し得る金属元素の少なくとも1種を示し、xは0≦x<1を満たす。)
で示されるスピネル型結晶構造を有する化合物である、請求項1又は2に記載の断熱金型。
The ferrite has the following general formula A x Fe 3−x O 4 (where A represents at least one metal element that can be substituted for the Fe site constituting the spinel-type iron oxide crystal, and x is 0 ≦ x <1. Meet)
The heat insulation metal mold | die of Claim 1 or 2 which is a compound which has a spinel type crystal structure shown by these.
前記Aが、Ca、Zn、Mn、Al、Cr、Li及びMgの少なくとも1種である、請求項3に記載の断熱金型。 The heat insulation metal mold | die of Claim 3 whose said A is at least 1 sort (s) of Ca, Zn, Mn, Al, Cr, Li, and Mg. 固体材料が無機酸化物ガラスである、請求項1〜4のいずれかに記載の断熱金型。 The heat insulation metal mold | die in any one of Claims 1-4 whose solid material is inorganic oxide glass. 無機酸化物ガラスが、1)ホウケイ酸ガラス、2)シリカガラス及び3)これらにアルミニウム、チタン、ジルコニウム、スズ及び鉄の少なくとも1種を含むガラスの少なくとも1種である、請求項5に記載の断熱金型。 The inorganic oxide glass is at least one of 1) borosilicate glass, 2) silica glass, and 3) glass containing at least one of aluminum, titanium, zirconium, tin and iron. Insulation mold. 固体材料が、無機酸化物の液状原料を前記気孔に含浸させた後、酸化性雰囲気中で熱処理することによって生成されたものである、請求項1〜6のいずれかに記載の断熱金型。 The heat insulating mold according to any one of claims 1 to 6, wherein the solid material is produced by impregnating the pores with a liquid raw material of an inorganic oxide and then heat-treating in an oxidizing atmosphere. 液状原料が、無機酸化物の前駆体化合物及び溶媒を含む、請求項7に記載の断熱金型。 The heat insulation metal mold | die of Claim 7 in which a liquid raw material contains the precursor compound and solvent of an inorganic oxide. 樹脂成分を含む組成物の成形のために用いる、請求項1〜8のいずれかに記載の断熱金型。 The heat insulation metal mold | die in any one of Claims 1-8 used for shaping | molding of the composition containing a resin component.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2017145915A1 (en) * 2016-02-25 2018-08-09 株式会社豊田中央研究所 Metal oxide film and manufacturing method thereof

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