JP2019064239A - Nonplanar mold, production method of nonplanar mold, and production method of resin molding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非平面を有する非平面金型、当該非平面金型の製造方法、及び、当該非平面金型を用いた樹脂成形品の製造方法に関する。 The present invention relates to a non-planar mold having a non-planar surface, a method of manufacturing the non-planar mold, and a method of manufacturing a resin molded product using the non-planar mold.
従来、光ディスクなどの微細凹凸を有する樹脂成形品を作製する場合、当該樹脂成形品の微細凹凸に対応した微細凹凸を有する電鋳体(スタンパ)を用いて成形が行われる。樹脂成形品は、電鋳体を固定した一対の金型に形成されるキャビティ(空洞部分)内に溶融した樹脂材料を射出充填した後、金型を離反させて冷却後の樹脂を取り出すことにより形成される。 Conventionally, when a resin molded product having fine asperities such as an optical disc is manufactured, molding is performed using an electroformed body (stamper) having asperities corresponding to the fine asperities of the resin molded product. The resin molded product is injected and filled with a molten resin material in a cavity (hollow part) formed in a pair of molds to which the electroformed body is fixed, and then the mold is separated to take out the resin after cooling. It is formed.
例えば、特許文献1では、微細凹凸加工したニッケル(Ni)電鋳体に、断熱材を介してフラットで肉厚なNi電鋳(金属支持層)を接合して断熱スタンパを形成することが開示されている。
For example,
また、例えば、特許文献2では、パターンが形成されたパターン形成層を金属支持層に接着する際、金属支持層より熱伝導率が低い接着層を用いてパターン形成層を金属支持層に固定してスタンパを形成することが開示されている。 For example, in patent document 2, when bonding the pattern formation layer in which the pattern was formed to a metal support layer, a pattern formation layer is fixed to a metal support layer using an adhesive layer whose thermal conductivity is lower than a metal support layer. It is disclosed to form a stamper.
しかしながら、従来の方法では、微細凹凸パターンが形成された平面(平板状の面)状のスタンパを、金属支持層の平面に取り付ける構造であり、非平面のスタンパを取り付けることは開示されていない。 However, the conventional method has a structure in which a flat (flat surface) stamper on which a fine concavo-convex pattern is formed is attached to a flat surface of a metal support layer, and attachment of a non-flat stamper is not disclosed.
そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、非平面を有するスタンパを備える非平面金型、当該非平面金型の製造方法、及び、当該非平面金型を用いた樹脂成形品の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and a non-planar mold including a stamper having a non-planar surface, a method of manufacturing the non-planar mold, and the non-planar mold. An object of the present invention is to provide a method for producing a resin molded product.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る非平面金型は、非平面を有するスタンパと、前記スタンパと接合される接合面を有する支持金型と、前記スタンパと前記支持金型とを接合するろう材と、を備え、前記スタンパと前記支持金型とを対向して配置した状態で、前記非平面と前記接合面との間に互いの形状の違いによる空間が形成され、前記ろう材は、前記空間に介在している。 In order to achieve the above object, a non-flat surface mold according to an aspect of the present invention includes a stamper having a non-flat surface, a support mold having a bonding surface to be bonded to the stamper, the stamper, and the support mold. And a brazing material for joining the two, and in a state where the stamper and the support die are disposed to face each other, a space is formed between the non-planar surface and the joining surface due to the difference in the shape of each other. The brazing material intervenes in the space.
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る非平面金型の製造方法は、支持金型の表面にろう材を塗布する第1の工程と、前記第1の工程で前記ろう材が塗布された前記支持金型にスタンパの非平面を対向させて配置する第2の工程と、前記ろう材を加熱して溶融させることにより前記支持金型と前記スタンパとを接合する第3の工程と、を含む。 Further, in order to achieve the above object, in the method of manufacturing a non-planar mold according to an aspect of the present invention, a first step of applying a brazing material to the surface of a support mold, and the first step described above A second step of arranging the non-planar surface of the stamper to face the supporting mold coated with the brazing material, and bonding the supporting mold and the stamper by heating and melting the brazing material And 3).
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る樹脂成形品の製造方法は、上記に記載の非平面金型、又は、上記に記載の非平面金型の製造方法により作製された非平面金型を用いて、樹脂成形により樹脂成形品を作製する第4の工程を含む。 Further, in order to achieve the above object, the method for producing a resin molded product according to one aspect of the present invention is produced by the non-flat mold described above or the non-flat mold production method described above. And a fourth step of producing a resin molded product by resin molding using the non-planar mold.
本発明によれば、非平面のスタンパを備える非平面金型等を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-planar mold or the like provided with a non-planar stamper.
以下では、本発明の実施の形態に係る非平面金型、非平面金型の製造方法、及び、樹脂成形品の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, the non-planar mold, the method of manufacturing the non-planar mold, and the method of manufacturing a resin molded product according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each embodiment described below shows one specific example of the present invention. Therefore, numerical values, shapes, materials, components, steps, order of steps, and the like described in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the components in the following embodiments, components that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are described as optional components.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。 Further, each drawing is a schematic view, and is not necessarily illustrated exactly. Therefore, for example, the scale and the like do not necessarily match in each figure.
また、以下の実施の形態で説明に用いられる図面においては座標軸が示される場合がある。Z軸は支持金型、はんだ及びスタンパが積層される方向と平行な方向である。また、X軸方向及びY軸方向は、Z軸方向に垂直な平面上において、互いに直交する方向である。例えば、以下の実施の形態において、「平面視」とは、非平面金型をZ軸方向から見ることを意味する。 Further, in the drawings used for the description in the following embodiments, coordinate axes may be shown. The Z axis is a direction parallel to the direction in which the support mold, the solder and the stamper are stacked. Further, the X axis direction and the Y axis direction are directions orthogonal to each other on a plane perpendicular to the Z axis direction. For example, in the following embodiment, "plan view" means that a non-planar mold is viewed from the Z-axis direction.
また、「略**」との記載は実質的に**と認められるものを含む意図であり、例えば「略円形」を例に挙げて説明すると、完全な円形はもとより、実質的に円形と認められるものを含む意図である。 In addition, the description of "approximately **" is intended to include those which are recognized as substantially **. For example, when describing "approximately circular" as an example, not only perfect circular but also substantially circular. It is intended to include what is permitted.
(実施の形態)
以下、図1A〜図3Cを用いて、本実施の形態について説明する。
Embodiment
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 3C.
[1.非平面金型]
まず、非平面金型について、図1A及び図1Bを参照しながら説明する。本実施の形態に係る非平面金型は、射出成形などにより樹脂成形品を作製するために用いられる金型である。樹脂成形品は、一例として照明器具に用いられる導光板などである。なお、本願明細書において樹脂成形品とは、少なくとも一部が非平面を有する樹脂成形品であり、平板状の樹脂成形品は含まない。
[1. Non-planar mold]
First, the non-planar mold will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. The non-planar mold according to the present embodiment is a mold used to produce a resin molded product by injection molding or the like. The resin molded product is, for example, a light guide plate used for a lighting apparatus. In the specification of the present application, a resin molded product is a resin molded product at least a part of which has a non-planar surface, and does not include a flat resin molded product.
図1Aは、本実施の形態に係る非平面金型10を示す断面図である。
FIG. 1A is a cross-sectional view showing a
図1Aに示すように、非平面金型10は、非平面を有する樹脂成形品を作製するための金型であり、少なくとも一部が非平面形状を有する。図1Aでは、非平面形状の一例として、曲面を有する金型を示している。非平面金型10は、スタンパ11、はんだ12、及び、支持金型13を備える。具体的には、非平面金型10は、支持金型13、はんだ12、及び、スタンパ11がこの順に積層されて形成される。
As shown in FIG. 1A, the
スタンパ11は、作製される樹脂成形品の形状に応じた非平面形状を有し、支持金型13と対向しない側の面に微細凹凸11aが形成された電鋳体である。スタンパ11は、例えば、スタンパ11全体として非平面形状を有する。本実施の形態では、微細凹凸11aは、スタンパ11のZ軸プラス側の面に配置される。これにより、微細凹凸11aが転写された微細凹凸を有する樹脂成形品を作製することができる。なお、微細凹凸11aとは、スタンパ11が有する非平面形状より小さい凹凸であり、例えば、マイクロオーダーサイズの凹凸である。また、微細凹凸11aは、スタンパ11が有する凹凸部の一例である。
The
微細凹凸11aは、非平面金型10を用いて作製した樹脂成形品が所望の性能を満たすように形成されている。例えば、樹脂成形品が導光板である場合、所望の性能とは、所望の光学特性である。なお、微細凹凸11aの形状は、所望の性能に応じて適宜決定されればよい。
The
なお、スタンパ11は、微細凹凸11aを有していることに限定されず、微細凹凸11aを有していなくてもよい。
The
スタンパ11は、Cu(銅)、Ni(ニッケル)及びNi合金の少なくとも一つを含んで構成される。射出成形に用いる金型としての硬度を確保する観点から、Ni及びNi合金の少なくとも一つを含んで構成されるとよい。Ni合金とは、例えば、Ni−Fe合金又はNi−Co(コバルト)合金である。本実施の形態では、スタンパ11はNiを含んで構成される。
The
スタンパ11の製造方法の詳細は後述するが、スタンパ11は微細凹凸加工が施された非平面を有するマスタ品に対して、電鋳加工することにより作製される。これにより、マスタ品に形成された微細凹凸が転写され、かつマスタ品の非平面形状に対応した形状を有するスタンパ11を作製することができる。非平面を有するマスタ品に電鋳加工を行う場合、電流密度に分布が生じるので、作製されるスタンパ11の厚みが不均一になる。例えば、スタンパ11の外周部及び凸部などの部分が厚く形成される。つまり、スタンパ11の厚みが部分的に異なる。例えば、スタンパ11の厚みは、0.5mm〜3.0mmである。図1Aでは、スタンパ11の凸部及び外周部の厚みが厚く形成された例を示している。
Although the details of the method of manufacturing the
支持金型13は、スタンパ11を射出成形用の金型として用いるためにスタンパ11の強度を確保するためのバックアップ金型である。支持金型13は略直方体状であり、Z軸プラス側の面がスタンパ11の非平面に対応した非平面を有する。支持金型13の非平面は、例えば、スタンパ11の非平面と大体近似した形状となるように形成される。なお、支持金型13の非平面を有する面は、スタンパ11が接合される接合面(図3Bの接合面13aを参照)の一例である。
The
また、Z軸マイナス側の面は、略平坦な面である。支持金型13は、略直方体状であり、背向する一方の面がスタンパ11の非平面形状と大体近似となる形状を有し、他方の面は略平坦な面である。これは、射出成形機(図示しない)に非平面金型10を取り付ける際に非平面金型10を安定して取り付ける、又は、射出成形機のヒータ(熱源の一例)からの熱を非平面金型10に伝わりやすくするためである。なお、支持金型13は、スタンパ11の非平面形状に対応した形状、つまりスタンパ11の非平面形状と近似の非平面形状を有していなくてもよい。例えば、一方の面及び他方の面は、互いに略平坦な面であってもよい。その場合、略平坦な面が接合面となる。
Moreover, the surface on the Z axis negative side is a substantially flat surface. The
支持金型13は、スタンパ11を構成する材料と線膨張係数が近い材料から構成されるとよい。本実施の形態では、支持金型13は、Niと線膨張率が近いFe(鉄)系の材料から構成されるとよい。また、支持金型13は、射出成形時における寿命及び支持金型13を作製するときの加工性の観点からも、Fe(鉄)系の材料で構成されるとよい。例えば、支持金型13は、Fe及びFe合金の少なくとも一方を含んで構成される。本実施の形態では、支持金型13は、Fe合金(具体的には、ステンレス鋼)を含んで構成される。なお、支持金型13はFe系の材料で構成されることに限定されず、例えば、銅系の材料で構成されていてもよい。支持金型13の材料は、スタンパ11の材料に応じて適宜決定されればよい。
The
スタンパ11と支持金型13との線膨張係数が近いことで、スタンパ11と支持金型13との間に働く残留応力を低減することができる。例えば、射出成形時の熱で生じる熱履歴に対する応力を低減することができる。これにより、スタンパ11と支持金型13とが剥離することを抑制できるので、非平面金型10の寿命を延ばすことができる。スタンパ11と支持金型13との線膨張係数の差は、例えば、2.0ppm/K以下であるとよい。一例として、本実施の形態で用いているNiの線膨張係数は12.8ppm/Kであり、ステンレス鋼の線膨張係数は11.0ppm/Kである。
Since the linear expansion coefficients of the
なお、支持金型13の厚みは、スタンパ11の強度を確保できる厚みであれば、特に限定されない。
The thickness of the
ここで、スタンパ11及び支持金型13の非平面形状について、図1Bを参照しながら説明する。
Here, non-planar shapes of the
図1Bは、本実施の形態に係るスタンパ11と支持金型13とを重ねた状態を示す断面図である。
FIG. 1B is a cross-sectional view showing a state in which the
図1Bに示すように、スタンパ11及び支持金型13の非平面同士を対向して配置した状態で、表面形状の違いによる空間14が形成される。具体的には、スタンパ11の非平面と、支持金型13の接合面とを重ねて配置した状態で、互いの形状の違いによる空間14が形成される。この空間14は、主にスタンパ11の厚みのバラつきにより生じる。ここで、スタンパ11の微細凹凸11aが形成されていない面、つまり支持金型13と対向する面をエンドミルなどにより切削加工することで厚みを均一に近づける後加工をすることは可能であるが、後加工を行っても鏡面化までは難しく、加工粗さが表面に残る。つまり、後加工を行っても、空間14が形成される。なお、スタンパ11において微細凹凸11aが形成されていない面は、射出成形時に樹脂成形品を作製するための樹脂材料と接しない面である。
As shown in FIG. 1B, in the state where the non-planar surfaces of the
この状態で、スタンパ11の非平面形状と近似の非平面形状を有する支持金型13にスタンパ11を取り付けると、図1Bに示すような空間14が生じる。つまり、スタンパ11と支持金型13とを対向して配置したときに、スタンパ11と支持金型13との間に隙間が生じる。例えば、空間14は、100μm以上の隙間となる場合もある。この隙間により、射出成形時の伝熱面、及び、スタンパ11の固定面に課題が生じる。具体的には、射出成形機のヒータからの熱を、樹脂成形品を作製するための樹脂材料(例えば、アクリル樹脂)に伝熱する場合、空間14の部分はヒータからの熱が伝わりにくくなる。また、射出成形時に、スタンパ11が支持金型13に対して動いてしまい金型としての形状保持ができにくい。
In this state, when the
図1Aを再び参照して、本実施の形態では、空間14を埋めるため、スタンパ11と支持金型13とを、ろう材を用いて接合しており、この点に特徴を有する。ろう材とは、例えば、はんだを含む低融点ろう材である。本実施の形態では、ろう材として、はんだ12を用いている。はんだ12は熱伝導率が高く、また樹脂などで構成される接着剤よりも耐熱性に優れる。なお、ろう材は、はんだ12に限定されず、スタンパ11及び支持金型13を構成する金属より融点が低く、かつ射出成形時の成形温度より融点が高い金属であればよい。また、はんだ12としては、例えばSn−Ag−Cu系のはんだなどを用いるとよい。Sn−Ag−Cu系のはんだの融点は、220℃程度である。一方、射出成形時に非平面金型10に加わる温度は樹脂成形品の樹脂材料にもよるが一例として150℃程度である。よって、Sn−Ag−Cu系のはんだを用いることで、射出成形時にはんだ12が溶融してしまうことを抑制できる。これにより、非平面金型10は、形状を保持することができる。具体的には、射出成形時に支持金型13に対してスタンパ11が動くことを抑制することができる。なお、はんだ12は、Sn−Ag−Cu系のはんだに限定されず、樹脂材料の融点などにより、適宜決定されればよい。
Referring back to FIG. 1A, in the present embodiment, in order to fill the
図1Aに示すように、はんだ12で接合することで、接着剤などにより接合する場合に比べ熱伝導性が良い。そのため、接着剤などで接合する場合に比べ、射出成形時の成形時間を短縮することができる。つまり、樹脂成形品の生産性の向上につながる。また、はんだ12による金属接合により接合するので、スタンパ11と支持金型13とを強固に接合できる。そのため、スタンパ11と支持金型13とを接合した後、切削加工などの後加工を行ったときにスタンパ11が支持金型13から剥がれることを抑制することができる。また、はんだ12は、他の金属接合に比べて低温で接合することが可能であり、スタンパ11と支持金型13との間の接合応力、又は、非平面金型10の形状変化を抑制することができる。特に、接合面積が大きい場合に有効である。ここで、接合面積とは、非平面金型10を平面視したときの面積であり、例えば200mm×300mm以上の面積である。
As shown in FIG. 1A, the bonding by the
上記に記載したように、非平面金型10は、支持金型13、はんだ12及びスタンパ11がこの順に接触して積層される構造を有する。はんだ12は図1Bに示す空間14が実質的に形成されないようにスタンパ11と支持金型13との間に配置される。空間14が実質的に形成されないとは、伝熱面及び固定面に対して実質的に影響のない程度の隙間を含んでいてもよいことを意味する。
As described above, the
[2.樹脂成形品の製造方法]
次に、樹脂成形品の製造方法について、図2A〜図3Cを参照しながら説明する。
[2. Manufacturing method of resin molded product]
Next, a method of manufacturing a resin molded product will be described with reference to FIGS. 2A to 3C.
図2Aは、本実施の形態に係る樹脂成形品を作製する流れを示すフローチャートである。 FIG. 2A is a flowchart showing a flow of producing a resin molded product according to the present embodiment.
図2Aに示すように、樹脂成形品の製造方法は、非平面を有するスタンパ11を作製する工程(S10)、非平面金型10を作製する工程(S20)、及び、射出成形により樹脂成形品を作製する工程(S30)を含む。以下、各工程について説明する。まず、ステップS10について、図2B及び図3Aを参照しながら説明する。
As shown to FIG. 2A, the manufacturing method of a resin molded product is the process (S10) which produces the
図2Bは、本実施の形態に係るスタンパ11を作製する流れを示すフローチャートである。図3Aは、本実施の形態に係るスタンパ11を作製する流れを模式的に示す断面図である。
FIG. 2B is a flowchart showing a flow of producing the
図2Bに示すように、非平面を有するスタンパ11を作製する工程では、まず非平面を有するマスタ品の作製が行われる(S11)。マスタ品は、樹脂成形品作製用のスタンパ11を作製するための原版であり、例えば樹脂材料により形成される。マスタ品の作製方法は特に限定されないが、例えば平板状の樹脂板に微細凹凸を形成した後、非平面を有する金型に対して真空成形などを行うことで形成されてもよい。
As shown in FIG. 2B, in the step of producing the
図3Aの(a)は、マスタ品20の形状を示す図である。
(A) of FIG. 3A is a figure which shows the shape of the
図3Aの(a)に示すような非平面を有するマスタ品20が作製される。樹脂成形品が導光板である場合、マスタ品20は所望の光学特性を有するように形成される。例えば、マスタ品20には導光板が所望の光学特性を満たすための微細凹凸20aが形成される。
A
図2Bを再び参照して、続いてステップS11で作製されたマスタ品20に対して電鋳加工が行われる(S12)。電鋳加工では、例えば、マスタ品20の微細凹凸20aが形成されている面に対して導電化処理を施した後、電鋳加工が行われる。本実施の形態では、電鋳加工はNiを用いたNi電鋳加工である。なお、スタンパ11の表面に求められる硬さなどに応じて、電鋳加工に用いる金属は適宜決定されればよい。例えば、電鋳加工ではNi以外にNi−Fe合金、Ni−Co合金又はCuなどを用いてもよい。また、導電化処理とは、例えば、マスタ品20の微細凹凸20aが形成されている面にNi膜などの導電層(図示しない)を形成する処理である。なお、Ni膜などの導電層を形成する方法は、特に限定されない。
Referring back to FIG. 2B, electroforming is subsequently performed on the
図3Aの(b)は、マスタ品20に対して電鋳加工が行われている状態を示す図である。図3Aの(b)に示すように、非平面を有するマスタ品20に対する電鋳加工において電鋳の厚みにバラつきが生じる。具体的には、外周部又は凸部などが厚く形成される。
(B) of FIG. 3A is a view showing a state in which the electroforming process is performed on the
図2Bを再び参照して、続いてマスタ品20を取り外す脱型が行われ(S13)、スタンパ11が作製される。なお、電鋳加工で形成された電鋳厚みのバラつきがスタンパ11の厚みのバラつきとして残る。
Referring again to FIG. 2B, subsequently, demolding is performed to remove the master product 20 (S13), and the
図3Aの(c)は、脱型されて作製されたスタンパ11を示す図である。図3Aの(c)に示すように、全体として非平面を有するスタンパ11には電鋳の厚みバラつきに対応した厚みバラつきが存在する。また、スタンパ11には、マスタ品20に形成された微細凹凸20aが転写された微細凹凸11aが形成される。例えば、マスタ品20に形成された微細凹凸20aが、微細凹凸20aが形成される面のうち平坦な部分を基準としたときに凹みである場合、スタンパ11に形成される微細凹凸11aはスタンパ11の微細凹凸11aが形成される面のうち平坦な面を基準としたときに当該平坦な面から突出する凸である。なお、微細凹凸11aが形成されている面と反対側の面であり支持金型13と接合される接合面11bには、微細凹凸は形成されていない。つまり、スタンパ11の接合面11bは、平坦な面である。また、スタンパ11の微細凹凸11aが形成された面は、射出成形時に樹脂材料と接触する面である。
(C) of FIG. 3A is a figure which shows the
次に、ステップS20について、図2C及び図3Bを参照しながら説明する。 Next, step S20 will be described with reference to FIGS. 2C and 3B.
図2Cは、本実施の形態に係る非平面金型10を作製する流れを示すフローチャートである。図3Bは、本実施の形態に係る非平面金型10を作製する流れを模式的に示す断面図である。
FIG. 2C is a flowchart showing a flow of producing the
図2Cに示すように、非平面金型10を作製する工程では、予め準備された支持金型13にろう材が塗布される(S21)。具体的には、支持金型13にペースト状のはんだが塗布される。言い換えると、ステップS21では、はんだ箔などは用いられない。なお、支持金型13にペースト状のはんだを塗布することは、第1の工程の一例である。
As shown in FIG. 2C, in the step of producing the
図3Bの(d)は、ステップS21で準備された支持金型13を示す図である。図3Bの(d)では、スタンパ11の非平面に対応した非平面である接合面13aを有する支持金型13が準備される例を示している。つまり、支持金型13の接合面13aは、スタンパ11の非平面に追従した形状を有する。支持金型13は、例えば、予め設計された非平面形状を有するバックアップ金型である。なお、ステップS21で準備される支持金型13は、スタンパ11の非平面に対応した非平面を有していなくてもよい。
(D) of FIG. 3B is a figure which shows the
図3Bの(e)は、支持金型13にペースト状のはんだ12aが塗布される様子を示す図である。
(E) of FIG. 3B is a figure which shows a mode that the paste-
図3Bの(e)に示すように、ペースト状のはんだ12aは、支持金型13の非平面を有する面に塗布される。つまり、ステップS21では、接合面13aにペースト状のはんだ12aが塗布される。ペースト状のはんだ12aは、例えば、支持金型13の非平面を有する面(Z軸プラス側の面)全体に塗布される。なお、ペースト状のはんだ12aの塗布方法は特に限定されないが、例えば印刷などの方法により塗布されてもよいし、その他の方法で塗布されてもよい。
As shown in (e) of FIG. 3B, the paste-
図2Cを再び参照して、ステップS21の後に、ペースト状のはんだ12aが塗布された支持金型13と非平面を有するスタンパ11とを対向させて配置する工程が行われる(S22)。具体的には、ペースト状のはんだ12aが塗布された支持金型13にスタンパ11が積層される。例えば、ペースト状のはんだ12aと、スタンパ11の微細凹凸11aが形成されていない面とが接触して積層される。なお、支持金型13とスタンパ11とを対向させて配置する工程は、第2の工程の一例である。
Referring again to FIG. 2C, after step S21, a step of arranging the support die 13 to which the paste-
図3Bの(f)は、ペースト状のはんだ12aが塗布された支持金型13と非平面を有するスタンパ11とを対向させて配置した状態を示す図である。対向させて配置した状態とは、ペースト状のはんだ12aが塗布された接合面13aとスタンパ11の微細凹凸11aが形成されていない面とを対向して配置した状態であり、支持金型13、ペースト状のはんだ12a及びスタンパ11がこの順に直接積層された状態である。なお、例えば、支持金型13とスタンパ11とは直接接触していない。
(F) of FIG. 3B is a view showing a state in which the support die 13 to which the paste-
そして、ステップS22の後に、支持金型13とスタンパ11とを接合する工程が行われる(S23)。ステップS23では、加熱によりペースト状のはんだ12aを溶融させて、支持金型13とスタンパ11とを接合する。ペースト状のはんだ12aを溶融することで、ペースト状のはんだ12aは液体となって図1Bで示したような支持金型13とスタンパ11との表面形状の違いによる空間14を埋めやすくなる。つまり、空間14にはんだを介在させることができる。また、溶融したペースト状のはんだ12aの表面張力により、塗布されたペースト状のはんだ12aが支持金型13から流れ落ちることを抑制することができる。
Then, after step S22, a step of bonding the
塗布されたペースト状のはんだ12aには、空気の噛み込み及び/又はペースト状のはんだ12aに含まれる溶剤により生じる気泡などによるボイドが含まれる。ペースト状のはんだ12aを溶融させることで、ボイドを抜けやすくすることができる。なお、ペースト状のはんだ12aを溶融させて支持金型13とスタンパ11とを接合する工程は、第3の工程の一例である。
The applied paste-
ステップS23では、真空雰囲気中でペースト状のはんだ12aを溶融させるとよい。これにより、ペースト状のはんだ12aに含まれるボイドがより抜けやすくなるので、ペースト状のはんだ12aに含まれるボイドをさらに低減することができる。よって、非平面金型10の熱伝導性及び強度を向上させることができる。なお、真空雰囲気中でペースト状のはんだ12aを溶融させることに限定されず、大気圧中で溶融させてもよい。
In step S23, the paste-
次に、上記の方法で作製された非平面金型10を用いて樹脂成形品が作製される。具体的には、射出成形により樹脂成形品が作製される。なお、非平面金型10を用いて射出成形により樹脂成形品を作製する工程は、第4の工程の一例である。
Next, a resin molded product is manufactured using the
図3Cは、本実施の形態に係る樹脂成形品50を作製する流れを模式的に示す断面図である。図3Cの(g)は、樹脂成形の様子を示す図であり、図3Cの(h)は樹脂成形により作製された樹脂成形品50を示す図である。なお、図3Cの(g)では、非平面金型10が射出成形機に設置され射出成形が行われるが、射出成形機の図示を省略している。
FIG. 3C is a cross-sectional view schematically showing a flow of producing the resin molded
図3Cの(g)に示すように、非平面金型10と、非平面金型10と対向して配置される下側金型30とで形成される空間(キャビティ)に樹脂成形品を作製するための樹脂材料40が注入される。このとき、樹脂材料には射出成形機のヒータからの熱が非平面金型10を介して伝えられる。支持金型13とスタンパ11とがはんだ12により接合されているので、支持金型13とスタンパ11との間に空間14が形成されている又は支持金型13とスタンパ11とが接着剤などで接合されている場合に比べ、熱伝導性を向上させることができる。
As shown in (g) of FIG. 3C, a resin molded product is produced in the space (cavity) formed by the
図3Cの(h)に示すように、スタンパ11の微細凹凸11aを転写した微細凹凸50aが形成され、かつスタンパ11の非平面に対応した形状を有する樹脂成形品50が作製される。樹脂成形品50は、マスタ品20と略等しい形状を有する。
As shown in (h) of FIG. 3C, the
なお、上記では、支持金型13に直接ペースト状のはんだ12aが塗布される例について説明したが、Fe系材料で構成される支持金型13とはんだ12との接合性を向上させるために、支持金型13の表面にめっき処理を行った後、ペースト状のはんだ12aを塗布してもよい。
Although the example in which the paste-
図4は、本実施の形態に係る非平面金型10を作製する流れの他の例を模式的に示す断面図である。 FIG. 4: is sectional drawing which shows typically the other example of the flow which produces the non-planar metal mold | die 10 which concerns on this Embodiment.
図4の(d)は、図3Bの(d)に対応する模式図であり、スタンパ11の非平面形状に対応した形状の非平面を有する支持金型13を示している。図4の(i)は、支持金型13のスタンパ11と対向する側の面(接合面13a)に、めっき層15が形成された状態を示している。めっき層15は、はんだとの接合性がFe系材料より高い金属からなる層である。めっき層15は、例えば、Cu、Ni、Au、Agなどの金属からなる層である。さらに、これらの金属の中でも、コストを低くする観点から、Cu又はNiなどが用いられるとよい。つまり、支持金型13は、スタンパ11と対向する側の面に、めっき層15としてCuめっき層又はNiめっき層を有していてもよい。なお、めっき処理の方法は、特に限定されない。
FIG. 4D is a schematic view corresponding to FIG. 3B, and shows a
図4の(e)は、図3Bの(e)に対応する模式図であり、ペースト状のはんだ12aが塗布された状態を示している。図4の(e)に示すように、ペースト状のはんだ12aは、めっき層15上に積層して塗布される。言い換えると、めっき層15は、支持金型13とペースト状のはんだ12aとに間であって、双方に接触して配置される。なお、めっき層15が形成される場合、ペースト状のはんだ12aと支持金型13とは、直接接触していなくてもよい。
(E) of FIG. 4 is a schematic diagram corresponding to (e) of FIG. 3B, and shows a state in which paste-
[3.効果]
以上のように、本実施の形態に係る非平面金型10は、非平面を有するスタンパ11と、スタンパ11と接合される接合面13aを有する支持金型13と、スタンパ11と支持金型13とを接合するはんだ12と、を備える。そして、スタンパ11と支持金型13とを対向して配置した状態で、非平面と接合面13aとの間に互いの形状の違いによる空間14が形成され、はんだ12は空間14に介在している。
[3. effect]
As described above, the
これにより、非平面を有するスタンパ11と支持金型13とをはんだ12により金属接合できるとともに、スタンパ11と支持金型13との表面形状(具体的には、スタンパ11の接合面11b及び支持金型13の接合面13aの形状)の違いにより生じる空間14をはんだ12で埋めることができる。よって、スタンパ11と支持金型13との間に空間14が形成される場合でも、非平面を有するスタンパ11を備える非平面金型10を実現することができる。例えば、空間14を有する非平面金型、又は、接着剤などでスタンパ11と支持金型13とを接合した非平面金型に比べ、熱伝導性及び取り付け強度の高い非平面金型10を実現することができる。
Thus, the
また、支持金型13の接合面13aは、スタンパ11の非平面に対応した非平面を有する。
The
これにより、スタンパ11と支持金型13との表面形状の違いにより生じる空間14をより小さくすることができる。この場合、主にスタンパ11の厚みバラつきにより空間14が形成されるが、当該空間14ははんだ12により埋められる。よって、スタンパ11に厚みバラつきが生じている場合であっても、非平面を有するスタンパ11を備える非平面金型10を実現することができる。
Thereby, the
また、スタンパ11は、Ni及びNi合金の少なくとも一方を含み、支持金型13は、Fe及びFe合金の少なくとも一方を含む。
Further, the
これにより、スタンパ11と支持金型13とは線膨張係数が近い材料で形成されるので、スタンパ11と支持金型13との間に生じる残留応力を低減することができる。また、Ni、Ni合金、Fe及びFe合金は、硬度が高い。よって、寿命が向上された非平面金型10を実現することができる。
Thus, since the
また、ろう材は、はんだ12である。
The brazing material is
これにより、他のろう材に比べ融点が低く、かつ樹脂成形時の成形温度よりも融点が高いはんだ12により、スタンパ11と支持金型13とを接合することができる。よって、スタンパ11と支持金型13との接合時の温度を低くすることができるので、接合時にスタンパ11と支持金型13との間に生じる残留応力を低減することができる。よって、さらに寿命が向上された非平面金型10を実現することができる。
As a result, the
また、支持金型13は、スタンパ11と対向する側の面にCuめっき層又はNiめっき層を有する。
Further, the
これにより、支持金型13とはんだ12との接合性を向上させることができる。
Thereby, the bondability between the support die 13 and the
また、スタンパ11は、支持金型13と対向しない側の面に微細な凹凸部を有する。
Further, the
これにより、非平面金型10を用いて射出成形することで、微細凹凸11aの形状が転写された樹脂成形品を作製することができる。例えば、少なくとも一部が湾曲しているような非平面を有する樹脂成形品などを作製するための金型に、非平面金型10を用いることができる。
Thus, by injection molding using the
また、以上のように、本実施の形態に係る非平面金型10の製造方法は、支持金型13の表面(接合面13a)にペースト状のはんだ12aを塗布する工程(S21)と、ペースト状のはんだ12aが塗布された支持金型13とスタンパ11の非平面を対向させて配置する工程(S22)と、ペースト状のはんだ12aを加熱して溶融させることにより支持金型13とスタンパ11とを接合する工程(S23)と、を含む。
Further, as described above, in the method of manufacturing the
これにより、スタンパ11と支持金型13との間に、スタンパ11及び支持金型13の表面形状の違いによる空間14が形成される場合でも、非平面を有するスタンパ11を備える非平面金型10を実現することができる。
Thus, even when the
また、接合する工程では、真空雰囲気中でペースト状のはんだ12aを溶融させる。
In the bonding step, the paste-
これにより、ペースト状のはんだ12aに含まれるボイドを低減することができるので、ボイドによる熱伝導性及び強度の低下を抑制することができる。
Thereby, since the void contained in the paste-
また、塗布する工程では、ろう材としてペースト状のはんだ12aが塗布される。
In the application step,
これにより、スタンパ11及び支持金型13の表面形状の違いにより形成される空間14をペースト状のはんだ12aで容易に充填することができる。また、スタンパ11と支持金型13とを接合するときの接合温度を低くすることができるので、寿命が向上された非平面金型10を実現することができる。
Thereby, the
また、以上のように、本実施の形態に係る樹脂成形品50の製造方法は、上記に記載の非平面金型10、又は、上記の方法により作製された非平面金型10を用いて、樹脂成形により樹脂成形品を作製する工程を含む。
In addition, as described above, the method of manufacturing the resin molded
これにより、非平面を有する樹脂成形品50を作製することができる。スタンパ11が微細凹凸11aを有する場合、当該微細凹凸11aが転写された樹脂成形品50を作製することができる。
Thereby, the resin molded
(他の実施の形態)
以上、非平面金型、非平面金型の製造方法、及び、樹脂成形品の製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの及び異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
(Other embodiments)
Although the non-planar mold, the non-planar mold manufacturing method, and the resin molded article manufacturing method have been described based on the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. . Unless it deviates from the main point of the present invention, a form constructed by combining various modifications that can be conceived by a person skilled in the art to the present embodiment and components in different embodiments is also included in the scope of the present invention.
例えば、上記実施の形態では、スタンパ11は非平面として曲面を有している例を示したが、非平面の形状はこれに限定されない。例えば、図5に示すように、スタンパ111は少なくとも一部が階段状などの角ばった形状に形成されていてもよいし、その他の形状でもよい。なお、図5では、スタンパ111に微細凹凸111aが形成されている例を示しているが、微細凹凸111aは形成されていなくてもよい。
For example, although the
また、上記実施の形態では、スタンパ11と支持金型13とをはんだ12で接合する例について説明したが、これに限定されない。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which joins the
また、上記実施の形態では、支持金型13は予め作製されている例について説明したが、これに限定されない。例えば、スタンパ11を作製した後、スタンパ11の形状(具体的には、微細凹凸11aが形成されていない面の形状)を非接触式の3Dスキャナなどによりを計測し、計測されたデータを用いて支持金型13を作製してもよい。これにより、スタンパ11と支持金型13との間に形成される空間14を低減することができる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the example with which the
また、上記実施の形態では、スタンパ11が有する微細凹凸11aは、樹脂成形品が所望の光学特性を有するための凹凸であったが、微細凹凸11aは所望の光学特性を得るための凹凸でなくてもよい。例えば、スタンパ11が有する微細凹凸11aは、樹脂成形品に所望の撥水性を持たせるための凹凸であってもよい。撥水機能を有する微細凹凸11aの深さ(頂部と谷部とで規定される深さ)は、例えば、20μm以下であり、隣り合う頂部間の距離は、例えば、20μm以下である。なお、微細凹凸11aの形状は上記に限定されず、所望の撥水特性に応じて、適宜決定されればよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施の形態で説明した樹脂成形品の製造方法における各工程は、1つの工程で実施されてもよいし、別々の工程で実施されてもよい。なお、1つの工程で実施されるとは、各工程が1つの装置を用いて実施される、各工程が連続して実施される、又は、各工程が同じ場所で実施されることを含む意図である。また、別々の工程とは、各工程が別々の装置を用いて実施される、各工程が異なる時間(例えば、異なる日)に実施される、又は、各工程が異なる場所で実施されることを含む意図である。 Moreover, each process in the manufacturing method of the resin molded product demonstrated by the said embodiment may be implemented in one process, and may be implemented in a separate process. Note that to be performed in one step means that each step is performed using one device, each step is performed sequentially, or that each step is performed in the same place. It is. Also, separate steps may be performed using different devices, each step may be performed at different times (eg, different days), or each step may be performed at different places. It is an intention to include.
10 非平面金型
11、111 スタンパ
11a 微細凹凸(凹凸部)
12 はんだ(ろう材)
12a ペースト状のはんだ(ろう材)
13 支持金型
13a 接合面
14 空間
15 めっき層(Cuめっき層、Niめっき層)
50 樹脂成形品
10
12 Solder (Brazed material)
12a Solder paste (brazing material)
13 support die
50 resin molded products
Claims (10)
前記スタンパと接合される接合面を有する支持金型と、
前記スタンパと前記支持金型とを接合するろう材と、を備え、
前記スタンパと前記支持金型とを対向して配置した状態で、前記非平面と前記接合面との間に互いの形状の違いによる空間が形成され、
前記ろう材は、前記空間に介在している、
非平面金型。 A stamper having a non-planar surface;
A supporting mold having a bonding surface to be bonded to the stamper;
And a brazing material for joining the stamper and the support mold,
In the state where the stamper and the support die are disposed to face each other, a space is formed between the non-planar surface and the bonding surface due to the difference in the shape of each other,
The brazing material intervenes in the space,
Non-planar mold.
請求項1に記載の非平面金型。 The bonding surface of the support mold has a non-planar surface corresponding to the non-planar surface of the stamper,
The non-planar mold according to claim 1.
前記支持金型は、Fe及びFe合金の少なくとも一方を含む、
請求項1又は2に記載の非平面金型。 The stamper includes at least one of Ni and a Ni alloy,
The support mold contains at least one of Fe and Fe alloy,
The non-planar mold according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の非平面金型。 The brazing material is a solder material,
The non-planar mold according to any one of claims 1 to 3.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の非平面金型。 The support mold has a Cu plating layer or a Ni plating layer on the surface facing the stamper,
The non-planar mold according to any one of claims 1 to 4.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の非平面金型。 The stamper has an uneven portion on the side not facing the support die.
The non-planar mold according to any one of claims 1 to 5.
前記第1の工程で前記ろう材が塗布された前記支持金型にスタンパの非平面を対向させて配置する第2の工程と、
前記ろう材を加熱して溶融させることにより前記支持金型と前記スタンパとを接合する第3の工程と、を含む、
非平面金型の製造方法。 A first step of applying a brazing material to the surface of the support mold;
A second step of arranging the non-planar surface of the stamper to face the support mold to which the brazing material has been applied in the first step;
And a third step of bonding the supporting mold and the stamper by heating and melting the brazing material.
Non-planar mold manufacturing method.
請求項7に記載の非平面金型の製造方法。 In the third step, the brazing material is melted in a vacuum atmosphere,
The manufacturing method of the non-flat surface mold of Claim 7.
請求項7又は8に記載の非平面金型の製造方法。 In the first step, paste-like solder is applied as the brazing material.
The manufacturing method of the non-planar mold of Claim 7 or 8.
樹脂成形品の製造方法。 The nonplanar mold according to any one of claims 1 to 6 or the nonplanar mold produced by the method for manufacturing a nonplanar mold according to any one of claims 7 to 9 And a fourth step of producing a resin molded product by resin molding,
Method of producing a resin molded article.
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