JP2019072975A - Mold, method of manufacturing mold, resin molding apparatus and method of molding molded article - Google Patents

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Abstract

To provide a mold capable of shortening a molding cycle as compared with a conventional heat insulation mold while forming a fine shape such as a concavo-convex shape with high precision on the surface of a resin molded product, method of manufacturing the mold, and furthermore resin molding apparatus provided with the mold and molding method of a molded article using the resin molding apparatus.SOLUTION: The mold of the present invention has a heat insulating layer having a thermal conductivity of 100°C of less than 10 W/m*K, a metallic mold base material having a thermal conductivity of 100°C of 10 to 70 W/m*K, and a thermally conductive layer having a thermal conductivity of 100°C of more than 70 W/m*K between the heat insulation layer and the metal mold base material, and the heat conductive layer is provided at a position in contact with the lower interface of the heat insulating layer, or at a position of 0.1 mm or less from the lower interface with the heat insulating layer, with a thickness of 0.01 to 5.00 mm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、例えば、光学素子又は精密部品等の樹脂成形に用いられ、樹脂成型品に微細な表面凹凸パターンの形成が可能で、かつ、成形サイクルの短縮化を図ることができる金型と該金型の製造方法、前記金型を備える樹脂成形装置及び前記樹脂成形装置を用いて行う成形品の成形方法に関する。   The present invention is used, for example, in resin molding of optical elements, precision parts, etc., and a mold capable of forming a fine surface asperity pattern on a resin molded product and capable of shortening a molding cycle The present invention relates to a method of manufacturing a mold, a resin molding apparatus including the mold, and a molding method of a molded product performed using the resin molding apparatus.

CDやDVD等の光ディクス、光学レンズ、光学素子、ミラー及び導光板等の光学素子、又は精密部品等の製品は、合成樹脂による成形品が広く知られているが、これら光学素子や精密部品等の小型化、高機能化等に伴い、従来から微細で高精度の表面形状を有する成形品を成形できる成形技術が望まれている。また、近年では、転写面が大面積となる透明表示版や精密部品等においても、表面の形状及び精度について従来以上の微細化と高精度が求められるようになってきている。   As products such as optical disks such as CDs and DVDs, optical lenses, optical elements, optical elements such as mirrors and light guide plates, or precision parts, molded articles made of synthetic resin are widely known, but these optical elements and precision parts With the miniaturization, high functionalization, etc. of the etc., the molding technology which can shape | mold the molded article which has a fine and highly precise surface shape conventionally is desired. Further, in recent years, even for transparent display plates, precision parts and the like in which the transfer surface has a large area, finer and higher precision than in the past have been required in terms of surface shape and precision.

樹脂の射出成形技術は、従来から鋼等の金属材料で製作された金型を使用している。そのような金属金型を用いてサブミクロン〜1mmの微細形状を有する光学素子又は精密部品を射出成形する場合、溶融樹脂が有する熱は金型内に射出された瞬間に急速に金型に伝達され、キャビティ型又はコア型に接触している樹脂表面が急速に冷却され、固化する。そのため、樹脂を射出した後の形状転写工程である保圧工程において十分な金型転写性が得られず、微細で高精度の表面形状が得られないという問題があった。   The resin injection molding technology conventionally uses a mold made of a metal material such as steel. When using such a metal mold to injection mold an optical element or precision part having a submicron to 1 mm fine shape, the heat possessed by the molten resin is rapidly transferred to the mold at the moment of being injected into the mold. The resin surface in contact with the cavity or core mold is rapidly cooled and solidifies. Therefore, sufficient mold transferability can not be obtained in the pressure holding process which is a shape transfer process after injecting the resin, and there is a problem that a fine and highly accurate surface shape can not be obtained.

金型転写性を改善するため、射出成形時の射出圧力を高めたり、射出速度を上げる等の方法がとられているが、転写性を改善するには限界があり、十分な対策となっていないのが現状である。また、キャビティ型又はコア型に接触している樹脂表面の急速冷却及び固化を遅らせるため、金型の温度を高めに設定するとともに冷却時間を長くすることにより転写性を改善することも可能であるが、その場合は成形サイクルが長くなり、量産性が大きく低下するという問題がある。さらに、射出成形に圧縮成形を加えた射出圧縮方法を採用することも検討されているが、成形サイクルが長くなること、成形装置がやや複雑になること、成形条件の調整に熟練を要すること、及び圧縮工程によって成形品に応力が発生しやすいこと等から、汎用性に乏しかった。   In order to improve the mold transferability, methods such as increasing the injection pressure at injection molding or increasing the injection speed have been taken, but there is a limit to improve the transferability and it is a sufficient measure. It is the present condition that there is not. Moreover, in order to delay the rapid cooling and solidification of the resin surface in contact with the cavity type or core type, it is possible to improve the transferability by setting the temperature of the mold high and prolonging the cooling time. However, in that case, there is a problem that the molding cycle becomes long and the mass productivity is greatly reduced. Furthermore, although it has been considered to adopt an injection compression method in which compression molding is added to injection molding, the molding cycle becomes longer, the molding apparatus becomes somewhat complicated, and skill in adjusting molding conditions is required. In addition, it is poor in versatility because stress is easily generated in a molded product by the compression process.

このような技術課題を解決する方法として、金型表面に断熱層を設け、射出過程において金型内に充填された樹脂の温度が、その後の形状転写工程である保圧工程まで高温を保持することで金型転写性を向上させる方法が従来から数多く提案されている。この方法で使用する金型は、一般に断熱金型と呼ばれており、前記断熱層としては、例えば、ポリイミド樹脂又はセラミックス等が使用されている。   As a method of solving such technical problems, a heat insulating layer is provided on the mold surface, and the temperature of the resin filled in the mold in the injection process is maintained at a high temperature until the pressure holding process which is the subsequent shape transfer process. A number of methods have been proposed to improve the mold transferability. The mold used in this method is generally called a heat insulation mold, and as the heat insulation layer, for example, a polyimide resin or a ceramic is used.

しかしながら、断熱金型を用いる射出成形方法において、金型表面に断熱層を設けるだけではいくつかの技術課題があるため、それらの技術課題を解決するための方法が提案されている。例えば、断熱層近傍で加熱溶融された樹脂の熱がこもって局所的な偏りが発生して温度の不均一を招き、成形後の光学部品に複屈折が生じるという課題を解決するため、特許文献1には、断熱層の裏側に高熱伝導母材を設けることにより、速やかに熱を分散させ、温度の不均一を解消するようにした成形装置が開示されている。また、同じような構成と構造を有する金型は、特許文献2にも断熱キャビティ型として開示されている。   However, in the injection molding method using the heat insulation mold, there are some technical problems if the heat insulation layer is provided on the mold surface, and methods for solving these technical problems have been proposed. For example, in order to solve the problem that the heat of the heat-melted resin in the vicinity of the heat insulating layer causes local deviation to cause temperature non-uniformity and birefringence occurs in the molded optical component, as described in Patent Document The molding apparatus disclosed in 1 discloses a molding apparatus capable of quickly dispersing heat and eliminating temperature non-uniformity by providing a high thermal conductivity base material on the back side of the heat insulation layer. Further, a mold having a similar configuration and structure is disclosed in Patent Document 2 as an adiabatic cavity type.

特許文献3には、高圧・高衝撃性下での使用に耐えることができるような耐久性に優れる断熱金型を得るため、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において、前記断熱層と前記金属皮膜との間に熱伝導率が100W/m・K以上の熱伝導層を有する断熱金型が開示されている。ここで使用される熱伝導層は、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生まれる熱膨張差が応力を発生させるため、前記熱膨張差によって起こる金属皮膜・断熱層の密着性の劣化を防止する目的のために使用される。また、特許文献4にも、前記特許文献3と同じような構成を有する金型、すなわち、表面層の転写部から順に、表面層と、熱伝導率が60W/m・k以上の下面層と、熱伝導率が30W/m・k以下の断熱層と、金型本体とからなる成形用金型が開示されている。前記特許文献4に記載の成形用金型は、成形時の成形品内の温度分布の不均一性を低減できるという効果を奏することが記載されている。   According to Patent Document 3, in order to obtain a heat insulating mold excellent in durability which can endure use under high pressure and high impact property, between a metal mold base material and a metal film constituting a molding surface In a mold having a heat insulation layer, a heat insulation mold having a heat conduction layer having a thermal conductivity of 100 W / m · K or more between the heat insulation layer and the metal film is disclosed. The heat conductive layer used here generates a stress due to the thermal expansion difference generated by the local transfer of the thermal energy of the molten resin injected at high pressure, so the adhesion between the metal film and the thermal insulation layer caused by the thermal expansion difference. Used for the purpose of preventing the deterioration of Further, also in Patent Document 4, a mold having a configuration similar to that of Patent Document 3, that is, a surface layer and a lower surface layer having a thermal conductivity of 60 W / m · k or more in order from the transfer portion of the surface layer. There is disclosed a molding die comprising a heat insulating layer having a thermal conductivity of 30 W / m · k or less and a die body. It is described that the molding die described in Patent Document 4 exerts an effect of being able to reduce the non-uniformity of the temperature distribution in the molded product at the time of molding.

さらに、耐久性を向上し得る断熱金型としては、特許文献5にも、保護層、断熱層及び金型基体の順で積層され、キャビティ領域の厚みを前記キャビティ領域以外の領域の厚みよりも小さくした断熱金型が開示されている。   Furthermore, as a heat insulation metal mold which can improve durability, Patent Document 5 is also laminated in the order of a protective layer, a heat insulation layer and a mold base, and the thickness of the cavity region is greater than the thickness of the region other than the cavity region. Reduced thermal insulation molds are disclosed.

特開2013−75457号公報JP, 2013-75457, A 国際公開第2007/129673号WO 2007/129673 特開2015−74221号公報JP, 2015-74221, A 国際公開第2013/146985号International Publication No. 2013/146985 特開2013−244644号公報JP, 2013-244644, A

光学素子又は精密部品等の樹脂成形において、断熱金型を用いて微細な表面凹凸パターンを形成する場合、優れた金型転写性及び高精度の表面形状を実現するだけでなく、量産性向上のために成形サイクルの短縮化が強く求められている。断熱金型は、それを用いない従来の成形金型に比べて金型温度又は成形圧力をやや下げることができることから、前記特許文献1にも記載されているように、成形サイクルの短縮化に対してある程度の効果を有する。   When forming a fine surface asperity pattern using a heat insulating mold in resin molding of optical elements or precision parts, not only excellent mold transferability and high precision surface shape are realized, but mass productivity improvement is achieved. Therefore, shortening of the molding cycle is strongly demanded. Since the heat insulation mold can slightly lower the mold temperature or the molding pressure as compared with the conventional molding mold not using it, as described in the above-mentioned Patent Document 1, for shortening the molding cycle It has some effect on

しかしながら、前記特許文献1及び2に開示された断熱金型の構成では、熱を瞬間的に保持し、その後冷却を行うことにより熱の伝導又は伝達を遅延させるという断熱金型の特徴を十分に活かすことが難しかった。これは、断熱層の裏側に直接設けられた高熱伝導母材が大きな熱容量を有するため、高熱伝導母材による熱の伝導又は伝達の効果の方が大きくなり、溶融樹脂の熱が断熱層で瞬間的に保持されず、断熱層としての機能を十分に果たさないことに起因する。その結果、成形サイクルの短縮化が図られるものの、金型転写性の低下や熱応力の発生等によって微細な表面形状を高精度で形成することができなくなる場合があった。この問題は、例えば、前記特許文献1に記載されているようにレンズ等の微小光学素子においては顕著に現れてこないが、大きな(大容量の)高熱伝導母材を用いて成形を行う光ディスク、導光板及び表示板等の大面積の光学素子では大きな技術課題となっている。   However, in the configuration of the heat insulating mold disclosed in the Patent Documents 1 and 2, the characteristics of the heat insulating mold are maintained sufficiently such that heat is instantaneously held and then the heat conduction or transmission is delayed by performing cooling. It was difficult to utilize it. This is because the high thermal conductivity base material provided directly on the back side of the thermal insulation layer has a large heat capacity, so the effect of heat conduction or transmission by the high thermal conductivity base material is greater, and the heat of the molten resin is instantaneously generated in the thermal insulation layer. It does not hold well, it is because it does not fully perform the function as a heat insulation layer. As a result, although the molding cycle can be shortened, there are cases in which it is not possible to form a fine surface shape with high accuracy due to the decrease in mold transferability, the occurrence of thermal stress and the like. This problem does not appear notably in a minute optical element such as a lens as described in the patent document 1, for example, but an optical disc which is molded using a large (large capacity) high thermal conductivity base material, Large-area optical elements such as a light guide plate and a display plate have become major technical issues.

また、前記特許文献3に開示された断熱金型は、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という断熱層に起因する問題を低減するため、断熱層と前記金属皮膜との間に熱伝導層を設けることにより、断熱金型の水平方向において熱エネルギーの瞬間的な再配分を目的としたものである。前記特許文献4に開示された金型も、同様な目的を以てなされたものであるといえる。しかしながら、両者の金型は、垂直方向(鉛直方向)の熱伝導又は熱伝達については従来の断熱金型と同じ効果しか得られず、成形サイクルを従来以上に短縮化するという効果を期待できるものではなかった。   In addition, the heat insulation mold disclosed in the Patent Document 3 can be provided between the heat insulation layer and the metal film in order to reduce the problem caused by the heat insulation layer that is the local transfer of the thermal energy of the molten resin injected under high pressure. The purpose of the present invention is to provide a thermal conduction layer to instantaneously redistribute heat energy in the horizontal direction of the heat insulation mold. It can be said that the mold disclosed in the Patent Document 4 is also made for the same purpose. However, both molds have only the same effect as the conventional heat insulation mold on heat conduction or heat transfer in the vertical direction (vertical direction), and the effect of shortening the molding cycle more than before can be expected. It was not.

同様に、前記特許文献5に開示された断熱金型も、成形サイクルの短縮化を図るために提案されたものではなく、成形サイクルを従来の断熱金型より短縮化するという技術課題については全く認識されていなかった。   Similarly, the heat insulation mold disclosed in Patent Document 5 is not proposed to shorten the molding cycle, and the technical problem of shortening the molding cycle compared to the conventional heat insulation mold is entirely It was not recognized.

本発明は、係る問題を解決するためになされたものであり、熱伝導層を備える断熱金型において、前記特許文献1〜5に開示されたものとは異なる構成と構造を採用することにより、樹脂成型品の表面に凹凸形状等の微細な形状を高精度で形成しつつ、従来の断熱金型に比べて成形サイクルの短縮化を図ることができる金型と該金型の製造方法、さらに、該金型を備える樹脂成形装置及び前記樹脂成形装置を用いて行う成形品の成形方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and in the heat insulation mold provided with a heat conduction layer, by adopting a configuration and a structure different from those disclosed in the Patent Documents 1 to 5, A mold capable of shortening a molding cycle as compared to a conventional heat insulation mold while forming a fine shape such as a concavo-convex shape on the surface of a resin molded product with high accuracy, and a method of manufacturing the mold, An object of the present invention is to provide a resin molding apparatus provided with the mold and a molding method of a molded product performed using the resin molding apparatus.

本発明者は、断熱層、金属製金型母材、及び前記断熱層と前記金属製金型母材の間に熱伝導層を有する構成を採用するとともに、それぞれの熱伝導率と厚さを所定の範囲内で規定することにより、上記の課題を解決できることを見出して本発明に到った。 The present inventor adopts a configuration having a heat insulating layer, a metal mold base material, and a heat conductive layer between the heat insulating layer and the metal mold base material, and the respective thermal conductivity and thickness By defining within the predetermined range, it has been found that the above-mentioned problems can be solved, and the present invention has been made.

すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
[1]本発明は、100℃の熱伝導度が10W/m・K未満である断熱層、100℃の熱伝導度が10〜70W/m・Kである金属製金型母材、及び前記断熱層と前記金属製金型母材の間に100℃の熱伝導度が70W/m・Kを超える熱伝導層を有する金型であって、前記熱伝導層は前記断熱層の下部境界面と当接する位置に、又は前記断熱層との下部境界面から0.1mm以下の位置に、厚さが0.01〜5.00mmで設けられることを特徴とする金型を提供する。
[2]本発明は、前記断熱層において100℃の熱伝導率が5W/m・K以下で、厚さが0.01mm〜2.00mmであり、前記熱伝導層において100℃の熱伝導率が150W/m・K以上で、厚さが0.01〜5.00mmであり、前記金属製母材において100℃の熱伝導率が10〜70W/m・Kで、厚さが10mmを超えることを特徴とする前記[1]に記載の金型を提供する。
[3]本発明は、前記熱伝導層が、前記断熱層と金属性金型母材との間であって、前記断熱層の境界面と当接する位置に、又は前記断熱層と前記熱伝導層との間に形成される接合層を介して、前記断熱層の下部境界面から0.1mm以下の位置に設けられることを特徴とする前記[1]又は[2]に記載の金型を提供する。
[4]本発明は、前記熱伝導層において、成形空間(キャビティ)の領域内の厚さが前記キャビティの領域外の厚さよりも薄いことを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれか一項に記載の金型を提供する。
[5]本発明は、前記断熱層において、成形空間(キャビティ)の領域内の厚さが前記キャビティの領域外の厚さよりも厚いことを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれか一項に記載の金型を提供する。
[6]本発明は、成形品表層の転写面側に表面保護層を有することを特徴とする前記[1]〜[5]のいずれか一項に記載の金型を提供する。
[7]本発明は、前記表面保護層が、前記成形品表層の転写面側にメッキ膜又はダイヤモンドライクカーボン膜からなる最表面層を有することを特徴とする前記[6]に記載の金型を提供する。
[8]本発明は、前記[1]〜[7]に記載のいずれか一項に記載の金型において、前記熱伝導層が、物理的気相成長、化学的気相成長、メッキ、ろう付け、ボルト固定及び溶射の少なくともいずれかの方法を用いて前記金属製金属母材の表面上に形成されることを特徴とする金型の製造方法を提供する。
[9]本発明は、金型を具備する型締ユニットと射出ユニットとを備える樹脂成形装置であって、前記金型が前記[1]〜[7]のいずれか一項に記載の金型、又は前記[8]に記載の金型の製造方法によって得られる金型であることを特徴とする樹脂成形装置。
[10]本発明は、前記[9]に記載の樹脂成形装置を用いて樹脂射出成形又は樹脂射出圧縮成形を行うことを特徴とする樹脂成形品の成形方法を提供する。
That is, the constitution of the present invention is as follows.
[1] The present invention is a thermal insulating layer having a thermal conductivity of 100 ° C. of less than 10 W / m · K, a metallic mold base material having a thermal conductivity of 100 ° C. of 10 to 70 W / m · K, A mold having a heat conduction layer having a heat conductivity of more than 70 W / m · K at 100 ° C. between the heat insulation layer and the metal mold base material, wherein the heat conduction layer is a lower boundary surface of the heat insulation layer. The mold is provided with a thickness of 0.01 to 5.00 mm at a position where it abuts or at a position of 0.1 mm or less from the lower boundary surface with the heat insulating layer.
[2] In the present invention, the thermal conductivity at 100 ° C. is 5 W / m · K or less, and the thickness is 0.01 mm to 2.00 mm in the heat insulating layer, and the thermal conductivity at 100 ° C. in the thermal conductive layer Is 150 W / m · K or more, and the thickness is 0.01 to 5.00 mm, and in the metal base material, the thermal conductivity at 100 ° C. is 10 to 70 W / m · K, and the thickness exceeds 10 mm. The mold according to the above [1] is provided.
[3] In the present invention, the heat conduction layer is in a position between the heat insulation layer and the metallic mold base material and in contact with the boundary surface of the heat insulation layer, or the heat insulation layer and the heat conduction The mold according to the above [1] or [2], which is provided at a position of 0.1 mm or less from the lower boundary surface of the heat insulating layer via the bonding layer formed between the layers. provide.
[4] The present invention is characterized in that, in the thermally conductive layer, the thickness in the region of the forming space (cavity) is thinner than the thickness outside the region of the cavity. Provide a mold according to one of the claims.
[5] The present invention is characterized in that, in the heat insulating layer, the thickness in the region of the forming space (cavity) is thicker than the thickness outside the region of the cavity. Providing a mold as described in one section.
[6] The present invention provides the mold according to any one of the above [1] to [5], which has a surface protective layer on the transfer surface side of the surface layer of the molded article.
[7] The mold according to the above [6], wherein the surface protective layer has an outermost surface layer made of a plated film or a diamond-like carbon film on the transfer surface side of the molded article surface layer. I will provide a.
[8] The present invention provides the mold according to any one of the above [1] to [7], wherein the heat conductive layer is formed by physical vapor deposition, chemical vapor deposition, plating, brazing. A method of manufacturing a mold is provided, which is formed on the surface of the metal base material by using at least one of attaching, bolting and spraying.
[9] The present invention is a resin molding apparatus including a mold clamping unit having a mold and an injection unit, wherein the mold is a mold according to any one of the above [1] to [7]. Or a mold obtained by the method of manufacturing a mold according to the above [8].
[10] The present invention provides a method of molding a resin molded product, which comprises performing resin injection molding or resin injection compression molding using the resin molding apparatus described in [9].

本発明の金型は、断熱層、金属製金型母材、及び前記断熱層と前記金属製金型母材との間に熱伝導層を有する構成を採用するとともに、それぞれの熱伝導率と厚さを所定の範囲内で規定することにより、熱を瞬間的に保持できる断熱層としての機能が十分に発現するように、溶融樹脂から金属製金型母材への熱の伝導又は伝達を最適化することができる。そのため、小型だけでなく、大面積の樹脂成型品においても微細な表面形状を高精度で形成しつつ、成形サイクルを従来の断熱金型に比べて短縮化することができる。また、成形空間(キャビティ)の領域内と前記キャビティの領域外で断熱層及び熱伝導層の少なくともいずれかの厚さが異なる構成を採用することにより、それらの層の厚さの違いを利用して断熱金型の機能を微妙に調整することができる。そのため、成形サイクルの短縮化を行うときに金型設計の自由度を増すことができる。さらに、本発明の金型は、その表面側、すなわち、断熱層の上に表面保護層を設けることにより、金型の耐久性を向上させることができる。   The mold of the present invention adopts a configuration having a heat insulating layer, a metal mold base material, and a heat conduction layer between the heat insulation layer and the metal mold base material, and the respective thermal conductivity and By defining the thickness within a predetermined range, the conduction or transfer of heat from the molten resin to the metal mold base material is sufficiently performed so that the function as a heat insulating layer capable of holding heat instantaneously is sufficiently developed. It can be optimized. Therefore, the molding cycle can be shortened as compared with the conventional heat insulation mold while forming a fine surface shape with high precision not only in a small size but also in a large area resin molded product. Also, by adopting a configuration in which the thickness of at least one of the heat insulating layer and the heat conducting layer is different in the region of the forming space (cavity) and outside the region of the cavity, the difference in thickness of these layers is utilized. Thus, the function of the heat insulation mold can be finely adjusted. Therefore, the degree of freedom in mold design can be increased when shortening the molding cycle. Furthermore, the mold of the present invention can improve the durability of the mold by providing a surface protective layer on the surface side, that is, on the heat insulating layer.

本発明の金型の製造方法によれば、物理的気相成長、化学的気相成長、メッキ、ろう付け、ボルト固定及び溶射の少なくともいずれかの方法を用いて、熱伝導層を金属製金属母材の表面上にやや厚めに形成することにより、断熱層の機能を保持しつつ、熱伝導層による熱の伝導又は伝達の効果を高めることができるため、成形サイクルの一層の短縮化が可能になる。   According to the method of manufacturing a mold of the present invention, the heat conduction layer is formed of metal using metal vapor deposition, chemical vapor deposition, plating, brazing, bolting and / or thermal spraying. By forming a slightly thicker layer on the surface of the base material, the effect of heat conduction or transmission by the heat conduction layer can be enhanced while maintaining the function of the heat insulation layer, so that the molding cycle can be further shortened. become.

また、本発明の金型を樹脂成形装置に適用することにより、高精度の表面形状が求められる光学素子や精密部品等の樹脂成形に最適で、かつ、量産性に優れた樹脂成形装置を提供することができる。そして、本発明の樹脂成形装置を用いて、微細な表面形状を高精度で形成した高外観を有する樹脂成形品の成形方法を提供することが可能になる。   In addition, by applying the mold of the present invention to a resin molding apparatus, a resin molding apparatus is provided which is optimum for resin molding of optical elements, precision parts and the like for which high precision surface shape is required, and which is excellent in mass productivity. can do. And it becomes possible to provide the molding method of the resin molded product which has the high external appearance which formed the fine surface shape with high precision using the resin molding apparatus of this invention.

本発明の金型を模式的に示す断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which shows the metal mold | die of this invention typically. 本発明の金型の変形例を模式的に示す断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which shows typically the modification of the metal mold | die of this invention. キャビティ領域が凸形状となる本発明の金型の別の変形例を模式的に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows typically another modification of the metal mold | die of this invention from which a cavity area | region becomes convex shape. 本発明の樹脂成形装置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the resin molding apparatus of this invention. 実施例1のシミュレーションで使用する金型断面構造を示す図である。FIG. 2 is a view showing a cross-sectional structure of a mold used in a simulation of Example 1; 実施例1のシミュレーションにおける成形品表面の温度測定箇所を示す図である。FIG. 6 is a view showing temperature measurement points on the surface of a molded product in a simulation of Example 1; 実施例1のシミュレーションによって得られる成形品の冷却曲線を示す図である。FIG. 2 is a view showing a cooling curve of a molded product obtained by the simulation of Example 1; 実施例2において成形品の反り量の測定方法を示す図である。FIG. 7 is a view showing a method of measuring the amount of warpage of a molded product in Example 2. 実施例2において冷却時間と成形品の反り量との関係を示す図である。FIG. 7 is a view showing the relationship between the cooling time and the amount of warpage of a molded product in Example 2.

図1に、本発明の金型を模式的に示す。本発明の金型は、熱伝導性又は熱伝達性の観点から、樹脂成形品表層の転写面側から順に、基本的に断熱層、熱伝導層、及び金属製金型母材が積層される構成を有するが、図1の(a)及び(b)に示すように、実用的には表面保護層を有する構造が採用される。   FIG. 1 schematically shows a mold of the present invention. In the mold of the present invention, from the viewpoint of heat conductivity or heat conductivity, the heat insulation layer, the heat conduction layer, and the metal mold base material are basically laminated in order from the transfer surface side of the resin molded article surface layer Although it has a structure, as shown to (a) and (b) of FIG. 1, the structure which has a surface protective layer practically is employ | adopted.

図1の(a)に示す金型1は、樹脂成形品表層の転写面側から、表面保護層2、断熱層3、熱伝導層4、及び金属製金型母材5の順で積層される構造を有し、断熱層3の下部に配置される熱伝導層4が断熱層3と接触した状態で当接して設けられる。また、図1の(b)に示す金型6は、図1の(b)に示す金型1の構造をベースにして、さらに断熱層3と熱伝導層4との間に接合層7を備える構造を有する。該接合層7は、主に断熱層3と熱伝導層4との接合を向上させるために設けられる。仮に、断熱層3と熱伝導層4との接合が弱い組み合わせであっても接合層7によって両者の接合性を改善できるため、金型6の構造は、熱伝導層3及び熱伝導層4として適用できる材料の選択の幅が広がるという利点を有する。   The mold 1 shown in FIG. 1 (a) is laminated in the order of the surface protection layer 2, the heat insulation layer 3, the heat conduction layer 4 and the metal mold base material 5 from the transfer surface side of the resin molded article surface layer. The heat conductive layer 4 disposed under the heat insulating layer 3 is provided in contact with the heat insulating layer 3 in a state of contact. Further, the mold 6 shown in (b) of FIG. 1 is based on the structure of the mold 1 shown in (b) of FIG. 1 and further includes a bonding layer 7 between the heat insulation layer 3 and the heat conduction layer 4. It has a structure provided. The bonding layer 7 is mainly provided to improve the bonding between the heat insulating layer 3 and the heat conducting layer 4. Even if the bonding between the heat insulating layer 3 and the heat conducting layer 4 is a weak combination, the bonding property of both can be improved by the bonding layer 7, so the structure of the mold 6 is the heat conducting layer 3 and the heat conducting layer 4. It has the advantage of broadening the range of choices of applicable materials.

本発明の金型は、断熱層3、熱伝導層4、及び金属製金型母材5の組み合わせを採用するだけでなく、成形時の溶融樹脂からの熱を断熱層3が瞬間的に保持できるように、金型を構成する各層の熱伝導度を所定の範囲に規定することが必要である。したがって、100℃の熱伝導度が10W/m・K未満である断熱層3、100℃の熱伝導度が10〜70W/m・Kである金属製金型母材5、及び断熱層3と金属製金型母材5の間に100℃の熱伝導度が70W/m・Kを超える熱伝導層4を有する。さらに、成形サイクルの短縮化を図るには、断熱層3に瞬間的に保持された熱を金属製金型母材5に迅速に伝導又は伝達させることが必要であるため、熱伝導性の観点から熱伝導層4の厚さを0.01〜5.00mmで設ける必要がある。各層の熱伝導率及び熱伝導層4の厚さを前記の範囲に規定することにより溶融樹脂から金属製金型母材5への熱の伝導又は伝達を容易に調整できるため、微細な表面形状を高精度で形成しつつ、成形サイクルを従来の断熱金型に比べて短縮化することができる。   The mold of the present invention not only adopts a combination of the heat insulating layer 3, the heat conducting layer 4, and the metal mold base material 5, but the heat insulating layer 3 instantaneously holds the heat from the molten resin at the time of molding. In order to be able to do so, it is necessary to define the thermal conductivity of each layer constituting the mold within a predetermined range. Therefore, the thermal insulation layer 3 whose thermal conductivity at 100 ° C. is less than 10 W / m · K, the metallic mold base material 5 whose thermal conductivity at 100 ° C. is 10 to 70 W / m · K, and the thermal insulation layer 3 The metal mold base material 5 has a thermally conductive layer 4 whose thermal conductivity at 100 ° C. exceeds 70 W / m · K. Furthermore, in order to shorten the molding cycle, it is necessary to rapidly conduct or transfer the heat instantaneously held by the heat insulating layer 3 to the metal mold base material 5, so the thermal conductivity point of view Therefore, the thickness of the heat conduction layer 4 needs to be set to 0.01 to 5.00 mm. By defining the thermal conductivity of each layer and the thickness of the thermal conductive layer 4 in the above range, the heat conduction or transfer from the molten resin to the metal mold base material 5 can be easily adjusted, so a fine surface shape can be obtained. The forming cycle can be shortened as compared with the conventional heat insulation mold while forming the with high accuracy.

本発明において、断熱層3の熱伝導率(100℃の値)が10W/m・K以上であると、断熱層としての機能が十分に得られない。また、金属製金型母材5は熱伝導率(100℃の値)が10W/m・K未満であると、十分な冷却効果が得られない。逆に、金属製金型母材5の熱伝導率(100℃の値)が70W/m・Kを超えて大きくなりすぎると、大きな熱容量によって熱の伝導又は伝達が加速されるため、溶融樹脂の熱が断熱層で瞬間的に保持されない。それにより、金型内に設ける断熱層の機能が大幅に低減し、断熱層4を設けても微細な表面形状を高精度で形成することが難しくなる。この傾向は樹脂成型品が大面積になるほど顕著になる。一方、断熱層3と金属製金型母材5の間に介在する熱伝導層4は、金属製金型母材5の熱伝導度が前記の範囲であるため、100℃において70W/m・Kを超える熱伝導率を有する必要がある。   In the present invention, when the thermal conductivity (value of 100 ° C.) of the heat insulating layer 3 is 10 W / m · K or more, the function as the heat insulating layer can not be sufficiently obtained. Further, when the thermal conductivity (value of 100 ° C.) of the metal mold base material 5 is less than 10 W / m · K, a sufficient cooling effect can not be obtained. Conversely, if the thermal conductivity (100 ° C. value) of the metal mold base material 5 becomes too large to exceed 70 W / m · K, the large heat capacity accelerates the conduction or transfer of heat, so the molten resin Heat is not held instantaneously in the insulation layer. As a result, the function of the heat insulating layer provided in the mold is significantly reduced, and even if the heat insulating layer 4 is provided, it becomes difficult to form a fine surface shape with high accuracy. This tendency becomes more pronounced as the resin molded product has a larger area. On the other hand, the heat conduction layer 4 interposed between the heat insulating layer 3 and the metal mold base material 5 has a thermal conductivity of the metal mold base material 5 in the above-mentioned range, so 70 W / m ··· at 100 ° C. It needs to have a thermal conductivity greater than K.

また、熱伝導層4は、厚さが0.01mm未満であると、熱伝導又は接伝達の効果がほとんど得られない。逆に、厚さが5.00mmを超えて厚くなりすぎると、熱伝導層4の熱容量が大きくなり、100℃において70W/m・K以上の熱伝導率を有する高熱伝導性の金属製金型母材を断熱層へ直に当接した場合と同じ機能と作用が付与されるだけである。その結果、前記特許文献1及び2に記載の断熱金型と同じように、金型内に設ける断熱層の機能が大幅に低下し、溶融樹脂の熱が断熱層で瞬間的に保持されなくなる。   In addition, when the thickness of the heat conduction layer 4 is less than 0.01 mm, the effect of heat conduction or contact transmission can hardly be obtained. On the other hand, if the thickness is more than 5.00 mm, the heat capacity of the heat conduction layer 4 becomes large, and a metal mold of high thermal conductivity having a thermal conductivity of 70 W / m · K or more at 100 ° C. The same function and action as the direct contact of the base material to the heat insulating layer is provided. As a result, as in the heat insulating molds described in Patent Documents 1 and 2, the function of the heat insulating layer provided in the mold is significantly reduced, and the heat of the molten resin is not instantaneously held by the heat insulating layer.

図1の(a)に示す金型1は、熱伝導層4が断熱層3の下部境界面と当接する位置に設けられるため、断熱層3に保持される溶融樹脂の熱は熱伝導層4に迅速に伝導又は伝達する。一方、図1の(b)に示す金型6のように、断熱層3と熱伝導層4との間に接合層7を備える構造を採用する場合は、接合層7の熱伝導率が熱伝導層4よりも一般的に低いため、断熱層3と接合層4との間の距離を小さくすることが熱伝導性の点で不可欠である。本発明においては、断熱層3との下部境界面から0.1mm以下の位置に設けることが必要である。熱伝導層4が断熱層3との下部境界面から0.1mmを超えて配置される場合は、熱伝導又は熱伝達が迅速に行われず、成形サイクルの短縮化の効果がほとんど得られない。   The mold 1 shown in FIG. 1A is provided at a position where the heat conduction layer 4 abuts on the lower boundary surface of the heat insulation layer 3, so the heat of the molten resin held by the heat insulation layer 3 Conduct or transmit quickly. On the other hand, as in the case of the mold 6 shown in (b) of FIG. 1, in the case of adopting a structure including the bonding layer 7 between the heat insulating layer 3 and the heat conducting layer 4, the thermal conductivity of the bonding layer 7 is As it is generally lower than the conductive layer 4, reducing the distance between the heat insulating layer 3 and the bonding layer 4 is essential in terms of thermal conductivity. In the present invention, it is necessary to provide at a position of 0.1 mm or less from the lower interface with the heat insulating layer 3. If the heat conduction layer 4 is disposed more than 0.1 mm from the lower interface with the heat insulation layer 3, heat conduction or heat transfer is not rapidly performed, and the effect of shortening the molding cycle is hardly obtained.

本発明においては、さらに、断熱層3は100℃の熱伝導率が5W/m・K以下で、0.01mm〜2.00mmの厚さを有し、熱伝導層4は100℃の熱伝導率が150W/m・K以上で、0.01〜5.00mmの厚さを有し、金属製金型母材5は100℃の熱伝導率が10〜70W/m・Kで、10mmを超える厚さを有することが好ましい。断熱層3、熱伝導層4及び金属製金型母材5は、熱伝導率だけでなく厚さについても具体的な範囲で規定することにより、溶融樹脂から金属製金型母材5への熱の伝導又は伝達の調整を行うことが容易になり、熱の伝導又は伝達の最適化に大きな効果が得られる。   In the present invention, the thermal insulation layer 3 further has a thermal conductivity of 5 W / m · K or less at 100 ° C. and a thickness of 0.01 mm to 2.00 mm, and the thermal conduction layer 4 has a thermal conductivity of 100 ° C. Rate of 150 W / m · K or more, with a thickness of 0.01 to 5.00 mm, metal mold base material 5 has a thermal conductivity of 100 ° C. of 10 to 70 W / m · K, 10 mm It is preferred to have a thickness greater than. The heat insulating layer 3, the heat conductive layer 4 and the metal mold base material 5 are not limited to the thermal conductivity but also defined in thickness within a specific range, so that the molten resin to the metal mold base material 5 It becomes easy to adjust the conduction or transfer of heat, and a great effect can be obtained in the optimization of the conduction or transfer of heat.

断熱層3の100℃における熱伝導率を5W/m・K以下にし、その厚さを0.01mm〜2.00mmに設定することにより、溶融樹脂の熱が断熱層で瞬間的に保持される効果が確実に得られるため断熱層としての機能が大幅に向上する。さらに、熱伝導層4の100℃における熱伝導率を150W/m・K以上とし、厚さを0.01〜5.00mmに設定するとともに、100℃において10〜70W/m・Kの熱伝導度を有する金属製金型母材5を、10mmを超える厚さで熱伝導層4に当接して設けることにより、断熱層に瞬間的に保持された熱の伝導及び伝達がより促進され、金型の冷却効果を高めることができる。このようにして断熱と熱伝導の両効果が確実に得られるため、樹脂成形品の微細な表面形状を高精度で形成しつつ、成形サイクルを従来の断熱金型に比べて大幅な短縮化を図ることができる。   By setting the thermal conductivity of the thermal insulation layer 3 at 100 ° C. to 5 W / m · K or less and setting the thickness to 0.01 mm to 2.00 mm, the heat of the molten resin is instantaneously held by the thermal insulation layer Since the effect is surely obtained, the function as a heat insulating layer is greatly improved. Furthermore, the thermal conductivity of the thermal conductive layer 4 at 100 ° C. is 150 W / m · K or more, the thickness is set to 0.01 to 5.00 mm, and the thermal conductivity of 10 to 70 W / m · K at 100 ° C. By providing the metal mold base material 5 having a degree of contact with the heat conduction layer 4 in a thickness of more than 10 mm, the conduction and transfer of heat instantaneously held in the heat insulation layer are further promoted, and gold The cooling effect of the mold can be enhanced. In this way, both the heat insulation and heat conduction effects can be reliably obtained, so the molding cycle can be significantly shortened compared to the conventional heat insulation mold while forming the fine surface shape of the resin molded product with high accuracy. Can be

本発明の金型において、断熱層3、熱伝導層4、及び金属製金型母材5の熱伝導率は、特に断りがない限り、100℃の値である。実際の射出成形時で設定される金型は60〜120℃の範囲の温度に設定されるのが一般的である。そのため、本発明の目的を鑑みると、各層の熱伝導率を規定する場合は、射出成形時の金型温度、具体的には100℃で測定した値が適当である。しかしながら、高熱伝導金属として広く知られている銅の熱伝導率は、20℃及び100℃の値がそれぞれ386W/m・K及び377W/m・Kであり、両者の差は非常に小さい。同様に、アルミニウムにおいても、20℃及び100℃の値がそれぞれ204W/m・K及び206W/m・Kであり、温度による違いは非常に小さい。したがって、各層の熱伝導率を室温(具体的には10〜30℃)の値で規定しても熱伝導率の大小に何ら影響を与えないものではないので、100℃の熱伝導率が明確でない材質の組み合わせについては室温の熱伝導率を用いてもよい。   In the mold of the present invention, the thermal conductivity of the heat insulating layer 3, the thermal conductive layer 4, and the metal mold base material 5 has a value of 100 ° C. unless otherwise specified. The mold set during actual injection molding is generally set to a temperature in the range of 60 to 120 ° C. Therefore, in view of the object of the present invention, when defining the thermal conductivity of each layer, the value measured at the mold temperature at the time of injection molding, specifically at 100 ° C. is appropriate. However, the thermal conductivity of copper widely known as a high thermal conductivity metal is 386 W / m · K and 377 W / m · K at values of 20 ° C. and 100 ° C., respectively, and the difference between the two is very small. Similarly, also in aluminum, the values of 20 ° C. and 100 ° C. are 204 W / m · K and 206 W / m · K, respectively, and the difference due to temperature is very small. Therefore, even if the thermal conductivity of each layer is defined as a value at room temperature (specifically, 10 to 30 ° C.), it does not affect the magnitude of the thermal conductivity at all, so the thermal conductivity at 100 ° C. is clear The thermal conductivity at room temperature may be used for combinations of materials that are not

本発明においては、図2に示すように、断熱層3及び熱伝導層4の少なくともいずれかにおいて、それぞれ厚さが成形空間(キャビティ)の領域内と前記キャビティの領域外では異なる構成を有していてもよい。図2に示す構成により、断熱層3による断熱効果及び熱伝導層4による熱の伝導又は伝達の効果を、それぞれの層が有する熱伝導率及び厚さだけでなく、キャビティ領域内とキャビティ領域外との間でそれぞれの層の厚さを変えることにより微妙に調整できることから、成形サイクルの一層の短縮化を行うときに金型設計の自由度を増すことができる。   In the present invention, as shown in FIG. 2, in at least one of the heat insulating layer 3 and the heat conducting layer 4, the thicknesses have different configurations within the region of the molding space (cavity) and outside the region of the cavity. It may be According to the configuration shown in FIG. 2, the heat insulating effect by the heat insulating layer 3 and the effect of heat conduction or transfer by the heat conduction layer 4 are not only the heat conductivity and thickness possessed by each layer but also the inside of the cavity region and the outside of the cavity region. The degree of freedom in mold design can be increased when the molding cycle is further shortened since the thickness can be finely adjusted by changing the thickness of each layer.

図2の(a)は、キャビティの領域外に比べて、キャビティ領域内で薄く形成された熱伝導層4を有する金型8の断面を模式的に示す概略図である。図2の(b)は、キャビティの領域外に比べて、キャビティ領域内で厚く形成された断熱層3を有する金型9の段面を模式的に示す概略図である。また、図2の(c)は、(a)と(b)との組み合わせであり、キャビティの領域内において、キャビティの領域外より厚い断熱層3及び薄い熱伝導層4を有する金型10の断面を模式的に示す概略図である。図2の(a)、(b)及び(b)は、金型の構造上の違いだけであり、目的とする機能と作用は同じである。   FIG. 2A is a schematic view schematically showing a cross section of the mold 8 having the heat conducting layer 4 formed thinner in the cavity region as compared with the outside of the cavity region. FIG. 2B is a schematic view schematically showing a step surface of the mold 9 having the heat insulating layer 3 formed thicker in the cavity region than outside the cavity region. Further, FIG. 2C is a combination of (a) and (b), in the region of the cavity, the mold 10 having the heat insulating layer 3 and the thin heat conduction layer 4 thicker than outside the region of the cavity. It is the schematic which shows a cross section typically. (A), (b) and (b) of FIG. 2 are only the structural differences of the mold, and the intended function and function are the same.

図2に示す金型8、9、10は、断熱層3において瞬間的に保持される溶融樹脂の熱が、樹脂成形品表層の転写面を含むキャビティ領域内から急速に熱の拡散又は伝達されるのを抑制する一方で、キャビティ領域外ではその熱の伝導又は伝達を加速させるために、キャビティ領域外に位置する熱伝導層4の厚さを断熱層3に比べて相対的に厚くした構造を有する。それにより、キャビティ領域内と領域外との間で、熱伝導又は熱伝達の速度と程度に差が生まれる。   In the molds 8, 9, 10 shown in FIG. 2, the heat of the molten resin momentarily held in the heat insulating layer 3 is diffused or transferred rapidly from within the cavity region including the transfer surface of the resin molded article surface layer. A structure in which the thickness of the heat conduction layer 4 located outside the cavity region is made relatively thicker than that of the heat insulation layer 3 in order to accelerate heat conduction or transmission outside the cavity region Have. This creates a difference in the rate of heat transfer or heat transfer between the inside and the outside of the cavity area.

図2に示す金型において断熱層3及び熱伝導層4の厚さは、例えば、次のようにして変えることができる。図2の(a)に示す金型8の場合は、金型のキャビティ領域内に相当する部分として凸状段差を有する平坦面を有する金属製金型母材5を用いて、その上に熱伝導層4を形成する。次いで、熱伝導層4の上面を精密機械研削及び精密機械研磨の少なくともいずれかの方法により所定の厚さになるように平坦状に加工した後、断熱層3を形成する。必要であれば、さらに、断熱層3の上に表面保護層2を形成する。   In the mold shown in FIG. 2, the thicknesses of the heat insulating layer 3 and the heat conducting layer 4 can be changed, for example, as follows. In the case of the mold 8 shown in (a) of FIG. 2, heat is applied onto the metal mold base material 5 having a flat surface having a convex step as a portion corresponding to the cavity area of the mold. The conductive layer 4 is formed. Next, the upper surface of the heat conductive layer 4 is processed into a flat shape so as to have a predetermined thickness by at least one of precision machine grinding and precision machine polishing, and then the heat insulating layer 3 is formed. If necessary, a surface protective layer 2 is further formed on the heat insulating layer 3.

また、図2の(b)に示す金型9の場合は、平坦な金属製金型母材5を用いて、その上に熱伝導層4を形成した後、熱伝導層4においてキャビティ領域に相当する部分が凹状段差を有する平坦面となるように、精密機械研削及び精密機械研磨の少なくともいずれかの方法により所定の厚さに加工する。次いで、熱伝導層4の上部に断熱層3を形成し、該断熱層3の上面を精密機械研削及び精密機械研磨の少なくともいずれかの方法により所定の厚さで平坦状に加工する。必要であれば、さらに、断熱層3の上に表面保護層2を形成する。また、図2の(c)に示す金型10の場合は、上記金型8及び金型9を作製する方法を組み合わせて各層を形成することができる。   Further, in the case of the mold 9 shown in FIG. 2 (b), after the heat conduction layer 4 is formed thereon using the flat metal mold base material 5, in the heat conduction layer 4 in the cavity region Processing is performed to a predetermined thickness by at least one of precision machine grinding and precision machine polishing so that the corresponding portion is a flat surface having a concave step. Next, the heat insulating layer 3 is formed on the heat conductive layer 4, and the upper surface of the heat insulating layer 3 is processed into a flat shape with a predetermined thickness by at least one of precision machine grinding and precision machine polishing. If necessary, a surface protective layer 2 is further formed on the heat insulating layer 3. Further, in the case of the mold 10 shown in (c) of FIG. 2, the respective layers can be formed by combining the methods of producing the mold 8 and the mold 9.

図2に示す金型8、9及び10が有する断熱層3、熱伝導層4及び金属製金型母材5は、厚さがそれぞれ0.01mm〜2.00mm、0.01〜5.00mm及び10mmを超えるように形成することが好ましい。また、必要に応じて表面保護層2を形成する場合、表面保護層2の厚さは、金型の耐久性を向上させつつ、断熱層3の機能を大きく損なわない程度に調整する。   The heat insulation layer 3, the heat conduction layer 4 and the metal mold base material 5 which the molds 8, 9 and 10 shown in FIG. 2 have have thicknesses of 0.01 mm to 2.00 mm and 0.01 to 5.00 mm, respectively. And it is preferable to form so that 10 mm may be exceeded. Moreover, when forming the surface protective layer 2 as needed, the thickness of the surface protective layer 2 is adjusted to such an extent that the function of the heat insulation layer 3 is not largely impaired while improving the durability of the mold.

図3は、キャビティ領域が凸形状となる本発明の金型を模式的に例示する概略断面図である。図3に示す金型11は、キャビティの領域外に位置する熱伝導層4の厚さがキャビティの領域内に比べて厚くなっており、図2の(a)に示す金型8と基本的に同じ機能と作用を有する。したがって、キャビティの領域内に位置する断熱層3に瞬間的に保持される溶融樹脂の熱は、キャビティの領域外に位置する厚膜の熱伝導層4を通して金属製金型母材5へ迅速に伝導又は伝達される。それにより、キャビティの領域内で成形される樹脂成形品の表面形状を高精度に保ちつつ、成形サイクルの一層の短縮化を図ることができる。ここで、キャビティ領域に形成される形状としては、図2及び図3に示すように平面形状及び凸形状には限定されず、凹形状又は光ディスク、導光板及び表示板等のように金型転写面側に穴、孔又は溝の多数個が形成される形状であってもよい。また、図3に示す金型の構造としては、図2の(c)に示す金型10と同じように、熱伝導層4だけでなく、断熱層3の厚さをキャビティの領域内と領域外の間で変えてもよい。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically illustrating a mold of the present invention in which the cavity region has a convex shape. In the mold 11 shown in FIG. 3, the thickness of the heat conduction layer 4 located outside the area of the cavity is thicker than in the area of the cavity, and basically the same as the mold 8 shown in FIG. Have the same function and action. Therefore, the heat of the molten resin momentarily held by the heat insulating layer 3 located in the area of the cavity is rapidly transferred to the metal mold base 5 through the thick film heat conduction layer 4 located outside the area of the cavity. Conducted or transmitted. Thus, the molding cycle can be further shortened while maintaining the surface shape of the resin molded product molded in the region of the cavity with high accuracy. Here, the shape formed in the cavity region is not limited to a planar shape and a convex shape as shown in FIGS. 2 and 3, and a mold transfer such as a concave shape or an optical disk, a light guide plate, a display plate, etc. It may have a shape in which many holes, holes or grooves are formed on the surface side. Further, as for the structure of the mold shown in FIG. 3, as in the case of the mold 10 shown in FIG. 2C, the thickness of not only the heat conduction layer 4 but also the heat insulation layer 3 You may change between the outside.

次に、本発明の金型を構成する各層の材質とその熱伝導率及び各層の形成方法について説明する。   Next, the material of each layer which comprises the metal mold | die of this invention, its heat conductivity, and the formation method of each layer are demonstrated.

<断熱層>
本発明の金型が有する断熱層3の材質としては、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂やポリカーボネート等の熱可塑性の耐熱性樹脂(熱伝導率:0.1〜0.4W/m・K);ジルコニア(熱伝導率:3W/m・K)やアルミナ(純度99.7%品における熱伝導率:29W/m・K)、酸化チタン(アナターゼにおける熱伝導率:8.4W/m・K)、チタン酸アルミニウム(熱伝導率:1.5W/m・K)等のセラミック;及び無機酸化物ガラス(熱伝導率:0.5〜2W/m・K)等が挙げられる。これらの材質は、室温〜100℃の間ではほぼ同じ熱伝導率を有する。前記耐熱性樹脂には、無機ガラス繊維や有機繊維などの低熱伝導性の繊維が含まれていてもよい。また、断熱層3は、多孔質構造を有し、該多孔質中の空隙が別の固体で充填される構造を有してもいてもよい。本発明においては、これらのなかで、熱伝導率が5W/m・K以下と小さな材質を使用するのが好ましい。
<Adiabatic layer>
The material of the heat insulating layer 3 of the mold of the present invention is, for example, a thermosetting resin such as a polyimide resin, an epoxy resin, a phenol resin, a urea resin, a thermosetting resin such as unsaturated polyester Conductivity: 0.1 to 0.4 W / m · K); Zirconia (thermal conductivity: 3 W / m · K) or alumina (thermal conductivity at 99.7% purity: 29 W / m · K), oxidized Ceramics such as titanium (thermal conductivity in anatase: 8.4 W / m · K), aluminum titanate (thermal conductivity: 1.5 W / m · K); and inorganic oxide glass (thermal conductivity: 0.5) ̃2 W / m · K) and the like. These materials have approximately the same thermal conductivity between room temperature and 100 ° C. The heat resistant resin may contain low thermal conductivity fibers such as inorganic glass fibers and organic fibers. Moreover, the heat insulation layer 3 may have a porous structure, and the space | gap in this porous may have a structure filled with another solid. In the present invention, among these, it is preferable to use a material having a small thermal conductivity of 5 W / m · K or less.

<熱伝導層>
本発明の金型が有する熱伝導層4としては、例えば、純銅(100℃のの熱伝導率:377W/m・K)、アルミニウム(100℃の熱伝導率:240W/m・K)、マグネシウム(100℃の熱伝導率:154W/m・K)、亜鉛(100℃の熱伝導率:112W/m・K)、黄銅(100℃のの熱伝導率:128W/m・K)、ニッケル(100℃の熱伝導率:83W/m・K)又はそれらの合金が挙げられる。また、金(100℃の熱伝導率:313W/m・K)や銀(100℃の熱伝導率:422W/m・K)等の高熱伝導性の貴金属、又はタングステン(100℃の熱伝導率:163W/m・K)、モリブデン(100℃の熱伝導率:135W/m・K)等の金属又はそれらの合金を使用してもよいが、これらの金属はコストや加工性等の点で使用の際には検討が必要である。本発明においては、これらの中で、熱伝導率が150W/m・K以上と大きく、低コストで、加工性等を含めて取り扱いが容易である銅及びアルミニウム、又はそれらの合金を使用するのが好ましい。
<Heat conduction layer>
The heat conductive layer 4 of the mold of the present invention includes, for example, pure copper (heat conductivity of 100 ° C .: 377 W / m · K), aluminum (heat conductivity of 100 ° C .: 240 W / m · K), magnesium (Thermal conductivity of 100 ° C: 154 W / m · K), Zinc (Thermal conductivity of 100 ° C: 112 W / m · K), Brass (Thermal conductivity of 100 ° C: 128 W / m · K), Nickel ( Thermal conductivity at 100 ° C .: 83 W / m · K) or alloys thereof. In addition, high thermal conductivity noble metals such as gold (thermal conductivity at 100 ° C .: 313 W / m · K) and silver (thermal conductivity at 100 ° C .: 422 W / m · K) or tungsten (thermal conductivity at 100 ° C.) Although metals such as 163 W / m · K) and molybdenum (thermal conductivity at 100 ° C .: 135 W / m · K) or alloys thereof may be used, these metals are preferable in terms of cost, workability, etc. It is necessary to consider when using it. In the present invention, among these, use is made of copper and aluminum having a large thermal conductivity of 150 W / m · K or more, low in cost, easy to handle including workability, and alloys thereof. Is preferred.

熱伝導層の形成は、特定の方法に限定されず、公知の方法を採用することができる。例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法、真空蒸着法等の物理的気相成長;熱CND、MOCVD、PFプラズマCVD等の化学的気相成長法;電解メッキ、無電解メッキ等のメッキ;銀、銅、黄銅、りん銅、アルミ等のろう付け;機械的なボルト固定;溶射等の少なくともいずれかの公知の方法を用いて行う。本発明においては、これらの方法の1種だけでなく、2種以上を組みあわせてもよい。   The formation of the heat conduction layer is not limited to a specific method, and any known method can be employed. For example, physical vapor deposition such as sputtering, ion plating, MBE, vacuum evaporation, etc .; chemical vapor deposition such as thermal CND, MOCVD, PF plasma CVD, etc .; plating such as electrolytic plating, electroless plating, etc. Brazing of silver, copper, brass, phosphorous copper, aluminum or the like; mechanical bolting; spraying, etc., using any known method. In the present invention, not only one of these methods but also two or more of these methods may be combined.

本発明は、金属製金属母材の表面上に設ける伝導層をやや厚膜に形成することにより、断熱層の機能を保持しつつ、熱伝導層による熱の伝導又は伝達を加速することができるため、成形サイクルの一層の短縮化が可能になる。そのため、厚膜の熱伝導層を短時間で形成しやすい方法として、上記の方法の中から、メッキ、ろう付け、ボルト固定及び溶射の各方法を採用することが好ましい。さらに、均一な厚膜を形成できることから、電解メッキ又は無電解メッキと電解メッキとを組み合わせるメッキ方法によって熱伝導層を形成することが特に好ましい。メッキ方法であれば、熱伝導層の形成において、数mmの厚膜だけでなく、数十ミクロンの薄膜を均一に、かつ、他の方法に比べて容易に形成することができる。   According to the present invention, by forming the conductive layer provided on the surface of the metal base material to be a slightly thick film, it is possible to accelerate the conduction or transfer of heat by the heat conductive layer while maintaining the function of the heat insulating layer. Therefore, the molding cycle can be further shortened. Therefore, as a method of easily forming a thick-film thermally conductive layer in a short time, it is preferable to adopt each method of plating, brazing, bolting and thermal spraying among the above methods. Furthermore, since a uniform thick film can be formed, it is particularly preferable to form the heat conduction layer by electroplating or a plating method combining electroless plating and electrolytic plating. In the case of the plating method, not only a few mm thick film but also a few tens micron thin film can be formed uniformly and easily as compared with other methods in forming the heat conduction layer.

<金属製金型母材>
本発明の金型が有する金属製金型母材5は、金属から構成されていればよく、公知又は市販の材質を使用することができるが、上記で述べたように、100℃の熱伝導率が10〜70W/m・Kであるものを使用することが必要である。本発明においては、銅、アルミニウム等の金属単体、又は銅合金、チタン合金等の材質は熱伝導率が大きいため、金属製金型母材5として不適である。そこで、鉄系金属を用いることが好ましく、例えば、炭素鋼(100℃の熱伝導率:36〜53W/m・K)、ステンレス鋼(100℃の熱伝導率:13〜27W/m・K)、ニッケル鋼(100℃の熱伝導率:10〜26W/m・K)、ニッケルクロム鋼(100℃の熱伝導率:36W/m・K)、ケイ素鋼(100℃の熱伝導率:19〜42W/m・K)及びクロム鋼(100℃の熱伝導率:31〜45W/m・K)等のプラスチック射出成形金型として使用されているものが好適である。それらの中で、高強度及び高硬度で耐久性に優れるステンレス鋼がより好ましい。
<Metal mold base material>
The metal mold base material 5 of the mold of the present invention only needs to be made of metal, and known or commercially available materials can be used, but as described above, the heat conduction at 100 ° C. It is necessary to use one having a rate of 10 to 70 W / m · K. In the present invention, a single metal such as copper or aluminum, or a material such as a copper alloy or a titanium alloy is not suitable as the metal mold base material 5 because the thermal conductivity is large. Therefore, it is preferable to use an iron-based metal, for example, carbon steel (thermal conductivity at 100 ° C .: 36 to 53 W / m · K), stainless steel (thermal conductivity at 100 ° C .: 13 to 27 W / m · K) , Nickel steel (thermal conductivity at 100 ° C: 10 to 26 W / m · K), nickel chromium steel (thermal conductivity at 100 ° C: 36 W / m · K), silicon steel (thermal conductivity at 100 ° C: 19 to Those used as plastic injection molds such as 42 W / m · K) and chromium steel (thermal conductivity at 100 ° C .: 31 to 45 W / m · K) are preferred. Among them, stainless steel having high strength, high hardness and excellent durability is more preferable.

上記の鉄系金属は、硬度や加工性の点でも優れ、さらに、高熱伝導性金属である銅、銅合金、アルミ合金及び銅−ベリリウム合金等に比べ汎用性に富むため、本発明の金型に使用する金属製金型母材5として好適である。この金属製金型母材5は、鉄系金属の溶製材又は焼結材のいずれであってもよい。   The above-mentioned iron-based metal is excellent in hardness and processability and is more versatile than copper, a copper alloy, an aluminum alloy, a copper-beryllium alloy or the like which is a high thermal conductivity metal, so the metal mold of the present invention It is suitable as a metal mold base material 5 used for The metal mold base material 5 may be either a molten material or a sintered material of an iron-based metal.

金属製金型母材5の成形面側は、面又は曲面のいずれかの形状で形成されており、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よく、目的とする成形品の形状に応じて適宜選択することができる。例えば、凹凸部(突起部又は溝部)を成形する場合、金属製金型母材5の成形面側に、あらかじ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を形成されていてもよい。   The molding surface side of the metal mold base material 5 is formed in either a surface or a curved surface, and may be a reverse of a fine shape to be imparted to the final molded product, It can select suitably according to the shape of the molded article to carry out. For example, in the case of forming the concavo-convex part (protrusion part or groove part), even if a reverse type of a shape to be transferred onto the molding surface or a shape similar thereto is formed in advance on the molding surface side of the metal mold base material 5 Good.

<接合層>
図1の(b)に示す金型6に設けられる接合層7は、主に断熱層3と熱伝導層4との接合を向上させるために設けられるものであり、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)等又はこれらの合金が好ましい。接合層の厚みは、熱伝導性の点から0.1mm以下であり、好ましくは0.01mm以下、より好ましくは0.001mm(1μm)以下である。また、断熱層3と熱伝導層4との接合を確実にするため、接合層の厚みは0.02μm以上が好ましい。したがって、接合層の厚みは、熱伝導性及び接合性の両者を考慮すると0.02〜1.0μmに設定するのが実用的である。
<Bonding layer>
The bonding layer 7 provided in the mold 6 shown in (b) of FIG. 1 is mainly provided to improve the bonding between the heat insulating layer 3 and the heat conducting layer 4, and in particular, it is oxidized and strong. The metal which is easy to form an oxide film on the surface is preferable. For example, titanium (Ti), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), etc. or their alloys are preferable. The thickness of the bonding layer is 0.1 mm or less, preferably 0.01 mm or less, more preferably 0.001 mm (1 μm) or less, from the viewpoint of thermal conductivity. Further, in order to ensure the bonding between the heat insulation layer 3 and the heat conduction layer 4, the thickness of the bonding layer is preferably 0.02 μm or more. Therefore, it is practical to set the thickness of the bonding layer to 0.02 to 1.0 μm in consideration of both the thermal conductivity and the bonding property.

接合層4の形成は、熱伝導層の表面上に物理的気相成長法(PVD法)によって行う。物理的気相成長法(PVD法)は、薄膜の接合層を形成するのに適しており、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。接合層としては、単層から構成されてもよいし、多層から構成されてもよい。   The formation of the bonding layer 4 is performed by physical vapor deposition (PVD) on the surface of the heat conduction layer. The physical vapor deposition method (PVD method) is suitable for forming a bonding layer of a thin film, and examples thereof include a sputtering method, an ion plating method, an MBE method, and a vacuum evaporation method. The bonding layer may be composed of a single layer or multiple layers.

図1の(b)に示す接合層7は、断熱層3と熱伝導層4との間に設けられているが、本発明においては、必要に応じて、熱伝導層4と金属製金型母材5との間、又は表面保護層2と断熱層3との間にも接合層7とは別の接合層を設けてもよい。前記接合層7とは別の接合層についても、接合層7において例示した材質及び厚さの中から、それぞれの層の接合性を高めることができる最適な組み合わせを選択して形成することができる。   The bonding layer 7 shown in (b) of FIG. 1 is provided between the heat insulating layer 3 and the heat conducting layer 4, but in the present invention, the heat conducting layer 4 and the metal mold are used if necessary. Another bonding layer other than the bonding layer 7 may be provided between the base material 5 or between the surface protective layer 2 and the heat insulating layer 3. The bonding layer different from the bonding layer 7 can also be formed by selecting an optimal combination that can improve the bonding property of each layer from the materials and thicknesses exemplified in the bonding layer 7. .

<表面保護層>
本発明の金型は、図1及び図2に示すように、成形品の転写面側に表面保護層を設けることにより次のような効果を得ることができるため、表面保護層2を有することが実用的である。
(1)ミクロンオーダー以下の高い精度で金型の形状を成形体に転写するため、十分な転写性が得られる。
(2)射出圧力を高めたり、射出速度を上げる等をしなくても十分な転写性が得られるため、金型の耐久性が向上する。
(3)耐熱性樹脂又はセラミックから構成される断熱層を成形品の転写面とする場合には、表面形状が粗く、構成成分から微粒子や磨耗粉の発生しやすいため、光学表面や高精度の表面形成を有する成形品を製造することが困難になることがある。また、耐熱性樹脂の断熱層は、金属に比べて熱膨張係数が大きいため、使用中に断熱層が熱伝導層から剥離しやすく、金型耐久性が低くなる場合もある。この技術課題は、金型最表面に設ける表面保護層よって解決することができる。
<Surface protective layer>
The mold of the present invention has the surface protective layer 2 because the following effects can be obtained by providing the surface protective layer on the transfer surface side of the molded product as shown in FIG. 1 and FIG. Is practical.
(1) Sufficient transferability can be obtained because the shape of the mold is transferred to the molded body with high accuracy of micron order or less.
(2) Since sufficient transferability can be obtained without increasing the injection pressure or the injection speed, the durability of the mold is improved.
(3) When a heat insulating layer composed of a heat resistant resin or ceramic is used as the transfer surface of a molded product, the surface shape is rough, and fine particles and wear powder are easily generated from constituent components. It can be difficult to produce molded articles with surface formation. In addition, since the thermal insulation layer of the heat resistant resin has a thermal expansion coefficient larger than that of metal, the thermal insulation layer may be easily peeled off from the thermal conduction layer during use, and the mold durability may be low. This technical problem can be solved by the surface protective layer provided on the outermost surface of the mold.

表面保護層2は、例えば、金属皮膜及びアモルファスのダイヤモンドカーボン皮膜の少なくともいずれかによって、単層又は2層以上の多層の構成で形成することができる。金属皮膜の成形方としては、例えば、電気メッキ、無電解メッキ等のメッキ法;熱CVD、MOCVD、RFプラズマCVD等の化学的気相成長法;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公知の薄膜形成方法が挙げられる。また、アモルファスのダイヤモンドカーボン皮膜は、例えば、マグネトロンスパッタリング法等でカーボンターゲットを用いて形成することができる。   The surface protective layer 2 can be formed of, for example, a single layer or a multilayer structure of two or more layers by at least one of a metal film and an amorphous diamond carbon film. As a method of forming the metal film, for example, plating methods such as electroplating and electroless plating; chemical vapor deposition methods such as thermal CVD, MOCVD and RF plasma CVD; ion plating method, MBE method, vacuum evaporation method and the like Known thin film forming methods such as physical vapor deposition methods of The amorphous diamond carbon film can be formed, for example, using a carbon target by a magnetron sputtering method or the like.

表面保護層2の厚さは、金型の耐久性を向上させつつ、断熱層3の機能を大きく損なわない程度に設定する必要があるため、0.1μm〜1mmが好ましく、さらに1μm〜0.5mmがより好ましい。   The thickness of the surface protective layer 2 needs to be set to an extent that the function of the heat insulating layer 3 is not significantly impaired while improving the durability of the mold, and is preferably 0.1 μm to 1 mm, and more preferably 1 μm to 0. 5 mm is more preferable.

本発明の金型に表面保護層2を形成する場合は、耐摩耗性及び耐久性の点から数μm以上の比較的厚膜を短時間に形成できること、及び、微細な表面形状を高精度で付与できるような優れた平面平滑性を有する表面を形成できること等から、前記断熱層と接触する面の反対側、すなわち樹脂成形品表層の転写面側に、メッキ膜又はダイヤモンドライクカーボン膜からなる最表面層を有することが好ましい。このとき、表面保護層2の耐摩耗性をさらに向上させるため、ダイヤモンドライクカーボン膜の例としてフッ素含有のダイヤモンドライクカーボン膜を使用してもよい。   When the surface protective layer 2 is formed on the mold of the present invention, a relatively thick film of several μm or more can be formed in a short time from the viewpoint of wear resistance and durability, and a fine surface shape with high accuracy. Since it is possible to form a surface having excellent planar smoothness which can be imparted, etc., the most side consisting of a plated film or a diamond like carbon film on the opposite side of the surface in contact with the heat insulation layer, ie the transfer surface side of the resin molded article surface layer. It is preferred to have a surface layer. At this time, in order to further improve the wear resistance of the surface protective layer 2, a fluorine-containing diamond like carbon film may be used as an example of the diamond like carbon film.

本発明の金型において表面保護層2が単層の構成を有する場合は、メッキ膜又はダイヤモンドライクカーボン膜が単独の層として形成される。また、表面保護層2が2層以上の多層の構成を有する場合は、最表面層にメッキ膜及びダイヤモンドライクカーボン膜のいずれかの膜が形成される。例えば、最表面層としてダイヤモンドライクカーボン膜を形成するときは、断熱層3との被着性を向上させるため、最表面層のダイヤモンドライクカーボン膜と断熱層3との間に、Cr、W、Ti、Si等からスパッタリング下地層を形成してもよい。その場合、表面保護層2は、スパッタリング下地層と最表面層にダイヤモンドライクカーボン膜とを有する2層の構成を有するものと考えることができる。   In the mold of the present invention, when the surface protective layer 2 has a single layer structure, a plated film or a diamond like carbon film is formed as a single layer. When the surface protective layer 2 has a multi-layered structure of two or more layers, any of a plated film and a diamond like carbon film is formed on the outermost surface layer. For example, when forming a diamond-like carbon film as the outermost surface layer, Cr, W, etc. are formed between the diamond-like carbon film of the outermost surface layer and the thermal insulation layer 3 in order to improve adhesion to the thermal insulation layer 3. The sputtering underlayer may be formed of Ti, Si or the like. In that case, the surface protective layer 2 can be considered to have a two-layer structure having a sputtering underlayer and a diamondlike carbon film as the outermost layer.

<樹脂成形装置及び樹脂成形品の成形方法>
本発明の金型は、光学素子又は精密部品等の樹脂成形に行うときに使用する射出成形装置又は射出圧縮成形装置等の樹脂成形装置に具備される金型として適用する。本発明の樹脂成形装置として射出成形装置の例を図4に示す。図4に示す樹脂成形装置12は、大別して型締ユニットと射出ユニットに分かれる。型締ユニットは、金型の開閉、突き出し(エジェクター)を行い、基本的に、固定盤13と、可動盤14と、開閉駆動装置15とを有する。型締ユニットの方式としては、トグル方式と、油圧シリンダーで直接金型を開閉する直圧式とがあり、型締方式に応じてユニット内に型締盤を備える場合もある。型締ユニットによって、固定盤13と可動盤14との間に可動金型16aと固定金型16bからなる金型16を配置し、両者の金型を挟持して型締めすることにより成形を可能にする。
<Resin molding apparatus and molding method of resin molded product>
The mold of the present invention is applied as a mold included in a resin molding apparatus such as an injection molding apparatus or an injection compression molding apparatus used for resin molding of an optical element or a precision part. The example of the injection molding apparatus is shown in FIG. 4 as a resin molding apparatus of this invention. The resin molding apparatus 12 shown in FIG. 4 is roughly divided into a clamping unit and an injection unit. The mold clamping unit performs opening and closing of the mold and ejector (ejector), and basically includes a fixed platen 13, a movable platen 14 and an opening and closing drive device 15. As a method of the mold clamping unit, there are a toggle method and a direct pressure type in which the mold is directly opened and closed by a hydraulic cylinder, and in some cases, a mold clamp is provided in the unit according to the mold clamping method. A mold clamping unit can be used to arrange a mold 16 consisting of a movable mold 16a and a fixed mold 16b between the fixed plate 13 and the movable plate 14 and hold the two molds and clamp them to form them. Make it

固定盤13は、可動盤14に対向して支持台17の中央に固定されており、その上部には取り出し装置18が備えられている。取り出し装置18には、装置制御部(不図示)と電気的に接続されている。   The fixed board 13 is fixed to the center of the support table 17 so as to face the movable board 14, and the pick-up device 18 is provided on the top of the fixed board 13. The takeout device 18 is electrically connected to a device control unit (not shown).

図4に示す射出ユニットは、樹脂を加熱溶融し、金型16へ射出させるために、基本的に、ノズル19と、ヒータ20と、シリンダー21と、樹脂投入用のホッパー22と、射出駆動装置23とを有する。シリンダー21の内部にあるスクリュー(不図示)を回転さえ、ホッパー22から投入した樹脂を、スクリュー前部へ留め(計量部分)、必要樹脂量に相当するストロークで留めた後、射出が行われる。樹脂が金型内を流動しているときは、スクリューの移動速度(射出速度)を制御し、樹脂が充填された後は圧力(保圧力)で制御する。速度制御から圧力制御への切換は、一定のスクリュー位置や一定の射出圧力に達したときに切換るよう設定する。   The injection unit shown in FIG. 4 basically heats and melts the resin and injects it into the mold 16. Basically, the nozzle 19, the heater 20, the cylinder 21, the hopper 22 for injecting the resin, and the injection drive device And 23. Even after the screw (not shown) inside the cylinder 21 is rotated, the resin introduced from the hopper 22 is fixed to the front of the screw (metering portion), and after the stroke corresponding to the required resin amount, the injection is performed. When the resin is flowing in the mold, the moving speed (injection speed) of the screw is controlled, and after the resin is filled, it is controlled by the pressure (holding pressure). Switching from speed control to pressure control is set to switch when a constant screw position or a constant injection pressure is reached.

金型16は、温水や油、ヒータ等で温度が管理される。溶融した樹脂は金型16のスプルーから金型16の内部に入り、ランナー・ゲートを経てキャビティ内に充填される。その後、冷却工程を経て、金型16が開き、樹脂成形装置12のエジェクタロッド(不図示)に金型のエジェクタプレートが押されて樹脂成形品が突き出される。突き出された樹脂成形品は、取り出し装置18によって取り出される。   The temperature of the mold 16 is controlled by warm water, oil, a heater or the like. The molten resin enters the interior of the mold 16 from the sprues of the mold 16 and is filled into the cavity through the runner gate. Thereafter, through the cooling process, the mold 16 is opened, and the ejector plate of the mold is pushed by the ejector rod (not shown) of the resin molding apparatus 12 to eject the resin molded product. The extruded resin molded product is removed by the removal device 18.

本発明の樹脂成形装置は、金型16の可動金型16aと固定金型16bにおいて、光学素子又は精密部品等の樹脂成形品の表面に形成する微細な凹凸パターンを転写する側に位置する型に、少なくとも本発明の金型を適用する。樹脂成形品の両側表面に微細な凹凸パターンを形成する場合には、本発明の金型を可動金型16aと固定金型16bの両者に適用する。それにより、樹脂成型品に微細な表面凹凸パターンを、従来の断熱金型と比べてより短い成形サイクルによって高精度で形成できるため、高外観成形品の成形を効率的に行うことが可能になる。   The resin molding apparatus of the present invention is a mold positioned on the side to which the fine concavo-convex pattern formed on the surface of a resin molded article such as an optical element or a precision part is transferred in the movable mold 16a and the fixed mold 16b of the mold 16. Apply the mold of the present invention at least. When a fine uneven pattern is formed on both side surfaces of a resin molded product, the mold of the present invention is applied to both the movable mold 16a and the fixed mold 16b. As a result, since a fine surface asperity pattern can be formed on a resin molded product with high accuracy by a molding cycle shorter than that of a conventional heat insulation mold, molding of a high appearance molded product can be efficiently performed. .

以上のようにして、本発明の樹脂成形装置を用いて樹脂射出成形が行うが、樹脂射出圧縮成形の場合でも、基本的には樹脂射出成形の場合と同じ工程に従って樹脂成形を行うことができる。樹脂射出圧縮成形は、樹脂射出成形の場合と同じように、溶融樹脂が金型16の内部に入った後に保圧を行うが、該保圧の工程の間に可動金型16aを固定金型16bの方へ移動させて圧縮工程を加える点が異なるだけである。樹脂射出圧縮成形は、複雑な表面パターン形状、例えば、非球面形状の成形において好適な成形方法である。   As described above, resin injection molding is performed using the resin molding apparatus of the present invention, but even in the case of resin injection compression molding, resin molding can be basically performed according to the same process as in the case of resin injection molding. . In the resin injection compression molding, as in the case of the resin injection molding, holding pressure is performed after the molten resin enters the inside of the mold 16, but the movable mold 16a is fixed during the step of holding pressure. The only difference is that it is moved towards 16b to add a compression step. Resin injection compression molding is a molding method suitable for molding complicated surface pattern shapes, such as aspheric shapes.

以下において、本発明に基づく実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, examples based on the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited by these examples.

<実施例1>
本発明の効果を検証するため、有限要素法を用いた熱シミュレーションを行った。シミュレーションソフトはMoldex3D Vie.R13(コアテックシステム製)を用いた。
Example 1
In order to verify the effect of the present invention, thermal simulation using a finite element method was performed. The simulation software used Moldex3D Vie.R13 (manufactured by Coretech System).

図5にシミュレーションに用いる金型の断面構造を示す。金型は、金属製金型母材5からなる上型と、断熱層3、熱伝導層4及び上型と同じ材質の金属金型母材5からなる下型から構成されており、成形品24の形状は平板とした。なお、本実施例においてはシミュレーションを簡単するため、図5に示すように表面保護層を除外した金型について計算を行った。また、図6に、シミュレーションを行って計算される成形品の温度測定ポイントを示す。図6に示すように、ゲートの中心位置から30mm及び59mm離れた位置(R30、R59)のそれぞれに温度測定ポイントを設定し、その地点における基板表面温度を計算した。下記表1に、シミュレーションに用いたパラメータを示す。   FIG. 5 shows a cross-sectional structure of a mold used for the simulation. The mold is composed of an upper mold consisting of a metal mold base material 5 and a lower mold consisting of a heat insulating layer 3, a heat conduction layer 4 and a metal mold base material 5 of the same material as the upper mold. The shape of 24 was a flat plate. In the present example, in order to simplify the simulation, calculation was performed on a mold excluding the surface protective layer as shown in FIG. Further, FIG. 6 shows temperature measurement points of molded articles calculated by performing simulation. As shown in FIG. 6, temperature measurement points were set at positions (R30, R59) 30 mm and 59 mm away from the central position of the gate, and the substrate surface temperature at that point was calculated. Table 1 below shows the parameters used for the simulation.

Figure 2019072975
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図6に示す成形品のR30、R59の地点における温度の成形時間による変化についてシミュレーションを行った結果を図7に示す。図7は成形品24の冷却曲線を示しており、取出し温度到達部分の拡大図から分かるように、本発明の金型(本発明品)を、熱伝導層を有しない従来の金型(従来品)と対比すると、相対的に同じ成形時間において本発明品の方が成形品の温度が低くなっている。本発明品(断熱層+高熱伝導層)と従来品(断熱層のみ)において、R30及びR59の地点におけるピーク温度及び取出し可能温度に達する時間の比率をまとめると、下記表2に示すようになる。ここで、「取り出し可能温度」としては、図7に示すように任意の温度単位が2.9程度となる点を基準とした。この温度単位点は樹脂成形において実際に取り出しが可能な温度と一致するように決めたものである。   The result of having performed simulation about the change by the shaping | molding time of the temperature in the point of R30 of the molded article shown in FIG. 6 and R59 is shown in FIG. FIG. 7 shows a cooling curve of the molded article 24. As can be seen from the enlarged view of the portion where the take-out temperature is reached, the mold of the present invention (the product of the present invention) is a conventional mold without a heat conduction layer (conventional mold) In contrast to the product, the temperature of the molded product is lower in the product of the present invention at relatively the same molding time. Table 2 below shows the ratio of the peak temperature at the R30 and R59 points and the time for reaching the removable temperature in the product of the present invention (heat insulation layer + high heat conduction layer) and the conventional product (heat insulation layer only). . Here, as the "extractable temperature", as shown in FIG. 7, a point at which an arbitrary temperature unit is about 2.9 was used as a reference. This temperature unit point is determined to coincide with the temperature at which resin molding can actually be taken out.

Figure 2019072975
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表2に示すように、それぞれの地点において、本発明品を現行品と比較すると、ピーク温度には違いは無いが、取出し可能温度に達するまでの時間はR30の地点で12.0%、R59の地点にて7.5%短縮された事が分かった。断熱層3を有する断熱金型に特徴的にみられる現象は、瞬間的な保温効果による熱の移動の遅延が起こるため、温度の鋭いピークの大きな立ちあがりが観測されることである。したがって、本発明品と現行品との間でピーク温度に差がほとんど見られないことは、本発明の断熱金型としての効果が、現行品に比べて低下しないことを意味する。このように、本発明は、熱伝導層を有しない従来の金型と比べて、断熱金型としての特性を維持しながら、高い冷却効果が有することが確認された。   As shown in Table 2, when comparing the product of the present invention with the current product at each point, there is no difference in peak temperature, but the time to reach the removable temperature is 12.0% at R30, R59 It turned out that 7.5% was shortened at the point of. A characteristic feature of the heat insulating mold having the heat insulating layer 3 is that a large rise of a sharp temperature peak is observed because heat transfer is delayed due to a momentary heat retention effect. Therefore, the fact that there is almost no difference in peak temperature between the product of the present invention and the current product means that the effect of the present invention as an insulation die is not reduced compared to the current product. Thus, it was confirmed that the present invention has a high cooling effect while maintaining the characteristics as a heat insulation mold, as compared to the conventional mold having no heat conduction layer.

<比較例1及び2>
図5に示す金型の断面構造において、断熱層3及び伝導層4を有しない金型について実施例1と同じようにしてシミュレーションを行った。この金型は金属製金型母材5だけで構成されるものであり、金属製金型母材5の100℃における熱伝導率としては、銅金属に模擬した200W/m・kを用いた。このシミュレーション例を比較例1とする。
Comparative Examples 1 and 2
In the cross-sectional structure of the mold shown in FIG. 5, simulation was performed in the same manner as in Example 1 for a mold having no heat insulating layer 3 and no conductive layer 4. This mold is constituted only by the metal mold base 5, and 200 W / m · k simulated to copper metal is used as the thermal conductivity of the metal mold base 5 at 100 ° C. . This simulation example is referred to as Comparative Example 1.

また、表1に示すシミュレーションのパラメータにおいて、熱伝導層4及び金属製金型母材5の100℃における熱伝導率を、両者とも200W/m・kにした金型についても比較例2としてシミュレーションを行った。比較例2の金型は、断熱層3を有するものの、熱伝導層4と金属製金型母材5とが200W/m・Kの高熱伝導率を有する金属製金型母材で一体化された構造を有する。そのため、実質的に熱伝導層4を有しない構造、すなわち高熱伝導性の銅合金製金型母材5が断熱層に当接した構造を模擬したものである。   Moreover, in the parameters of the simulation shown in Table 1, the simulation in which the thermal conductivity of the heat conduction layer 4 and the metal mold base material 5 at 100 ° C. is 200 W / m · k for both as a comparative example 2 is also simulated. Did. Although the mold of Comparative Example 2 has the heat insulation layer 3, the heat conduction layer 4 and the metal mold base material 5 are integrated with the metal mold base material having a high thermal conductivity of 200 W / m · K. It has the following structure. Therefore, it simulates the structure which does not have the heat conduction layer 4 substantially, ie, the structure where the high thermal conductivity copper alloy die base material 5 abuts on the heat insulation layer.

シミュレーションの結果、比較例1及び2は、取出し可能温度に達するまでの時間がR30とR59の両地点において図7に示す本発明品及び従来品より短くなった。取り出し可能温度に対する時間比率を、図7に示す従来品と比べると、R30の地点で25%以上、R59の地点において15%以上の短縮がみられた。一方で、ピーク温度について対比を行うと、比較例1及び比較例2は共に、本発明品及び従来品に対して60%の値にしかならなかった。また、比較例1と比較例2との間でピーク温度と取り出し可能温度に対する時間を対比すると、両者にはほとんど差異がみられず、比較例2の金型構造は、断熱層3を有するにもかかわらず、比較例1と同じような成形品の冷却曲線を有することが分かった。したがって、金型母材が熱伝導率の高い材質で構成され、大きな熱容量により急冷される比較例2の金型は、溶融樹脂の熱を瞬間的に保持するという断熱層3としての機能が十分に発現していないことが確認された。つまり、比較例2の金型は、冷却時間の短縮は可能となるが、転写性、高流動性と言った本来断熱金型が持つ利点が十分に発揮できないことが明確となった。   As a result of simulation, in Comparative Examples 1 and 2, the time to reach the removable temperature was shorter at both R30 and R59 than the product of the present invention shown in FIG. 7 and the conventional product. As compared with the conventional product shown in FIG. 7, the time ratio to the removable temperature was reduced by 25% or more at the point of R30 and 15% or more at the point of R59. On the other hand, when the peak temperature was compared, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 both had values of only 60% with respect to the product of the present invention and the conventional product. Further, when the peak temperature and the time for the removable temperature are compared between Comparative Example 1 and Comparative Example 2, almost no difference is seen between the two, and the mold structure of Comparative Example 2 has the heat insulating layer 3. Nevertheless, it was found that the molded product had a cooling curve similar to that of Comparative Example 1. Therefore, the mold of Comparative Example 2 in which the mold base material is made of a material having a high thermal conductivity and quenched by a large heat capacity has a sufficient function as the heat insulating layer 3 to hold the heat of the molten resin instantaneously. It was confirmed that it was not expressed in That is, although the mold of Comparative Example 2 can shorten the cooling time, it has become clear that the advantages of the heat insulation mold such as transferability and high fluidity can not be sufficiently exhibited.

<実施例2>
実施例1のシミュレーション結果を基に、実機を用いた成形テストを行った。図5に示す下型に相当する金型は、次のようにして作製した。
Example 2
Based on the simulation results of Example 1, a molding test using an actual machine was performed. A mold corresponding to the lower mold shown in FIG. 5 was produced as follows.

熱伝導層の形成方法を次に示す。熱処理によりHRC52に調整した金属製金型母材5(材質SUS420J2:100℃の熱伝導率=27W/m・K)に熱伝導層4を硫酸銅めっきにより形成する。10%水酸化ナトリウムにて脱脂後、10%塩酸で酸洗の後、硫酸銅250g/L、硫酸65g/Lに調整しためっき液でめっきを行った。浴温度は30℃とし、試料はカソード側に設置し、アノードに純銅を設置、電流密度10A/dmにてカソードに銅を還元させた。25時間めっきを行い、試料上に530μmの純銅被膜を得た。さらに膜厚分布の均一化の為、平面研削盤及び研摩機を用いて500μmに被膜厚を調整した。 The method of forming the heat conduction layer is shown below. The heat conductive layer 4 is formed by copper sulfate plating on the metal mold base material 5 (material SUS420J2: thermal conductivity of 100 ° C. = 27 W / m · K) adjusted to HRC 52 by heat treatment. After degreasing with 10% sodium hydroxide, after pickling with 10% hydrochloric acid, plating was performed with a plating solution adjusted to 250 g / L of copper sulfate and 65 g / L of sulfuric acid. The bath temperature was 30 ° C., the sample was placed on the cathode side, pure copper was placed on the anode, and copper was reduced to the cathode at a current density of 10 A / dm 2 . Plating was performed for 25 hours to obtain a 530 μm pure copper film on the sample. Furthermore, in order to make the film thickness distribution uniform, the film thickness was adjusted to 500 μm using a surface grinder and a polishing machine.

硫酸銅めっきにより得られた純銅表面に、断熱層3を形成する方法を以下に示す。試料を真空チャンバー内のカソード電極に設置し、チャンバー内ガス圧が3×10−3Paまで排気を行った。その後、マスフローを用い、アルゴンガスを流量50sccmにて導入し、アノード電極、カソード電極間に1KVの直流バイアス電圧を掛けた。プラズマ化したアルゴンが、カソード(試料)表面に衝突を繰り返し、表面の酸化膜及び吸着した汚れを除去した。次にスパッタターゲットに99.99%ジルコニアを設置、RF電源及びマグネトロンスパッタ装置を用いグロー放電を起こした。この際ガス媒体としてはアルゴンガスを選定し、マスフローを用いて100sccmで導入した。スパッタ出力は1500Wとし、42時間成膜することで厚み55μmのジルコニアによる断熱層3を得た。 The method of forming the heat insulation layer 3 on the pure copper surface obtained by copper sulfate plating is shown below. The sample was placed on the cathode electrode in a vacuum chamber, and the gas pressure in the chamber was exhausted to 3 × 10 −3 Pa. Thereafter, using mass flow, argon gas was introduced at a flow rate of 50 sccm, and a DC bias voltage of 1 KV was applied between the anode electrode and the cathode electrode. The plasmatized argon repeatedly collided with the cathode (sample) surface to remove the oxide film and the adsorbed dirt on the surface. Next, 99.99% zirconia was placed on the sputter target, and glow discharge was generated using an RF power supply and a magnetron sputtering apparatus. At this time, argon gas was selected as a gas medium and introduced at 100 sccm using mass flow. The sputtering output was 1500 W, and film formation was performed for 42 hours to obtain a heat insulating layer 3 made of zirconia and having a thickness of 55 μm.

マグネトロンスパッタによって形成された断熱層3の表面の均一を得るため、粒径1μmのダイヤモンド砥粒とコロイダルシリカとを用いて研磨し、表面祖度をRa=20nm、断熱層膜厚50μmに調整した。   In order to obtain uniformity of the surface of the heat insulating layer 3 formed by magnetron sputtering, polishing was carried out using diamond abrasive grains with a particle diameter of 1 μm and colloidal silica, and the surface roughness was adjusted to Ra = 20 nm and the heat insulating layer thickness 50 μm. .

実施例1のシミュレーション結果から分かる様に、本発明品(断熱層+高熱伝導層)は従来品(断熱層のみ)の場合と比較し、ピーク温度から取出し可能温度に達する時間が短い。本実験では、実際の成形における冷却時間短縮の検証を行った。樹脂温度が十分に下がっていない状態で取り出した場合、成形品として問題となる特性は、反りが挙げられる。これは、成形品が十分な冷却が終了していない状態で型からフリーに成るため、後収縮と呼ばれる変形が発生する為である。   As can be seen from the simulation results of Example 1, the product of the present invention (thermal insulation layer + high thermal conductivity layer) has a shorter time to reach the temperature which can be taken from the peak temperature, as compared with the conventional product (thermal insulation layer only). In this experiment, verification of shortening of the cooling time in actual molding was conducted. When taken out in a state where the resin temperature is not sufficiently lowered, the characteristic that becomes a problem as a molded article is warpage. This is because a deformation called post-shrinkage occurs because the molded product becomes free from the mold in a state where sufficient cooling has not been completed.

そこで、本実験では、各冷却時間に対する反り量を計測し、反り量が100μm以下に入る境界値を必要な冷却時間として算出した。この100μm以下の反り量は、光学素子及び精密部品の最大反り量として一般的に許容される値である。実験に用いた成形品および成形プロセスの基本条件は表1に示す内容に従った。成形後の成形品の反り量は、図8に示すように、反りが凹となる様定盤上に成形品を設置し、長手方向の片側を押さえ、定盤に完全に設置してから、押さえた逆側の高さhを測定顕微鏡(STM7 オリンパス製)で測定を行った。実験結果として冷却時間と反りの関係を図9に示す。   So, in this experiment, the curvature amount with respect to each cooling time was measured, and the boundary value in which the curvature amount enters 100 micrometers or less was calculated as required cooling time. The warpage amount of 100 μm or less is a value generally accepted as the maximum warpage amount of the optical element and the precision part. The basic conditions of the molded article and the molding process used in the experiment were in accordance with the contents shown in Table 1. The amount of warpage of the molded article after molding is as shown in FIG. 8 after installing the molded article on a surface plate so that the warpage is concave, holding one side in the longitudinal direction, and completely installing on the surface plate, Measurement was carried out with a measuring microscope (manufactured by STM7 Olympus) with the height h on the opposite side held down. The relationship between cooling time and warpage is shown in FIG. 9 as an experimental result.

冷却時間と反り量との関係を、図9に示すように2次関数の形態で近似プロットをとり、必要な冷却時間、つまり反り量の許容値である100μmを下回る冷却時間を求めた。その結果、従来品(断熱層のみ)では2.8secであるのに対して、本発明品(断熱層+高熱伝導層)は1.8secであり、従来品と比べて1秒の短縮が可能となった。下記表3に、成形トータル時間の短縮率を含めた評価結果をまとめて示す。表3に示す成形トータル時間は、成形トータル時間=射出時間(1.5秒)+冷却時間で表される。   The relationship between the cooling time and the amount of warpage was approximated plot in the form of a quadratic function as shown in FIG. 9, and the necessary cooling time, that is, the cooling time below 100 μm which is the allowable value of the warpage amount was determined. As a result, while the conventional product (heat insulation layer only) is 2.8 seconds, the product of the present invention (heat insulation layer + high heat conduction layer) is 1.8 seconds, which makes it possible to shorten one second compared to the conventional product. It became. The evaluation results including the reduction rate of the total molding time are summarized in Table 3 below. The molding total time shown in Table 3 is represented by: molding total time = injection time (1.5 seconds) + cooling time.

Figure 2019072975
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成形後のサンプルは、従来品(断熱層のみ)、本発明品(断熱層+高熱伝導層)どちらのタイプも、その他の必要とされる品質特性(ひけ、応力、転写性、うねり、黄変)に関して問題は確認出来なかった。このように、本発明品は、断熱層のみで構成される従来品に比べて、断熱層と金属製金型母材との間に熱伝導層を有することにより、樹脂成形品の表面を高外観に保ちつつ、成形サイクルの短縮化を図ることができることが確認された。 The samples after molding are of the conventional product (heat insulation layer only) and the product of the present invention (heat insulation layer + high heat conduction layer), and other required quality characteristics (ink mark, stress, transferability, waviness, yellowing) I could not confirm the problem regarding). As described above, according to the product of the present invention, the surface of the resin molded product is made higher by having the heat conduction layer between the heat insulation layer and the metal mold base material, as compared with the conventional product constituted only by the heat insulation layer. It was confirmed that the molding cycle can be shortened while maintaining the appearance.

本実施例においては、表面保護層を形成しない金型を用いて本発明の効果を検証したが、例えば、メッキ膜又はダイヤモンドライクカーボン膜からなる最表面層を有する表面保護層を成形品表層の転写面側に形成した金型においても本実施例と同じ効果が得られることを確認している。したがって、成形品表層の転写性向上や金型耐久性の向上等を図る場合には、表面保護層の形成によって高機能化した本発明の金型を使用するのが好適である。   In the present embodiment, although the effect of the present invention was verified using a mold which does not form a surface protective layer, for example, a surface protective layer having an outermost surface layer formed of a plated film or a diamond like carbon film It has been confirmed that the same effect as that of this embodiment can be obtained also in the mold formed on the transfer surface side. Therefore, in order to improve the transferability of the surface of the molded article and the mold durability, it is preferable to use the mold of the present invention which has been highly functional by forming the surface protective layer.

以上のように、本発明の金型は、熱を瞬間的に保持できる断熱層としての機能が十分に発現するように、溶融樹脂から金属製金型母材への熱の伝導又は伝達を最適化することができるため、小型だけでなく、大面積の樹脂成型品においても微細な表面形状を高精度で形成しつつ、成形サイクルを従来の断熱金型に比べて短縮化することができる。したがって、本発明の金型を樹脂成形装置に適用することにより、高精度の表面形状が求められる光学素子や精密部品等の樹脂成形に最適で、かつ、量産性に優れた樹脂成形装置を提供することができ、さらに、微細な表面形状を高精度で形成した高外観を有する樹脂成形品の成形方法を確立することができる。   As described above, in the mold of the present invention, the conduction or transfer of heat from the molten resin to the metal mold base material is optimized so that the function as a heat insulating layer capable of holding heat instantaneously is sufficiently expressed. Therefore, the molding cycle can be shortened as compared with the conventional heat insulation mold while forming a fine surface shape with high accuracy not only in a small size but also in a large area resin molded product. Therefore, by applying the mold of the present invention to a resin molding apparatus, a resin molding apparatus is provided which is optimum for resin molding of optical elements, precision parts and the like for which a highly accurate surface shape is required, and which is excellent in mass productivity. In addition, it is possible to establish a molding method of a resin molded product having a high appearance in which a fine surface shape is formed with high accuracy.

1,6,7,8,9,10,11,16・・・金型
2・・・表面保護層
3・・・断熱層
4・・・熱伝導層
5・・・金属製金型母材
12・・・樹脂成形装置
13・・・固定盤
14・・・可動盤
15・・・開閉駆動装置
17・・・支持台
18・・・取り出し装置
19・・・ノズル
20・・・ヒータ
21・・・シリンダー
22・・・ホッパー
23・・・射出成形装置
24・・・成形品
1, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 16 · · · Mold 2 · · · surface protection layer 3 · · · thermal insulation layer 4 · · · heat conduction layer 5 · · · metal mold base material 12: Resin molding apparatus 13: Fixed board 14: Movable board 15: Opening and closing drive device 17: Support stand 18: Extraction device 19: Nozzle 20: Heater 20: Heater 21 .. Cylinder 22 ... hopper 23 ... injection molding device 24 ... molded article

すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
[1]本発明は、100℃の熱伝導率がW/m・K以下で、厚さが0.01mm〜2.00mmである断熱層、100℃の熱伝導率が10〜70W/m・Kである金属製金型母材、及び前記断熱層と前記金属製金型母材の間に100℃の熱伝導率が150W/m・K以上で、厚さが0.01mm〜5.00mmである熱伝導層を有、前記熱伝導層が、前記断熱層の下部境界面と当接する位置に、又は前記断熱層との下部境界面から0.1mm以下の位置に、厚さが0.01mm〜5.00mmで設けられ、且つ、前記断熱層において前記熱伝導層と当接する面と反対側の面には、表面保護層が設けられていないか、又は表面保護層が0.1μm〜0.5mmの厚さで前記断熱層に当接して設けられていることを特徴とする金型を提供する。
[2]本発明は、前記熱伝導層が0.50mm〜5.00mmの厚さを有し、前記金属製母材10mmを超える厚さを有することを特徴とする前記[1]に記載の金型を提供する。
[3]本発明は、前記熱伝導層が、前記断熱層と金属性金型母材との間であって、前記断熱層の境界面と当接する位置に、又は前記断熱層と前記熱伝導層との間に形成される接合層を介して、前記断熱層の下部境界面から0.1mm以下の位置に設けられることを特徴とする前記[1]又は[2]に記載の金型を提供する。
[4]本発明は、前記熱伝導層において、成形空間(キャビティ)の領域内の厚さが前記キャビティの領域外の厚さよりも薄いことを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれか一項に記載の金型を提供する。
[5]本発明は、前記断熱層において、成形空間(キャビティ)の領域内の厚さが前記キャビティの領域外の厚さよりも厚いことを特徴とする前記[1]〜[3]のいずれか一項に記載の金型を提供する。
[6]本発明は、表層成形品表層の転写面側に、前記厚さが0.1μm〜0.5mmである表面保護層を有することを特徴とする前記[1]〜[5]のいずれか一項に記載の金型を提供する。
[7]本発明は、前記表面保護層が、前記成形品表層の転写面側にメッキ膜又はダイヤモンドライクカーボン膜からなる最表面層を有することを特徴とする前記[1]〜[6]のいずれか一項に記載の金型を提供する。
[8]本発明は、前記[1]〜[7]に記載のいずれか一項に記載の金型において、前記熱伝導層が、物理的気相成長、化学的気相成長、メッキ、ろう付け、ボルト固定及び溶射の少なくともいずれかの方法を用いて前記金属製金属母材の表面上に形成されることを特徴とする金型の製造方法を提供する。
[9]本発明は、金型を具備する型締ユニットと射出ユニットとを備える樹脂成形装置であって、前記金型が前記[1]〜[7]のいずれか一項に記載の金型によって得られる金型であることを特徴とする樹脂成形装置。
[10]本発明は、前記[9]に記載の樹脂成形装置を用いて樹脂射出成形又は樹脂射出圧縮成形を行うことを特徴とする樹脂成形品の成形方法を提供する。
[発明の効果]
That is, the constitution of the present invention is as follows.
[1] The present invention is a heat insulating layer having a thermal conductivity of 5 W / m · K or less at 100 ° C. and a thickness of 0.01 mm to 2.00 mm, a thermal conductivity of 10 to 70 W / m at 100 ° C. -A metal mold base material that is K, and a thermal conductivity of 100 ° C. of 150 W / m · K or more and a thickness of 0.01 mm to 5 mm between the heat insulation layer and the metal mold base material . have a heat conductive layer is 300 mm, the heat conducting layer is in a position in which it contacts the lower boundary surface of the heat insulating layer, or 0.1mm following positions from the lower boundary surface between the heat insulating layer, the thickness 0.01 provided in mm ~5.00Mm, and, on a surface thereof opposite to the heat conductive layer and the surface abutting the heat insulating layer, a surface protective layer is not provided, or the surface protective layer is 0 to provide a mold which is characterized that you have provided in contact with the heat insulating layer in a thickness of .1μm~0.5mm .
[2] The present invention is characterized in that the heat conduction layer has a thickness of 0.50 mm to 5.00 mm, and the metal base material has a thickness of more than 10 mm. Provide the mold described.
[3] In the present invention, the heat conduction layer is in a position between the heat insulation layer and the metallic mold base material and in contact with the boundary surface of the heat insulation layer, or the heat insulation layer and the heat conduction The mold according to the above [1] or [2], which is provided at a position of 0.1 mm or less from the lower boundary surface of the heat insulating layer via the bonding layer formed between the layers. provide.
[4] The present invention is characterized in that, in the thermally conductive layer, the thickness in the region of the forming space (cavity) is thinner than the thickness outside the region of the cavity. Provide a mold according to one of the claims.
[5] The present invention is characterized in that, in the heat insulating layer, the thickness in the region of the forming space (cavity) is thicker than the thickness outside the region of the cavity. Providing a mold as described in one section.
[6] The present invention has a surface protective layer having a thickness of 0.1 μm to 0.5 mm on the transfer surface side of the surface layer molded article surface layer, any of the above-mentioned [1] to [5] Provide a mold according to one of the claims.
[7] The present invention is characterized in that the surface protective layer has an outermost surface layer composed of a plated film or a diamond-like carbon film on the transfer surface side of the surface layer of the molded article . Providing a mold according to any one of the preceding claims.
[8] The present invention provides the mold according to any one of the above [1] to [7], wherein the heat conductive layer is formed by physical vapor deposition, chemical vapor deposition, plating, brazing. A method of manufacturing a mold is provided, which is formed on the surface of the metal base material by using at least one of attaching, bolting and spraying.
[9] The present invention is a resin molding apparatus comprising a mold clamping unit having a mold and injection unit, mold according to any one of the mold is the [1] to [7] resin molding apparatus which is a result mold obtained.
[10] The present invention provides a method of molding a resin molded product, which comprises performing resin injection molding or resin injection compression molding using the resin molding apparatus described in [9].
[Effect of the invention]

本発明は、金属製金属母材の表面上に設ける伝導層をやや厚膜に形成することにより、断熱層の機能を保持しつつ、熱伝導層による熱の伝導又は伝達を加速することができるため、成形サイクルの一層の短縮化が可能になる。そのため、厚膜の熱伝導層を短時間で形成しやすい方法として、上記の方法の中から、メッキ、ろう付け、ボルト固定及び溶射の各方法を採用することが好ましい。さらに、均一な厚膜を形成できることから、電解メッキ又は無電解メッキと電解メッキとを組み合わせるメッキ方法によって熱伝導層を形成することが特に好ましい。メッキ方法であれば、熱伝導層の形成において、数mmの厚膜だけでなく、数十ミクロンの薄膜を均一に、かつ、他の方法に比べて容易に形成することができる。
According to the present invention, the heat conduction layer provided on the surface of the metal base material is formed in a slightly thick film to accelerate the conduction or transfer of heat by the heat conduction layer while maintaining the function of the heat insulation layer. Since it is possible, the molding cycle can be further shortened. Therefore, as a method of easily forming a thick-film thermally conductive layer in a short time, it is preferable to adopt each method of plating, brazing, bolting and thermal spraying among the above methods. Furthermore, since a uniform thick film can be formed, it is particularly preferable to form the heat conduction layer by electroplating or a plating method combining electroless plating and electrolytic plating. In the case of the plating method, not only a few mm thick film but also a few tens micron thin film can be formed uniformly and easily as compared with other methods in forming the heat conduction layer.

Claims (10)

100℃の熱伝導率が10W/m・K未満である断熱層、100℃の熱伝導率が10〜70W/m・Kである金属製金型母材、及び前記断熱層と前記金属製金型母材の間に100℃の熱伝導率が70W/m・Kを超える熱伝導層を有する金型であって、前記熱伝導層は前記断熱層の下部境界面と当接する位置に、又は前記断熱層との下部境界面から0.1mm以下の位置に、厚さが0.01〜5.00mmで設けられることを特徴とする金型。   Thermal insulation layer having a thermal conductivity of less than 10 W / m · K at 100 ° C., metallic mold base material having a thermal conductivity of 100 ° C. of 10 to 70 W / m · K, and the thermal insulating layer and the metal gold A mold having a heat conductive layer having a thermal conductivity of more than 70 W / m · K at 100 ° C. between the mold base materials, wherein the heat conductive layer is in contact with the lower interface of the heat insulating layer, or A mold having a thickness of 0.01 to 5.00 mm provided at a position of 0.1 mm or less from the lower interface with the heat insulating layer. 前記断熱層は100℃の熱伝導率が5W/m・K以下で、0.01mm〜2.00mmの厚さを有し、前記熱伝導層は100℃の熱伝導率が150W/m・K以上で、0.01〜5.00mmの厚さを有し、前記金属製母材は100℃の熱伝導率が10〜70W/m・Kで、10mmを超える厚さを有することを特徴とする請求項1に記載の金型。   The thermal insulation layer has a thermal conductivity of 5 W / m · K or less at 100 ° C. and a thickness of 0.01 mm to 2.00 mm, and the thermal conductive layer has a thermal conductivity of 150 W / m · K at 100 ° C. Above, it has a thickness of 0.01 to 5.00 mm, and the metal base material is characterized in that the thermal conductivity at 100 ° C. is 10 to 70 W / m · K, and the thickness exceeds 10 mm. The mold according to claim 1. 前記熱伝導層は、前記断熱層と金属性金型母材との間であって、前記断熱層の境界面と当接する位置に、又は前記断熱層と前記熱伝導層との間に形成される接合層を介して、前記断熱層の下部境界面から0.1mm以下の位置に設けられることを特徴とする請求項1又は2に記載の金型。   The heat conductive layer is formed between the heat insulating layer and the metallic mold base material at a position in contact with the boundary surface of the heat insulating layer, or between the heat insulating layer and the heat conductive layer. The mold according to claim 1 or 2, which is provided at a position of 0.1 mm or less from the lower boundary surface of the heat insulating layer via the bonding layer. 前記熱伝導層は、成形空間(キャビティ)の領域内の厚さが前記キャビティの領域外の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の金型。   The mold according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat conductive layer has a thickness in the region of the molding space (cavity) thinner than a thickness outside the region of the cavity. 前記断熱層は、成形空間(キャビティ)の領域内の厚さが前記キャビティの領域外の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の金型。   The mold according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat insulating layer has a thickness in the region of the molding space (cavity) greater than a thickness outside the region of the cavity. 成形品表層の転写面側に表面保護層を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の金型。   The mold according to any one of claims 1 to 5, wherein a surface protective layer is provided on the transfer surface side of the surface layer of the molded article. 前記表面保護層は、前記成形品表層の転写面側にメッキ膜又はダイヤモンドライクカーボン膜からなる最表面層を有することを特徴とする請求項6に記載の金型。   The mold according to claim 6, wherein the surface protective layer has an outermost surface layer made of a plating film or a diamond like carbon film on the transfer surface side of the surface layer of the molded article. 請求項1〜7に記載のいずれか一項に記載の金型は、前記熱伝導層が、物理的気相成長、化学的気相成長、メッキ、ろう付け、ボルト固定及び溶射の少なくともいずれかの方法を用いて前記金属製金属母材の表面上に形成されることを特徴とする金型の製造方法。   The mold according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat conductive layer is at least any of physical vapor deposition, chemical vapor deposition, plating, brazing, bolting and spraying. A method of manufacturing a mold, which is formed on the surface of the metal base material using the method of 金型を具備する型締ユニットと射出ユニットとを備える樹脂成形装置であって、前記金型が請求項1〜7のいずれか一項に記載の金型、又は請求項8に記載の金型の製造方法によって得られる金型であることを特徴とする樹脂成形装置。   A resin molding apparatus comprising a mold clamping unit having a mold and an injection unit, wherein the mold is the mold according to any one of claims 1 to 7, or the mold according to claim 8. What is claimed is: 1. A resin molding apparatus characterized by being a mold obtained by the manufacturing method of 請求項9に記載の樹脂成形装置を用いて樹脂射出成形又は樹脂射出圧縮成形を行うことを特徴とする樹脂成形品の成形方法。   A method of molding a resin molded product, wherein resin injection molding or resin injection compression molding is performed using the resin molding apparatus according to claim 9.
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