JP4541182B2

JP4541182B2 - 表面に薄膜を有する成形品の成形方法および成形装置

Info

Publication number: JP4541182B2
Application number: JP2005046922A
Authority: JP
Inventors: 正三西田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2025-02-23
Also published as: JP2006233248A

Description

本発明は、固定金型と可動金型とを使用して基板を成形する１次成形と、該１次成形により成形された基板の表面に薄膜を形成する蒸着形成とからなる、表面に薄膜を有する成形品の成形方法およびこの成形方法の実施に使用される成形装置に関するものである。

薄膜センサのような表面に薄膜を有する成形品は従来周知で、その幕は反射防止膜、赤外線カット膜等として色々な方法により形成されている。例えば、基板とターゲットを対向させておき、数Ｐａ〜数１０Ｐa程度のアルゴンガス雰囲気中でターゲットに数ｋVの負の電圧を印加し、そして放電させて薄膜を形成するスパッタリング方法、真空容器の中に基板と蒸発源とを収納して成幕する真空蒸着法、基板に数ｋVの負の電圧を印加し数Pａのアルゴンガスの圧力下で真空蒸着をするイオンプレーティング方法等により形成されている。また、化学蒸着法によっても形成されている。要するに、前もって成形された成形品あるいは基板にマスキングを施し、そして蒸着専用の真空タンク中に専用のハンガーを使用して吊り下げ、次いで前記したような蒸着方法に必要な条件を作り出して形成されている。

特開平９−１９９４３号公報

本発明の直接的な先行技術文献にはならないが、特許文献１には１次成形品の表面に異材質あるいは異色の材質を積層的に成形する成形方法が示されている。さらに具体的には、固定金型と、可動金型と、これらの金型の間に設けられているスライド金型とを使用し、スライド金型を前回の１次成形で成形されている１次半成形品と共働して２次成形用のキャビティが構成される第２位置へスライドさせる。そして、成形品を取り出した後のキャビティへ射出する１次成形と、２次成形用のキャビティへ射出する２次成形とを同一金型で同時に行い、次に２次成形により成形された成形品を取り出し、スライド金型を、１次成形により成形された１次半成形品と共働して２次成形用のキャビティが構成される第１位置へ移動させ、そして成形品を取り出した後のキャビティへ射出する１次成形と、２次成形用のキャビティへ射出する２次成形とを同一金型で同時に行う成形方法が示されている。

前記従来の形成方法によると、前もって基板を例えば射出成形により成形し、そして真空タンク中へ搬入して蒸着しなければならないので、問題点も多い。例えば、基板は前もって成形され保管されるようになっているので、保管取扱中に蒸着する表面に手あか、塵埃等が付着し、蒸着不良を起こすことがある。これを避けるためには、取り扱いに最大限の注意を払わなければならないので、コスト高になる。また、前もって成形される基板は一旦保管されるようになっているので、在庫管理が必要となる問題もある。
一方、特許文献１に示されている成形方法によると、次のような色々な効果が得られる。２個の射出機による成形に無駄のない同時成形が可能となり、成形サイクルの短縮と生産性の向上とが得られ、同時に射出して休止する射出機がないので樹脂の滞留がなく、成形不良率の発生の少ない成形ができる、成形サイクルが短くて生産性が高い、等の利点があり、現在も有効に実施されているが、表面層が金型内で射出成形により成形されるようになっているので、数μｍオーダの薄膜を形成することはできない。
本発明は、上記したような問題点を解決した成形方法を提供しようとするもので、具体的には蒸着面が汚染されることがなく、それ故蒸着不良による品質の低下がなく、また在庫管理も格別に必要としない、表面に薄膜を有する成形品の成形方法およびこの成形方法の実施に使用される成形装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、固定側金型と、可動型に第１、２の成形位置へスライド可能に設けられているスライド金型とにより形成される基板の表面の蒸着成形は、その内部に蒸着要素が設けられている、前記金型とは別に設けられている蒸着用チャンバーで前記金型の型締動作とは無関係に気密に覆って、基板の成形と実質的に同時に実施するように構成される。

すなわち、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、固定側金型と、可動型に第１、２の成形位置へスライド可能に設けられているスライド金型とを使用して基板を成形する１次成形と、該１次成形により成形された基板の表面に薄膜を形成する蒸着形成とからなり、前記１次成形により、前記スライド金型の第１の成形位置で第１の基板を、第２の成形位置で第２の基板を成形し、前記蒸着形成により第２の基板を成形中にその前に成形された第１の基板の表面に薄膜を、第１の基板を成形中にその前に成形された第２の基板の表面に薄膜を、以下これを繰り返しながら形成し、前記蒸着形成は、前記１次成形後の前記スライド金型の凹部に残っている状態の基板を、その内部に蒸着要素が設けられている、前記金型とは別に設けられている蒸着用チャンバーで前記金型の型締動作とは無関係に気密に覆って実施するように構成される。請求項２に記載の発明は、固定側金型と、該固定側金型に対して型開閉される可動型に第１、２の成形位置へスライド可能に設けられているスライド金型とにより基板が成形され、前記金型とは別に設けられている蒸着用チャンバーを有する蒸着装置により基板の表面に薄膜が形成されるようになっている成形装置であって、前記固定側金型には、そのパーテイングライン側に突き出て、その頂部に開口したホットランナが設けられている成形部が形成されていると共に、前記成形部の側部には、前記可動型を前記固定側金型に対して型締めしたときに前記蒸着用チャンバーが装着される空間が確保され、前記スライド金型のパーテイングライン側には、基板を成形するための少なくとも２個の、前記固定側金型のホットランナーに整合する第１、２の凹部が設けられ、前記蒸着装置は、多関節ロボットのアームに取り付けられている蒸着用チャンバーからなり、該蒸着用チャンバーの開口部には前記可動金型のパーテイングライン側の面に基板を取り囲んで前記金型の型締動作とは無関係に圧接されるシール手段が設けられ、その内部には蒸着要素が設けられるように構成される。請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の成形装置において、固定側金型が固定側枠と、該固定側枠に取り付けられている補助金型からなるように構成される。

以上のように、本発明によると、固定側金型と、可動型に第１、２の成形位置へスライド可能に設けられているスライド金型とを使用して基板を成形する１次成形と、該１次成形により成形された基板の表面に薄膜を形成する蒸着形成とからなり、前記１次成形により、前記スライド金型の第１の成形位置で第１の基板を、第２の成形位置で第２の基板を成形し、前記蒸着形成により第２の基板を成形中にその前に成形された第１の基板の表面に薄膜を、第１の基板を成形中にその前に成形された第２の基板の表面に薄膜を、以下これを繰り返しながら形成し、前記蒸着形成は、前記１次成形後の前記スライド金型の凹部に残っている状態の基板を、その内部に蒸着要素が設けられている、前記金型とは別に設けられている蒸着用チャンバーで前記金型の型締動作とは無関係に気密に覆って実施するので、すなわち基板を金型から取り出すことなく、蒸着用チャンバーを使用して金型内で蒸着するので、蒸着する表面が手あか、塵埃等により汚染されることはない。したがって、蒸着状態の良好な高品質の薄膜を有する成形品を得ることができる。また、金型内に残っている状態で金型内で蒸着するので、基板の在庫管理が不要となる。さらには、本発明によると、前記金型とは別に設けられている蒸着用チャンバーで前記金型の型締動作とは無関係に気密に覆って実施するので、型締め後でも蒸着用チャンバーを装着して蒸着できるという効果が得られる。特に本発明によると、金型内で基板の成形と蒸着とが実質的に同時に行われるので、前もって成形するときに必要なコスト高になる在庫管理が不要となる効果がさらに得られる。また、成形効率が向上する効果も得られる。

始めに、本発明の成形装置の実施の形態を説明する。本実施の形態に係わる成形装置は、図１の（イ）に示されている金型１と、図３に示されている蒸着装置２０とからなっている。金型１は、概略的には図１の（イ）において右方に示されている固定側金型２と、この固定側金型２と対をなす可動型１０とからなり、この可動型１０の方に、図において上下方向にスライド的に駆動されるスライド金型１５が設けられている。

固定側金型１は、本実施の形態では、パーティングラインＰ側に補助金型５を備えている。補助金型５は、固定側枠３に取り付けられて板状部６と、この板状部６から縮径されて所定量Ｈでけ円柱状に突き出ているいる成形部７とからなっている。そして、成形部７の実質的に中心部に射出シリンダＳの先端部に取り付けられている射出ノズルＮに連通したホットランナ８が設けられている。このように、補助金型５には縮径された段部Ｈが設けられているので、詳しくは後述するように、可動型１０を固定側金型２に対して型締めして基板を成形しているときにも、後述する蒸着装置２０の蒸着用チャンバー２５は、金型とは別に設けられているので、金型の外側から適用することができる。

可動型１０のパーティングラインＰ側には、スライドガイド枠１１が固定されている。このスライドガイド枠１１の上下の端部に、上下の支持部材１２、１３が固定側金型２の方へ突き出た形で一体的に形成されている。そして、これらの上下の支持部材１２、１３の間にスライド金型１５が上下方向にスライド可能に設けられている。スライド金型１５のパーティングラインＰ側には、所定の間隔をおいて図示の実施の形態では２個の第１、２の凹部１６、１７が設けられている。これらの凹部１６、１７と固定側金型２の成形部７のコア面９とにより基板が成形される第１、２のキャビティが構成される。このように構成されているスライド金型１５は、下方の支持部材１３に取り付けられている駆動装置例えば油圧ピストンシリンダユニットユニット１８により下方の第１の位置と、上方の第２の位置とを採るように上下方向に駆動されるようになっている。
なお、本実施の形態においても型締装置、成形品を取り出すための例えばエジェクタピン等も備えているが、これらの装置は図１の（イ）には示されていない。

図３に、蒸着装置２０が実施の形態が模式的に示されている。図３に示されている実施の形態によると、蒸着装置２０は多関節ロボット２１からなっている。そして、本実施の形態によると、スパッタリング法が適用されるので、真空蒸着に必要な排気ポンプなどからなる真空源３０、不活性ガスタンクあるいは炭酸ガスのような不活性ガスを製造する不活性ガス供給源３１、電源装置３２等も備えている。多関節ロボット２１の基台２２から立ち上がっているスタンド２３の頂部からは多関節アーム２４が延び、その先端部に蒸着チャンバー２５が取り付けられている。蒸着用チャンバー２５は、所定開口面積あるいは容積の蒸着用凹部２６を有する。そして、蒸着用凹部２６の開口部に、スライド金型１５のパーティングラインＰ面に圧接されるＯリング２７が設けられている。したがって、蒸着用凹部２６をＯリング２７を介在させてスライド金型１５のパーティングラインＰ面に圧接すると、その内部は基板を取り囲み蒸着に必要な真空度の蒸着用チャンバー２５が形成されることになる。

このように構成されている蒸着用凹部２６内に蒸着要素が設けられている。蒸着要素は、本実施の形態ではスパッタリング法が適用されるので、図３には示されていないが、蒸着用凹部２６の開口部の近くにターゲット電極が、そして奥の方に基板電極が設けられている。これらの電極には直流または高周波電源が接続されて、そして基板電極は金型内の基板に電気的に接続されるようになっている。また、蒸着用凹部２６内にはアルゴンガスのような不活性ガスを導入するためのガス導入管が開口し、さらには真空吸引管も開口している。これらのガス導入管、真空吸引管、電極に連なった給電線等は、ロボットの多関節アーム２４およびスタンド２３の内部を延び、そして連結パイプ２８、２８、…を介して前述した不活性ガス供給源３１、真空源３０および電源装置３２にそれぞれ接続されている。

次に、上記金型を使用して基板の表面に薄膜を形成する成形方法を、図１、２および３を参照しながら説明する。図１の（イ）は可動型１０を開き、そしてスライド金型１５を下方の第１の位置へ駆動した状態を示しているが、この状態で可動型１０を固定側金型２に対して型締めする。そうすると、スライド金型１５の第１の凹部１６と固定側金型１の成形部７のコア面９とにより第１のキャビティが構成される。また、ホットランナ８は第１のキャビティに開口する。射出ノズルＮから従来周知のようにして第１のキャビティに溶融樹脂を射出する。このようにして射出を終わった状態が図１の（ロ）に示されている。この１次成形により、第１の基板Ｋ１が成形される。

第１の基板Ｋ１が固化したら、可動型１０を開き、スライド金型１５を上方の第２の位置へ駆動する。可動型１０を開いた状態が図１の（ハ）に、スライド金型１５を第２の位置へ駆動した状態が図２の（イ）に示されている。この図２の（イ）に示されている状態は、第１の基板Ｋ１の表面に蒸着が可能な位置であり、第２の凹部１７により第２の基板Ｋ２が成形可能な位置である。

多関節ロボット２１を利用して蒸着用チャンバー２５を、第１の基板Ｋ１を取り囲むようにして、スライド金型１５のパーティングラインＰ面にＯリング２７を介して圧接する。そして、型締めする。あるいは、固定側金型２の補助金型５には、段部Ｈが形成されているので、型締めしてから蒸着用チャンバー２５を上記のようにして装着する。このようにして型締めした状態が、図２の（ロ）に示されている。蒸着装置２０の真空源３０と、不活性ガス供給源３１とを駆動して蒸着用チャンバー２５内を数Ｐａ〜数１０Ｐa程度のアルゴンガス雰囲気にする。そして、ターゲットには負の電圧を、第１の基板Ｋ１には正の数ｋVの電圧を印加し、そして放電させる。そうすると、第１の基板Ｋ１の表面に薄膜Ｕが形成され、薄膜を有する成形品ＫＵ１が得られる。上記のようにして、蒸着しているときに、第２の凹部１７から構成されている第２のキャビティに、射出ノズルＮから溶融樹脂を射出して第２の基板Ｋ２を成形する。

第２の基板Ｋ２が固化したら、可動型１０を開く。薄膜を有する成形品ＫＵ１を取り出す。取り出している状態が図２の（ハ）に示されている。なお、可動型１０を開いても、蒸着用チャンバー２５は可動型１０に追従することができるので、蒸着は多少遅れてもよい。開いた状態でスライド金型１５を下方の第１の位置へ駆動する。そして、前述したようにして、第２の基板Ｋ２の表面に蒸着を開始する。また、型締めして第１の凹部１６からなる第１のキャビティに溶融樹脂を射出して第１の基板Ｋ１を成形する。第２の基板Ｋ２の表面に蒸着し、第１の基板Ｋ１を成形している状態が図２の（ニ）に示されている。可動型１０を開いて薄膜を有する成形品ＫＵ２を取り出す。以下、上記操作を繰り返して成形する。

本発明は、色々な形で実施できる。例えば、蒸着用チャンバー２５を使用した蒸着法には上記したスパッタリング法以外の、従来周知の化学蒸着法、真空蒸着法、イオンプレーテイング法等が適用できることは明らかである。また、図１に示されている実施の形態では、１次成形と蒸着形成とが１つの金型内で実質的に同時に行われるようになっているが、従来周知の固定金型と可動金型とにより、基板を成形し、基板を可動金型に残した状態で可動金型を開いて、前述したように蒸着用チャンバーを適用して基板の表面に薄膜を形成できることも明らかである。このように実施すると、成形効率は落ちるが、基板の表面は汚染されないので、高品質の薄膜を有する成形品が得られ、また在庫管理も不要となる効果が得られる。さらには、図示の実施の形態では、固定側金型２に成形部７を有する補助金型５が取り付けられているが、補助金型５を固定側の枠体に一体的に設けることもできる。また、固定側金型２の成形部７は、板状部６から円柱状に突き出ている旨説明されているが、蒸着用チャンバー２５が装着される空間が確保されれば、図示の実施の形態に限定されることがないことは明らかである。例えば、上方に位置する第１の基板Ｋ１と、下方に位置する第２の基板Ｋ２に、型締め状態でも蒸着用チャンバー２５を装着できる構造であれば、切り欠き構造でも実施できることは明らかである。

本発明の実施の形態に係わる金型を示す図で、その（イ）は可動型を開いて拡大して示す断面図、その（ロ）、（ハ）は本発明の実施の形態に係わる金型を使用した、各成形段階を模式的に示す断面図である。本発明の実施の形態に係わる金型を使用した、各成形段階を模式的に示す断面図である。本発明に関わる蒸着装置の実施の形態を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１金型２固定側金型
９コア面１０可動型
１５スライド金型１６第１の凹部
１７第２の凹部２０蒸着装置
２５蒸着用チャンバー３０真空源
３２電源装置

Claims

固定側金型と、可動型に第１、２の成形位置へスライド可能に設けられているスライド金型とを使用して基板を成形する１次成形と、該１次成形により成形された基板の表面に薄膜を形成する蒸着形成とからなり、
前記１次成形により、前記スライド金型の第１の成形位置で第１の基板を、第２の成形位置で第２の基板を成形し、前記蒸着形成により第２の基板を成形中にその前に成形された第１の基板の表面に薄膜を、第１の基板を成形中にその前に成形された第２の基板の表面に薄膜を、以下これを繰り返しながら形成し、
前記蒸着形成は、前記１次成形後の前記スライド金型の凹部に残っている状態の基板を、その内部に蒸着要素が設けられている、前記金型とは別に設けられている蒸着用チャンバーで前記金型の型締動作とは無関係に気密に覆って実施する、ことを特徴とする表面に薄膜を有する成形品の成形方法。
固定側金型と、該固定側金型に対して型開閉される可動型に第１、２の成形位置へスライド可能に設けられているスライド金型とにより基板が成形され、前記金型とは別に設けられている蒸着用チャンバーを有する蒸着装置により基板の表面に薄膜が形成されるようになっている成形装置であって、
前記固定側金型には、そのパーテイングライン側に突き出て、その頂部に開口したホットランナが設けられている成形部が形成されていると共に、前記成形部の側部には、前記可動型を前記固定側金型に対して型締めしたときに前記蒸着用チャンバーが装着される空間が確保され、
前記スライド金型のパーテイングライン側には、基板を成形するための少なくとも２個の、前記固定側金型のホットランナーに整合する第１、２の凹部が設けられ、
前記蒸着装置は、多関節ロボットのアームに取り付けられている蒸着用チャンバーからなり、該蒸着用チャンバーの開口部には前記可動金型のパーテイングライン側の面に基板を取り囲んで前記金型の型締動作とは無関係に圧接されるシール手段が設けられ、その内部には蒸着要素が設けられている、ことを特徴とする表面に薄膜を有する成形品の成形装置。
請求項２に記載の成形装置において、固定側金型が固定側枠と、該固定側枠に取り付けられている補助金型からなる、表面に薄膜を有する成形品の成形装置。