JP6618647B1 - 微細パターン転写用モールド及び微細パターン成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一体成形によって中空製品の内部に微細パターンを高精細に転写することを可能とする微細パターン転写用モールド及び微細パターン成形方法を提供することを目的とする。【解決手段】モールド本体の型締めによって、キャビティ部と、所定の位置に微細パターン原版を固定したコアピン部とから形成される製品形成空間部において、ホットランナー部から溶融状態の樹脂材料が流入するゲート部を前記微細パターン原版の固定面と水平になるように前記固定面の一端側に開口し、前記ホットランナー部の射出ノズルと前記ゲート部とを直結し、前記ゲート部から流入する前記樹脂材料によって前記中空製品を一体成形する。【選択図】図３

Description

この明細書における開示は、微細パターン転写用モールド及び微細パターン成形方法に関し、特に、中空製品の内面に微細パターンを転写する技術に関するものである。

この種の技術としては、インプリント技術が知られている。インプリント技術は、半導体材料、光学材料、マイクロマシン、バイオ等、様々な分野において利用が期待される数μから数百μオーダの微細な凹凸パターンを所定の材料に転写することができる。

例えば、光ディスク基板製造用の金型（スタンパ）では、転写用の微細パターン（ビット等）をニッケル電鋳パーツなどを用いて転写するもの（例えば、特許文献１参照。）、２つ以上のパターン部が、ロール形状のモールドの外周に沿って設けられているとともに、互いに並列して配置されており、前記パターン部には、前記モールドの外周に微細構造が形成されており、前記各パターン部を構成する微細構造の大きさは１μｍ以下とするもの（例えば、特許文献２参照。）などがある。

さらに、液体中に存在するμオーダの分子を前記微細パターンの凹部で捕捉するために、中空製品（たとえば、有底筒状製品）の内部に微細パターンを形成しなければならない場合もある（例えば、非特許文献１参照。）。

ここで、有底筒状製品、すなわち、中空状の樹脂製品の射出成形としては、キャビティに連通するホットランナーと、このホットランナー内に摺動自在に設けられた、ゲートを開閉するピンとを備えるとともに、前記ピン内に、前記キャビティ内に圧送するガスの流入路を設けた中空製品用射出成形金型が提案されていた（例えば、特許文献３参照。）。中空状の樹脂製品の場合、平面板に比べて製品成形部の流路が長く、屈曲箇所が存在するため、成形途上で樹脂の温度低下を招くおそれがある。そこで、温度低下に伴う成形不良とならないようにするために、ホットランナーが用いられる。

特開２００６−２９７６３９号公報 特開２０１３−８６３８８号公報 特開２００２−２９２７０１号公報

国立研究開発法人科学技術振興機構、プレスリリース、共同発表、「疾病や感性のバイオマーカーの検出感度を１００万倍向上」〔Ｏｎｌｉｎｅ〕、平成２４年８月３１日、〔平成３１年３月２５日検索〕、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｐｒ／ａｎｎｏｕｎｃｅ／２０１２０８３１／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＞

たとえば、前記中空の有底筒状製品の内側底面に微細パターンを施すためには、前記特許文献１、特許文献２記載の技術を利用して、容器底面部（すなわち、平面板）を別体とし、この底面部平面に微細パターンの加工を施した後、別途成形した側面部を接合する方法が考えられる。

しかしながら、このような方法では、部品点数が倍増するとともに、側面部と底面部とを接合するという工程が必要となる。特に、前記有底筒状製品が、使い捨てで大量に使用するものである場合、部品点数、作業工数の増加は、製造コスト、作業効率の観点からは改善する必要があった。また、２部品を接合する場合、接合不良等、接合部分に不具合が生じる可能性が高くなるのは不可避的な問題である。とくに、生化学系の分析に使用する場合、かかる接合不良は高精細な分析に支障を来すおそれがあり、信頼性の問題が潜在的に存在していた。

そこで、製造コスト、作業効率改善、さらには高信頼性の観点から、立体の中空製品の内部側に微細パターンを施すために、前記特許文献３に記載の通り、一体成形による製造が必要になる。ところが、特許文献３記載の中空製品用射出成形金型は、ハンドルのコラムカバーなど比較的厚肉成形品の製造を対象としており、前記のような微細パターンを内部に施す製品には不向きと考えられる。

すなわち、前記した通り、径方向、深さ方向ともに、μオーダのサイズで微細パターンを形成する場合、平面状の製品に比べて、樹脂材料の流れが乱流化し、複雑になるとともに、流動長も長くなるため、樹脂材料の充填が困難になるという問題が生じていた。また、樹脂材料が微細パターン近傍に到達しても、上記のような構造では、樹脂材料の温度低下が大きく、転写不良、成形不良を起こすおそれがあった。

さらに、前記分析等に耐えうる高信頼性のある製品とするためには、中空製品の全体を薄肉化する必要があるが、その結果として、温度低下による固化が早く、圧力損失によって樹脂材料への圧力が伝わりにくく、転写不良を起こすおそれもあった。

この明細書における開示の目的は、上記課題を解消させるためのものであり、一体成形によって中空製品の内部に微細パターンを高精細に転写することを可能とする微細パターン転写用モールド及び微細パターン成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成させるために、本明細書の開示にかかる微細パターン転写用モールドは、モールド本体の型締めによって、キャビティ部と、所定の位置に微細パターン原版を固定したコアピン部とから形成される製品形成空間部において、ホットランナー部から溶融状態の樹脂材料が流入するゲート部を、前記微細パターン原版の固定面と水平になるように前記固定面の一端側に開口し、前記ホットランナー部の射出ノズルと前記ゲート部とを直結し、前記コアピン部の前記微細パターン原版を固定した箇所の温度が所定温度より低下しないように、前記コアピン部の内部に温度調整部を設けて前記ゲート部から流入する前記樹脂材料によって前記中空製品を一体成形することを最も主要な特徴とする。

この構成によれば、溶融状態の樹脂材料は、ホットランナー部の射出ノズルから、最初に微細パターンを転写する転写面に向かって射出されるため、良好な微細パターン形成のために要求される温度で転写面に供給される。なお、微細パターンの転写面から優先的に樹脂材料を供給するためには、通常、前記転写面に対して直交する方向、すなわち、前記転写面の上面方向から射出するため、ゲート部を前記転写面側に設ける必要がある。しかし、転写面側にゲートを設けると、製品にゲート跡が残る。成形された製品の被転写面は、前記微細パターンを使って観察、分析等を行うため、転写面へのゲート跡の形成は忌避されなければならない。一方で、高精細な転写のためには、前記転写面に供給される樹脂材料の温度低下を避けなければならない。そこで、ゲート部を前記微細パターン原版の転写面と水平になるように前記転写面の一端側に開口した。
そして、前記温度調整部により、温度低下に伴う微細パターンの転写不良をさらに解消することができ、確実かつ精細な微細パターンの形成が可能となる。特に、前記ゲート部の位置を転写面に対して水平方向の一端に開口すると、この一端側から転写面の対向端側への樹脂材料の到達にタイムラグが生じ、前記一端側と対向端側で樹脂材料の温度が異なる結果、転写精度にむらが生じる可能性がある。そこで、転写面の温度の均一化を図るために、前記温度調整部を設けた。

すなわち、本明細書の開示にかかる微細パターン転写用モールドは、射出成形によって、中空製品の内面に微細パターンを転写する微細パターン転写用モールドであって、
固定側本体と可動側本体とに分離可能なモールド本体と、
前記可動側本体と連結する固定側本体連結面に、凹状に形成されたキャビティ部と、
前記固定側本体連結面に対向する可動側本体連結面であって前記キャビティ部に対向する位置に、凸状に形成され、所定の位置に前記転写する微細パターン原版を固定したコアピン部と、
前記コアピン部の前記微細パターン原版を固定した箇所の温度が所定温度より低下しないように、前記コアピン部の内部に設けた温度調整部と、
前記固定側本体と前記可動側本体との型締めによって前記キャビティ部と前記コアピン部との間で形成する製品形成空間部と、
前記製品形成空間部において、前記コアピン部に固定された微細パターン原版の転写面の水平方向端部に臨む位置に開口したゲート部と、
前記固定側本体内に所定の樹脂材料の流路を形成し、前記流路を外部から加熱することにより、前記樹脂材料を所定温度の溶融状態に保持したままで前記ゲート部に直結する射出ノズルを備えたホットランナー部と、を有し、
前記射出ノズルから前記ゲート部を介して前記溶融状態の樹脂材料を前記転写面の水平方向に射出して前記製品形成空間部で前記中空製品を一体成形することを特徴とする。

前記中空製品が有底であって、前記微細パターンを転写する面を前記中空製品の内側底面とする場合、前記微細パターン原版を前記コアピン部の天面に載置して固定すればよい。

また、前記転写面の水平方向に射出する樹脂材料が当接する前記微細パターン原版の外周側面と前記微細パターン原版を固定する前記コアピン部先端の外周側面との２層で構成される外周側面は、前記微細パターン原版の転写面方向に向かって先細りとなるテーパ状の面取り部を有するようにしてもよい。

この構成によれば、前記ゲート部から流入した前記樹脂材料は、前記面取り部によって、前記転写面の水平方向にスムーズに案内され、前記タイムラグの短縮化を図ることができる。

本明細書の開示にかかる微細パターン成形方法は、射出成形によって、有底中空製品の内側底面に微細パターンを転写する微細パターン成形方法であって、
凹状のキャビティ部を形成したモールド本体の固定側本体と、凸状に形成され、天面に微細パターン原版を固定載置したモールド本体の可動側本体とを型締めし、前記キャビティ部と前記コアピン部との間で製品形成空間部を形成する工程と、
ホットランナー部によって、所定の樹脂材料を溶融状態で保持して射出する工程と、
前記製品形成空間部において、前記コアピン部に固定された微細パターン原版の転写面の水平方向端部に臨む位置に開口したゲート部から、前記溶融状態の樹脂材料が前記転写面の水平方向に向かって射出され、前記製品形成空間部に前記樹脂材料を供給する工程と、
前記供給された樹脂材料を冷却する工程と、
前記固定側本体から可動側本体を分離して型開きする工程と、
前記コアピン部によって前記製品形成空間部の形状に成形された製品を突き出しする工程と、を有し、
前記製品形成空間部に前記射出によって、前記転写面に対して、前記ゲート部が開口された一端側から前記転写面の対向端側まで前記樹脂材料の供給が終了するまで、前記コアピン部の温度を所定温度以下にならないように、温度調整することを特徴とする。

本明細書の開示にかかる微細パターン転写用モールド及び微細パターン成形方法によれば、高精細な微細パターンを内部に転写する中空製品を低コスト、高効率で、生産することができるという効果を奏する。

図１は、本明細書の開示にかかる微細パターン転写用モールドの側断面図であり、（Ａ）は型締め状態の側断面図、（Ｂ）は型開き状態の側断面図である。 図２は、ホットランナー部の側断面図である。 図３は、コアピン部の側面図である。 図４は、コアピン部の温度調整用流路の横断面側から見た型閉じ状態の微細パターン転写用モールドの側断面図であり、（Ａ）は側断面図全体図、（Ｂ）はコアピン部先端の部分拡大側断面図（Ｃ）はコアピン部下端の部分拡大側断面図である。 図５は、コアピン部の先端の部分拡大図であり、（Ａ）は微細パターン原版をコアピン部先端に溶接後、ビード落としのみをした場合の樹脂材料の流れを示した図、（Ｂ）は微細パターン原版及び溶接後、ビード落としとともにコアピン部先端を所定の角度でカットして面取り部を形成した場合の樹脂材料の流れを示した図である。 図６は、射出ノズル及びゲート部に所定の角度を設けた形態を示す模式図であり、（Ａ）は、ゲート部の開口方向から見た図、（Ｂ）は、射出ノズル及びゲート部の側断面の模式図である。 図７は、面取り部の傾斜角度と射出角度との関係を示した模式図である。 図８は、被転写面と被転写面以外とで肉厚を変えた製品形成空間部を示した模式的断面図である。 図９は、型締め状態で製品形成空間部に樹脂材料を射出する状態を示した部分拡大側断面図である。 図１０は、微細パターンの転写状態を示した部分拡大側断面図である。 図１１は、本明細書の開示にかかる微細パターン転写用モールドによって微細パターンの転写の工程を説明した図であり、（Ａ）は樹脂材料供給前の型開き状態の図、（Ｂ）は型締め状態の図、（Ｃ）はホットランナー部の射出ノズルから樹脂材料の射出を開始した状態を示した図、（Ｄ）は型締めによる圧縮状態を示した図、（Ｅ）は樹脂材料の射出を終了し、型開きした状態を示した図、（Ｆ）は微細パターンが転写され、一体成形された中空製品を突き出した状態を示した図である。 図１２は、微細パターン成形面の拡大写真であり、（Ａ）は、コアピン部の温度を８０℃とした場合の写真、（Ｂ）は、コアピン部の温度を９０℃とした場合の拡大顕微鏡写真である。

以下、図面を参照しながら、本明細書の開示を実施するための形態を説明する。先に説明した実施形態に対応する構成要素を後続の実施形態が有する場合には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態において構成の一部のみを説明している場合、当該構成の他の部分については先行して説明した実施形態の符号を使用する場合がある。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示していない場合でも、特に当該組み合わせに支障が生じなければ、各実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。さらに、以下で説明する実施形態は、例示であり、以下の実施形態に限定されるものではなく、本明細書の開示の趣旨を逸脱しない限り、種々変更することが可能である。

図１は、この明細書の開示にかかる微細パターン転写用モールドの実施形態として例示的に示した側断面図であり、（Ａ）は型締め状態の側断面図、（Ｂ）は型開き状態の側断面図である。微細パターン転写用モールドは、分離可能な固定側本体１０と可動側本体２０とから構成されている。以下、固定側本体１０と可動側本体２０とを分離させた状態を型開きといい、固定側本体１０と可動側本体２０とを連結させた状態を型締めという。本開示にかかる微細パターン転写用モールドは、型締め状態で、全体形状が立方体又は直方体を成す。

固定側本体１０は、固定側本体１０の主要部分となる固定側型板１１と、固定側断熱板１７を介して、図示しない成形機の固定盤に固定側型板１１を取り付ける固定側取付板１２とを有する。また、本実施形態では、固定側型板１１と固定側取付板１２との間にストリッパプレート１４が介在している。ストリッパプレート１４は、型開き時に、成形された製品から後述するスプルー、ランナーを自動的に切り離すためのものである。

固定側断熱板１７の中央には、前記成形機に、微細パターン転写用モールドを取り付ける際の位置決め部品となるロケートリング１８が取り付けられている。ロケートリング１８は、リング状に形成され、固定側断熱板１７及び固定側取付板１２に設けられた連通孔に対して厚さ方向に嵌設される。ロケートリング１８の前記リング状の形成された中央の開口部は、垂下に固定側取付板１２、ストリッパプレート１４及び固定側型板１１を貫通して設置されるホットランナー部１３に連接されている。ストリッパプレート１４及び固定側型板１１には、ホットランナー部１３を挟んで各々２本（従って合計４本）の固定側冷却水管１５が、ホットランナー部１３と直交する方向に並行して貫通している。

ホットランナー部１３のロケートリング１８と反対側の先端は、所定空間を有する固定側入れ子１６に接続されている。固定側入れ子１６は、前記連結する可動側本体２０に対向する連結面側が開口され、後述するキャビティ部が嵌装される。

なお、前記連結面縁部近傍には、可動側本体２０との前記連結の際に、高精度の位置決め調整を行うテーパブロック１９が配設されている。

可動側本体２０は、可動側本体２０の主要部であって、前記連結の際に、固定側型板１１に対向する可動側型板２１と、可動側断熱板２９を介して、図示しない成形機の可動盤に可動側型板２１を取り付ける可動側取付板２２とを有する。可動側型板２１と可動側取付板２２との間には、成形された製品を付勢力で突き出して取り出すための上段エジェクタプレート２５及び下段エジェクタプレート２６が介在する。上段エジェクタプレート２５及び下段エジェクタプレート２６の突き出しのための作動空間を確保するために、可動側型板２１と可動側取付板２２との両者間がスペーサブロック２７によって支持されている。

可動側型板２１から、上段エジェクタプレート２５及び下段エジェクタプレート２６の前記作動空間を介して、固定側入れ子１６の開口に対向する方向に開口側を向けて嵌装された可動側入れ子２８まで、コアピン部２３が貫通して立設されている。コアピン部２３の先端は、固定側本体１０に対向する連結面より突出している。この突出位置は、前記キャビティ部に嵌合する位置である。

なお、可動側型板２１には、コアピン部２３の前記立設方向に直交する方向に貫通する可動側冷却水管に外部から冷却水を流入するための可動側冷却水用ジョイント２４が設けられている。（可動側冷却水用ジョイント２４は、固定側冷却水管１５と同様の冷却水管に接続されており、固定側冷却水管１５も可動側冷却水用ジョイント２４と同様の冷却水用ジョイントに接続されている。

図２は、ホットランナー部１３の側断面図である。図示しない成形機から、溶融された樹脂材料が、スプルー１３Ａに供給される。前記樹脂材料は、図中の白抜き矢印方向に向かって流れ、ランナー１３Ｂに流入する。本実施の形態では、ランナーは１つであるが、たとえばスプルー１３Ａから分岐し、複数のランナーに分流するようにしてもよい。ランナー１３Ｂは、樹脂材料の流れに沿ってヒータＥが包囲する。ヒータ１３Ｅは、ランナー１３Ｂ内を流れる前記樹脂材料が温度低下によって固化することを防ぎ、所定の溶融状態を維持する。ランナー１３Ｂの先端方向には、ノズル１３Ｃが接続されている。ノズル１３Ｃの射出ノズル１３Ｄは、製品の成形領域に前記樹脂材料を射出する。なお、前記樹脂材料は、熱可塑性樹脂であれば、特に限定しないが、具体的には、シクロオレフィンポリマー、環状オレフィンポリマーなどが好適である。

立体製品は、平板な製品に比べて、流路が長く、複雑な形状であるため、成形途上で樹脂材料の温度が低下し、成形不良になるおそれがある。そこで、射出ノズル１３Ｄに到達するまで、ヒータ１３Ｅによって樹脂材料の温度低下を防ぐため、ホットランナー部１３が採用される。

図３は、コアピン部２３の側面図である。コアピン部２３は、図１で説明した通り、可動側取付板２２に立設される。コアピン部２３の下端は、基台２３Ｇを備える。突き出しスリーブ２３Ａを介して上端は、製品の成形後の良好な離型性を確保するために、複数の溝部２３Ｃを設けている。ただし、良好な離型性を確保できるのであれば、溝部２３Ｃの形態でなくてもよい。たとえば、表面を粗く加工するようにしてもよい。コアピン部２３の先端２３Ｅは、上面に微細パターン原版Ｆを載置し固定する。この固定手段は、たとえば、溶接によって固着すればよい。

図４（Ａ）は、コアピン部２３の温度調整用流路の横断面側から見た型閉じ状態の微細パターン転写用モールドの側断面図である。コアピン部２３は、外周側面に突き出しスリーブ２３Ａを有し、内部に、温度調整部２３Ｂを有する。突き出しスリーブ２３Ａは、コアピン部２３の先端周囲（コア部分）に成形された製品から、製品のフランジ部分などを押し上げてコアピン部２３から離型するためのものである。

図４（Ｂ）は、温度調整部２３Ｂを内包するコアピン部２３の先端の部分拡大側断面図であり、図４（Ｃ）は、コアピン部２３の下端の部分拡大側断面図である。コアピン部２３の下端は、温度調整部２３Ｂに対する温水の給排水を行う給排口２３Ｄを有する。温度調整部２３Ｂの内部空間は、長手方向中央に温水の供給管を有し、前記供給管の外部を排水管とする。図４（Ａ）の白抜き矢印で示す通り、外部（図中ＩＮ側）から取り込まれた温水は、図４（Ｃ）で示す通り、給排口２３Ｄから白抜き矢印Ｕの方向、すなわち、前記給水管内を温度調整部２３Ｂの先端方向に上昇する。上昇した温水は、温度調整部２３Ｂ上端開口から噴出し、コアピン部２３の先端温度を所定の温度に維持する。噴出した温水は、温度調整部２３Ｂの前記排水管に沿って白抜き矢印Ｄの方向に下降する。下降した温水は、図４（Ｃ）で示す通り、給排口２３Ｄから白抜き矢印Ｄの方向に排出され、図４（Ａ）の白抜き矢印で示す通り、外部（図中ＯＵＴ側）に排出される。

一般的なモールド（金型）の場合、コアの部分は、製品成形時の樹脂材料等の温度の影響により、蓄熱する。蓄熱したコアの部分の周囲は、樹脂が固化せず、成形不良が発生しやすくなる。したがって、通常、コアの部分は、前記蓄熱状態を解消させ、成形サイクルを短縮するために、冷却水によって冷却する。一方、本明細書で開示するコアピン部２３の先端は、中空製品の内面に微細パターンを転写する目的に使用されるものであり、前記一般的なモールドのように冷却すると、転写性が悪化し、たとえば微細パターンの凹部の角の転写不良などが生じる。もっとも、コアピン部２３の先端の温度を過度に上げれば、前記一般的にモールド同様、成形サイクルが長くなり、生産性を低下させるとともに、成形不良が生じる。そこで、コアピン部２３の内部を温度調整部２３Ｂとし、前記微細パターンによる良好な成形を実現するため、コアピン部２３の先端温度を所定の温度に維持することとした。なお、温度調整部２３Ｂによって維持されるべき所定の温度は、たとえば９０℃〜１００℃が好ましい。

図５は、コアピン部２３の先端２３Ｅの部分拡大図である。コアピン部２３の先端２３Ｅの外周側面は、微細パターン原版Ｆの外周側面と先端２３Ｅの外周側面の２層で構成されている。なお、微細パターン原版Ｆは、たとえば溶接などの接合手段による接合部Ｗによって先端２３Ｅ上に固定載置される。

図２で説明した射出ノズル１３Ｄから後述するゲート部を介して射出された樹脂材料は、図５（Ａ）で示す通り、図中の矢印Ｒ１のように、微細パターン原版Ｆの上面水平方向に直接向かうほか、前記２層の外周断面にぶつかって図中の矢印Ｒ２のように、下方に向かうものもある。

微細パターンＦから良好な転写を行うためには、樹脂材料の射出から微細パターンＦの転写面全体にできるだけ速く均一な樹脂材料が到達することが必要となる。したがって、射出された樹脂材料の流れから、前記矢印Ｒ２のような流れを微細パターンＦの転写面の水平方向に案内することが好ましい。

そこで、図５（Ｂ）で示す通り、前記２層で構成される外周側面を前記微細パターン原版Ｆの転写面の水平方向に向かって先細りとなるテーパ状にカットし、面取り部２３Ｆを形成すればよい。面取り部２３Ｆによって図中の矢印Ｒ１のほか、面取り部２３Ｆの斜面に当接する樹脂材料は、かかる斜面に案内されて矢印Ｒ３の方向に流れる。したがって、図５（Ａ）の場合に比べて、多くの樹脂材料が微細パターン原版Ｆの転写面側に流れ、より速く転写面全体に均一な樹脂材料が到達することになる。

図６は、射出ノズル１３Ｄ及びゲート部３Ａに所定の角度を設けた形態を示す模式図である。図６（Ａ）は、ゲート部３Ａの開口方向から見た図であり、図６（Ｂ）は、射出ノズル１３Ｄ及びゲート部３Ａの側断面の模式図である。本実施の形態では、微細パターン原版Ｆの転写面の水平方向端部側であって、前記転写面より上方にゲート部３Ａを開口し、射出ノズル１３Ｄ及びゲート部３Ａから直進して射出する樹脂材料Ｒが面取り部２３Ｆに当接するように、射出ノズル１３Ｄ及びゲート部３Ａを所定の角度に傾斜させている。

このように傾斜させることで、樹脂材料Ｒが、より効率よく迅速に前記転写面に供給される。さらに、ゲート部３Ａの開口が、製品形成空間部３側と射出ノズル１３Ｄ側とで、製品形成空間部３の厚さ方向に傾斜角度が形成されることにより、離型する際にかかるせん断力が、前記傾斜角度がない場合に比べて小さくなり、スムーズな成形品の取り出しが可能になる。

図７は、面取り部の傾斜角度と射出角度との関係を示した模式図である。テーパ状の面取り部２３Ｆの傾斜角度は、樹脂材料Ｒが面取り部２３Ｆに当接する射出方向に対して直交する角度よりも、微細パターン原版Ｆの転写面と水平となる方向側に傾斜した角度で形成させている。すなわち、ゲート部３Ａから所定の角度で傾斜させて面取り部２３Ｆに当接させた場合、樹脂材料Ｒの射出方向と面取り部２３Ｆが直交する場合（θ１）、樹脂材料Ｒを効果的に前記転写面にガイドすることができない。そこで、直交せず、かつ、微細パターン原版Ｆの転写面と水平となる方向側に傾斜した角度（θ２）で面取り部２３Ｆのカット面の角度を決定すればよい。傾斜の角度が緩やかになる分、樹脂材料Ｒは、前記転写面側に流れやすくなるためである。なお、たとえば、ゲート部３Ａの射出角度を３０度とした場合、面取り部２３Ｆのカット面の角度を６０度とすると、樹脂材料Ｒは、面取り部２３Ｆに対してほぼ直交する方向で当接ことになる。そこで、たとえば、面取り部２３Ｆのカット面の角度を１５度前後にすれば、面取り部２３Ｆは、前記転写面へのガイドとして効果的に機能する。一方、ゲート部３Ａの角度を４０度超に傾斜させると、前記直交を回避するためには、カット面の角度を５度前後にする必要がある。この場合ほとんどカット面を形成しない場合と同等になるため、前記ガイドとしての効果が得られない。従って、ゲート部３Ａの角度を３０度とし、面取り部２３Ｆのカット面の角度を１５度とするのが好適な角度設定と考えられる。

図８は、被転写面と被転写面以外とで肉厚を変えた製品形成空間部３を示した模式的断面図である。すなわち、製品形成空間部３の被転写面３Ｂ側の肉厚Ｔ１は、側面３Ｃ（被転写面以外）の肉厚Ｔ２よりも厚くしている。このように肉厚に差を設けることにより、製品形成空間部３内に射出された樹脂材料Ｒは、肉厚が厚い方に多く誘導されるため、被転写面への樹脂材料Ｒの供給を迅速に行うことができる。

図９は、型締め状態で製品形成空間部に樹脂材料を射出する状態を示した部分拡大側断面図であり、図１０は、微細パターンの転写状態を示した部分拡大側断面図である。

図１から図４で説明した通り、型締め状態のとき、コアピン部２３と固定側入れ子１６に嵌装されたキャビティ部１６Ａは、嵌合状態となって製品形成空間部３が形成される。製品形成空間部３は、図９で示す通り、前記コアピン部２３に固定された微細パターン原版Ｆの転写面の水平方向端部に臨む位置にゲート部３Ａが開口されている。ゲート部３Ａは、ホットランナー部１３の射出ノズル１３Ｄに直結され、製品形成空間部３の被転写面３Ｂのほか、側面３Ｃにも樹脂材料が供給される。

図１１は、本明細書の開示にかかる微細パターン転写用モールドによって微細パターンの転写の工程を説明した図である。図１１（Ａ）は、樹脂材料供給前の型開き状態の図である。この状態で、図示しない成形機の電源をＯＮとし、温度調整部２３Ｂの温度設定ほか、成形条件を入力する。次いで、成形サイクルがスタートし、図１１（Ｂ）で示す通り、可動側本体２０を固定側本体１０に移動させ型締め状態とする。このとき、凹状のキャビティ部１６Ａと凸状で先端に微細パターン原版Ｆを載置して固定したコアピン部２３とが嵌合し、両者の間で製品形成空間部３が形成される。

図１１（Ｃ）で示す通り、ホットランナー部１３のノズル１３Ｃの射出ノズル１３Ｄから溶融状態の樹脂材料Ｒが、ゲート部３Ａを介して製品形成空間部３に射出が開始される。このとき、コアピン部２３の温度調整部２３Ｂは、温水を供給され、微細パターン原版Ｆが固定されているコアピン部２３の先端２３Ｅが所定温度に維持され、前記溶融状態の樹脂材料が温度低下により固化することを防ぐことができる。温度調整部２３Ｂによる前記温度調整処理は、製品形成空間部３に前記射出によって樹脂材料の供給が終了するまで行われる。

図１１（Ｄ）は、さらに型締めによる圧縮状態を示した図である（図中の矢印方向にさらに圧力がかかる）。図１１（Ｃ）の状態から、図１１（Ｄ）の状態に移行するときに、キャビティ部１６Ａとコアピン部２３とが嵌合する隙間からガスが排出され、次第に製品形成空間部３の側面３Ｃにも樹脂材料が供給される。

なお、コアピン部２３に固定された微細パターン原版Ｆの転写面の水平方向端部に臨む位置に開口したゲート部３Ａから、前記溶融状態の樹脂材料が前記転写面の水平方向に向かって射出され、製品形成空間部３に前記樹脂材料を供給するため、効率よく樹脂材料が前記転写面上に供給される。

図１１（Ｄ）の工程の後、樹脂材料が製品形成部３全体に供給されると、樹脂材料の射出を終了し、冷却処理に入り、所定時間経過後、図１１（Ｅ）で示す通り、固定側本体１０から可動側本体２０を分離して型開きする。最後に、コアピン部２３の突き出しスリーブ２３Ａによって、製品形成空間部３内で、被転写面に微細パターン原版Ｆの微細パターンが転写され、成形された製品のフランジ部分を突き出して一体成形された中空製品を得ることができる。

なお、温度調整部２３Ｂによる前記温度調整処理は、たとえば、肉厚を０．３ｍｍから０．５ｍｍとする有底中空製品の底面に、少なくとも、深さ方向３μｍから４μｍの凹状の微細パターンを転写する場合、良好な転写を行うためには前記所定温度を９０℃〜１００℃とすることが好ましい。

図１２は、主にコアピン部の温度調整部の温度を変えて、有底中空製品の底面に微細パターンを転写した場合の微細パターン成形面の拡大写真である。（Ａ）は、コアピン部の温度を８０℃とした場合の写真、（Ｂ）は、コアピン部の温度を９０℃とした場合の写真である。なお、このときのホットマニホールド（ホットランナー部）の温度は３００℃である。

（Ａ）の場合、微細パターンは、浅くなり（２．７４１μｍ）、平面部（パターン間のピッチ部分の平面部）もかなり汚い。一方、（Ｂ）の場合、凹パターンの開口部の形状は、（Ａ）と比較して、ほぼ円形に形成され、さらにパターン間のピッチも明確に形成されている。なお、微細パターンの深さは、３．２４４μｍであった。

以上より、温度調整部によって、コアピン部の先端に固定された微細パターン原版の温度低下を防ぎ、所定温度で維持することによって、中空製品の内側に良好なパターン転写を行って一体成形が可能になった。

１０ 固定側本体
１１ 固定側型板
１２ 固定側取付板
１３ ホットランナー部
１３Ａ スプルー
１３Ｂ ランナー
１３Ｃ ノズル
１３Ｄ 射出ノズル
１３Ｅ ヒータ
１４ ストリッパプレート
１５ 固定側冷却水管
１６ 固定側入れ子
１６Ａ キャビティ部
１７ 固定側断熱板
１８ ロケートリング
１９ テーパブロック
２０ 可動側本体
２１ 可動側型板
２２ 可動側取付板
２３ コアピン部
２４ 可動側冷却水用ジョイント
２５ 上段エジェクタプレート
２６ 下段エジェクタプレート
２７ スペーサブロック
２８ 可動側入れ子
２９ 可動側断熱板
３ 製品形成空間部
３Ａ ゲート部
３Ｂ 被転写面
Ｆ 微細パターン原版

Claims (9)

1. 射出成形によって、中空製品の内面に微細パターンを転写する微細パターン転写用モールドであって、
   固定側本体と可動側本体とに分離可能なモールド本体と、
   前記可動側本体と連結する固定側本体連結面に、凹状に形成されたキャビティ部と、
   前記固定側本体連結面に対向する可動側本体連結面であって前記キャビティ部に対向する位置に、凸状に形成され、所定の位置に前記転写する微細パターン原版を固定したコアピン部と、
   前記コアピン部の前記微細パターン原版を固定した箇所の温度が所定温度より低下しないように、前記コアピン部の内部に設けた温度調整部と、
   前記固定側本体と前記可動側本体との型締めによって前記キャビティ部と前記コアピン部との間で形成する製品形成空間部と、
   前記製品形成空間部において、前記コアピン部に固定された微細パターン原版の転写面の水平方向端部側に臨む位置に開口したゲート部と、
   前記固定側本体内に所定の樹脂材料の流路を形成し、前記流路を加熱することにより、前記樹脂材料を所定温度の溶融状態に保持したままで前記ゲート部に直結する射出ノズルを備えたホットランナー部と、を有し、
   前記射出ノズルから前記ゲート部を介して前記溶融状態の樹脂材料を前記転写面方向に射出して前記製品形成空間部で前記中空製品を一体成形する微細パターン転写用モールド。
2. 前記中空製品が有底であって、前記微細パターンの被転写面を前記中空製品の内側底面とするために、前記微細パターン原版を前記コアピン部の天面に載置して固定した請求項１記載の微細パターン転写用モールド。
3. 前記温度調整部の前記所定温度が９０℃〜１００℃である請求項１又は請求項２記載の微細パターン転写用モールド。
4. 前記転写面方向に射出する前記樹脂材料が当接する前記微細パターン原版の外周側面と前記微細パターン原版を固定する前記コアピン部先端の外周側面との２層で構成される外周側面は、前記微細パターン原版の転写面方向に向かって先細りとなるテーパ状の面取り部を有する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の微細パターン転写用モールド。
5. 前記ゲート部を水平方向端部側であって前記微細パターン原版の転写面より上方に開口し、前記射出ノズル及びゲート部から直進して射出する前記樹脂材料が前記テーパ状の面取り部に当接するように、前記射出ノズル及びゲート部を所定の角度に傾斜した請求項４記載の微細パターン転写用モールド。
6. 前記テーパ状の面取り部の傾斜角度は、前記樹脂材料が前記当接する射出方向に対して直交する角度よりも、前記微細パターン原版の転写面と水平となる方向側に傾斜した角度で形成した請求項５記載の微細パターン転写用モールド。
7. 前記製品形成空間部の被転写面側の肉厚を被転写面側以外の肉厚よりも厚くした請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の微細パターン転写用モールド。
8. 射出成形によって、有底中空製品の内側底面に微細パターンを転写する微細パターン成形方法であって、
   凹状のキャビティ部を形成したモールド本体の固定側本体と、凸状に形成され、天面に微細パターン原版を固定載置したモールド本体の可動側本体とを型締めし、前記キャビティ部とコアピン部との間で製品形成空間部を形成する工程と、
   ホットランナー部によって、所定の樹脂材料を溶融状態に保持して射出する工程と、
   前記製品形成空間部において、前記コアピン部に固定された微細パターン原版の転写面の水平方向端部に臨む位置に開口したゲート部から、前記溶融状態の樹脂材料が前記転写面の水平方向に向かって射出され、前記製品形成空間部に前記樹脂材料を供給する工程と、
   前記供給された樹脂材料を冷却する工程と、
   前記固定側本体から可動側本体を分離して型開きする工程と、
   前記コアピン部によって前記製品形成空間部の形状に成形された製品を突き出しする工程と、を有し、
   前記製品形成空間部に前記射出によって、前記転写面に対して、前記ゲート部が開口された一端側から前記転写面の対向端側まで前記樹脂材料の供給が終了するまで、前記コアピン部の温度を所定温度以下にならないように、温度調整する微細パターン成形方法。
9. 肉厚を０．３ｍｍから０．５ｍｍとする前記有底中空製品の底面に、少なくとも、深さ方向３μｍから４μｍの凹状の微細パターンを転写するために、前記所定温度を９０℃〜１００℃とする請求項８記載の微細パターン成形方法。
   

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