JPWO2008053732A1 - Mold for molding and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
成形サイクルタイムの短縮と金型から樹脂への転写性の向上とを両立しながらも、金型への微細形状の形成にあたって加工バラツキを防止する。上記課題を解決するため、本発明に係る成形用金型１は、樹脂材料からなる微細構造を形成した部材を射出成形で成形するための成形用金型であって、金型本体２と、金型本体２上に形成された断熱層４と、微細構造の形状を実質的に形成するための層であって断熱層４を介して金型本体２上に形成された表面層３とを有し、表面層３は転写加工によって形成されている。While reducing the molding cycle time and improving the transferability from the mold to the resin, it prevents processing variations in forming a fine shape on the mold. In order to solve the above problems, a molding die 1 according to the present invention is a molding die for molding a member formed with a fine structure made of a resin material by injection molding, and includes a mold body 2 and A heat insulating layer 4 formed on the mold body 2 and a surface layer 3 which is a layer for substantially forming the shape of the fine structure and is formed on the mold body 2 through the heat insulating layer 4. And the surface layer 3 is formed by transfer processing.
Description
本発明は樹脂成型品を形成するのに用いる成形用金型及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a molding die used for forming a resin molded product and a method for manufacturing the same.
幅及び深さが１〜１０００μｍと非常に微細な流路を有する、有機化合物や生体試料の分析等に用いられるマイクロチップや、数十ｎｍオーダーの微細な段差構造を有する回折光学素子等は、樹脂を射出成形して形成された樹脂成型品で構成されることがあり、その成形には金型が使用されている（特許文献１，２参照）。 A microchip used for analysis of organic compounds and biological samples having a very fine channel with a width and depth of 1-1000 μm, a diffractive optical element having a fine step structure on the order of several tens of nm, etc. In some cases, a resin molded product formed by injection molding of resin is used, and a mold is used for the molding (see Patent Documents 1 and 2).
特に特許文献１に開示された技術では、金型（１）の内部に温調媒体を通過させる温調媒体通路（６）を設けるとともに、当該温調媒体の金型への流入・流出口近傍に温調媒体を急速に加熱する電磁誘導加熱用のコイル（４）を設け、当該コイルの作用で温調媒体を加熱・冷却制御することで、ヒートサイクル成形における成形サイクルタイムの短縮を図っている（段落番号0008〜0014，図１，図２参照）。しかし、この手法では、熱容量の大きな金型を加熱・冷却する必要があるため、温調器（２）やそれに付随する部材（ホース３，１８等）、コントローラー（１９）といった部材が必須で大掛かりなシステム構成となるばかりでなく、成形サイクル内で強制加熱／強制冷却を行うため、成形サイクルタイムの短縮にも限界がある。 In particular, in the technique disclosed in Patent Document 1, a temperature adjustment medium passage (6) for allowing a temperature adjustment medium to pass therethrough is provided inside the mold (1), and the vicinity of the inlet / outlet of the temperature adjustment medium to the mold is provided. Is provided with a coil (4) for electromagnetic induction heating that rapidly heats the temperature control medium, and the temperature control medium is controlled by heating and cooling by the action of the coil to shorten the molding cycle time in heat cycle molding. (See paragraph numbers 0008 to 0014, FIGS. 1 and 2). However, in this method, it is necessary to heat and cool the mold having a large heat capacity, so the temperature controller (2), the accompanying members (such as hoses 3, 18), and the controller (19) are essential and large. In addition to a simple system configuration, there is a limit to shortening the molding cycle time because forced heating / forced cooling is performed in the molding cycle.
これに対し、特許文献２に開示された技術は、金型の内部にジルコニア等で構成された断熱層（１）を形成して金型に接した樹脂の温度を高温に保つという簡単な構成となっており（段落番号0022〜0034，0046，図１〜図４参照）、当該構成の最適化により、成形サイクルタイムの短縮を図りながら、金型から樹脂への微細形状の転写性を向上させることができるようになっている。
しかしながら、特許文献２に開示された金型（断熱構造を有した金型）では、それに形成された微細形状が高精度で樹脂に転写されるものの、金型そのものに直接的に切削加工を施して表面加工層（２）を設けるという構成を有しているため、例えば、多数の樹脂成型品を同時に成形可能な金型（多数個取りの金型）であって複数の同一微細形状を有するものは、１つの金型に複数の同一微細形状を形成する際に各形成過程で加工バラツキを生じる可能性がある。 However, in the mold disclosed in Patent Document 2 (mold having a heat insulating structure), although the fine shape formed on the mold is transferred to the resin with high accuracy, the mold itself is directly cut. The surface processed layer (2) is provided, so that, for example, it is a mold (multi-cavity mold) capable of simultaneously molding a large number of resin molded products and has a plurality of identical fine shapes. When forming a plurality of identical fine shapes on one mold, there is a possibility that processing variations occur in each forming process.
本発明の目的は、成形サイクルタイムの短縮と金型から樹脂への転写性の向上とを両立しながらも、金型への微細形状の形成にあたって加工バラツキを防止することである。 An object of the present invention is to prevent processing variations in forming a fine shape on a mold while simultaneously reducing the molding cycle time and improving the transferability from the mold to the resin.
上記課題を解決するため第１の発明は、
樹脂材料からなる微細構造を形成した部材を射出成形で成形するための成形用金型であって、
金型本体と、
前記金型本体上に形成された断熱層と、
微細構造の形状を実質的に形成するための層であって前記断熱層を介して前記金型本体上に形成された表面層とを有し、
前記表面層は転写加工によって形成されていることを特徴としている。In order to solve the above problems, the first invention
A molding die for molding a member formed with a fine structure made of a resin material by injection molding,
Mold body,
A heat insulating layer formed on the mold body;
A layer for substantially forming the shape of the microstructure, and having a surface layer formed on the mold body through the heat insulating layer,
The surface layer is formed by transfer processing.
上記第１の発明においては、
前記転写加工が電鋳加工であるのが好ましい。In the first invention,
The transfer process is preferably an electroforming process.
上記第１の発明においては、前記表面層はニッケル、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−コバルト−リン合金又は銅で構成されているのが好ましい。 In the first invention, the surface layer is preferably made of nickel, a nickel-cobalt alloy, a nickel-cobalt-phosphorus alloy, or copper.
上記第１の発明においては、前記表面層は前記断熱層上に０．０５〜１．０ｍｍの範囲の厚みで形成されているのが好ましい。 In the said 1st invention, it is preferable that the said surface layer is formed in the thickness of the range of 0.05-1.0 mm on the said heat insulation layer.
上記第１の発明においては、前記断熱層は前記表面層に対して溶射法により形成されているのが好ましい。 In the first invention, the heat insulating layer is preferably formed on the surface layer by a thermal spraying method.
上記第１の発明においては、前記断熱層の厚みが０．１〜２．０ｍｍであるのが好ましい。 In the said 1st invention, it is preferable that the thickness of the said heat insulation layer is 0.1-2.0 mm.
上記第１の発明においては、前記断熱層の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるのが好ましい。 In the said 1st invention, it is preferable that the heat conductivity of the said heat insulation layer is 10 W / m * K or less.
上記第１の発明においては、前記断熱層はセラミック系材料、チタン合金又はサーメットで構成されているのが好ましい。 In the first invention, the heat insulating layer is preferably made of a ceramic material, a titanium alloy, or cermet.
上記第１の発明においては、前記断熱層と前記表面層との間にはニッケル−クロム系材料からなる中間層が設けられているのが好ましい。 In the first aspect of the invention, it is preferable that an intermediate layer made of a nickel-chromium-based material is provided between the heat insulating layer and the surface layer.
上記第１の発明においては、前記断熱層と前記金型本体との間には、アルミ系合金、コバルト系合金、ニッケル系合金、モリブデン系合金、銅系合金、チタン系合金、タングステン系合金又はサーメットからなる金属層が設けられているのが好ましい。 In the first invention, an aluminum alloy, a cobalt alloy, a nickel alloy, a molybdenum alloy, a copper alloy, a titanium alloy, a tungsten alloy, or the like is provided between the heat insulating layer and the mold body. A metal layer made of cermet is preferably provided.
上記第１の発明においては、前記表面層には幅及び深さ、又は幅及び高さが０．１μｍ〜１ｍｍの範囲の微細形状が形成されているのが好ましい。 In the first aspect, it is preferable that the surface layer has a width and depth, or a fine shape having a width and height in the range of 0.1 μm to 1 mm.
上記第１の発明においては、前記表面層には、マイクロチップに形成される幅及び深さが１〜１０００μｍの範囲の微細流路に対応する凸部が形成されているのが好ましい。 In the first aspect of the invention, it is preferable that the surface layer is provided with a convex portion corresponding to a fine channel having a width and a depth of 1 to 1000 μm formed in the microchip.
第２の発明は、
樹脂材料からなる微細構造を形成した部材を射出成形で成形するための成形用金型であって、金型本体と、前記金型本体上に形成された断熱層と、微細構造の形状を実質的に形成するための層であって前記断熱層を介して前記金型本体上に形成された表面層とを有するものの製造方法において、
転写型マスターに微細構造素子形状を切削加工する第一工程と、
前記転写型マスター上に前記表面層を転写加工で形成する第二工程と、
前記表面層上に前記断熱層を形成する第三工程と、
前記転写型マスター上から前記表面層及び前記断熱層を離型する第四工程と、
を有することを特徴としている。The second invention is
A molding die for molding a member formed with a fine structure made of a resin material by injection molding, wherein the mold body, a heat insulating layer formed on the mold body, and the shape of the microstructure are substantially In the manufacturing method of what has a surface layer formed on the metallic mold main body through the heat insulation layer, in order to form
A first step of cutting the microstructure element shape on the transfer master,
A second step of forming the surface layer on the transfer master by transfer processing;
A third step of forming the heat insulating layer on the surface layer;
A fourth step of releasing the surface layer and the heat insulating layer from the transfer mold master;
It is characterized by having.
上記第２の発明においては、前記第一工程では、前記転写型マスターの表面に無電解ニッケルメッキ加工を施した後に切削加工するのが好ましい。 In the second aspect, it is preferable that in the first step, the surface of the transfer mold master is subjected to electroless nickel plating and then cut.
上記第２の発明においては、前記第二工程では、前記転写型マスター上に酸化皮膜を形成する工程を含むのが好ましい。 In the second aspect, it is preferable that the second step includes a step of forming an oxide film on the transfer master.
上記第２の発明においては、前記第二工程では、前記表面層上にブラスト処理を施すのが好ましい。 In said 2nd invention, it is preferable to perform a blast process on the said surface layer in said 2nd process.
上記第２の発明においては、前記第二工程と前記第三工程との間で、ニッケル−クロム系材料からなる中間層を形成するのが好ましい。 In the second aspect, it is preferable to form an intermediate layer made of a nickel-chromium-based material between the second step and the third step.
上記第２の発明においては、前記第三工程では、前記断熱層を形成した後に、アルミ系合金、コバルト系合金、ニッケル系合金、モリブデン系合金、銅系合金、チタン系合金、タングステン系合金又はサーメットからなる金属層を設けるのが好ましい。 In the second invention, in the third step, after forming the heat insulating layer, an aluminum alloy, a cobalt alloy, a nickel alloy, a molybdenum alloy, a copper alloy, a titanium alloy, a tungsten alloy, or It is preferable to provide a metal layer made of cermet.
上記第２の発明においては、前記第三工程では、前記表面層の一部をマスクして前記断熱層を形成するのが好ましい。 In the second aspect, it is preferable that in the third step, the heat insulation layer is formed by masking a part of the surface layer.
第１，第２の発明によれば、成形サイクルタイムの短縮と金型から樹脂への転写性の向上とを両立しながらも、金型への微細形状の形成にあたって加工バラツキを防止することができる。 According to the first and second inventions, it is possible to prevent variations in processing in forming a fine shape on a mold while simultaneously reducing the molding cycle time and improving transferability from the mold to the resin. it can.
１，３０ 成形用金型
２ 金型本体
３ 表面層
３ａ 凸部
４ 断熱層
１０ マスター
１１ マスターブランク
１２ メッキ層
１３ 流路部
２０ 第１の電鋳加工体
２１ マスク部材
２２ 第２の電鋳加工体
２３ 溶射体
３１ 固定部材DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,30 Mold 2 Mold body 3 Surface layer 3a Convex part 4 Heat insulation layer 10 Master 11 Master blank 12 Plating layer 13 Flow path part 20 1st electroforming processed body 21 Mask member 22 2nd electroforming process Body 23 Thermal spray body 31 Fixing member
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲は以下の実施形態及び図示例に限定されるものではない。
［第１の実施形態］
始めに、図１を参照しながら本発明に係る「成形用金型（１）」の概略構成について説明する。The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for carrying out the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
[First Embodiment]
First, a schematic configuration of the “molding die (1)” according to the present invention will be described with reference to FIG.
成形用金型１は樹脂材料からなる微細構造を形成した部材（樹脂成型品）を射出成形で成形するための金型であり、マイクロチップや光学素子等の樹脂成型品を形成する際に好適に用いられるものである。成形用金型１は、外観が略直方体状を呈しかつ鋼等の金属材料で構成された金型本体２（ベース金型）を有しており、金型本体２上には表面層３と断熱層４とが形成されている。 The molding die 1 is a die for molding a member (resin molded product) having a fine structure made of a resin material by injection molding, and is suitable for forming a resin molded product such as a microchip or an optical element. It is used for. The molding die 1 has a mold body 2 (base mold) that has a substantially rectangular parallelepiped appearance and is made of a metal material such as steel. On the mold body 2, a surface layer 3 and A heat insulating layer 4 is formed.
表面層３は微細構造の形状を実質的に形成するための層であり、後述の転写加工により形成されている。表面層３は、断熱層４を介して金型本体２上に形成されており、断熱層４上に０．０５〜１．０ｍｍの範囲の厚みで形成されている。表面層３はニッケル，ニッケル−コバルト合金，ニッケル−コバルト−リン合金，銅等で構成されており、表面層３上には凸部３ａが形成されている。 The surface layer 3 is a layer for substantially forming the shape of the fine structure, and is formed by a transfer process described later. The surface layer 3 is formed on the mold body 2 via the heat insulating layer 4, and is formed on the heat insulating layer 4 with a thickness in the range of 0.05 to 1.0 mm. The surface layer 3 is made of nickel, a nickel-cobalt alloy, a nickel-cobalt-phosphorus alloy, copper, or the like, and a convex portion 3 a is formed on the surface layer 3.
凸部３ａは樹脂成型品に形成される微細構造の凹部に対応するもので、幅及び深さ、又は幅及び高さが０．１〜１ｍｍの範囲の微細形状を呈している。凸部３ａは幅及び高さが１〜１０００μｍの範囲の微細流路状を呈していてもよく、この場合、当該成形用金型１から成形されるマイクロチップや光学素子等の樹脂成型品には幅及び深さが１〜１０００μｍの範囲の微細流路を形成することができる。 The convex portion 3a corresponds to a concave portion having a fine structure formed in a resin molded product, and has a fine shape having a width and depth, or a width and height in the range of 0.1 to 1 mm. The convex portion 3a may have a fine channel shape with a width and height in the range of 1 to 1000 μm. In this case, the convex portion 3a is formed on a resin molded product such as a microchip or an optical element molded from the molding die 1. Can form a fine channel having a width and a depth of 1 to 1000 μm.
断熱層４は表面層３の表面に射出された樹脂の熱が金型本体２の全体にゆきわたるのを防止する機能を有しており、樹脂の射出を受けた部位とその近傍とに熱を保持するようになっている。断熱層４はセラミック系材料，チタン合金，サーメット等の材料で構成されており、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有している。断熱層４は表面層３に対して後述の溶射法により形成されており、厚みが０．１〜２．０ｍｍとなっている。 The heat insulating layer 4 has a function of preventing the heat of the resin injected to the surface of the surface layer 3 from spreading over the entire mold body 2, and heat is applied to the portion where the resin is injected and its vicinity. It comes to hold. The heat insulating layer 4 is made of a material such as a ceramic material, a titanium alloy, or cermet, and has a thermal conductivity of 10 W / m · K or less. The heat insulating layer 4 is formed on the surface layer 3 by a thermal spraying method described later, and has a thickness of 0.1 to 2.0 mm.
続いて、図２を参照しながら本発明に係る「成形用金型の製造方法」について説明する。 Next, a “method for manufacturing a molding die” according to the present invention will be described with reference to FIG.
成形用金型１の製造の前提として、図２に示すマスター１０を使用するようになっている。転写型マスターとしてのマスター１０は成形用金型１の母体となるもので、その外周に沿って溝を有するマスターブランク１１に対しＮｉ−Ｐメッキ加工が施されてメッキ層１２が形成されたものである。 A master 10 shown in FIG. 2 is used as a premise for manufacturing the molding die 1. A master 10 as a transfer mold master is a base of the molding die 1 and is obtained by forming a plating layer 12 by applying Ni-P plating to a master blank 11 having grooves along its outer periphery. It is.
実際の成形用金型１の製造では、始めに、図２（ａ）に示す通りにメッキ層１２の上面に微細構造素子形状の切削加工を施し、樹脂成型品の微細流路等の凹部に相当する流路部１３を形成する（第一工程）。 In the actual manufacturing of the mold 1, first, as shown in FIG. 2A, the top surface of the plated layer 12 is cut into a fine structure element shape, and the concave portion such as a fine flow path of the resin molded product is formed. Corresponding flow path portion 13 is formed (first step).
なお、マスター１０においては、メッキ層１２は必ずしも必須ではないが、特に材質の均質性の観点では当該メッキ層１２が形成されているのが好ましい。上記第一工程では、マスターブランク１１上に（メッキ層１２を形成せずに）無電解Ｎｉメッキ加工を施してその後に切削加工を行ってもよく、この場合切削性、硬度の観点で更に好ましい。 In the master 10, the plating layer 12 is not necessarily essential, but it is preferable that the plating layer 12 is formed particularly from the viewpoint of the homogeneity of the material. In the first step, electroless Ni plating may be performed on the master blank 11 (without forming the plating layer 12), and then cutting may be performed. In this case, it is more preferable from the viewpoint of machinability and hardness. .
その後、金型本体２との離型性を向上させるため、マスター１０の上面に酸化皮膜（図示略）を形成し、その後に当該酸化皮膜の上部に電鋳加工を施してニッケル，ニッケル−コバルト合金，ニッケル−コバルト−リン合金，銅等で構成された肉厚の第１の電鋳加工体２０を形成する。第１の電鋳加工体２０の形成では、電鋳加工を施さなくてもよく、例えば無電解Ｎｉメッキ加工等の他の転写加工を施してもよい。 Thereafter, in order to improve releasability from the mold body 2, an oxide film (not shown) is formed on the upper surface of the master 10, and then electroforming is performed on the upper part of the oxide film to obtain nickel, nickel-cobalt. A thick first electroformed body 20 made of an alloy, nickel-cobalt-phosphorus alloy, copper, or the like is formed. In the formation of the first electroformed workpiece 20, electroforming may not be performed, and other transfer processing such as electroless Ni plating may be performed.
ここで電鋳加工とは、マスター１０の表面に電気メッキ法によりニッケル，ニッケル−コバルト合金，ニッケル−コバルト−リン合金，銅等の金属を析出させた後、この金属をマスター１０から剥離して製品とする技術であり、当該電鋳加工ではマスター１０の形状を忠実かつ正確に転写することができる。 Here, the electroforming is performed by depositing a metal such as nickel, nickel-cobalt alloy, nickel-cobalt-phosphorus alloy, or copper on the surface of the master 10 by electroplating, and then peeling the metal from the master 10. This is a product technology, and in the electroforming, the shape of the master 10 can be faithfully and accurately transferred.
その後、図２（ｂ）に示す通り、第１の電鋳加工体２０を研削加工して、第１の電鋳加工体２０の肉厚を０．０５〜１．０ｍｍ程度まで薄くしながらその上面を平面にする。当該第１の電鋳加工体２０は表面層３に相当するもので、当該第１の電鋳加工体２０を形成する工程が第二工程に相当する。 Thereafter, as shown in FIG. 2 (b), the first electroformed workpiece 20 is ground to reduce the thickness of the first electroformed workpiece 20 to about 0.05 to 1.0 mm. Make the top surface flat. The first electroformed workpiece 20 corresponds to the surface layer 3, and the step of forming the first electroformed workpiece 20 corresponds to the second step.
その後、図２（ｃ）に示す通り、第１の電鋳加工体２０の上部であって断熱層４を形成しようとする部位以外の部位に対しマスク部材２１をマスキングし、そのマスク部材２１で囲まれた部位にセラミック系材料，チタン合金，サーメット等の材料を一定の厚みになるまで溶射して断熱層４を形成する（第三工程）。 Thereafter, as shown in FIG. 2 (c), the mask member 21 is masked with respect to a portion other than the portion where the heat insulating layer 4 is to be formed above the first electroformed workpiece 20. A thermal insulation layer 4 is formed by spraying a material such as a ceramic material, a titanium alloy, or cermet to a certain thickness in the enclosed portion (third step).
なお、当該第三工程では、断熱層４の形成は溶射に限らず、セラミック系材料，チタン合金，サーメット等の材料を第１の電鋳加工体２０上に接着等することで行ってもよい。また、マスク部材２１のマスキングは必ずしも必須ではなく、マスク部材２１の当該マスキング範囲は、最終的な成形用金型１の外形に対して０．１〜２ｍｍの範囲内で内側に配置されるのが好ましい。係る範囲はその後の第２の電鋳加工体２２の形成（再電鋳加工，厚肉電鋳での抱え込み）を想定してのものであり、最終的な成形用金型１の外形に対して０．１ｍｍ内側にマスキングをするということは、側面の電鋳層厚みが０．１ｍｍと同義となるが、これを下回ると破損の可能性があり、上限は断熱層４としての断熱効果を効果的に作用させるためのものである。 In the third step, the formation of the heat insulating layer 4 is not limited to thermal spraying, but may be performed by adhering a material such as a ceramic material, a titanium alloy, or cermet on the first electroformed body 20. . Further, the masking of the mask member 21 is not necessarily required, and the masking range of the mask member 21 is arranged on the inner side within a range of 0.1 to 2 mm with respect to the outer shape of the final molding die 1. Is preferred. This range assumes the subsequent formation of the second electroformed body 22 (re-electroforming, holding by thick-walled electroforming), and is based on the final shape of the molding die 1 Masking 0.1 mm inside means that the thickness of the electroformed layer on the side surface is synonymous with 0.1 mm, but if it is less than this, there is a possibility of breakage, and the upper limit is the heat insulating effect as the heat insulating layer 4. It is for making it act effectively.
その後、マスク部材２１を除去するとともに、断熱層４の上面に導電膜（図示略）を形成して導電性を付与する。当該導電膜はＮｉ−Ｐメッキ加工を施して形成したものであってもよいし、金属材料を溶射して形成したものであってもよい。 Thereafter, the mask member 21 is removed, and a conductive film (not shown) is formed on the upper surface of the heat insulating layer 4 to impart conductivity. The conductive film may be formed by performing Ni-P plating, or may be formed by spraying a metal material.
その後、図２（ｄ）に示す通り、断熱層４と第１の電鋳加工体２０との上部に再度電鋳加工を施し、第１の電鋳加工体２０との間に断熱層４を包み込むようにして肉厚の第２の電鋳加工体２２を形成し、これらを一体とする。当該第２の電鋳加工体２２は金型本体２に相当するものである。 Thereafter, as shown in FIG. 2 (d), the upper part of the heat insulating layer 4 and the first electroformed body 20 is subjected to electroforming again, and the heat insulating layer 4 is interposed between the first electroformed body 20. A thick second electroformed workpiece 22 is formed so as to be wrapped, and these are integrated. The second electroformed body 22 corresponds to the mold body 2.
その後、第１，第２の電鋳加工体２０，２２の一体物とマスター１０とを離型しない状態で、図２（ｅ）中矢印Ａに示す通り、当該一体物の外形を追込み加工してその側面がマスター１０（メッキ層１２）の側面に一致するまで当該一体物の側部を除去する。その結果、金型本体２と表面層３とを形成することができる。 After that, in a state where the integrated body of the first and second electroformed workpieces 20 and 22 and the master 10 are not separated from each other, as shown by an arrow A in FIG. The side portions of the integrated body are removed until the side surface thereof coincides with the side surface of the master 10 (plating layer 12). As a result, the mold body 2 and the surface layer 3 can be formed.
その後、図２（ｅ）中矢印Ｂに示す通り、マスター１０から金型本体２、表面層３及び断熱層４を離型し（第四工程）、表面層３の下面（転写面）とマスター１０のメッキ層１２の上面とに介在させた上記酸化皮膜を除去する。その結果、マスター１０の流路部１３に対応した凸部３ａが形成された表面層３と断熱層４とを具備した成形用金型１を製造することができる。 Thereafter, as shown by an arrow B in FIG. 2 (e), the mold body 2, the surface layer 3 and the heat insulating layer 4 are released from the master 10 (fourth step), and the lower surface (transfer surface) of the surface layer 3 and the master. The oxide film interposed between the upper surface of the 10 plating layers 12 is removed. As a result, the molding die 1 having the surface layer 3 and the heat insulating layer 4 on which the convex portions 3a corresponding to the flow path portions 13 of the master 10 are formed can be manufactured.
以上の本実施形態では、金型本体２の内部に断熱層４が形成されているから、樹脂の射出成型時において成形用金型１の温度を大幅に変動させる必要がなく、その分だけ成形サイクルタイムの短縮を図ることができる。その一方で、凸部３ａとその近傍との温度も高温に保持され、成形用金型１から樹脂への転写性の向上を図ることができる。 In the above embodiment, since the heat insulating layer 4 is formed inside the mold body 2, it is not necessary to greatly change the temperature of the molding mold 1 at the time of resin injection molding. The cycle time can be shortened. On the other hand, the temperature of the convex portion 3a and the vicinity thereof is also maintained at a high temperature, and the transferability from the molding die 1 to the resin can be improved.
更に、金型本体２の凸部３ａの形成に際して、当該凸部３ａが切削加工ではなくマスター１０に対し転写加工が施されて形成されているから、１つのマスター１０から複数の同一微細形状を形成する１つの成形用金型１を作製する場合に表面層３への微細形状の形成にあたって加工バラツキが生じるのを防止することができるし、１つのマスター１０から同一形状を呈した複数の成形用金型１を作製する場合も各成形用金型１同士で加工バラツキが生じるのを防止することができる。以上から、成形サイクルタイムの短縮と金型から樹脂への転写性の向上とを両立しながらも、金型への微細形状の形成にあたって加工バラツキを防止することができる。 Furthermore, when forming the convex portion 3a of the mold body 2, the convex portion 3a is formed by performing transfer processing on the master 10 instead of cutting, so that a plurality of identical fine shapes can be formed from one master 10. When producing one molding die 1 to be formed, it is possible to prevent variations in processing in forming a fine shape on the surface layer 3, and a plurality of moldings having the same shape from one master 10. Also in the case of producing the mold 1, it is possible to prevent processing variations between the molding dies 1. From the above, it is possible to prevent variations in processing when forming a fine shape on the mold while simultaneously reducing the molding cycle time and improving the transferability from the mold to the resin.
なお、微細流路を有するマイクロチップや微細構造を有するレンズ，プリズム等の光学素子においては、微細形状の転写性もさることながら、各部品間の形状バラツキを抑えることが必須となるため、本発明に係る成形用金型１（第２の実施形態に係る成形用金型３０を含む。）及びその製造方法は非常に有効である。
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る成形用金型（３０）及びその製造方法は下記の点で第１の実施形態と異なっており、それ以外は第１の実施形態と同様となっている。For optical elements such as microchips with fine channels and lenses and prisms with fine structures, it is essential to suppress the variation in shape between parts, as well as transferability of fine shapes. The molding die 1 (including the molding die 30 according to the second embodiment) and the manufacturing method thereof according to the invention are very effective.
[Second Embodiment]
The molding die (30) according to the second embodiment and the manufacturing method thereof are different from those of the first embodiment in the following points, and are otherwise the same as those of the first embodiment.
図３に示す通り、成形用金型３０では、断熱層４が金型本体２上で面一に形成されており、金型本体２の上部を覆っている。 As shown in FIG. 3, in the molding die 30, the heat insulating layer 4 is formed flush with the mold body 2 and covers the upper part of the mold body 2.
当該成形用金型３０の製造方法では、始めに、図４（ａ），（ｂ）に示す通りに第一工程，第二工程の各処理を施してマスター１０に対し表面層３に相当する第１の電鋳加工体２０を形成する。 In the manufacturing method of the molding die 30, first, as shown in FIGS. 4A and 4B, the first process and the second process are performed to correspond to the surface layer 3 with respect to the master 10. A first electroformed workpiece 20 is formed.
第三工程では、図４（ｃ）に示す通り、単に（マスキングせずに）セラミック系材料，チタン合金，サーメット等の材料を一定の厚みになるまで溶射し、断熱層４に相当する溶射体２３を形成する。 In the third step, as shown in FIG. 4 (c), a material such as a ceramic material, titanium alloy, cermet or the like is simply sprayed (without masking) to a certain thickness, and a thermal spray corresponding to the heat insulating layer 4 is obtained. 23 is formed.
第四工程では、第１の電鋳加工体２０と溶射体２３の一体物とマスター１０とを離型しない状態で、図４（ｄ）中矢印Ａに示す通り、当該一体物の外形を追込み加工してその側面がマスター１０（メッキ層１２）の側面に一致するまで当該一体物の側部を除去する。その結果、表面層３と断熱層４とを形成することができる。 In the fourth step, the outer shape of the integrated body is driven as shown by an arrow A in FIG. 4D without releasing the integrated body of the first electroformed body 20 and the sprayed body 23 and the master 10. The side part of the integrated object is removed until the side surface matches the side surface of the master 10 (plating layer 12). As a result, the surface layer 3 and the heat insulating layer 4 can be formed.
その後、図４（ｄ）中矢印Ｂに示す通り、マスター１０から表面層３及び断熱層４を離型する。 Thereafter, as shown by an arrow B in FIG. 4D, the surface layer 3 and the heat insulating layer 4 are released from the master 10.
その後、図４（ｅ）に示す通り、表面層３，断熱層４と金型本体２とを接着剤で接合する。表面層３，断熱層４と金型本体２との接合は、ネジ止めで行ってもよいし、クランプ固定で行ってもよい。その結果、成形用金型３０を製造することができる。表面層３，断熱層４と金型本体２との接合を、図５に示す通りに機械的な固定部材３１で行ってこれを成形用金型３０としてもよい。 Then, as shown in FIG.4 (e), the surface layer 3, the heat insulation layer 4, and the metal mold body 2 are joined with an adhesive agent. The surface layer 3, the heat insulating layer 4 and the mold body 2 may be joined by screwing or by clamping. As a result, the molding die 30 can be manufactured. The surface layer 3, the heat insulating layer 4 and the mold body 2 may be joined by a mechanical fixing member 31 as shown in FIG.
なお、本発明は上記第１，第２の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計変更をおこなってもよい。 The present invention is not limited to the first and second embodiments, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
一の改良・設計変更事項として、第二工程では、表面層３に相当する第１の電鋳加工体２０上にブラスト処理を施してもよい。 As one improvement / design change matter, in the second step, blasting may be performed on the first electroformed workpiece 20 corresponding to the surface layer 3.
他の改良・設計変更事項として、第二工程と第三工程との間に中間層を形成する工程を設けて、表面層３と断熱層４との間に、ニッケル−クロム系材料からなる中間層を設けてもよい。 As another improvement / design change matter, a step of forming an intermediate layer between the second step and the third step is provided, and an intermediate made of a nickel-chromium-based material is provided between the surface layer 3 and the heat insulating layer 4. A layer may be provided.
他の改良・設計変更事項として、第三工程では、断熱層４上に金属層を形成する工程を設けて、断熱層４と金型本体２との間に、アルミ系合金，コバルト系合金，ニッケル系合金，モリブデン系合金，銅系合金，チタン系合金，タングステン系合金，サーメット等からなる金属層を設けてもよい。 As another improvement / design change item, in the third step, a step of forming a metal layer on the heat insulating layer 4 is provided, and an aluminum alloy, a cobalt alloy, between the heat insulating layer 4 and the mold body 2 are provided. A metal layer made of nickel alloy, molybdenum alloy, copper alloy, titanium alloy, tungsten alloy, cermet or the like may be provided.
Claims (19)
金型本体と、
前記金型本体上に形成された断熱層と、
微細構造の形状を実質的に形成するための層であって前記断熱層を介して前記金型本体上に形成された表面層とを有し、
前記表面層は転写加工によって形成されていることを特徴とする成形用金型。A molding die for molding a member formed with a fine structure made of a resin material by injection molding,
Mold body,
A heat insulating layer formed on the mold body;
A layer for substantially forming the shape of the microstructure, and having a surface layer formed on the mold body through the heat insulating layer,
The molding die, wherein the surface layer is formed by transfer processing.
前記転写加工が電鋳加工であることを特徴とする成形用金型。In the molding die according to claim 1,
A mold for molding, wherein the transfer process is an electroforming process.
前記表面層はニッケル、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−コバルト−リン合金又は銅で構成されていることを特徴とする成形用金型。In the molding die according to claim 1 or 2,
The molding die according to claim 1, wherein the surface layer is made of nickel, nickel-cobalt alloy, nickel-cobalt-phosphorus alloy or copper.
前記表面層は前記断熱層上に０．０５〜１．０ｍｍの範囲の厚みで形成されていることを特徴とする成形用金型。In the molding die according to any one of claims 1 to 3,
The mold for molding is characterized in that the surface layer is formed on the heat insulating layer with a thickness in the range of 0.05 to 1.0 mm.
前記断熱層は前記表面層に対して溶射法により形成されていることを特徴とする成形用金型。In the molding die according to any one of claims 1 to 4,
The mold for molding is characterized in that the heat insulating layer is formed on the surface layer by a thermal spraying method.
前記断熱層の厚みが０．１〜２．０ｍｍであることを特徴とする成形用金型。In the molding die according to any one of claims 1 to 5,
A mold for molding, wherein the heat insulating layer has a thickness of 0.1 to 2.0 mm.
前記断熱層の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする成形用金型。The molding die according to any one of claims 1 to 6,
A mold for molding, wherein the heat insulating layer has a thermal conductivity of 10 W / m · K or less.
前記断熱層はセラミック系材料、チタン合金又はサーメットで構成されていることを特徴とする成形用金型。The molding die according to any one of claims 1 to 7,
The said heat insulation layer is comprised with the ceramic type | system | group material, the titanium alloy, or the cermet, The molding die characterized by the above-mentioned.
前記断熱層と前記表面層との間にはニッケル−クロム系材料からなる中間層が設けられていることを特徴とする成形用金型。In the molding die according to any one of claims 1 to 8,
A molding die, wherein an intermediate layer made of a nickel-chromium-based material is provided between the heat insulating layer and the surface layer.
前記断熱層と前記金型本体との間には、アルミ系合金、コバルト系合金、ニッケル系合金、モリブデン系合金、銅系合金、チタン系合金、タングステン系合金又はサーメットからなる金属層が設けられていることを特徴とする成形用金型。In the molding die according to any one of claims 1 to 9,
A metal layer made of an aluminum alloy, cobalt alloy, nickel alloy, molybdenum alloy, copper alloy, titanium alloy, tungsten alloy or cermet is provided between the heat insulating layer and the mold body. Mold for molding, characterized in that.
前記表面層には０．１μｍ〜１ｍｍの範囲の微細形状が形成されていることを特徴とする成形用金型。In the molding die according to any one of claims 1 to 10,
A molding die having a fine shape in a range of 0.1 μm to 1 mm formed on the surface layer.
前記表面層には、マイクロチップに形成される幅及び深さが１〜１０００μｍの範囲の微細流路に対応する凸部が形成されていることを特徴とする成形用金型。In the molding die according to any one of claims 1 to 10,
The mold for molding is characterized in that the surface layer is provided with a convex portion corresponding to a fine channel having a width and a depth of 1 to 1000 μm formed in the microchip.
転写型マスターに微細構造素子形状を切削加工する第一工程と、
前記転写型マスター上に前記表面層を転写加工で形成する第二工程と、
前記表面層上に前記断熱層を形成する第三工程と、
前記転写型マスター上から前記表面層及び前記断熱層を離型する第四工程と、
を有することを特徴とする成形用金型の製造方法。A molding die for molding a member formed with a fine structure made of a resin material by injection molding, wherein the mold body, a heat insulating layer formed on the mold body, and the shape of the microstructure are substantially In the manufacturing method of what has a surface layer formed on the metallic mold main body through the heat insulation layer, in order to form
A first step of cutting the microstructure element shape on the transfer master,
A second step of forming the surface layer on the transfer master by transfer processing;
A third step of forming the heat insulating layer on the surface layer;
A fourth step of releasing the surface layer and the heat insulating layer from the transfer mold master;
The manufacturing method of the metal mold | die for molding characterized by having.
前記第一工程では、前記転写型マスターの表面に無電解ニッケルメッキ加工を施した後に切削加工することを特徴とする成形用金型の製造方法。In the manufacturing method of the molding die according to claim 13,
In the first step, the surface of the transfer mold master is subjected to electroless nickel plating, followed by cutting.
前記第二工程では、前記転写型マスター上に酸化皮膜を形成する工程を含むことを特徴とする成形用金型の製造方法。In the method for manufacturing a molding die according to claim 13 or 14,
In the second step, a method for producing a molding die, comprising a step of forming an oxide film on the transfer mold master.
前記第二工程では、前記表面層上にブラスト処理を施すことを特徴とする成形用金型の製造方法。In the manufacturing method of the molding die according to any one of claims 13 to 15,
In the second step, the surface layer is subjected to blasting, wherein the molding die manufacturing method is characterized.
前記第二工程と前記第三工程との間で、ニッケル−クロム系材料からなる中間層を形成することを特徴とする成形用金型の製造方法。In the manufacturing method of the molding die according to any one of claims 13 to 16,
An intermediate layer made of a nickel-chromium-based material is formed between the second step and the third step.
前記第三工程では、前記断熱層を形成した後に、アルミ系合金、コバルト系合金、ニッケル系合金、モリブデン系合金、銅系合金、チタン系合金、タングステン系合金又はサーメットからなる金属層を設けることを特徴とする成形用金型の製造方法。In the manufacturing method of the molding die according to any one of claims 13 to 17,
In the third step, after the heat insulation layer is formed, a metal layer made of an aluminum alloy, cobalt alloy, nickel alloy, molybdenum alloy, copper alloy, titanium alloy, tungsten alloy or cermet is provided. A method for producing a mold for molding.
前記第三工程では、前記表面層の一部をマスクして前記断熱層を形成することを特徴とする成形用金型の製造方法。In the manufacturing method of the molding die according to any one of claims 13 to 17,
In the third step, the heat insulating layer is formed by masking a part of the surface layer.
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