KR20050090392A - 수지 성형용 금형 및 수지 성형용 금형의 제조방법 - Google Patents

수지 성형용 금형 및 수지 성형용 금형의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이형성이 높고 제조비용을 증대시키지 않고 제조할 수 있는 수지 성형용 금형을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이며, 당해 수지 성형용 금형은 액정 디스플레이의 면광원 장치용 광전도체나 비구면 마이크로 렌즈, 마이크로프레넬 렌즈, 광디스크 등과 같이 표면에 미세한 요철을 구비하는 수지 성형품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 전해주조층(11)과 전해주조층(11) 위에 형성된 전기전도화 막(12)을 구비하는 스탬퍼(10)(수지 성형용 금형)은 전기전도화 막(12)의 표면(12c)이 알루미늄으로 형성되며 배면(12d)이 전기 전도화 금속으로서 니켈로 형성된다. 또한, 표면(12c)에서 배면(12d)을 향해 알루미늄 및 니켈의 성분 조성이 연속적으로 변한다. 또한, 표면(12c)은 알루미늄 및 산소로 형성될 수 있다. 또한, 알루미늄은 산소와 화합하여 알루미늄의 산화물로 될 수 있다.

Description

수지 성형용 금형 및 수지 성형용 금형의 제조방법{Resin forming mold and production method for the resin forming mold}
본 발명은 성형 대상 수지의 표면에 미세한 요철을 형성시키기 위해 사용되는 수지 성형용 금형 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 특히 면광원 장치용 광전도체의 제조에 사용되기에 적합한 것이다.
액정 디스플레이의 면광원 장치용 광전도체나 비구면 마이크로 렌즈, 마이크로프레넬 렌즈(microfresnel lens), 광디스크 등과 같이 표면에 미세한 요철을 구비하는 수지 성형품을 제조하기 위한 수지 성형용 금형으로서는 종래부터 도 7에 도시된 바와 같은 스탬퍼(1)가 공지되어 있다.
이러한 스탬퍼(1)는 니켈 전해주조층(1a)과 니켈 전해주조층(1a) 위에 형성된 금속 전기전도화 막(1b)을 구비한다.
이러한 스탬퍼(1)의 제조에는 유리 기판(2a)과 유리 기판(2a) 위에 형성되어 미세한 요철 패턴을 갖는 감광성 내식막(2b)을 구비한 원반(2)이 사용된다. 즉, 원반(2)의 표면에 니켈의 전기전도화 막(1b)을 형성하며, 이러한 금속 전기전도화 막(1b)을 음극으로 하여 전해주조하여 스탬퍼 본체(수지 성형 금형 본체)인 니켈 전해주조층(1a)을 형성한다.
그리고, 전기전도화 막(1b)과 감광성 내식막(2b)의 계면을 경계로 하여 전기전도화 막(1b) 및 니켈 전해주조층(1a)을 원반(2)으로부터 박리함으로써 스탬퍼(수지 성형 금형(1))을 제조한다.
상기한 스탬퍼(1)는, 예를 들면, 광디스크 등의 성형 대상 수지에 미세한 요철면을 형성하기 위해 수지 성형 금형의 일부로서 사용되며, 스탬퍼(1)에 성형 대상 수지를 사출 성형함으로써 수지 성형품의 제조를 실시하는 것이다.
여기에서, 상기한 스탬퍼(1)는 반드시 수지 성형품과의 이탈 용이성(이형성)이 양호한 것은 아니다.
이것은 주로 니켈만으로 형성된 전기전도화 막(1b)의 박리면(표면)이 높은 이형성을 갖지 않는다는 화학적 특성에 의한 영향이 크다고 생각된다. 따라서, 특히 성형 대상 수지가 면광원 장치용 광전도체의 경우에는 이의 면적이 큰 것에 추가하여 요철 패턴의 고저차가 크기 때문에 성형 대상 수지와 스탬퍼(1)의 접촉 표면적이 크며, 이형성이 보다 저하된다는 문제가 있다.
따라서, 수지 성형이 원활하게 실시되거나, 요철 패턴의 형상이 성형품에 충실하게 반전되지 않거나 하는 등의 불량이 발생하며, 수지 성형품의 생산성이 저하되어 제조비용이 증대된다.
이로써, 스탬퍼(1)와 수지 성형품의 이형성을 향상시키기 위해 도 8에 도시한 바와 같은 스탬퍼(3)가 고안되어 있다[참조: 일본 공개특허공보 제(평)10-308040호].
상기한 스탬퍼(3)는 스탬퍼(1)와 동일하게 니켈 전해주조층(3a)과 금속 전기전도화 막(3b)을 갖는다. 그리고, 스탬퍼(3)는 당해 금속 전기전도화 막(3b) 위에 막이 형성된 산화막(3c)을 갖고, 산화막(3c) 위에 유기 불소 화합물로 형성된 이형층(3d)이 설치된 것이다.
또한, 상기한 종류와 다른 종류로서는 요철 패턴을 형성한 모재의 표면에 이형층을 설치한 스탬퍼가 고안되어 있다[참조: 일본 공개특허공보 제(평)11-039730호]. 이것은 실리콘으로 형성된 모재에 수지 성형품과의 이형성을 향상시키기 위해 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티탄(Ti), 알루미늄(A1), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag) 또는 플라티나(Pt) 중의 어느 하나 이상의 금속 또는 이의 화합물 등으로 형성된 이형층을 설치한 것이다. 그러나, 스탬퍼(3)에서는 유기 불소 화합물로 형성된 이형층(3d)에 의해 이형성을 향상시킬 수 있지만, 스탬퍼(3)를 제조하기 위해서는 원반(2)으로부터 박리공정 후에 다시 진공 증착법 등에 의해 유기 불소 화합물의 이형층(3d)을 형성하는 공정이 필요하다.
따라서, 스탬퍼(3)에서는 제조공정이 증가하여 제조비용의 증대를 초래한다는 문제가 있다.
또한, 일본 공개특허공보 제(평)11-039730호에 기재된 스탬퍼는 주로 실리콘으로 형성된 모재를 상정하고 있으며, 금속에 의해 형성된 모재는 당해 모재와 이형층이 박리되기 쉬운 모재로 될 우려가 있다.
도 1은 본 발명의 수지 성형용 금형의 부분 단면 모식도이다.
도 2는 실시예 1에서 수득한 스탬퍼(10K)의 X선 광전자 분광장치를 사용하여 수득한 성분 조성의 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 수지 성형용 금형의 제조에 사용하는 진공 증착장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 수지 성형용 금형과 이의 제조에 사용되는 원반의 부분 단면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 스탬퍼(10K)의 패턴을 도시한 도면이고, (a)는 오목부 평면도, (b)는 (a)의 SA-SA 단면도, (c)는(a)의 SB-SB 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 스탬퍼(10S)의 패턴을 도시한 도면이고, (a)는 평면도, (b)는 SC-SC단면도, (c)는 SD-SD 단면도이다.
도 7은 종래의 수지 성형용 금형의 부분 단면 모식도이다.
도 8은 종래의 다른 수지 성형용 금형의 부분 단면 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2 내지 실시예 7에서 사용되는 원반의 구조를 도시하였고, (a)는 돌기부의 평면도, (b)는 (a)의 SA-SA 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 2 내지 실시예 7에서 사용되는 원반의 구조를 도시하였고, (a)는 돌기부의 평면도, (b)는 (a)의 SA-SA 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 2 내지 실시예 7에서 사용하는 스탬퍼 A1 내지 스탬퍼 A6의 X선 전자 분광장치에서 수득한 성분 조성의 분석 결과를 각각 도시한 것으로, (a)는 스탬퍼 A1, (b)는 스탬퍼 A2, (c)는 스탬퍼 A3, (d)는 스탬퍼 A4, (e)는 스탬퍼 A5, (f)는 스탬퍼 A6의 성분 조성의 분석 결과를 도시하였다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 실시 형태의 수지 성형용 금형(10)은 표면(12c)에 요철이 형성된 전기전도화 막(12)과 전기전도화 막(12)의 배면(12d)에 형성된 니켈 전해주조층(11)을 구비시킨다.
전기전도화 막(12)의 표면(12c)의 요철은 미세한 것이고, 이러한 표면(12c)은 알루미늄(Al), 또는 알루미늄 및 산소(O)로 형성되고, 불가피적 불순물(탄소(C) 등)을 함유할 수 있다.
즉, 수지 성형용 금형(10)은 표면(12c) 측에서 X선 광전자 분광장치(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)를 사용하여 분석할 때에 도 2에 도시한 바와 같이 검출시점(깊이 Onm에 위치하는 점)에서 알루미늄, 산소 및 탄소만이 검출되는 성분 조성을 갖는다.
따라서, 수지 성형용 금형(10)의 표면(12c)은 니켈(Ni)을 함유하지 않거나 X선 광전자 분광장치로 검출되지 않을 정도의 미량의 니켈 밖에 함유하지 않다.
상기한 표면(12c)을 구비한 수지 성형용 금형(10)은 표면(12c)이 성형 대상 수지(예: 아크릴 수지)와의 높은 이형성을 갖는다.
이는 표면(12c)의 알루미늄 또는 알루미늄 및 산소가 표면(12c)에 밀착한 성형 대상 수지와 박리되기 쉬운 화학적 특성을 구비하고 있는 것에 기인한다고 생각된다.
또한, 수지 성형용 금형(10)은 배면(12d)이 전기전도화 금속으로서 니켈로 형성되고, 표면(12c)에서 배면(12d)을 향하여 알루미늄 및 니켈의 성분 조성이 연속적으로 변화되는 소위 경사 조성을 갖는다.
즉, 본 실시 형태에서는 전기전도화 막(12)은 알루미늄 및 니켈을 함유하는 경사 조성층(12b)과 니켈로 형성된 니켈층(12a)을 구비시킨다.
여기서, 도 1에서는 경사 조성층(12b)과 니켈층(12a)을 모식적으로 명시하고 있지만, 전기전도화 막(12)은 표면(12c)에서 배면(12d)을 향하여 알루미늄 및 니켈의 성분 조성이 연속적으로 변화하므로 경사 조성층(12b)과 니켈층(12a) 사이에는 명확한 계면은 존재하지 않는다. 요컨대, "연속적으로 변화"는 반드시 단조로운 변화만을 의미하는 것은 아니다.
이와 같이, 전기전도화 막(12)이 표면(12c)으로부터 니켈층(12a)까지 알루미늄 및 니켈의 성분 조성이 연속적으로 변화되는 경사 조성을 갖고 있으면, 표면(12c)을 형성하는 알루미늄과 니켈층(12a) 사이에 명확한 계면이 형성되지 않으므로 당해 계면으로부터 알루미늄이 박리되기 어려워진다.
따라서, 본 실시 형태의 수지 성형용 금형(10)은 표면(12c)이 알루미늄을 함유하여 형성되어 성형 대상 수지와의 이형성이 높고, 표면(12c)을 형성하는 알루미늄은 수지 성형용 금형(10)으로부터 박리되기 어려우며 내구성이 높다.
또한, 본 실시 형태의 수지 성형용 금형(10)과 같이 전기전도화 금속을 니켈로 하면, 알루미늄과 성분 조성을 연속적으로 변화시켜 경사 조성으로 하는 것을 용이하게 할 수 있다.
또한, 전기전도화 금속을 니켈로 하면, 용이하게 전기전도화 막(12)을 치밀하면서 결함이 적은 것으로 할 수 있다.
니켈 전해주조층(11)은 주로 두께를 첨가하여 강도를 확보하기 위해 설치되는 것이며 니켈이 전기전도화 막(12)의 배면(12d)에 전해주조됨으로써 형성(막 형성)된 것이다.
이와 같이 수지 성형용 금형(10)의 전해주조층을 니켈에 의해 형성하여 니켈 전해주조층(11)으로 하면 경도가 높으며 내구성이 우수한 수지 성형용 금형으로 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 수지 성형용 금형(10)에서는 전기전도화 막(12)이 니켈에 의해 형성되므로 전기전도화 막(12)과 동일한 금속으로 일체화한 니켈 전해주조층(11)으로 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 수지 성형용 금형(10)에서는 표면(12c)이 알루미늄, 산소 및 불가피적 불순물로 형성되었지만, 알루미늄 중의 적어도 일부가 산소와 화합하여 알루미늄의 산화물(AlxOy: X, Y는 정수로 한정되지 않는다)로 될 수 있다.
이러한 것이라도, 표면이 성형 대상 수지와 박리되기 쉬운 알루미늄의 산화물을 함유하여 형성되므로 이형성이 높은 수지 성형용 금형이다.
또한, 이러한 알루미늄의 산화물은 산화알루미늄(Al2O3)일 수 있다. 이와 같이 해도 표면이 성형 대상 수지와 박리되기 쉬운 산화알루미늄을 함유하여 형성되므로 이형성이 높은 수지 성형용 금형이다.
또한, 본 실시 형태의 수지 성형용 금형(10)에서는 전기전도화 금속이 니켈이지만, 본 발명의 수지 성형용 금형의 전기전도화 금속은 반드시 니켈로 한정되는 것이 아니며 예를 들면, 전기전도화 금속은 금, 은 또는 구리의 어느 하나일 수 있으며, 금, 은 구리 및 니켈 중의 임의의 두개 이상의 합금일 수 있다.
또한, 전기전도화 막(12)의 막 형성방법은 한정되는 것이 아니며 전기전도화 막(12)은 표면(12c)이 알루미늄, 또는 알루미늄 및 산소로 형성되는 동시에 배면(12d)이 니켈로 형성되며, 표면(12c)에서 배면(12d)을 향하여 알루미늄 및 니켈의 성분 조성이 연속적으로 변화되는 것이면 양호하다.
예를 들면, 전기전도화 막(12)은 진공 증착법, 스퍼터링법, 무전해 니켈 도금법 등의 어느 하나의 방법에 따라서 형성된 것일 수 있다.
또한, 수지 성형용 금형(10)은 전해주조층이 니켈에 의해 형성되었지만, 본 발명의 수지 성형용 금형의 전해주조층은 반드시 니켈 전해주조층(11)으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 전해주조층은 구리 또는 아연의 어느 하나에 의해 형성된 것일 수 있으며, 구리, 아연 및 니켈 중의 임의의 두개 이상의 합금일 수 있다.
또한, 수지 성형용 금형(10)에 의해 성형되는 성형 대상 수지로서는 예를 들면, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌, 고무 보강 폴리스티렌, 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비결정질 폴리올레핀 수지, 나일론6, 나일론66, 변성 폴리페닐렌에테르 등을 들 수 있다.
하기에 상기한 구성을 갖는 수지 성형용 금형(10)의 적합한 제조방법을 설명한다.
우선, 도 3에 도시한 바와 같이 진공 증착장치(13) 내의 가열용 발열체로서 텅스텐 바스켓(13a)에 알루미늄을 장착한다.
또한, 진공 증착장치(13) 내의 소정 위치에 설치된 기판 홀더(13b)에 더미(dummy) 기판을 장착한다. 이러한 더미 기판은 미량의 알루미늄을 텅스텐 바스켓(13a)에 잔존시키기 위해 알루미늄의 상당량을 증착시키는 피증착판으로서 사용되는 것이다.
그리고, 텅스텐 바스켓(13a)을 가열하여 알루미늄을 증발시켜 더미 기판에 알루미늄을 증착시킨다.
이에 따라 텅스텐 바스켓(13a)에 미량의 알루미늄을 잔존시킨다. 잔존시키는 알루미늄의 양은 본 발명의 작용을 나타내는 것에 적당한 양이며, 적어도 원반(14)의 표면을 피복하는 데에 충분한 양이며, 원반(14)의 크기, 진공 증착장치의 크기 등에 따라 적절하게 결정할 수 있다.
그리고, 상기 더미 기판을 기판 홀더(13b)에서 떼어내는 동시에 원반(14)을 기판 홀더(13b)에 장착한다.
이러한 원반(14)은 도 4에 도시한 바와 같이, 기판으로서의 유리 기판(14a)과 유리 기판(14a) 위에 소정의 요철 패턴을 형성하는 감광성 내식막(14b)을 구비시킨다. 도 4는 원반(14)과 원반을 사용하여 수득되는 스탬퍼(10)를 도시한다. 하기한 바와 같이 스탬퍼(10)는 당해 원반의 감광성 내식막 상으로 전기전도화 막을 형성하며, 전기전도화 막 형성 원반을 사용하여 전해주조를 실시하여 수득된 복합체로부터 원반을 제거하여 수득한다.
또한, 미량의 알루미늄이 잔존하는 텅스텐 바스켓트(13a)에 전기전도화 금속으로서 니켈을 장착한다.
그리고, 텅스텐 바스켓(13a)을 가열하고, 원반(14)의 감광성 내식막(14b)에 잔존 알루미늄 및 니켈을 증착하여 전기전도화 막(12b)을 형성한다.
이러한 공정에 따라 막을 형성시킨 전기전도화 막(12b)은 감광성 내식막(14b)과의 접촉면으로 되는 표면(12c)이 알루미늄(및 산소)으로 형성되는 동시에 배면(12d)이 니켈로 형성된다. 또한, 전기전도화 막(12)은 표면(12c)에서 배면(12d)을 향하여 알루미늄 및 니켈의 성분 조성이 연속적으로 변화된다.
이것은 텅스텐 바스켓(13a)의 온도 상승의 과정에서 우선 니켈보다 비점이 낮은 알루미늄이 증발하기 시작한다. 계속해서 알루미늄의 증발과 아울러 니켈도 증발하기 시작하고, 서서히 니켈의 증발량이 증가한다. 또한, 일정 시간 경과하면 미량의 알루미늄이 전부 증발하고 나서 니켈만이 증발한다고 생각된다.
또한, 이와 같이 형성된 경사 조성층(12b)은 산소를 함유할 수 있지만, 이것은 증착후의 대기에 의한 복압(復壓)시에 텅스텐 바스켓(13a)에 잔존하는 미량의 알루미늄이 고온으로 되므로 원반(14) 및 전기전도화 금속(니켈)을 소정 위치에 장착하는 공정전에 공기중의 산소에 의해(공기 중의 산소와 접촉함으로써) 산화되어 알루미늄의 산화물로 되고, 니켈을 감광성 내식막(14b)에 증착하는 공정에서 당해 알루미늄의 산화물이 아울러 증착되는 것에 기인한다고 추정할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태의 수지 성형용 금형의 제조방법에 따르면 미량의 알루미늄이 잔존하는 텅스텐 바스켓(13a)에 의해 니켈을 증착하는 것만으로도, 알루미늄과 니켈의 성분 조성이 연속적으로 변화되는 경사 조성층(12b)을 용이하게 전기전도화 막(12)에 형성할 수 있다.
그리고, 전기전도화 막을 형성한 원반을 진공 증착장치로부터 인출하고 전해주조장치 내에 투입하고 전기전도화 막(12)을 음극으로 하여 전기전도화 막(12) 위에 전해주조용 금속로서 니켈을 전해주조하여 니켈 전해주조층(11)을 형성한 다음, 전해주조층 및 전기전도화 막(12)을 원반(14)으로부터 박리하여 수지 성형용 금형(10)을 수득한다.
이와 같이 니켈에 의해 형성된 전기전도화 막(12) 위에 니켈 전해주조층(11)을 형성하면 니켈 전해주조층(11)이 전기전도화 막(12)의 니켈과 동일한 금속으로 형성되어 니켈 전해주조층(11)과 전기전도화 막(12)이 일체화되고 원반(14)을 박리하여 수득되는 이른바 파더(father)를 직접 수지 성형용 금형(10)으로서 사용할 수 있다.
그리고, 상기한 바와 같이 본 실시 형태의 수지 성형용 금형의 제조방법에 따라 제조된 수지 성형용 금형(10)은 전기전도화 막(12)의 표면(12c)이 알루미늄을 함유하여 형성되는 동시에 배면(12d)이 니켈로 형성된다.
또한, 이러한 수지 성형용 금형(10)에서는 전기전도화 막(12)이 표면(12c)에서 배면(12d)을 향하여 알루미늄 및 니켈의 성분 조성이 연속적으로 변화된다.
또한, 이러한 제조방법에 따르면, 미량의 알루미늄이 잔존하는 텅스텐 바스켓(13a)에 니켈을 장착하여 증착할 뿐으로 용이하게 알루미늄 및 니켈의 성분 조성이 연속적으로 변화되는 경사 조성을 전기전도화 막(12)에 형성할 수 있다.
발명의 개시
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 성형 대상 수지와의 높은 이형성을 갖는 동시에 내구성이 우수하며, 제조비용을 증대시키지 않고 제조할 수 있는 수지 성형용 금형의 제공 및 이의 제조방법의 제공을 주된 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르는 수지 성형용 금형은 표면에 요철이 형성되어 있으면서 전기전도성 금속으로 형성된 전기전도화 막과 당해 전기전도화 막의 배면에 전해주조되어 형성된 전해주조층을 구비한 수지 성형용 금형으로서, 전기전도화 막의 표면이 실질적으로 알루미늄으로 형성되고 배면은 전기전도화 금속으로 형성되며, 전기전도화 막의 표층으로부터 전기전도화 막의 배면을 향하여 알루미늄과 전기전도화 금속의 성분 조성비가 연속적으로 변하는 수지 성형용 금형이고, 당해 수지 성형용 금형을 사용하여 수지를 성형하는 경우, 수지 성형 후에 성형 수지체를 금형으로부터 이형할 때, 전기전도화 막 표면층이 박리되지 않음을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따르는 수지 성형용 금형은 표면이 성형 대상 수지와 박리되기 쉬운 알루미늄으로 형성되므로 이형성이 높은 수지 성형용 금형이다.
또한, 상기한 수지 성형용 금형은 표층으로부터 배면을 향하여 알루미늄 및 전기전도화 금속의 성분 조성이 연속적으로 변화되므로, 표면을 형성하는 알루미늄은 전기전도화 막으로부터 박리되기 어렵다.
전기전도화 금속은 전해주조층에 견고하게 유지되며, 알루미늄과의 사이에서 표층으로부터 배면을 향하여 알루미늄 및 전기전도화 금속의 성분 조성비를 연속적으로 변화시킬 수 있다는 관점에서 선택한다. 이러한 전기전도화 금속으로서는 니켈, 금, 은 또는 구리의 어느 하나일 수 있으며, 금, 은, 구리 및 니켈 중의 임의의 두개 이상의 합금일 수 있다. 전기전도화 막은 진공 증착법, 스퍼터링법, 무전해 니켈 도금법 등의 어느 하나의 방법에 따라 형성될 수 있다. "전기전도화 막은 표면이 실질적으로 알루미늄으로 형성된다"란 수지 성형용 금형으로서 요구되는 특성, 예를 들면, 이형성 등이 양호하게 유지될 수 있는 한, 산소나 불가피한 불순물도 함유할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 전해주조층을 형성하는 금속으로서는 전해주조에 의해 전기전도화 막의 배면에 전기전도화 금속을 견고하게 유지할 수 있으며, 양호한 금형 본체로서 기능하는 전해주조층을 형성할 수 있다는 관점에서 적당한 금속을 선택한다. 전해주조층 형성용 금속으로서는 니켈, 구리 또는 아연의 어느 하나일 수 있으며, 구리, 아연 및 니켈 중의 임의의 두개 이상의 합금일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 수지 성형용 금형에 의해 성형할 수 있는 성형 대상 수지로서는, 예를 들면, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌, 고무 보강 폴리스티렌, 스티렌-메틸메타크릴레이트 공중합 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비결정질 폴리올레핀 수지, 나일론 6, 나일론 66, 변성 폴리페닐렌에테르 등을 들 수 있다.
전기 전도막에서, "표면이 실질적으로 알루미늄으로 형성되는 동시에 배면이 전기전도화 금속으로 형성되며, 표층으로부터 배면을 향하여 알루미늄 및 전기전도화 금속의 성분 조성비가 연속적으로 변화된다"란 하기의 사항을 의미한다.
즉, 실질적으로 알루미늄으로 형성되는 표면과 전기전도화 금속으로 실질적으로 형성되는 배면 사이에, 전기전도화 막의 표층으로부터 배면으로의 층의 임의의 가상 단면에서 당해 가상 단면의 양측을 명확하게 분리하도록 하는 계면이 존재하지 않는 것을 의미한다. 일반적으로 전기전도화 막 중의 알루미늄의 양은 표층으로부터 배면으로 이행됨에 따라 감소하는 경향이 있으며, 한편 전기전도화 막 중의 전기전도화 금속의 양은 배면에서 표면으로 이행됨에 따라 감소하는 경향이 있지만, "연속적으로"란 반드시 "단조로운 감소 또는 증가 변화"만을 의미하지는 않는다. 즉, 수지 성형용 금형을 사용하여 수지를 성형하는 경우에 수지 성형후 성형 수지체를 당해 금형으로부터 이형할 때에 전기전도화 막 표면층이 박리되지 않는 다소의 오르내림이 있는 지그재그 형상의 감소 또는 증가도 허용된다. 필요한 최저한의 요건은 전기전도화 막 표면은 성형 수지에 대하여 충분한 이형성을 주도록 실질적으로 알루미늄으로 하는 동시에 전기전도화 막 배면은 전해주조층을 형성하는 데 적합하며, 전해주조층에 견고하게 유지되도록 전기전도화 금속으로 형성되며, 중간층은 표면층과 배면층이 박리되지 않고 연속적으로 일체화되어 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 관점은 표면에 요철이 형성되어 있으면서 전기전도성 금속으로 형성된 전기전도화 막과 당해 전기전도화 막의 배면에 전해주조되어 형성된 전해주조층을 구비한 수지 성형용 금형으로서, 전기전도화 막의 표면이 실질적으로 알루미늄 및 산소로 형성되고 배면은 전기전도화 금속으로 형성되며, 전기전도화 막의 표층으로부터 전기전도화 막의 배면을 향하여 알루미늄과 전기전도화 금속의 성분 조성비가 연속적으로 변하는 수지 성형용 금형이고, 당해 수지 성형용 금형을 사용하여 수지를 성형하는 경우, 수지 성형 후에 성형 수지체를 금형으로부터 이형할 때, 전기전도화 막 표면층이 박리되지 않음을 특징으로 하는 수지 성형용 금형을 제공하는 것이다.
상기와 같이 구성된 수지 성형용 금형은 표면이 성형 대상 수지와 박리되기 쉬운 알루미늄 및 산소로 형성되므로 이형성이 높다.
또한, 상기한 수지 성형용 금형은 표층으로부터 배면을 향하여 알루미늄 및 전기전도화 금속의 성분 조성이 연속적으로 변화되므로, 산소와 함께 표면을 형성하는 알루미늄은 전기전도화 막으로부터 박리되기 어렵다.
하기에 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 열거한다. 특별히 모순이 없는 한, 이들을 조합한 형태도 본 발명의 수지 성형용 금형의 바람직한 실시 형태이다.
(1) 전기전도화 막은 알루미늄과 전기전도화 금속을 중량 조성비로 70:30 내지 10:90의 비로 함유하여 이루어진 재료에 의해 형성한다. 이와 같이 함으로써 수지 성형할 때에 양호한 이형성이 얻어진다.
(2) 전기전도화 막을 증착에 의해 형성한다. 이와 같이 함으로써 막 형성성이 균일한 전기전도화 막이 수득된다.
(3) 전기전도화 막의 두께는 200 내지 3000Å이다. 이러한 두께는 진공 증착법, 스퍼터링법, 무전해 니켈 도금법 등에 의해 전기전도화 막을 형성하는 데 적합한 막 두께이다.
(4) 전기전도화 막의 표층으로부터의 깊이는 10 내지 100Å의 범위이며, 알루미늄과 전기전도화 금속의 조성비이 몰 비로 97.5:2.5 내지 10:90이다(2.5는 스탬퍼 A-3의 28Å의 수치 93을 10Å으로 외연한 수치이고, 10은 스탬퍼 A-5의 수치 11로부터 인출했다). 이와 같이 함으로써 수지 성형할 때에 양호한 이형성이 얻어지는 동시에 수지 성형 금형의 전기전도화 막의 박리를 방지할 수 있다.
(5) 전기전도화 막의 표층으로부터의 깊이는 110Å 이상(데이타가 84Å인 지점으로부터 바로 112Å인 지점으로 건너 뛰므로, 110Å으로 한다)이고, 알루미늄의 조성비이 단조 감소한다. 이와 같이 함으로써 수지 성형할 때에 양호한 이형성이 얻어지는 동시에 수지 성형 금형의 전기전도화 막의 박리를 방지할 수 있다.
(6) 알루미늄의 적어도 일부가 산소와 화합하여 알루미늄의 산화물로 된다.
이와 같이 구성된 수지 성형용 금형은 표면이 성형 대상 수지와 박리되기 쉬운 알루미늄의 산화물을 함유하여 형성되므로 이형성이 높다.
(7) 전기전도화 금속은 니켈이다.
이와 같이 구성된 수지 성형용 금형에서는 전기전도화 금속이 니켈이므로 알루미늄과 성분 조성을 연속적으로 변화시키는 것이 용이하고, 치밀하고 결함이 적은 전기전도화 막으로 할 수 있다.
(8) 전해주조층은 니켈에 의해 형성된 니켈 전해주조층이다.
이와 같이 구성된 수지 성형용 금형은 전해주조층이 니켈에 의해 형성되므로 경도가 높고 내구성이 우수하다.
또한, 본 발명은 진공 증착장치 내의 가열용 발열체에 알루미늄을 장착하고, 알루미늄을 증발시킴으로써 소정량의 알루미늄을 가열용 발열체에 잔존시키고, 기판 및 당해 기판 위에 소정의 요철 패턴을 형성하는 감광성 내식막으로 이루어진 원반을 진공 증착장치 내의 기판 홀더에 장착하는 동시에 가열용 발열체에 전기전도화 금속을 장착하고, 원반의 감광성 내식막 위에 위에서 언급한 잔존 알루미늄과 전기전도화 금속을 진공 증착하여 전기전도화 막을 형성하고, 전기전도화 막 위에 전해주조용 금속을 전해주조하여 전해주조층을 형성하고, 전기전도화 막으로부터 원반을 박리하여 수지 성형용 금형을 수득함을 특징으로 하는 수지 성형용 금형의 제조방법을 제공한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따르는 수지 성형용 금형의 제조방법에서는 원반의 감광성 내식막에 전기전도화 금속을 증착할 때, 우선 잔존된 알루미늄이 증착되기 시작하고 계속해서 전기전도화 금속이 증착된다.
따라서, 감광성 내식막과의 접촉면으로 되는 전기전도화 막의 표면이 알루미늄으로 형성된다.
또한, 알루미늄이 잔존하고 고온으로 되는 가열용 발열체에 산소를 접촉시키면, 전기전도화 막의 표면이 알루미늄 및 산소로 형성되거나 알루미늄의 산화물을 함유하여 형성된다.
또한, 상기 수지 성형용 금형에는 표층으로부터 배면을 향해 알루미늄 및 전기전도화 금속의 성분 조성이 연속적으로 변화되는 전기전도화 막이 형성된다.
따라서, 상기한 수지 성형용 금형의 제조방법에서는 본 발명에 따르는 수지 성형용 금형을 용이하게 제조할 수 있다. 본 발명에 따르는 수지 성형용 금형의 제조방법의 바람직한 실시 형태를 하기에 기재하였다. 특별히 모순이 없는 한, 이들을 조합한 형태도 본 발명의 수지 성형용 금형의 제조방법의 바람직한 실시 형태이다.
(1) 잔존 알루미늄과 장착 전기전도화 금속의 중량 조성비가 90:10 내지 10:90의 비이다.
(2) 전기전도화 막의 두께는 200 내지 3000Å이다.
(3) 전기전도화 금속은 니켈이다.
이와 같이 구성된 수지 성형용 금형의 제조방법에서는 전기전도화 금속이 니켈이므로 알루미늄과의 성분 조성비를 연속적으로 변화시키는 것을 용이하게 실시할 수 있고, 치밀하면서 결함이 적은 전기전도화 막으로 할 수 있다.
(4) 전해주조용 금속은 니켈이다.
이와 같이 구성된 수지 성형용 금형 제조방법에서는 니켈에 의해 니켈 전해주조층을 형성하므로 경도가 높고 내구성이 우수한 수지 성형용 금형을 제조할 수 있다.
본 발명에 관해서 실시한 실시예를 하기에 기재한다. 또한, 도 1 및 도 3 내지 도 7에 도시한 것과 동일하거나 유사한 것에 관해서는 동일 부호를 붙여 설명한다.
(실시예 1)
(A) 본 발명에 따르는 수지 성형용 금형의 제조
본 발명에 따르는 수지 성형용 금형으로서 스탬퍼를 하기의 공정에 따라 제조한다.
또한, 당해 실시예에서의 스탬퍼는 면광원 장치용 광전도체의 제조에 사용되는 것이다.
(1) 도 3과 동일한 구성을 구비한 진공 증착장치(13)의 텅스텐 바스켓(13a)에 알루미늄을 세트(장착)하고, 기판 홀더(13b)에는 더미 기판으로서 유리판을 세트한다.
(2) 텅스텐 바스켓(13a)을 가열하여 알루미늄을 증발시켜, 유리판에 당해 알루미늄을 진공 증착시킨다.
(3) 공기에 의해 대기압까지 복귀시킨 산소를 포함하는 분위기하에 유리판을 제거하여, 도 4중의 원반(14)에 상당하는 원반(K)을 기판 홀더(13b)에 세트한다.
또한, 텅스텐 바스켓(13a)에 전기전도화 금속으로서 니켈을 세트한다.
또한, 원반(K)은 도 5(a) 내지 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 이에 따라 제조된 스탬퍼의 표면에 미세한 오목부(L)가 복수 형성되도록 하는 패턴을 구비한 원반이다.
당해 원반(K)에 의해 형성되는 오목부(L)는 폭 W1 = 190㎛, 안깊이 D1 = 20㎛, 깊이 H1 = 8㎛이고, 깊이 방향을 향하여 점진적으로 감소되는 단면이 대략 사다리꼴 형상을 나타낸다.
(4) 원반(K)에 니켈을 증착하여, 원반(K)의 감광성 내식막(14b) 위에 전기전도화 막(12)을 형성한다.
(5) 전기전도화 막(12)을 음극으로서 설파민산니켈욕 중에서 전기주조(전해주조)를 실시함으로써 전해주조용 금속로서 니켈을 전기전도화 막(12)에 전해주조하여, 니켈 전해주조층(11)을 형성한다.
(6) 전기전도화 막(12)으로부터 원반(K)을 박리하여, 내식막 제거공정, 외형 가공공정, 이면 연마공정 등의 통상적인 공정을 경유하여 스탬퍼(10K)(실시예 1-1)를 수득한다.
(7) 사용되는 원반(K)을 교체하여 원반(S)을 사용하여, (A)(1) 내지 (A)(6)과 동일한 공정에 따라 스탬퍼(10S)(실시예 1-2)를 수득한다.
또한, 원반(S)은 도 6(a) 내지 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 이에 따라 제조되는 스탬퍼의 표면에 미세한 오목부(L)이 복수 형성되도록 하는 패턴을 구비한 원반이다.
이러한 볼록부(M)는 폭 W2 = 100㎛, 안깊이 D2 = 70㎛, 깊이 H2 = 8㎛이고, 높이 방향을 향하여 점진적으로 감소하여 옷자락 부분이 곡선상으로 만곡된 단면이 대략 사다리꼴 형상을 나타낸다.
(비교예 1)
(B) 종래의 수지 성형용 금형의 제조
비교예로 하는 종래의 스탬퍼를 하기에 기재한 바와 같이 제조한다.
(1) 도 3과 동일한 구성을 구비한 진공 증착장치(13)의 텅스텐 바스켓(13a)에 전기전도화 금속으로서 니켈을 세트하고, 기판 홀더(13b)에는 도 7중의 원반(2)에 상당하는 원반(K)을 기판 홀더(13b)에 세트한다.
(2) 원반(K)에 니켈을 증착하여 원반(K)의 감광성 내식막(2b) 위에 전기전도화 막(1b)을 형성한다.
(3)전기전도화 막(1b)을 음극으로 하여 통상적인 방법에 따라 전해주조용 금속으로서 니켈을 전기전도화 막(1b)에 전해주조하여, 니켈 전해주조층(1a)을 형성한다.
(4) 전기전도화 막(1b)에서 원반(K)을 박리하고, 내식막 제거공정, 외형 가공공정, 이면 연마공정 등의 통상적인 공정을 경유하여 스탬퍼(1K)(비교예 1-1)를 수득한다.
(5) 원반(K)을 교체하여 원반(S)을 사용하고 (B)(1) 내지 (B)(4)와 동일한 공정에 따라 스탬퍼(1S)(비교예 1-2)를 수득한다.
(C) 수지 성형용 금형의 성분분석
수득되는 스탬퍼(10K)를 X선 광전자 분광장치를 사용하여 하기의 조건에서 분석하고, 그 결과를 도 2에 도시하였다.
이런 분석 결과에서는 깊이 0nm에서의 플롯으로 나타내도록 스탬퍼(10K)는 전기전도화 막(12)의 표면(12c)이 알루미늄, 산소 및 불가피한 불순물(탄소)로 형성되고, 니켈을 함유하지 않는다.
그리고, 전기전도화 막(12)은 표면(12c)에서 배면(12d)을 향하여 약 17nm의 깊이까지 알루미늄 및 니켈의 성분 조성이 연속적으로 변화된다.
여기서, 알루미늄의 적어도 일부는 알루미늄과 산소의 몰 비 및 이의 화학적 안정성으로부터 산화알루미늄(Al2O3)에 의해 구성되는 것으로 추정할 수 있다.
또한, 전기전도화 막(12)은 깊이 17nm에서 배면(12d)까지가 니켈에 의해 형성된다.
따라서, 전기전도화 막(12) 중의 니켈에 의해 형성되는 이러한 니켈층(12a)이 주로 니켈 전해주조층을 형성할 때에 음극으로서 기능한다고 생각된다.
(D) 수지 성형용 금형의 이형성 시험
본 발명에 따르는 스탬퍼(10K), 스탬퍼(10S) 및 종래의 스탬퍼(1K), 스탬퍼(1S)의 이형성 시험을 실시하였다.
이형성 시험에서는 성형 대상 수지로서 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 사출 성형법에 의해 성형하였다.
(1) 이형시의 냉각 시간과 이형성의 관계
각 스탬퍼(10K), 스탬퍼(10S), 스탬퍼(1K), 스탬퍼(1S)의 각각에 관해 이형까지의 냉각 시간을 변화시켜 냉각 시간과 이형성의 관계를 조사하였다. 이형성은 성형후에 수득된 면광원 장치용 광전도체의 이형 마크[요철의 각(角)부의 결함]의 유무를 육안으로 확인함으로써 실시하였다. 이형 마크가 있는 것을 ×, 이형 마크가 없는 것을 Ｏ으로 하여 결과를 표 1에 기재하였다.
10초 15초 20초 25초 30초 35초
실시예 1-1 [스탬퍼(0K)] × Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
실시예 1-2 [스탬퍼(1K)] × × × × Ｏ Ｏ
비교예 1-1 [스탬퍼(10S)] × × × Ｏ Ｏ Ｏ
비교예 1-2 [스탬퍼(1S)] × × × × × Ｏ
표 1에 기재된 바와 같이 스탬퍼(10K)에 의해 제조된 면광원 장치용 광전도체에서는 15초 이상의 냉각을 실시하면 이형 마크는 발생하지 않았다. 이에 대해 스탬퍼(10K)와 동일 형상의 요철이 형성된 종래의 스탬퍼(1K)에서는 30초 이상 냉각하지 않으면 면광원 장치용 광전도체에 이형 마크가 발생하였다.
또한, 스탬퍼(10S)에 의해 제조된 면광원 장치용 광전도체에서는 25초 이상의 냉각을 실시하면 이형 마크는 발생하지 않았다. 이에 대해 스탬퍼(10S)와 동일 형상의 요철이 형성된 종래의 스탬퍼(1S)에서는 35초 이상 냉각하지 않으면 면광원 장치용 광전도체에 이형 마크가 발생하였다.
즉, 본 발명에 따르는 스탬퍼(10K), 스탬퍼(10S)는 각각 종래의 스탬퍼(1K), 스탬퍼(1S)와 비교하여 이형성이 높고, 냉각 시간을 단축할 수 있다.
이는 스탬퍼(10K) 및 스탬퍼(10S)의 표면(12c)의 알루미늄(또는 알루미늄의 산화물)이 니켈과 비교하여 성형 대상 수지와 박리되기 쉬운 화학적 특성을 구비하고 있는 것에 기인한다고 생각된다.
그리고, 이와 같이 냉각 시간을 단축할 수 있는 스탬퍼(10K), 스탬퍼(10S)이면, 면광원 장치용 광전도체의 생산성을 향상시킬 수 있다.
(2) 유지 압력과 이형성의 관계
스탬퍼(10K), 스탬퍼(1K)의 각각에 관해 사출 성형할 때에 성형 대상 수지에 가하는 유지 압력의 크기를 변화시켜 유지 압력과 이형성의 관계를 조사한다. 이형성은 성형후에 수득된 면광원 장치용 광전도체의 이형 마크의 유무를 육안으로 확인함으로써 실시하였다. 이형 마크가 있는 것을 ×, 이형 마크가 없는 것을 Ｏ으로 하여 이 결과를 표 2에 기재하였다.
5MPa 10MPa 20MPa 30MPa 35MPa 40MPa
스탬퍼(10K) Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
스탬퍼(1K) Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ × ×
표 2에 기재된 바와 같이 스탬퍼(10K)를 사용하여 면광원 장치용 광전도체를 제조하는 경우에는 40MPa의 압력으로 유지해도 이형 마크는 발생하지 않았다. 이에 대해 스탬퍼(10K)와 동일 형상의 요철이 형성된 종래의 스탬퍼(1K)에서는 35MPa 이상의 압력으로 유지하면 면광원 장치용 광전도체에 이형 마크가 발생하였다.
즉, 본 발명의 스탬퍼(10K)는 종래의 스탬퍼(1K)와 비교하여 이형성이 높으며 높은 유지 압력 밑에서 면광원 장치용 광전도체를 성형해도 이형 마크가 발생하기 어려웠다.
이것은 스탬퍼(10K) 및 스탬퍼(10S)의 표면(12c)의 알루미늄(또는 알루미늄의 산화물)이 니켈과 비교하여, 성형 대상 수지와 박리되기 쉬운 화학적 특성을 구비하고 있는 것에 기인한다고 생각된다.
(실시예 2 내지 실시예 7)
1. 스탬퍼의 제작
텅스텐 바스켓(13a)에 잔존하는 알루미늄량과 세트하는 니켈량을 적량으로 조정하고, 전기전도화 막을 형성하는 원반의 미세구조를 변경하는 이외에는 실시예 1과 동일하게 조작하여 스탬퍼 A-1 내지 스탬퍼 A-6, 스탬퍼 B-1 내지 스탬퍼 B-6, 스탬퍼 C-1 내지 스탬퍼C-6을 수득한다. 스탬퍼를 제작하는 데 사용하는 증착 물질의 배합비(중량%)를 표 3에 기재하였고, 수득된 스탬퍼 A-1 내지 스탬퍼 A-6을 X선 전자 분광장치를 사용하여 성분 조성 분석한 결과를 표 4에 기재하였다. 스탬퍼 B와 스탬퍼 C를 제조하기 위해 사용하는 원반의 구조를 도 9, 도 10에 도시하였다. 도 11은 스탬퍼 A1 내지 스탬퍼 A6의 X선 전자 분광장치로 수득된 성분 조성의 분석 결과를 각각 도시한 것이다.
스탬퍼 제작조건
스탬퍼 번호 원반의 종류 증착물질 배합비(중량%)
알루미늄 니켈
A-1 A 100 0
A-2 A 90 10
A-3 A 70 30
A-4 A 30 70
A-5 A 10 90
A-6 A 0 100
B-1 B 100 0
B-2 B 90 10
B-3 B 70 30
B-4 B 30 70
B-5 B 10 90
B-6 B 0 100
C-1 C 100 0
C-2 C 90 10
C-3 C 70 30
C-4 C 30 70
C-5 C 10 90
C-6 C 0 100
(A: 장타원 패턴, B: 타원상 도트 패턴, C: 프리즘 패턴)
스탬퍼 A-1의 분석치
표층으로부터 깊이 증착막의 성분 조성(몰%)
Å Al(2p) Ni(2p3/2) O(1s) C(1s) Al/(Al+Ni)
0 30 0 47 23 100
28 40 0 60 0 100
56 45 0 55 0 100
84 43 0 57 0 100
112 43 0 57 0 100
140 44 0 56 0 100
168 41 0 59 0 100
196 43 0 57 0 100
42 0 58 0 100
43 0 57 0 100
스탬퍼 A-2의 분석치
표층으로부터 깊이 증착막의 성분 조성(몰%)
Å Al(2p) Ni(2p3/2) O(1s) C(1s) Al/(Al+Ni)
0 21 0 57 22 100
28 32 0 66 0 100
56 35 0 60 0 100
84 36 0 61 0 100
112 35 1 62 0 97
140 37 2 53 0 95
168 36 2 62 0 95
196 33 2 65 0 94
224 20 30 50 0 40
252 0 100 0 0 0
스탬퍼 A-3의 분석치
표층으로부터 깊이 증착막의 성분 조성(몰%)
Å Al(2p) Ni(2p3/2) O(1s) C(1s) Al/(Al+Ni)
0 48 0 33 19 100
28 55 4 41 0 93
56 52 20 28 0 72
84 55 9 36 0 86
112 60 8 34 0 88
140 38 38 24 0 50
168 32 68 0 0 32
196 11 89 0 0 11
스탬퍼 A-4의 분석치
표층으로부터 깊이 증착막의 성분 조성(몰%)
Å Al(2p) Ni(2p3/2) O(1s) C(1s) Al/(Al+Ni)
0 16 1 46 37 96
28 24 22 54 0 53
56 20 49 42 0 29
84 22 29 49 1 43
112 23 24 53 1 49
140 6 67 27 0 8
168 0 100 0 0 0
196 0 100 0 0 0
스탬퍼 A-5의 분석치
표층으로부터 깊이 증착막의 성분 조성(몰%)
Å Al(2p) Ni(2p3/2) O(1s) C(1s) Al/(Al+Ni)
0 23 1 46 30 96
28 17 48 35 0 26
56 7 55 38 0 11
84 9 75 16 0 11
112 0 100 0 0 0
140 0 100 0 0 0
168 0 100 0 0 0
196 0 100 0 0 0
스탬퍼 A-6의 분석치
표층으로부터 깊이 증착막의 성분 조성(몰%)
Å Al(2p) Ni(2p3/2) O(1s) C(1s) Al/(Al+Ni)
0 0 35 35 30 0
28 0 90 10 0 0
56 0 100 0 0 0
84 0 100 0 0 0
112 0 100 0 0 0
140 0 100 0 0 0
168 0 100 0 0 0
196 0 100 0 0 0
2. 사출 성형 시험
(주)메이키세이사쿠쇼제 NADEM 5000 성형기(형 드로잉 압력 500T), 스탬퍼를 장착할 수 있는 370 ×300mm(판 두께 2mm 또는 8mm) 평판 금형, (주)스타세이키제 TZ-1500HM 자동 인출기를 사용하여 사출 성형 시험을 실시하였다.
(1) 실시예 2-1 내지 실시예 2-3
370 ×300mm ×8mm 평판 금형의 고정측에 A타입의 스탬퍼를 장착하고, 가동측에 B타입의 스탬퍼를 장착하여, PMMA[(주)구라레제 파라페트 GH-1000S]를 사용하여 유지 압력을 변화시켜 사출 성형하고, 유지 압력과 이형성의 관계를 조사하였다. 이형성은 자동 인출기로 인출 가능 여부로 평가하였다. 이의 사출 성형 조건과 시험 결과를 표 5에 기재한다. 실용적인 조건 범위로 양호하게 인출할 수 있었다.
(2) 비교예 2-1
스탬퍼 A-6와 스탬퍼B-6를 사용하는 이외에는 실시예 2-1 내지 실시예 2-3과 동일하게 시험하여, 유지 압력과 이형성의 관계를 조사하였다. 이의 사출 성형 조건과 시험 결과를 표 5에 기재하였다. 45MPa 이상의 유지 압력에서는 자동 인출할 수 없으며, 양호한 이형성이 얻어지지 않았다.
유지 압력과 인출 가부의 관계 사용재료: PMMA(파라페트 GH-1000S)
실시예 스탬퍼의 종류 유지 압력(Mpa)
금형 고정측 금형 가동측 40 45 50
증착물질 배합비(중량%) 증착물질 배합비(중량%)
알루미늄 니켈 알루미늄 니켈
실시예 2-1 A-3 70 30 B-3 70 30 가능 가능 가능
실시예 2-2 A-4 30 70 B-4 30 70 가능 가능 가능
실시예 2-3 A-5 10 90 B-5 10 90 가능 가능 가능
비교예 2-1 A-6 0 100 B-6 0 100 가능 불가 불가
주1) 사출 성형 조건 - 성형품 판 두께: 8mmt, 실린더 온도: 265℃, 금형 온도: 85℃, 유지 압력 시간: 35초, 냉각 시간: 20초, 충전 시간: 9초
(3) 실시예 3-1 내지 실시예 3-3
370 ×300mm ×2mm 평판 금형의 고정측에 B타입의 스탬퍼를 장착하고, 가동측에 C타입의 스탬퍼를 장착하며, GH-1000S를 사용하여 유지 압력을 변화시켜 사출 성형하고, 유지 압력과 이형성의 관계를 조사하였다. 이형성은 자동 인출기로 인출할 수 있는지 여부로 평가하였다. 이의 사출 성형 조건과 시험 결과를 표 6에 기재하였다. 실용적인 조건 범위로 양호하게 인출할 수 있었다.
(4) 비교예 3-1
스탬퍼 B-6과 스탬퍼 C-6을 사용하는 이외에는 실시예 3-1 내지 실시예 3-3과 동일하게 시험하여, 유지 압력과 이형성의 관계를 조사하였다. 이의 사출 성형 조건과 시험 결과를 표 6에 기재하였다. 20MPa 이상의 유지 압력에서는 자동 인출할 수 없으며 양호한 이형성이 얻어지지 않았다.
유지 압력과 인출 가부의 관계 사용재료: PMMA(파라페트 GH-1000S)
스탬퍼의 종류 유지 압력(Mpa)
금형 고정측 금형 가동측 20 30 40
증착물질 배합비(중량%) 증착물질 배합비(중량%)
알루미늄 니켈 알루미늄 니켈
실시예 3-1 B-3 70 30 C-3 70 30 가능 가능 가능
실시예 3-2 B-4 30 70 C-4 30 70 가능 가능 가능
실시예 3-3 B-5 10 90 C-5 10 90 가능 가능 불가
비교예 3-1 B-6 0 100 C-6 0 100 불가 불가 불가
주1) 사출 성형 조건 - 성형품 판 두께: 2mmt, 실린더 온도: 275℃, 금형 온도: 85℃, 유지 압력 시간: 9초, 냉각 시간: 90초, 충전 시간: 4초
(5) 실시예 4-1 내지 실시예 4-3
370 ×300mm ×8mm 평판 금형의 고정측에 A타입의 스탬퍼를 장착하고, 가동측에 B타입의 스탬퍼를 장착하며, PMMA[(주)구라레제 파라페트 GH-1000S]를 사용하여 유지 압력을 변화시켜 사출 성형하고, 냉각 시간과 이형성의 관계를 조사하였다. 이형성은 자동 인출기로 인출할 수 있는지 여부로 평가하였다. 이의 사출 성형 조건과 시험 결과를 표 7에 기재하였다. 실용적인 조건 범위로 양호하게 인출할 수 있었다.
(6) 비교예 4-1
스탬퍼 A-6과 스탬퍼 B-6를 사용하는 이외에는 실시예 4-1 내지 실시예 4-3과 동일하게 시험하여 냉각 시간과 이형성의 관계를 조사하였다. 이의 사출 성형 조건과 시험 결과를 표 7에 기재하였다. 냉각 시간 85초 이하에서는 자동 인출할 수 없으며 양호한 이형성이 얻어지지 않았다.
금형 냉각 시간과 인출 가부의 관계 사용재료: PMMA(파라페트 GH-1000S)
스탬퍼의 종류 냉각 시간(초)
금형 고정측 금형 가동측 100 90 85 80
증착물질 배합비(중량%) 증착물질 배합비(중량%)
알루미늄 니켈 알루미늄 니켈
실시예 4-1 A-3 70 30 B-3 70 30 가능 가능 가능 가능
실시예 4-2 A-4 30 70 B-4 30 70 가능 가능 가능 가능
실시예 4-3 A-5 10 90 B-5 10 90 가능 가능 가능 가능
비교예 4-1 A-6 0 100 B-6 0 100 가능 가능 불가 불가
주1) 사출 성형 조건 - 성형품 판 두께: 8mmt, 실린더 온도: 265℃, 금형 온도: 85℃, 유지 압력 시간: 35초, 유지 압력: 25MPa, 충전 시간: 9초
(7) 실시예 5-1 내지 실시예 5-3
370 ×300mm ×2mm 평판 금형의 고정측에 B타입의 스탬퍼를 장착하고, 가동측에 C타입의 스탬퍼를 장착하며, PMMA[(주)구라레제 파라페트 GH-1000S]를 사용하여 냉각 시간을 변화시켜 사출 성형하며, 냉각 시간과 이형성의 관계를 조사하였다. 이형성은 성형품의 이형 마크의 정도를 육안으로 확인하는 것으로 평가하며, ◎: 이형 마크 없음, Ｏ: 이형 마크 근소하게 있음, △: 이형 마크있음, ×: 이형 마크가 현저하게 있다고 하여, 시험 사출 성형 조건과 결과를 표 8에 기재하였다. 스탬퍼 표층이 Ni만인 하기 비교예 B-1과 비교하여, 이형 마크가 발생하기 어려우며 양호한 이형성을 나타냈다.
(8) 비교예 5-1
스탬퍼 B-6과 스탬퍼C-6을 사용하는 이외에는 실시예 5-1 내지 실시예 5-3과 동일하게 시험하여, 냉각 시간과 이형성의 관계를 조사하였다. 이의 사출 성형 조건과 시험 결과를 표 8에 기재하였다. 냉각 시간 120초 이상으로 이형 마크가 발생하며, 양호한 이형성이 얻어지지 않았다.
냉각 시간과 성형품의 이형 마크의 관계
사용재료 스탬퍼의 종류 냉각 시간(초)
금형 고정측 금형 가동측 160 150 140 130 120
증착물질 배합비(중량%) 증착물질 배합비(중량%)
알루미늄 니켈 알루미늄 니켈
실시예5-1 파라페트 GH-1000S B-3 70 30 C-3 70 30 △ Ｏ ◎ ◎ ◎
실시예5-2 상동 B-4 30 70 C-4 30 70 × △ Ｏ ◎ ◎
실시예5-3 상동 B-5 10 90 C-5 10 90 × △ Ｏ Ｏ ◎
실시예6-1 MS수지TX B-3 70 30 C-3 70 30 × Ｏ Ｏ ◎ ◎
실시예6-2 상동 B-4 30 70 C-4 30 70 × △ Ｏ ◎ ◎
비교예5-1 파라페트 GH-1000S B-6 0 100 C-6 0 100 × × △ Ｏ Ｏ
비교예6-1 상동 B-6 0 100 C-6 0 100 × × × △ Ｏ
주1) 사출 성형 조건 - 성형품 판 두께: 8mmt, 실린더 온도: 265℃, 금형 온도: 85℃, 유지 압력 시간: 35초, 유지 압력: 30MPa, 충전 시간: 9초
주2) 이형 마크의 평가 - ◎: 이형 마크 없음, Ｏ: 이형 마크 근소하게 있음, △: 이형 마크 있음, ×: 이형 마크가 현저하게 있음.
(9) 실시예 6-1 및 실시예 6-2
성형 재료를 PMMA[(주)구라레제 파라페트 GH-1000S]를 변경하여 덴키가가쿠고교(주)제 MS수지TP-SX를 사용하는 이외에는 실시예 5-1 내지 실시예 5-3과 동일하게 시험한다. 스탬퍼 표층이 Ni만인 하기 비교예 6-1과 비교하여, 이형 마크가 발생하기 어려우며 양호한 이형성을 나타냈다.
(10) 비교예 6-1
스탬퍼 B-6과 스탬퍼 C-6을 사용하는 이외에는 실시예 6-1 내지 실시예 6-2와 동일하게 시험하여 냉각 시간과 이형성의 관계를 조사하였다. 이의 사출 성형 조건과 시험 결과를 표 8에 기재하였다. 냉각 시간 120초 이상으로 이형 마크가 발생하며, 양호한 이형성이 얻어지지 않았다.
3. 스탬퍼 표면막의 내구성 시험
(1) 실시예 7-1 내지 실시예 7-4, 비교예 7-1 내지 비교예 7-2
스탬퍼 A-1 내지 스탬퍼 A-6에 관해서 감광성 내식막과의 박리시에 스탬퍼에 대한 막 밀착성을 육안으로 조사하였다. 또한, 동일 조건하에 면광원 장치용 광전도체의 1000쇼트 연속 성형을 실시하여, 막의 내구성을 평가하였다. 결과를 표 9에 기재하였다. 스탬퍼 A-1 및 스탬퍼 A-2는 막의 밀착성이 낮고, 감광성 내식막과의 박리시에 알루미늄 층이 감광성 내식막 측에 취해지고, 스탬퍼 표면이 반점상으로 보이는 데 대해 스탬퍼 A-3 내지 스탬퍼 A-6은 감광성 내식막과의 박리시에 알루미늄 층이 감광성 내식막 측에 취해지는 경우는 없고, 면광원 장치용 광전도체의 1,000쇼트 연속 성형후의 표면 관찰을 한 결과, 막 박리의 확인은 할 수 없었다. 이것은 표 4-1, 표 4-2에 기재된 스탬퍼 표층부로부터 깊이 200Å까지의 분석 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 표층부에 불연속층이 존재하거나 표층에서의 알루미늄 함유량이 극단적으로 많은 것에 따라 막 밀착성이 떨어지는 것으로 추정되고, 표 4-3 내지 표 4-4와 같이 알루미늄이 적당하게 연속적으로 감소하는 막 조성에서는 명확한 계면이 존재하기 어려우므로 층내에서 박리가 이루어지지 않는 것으로 추측된다.
표면막의 내구성 시험
스탬퍼 번호 증착물질 배합비(중량%) (내식막에 대한)박리시 상태 막박리가확인된성형 쇼트 수 막밀착성의 평가
알루미늄 니켈
비교예 7-1 A-1 100 0 알루미늄막 90% 박리 성형 없음 ×
비교예 7-2 A-2 90 10 알루미늄막 50% 박리 성형 없음 ×
실시예 7-1 A-3 70 30 막 박리가 없음 1,000쇼트이상의 막박리 없음 Ｏ
실시예 7-2 A-4 30 70 막 박리 없음 1,000쇼트이상의 막박리 없음 Ｏ
실시예 7-3 A-5 10 90 막 박리 없음 1,000쇼트이상의 막박리 없음 ◎
실시예 7-4 A-6 0 100 막 박리 없음 1,000쇼트이상의 막박리 없음 ◎
본 발명에 따르는 수지 성형용 금형은 액정 디스플레이의 면광원 장치용 광전도체나 비구면 마이크로 렌즈, 마이크로프레넬 렌즈, 광디스크 등과 같이 표면에 미세한 요철을 구비하는 수지 성형품을 제조하기 위해 사용할 수 있고, 당해 수지 성형용 금형은 성형 대상 수지와의 높은 이형성을 갖는 동시에 내구성이 우수하며, 당해 수지 성형용 금형의 제조방법은 제조비용을 증대시키지 않는다. 따라서, 본 발명의 수지 성형용 금형 및 이의 제조방법은 당해 기술분야에서 산업상 이용가능성이 크다.

Claims (15)

  1. 표면에 요철이 형성되어 있으면서 전기전도성 금속으로 형성된 전기전도화 막과 당해 전기전도화 막의 배면에 전해주조되어 형성된 전해주조층을 구비한 수지 성형용 금형으로서, 전기전도화 막의 표면이 실질적으로 알루미늄으로 형성되고 배면은 전기전도화 금속으로 형성되며, 전기전도화 막의 표층으로부터 전기전도화 막의 배면을 향하여 알루미늄과 전기전도화 금속의 성분 조성비가 연속적으로 변하는 수지 성형용 금형이고, 당해 수지 성형용 금형을 사용하여 수지를 성형하는 경우, 수지 성형 후에 성형 수지체를 금형으로부터 이형할 때, 전기전도화 막 표면층이 박리되지 않음을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형.
  2. 표면에 요철이 형성되어 있으면서 전기전도성 금속으로 형성된 전기전도화 막과 당해 전기전도화 막의 배면에 전해주조되어 형성된 전해주조층을 구비한 수지 성형용 금형으로서, 전기전도화 막의 표면이 실질적으로 알루미늄 및 산소로 형성되고 배면은 전기전도화 금속으로 형성되며, 전기전도화 막의 표층으로부터 전기전도화 막의 배면을 향하여 알루미늄과 전기전도화 금속의 성분 조성비가 연속적으로 변하는 수지 성형용 금형이고, 당해 수지 성형용 금형을 사용하여 수지를 성형하는 경우, 수지 성형 후에 성형 수지체를 금형으로부터 이형할 때, 전기전도화 막 표면층이 박리되지 않음을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전기전도화 막이, 알루미늄과 전기전도화 금속을 중량 조성비로 70:30 내지 10:90의 비로 함유하여 이루어진 재료에 의해 형성됨을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 전기전도화 막이 증착에 의해 형성되는, 수지 성형용 금형.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 전기전도화 막의 두께가 200 내지 3000Å임을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형.
  6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 전기전도화 막의 표층으로부터의 깊이가 10 내지 100Å이고, 알루미늄과 전기전도화 금속의 조성비가 몰 비로 97.5:2.5 내지 10:90임을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 전기전도화 막의 표층으로부터의 깊이가 110Å 이상(데이타가 84Å인 지점으로부터 바로 112Å인 지점으로 건너 뛰므로, 110Å으로 한다)이고, 알루미늄의 조성비이 단조 감소함을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형.
  8. 제2항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 알루미늄의 적어도 일부가 산소와 화합하여 알루미늄의 산화물로 됨을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 전기전도화 금속이 니켈임을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 전해주조층이 니켈에 의해 형성된 니켈 전해주조층임을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형.
  11. 진공 증착장치 내의 가열용 발열체에 알루미늄을 장착하고, 알루미늄을 증발시킴으로써 소정량의 알루미늄을 가열용 발열체에 잔존시키고, 기판 및 당해 기판 위에 소정의 요철 패턴을 형성하는 감광성 내식막으로 이루어진 원반을 진공 증착장치 내의 기판 홀더에 장착하는 동시에 가열용 발열체에 전기전도화 금속을 장착하고, 원반의 감광성 내식막 위에 위에서 언급한 잔존 알루미늄과 전기전도화 금속을 진공 증착하여 전기전도화 막을 형성하고, 전기전도화 막 위에 전해주조용 금속을 전해주조하여 전해주조층을 형성하고, 전기전도화 막으로부터 원반을 박리하여 수지 성형용 금형을 수득함을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 잔존 알루미늄과 장착 전기전도화 금속의 중량 조성비가 90:10 내지 10:90의 비임을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형의 제조방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 전기전도화 막의 두께가 200 내지 3000Å임을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형.
  14. 제11항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 전기전도화 금속이 니켈임을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형의 제조방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 전해주조용 금속이 니켈임을 특징으로 하는, 수지 성형용 금형의 제조방법.
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