KR20070053218A

KR20070053218A - 성형체의 제조방법 및 제조장치

Info

Publication number: KR20070053218A
Application number: KR1020077003401A
Authority: KR
Inventors: 히로시 이토; 카즈토시 야케모토
Original assignee: 더 재팬 스틸 워크스 엘티디
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-05-23
Also published as: KR100861145B1; JP2006056107A; JP3857703B2; EP1785253B1; WO2006019160A1; US20080093764A1; CN102582081B; CN101005932A; US8119054B2; EP1785253A4; TW200621467A; CN101005932B; CN102582081A; EP1785253A1; TWI273961B

Abstract

본 발명은 초미세가공, 높은 치수정밀도, 저잔류응력, 저복굴절, 뛰어난 기계적 강도를 갖는 성형체를 초저압의 성형프로세스로 3차원의 얇고 큰면적의 형상으로써 제공가능한 성형체의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 표면에 미세한 요철부(10)를 갖는 성형형(成形型)(11) 위에 용융수지(12)를 도포하는 도포공정과, 수지(12)를 금형에 의해 프레스하고, 성형체의 형상을 마련하는 프레스공정과, 수지(12)를 냉각하여 고화시키는 고화공정을 가지며, 도포공정이 토출구를 구비한 도포장치에 수지를 공급하고, 도포장치를 이동시키면서 최종제품에 거의 근접한 형상 및 두께로 가열된 성형형(11)의 요철부(10) 위쪽에서 수지(12)를 토출하고, 요철부(10)에 수지를 충전하는 공정인 제조방법 및 제조장치를 제공한다.

요철부, 용융수지

Description

성형체의 제조방법 및 제조장치{PROCESS FOR PRODUCING MOLDED ITEM AND APPARATUS THEREFOR}

본 발명은 성형체의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이며, 상세하게는 초미세가공, 높은 치수정밀도, 저잔류응력, 저복굴절, 고광투과성, 뛰어난 기계적 강도를 갖는 성형체를 초저압의 성형프로세스에 의해 3차원적이면서도 얇고 큰면적의 형상으로 제공가능한 성형체의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

현재 서브 ㎛의 초미세한 요철형상을 표면에 갖는 동시에, 3차원의 얇고 큰면적인 형상을 갖는 성형체가 마이크로렌즈 어레이와 같은 전자디스플레이용 광학부품, 멀티모드 광도파로와 같은 광정보통신용 부품으로서 요구되고 있다.

하기는 이와 같은 표면에 미세한 요철부를 갖는 성형품의 제조방법의 종래기술이다.

특허문헌 1에는 광선투과성, 저복굴절성, 및 기계적 강도특성이 뛰어나고 미세한 요철을 가지며, 얇고 또한 대형의 광학용 성형체를 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 적어도 한쪽 금형의 캐비티면에 높이 또는 깊이 가 50㎛ 미만인 미세요철이 형성되고, 거리를 두고 설치된 상금형 및 하금형으로 이루어진 프레스성형기의 하금형에 용융한 할로겐 비함유 열가소성수지를 제공하며, 이 용융수지의 온도가 이 수지의 유리전이온도(Tg)에 대하여 (Tg+10℃)이상 (Tg+150℃) 미만의 온도범위에 있는 동안에 프레스 하는 것을 특징으로 하는 광학용 성형체의 제조방법이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는 미세요철패턴을 정확히 형성하여 수지의 불균일한 충전이 없이 이형성(離型成)이 향상되고, 이형시의 제품의 불균일한 온도가 없어지며, 또한 굴곡이 없는 넓은 면적에서 얇은 성형체를 얻는데 적합한 제조법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 다이아몬드 라이크 카본으로 내면이 피복된 가동측금형과 고정측금형에 의해 형성된 캐비티에 용융한 지환구조 함유 중합체수지를 충전하고, 그 다음 가동측금형으로 상기 용융수지를 압축하는 것으로 이루어지는 성형체의 제조법이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는 효율적으로 정밀도가 높은 미세형상을 전사하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 요철패턴이 형성된 전사면을 갖는 형(mold)을 준비하여 특정온도로 가열에 의해 연화된 기재에 상기 전사면을 가압하여 누른 후, 강제적으로 상기 형을 특정온도에서 상기 기재로부터 떼어놓아서 상기 기재의 표면에 상기 요철패턴의 반전패턴을 전사하는 미세형상 전사방법이 개시되어 있다.

특허문헌 4에는 미세한 프레넬렌즈, 렌티큘러렌즈 또는 프리즘렌즈 형상 등의 광학요소를 갖는 광학물품을 고품질, 그리고 염가로 제공하는 것을 목적으로 하며, 슬릿노즐을 사용하여 성형형(成形型)의 미세요철형상 전체면에 방사선 경화형 수지액을 도포형성하는 공정을 포함하는 광학물품의 제조방법이 개시되어 있다.

특허문헌 5에는 염가로 대량생산이 가능한 빛의 파장 이하를 포함하는 미세한 요철패턴을 피전사체로 형성할 수 있는 미세패턴의 전사가공방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 미세한 요철패턴을 구비한 전사체를 준비하여 피전사체로 이루어진 재료를 가열에 의해 용융하고 있는 상태로 상기 전사체의 요철패턴 상에 흘려넣고, 그 후 냉각함으로써 피전사체로 이루어진 재료를 고화하는 동시에, 상기 요철패턴을 전사하고, 그 후 상기 전사체로부터 분리하여 피전사체로서 꺼내는 것을 특징으로 하는 미세패턴의 전사가공방법이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특개 2003-211475호 공보

특허문헌 2: 일본국 특개 2004-98580호 공보

특허문헌 3: 일본국 특개 2001-26052호 공보

특허문헌 4: 일본국 특개 2002-268146호 공보

특허문헌 5: 일본국 특개 2000-39702호 공보

그러나 상기의 종래기술에서는 성형체의 광학적인 비틀림이나 구부림, 열수축에 의한 미세요철패턴의 치수변화 등의 불량이 발생하거나(특허문헌 1), 프레스에 고압이 필요하거나(특허문헌 1, 2, 5), 3차원의 얇고 큰면적의 형상의 성형품 제조에는 부적합하거나(특허문헌 2, 3), 수지액이 비산하거나 불량품이 발생하는(특허문헌 4) 등의 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 초미세가공, 높은 치수정밀도, 저잔류응력, 저복굴절, 고광투과성, 뛰어난 기계적 강도를 갖는 성형체를 초저압의 성형프로세스이면서 3차원의 얇고 큰면적의 형상으로써 제공가능한 성형체의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1의 관점은 표면에 미세한 요철부를 갖는 성형형(成形型)위에 용융한 열가소성 수지를 도포하는 도포공정과, 상기 도포한 열가소성 수지를 금형에 의해 프레스하여 성형체의 형상을 마련하는 프레스공정과, 상기 도포한 열가소성 수지를 냉각하여 고화시키는 고화공정을 최소한 갖는 성형체의 제조방법이다.

본 발명의 제2의 관점은 상기 도포공정이 토출구를 구비한 도포장치에 상기 열가소성 수지를 공급하고, 상기 도포장치를 이동시키면서 상기 미세한 요철부의 위쪽으로부터 상기 열가소성 수지를 토출하여 상기 미세한 요철부에 상기 열가소성 수지를 충전하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법이다. 상기 도포공정에서 상기 미세한 요철부의 내부 또는 미세한 요철부를 갖는 캐비티표면에 상기 열가소성 수지가 부착되도록 상기 성형형을 가열하여도 된다. 또 상기 열가소성 수지를 최종제품에 거의 근접한 형상 및 두께로 상기 미세한 요철부에 충전하여도 된다.

본 발명의 제3의 관점은 상기 고화공정이 프레스력을 인가한 채 상기 열가소성 수지를 냉각하여 고화시키는 공정인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4의 관점은 상기 토출구로부터 상기 미세한 요철부의 전체에 상기 열가소성 수지가 충전되도록 상기 도포장치가 최대 6 자유도로 이동가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5의 관점은 상기 미세한 요철부가 10㎚~1㎜의 폭 또는 직경을 갖는 동시에 10㎚~1㎜의 깊이 또는 높이를 갖는 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6의 관점은 성형체의 두께가 50㎛~5㎜의 범위인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7의 관점은 상기 성형형이 적어도 한쪽에 미세한 요철부를 갖는 상하 2장의 금형인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8의 관점은 하기의 ⒜~⒤의 일련의 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

⒜ 상하 2장의 금형을 준비하여 상금형의 캐비티면의 온도를 하기의 프레스공정에서 상기 상금형의 캐비티면에 접촉한 열가소성 수지의 표층에 고화층이 형성되지 않고 또한, 인가된 프레스력하에서 상기 상금형의 캐비티면의 형상으로 변형할 수 있는 정도의 연화상태를 유지할 수 있는 온도까지 승온하며, 하금형의 캐비티면의 온도를 하기 도포공정에서 토출되는 열가소성 수지가 상기 미세한 요철부의 내부 또는 미세한 요철부를 갖는 캐비티표면에 점착하는 온도까지 승온하는 금형승온공정;

⒝ 토출구를 구비한 도포장치의 상기 토출구로부터 상기 미세한 요철부의 전체에 상기 열가소성 수지가 충전되도록 상기 도포장치를 이동시키면서 토출을 하고 또한, 성형체의 최종형상에 거의 근접한 형상까지 도포를 하는 도포공정;

⒞ 상금형과 하금형을 감합시켜서 가력발생기(加力發生器)로 하금형의 캐비티면과 상금형의 캐비티면과의 사이에 존재하는 상기 도포한 열가소성 수지를 프레스하고 닫힌 캐비티사이에서 형성되는 폐쇄공간의 형상에 상기 열가소성 수지의 형상을 마련하는 프레스공정;

⒟ 상기 열가소성 수지에 프레스력을 인가한 채 소망의 온도가 되기까지 열가소성 수지를 냉각하여 고화시키는 고화공정;

⒠ 상기 상금형과 하금형을 감합하고 있는 범위에서 미량으로 열린 형(mold) 이완공정;

⒡ 상기 상금형의 캐비티면과 성형체와의 사이, 또는 하금형의 캐비티면과 성형체와의 사이의 어느 한쪽에서 상기 금형에 탑재된 박리수단에 의해 캐비티면과 성형체를 박리시키는 제1의 박리공정;

⒢ 상기 ⒡공정과는 역박리면에서 상기 금형에 탑재된 박리수단에 의해 캐비티면과 성형체를 박리시키는 제2의 박리공정;

⒣ 성형체를 꺼낼 수 있는 정도까지 금형을 여는 금형열림공정; 및

⒤ 성형체를 금형 밖으로 꺼내는 성형체 꺼내기 공정.

본 발명의 제9의 관점은 상기 공정 ⒞에서 상금형과 하금형을 감합시키고 상금형의 캐비티면과 열가소성 수지상면과의 사이에 미소 간극을 갖는 상태로 상기 미소간극 내의 공기를 흡인하여 감압 또는 대략 진공상태로 한 후에 상기 상금형의 캐비티면과 열가소성 수지 상면을 접촉시켜서 프레스력을 인가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10의 관점은 표면에 미세한 요철부를 갖는 성형형과, 상기 성형형을 가열하는 가열수단 및 냉각하는 냉각수단과, 상기 미세한 요철부에 용융한 열가소성 수지를 충전하는 도포장치로 이루어지며, 상기 도포장치가 열가소성 수지를 가소화하는 가소화부와, 가소화된 용융수지를 저장하는 수지저장부와, 상기 용융한 열가소성를 토출하는 토출부를 구비하고, 상기 미세한 요철부의 상부쪽으로부터 용융한 열가소성수지가 토출되도록 상기 도포장치가 이동가능한 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치이다. 상기 토출구의 선단은 테이퍼형상이어도 된다. 또 상기 토출구는 도포진행방향 전후의 적어도 한쪽에 탕구(pouring gate)를 가져도 된다.

본 발명의 제11의 관점은 상기 도포장치가 최대 6 자유도로 이동가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제12의 관점은 상기 수지저장부가 유입한 용융수지를 일단 저장한 후 규정량으로 송출하는 저장실린더인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제13의 관점은 상기 저장실린더가 용융수지를 저장하는 실린더와, 상기 실린더 내에 설치되는 동시에 상기 용융수지를 송출하는 피스톤과, 상기 피스톤을 전후로 진행시키는 피스톤 구동수단을 가지며, 상기 실린더와 상기 피스톤과의 사이에는 상기 용융수지가 통과가능한 간극부가 설치되고, 상기 가소화부에서의 용융수지의 유입과 동시에 상기 피스톤 구동수단에 의해 상기 피스톤을 후퇴시켜서 소정량의 용융수지를 상기 실린더의 선단부로부터 서서히 저장시킨 후, 상기 피스톤을 전진시켜서 규정량의 용융수지가 송출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치이다.

본 발명의 제14의 관점은 상기 피스톤은 상기 용융수지를 규정량으로 압출하여 송출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제15의 관점은 상기 가소화부 및 상기 도포장치 사이의 연결유로에 상기 연결유로를 개폐하는 밸브를 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제16의 관점은 상기 토출구가 고강성 가이드에 지지되면서 이동하여 상기 용융수지의 토출을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제17의 관점은 상기 토출구의 양측이 상기 용융수지의 도포방향을 따라 설치된 적어도 1개의 고강성 가이드에 의해 지지되고, 또한, 상기 고강성 가이드가 상기 용융수지의 도포방향의 상류측 및 하류측에 각각 설치된 2개소 이상의 지지부재에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제18의 관점은 상기 토출부구가 지지부재를 통하여 상기 용융수지의 도포방향을 따라 설치된 고강성 가이드에 의해 지지되고, 또한, 상기 고강성 가이드가 도포장치를 탑재하는 장치 본체에 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제19의 관점은, 상기 하금형의 피토출면을 연직(鉛直)방향으로 이동시킨 이동수단을 더 설치한 것을 특징으로 한다. 상기 이동수단은 상기 용융수지를 토출하는 토출부의 선단부와 상기 하금형의 피토출면과의 거리를 조절하여도 된다. 또 상기 이동수단은 상기 하금형을 탑재하는 동시에 상기 금형 및 상기 하금형을 가합하기 위한 프레스형반(型盤)이며, 상기 프레스형반의 상하 이동에 의해 상기 토출부와 상기 하금형의 피토출면과의 거리가 조절되어도 된다. 또 상기 이동수단은 상기 하금형을 탑재하는 동시에 상기 상금형 및 상기 하금형을 가압하기 위한 프레스형반과, 상기 하금형과의 사이에 설치된 상하이동 스테이지이고, 상기 상하이동 스테이지의 상하 이동에 의해 상기 토출부와 상기 하금형의 피토출면과의 거리가 조절되어도 된다. 또 상기 이동수단은 상기 하금형의 피토출면만을 상하 이동시키는 수단이고, 상기 수단의 상하이동에 의해 상기 다이(die)의 선단부와 상기 하금형의 피토출면과의 거리가 조절되어도 된다.

본 발명에 의하면 초미세가공, 높은 치수정밀도, 저잔류응력, 저복굴절, 고광투과성, 뛰어난 기계적 강도를 갖는 성형체를 초저압의 성형프로세스이면서 3차원의 얇고 큰면적의 형상으로써 제공가능한 성형체의 제조방법 및 제조장치가 제공된다.

도 1은, 본 발명의 성형체의 제조방법에서의 도포공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는, 본 발명의 방법을 이용하여 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체를 제조하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은, 하금형의 캐비티면의 온도를 어떻게 결정하면 좋을지를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는, 금형의 가열수단의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는, 금형의 가열수단의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 가소화부 및 도포장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은, 가소화부 및 도포장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 8은, 가소화부 및 도포장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 9는, 가소화부 및 도포장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 10은, 가소화부 및 도포장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 본 발명의 제조장치의 일 예를 설명하기 위한 모식적 단면도이다.

도 12는, 본 발명에 사용되는 저장실린더를 설명하기 위한 모식적 단면도이다.

도 13은, 본 발명에 사용되는 저장실린더에 있어서 피스톤이 후퇴한 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 14는, 수지용융부 및 저장실린더 사이의 연결유로에 밸브를 설치한 형태를 설명하기 위한 제조장치의 모식적 단면도이다.

도 15는, 사출기능을 갖는 실린더를 수지송출부로서 사용한 본 발명의 제조장치의 다른 형태를 설명하기 위한 모식적 단면도이다.

도 16은, 본 발명에서 사용될 수 있는 도포장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 17은, 본 발명에서 사용될 수 있는 토출구의 형상을 설명하기 위한 도면이다.

도 18은, 본 발명에서 사용될 수 있는 토출구의 형상을 설명하기 위한 도면이다.

도 19는, 본 발명의 제조장치의 전체구성의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 20은, 본 발명에서 사용될 수 있는 토출구의 형상을 설명하기 위한 도면이다.

도 21은, 고강성 가이드에 지지되면서 이동하는 다이로부터 용융수지를 토출하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 22는, 고강성 가이드에 지지되면서 이동하는 다이로부터 용융수지를 토출하는 공정의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 23은, 하금형을 연직방향으로 이동시키는 수단의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 24는, 하금형을 연직방향으로 이동시키는 수단의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 25는, 하금형을 연직방향으로 이동시키는 수단의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

※부호의 설명※

10…미세한 요철부 11…성형형(成形型)

12…용융한 열가소성 수지 13…토출구

21…하금형 23…스탬퍼

24…상금형 25…성형체

61…가소화부 65…수지저장부

131…도포장치 132…가소화부

133…가소성을 갖는 유로 140…스탬퍼

141…하금형 142…상금형

143…연직형 정밀(竪型精密) 디지털 프레스

147…6분할 된 토출구 210…저장실린더

232…하금형 1101…실린더

1102…피스톤 1103…피스톤 구동수단

이하, 본 발명을 도면을 참조하면서 더 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 성형체의 제조방법에서의 도포공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 의하면, 표면에 미세한 요철부(10)를 갖는 성형형(成形型)(11)(단면도) 상에 용융한 열가소성 수지(12)(이하, 용융수지라고도 칭한다)가 도포장치의 토출구(13)(단면도)로부터 토출되고, 미세한 요철부(10)에 용융수지(12)가 충전되어 있다. 도 1의 형태에서는 도포장치(도시하지 않음)를 화살표(14) 방향으로 이동시키면서, 따라서 토출구(13)도 화살표(14) 방향으로 이동시키면서 미세한 요철부(10)의 위쪽에서 용융수지(12)의 토출을 하고 있다.

일반적인 사출성형법이나 종래기술의 방법에서는 금형의 캐비티 내에 충전된 수지의 표층은 즉시 온도저하되고, 점도의 증대, 고화층의 형성이 시작되기 때문에 수지의 딱딱한 표층을 미세한 요철부에 눌러서 요철형상을 전사하기 위해서는 강대한 프레스력이 필요해진다.

이에 대하여 본 발명에서는 토출구(13)를 화살표(14) 방향으로 이동시키면서 미세한 요철부(10)의 위쪽에서 용융수지(12)의 토출을 하고 있으므로, 용융수 지(12)는 즉시 미세요철부의 내부에 도달한다. 이 때문에 수지의 온도저하가 매우 미량으로 점도의 증대가 거의 없다. 즉, 용융수지(12)가 이상적인 저점도의 상태에서 미세한 요철부(10)의 내부에 도달한다. 또 용융수지(12)의 충전은 토출구(13)에서 이 수지가 토출할 수 있으면 달성되므로 종래와 같은 강력한 프레스력 등은 전혀 필요로 하지 않는다. 즉, 도 1에서 용융수지(12)가 화살표(15) 방향으로 토출구(13)에서 토출할 수 있으면, 성형형(11)의 표면에 설치된 미세한 요철부(10)의 형상의 대부분을 상기와 같은 도포만으로 전사할 수 있다.

또 용융수지(12)의 온도저하량은 토출구(13)와 성형형(11)과의 거리가 짧아지는 정도(얇게 도포하는 정도), 단시간인 정도로 억제된다. 본 발명의 방법은 토출구(13)를 이동시키면서 미세한 요철부(10)의 위쪽에서 용융수지(12)를 충전해 가므로 토출구(13)와 성형형(11)과의 거리가 가까워지며, 용융수지(12)가 미세한 요철부(10)에 도달하기까지의 시간이 단축되는 정도, 온도저하량이 적은 저점도의 용융수지가 용이하게 미세한 요철부(10)의 내부에 도달·전사한다. 따라서 본 발명의 방법은 두께가 얇은 성형체의 제조에 매우 유리하다.

또한, 본 발명의 방법에 의하면 토출구(13)를 이동시키면서 미세한 요철부(10)의 위쪽에서 용융수지(12)를 충전해 가므로 미세한 요철부(10)의 내부의 공기가 화살표(16)방향으로 밀려난다. 이에 따라 미세한 요철부(10)와 용융수지(12)와의 사이에 공기가 갇혀서 미세한 요철형상의 전사를 저해하는 일은 없다.

또한, 본 발명에서의 미세한 요철부(10)는 10㎚~1㎜의 폭 또는 직경을 갖는 동시에 10㎚~1㎜의 깊이 또는 높이를 갖는 형상의 폭 넓은 범위로부터 선택할 수 있다.

도 2a 내지 도 2d는, 본 발명의 방법을 이용하여 복잡한 3차원 형상을 갖는 성형체를 제조하는 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 형태에서는 상하 2장의 금형을 사용하고 있다.

도 2a는 하금형(21)에 올려진 성형형(11)의 평면도이고, 도 2b는 정면도이다. 도 2의 형태에서는 도 2a의 화살표(22) 방향으로, 광폭의 토출구를 사용하여 용융수지를 1회 도포하는 것으로 한다. 또 성형형(11)의 일부로서 표면에 미세한 요철부를 갖는 스탬퍼(23)를 사용하여 이것을 하금형(21)의 철부(211)에 설치하였다. 또한, 미세한 요철부의 내부 또는 미세한 요철부를 갖는 캐비티표면에 용융수지가 부착되도록 성형형(11) 및 스탬퍼(23)는 가열되어 있다. 도 2b에서 토출구(13)를 화살표(22) 방향으로 또한, 하금형(21) 및 스탬퍼(23)의 형상을 따라 이동시키면서 용융한 열가소성 수지(12)를 최종제품에 거의 근접한 형상 및 두께로 도포해간다(도포공정). 그 다음, 도 2c에서, 상금형(24)을 아래쪽으로 이동시키고 도포한 열가소성 수지를 프레스하여 성형체의 형상을 마련한다(프레스공정). 다음에 도 2d에서, 프레스력을 인가한 채 상기 열가소성 수지를 냉각하여 고화시켜서(고화공정) 금형을 열고 성형체(25)를 꺼낸다.

본 발명의 방법을 더 구체적으로 설명한다.

본 발명의 특히 적당한 방법은 하기의 ⒜~⒤의 일련의 공정을 포함한다.

⒜ 도 2a 내지 도 2d에 도시한 바와 같이, 하금형(21) 및 상금형(24)의 2장의 금형을 준비한다. 그리고 상금형(24)의 캐비티면의 온도를 프레스공정에서 상 금형(21)의 캐비티면에 접촉한 용융수지(12)의 표층에 고화층이 형성되지 않고 또한, 인가된 프레스력하에서 상금형(24)의 캐비티면의 형상으로 변형할 수 있는 정도의 연화상태를 유지할 수 있는 온도까지 승온한다. 또한, 하금형(21)의 캐비티면의 온도를 용융수지(12)가 미세한 요철부의 내부 또는 미세한 요철부를 갖는 캐비티표면에 점착하는 온도까지 승온한다(금형승온공정);

⒝ 금형의 승온이 완료한 후, 토출구(13)로부터 미세한 요철부의 전체에 용융수지(12)가 충전되도록 토출구(13)를 이동시키면서 토출을 하고 또한, 성형체의 최종형상에 거의 근접한 형상까지 도포를 한다(도포공정);

⒞ 도포공정완료 후, 상금형(24)과 하금형(21)을 감합시켜서, 가력발생기로 하금형(21)의 캐비티면과 상금형(24)의 캐비티면과의 사이에 존재하는 용융수지(12)를 프레스하고, 닫힌 캐비티사이에서 형성되는 폐쇄공간의 형상으로 수지의 형상을 마련한다(프레스공정);

⒟ 용융수지(12)의 냉각에 따른 수축을 보상하기 위해서 프레스력을 인가한 채, 소망의 온도가 되기까지 열가소성 수지를 냉각하여 고화시킨다(고화공정);

⒠ 고화공정 종료 후, 상기 상금형(24)과 하금형(21)을 감합하고 있는 범위에서 미량 연다(형 이완공정);

⒡ 상기 상금형(24)의 캐비티면과 성형체와의 사이, 또는 하금형(21)의 캐비티면과 성형체와의 사이의 어느 한쪽에서 금형에 탑재된 박리수단(도시하지 않음)에 의해 캐비티면과 성형체를 박리시킨다(제1 박리공정);

⒢ 상기 ⒡공정과는 역의 박리면에서 금형에 탑재된 박리수단에 의해 캐비 티면과 성형체를 박리시킨다(제2 박리공정);

⒣ 성형체를 꺼낼 수 있는 정도까지 금형을 연다(금형열림공정); 및

⒤ 성형체를 금형 밖으로 꺼낸다(성형체 꺼내기 공정).

상기 ⒜공정에서 하금형의 캐비티면의 온도인「도포공정에서 토출되는 열가소성 수지가 상기 미세한 요철부의 내부 또는 미세한 요철부를 갖는 캐비티표면에 점착하는 온도」는 성형형(11)의 표면성상(표면거칠기 등), 재질(재질, 이형완료처리의 유무 등), 수지의 종류나 온도, 도포장치의 이동속도(도포속도) 등에 감안하여 결정된다.

도 3은, 하금형의 캐비티면의 온도를 어떻게 결정하면 좋을지를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 표면 거칠기 1.6S로 마무리한 스테인레스(SUS 304)제 캐비티의 표면에 (주)쿠라레이 제 아크릴수지(패럴페트 GH1000S 백알루미늄)를 수지온도, 캐비티온도 및 도포속도를 변경하여 도포를 해서 양호한 도포가 가능한 조건을 발견한 것이다. 또한, 캐비티표면에서의 이형처리는 일체 하지 않고 있다. 목표도포속도를 100㎜/s로 한 경우, 수지온도가 240℃이면 금형캐비티의 온도를 약 145℃ 이상으로 설정하면 되는 것을 알 수 있다. 또 수지온도를 250℃로 하면 캐비티온도를 대략 130℃ 이상으로 설정하면 되는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 도포공정에서 도포와 동시에 미세한 요철부의 전사가 완료되어 있으므로 프레스공정만으로 전사를 하는 종래기술과 같이 금형을 매우 고온으로 유지할 필요가 없다. 따라서 수지의 열 열화(熱劣化)를 억제할 수 있고 열 팽창, 수축에 의한 치수변화를 적게 할 수 있으므로 치수정밀도가 향상되며, 또 금형의 가열냉각시간이 단축되고 성형체의 생산시간도 단축되어 비용면에서 매우 유리하다.

또한, 상금형의 캐비티의 온도는 프레스공정에서 금형이 닫혀서 도포된 수지의 상면에 접할 때까지 완료되어 있으면 되므로, 상금형의 승온은 예컨대 도포공정 중에 개시하여도 된다. 하금형의 캐비티의 온도는 도포공정에서 용융한 열가소성 수지가 성형형에 접촉할 때까지 완료되어 있으면 된다.

상기 ⒝공정에서, 일반적으로 용융수지(12)는 예를 들면, 자외선 경화형 수지와는 다르고, 용융상태라도 일정한 점도를 가지고 있기 때문에(예컨대, 1000Pa.s 이상), 성형체의 최종형상에 거의 근접한 형상으로까지 도포를 할 수 있다. 또한, 도 2의 형태에서는 토출구(13)의 이동은 화살표(22) 방향으로 광폭의 토출구를 사용하여 수지를 1회 도포하는 것이지만 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 토출구(13)를 복수 회 왕복시키면서 도포를 해도 된다. 이때, 최대 6 자유도로 이동 가능하게 해두고, 성형형(11)이 더 복잡한 3차원 형상이라도 그 형상에 토출구(13)가 추종할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같은 이동가능한 도포장치에 대해서는 후술한다. 또 도포장치로의 용융수지의 공급은 도포를 하기까지 완료되어 있으면 되며, 고화공정이나 형 이완공정 등, 도포장치가 동작하고 있지 않은 공정으로 해두면, 금형승온공정 후, 바로 도포를 할 수 있으므로 성형에 필요한 시간(사이클 타임)이 단축되어 적당하다.

상기 ⒞ 공정에서 프레스압력은 10MPa 이하일 수 있다. 이것은 용융수지가 최종형상에 거의 근접한 형상으로까지 도포되어 있기 때문에 높은 프레스력을 가하 여 용융수지를 변형, 유동시킬 필요가 없고, 또 프레스 시의 용융수지가 유연하므로, 매우 낮은 프레스압력으로 미세한 요철형상의 전사가 가능한 때문이다. 따라서 가력발생기가 작아도, 큰면적의 제품을 제조할 수 있다. 또 장치의 소형화, 공간 절감화, 에너지 절감화, 비용 절감화와 연결된다. 또 프레스 시에 캐비티 내의 수지가 거의 유동하지 않기 때문에, 프레스공정에서도 수지의 유동에 따른 고분자쇄(高分子鎖)의 배향 등, 광학적 왜곡이나 구부림의 원인이 되는 현상을 일으키기 어렵다. 또한, 본 프레스공정 및 앞의 도포공정에서 고점도로 된 열가소성 수지를 억지로 동작시키는 일은 없다. 그 결과, 종래기술의 사출성형법 등에 비하여 저잔류응력, 저복굴절, 고광투과성 등의 광학특성이 뛰어나고, 구부림 등이 없는 높은 치수정밀도를 갖는 성형체를 얻을 수 있다. 또 성형체(11)의 미세한 요철부(10)가 파단되기 어려우며 장수명화에 연결된다. 게다가 또, 강력한 프레스력을 필요로 하지 않으므로 압력에 내성이 없는 세렌화 아연(ZnSe)이나 실리콘(Si) 등으로 이루어지는 금형을 사용할 수 있다. 이들 재료는 적외선투과재료이므로, 일본국 특허 제3169786호 명세서에 기재되어 있는 것처럼, 이들 재료를 캐비티면으로서 사용하고, 이 캐비티면을 통하여 열가소성 수지에 적외선을 조사하면 수지의 온도저하를 억제하고, 미세한 요철형상의 전사가 한층 양호해진다.

또한, 프레스하기 직전에 도포된 수지 위에 가열판을 삽입하고, 수지의 상면을 가열함으로써 일시적으로 점도를 내려서 프레스하면 보다 저압에서 성형체의 형상을 갖출 수 있다. 가열판은 할로겐램프 등의 적외선 램프가 설치된 것도 되며, 일반적인 전열히터 등으로 가열된 판(판으로부터의 복사전열로 수지를 가열)이라도 된다. 또한, 상금형의 캐비티면이 수지에 접하기 직전에 일시 정지시키고, 상금형의 캐비티면으로부터의 방사열로 수지상면의 온도가 상승하는 것을 기다리고 나서 프레스해도 된다. 이들 가열수단 예는, 모두 복사전열이므로 진공중에도 열이 전달된다. 따라서, 하기의 감압·진공공정을 하여도 낭비 없이 가열을 할 수 있다.

또한, 상하금형의 적어도 어느 한쪽을 이동시킴으로써 금형을 개폐시키는 것과 금형 잠금·프레스가 가능한 정밀가력발생기는 예컨대, 연직형 프레스기 등으로 실현된다.

후술하는 감압·진공공정에서는 금형의 위치를 정확히 검출하고, 상금형 캐비티면과 용융수지 상면과의 사이에 미소간극을 갖는 상태로 금형잠금동작을 일시 정지하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또 고화공정에서는 성형체의 체적수축을 보상하기 위해서 정밀도 좋게 압력을 설정치에 추종시키면서, 성형체의 체적수축에 대응하는 양만큼 금형을 닫을 수 있는(정밀도가 높은 압력제어) 것이 바람직하다. 또 하기의 형(mold) 이완공정에서는 성형체의 두께보다도 작은 스트로크만큼 약간 금형을 열 필요가 있다. 이들에 의해 금형을 이동시킬 때의 위치결정정밀도, 고속제어정밀도 및 금형잠금시(프레스 시)의 압력제어정밀도에는 비교적 고정밀도가 요구된다. 따라서 구동계로서 서브모터 등의 정밀도를 확보하기 쉬운 기구를 사용한 가력발생기 쪽이 바람직하다.

상기 ⒞ 공정에서는, 상금형(24)과 하금형(21)을 감합시키고 상금형(24)의 캐비티면과 열가소성 수지 상면과의 사이에 미소간극을 가진 상태에서 상기 미소간극 내의 공기를 흡인하여 감압 또는 대략 진공상태로 한 후에, 상금형(24)의 캐비 티면과 열가소성 수지 상면을 접촉시켜서 프레스력을 인가하는 것이 더 바람직하다. 이와 같이 하면 용융한 열가소성 수지와 캐비티와의 사이의 공기가 배제되고, 공기의 방출·봉입에 의한 전사불량을 회피할 수 있다.

공기흡인구는 캐비티면에 특별히 설치하여도 되지만, 예컨대, 기계식 이젝터(ejector)를 갖는 금형이면, 이젝터가 접동하기 위해서 발생시키는 캐비티의 간극으로부터 흡인하는 일도 가능하다. 흡인수단은 공지의 진공펌프 등을 사용하면 된다. 이 감압·진공공정은 상하금형의 캐비티가 자웅(雌雄)형상을 가지며, 금형닫힘 공정에서 상하금형을 감합시킨 때, 자(雌) 측 캐비티에 웅(雄)측 캐비티가 미량 들어가서 폐쇄공간을 형성하는 금형인 경우에 의해 효율적으로 할 수 있다. 감압, 대략 진공으로 하는 타이밍은 상기 폐쇄공간을 형성 후, 상금형 캐비티면과 수지 상면과의 사이에 미소간극을 가지고 있는 동안이 바람직하다. 캐비티면과 수지가 접촉하여 공기를 가둔 후에는 갇힌 범위에 흡인구가 없는 경우, 흡인의 효과를 얻을 수 없기 때문이다. 감압·진공공정의 동작을 적정한 타이밍으로 하기 위해서 예컨대, 가력발생기로부터 금형위치의 정보를 얻어서 소망의 위치에 도달하면 흡인수단을 기동시키고, 상금형 캐비티면이 수지 상면에 완전히 접촉한 위치에서 흡인수단을 정지하면 된다. 또 흡인수단의 기동→금형 닫힘을 정지→타이머 등으로 관리하여 일정시간 흡인→금형 닫힘 재개라는 동작을 해도 되며, 캐비티내의 압력을 검출하는 수단을 설치하고, 흡인동작 후 소망의 압력까지 감압된 시점에서 금형 닫힘을 재개하는 등, 여러 가지 형태의 실시가 가능하다.

상기 공정 ⒟에서 소망의 온도가 되기까지 프레스력을 인가한 채로 성형체를 냉각하므로 수지의 체적수축에 따른 싱크 마크(sink mark) 등의 불량발생을 방지하고, 치수정밀도가 높은 고품질의 성형체를 얻을 수 있다.

상기 공정 ⒠에서 금형의 열림량은 미세한 요철부의 높이 또는 깊이보다도 큰 열림량이면 된다.

상기 공정 ⒡~⒤에서 금형에 탑재된 박리수단으로서는 금형에 탑재된 기계식 이젝터나 에어 블로 기구를 예를 들수 있으며, 이것에 의해 성형체 전체면을 캐비티면으로부터 박리할 수 있다. 기계적 이젝터의 압력이나 유체토출구로부터 토출한 유체에 가하는 토출압에 의해 성형체와 캐비티면과의 사이에 미량의 박리부가 형성되면 그곳에 유체가 들어가서 토출압이 전파(傳播)하여 다음의 박리를 촉진하여 박리부를 서서히 확대시켜 간다. 이 현상이 연속적으로 일어남으로써 성형체 전면이 캐비티면으로부터 박리한다. 상기 중에서도 보다 바람직하게는 공지의 에어블로기구, 즉 공기 등의 유체를 토출하기 위한 토출구를 캐비티면(바람직하게는 성형체 중앙)에 설치하여 이 토출구로부터 유체를 토출시키는 기구를 설치하는 것이 바람직하다. 기계식 이젝터방식으로는 국소적인 부분밖에 누를(박리력을 작용시키는) 수 없으므로, 성형체의 두께가 얇아지면 박리를 일으키기 전에 성형체가 파손되는·고장나는 등의 문제가 발생한다. 상기와 같이 압력이 인가된 기체를 박리부에 보내는 방법이라면 박리부 전체에 압력이 작용하여 균등하게 박리력을 발생시킬 수 있기 때문에 얇은 성형체의 박리가 용이해진다. 그 다음 성형체를 꺼낼 수 있는 정도까지 금형을 열어서 성형체를 금형밖으로 꺼낼 수 있다.

본 발명에서 사용하는 열가소성 수지로서는 특히 제한되어 있지 않지만, 예 를 들면 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 시클로올레핀(COP), 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET), 폴리브틸렌 텔레프탈레이트(PBT), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리이미드(PI), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리아세탈(POM), 에틸렌-초산비틸 공중합 수지(EVA), 아크릴로니트릴 브타젠스틸렌(ABS), 폴리염화비닐(PVC), 폴리페닐렌 옥사이드(PPO) 또는 이들의 혼합물 등을 예로 들 수 있다. 또 성형체에서 얻어진 성능에 합쳐서 특별히 제조된 열가소성 수지여도 된다.

또한, 열 가소성 수지에는 필요에 따라 유리섬유나 카본 등의 각종 충전재나, 내열안정제, 내후안정제(耐候安定劑), 내전방지제, 슬립제, 안티블록킹제, 방담제(放曇劑), 윤활제, 염료, 안료, 천연오일, 합성오일, 왁스 등의 공지의 각종 첨가제를 배합할 수도 있다.

본 발명의 방법에 의하면, 두께가 50㎛~5㎜의 범위이고, 성형체의 주변 길이가 두께의 1000배를 넘는, 얇고 큰면적의 성형체를 얻을 수 있다.

그 다음, 본 발명의 제조장치에 대해서 설명한다.

본 발명의 제조장치는 표면에 미세한 요철부를 갖는 성형형(成形型)과, 상기 성형형을 가열하는 가열수단 및 냉각하는 냉각수단과, 상기 미세한 요철부에 용융한 열가소성 수지를 충전하는 도포장치로 이루어지며, 상기 도포장치가 열가소성 수지를 가소화하는 가소화부와 가소화된 용융수지를 저장하는 수지저장부와, 상기 용융한 열가소성 수지를 토출하는 토출구를 구비하고, 상기 미세한 요철부의 위쪽에서 상기 용융한 열가소성 수지가 토출되도록 상기 도포장치가 이동가능한 것을 특징으로 하고 있다.

표면에 미세한 요철부를 갖는 성형형은 후술과 같이 성형체에서의 요구성능에 맞춰서 상하금형 캐비티의 어느 한 부위에 설치되어도 되지만, 바람직하게는 도포장치에 의해 용융수지가 정밀도포되는 하금형의 캐비티면에 설치하면 저압력으로 고정밀도의 미세요철형상의 전사를 행할 수 있다. 본 발명에서는 포토리소그라피법, 전기주조법, 이온 에칭법 등의 반도체 프로세스를 이용하여 스탬퍼 표면에 미세한 요철부를 형성하고, 이것을 성형형으로서 금형 내에 설치하여도 된다. 스탬퍼의 재질은 니켈(또는 니켈합금), 실리콘, 유리 등을 예로 들 수 있고, 이와 같은 재료만으로 형성되어도 되며, 예컨대, 수십㎛ ~ 수㎜의 두께를 갖는 판 형상의 모재(실리콘 기재) 상에 니켈로 미세 요철을 형성하여도 된다. 이것과는 별도로 금형본체의 캐비티면에 직접 미세요철형상을 형성하여도 된다. 요철부의 단면형상은 사각형을 기본으로 하지만 테이퍼(사다리꼴)형, 삼각형, 반원형, 반타원형 등이어도 된다.

상하금형의 캐비티면을 가열·냉각하는 수단은 여러 방법이 있다.

가열수단으로서는 예를 들면 하기와 같은 방법이다.

⑴ 온조(溫調)된 물(온수)이나 기름 등의 열매체를 금형에 설치된 이 매체의 유로에 유통시켜서 가열하는 방법.

⑵ 플레이트 히터, 카트리지 히터 등의 전열히터를 금형에 장착하여 가열하는 방법.

⑶ 할로겐램프, 원적외선 히터 등, 적외선을 방사하는 장치에 의해 적외선을 금형캐비티표면에 조사하여 가열하는 방법.

⑷ 유도 가열하는 방법.

⑸ 도 4에 도시한 바와 같이 캐비티본체(41)를 전기절연체로서 캐비티본체(41) 표면에 얇은 도전성 막(42)을 형성하고, 도전성 막(42)에 통전함으로써 도전성 막을 발열시키는 방법. 이 경우, 도전성 막(42)으로 요철부를 피막하여도 되며(도 4a) 요철부 자체를 도전성 막(42)으로 제작하여도 된다(도 4b).

상기는 캐비티면(또는 금형) 전체를 가열하는 수단의 예이지만, 도 5에 도시한 바와 같이 도포장치(51)의 토출구(52) 근방에 적외선램프 등의 가열수단(53)을 설치하고, 용융수지가 도포되기 직전의 캐비티(54) 표면을 국소적으로 가열하여 용융수지가 점착하는 온도까지 승온하면서 도포를 해도 된다. 또한, 이 경우 도포장치의 이동방향은 화살표(55)로 가리키는 방향이며, 부호 56은 적외선램프 등의 가열수단(53) 의해 국소가열된 부위이고, 부호 57은 도포된 용융수지를 의미하고 있다. 도 4 및 도 5에 도시하는 형태에 의하면, 캐비티전체의 온도를 낮게 해둘 수 있고, 수지의 열열화(熱劣化)의 억제, 성형체의 냉각고화에 필요한 시간·에너지의 절약 등을 달성할 수 있다.

그 다음 냉각수단으로서는 예컨대, 하기와 같은 방법이다.

⑴ 금형에 설치된 매체의 유로에 온조수(溫調水)를 유통시켜서 냉각하는 방법.

⑵ 금형에 설치된 관로에 공기를 유통시켜서 냉각하는 방법.

⑶ 캐비티표면에 공기나 휘발성(캐비티표면에서 액체에서 기체로 상 변화한 다)의 액체와 기체를 혼합한 미스트를 불어서 냉각하는 방법.

⑷ 히터 파이프에 의해 금형 안의 열을 금형 밖으로 수송·방출함으로써 냉각하는 방법.

⑸ 펠체소자 등의 전기적 냉각기에 의해 금형 안 또는 캐비티표면의 열을 빼앗아서 냉각하는 방법.

상기의 가열·냉각수단을 적당히 조합시켜서 사용하면 된다.

가소화부는 수지를 가소화하여 용융상태로 하는 기능과, 도포장치의 수지저장부에 이 용융수지를 공급할 수 있는 기구를 갖고 있으면 된다. 예컨대 공지의 단축 압출기, 2축 압출기 등이어도 된다.

또 본 발명에서의 도포장치는 도 6a에 도시한 바와 같이 가소화부(61) 및 도포장치(62)의 쌍방에 착탈기구(631) 및 (632)를 각각 설치하고, 가소화부(61)를 도포장치(62)로부터 착탈가능하게 하며, 또한, 가소화부(61)와 도포장치(62)의 쌍방에 수지 유로를 개폐할 수 있는 밸브(641),(642)를 각각 설치하고, 양자가 연결된 상태로 쌍방의 밸브를 열어서 용융수지의 유로를 연통시키고, 도포장치의 수지저장부(65)에 가소화부(61)로부터 용융수지를 보내고, 소정량 저장한 시점에서 밸브(641),(642)의 각각을 닫아서 도 6b에 도시한 바와 같이 가소화부(61)를 이탈하여도 된다. 또 도 7에 도시한 바와 같이 가소화부(61)와 도포장치(62)와의 사이를 가소성을 갖는 유로(66)에서 연결하고, 도포장치(62)에 용융수지를 보내는 형태를 취하여도 된다.

이것과는 별도로 인라인 형 사출성형기와 같이 수지저장부가 가소화부의 기 능을 겸비하여도 된다. 예를 들면, 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이 인라인형 사출성형기(71)는, 수지저장부(72)와 회전 및 전후이동이 가능한 스크루(73)를 가지며, 스크루(73)가 화살표(74) 방향으로 회전하면, 스크루(73)가 후퇴하고 수지가 화살표(75) 방향으로 진행하면서 가소화한다. 가소화 종료 후는 도 8c에 도시한 바와 같이 밸브(76)를 여는 동시에 스크루(73)를 전진시켜서 수지저장부(72) 내의 용융수지를 토출구(77)로부터 토출하는 형태여도 된다.

또 도 9에 도시하는 전가소화식(前可塑化式: pre-plasticizing) 사출성형과 같이 스크루(81)를 구비한 가소화 실린더(82)와, 전후이동 가능한 피스톤(83)을 구비한 사출실린더(84)가 부설되어 가소화 실린더(82)로 가소화한 용융수지를 사출실린더(84)의 선단부로 보내서 저장하고, 그 후 피스톤(83)을 전진시킴으로써 토출구(85)로부터 용융수지를 토출하는 형태여도 된다. 또한, 부호 86은 밸브이며, 밸브(86)를 여는 것에 의해 용융수지를 토출구(85)로부터 토출할 수 있다.

다른 실시의 형태로서 예를 들면, 도 10에 도시하는 바와 같이 반응 포트나 반응기(87)에 스크루, 피스톤 등의 용융수지 수송수단(88)을 설치하고 반응기(87) 내에서 수지를 가소화시킨 후, 이것을 상기의 사출성형기의 실린더(89)에 도입하여도 된다.

가소화온도는 수지재료를 용융할 수 있는 온도면 된다.

또 다른 실시의 형태로서 도 11에 도시하는 바와 같이 열가소성 수지를 용융하여 수송하는 가소화부(61)와, 가소화부(61)에 연결되어 있는 동시에, 자세한 구조는 후술하겠지만 유입한 용융수지를 규정량으로 송출하는 수지저장부(65)와, 수 지저장부(65)로부터 송출된 용융수지를 피토출면에서 위쪽으로 토출하는 토출부(21)로 주로 구성하여도 된다.

수지저장부(65)는 유입한 용융수지를 일단 저장한 후 규정량으로 송출하는 저장실린더인 것이 바람직하다.

도 12에서 저장실린더(210)는 전체형상이 원통형상을 이루고, 용융수지를 저장하는 실린더(1101)와, 실린더(1101) 내에 설치되는 동시에 용융수지를 규정량으로 밀어내어 송출하는 피스톤(1102)과, 피스톤을 전후 전진시키는 피스톤 구동수단(1103)을 갖는다. 또 저장실린더(210)는 외주부에 가열 및 냉각하기 위한 수단을 갖는다. 도 12에 도시한 바와 같이 실린더(1101)와 피스톤(1102)과의 사이에는 용융수지가 관통가능한 간극부(1104)가 설치되고, 가소화부(61)로부터 용융수지가 유입구(1105)를 거쳐서 유입할 때에는 이 간극부(1104)를 통해서 용융수지가 화살표 방향으로 흘러간다. 용융수지의 유속을 빠르게 설정함으로써 용융수지의 체류를 방지할 수 있다. 간극부(1104)의 사이즈는 사용하는 용융수지의 종류 등에 의해 적당히 결정하면 되지만 예를 들면 수㎜ 정도, 구체적으로는 0.5~5㎜이다.

용융수지의 유입과 동시에 피스톤구동수단(1103)을 가동시켜서 도 13에 도시한 바와 같이 피스톤(1102)을 후진시킨다. 이 조작에 의해 용융수지는 실린더(1101)의 선단부(토출구 측)로부터 저장해 나가게 된다. 용융수지의 저장이 규정량으로써 완료되면 피스톤구동수단(1103)을 가동시키고 피스톤(1102)을 소정거리 전진시켜서 규정량의 용융수지를 송출할 수 있다. 또한, 피스톤(1102)의 위치제어정밀도에는 비교적 고정밀도가 요구된다. 따라서 피스톤구동수단(1108)으로서 서브모터 등의 정밀도를 확보하기 쉬운 기구를 사용한 가력발생기를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하면 최초로 유입한 용융수지가 최초로 토출구에 송출되어 토출되게 된다. 따라서 용융수지의 긴 체류시간에 따른 열열화(투명한 수지가 황색으로 되거나(태움)), 다갈색(흑점)으로 되거나 한다)가 방지된다. 또 수지용융부(10)와 저장실린더(210)가 짧은 경로로써 연결하고 있는 것에 의해서도 용융수지의 체류시간이 짧아지고 열열화의 문제가 한층 방지되게 된다. 또한, 열열화를 일으킨 용융수지를 사용하여 성형체를 제조하면 예컨대, 성형체의 용도가 광학제품인 경우, 소망의 광투과성이나 굴절률 등을 얻을 수 없게 되는 경우가 있어서 바람직하지 않다.

실린더(1101)와 피스톤(1102)이 접촉하면 양 금속의 마찰에 의해 금속가루가 발생하고, 이것이 제품에 악영향을 줄 우려가 있지만 본 발명에 있어서의 저장실린더(210)는 실린더(1101)와 피스톤(1102)과의 사이에 간극부(1104)가 설치되어 있으므로 이와 같은 금속가루의 발생이 없다.

또 도 12~13에 도시한 바와 같이 저장실린더(210)에는 실린더(1101) 내에 최초로 유입한 용융수지가 실린더(1101)의 선단부와는 역방향(피스톤 구동수단(1103) 측)에 칩입하지 않도록 용융수지를 통과시키지 않는 역류방지부(1106)가 설치되어 있다. 또한, 역류방지부(1106)는 용융수지가 실린더(1101)의 선단부에 용이하게 유도되지 않도록 용융수지의 유입부(1105)로부터 실린더(1101)의 선단부의 방향을 향해 곡면을 형성하고 있다.

또 본 발명에 의하면, 가소화부(61) 및 저장실린더(210) 사이의 연결 유로에 연결 유로를 개폐하는 밸브를 설치하는 것이 바람직하다.

도 14는, 가소화부(61) 및 저장실린더(210) 사이의 연결 유로에 밸브를 설치한 형태를 설명하기 위한 제조장치의 모식적 단면도이다. 도 14의 제조장치는 도 11과 거의 같은 형태이지만, 가소화부(61) 및 저장실린더(210) 사이의 연결 유로(214)에 밸브(215)를 설치한 점이 다르다. 전술한 바와 같이 저장실린더(210)의 실린더(1101) 내에 용융수지의 저장이 완료된 후, 피스톤 구동수단(1103)을 가동시키고 피스톤(1102)을 소정거리 전진시켜서 규정량의 용융수지를 토출부(212)로 송출하지만 용융수지의 송출량은 성형체의 체적에 의해 결정된다. 따라서 정밀도 좋게 성형체를 제조하기에는 제어된 양으로써 실린더(1101) 내에 용융수지를 저장해서 용융수지를 송출할 필요가 있다. 그러나 가소화부(51) 및 저장실린더(210) 사이에 압력차가 발생할 경우(통상 수지저장시간은 가소화부(61)의 용융수지압력이 높아진다), 가소화부(61) 내의 용융수지가 필요 이상으로 유입되어 규정량을 넘어서 용융수지의 저장량이 과잉으로 되고, 정밀도 좋게 성형체를 제조하는 것이 어려워진다. 그래서 가소화부(61) 및 저장실린더(210) 사이의 연결유로(214)에 밸브(215)를 설치하고, 실린더(1101) 내로의 용융수지의 저장이 완료된 시점에서 밸브(215)를 닫고, 가소화부(61)로부터의 용융수지의 유입을 차단한다. 이에 따라 규정량의 용융수지의 저장이 가능해진다.

또 용융수지의 저장이 완료된 후는 피스톤 구동수단(1103)을 가동시키고 피스톤(1102)을 소정거리 전진시켜서 규정량의 용융수지를 토출부(212)에 송출하지만 이때도 밸브(215)를 닫아두는 것이 바람직하다. 밸브(215)를 닫아둠으로써 피스톤(1102)의 전진에 의한 용융수지의 송출압력이 연결유로(214)를 거쳐서 가소화부(61)로 달아나는 일이 방지된다. 이에 따라 규정량의 용융수지가 토출부(212)로 송출됨으로써 정밀도 좋게 성형체를 제조할 수 있다.

밸브(215)로서는 용융수지의 유로(연결유로(214))를 차단하고 용융수지의 유입·유출을 제어할 수 있으면, 특별히 제한되지 않지만 예컨대, 공지의 로터리 밸브를 이용할 수 있다.

또 가소화부(61)로부터 송출된 용융수지를 피토출면에서 위쪽으로부터 토출하는 토출부(212)는, 특별히 제한되지 않지만, 용융수지를 정밀도 좋게 시트(필름)형상으로 변형시켜서 토출하는 것이 바람직하다. 통상 토출부(212)는 수지저장부(65)와 직접 연결하고 있다.

상기에서는 가소화부(61)로서 유입한 용융수지를 일단 저장한 후 규정량으로 송출하는 저장실린더(210)를 예로서 설명하였지만, 이 형태에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면 가소화부(61)로서 저장실린더(210) 대신에 사출기능을 갖는 실린더를 사용할 수도 있다.

도 15는, 도 11과 같이 열가소성 수지를 용융하여 수송하는 가소화부(61)와, 가소화부(61)에 연결되어 있는 동시에 유입한 용융수지를 규정량으로 송출하는 수지저장부(65)와, 수지저장부(65)로부터 송출된 용융수지를 피토출면에서 위쪽으로부터 토출하는 토출부(212)로 주로 구성되어 있다. 본 실시의 형태에서는 수지저장부로서 사출기능을 갖는 실린더(211)를 사용하고 있다. 실린더(211)로서는 사출성형기용 실린더를 사용할 수 있으며, 예컨대, 전체형상이 원통형상을 이루어 스크루(1111)가 내접된 관통 내 구멍(1112)을 갖는 실린더이며, 이 실린더(211)의 외주면에는 복수의 히터가 장착되어 있다. 스크루(1111)는 구동수단(1113)에 의해 회전 및 전후진 구동되도록 구성되어 있다.

가소화부(61)에서의 용융수지가 유입구(1114)로부터 유입하고, 스크루(1111)의 회전에 의해 실린더(211)의 선단부 방향으로 보낸다. 선단부에 소정량의 용융수지가 저장된 후, 통상적인 방법에 의해 스크루(1111)를 전진시켜서 규정량의 용융수지를 토출부(212)에 송출한다. 또한, 도 14에서 도시한 형태와 마찬가지로 가소화부(61) 및 실린더(211) 사이의 연결유로(214)에 밸브(215)를 설치하고 실린더(211) 내에서의 용융수지의 저장이 완료된 시점에서 밸브(215)를 닫고, 수지용융부(10)로부터의 용융수지의 유입을 차단하는 것이 바람직하다. 이에 따라 규정량의 용융수지의 저장이 가능해진다는 효과를 가져온다. 또한 용융수지의 저장이 완료된 후는 실린더(211)의 사출기능에 의해 규정량의 용융수지를 토출부(212)로 송출하지만, 이때도 밸브(215)를 닫아 두는 것이 바람직하다. 이에 따라 용융수지의 송출압력이 연결유로(214)를 거쳐서 가소화부(61)로 달아나는 것이 방지되고, 규정량의 용융수지가 토출부(212)로 토출되어 결과적으로 정밀도 좋게 성형체를 제조할 수 있다는 효과를 가져온다.

상기와는 다른 도포장치의 형태로서는 예컨대, 일본국 특개2004-121986호 공보에 개시되어 있는 도포장치를 들 수 있다.

도 16은, 이와 같은 도포장치의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 16에서 도포장치(A1)는 개략적으로는 수지저장부인 실린더(19)와, 이 실린더(91)에 부속되어 대략 일체적으로 설치되어 있는 도포부(92)로 구성되어 있다. 실린더(91)의 내부에는 피스톤 구동장치(93)에 의해 도 16에서 상하방향으로 구동되는 피스톤(94)이 설치되어 있다. 피스톤(94)을 아래쪽으로 구동하면 용융수지는 도포부(92)를 통하여 성형형으로 밀어낸다. 실린더(91)의 측부에는 수지보급로(95)가 열려 있다. 그리고 이 수지보급로(95)에 대응하여 보급로를 개폐하는 수단의 일 예로서 로터리 밸브(96)가 설치되어 있다. 또한, 도 16에는 도시되어 있지 않지만 이 도포장치(A1)에는 고체상의 수지를 용융하는, 전술의 가소화부가 설치되고, 가소화된 용융수지는 로터리밸브(96)를 통하여 실린더(91)에 공급되도록 되어 있다. 실린더(91) 내의 용융수지의 압출량은 피스톤(94)의 구동속도에 의해 세밀하게 제어된다. 이와 같이 구성되어 있는 실린더(91)의 외주부에는 발열수단으로서의 여러 개의 히터(97),(97)…가 설치되어 있다. 이들 히터(97),(97)…의 발열량은 제어장치(98)에 의해 제어된다.

실린더(91)의 하단부는 테이퍼형상으로 좁혀지며, 그리고 수지통로(99)로 되어 도포부(92)에 연결되어 있다. 도포부(92)는 용융상태의 수지가 통과하는 또는 일시적으로 저장되는 수지조정부(100)와, 그 하단에 위치하는 주걱(spatula) 부(101)로 이루어져 있다. 주걱부(101)의 하단부는 비스듬하게 열려서 화살표(D) 방향으로 소정속도로 이동되도록 되어 있다. 경사면(102)이 이동방향의 전방에 위치하므로 경사면(102)에 용융수지의 출구가 되는 토출구(103)가 열려 있다. 토출구(103)는 본 형태에서는 1개의 수지조정부(100)와 연통하고 있다. 토출구(103)에는 선단부가 테이퍼형상으로 지름이 축소되어 있는 니들(104)이 각각 설치되어 있다. 니들(104)의 상단부는 니들구동장치(105)의 출력축에 접속되며, 그리고 그랜드 패킹(106),(106)에 의해 실(seal)되어 있다. 니들구동장치(105)에 의해 니들(104)을 적당히 상하방향으로 구동하면 토출구(103)의 개도(開度)가 조절된다. 또한, 주걱부(101)의 외주부에도 발열수단으로서의 히터(107)가 설치되어 있다. 이 히터(107)의 발열량도 전술한 것처럼 제어된다.

제어장치(98)는 실린더(91)와 도포부(92)내의 용융수지의 온도, 용융수지의 압력, 피스톤(94)의 구동속도, 토출구(103)의 개도, 도포동작시의 도포장치(A1)의 이동속도 등을 설정하는 설정수단(108)도 구비하고 있다. 이와 같은 기능 및 설정수단(108)을 갖는 제어장치(98)는 실린더(91) 내의 용융수지의 압력을 계측하는 수지압력센서(109)는 신호라인(a)에 의해, 용융수지온도를 검출하는 열전쌍(thermocouple) 등으로 이루어진 온도센서(110)는 신호라인(b)에 의해, 피스톤(94)의 구동속도를 검출하는 속도센서(111)는 신호라인(c)에 의해 각각 접속되어 있다.

또 제어장치(98)와 니들위치검출센서(112)는 신호라인(d)에 의해 접속되어 있다. 이와 같은 각종 센서(109)~(102)로 계측되는 각종 계측값은 상기 각각의 신 호라인(a)~(d)에 의해 제어장치(98)에 입력되고 연산되며, 그 조작량은 전력라인(h)에 의해 히터(97),(97),…(107)로 전력라인(i)에 의해 피스톤구동장치(93)에, 그리고 마찬가지로 전력라인(j)에 의해 니들구동장치(105)에 각각 인가되도록 되어 있다.

다음, 상기의 형태에 관한 용융수지의 도포장치(A1)를 사용한 도포방법에 대해서 설명한다. 히터(97),(97),…(107)의 온도, 피스톤(94)의 구동속도, 용융수지의 압력, 토출구(103)의 개도 등을 설정수단(108)에 의해 제어장치(98)에 설정한다. 로터리 밸브(96)를 열고 가소화한 수지를 실린더(91)에 보급한다. 그 다음, 도포조작에 들어간다. 피스톤(94)이 구동되어 설정온도로 유지되어 있는 실린더(91) 내의 용융수지는 소정의 유량에 의해 도포부(92)의 수지조정부(100)로 수송된다. 그리고 니들(104)에 의해 소정 개도로 되어 있는 토출구(103)로부터 성형형(成形型)위로 밀어낸다. 이것과 동기하여 도포장치(A1)의 주걱부(101)를 화살표(D) 방향으로 이동시킨다. 밀어낸 용융수지는 주걱부(101)에 의해 성형형(成形型)위로 연장된다. 이와 같이 하여 도포가 완료된다.

또 토출구에서의 수지의 토출량은 성형형에서의 용융수지의 도포 폭, 도포두께 및 도포속도(성형형(成形型)위를 도포장치의 토출구가 이동하는 속도)로부터 제어된다.

토출구의 형상은 도포방향에 대략 수직인 방향으로 슬릿형상에 용융수지를 토출할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하고, 이 토출구는 도포방향에 대략 수직인 방향으로 1개 이상 연결되어 구성된다. 2개 이상 연결되어 있는 경우, 각 토출구 에 설치된 수지유로의 개폐밸브를 개폐하는 등으로 하여 각 토출부의 폭의 피치(pitch)로 임의로 토출폭을 변경할 수 있는 것이 바람직하다. 각 토출구의 폭이나 형상은 성성형의 형상에 맞춰서 자유롭게 변경하면 된다. 또 토출구의 연결개수를 변경하여 토출폭을 변경해도 된다. 또한, 도 17a 및 도 17b에 도시한 바와 같이 토출구의 토출폭을 연속적으로 변경할 수 있도록 토출폭을 변경하는 게이트(120)를 토출구에 부설하고, 소망의 도포형상이 되도록 게이트 위치를 차례차례 변경하면서 도포하여도 된다.

토출구 주걱부의 형상은 도 18a에 도시한 바와 같이 경사지게 잘라낸 도포진행방향의 뒤측에 탕구(pouring gate)를 설치한 형상이어도 되며, 도 18b에 도시한 바와 같이 도포진행방향의 전후 양쪽에 탕구가 설치된 형상이어도 된다. 토출압을 사용하여 용융수지를 미세한 요철부에 의해 효율적으로 충전하기에는 후자와 같이 도포진행방향의 전후 양쪽에 탕구가 설치된 형상 쪽이 적합하다. 또 도 18c에 도시한 바와 같이 토출구의 선단이 테이퍼형상으로 되어 있어도 된다.

또한, 이 토출구의 진행방향 좌우에도 탕구를 설치해서 토출구의 전후좌우에 탕구를 갖는 쪽이 더 바람직하다. 이와 같이 하여 토출구의 주걱부 선단과 캐비티면과의 사이에서 대략 폐쇄공간을 형성하여 토출압을 도피하기 어려운 형상으로 하면 된다.

도 19는, 본 발명의 제조장치의 전체구성의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 19의 형태에 의하면 도포장치(131)는 가소화부(132)가 분리되어 양자의 사이를 가소성을 갖는 유로(133)로 연결하고, 도포장치(131)에 용융수지를 보내는 형 태를 취하고 있다(도 7). 도포장치(131)에는 XYZ축의 병진방향으로 이동가능하게 되도록 X축 방향(병진방향)으로 이동가능한 테이블(134) 및 이것을 구동하기 위한 구동모터(135), Y축 방향으로 이동가능한 테이블(136) 및 이것을 구동하기 위한 구동모터(137), Z축 방향으로 이동가능한 테이블(138) 및 이것을 구동하기 위한 구동모터(139)가 설치되어 있다. 성형형으로서는 표면에 미세한 요철부를 갖는 스탬퍼(140)가 사용되어 하금형(141)에 설치되어 있다. 이 하금형(141)과 상금형(142)은 연직형 정밀(竪型精密) 디지털 프레스(143)에 탑재되어 전기히터에 의한 금형가열수단(144)과 온조수에 의한 금형냉각수단(145)을 구비하고 있다. 또 성형체를 이형하는 수단은 이형수단구동장치(146)를 사용한 공지의 기계식 이젝터, 또는 에어블로다. 또한, 도포장치(131)는 도 20에 도시한 바와 같이 6분할 된 토출구(147)를 가지며, 각각의 토출구(147)는 유로개폐 밸브구동용 실린더(148)에 의해 토출량을 더 조정할 수도 있다(도 19의 화살표 XV).

또한, 가소성을 갖는 유로, 도포장치의 실린더 및 토출구, 상하금형 등의 온도제어, 가소성을 갖는 유로와 도포장치의 수지유로를 개폐하는 밸브, 복수 분할된 토출구의 밸브의 개폐제어, 도포장치의 XYZ축 테이블 및 피스톤을 소망의 위치에 소망의 속도로 움직이는 동작의 제어, 디지털 프레스의 금형 개폐동작(위치, 속도, 압력)의 제어 등은 각각 도시되어 있지 않은 제어장치에 의해 실행된다.

또한, 도 19의 실시의 형태에서의 도포장치는 XYZ축 테이블 위에 탑재되고, 도포장치의 후측이 스테이지에 체결된 단주형(單柱形) 구조를 갖지만, 도포공정에서 토출부(212)가 용융수지의 토출의 반작용에 의해 상하방향으로 휘지않도록 고강 성 가이드에 지지되면서 이동하여 용융수지의 토출을 하는 것이 바람직하다.

도 21은, 고강성가이드에 지지되면서 이동하는 토출부(212)에서 용융수지를 토출하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 21에서 토출부(212)의 양측이 용융수지의 도포방향을 따라 설치된 적어도 2개의 고강성가이드(291),(292)에 의해 지지되며, 또한, 고강성가이드(291),(292)가 용융수지의 도포방향의 상류측 및 하류측에 각각 설치된 2개소 이상의 지지부재(293),(249)에 의해 고정되어 있다. 다이로부터 용융수지를 토출할 때에는 도 20에 도시하는 바와 같이 고강성가이드(291),(292)를 따라서 토출부(212)가 화살표방향으로 이동하여 용융수지를 토출한다. 이것에 의해 토출부(212)가 용융수지의 토출의 반작용에 의해 상하방향으로 휘는 일 없이 설정대로의 두께에 용융수지를 토출할 수 있다.

고강성가이드(291),(292)는 토출부(212)가 용융수지의 토출의 반작용에 의해 상하방향으로 휘는 일이 없으면, 어떠한 재질로 구성되어도 되지만, 예컨대, 스테인리스제의 가이드를 예로 들 수 있다.

토출부(212)는 도 21에 도시되는, 적어도 2개의 고강성가이드(291),(292)에 의해 지지되는 방법 외에, 도 22에 도시된 바와 같이 2개의 가이드레일에 지지되는 방법이어도 된다. 또한, 폭 넓은 가이드 레일을 사용하여 적어도 1개의 가이드레일로 지지하여도 된다. 구체적으로는 리니어 가이드베어링을 사용한 구조로 토출부(212)는 2개의 고강성가이드(가이드레일)(291),(292)에 지지되면서 이동하는 방법이다. 도 22에서는 토출부(212)는 지지부재(293),(294)를 통하여 용융수지의 도 포방향을 따라 설치된 2개의 고강성가이드(291),(292)에 의해 지지되며, 또한, 고강성가이드(291),(292)가 도포장치를 탑재하는 장치 본체에 고정되어 있다. 여기서 도 22a는 상면도, 도 22b는 정면도, 도 22c는 측면도이다. 고강성가이드의 고정방법으로서는 어떠한 방법이라도 되지만, 예컨대 장치 본체의 베드(bed)에 체결(나사멈춤)할 수 있는 것을 예로 들 수 있다.

또한, 도 19에 도시한 형태에서는 하금형(141)이 철(凸)부를 가지며, 그 철부의 표면에 미세한 요철부를 갖는 스탬퍼(140)를 설치하고 있다. 그래서 토출부의 선단 립(lip)부(284)를 하금형(141) 및 스탬퍼(140)의 형상을 따라 이동시키기 위해 하금형을 연직방향으로 이동시키는 이동수단을 설치하여 토출부의 선단 립부(284)와 스탬퍼(140)와의 거리를 조절하는 것이 바람직하다. 토출부, 가소화부 및 도포장치를 연직방향으로 이동시키는 대규모의 장치구성에 비하여 이 형태에서는 연직방향의 이동역할을 금형에 갖게 함으로써 신속한 연직방향의 동작이 가능해지며, 나아가서는 토출부의 이동속도를 높여서 생산성을 높일 수 있다.

구체적으로는 도 23에 도시한 바와 같이 하금형(141)을 설치하는 동시에 한 쌍의 금형의 가압기능을 갖는 프레스형반(200)을 이동수단으로서 사용하고, 프레스형반(200)을 상하 이동함으로써 토출부의 선단부 립부(284)와 스탬퍼(140)의 거리를 조절하는 방법을 예로 들 수 있다.

또 도 24에 도시한 바와 같이 이동수단으로서 프레스형반(200)과 하금형(141)과의 사이에 상하이동 스테이지(1001)를 설치하고, 이 상하이동 스테이지(1001)의 상하이동에 의해 다이의 선단 립부(284)와 스탬퍼(140)의 거리를 조절 하는 방법을 예로 들 수 있다.

게다가 또, 도 25에 도시한 바와 같이 하금형(232)과 성형형(281)을 분리가능하게 구성하고, 성형형만을 상하이동시키도록 하여 이 상하이동에 의해 토출부의 선단 립부(284)와 스탬퍼(140)의 거리를 조절하는 방법을 예로 들 수 있다.

또한, 상기의 이동수단은 각종 액튜에이터를 사용하여 실행하면 된다. 상기 형태에 의해 3차원 형상으로 용융수지를 스탬퍼(140) 상에 토출하거나 스탬퍼(140)에서의 용융수지의 도포두께를 변경할 수 있다.

본 발명에 의해 얻어지는 성형체는, 초미세가공, 높은 치수정밀도, 저잔류응력, 저복굴절, 고광투과성, 뛰어난 기계적 강도를 갖는 성형체를 초저압의 성형프로세스이면서 3차원의 얇고 큰면적의 형상으로써 제공가능하고, 예를 들면 ⒜마이크로 렌즈 어레이, 액정용 도광판, 플렉시블 디스플레이기판, 파장판, 반사판, 위상차판, 자유곡면 미러, LED발광패널, 프레넬렌즈 등의 전자디스플레이분야의 기간부품, ⒝ 플렉시블 폴리머제 광도파로, 자유곡면 회절격자, 2차원 이미지센서 어레이, 픽업렌즈, 홀로그램, 플렉시블 도파로형 조명판 등의 광정보통신분야의 기간부품, ⒞ 차세대 DVD(블루레이 디스크), 블루레이 디스크의 커버층, DVD, CD, 초슬림형 IC카드 등의 광기록매체분야의 기간부품, ⒟ 집적화학 칩, DNA 칩, 바이오 칩, 프로틴 칩, 마이크로 유체디바이스, 환경분석 칩 등 생활과학분야의 기간부품, ⒠ 연료전지 세퍼레이터, 휴대전화 초슬림형 배터리 케이스, 태양광 집광 프레넬렌즈 등 신 에너지분야의 기간부품, 등에 적당히 사용할 수 있다.

이하 실시 예에 의해 본 발명을 더 설명한다.

실시예 1

하기의 장치를 사용하여 성형체의 제조를 하였다.

[도포장치]

토출구형상: 세로 30㎜× 가로 1㎜. 도 18c에 도시한 형상.

압출·가압기구: 피스톤.

피스톤지름: φ 10㎜.

도포장치 이동자유도: 1 자유도(도포방향의 전후이동).

구동방식: 서브모터의 회전을 볼 나사에서 직선운동으로 변환하여 도포장치, 피스톤을 이동.

수지가열수단: 실린더 외주에 감긴 전기히터. 토출부는 판형상의 전기히터.

[금형]

재질: 스테인리스강(SUS 304).

캐비티면적: 30㎜×50㎜. 단, 테두리부에 단차 있음.

가열원: 내부에 카트리지 히터장착.

냉각원: 온조수(溫調水)를 통매공으로 흘린다.

[프레스]

최대형 고정력: 10t.

설정형 고정력: 1.2t.

[수지재료]

재질: 아크릴수지

메이커: (주)쿠라레이

브랜드: 패러핏 GH1000S 실로 알루미늄

250℃에서의 용융점도: 약 800Pa. s.

상하금형을 설정온도 200℃에서 승온한 후, 90℃, 4시간으로 가열 예비건조를 한 아크릴수지를 도포장치의 가열실린더에 투입하여 가소화하였다. 가열실린더의 설정온도는 250℃로 하였다. 하형에 설치된 스탬퍼위에 도포장치로 용융수지를 도포하였다. 도포온도는 100㎜/sec, 도포두께는 80㎛로 하였다. 그 후 형고정력 1.2ton(설정가능한 최소프레스력)으로 프레스하였다. 프레스력을 인가한 채, 상하금형에 통수하여 약 60℃까지 냉각한 후 금형을 열어서 성형체를 스탬퍼에서 이형하였다.

스탬퍼는 세로 30㎜, 가로 50㎜의 직사각형의 형상을 가지며, 두께는 0.3㎜이다. 이것을 금형캐비티표면에 설치하였다. 단, 테두리부에 단차를 갖는다. 스탬퍼 및 금형캐비티의 형상이 충실하게 부형된 성형체를 얻을 수 있었다.

프레스의 최소설정형 고정력이 1.2ton이었기 때문에 성형체의 투영면적에서 나눈 값(=프레스압력)은 80㎏/㎠가 되었다.

성형체의 긴 쪽 방향 길이 50㎜에 대하여 막 두께 80㎛로 나눈 값은 625이 다. 사출성형에서 아크릴수질을 성형하는 경우, 유동길이(상기의 성형품 긴쪽방향거리)를 두께로 나눈 값이 130을 넘으면 성형이 곤란하다고 하며, 사출성형에서는 얻기 어려운 성형체를 80㎏/㎠ 이하의 저압으로 얻을 수 있었다.

실시예 2

실시예 1의 장치구성에서 금형캐비티면에 하기의 스탬퍼를 장착하여 Y형 미세유로를 갖는 성형체의 제조를 하였다.

[스탬퍼]

재질: 니켈.

미세 요철형상: 폭 50㎛ × 높이 50㎛의 단면을 갖는 Y형 미세유로.

스탬퍼형상: 세로 30㎜, 가로 50㎜의 직사각형의 형상을 가지며, 두께는 0.3㎜이다(상기 미세요철형상을 포함한다).

또한, 캐비티중앙에 설치된 스탬퍼위의 수지도포두께는 250㎛로 하였다.

Y형 유로의 종단부의 확대사진에서 에지의 선명한 유로를 형성하고 있는 것을 알 수 있으며, 전사상황도 양호하였다.

프레스의 최소설정형 고정력이 1.2ton이었기 때문에 성형체의 투영면적으로 나눈 값(=프레스압력)은 80㎏/㎠이다.

성형체의 긴쪽 방향길이 50㎜에 대하여 막 두께 250㎛로 나눈 값은 200이다.

스탬퍼의 요철형상을 손상하는 일 없이 80㎏/㎠ 이하의 저압으로 전사가 양 호한 성형체를 얻을 수 있었다.

실시예 3

도 19에서 도시한 장치를 사용하여 성형체의 제조를 하였다.

가소화부(132)는 단축 압출기를 사용하여 상기의 아크릴수지를 250℃에서 가소화하였다. 가소화부(132)의 용융수지 토출부와 도포장치(131)의 용융수지 수지투입부와의 사이는 가소성을 갖는 유로(133)로 연결하였다. 도포장치(131)의 용융수지 투입부에는 이 유로(133)와 도포장치(131)의 수지저장부를 연결하는 용융수지의 유로를 개폐하는 밸브가 부설되어 있다.

XYZ축의 병진방향으로 이동가능한 테이블에 수지저장부(가열실린더)와, 압출·가압기구인 피스톤과, 수지저장부에 저장된 용융수지를 토출하기 위한 도 25에 도시한 토출구(147)와, 이 수지저장부와 복수 분할된 이 토출구(147)와의 각각의 용융수지의 유로를 개폐하는 밸브를 구비한 도포장치가 연직형 정밀 디지털 프레스에 상하이동 가능한 상태로 체결되어 있다. 또한, 토출구(147)의 1개의 형상은 세로 50㎜, 가로 1㎜, 도 18c에 도시한 형상이다.

디지털 프레스에 탑재된 상금형(142)은, 금형가열수단(144) 및 금형냉각수단(145)으로서 전기히터에 의한 가열과, 온조수에 의한 냉각이 가능하게 되어 있다. 성형체를 이형하는 수단으로서 공지의 이형수단 구동장치(146)를 사용한 기계식 이젝터와 에어블로를 구비하고 있다.

하금형(141)의 캐비티의 면적은 250㎜ × 250㎜로 하였다. 디지털 프레스의 최대가압력은 20t이다. 사용재료는 상술한 아크릴수지이다.

본 실시예에 의한 성형체의 제조공정은 하기와 같이 이루어진다. 단, 사전에 도포장치, 가소성을 갖는 가열이 가능한 유로 및 가소화장치 등의 승온은 완료되어 있다. 또 가소화장치, 도포장치, 디지털 프레스 등의 각각의 동작, 및 제조프로세스에 따라 차례로 동작시키는 시퀀스동작에 관한 제어계의 설정도 완료하고 있다.

⑴ 승온공정

상하금형의 온도를 150℃로 승온한다.

⑵ 도포장치에서의 수지충전공정

가소화부의 스크루를 회전시켜서 수지를 가소화하고, 이 유로와 도포장치의 수지저장부를 연결하는 용융수지의 유로를 개폐하는 밸브를 열어서 도포장치 내에 용융수지를 공급한다. 소망량 저장한 시점에서 가소화부를 정지하는 동시에 용융수지의 유로를 개폐하는 밸브를 닫는다. 저장량은 도포의 폭(도포중에 여는 토출부밸브의 수), 도포의 거리, 도포두께로 필요 수지량이 계산된다.

⑶ 도포공정

미리 도포장치의 도포패턴(토출부의 경로(위치), 이동속도, 토출부밸브의 개폐)가 지령치로서 도포장치에 부여된다. 금형을 연 상태로 하여 토출구를 하금형캐비티면의 도포개시위치로 이동한다. 도포개시지령에 의해 도포동작을 개시한다. XYZ축의 병진방향으로 이동가능한 테이블, 도포장치의 피스톤 및 도포장치 토출부에 설정된 유로개폐밸브가 연계동작함으로써 캐비티면의 형상에 추종하는 형태로 용융수지를 도포한다.

본 실시예에서는 미세요철부의 높이가 50㎛이므로 그것을 넘는 약 100㎛의 금형을 연다.

⑷ 프레스공정

도포완료 후, 디지털프레스를 동작시켜서 상금형과 하금형을 감합시키고, 용융수지를 프레스하였다. 이에 따라 성형체의 형상을 마련한다. 본 실시예에서의 프레스공정에서 인가한 최대 프레스력은 15t이다.

⑸ 냉각공정

수지의 냉각에 따른 체적수축을 보상하기 위해서 프레스력(본 실시예에서는 10t)을 인가한 채 금형의 히터를 끄고, 온조수를 통수하여 소망의 온도까지 냉각한다.

⑹ 금형이 느슨한 공정

본 실시예에서는 두께 0.5㎜의 도포를 하였으므로 약 0.2㎜ 금형을 연다.

⑺ 제1 박리공정

하금형에 탑재된 기계식 이젝터나 에어블로기구에 의해 성형체의 하면을 캐비티면으로부터 박리시킨다.

⑻ 제2 박리공정

⒡와 역박리면에서 금형에 탑재된 기계식 이젝터나 에어블로기구에 의해 성형체전면을 캐비티면으로부터 박리시킨다.

⑼ 금형 열림공정

성형체를 꺼낼 수 있는 공정까지 금형을 연다.

⑽ 성형체 꺼내기 공정

성형체를 금형 밖으로 꺼낸다.

상기 방법에서 성형체를 제조한 결과, 250㎜×250㎜×두께 0.5㎜의 형상을 갖는 성형체를 얻었다.

캐비티면에서는 거울 면이 완성된 부위와, 중앙 근방에 설치한 의도적으로 기계가공흔적을 남긴 스탬퍼가 장착된 부위가 있다. 또 이젝터 선단부에도 약간의 기계가공흔적이 있다. 또한, 스탬퍼가 장착된 부위에 의도적으로 형성한 기계가공흔적은 미세한 요철형상이며 대략 45㎛의 폭, 깊이를 갖는다. 또 이젝터 선단부의 기계가공흔적은 미세한 요철형상이며 대략 50㎛의 폭, 깊이를 갖는다.

본 실시예에서 얻은 성형체에는 스탬퍼부 및 이젝터부의 기계가공흔적이 정확히 전사되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

이것은 프레스를 하지않고, 도포공정 후 수지를 고화시켜서 이형한 성형체에서도 마찬가지였다.

프레스공정에서 인가한 최대 프레스력으로 산출되는 공정중 최대가압력은 24㎏/㎠(2.35MPa)이다.

이상에서 본 발명의 제조방법 및 제조장치에서 초저압으로 양호한 전사가 이루어진 성형체를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.

본 발명을 상세하게 또 특정 실시형태를 참조하여 설명하였지만 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 각종 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

본 출원은 2004년 8월 19일 출원한 일본특허출원(특원2004-239567)에 따른 것으로 그 내용은 여기에 참조하여 뒷받침된 것이다.

Claims

표면에 미세한 요철부를 갖는 성형형(成形型)위에 용융한 열가소성 수지를 도포하는 도포공정과, 상기 도포한 열가소성 수지를 금형에 의해 프레스하여 성형체의 형상을 마련하는 프레스공정과, 상기 도포한 열가소성 수지를 냉각하여 고화시키는 고화공정을 적어도 갖는 성형체의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 도포공정이 토출구를 구비한 도포장치에 상기 열가소성 수지를 공급하고, 상기 도포장치를 이동시키면서 상기 미세한 요철부의 위쪽에서 상기 열가소성 수지를 토출하여 상기 미세한 요철부에 상기 열가소성 수지를 충전하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
제 2항에 있어서,

상기 도포공정에서 상기 미세한 요철부에 상기 열가소성 수지가 부착하도록 상기 성형형을 가열하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
제 2항에 있어서,

상기 열가소성 수지를 최종제품에 거의 근접한 형상 및 두께로 상기 미세한 요철부에 충전하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 고화공정이 프레스력을 인가한 채 상기 열가소성 수지를 냉각하여 고화시키는 공정인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 토출구로부터 상기 미세한 요철부의 전체에 상기 열가소성 수지가 충전되도록 상기 도포장치가 최대 6 자유도로 이동가능한 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 미세한 요철부가 10㎚~1㎜의 폭 또는 직경을 갖는 동시에, 10㎚~1㎜의 깊이 또는 높이를 갖는 형상인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성형체의 두께가 50㎛~5㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 성형형이 적어도 한쪽에 미세한 요철부를 갖는 상하 2장의 금형인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

하기의 ⒜~⒤의 일련의 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.

⒜ 상하 2장의 금형을 준비하여 상금형의 캐비티면의 온도를 하기의 프레스공정에서 상기 상금형의 캐비티면에 접촉한 열가소성 수지의 표층에 고화층이 형성되지 않고, 또한, 인가된 프레스력하에서 상기 상금형의 캐비티면의 형상으로 변형할 수 있는 정도의 연화상태를 유지할 수 있는 온도까지 승온하며, 하금형의 캐비티면의 온도를 하기 도포공정에서 토출되는 열가소성 수지가 상기 미세한 요철부에 점착하는 온도까지 승온하는 금형승온공정;

⒝ 토출구를 구비한 도포장치의 상기 토출구로부터 상기 미세한 요철부의 전체에 상기 열가소성 수지가 충전되도록 상기 도포장치를 이동시키면서 토출을 하고 또한, 성형체의 최종형상에 거의 근접한 형상까지 도포를 하는 도포공정;

⒞ 상금형과 하금형을 감합시키고 가력발생기로 하금형의 캐비티면과 상금형의 캐비티면과의 사이에 존재하는 상기 도포한 열가소성 수지를 프레스하여 닫힌 캐비티사이에서 형성되는 폐쇄공간의 형상에 상기 열가소성 수지의 형상을 마련하는 프레스공정;

⒟ 상기 열가소성 수지에 프레스력을 인가한 채 소망의 온도가 되기까지 열가소성 수지를 냉각하여 고화시키는 고화공정;

⒠ 상기 상금형과 하금형을 감합하고 있는 범위에서 미량 여는 형 이완공정;

⒡ 상기 상금형의 캐비티면과 성형체와의 사이, 또는 하금형의 캐비티면과 성형체와의 사이의 어느 한쪽에서 상기 금형에 탑재된 박리수단에 의해 캐비티면과 성형체를 박리시키는 제1 박리공정;

⒢ 상기 ⒡공정과는 역박리면에서 상기 금형에 탑재된 박리수단에 의해 캐비티면과 성형체를 박리시키는 제2 박리공정;

⒣ 성형체를 꺼낼 수 있는 정도까지 금형을 여는 금형 열림공정; 및

⒤ 성형체를 금형 밖으로 꺼내는 성형체 꺼내기 공정.
제 10항에 있어서,

상기 공정⒞에서 상금형과 하금형을 감합시켜서 상금형의 캐비티면과 열가소성 수지 상면과의 사이에 미소간극을 갖는 상태에서 상기 미소간극 내의 공기를 흡인하여 감압 또는 대략 진공상태로 한 후에, 상기 상금형의 캐비티면과 열가소성 수지 상면을 접촉시켜서 프레스력을 인가하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조방법.
표면에 미세한 요철부를 갖는 성형형(成形型)과 상기 성형형을 가열하는 가열수단 및 냉각수단과, 상기 미세한 요철부에 용융한 열가소성 수지를 충전하는 도포장치로 이루어지며, 상기 도포장치가 열가소성 수지를 가소화하는 가소화부와, 가소화된 용융수지를 저장하는 수지저장부와, 상기 용융한 열가소성 수지를 토출하는 토출구를 구비하고, 상기 미세한 요철부의 위쪽으로부터 상기 용융한 열가소성 수지가 토출되도록 상기 도포장치가 이동가능한 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 12항에 있어서,

상기 도포장치가 최대 6 자유도로 이동가능한 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 12항에 있어서,

상기 토출구의 선단이 테이퍼형상인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 12항에 있어서,

상기 토출구는 도포진행방향의 전후의 적어도 한쪽에 탕구를 갖는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 12항에 있어서,

상기 수지저장부가 유입한 용융수지를 일단 저장한 후, 규정량으로 송출하는 저장실린더인 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 16항에 있어서,

상기 저장실린더가 용융수지를 저장하는 실린더와, 상기 실린더 내에 설치되는 동시에, 상기 용융수지를 송출하는 피스톤과, 상기 피스톤을 전후 진행시키는 피스톤구동수단을 가지며, 상기 실린더와 상기 피스톤과의 사이에는 상기 용융수지가 통과가능한 간극부가 설치되고, 상기 가소화부에서의 용융수지의 유입과 동시에 상기 피스톤구동수단에 의해 상기 피스톤을 후퇴시켜서 소정량의 용융수지를 상기 실린더의 선단부로부터 서서히 저장시킨 후, 상기 피스톤을 전진시켜서 규정량의 용융수지가 송출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 16항 또는 제 17항에 있어서,

상기 피스톤은 상기 용융수지를 규정량으로 밀어내어 송출하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 16항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가소화부 및 상기 도포장치 사이의 연결 유로에 상기 연결유로를 개폐하는 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 16항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 토출구가 고강성가이드에 지지되면서 이동하여 상기 용융수지의 토출을 행하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 20항에 있어서,

상기 토출구의 양측이 상기 용융수지의 도포방향을 따라서 설치된 적어도 1개의 고강성가이드에 의해 지지되며 또한, 상기 고강성가이드가 상기 용융수지의 도포방향의 상류측 및 하류측에 각각 설치된 2개소 이상의 지지부재에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 20항에 있어서,

상기 토출부구가 지지부재를 통하여 상기 용융수지의 도포방향을 따라 설치된 고강성가이드에 의해 지지되며 또한, 상기 고강성가이드가 도포장치를 탑재하는 장치본체에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 12항에 있어서,

상기 하금형의 피토출면을 연직방향으로 이동시키는 이동수단을 더 설치한 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 23항에 있어서,

상기 이동수단은 상기 용융수지를 토출하는 토출부의 선단부와 상기 하금형의 피토출면과의 거리를 조절하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 23항에 있어서,

상기 이동수단은 상기 하금형을 올려놓는 동시에 상기 상금형 및 상기 하금형을 가압하기 위한 프레스형반이며, 상기 프레스형반의 상하이동에 의해 상기 토출부와 상기 하금형의 피토출면과의 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 23항에 있어서,

상기 이동수단은 상기 하금형을 올려놓는 동시에 상기 상금형 및 상기 하금형을 가압하기 위한 프레스형반과 상기 하금형과의 사이에 설치된 상하이동 스테이지이며, 상기 상하이동 스테이지의 상하이동에 의해 상기 토출부와 상기 하금형의 피토출면과의 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.
제 23항에 있어서,

상기 이동수단은 상기 하금형의 피토출면만을 상하이동시키는 수단이며, 상기 수단의 상하이동에 의해 상기 다이의 선단부와 상기 하금형의 피토출면과의 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조장치.