JP2005059377A - 樹脂製型及び樹脂製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 目的とする光に対して実用とされる程度の透明性を有し、かつ、表面の摩耗が少なく、樹脂との剥離製が良い樹脂製型を提供する。
【解決手段】 元型１の上に紫外線硬化樹脂層２を形成し、その上からガラス基板３を押し付けて、紫外線硬化樹脂層２を成型する。この状態で、ガラス基板３側から、ガラス基板３を通して紫外線硬化樹脂層２に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂層２を硬化させる（ｂ）。その後、紫外線硬化樹脂層２を元型１から剥離すると、紫外線硬化樹脂層２とガラス基板３からなる中間型４が形成される（ｃ）。この中間型４の紫外線硬化樹脂層２の表面に、スパッタリングによりニッケル層５を成膜すると、樹脂製型６が完成する（ｄ）。この実施の形態においては、ニッケルめっき層の厚さを従来に比べて極めて薄くし、２５ｎｍ以下とすることにより、紫外線透過率を１０％以上としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂製品の製造に使用する樹脂製型、及びこの樹脂製型を使用した樹脂製品の製造方法に関するものである。

樹脂製光学素子等、紫外線硬化樹脂を用いた樹脂製品の製造には、一般に型の間にディスペンサ等を使用して紫外線硬化樹脂を挟み込んで成形した後、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させる方法が使用されている。この場合、型の一方は、紫外線を透過させる材料、例えば石英等で製造する必要がある。

これに対し、金属や石英でできた型を元型とし、その形状を樹脂に転写することにより、樹脂製の型を作り、これを樹脂製品製造のための型として使用する方法も用いられている。この方法においては、１つの元型から多数の型を作ることができるため、高価な金属製型、石英製型の数が少なくて済むという利点がある。

このような樹脂製型を樹脂製品の成形に用いる場合、型部の耐久性を増し、かつ、成型される樹脂層からの剥離性を向上させるために、樹脂製型の型部表面に、金属薄膜を形成することが行われている。このような樹脂製型の製造方法は、例えば、特開２００２−３２１２２７号公報（特許文献１）に、実施例２として開示されている。特許文献１には、金属薄膜としてニッケル薄膜が記載されており、現実にもニッケル薄膜が多用されている。しかし、ニッケルの他にも、クロム、酸化アルミニウム等の金属薄膜が使用されることもあり、また一酸化ケイ素、二酸化ケイ素薄膜が使用されることもある。

しかし、従来においては、これら、樹脂製型の型部表面に形成される金属薄膜等の薄膜は、紫外線硬化樹脂の硬化のために使用される紫外線に対して不透明なものであった。例えば、特許文献１に記載されているニッケル薄膜は、厚さが１００ｎｍとされている。この場合、紫外線透過率はほとんどゼロである。又、可視光の透過率もほとんどゼロである。
特開２００２−３２１２２７号公報

しかしながら、紫外線や可視光を透過しない樹脂製型を使用する場合、製造可能な製品に限界があるという問題がある。例えば図５（ａ）に示すような光学素子を考えてみる。図５（ａ）に示される光学素子は、ガラス基板３１の上に第１の紫外線硬化樹脂層３２が形成されて、さらにその上に第１の紫外線硬化樹脂層３２とは屈折率が異なる第２の紫外線硬化樹脂層３３が形成されたもので、第１の紫外線硬化樹脂層３２と第２の紫外線硬化樹脂層３３の間には回折パターン３４が形成されている。そして、第２の紫外線硬化樹脂層３３の表面は、所望の光学特性を発揮するために曲面とされている。

このような光学素子を製造する工程の一部を図５（ｂ）に示す。まず、公知の方法によりガラス基板３１と第１の紫外線硬化樹脂層３２からなる中間製品３５を製造する。このとき第１の紫外線硬化樹脂層３２の表面には回折パターン３４を形成しておく。そして、この中間製品３５の表面に、ディスペンサ等により第２の紫外線硬化樹脂層３３となる材料を載せ、樹脂製型３６で上から押さえつけて成形し、ガラス基板３１と第１の紫外線硬化樹脂層３２を通して紫外線を照射し、第２の紫外線硬化樹脂層３３の材料を硬化させる。その後で、樹脂製型３６を剥離すると製品である光学素子３７が完成する。

樹脂製型３６は、中間製品３５と同様の公知の方法で製造されたもので、ガラス基板３６ａの上に、表面が型となる樹脂層３６ｂを形成したものである。しかし、型として使用するために、樹脂層３６ｂの表面にはニッケル層３６ｃが、真空蒸着法等により形成されている。

このような場合、樹脂製型３６がニッケル層３６ｃのために紫外線を透過しないので、第２の紫外線硬化樹脂層３３を硬化させるためには、前述のようにガラス基板３１側から第１の紫外線硬化樹脂層３２を通して紫外線を照射しなければならない。しかしながら、第１の紫外線硬化樹脂層３２と第２の紫外線硬化樹脂層３３の間には回折パターン３４が形成されているため、照射される紫外線が回折し、第２の紫外線硬化樹脂層３３が一様に紫外線照射を受けないという問題点がある。よって、第２の樹脂層を一様に硬化させることが困難となる場合もある。

その他の問題は、表裏面にパターンを有する樹脂製品を製造しようとした場合に、両側の型に上述のような樹脂製型を使用すると紫外線硬化樹脂への紫外線照射ができないという問題、片側の型のみに上述のような樹脂製型を使用した場合でも、表裏面の型の位置合わせが困難であるという問題である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、目的とする光に対して実用とされる程度の透明性を有し、かつ、表面の摩耗が少なく、樹脂との剥離性が良い樹脂製型、及びこの樹脂成形型を使用した樹脂製品の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、樹脂製品の製造に使用する樹脂製型であって、前記樹脂製品に接触する表面に、紫外線硬化樹脂の硬化に使用する紫外線の透過率が１０％以上の金属薄膜が形成されていることを特徴とする樹脂製型（請求項１）である。

紫外線硬化樹脂の硬化に使用する紫外線の透過率が１０％以上あれば、実用的なレベルとして、紫外線硬化樹脂を使用した樹脂製品を製造することができる。そのためには、金属薄膜の厚さを従来考えられていたよりも遙かに薄くする必要がある。発明者は、金属薄膜を表面に有する樹脂製型で、金属薄膜を薄くした場合の耐久性を調べた結果、意外なことに、紫外線硬化樹脂の硬化に使用する紫外線の透過率が１０％以上ある程度まで金属薄膜の厚さを薄くしても、樹脂製型の寿命は従来ものに比してさほど低下しないことを見いだした。

よって、本手段においては、金属薄膜を紫外線の透過率が１０％以上あるものに限定する。金属薄膜の厚さの下限値は、成膜技術で均一な膜が形成できる範囲で薄い方が良いが、現在のところ、原子間距離の１０倍程度と考えられ、逆にこの程度の厚さでも耐久性には問題がないことが実験の結果分かっている。

なお、本明細書及び特許請求の範囲において「樹脂製型」というのは、必ずしも樹脂のみでできた製品のみを指すのでなく、型となる部分が樹脂で形成されたものであれば、例えば、樹脂とガラス、樹脂と石英等の複合製品をも含むものである。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって前記金属薄膜がニッケルであることを特徴とするもの（請求項２）である。

ニッケルは、樹脂製型の表面に形成する金属薄膜として最も良く用いられており、薄膜が形成しやすく、しかも耐久性のある金属である。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記金属薄膜の厚さが２５ｎｍ以下であることを特徴とするもの（請求項３）である。

金属薄膜としてニッケルを使用した場合、厚さが２５ｎｍを超えると、通常使用される365ｎｍの紫外線に対する透過率が１０％となるので、本手段においては、厚さを２５ｎｍ以下に限定する。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第２の手段又は第３の手段であって、前記金属薄膜の厚さが１ｎｍ以上であることを特徴とするもの（請求項４）である。

現在の技術では、金属薄膜として厚さが１ｎｍ未満のものを製造しようとすると、全面に安定して成膜を行うことが困難となる。よって、本手段においては、厚さを１ｎｍ以上に限定する。厚さが１ｎｍ以上あれば、型面の耐久性は十分なものが得られる。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前記金属薄膜がスパッタリング法で形成されたものであることを特徴とするもの（請求項５）である。

前記金属薄膜を形成する方法としては、蒸着法等の任意の方法が使用できるが、スパッタリング法で成膜した場合に、特に優れた耐久性を有する金属薄膜が得られる。

前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第５の手段のいずれかである樹脂製型を用いて、紫外線硬化樹脂を成形後、前記樹脂製型を通して前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、前記紫外線樹脂を硬化させる工程を有することを特徴とする樹脂製品の製造方法（請求項６）である。

本手段においては、樹脂製型が紫外線硬化樹脂の硬化に使用される紫外線に対して透明性を有するので、紫外線硬化樹脂を使用した樹脂製品の製造が容易になる。又、このような樹脂製型は多くの場合可視光についても透明性を有するので、型同士の位置合わせが容易となり、精度の良い樹脂製品を製造することができる。なお、本明細書及び特許請求の範囲において「樹脂製品」というのは、必ずしも樹脂のみでできた製品のみを指すのでなく、例えば、樹脂とガラス、樹脂と石英、樹脂と金属等の複合製品をも含むものである。

以上説明したように、本発明によれば、目的とする光に対して実用とされる程度の透明性を有し、かつ、表面の摩耗が少なく、樹脂との剥離製が良い樹脂成形型、及びこの樹脂成形型を使用した樹脂製品の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。第１の実施の形態の例として、本発明に係る樹脂製型の製造方法の例を図１に示す。まず、元型１を用意する。元型１はガラス製でもよく、金属製でもよい（ａ）。そして、元型１の上にディスペンサ等を使用して紫外線硬化樹脂層２を形成し、その上からガラス基板３を押し付けて、紫外線硬化樹脂層２を成型する。その際、ガラス基板３の表面には、紫外線硬化樹脂層２との接着性を向上させるため、周知の方法でシランカップリング処理を施しておく。この状態で、ガラス基板３側から、ガラス基板３を通して紫外線硬化樹脂層２に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂層２を硬化させる（ｂ）。

その後、紫外線硬化樹脂層２を元型１から剥離すると、紫外線硬化樹脂層２とガラス基板３からなる中間型４が形成される（ｃ）。この中間型４の紫外線硬化樹脂層２の表面に、スパッタリングによりニッケル層５を成膜すると、本発明１実施の形態である樹脂製型６が完成する（ｄ）。この樹脂製型６の製造方法は従来公知のものであるが、この実施の形態においては、ニッケル層の厚さを従来に比べて極めて薄くし、２５ｎｍ以下とすることにより、紫外線透過率を１０％以上としている。また、紫外線透過率が１０％以上であれば、既存の光源（特に水銀ランプ）を使用した場合でも、紫外線硬化が実用上問題ない程度に進むことが、発明者の実験により確認されている。

以下、本発明の実施の形態である樹脂製型を使用した樹脂製品の製造方法の例を示す。図２は、図５（ａ）に示されたような光学素子を製造する方法の例を示す図である。まず、回折格子のパターンが形成された第１の型１１の上にディスペンサ等により第１の紫外線硬化樹脂層１２を形成し、その上にガラス基板１３を載せて、第１の紫外線硬化樹脂層１２を加圧して成型する。その際、ガラス基板１３の表面にはシランカップリング処理を施し、ガラス基板１３と第１の紫外線硬化樹脂層１２が接着し易いようにしておく。そして、ガラス基板１３を通して第１の紫外線硬化樹脂層１２に紫外線を照射することにより、第１の紫外線硬化樹脂１２を硬化させる（ａ）。

そして、第１の紫外線硬化樹脂層１２を第１の型１１から剥離することにより、ガラス基板１３と第１の紫外線硬化樹脂層１２とからなる中間製品１４が完成する。次に、この中間製品１４の第１の紫外線硬化樹脂層１２の表面に、ディスペンサ等により、第１の紫外線硬化樹脂とは異なる屈折率を有する第２の紫外線硬化樹脂層１５を形成し、その上から、本発明の実施の形態である樹脂製型１６により第２の紫外線硬化樹脂層１５を加圧して、第２の紫外線硬化樹脂層１５を成型する（ｃ）。その際、第１の紫外線硬化樹脂１２の表面に酸化アルミニウム等を成膜するなどの処理を施し、第２の紫外線硬化樹脂との接着性を向上させるようにすることが好ましい。

そして、ガラス基板１６ｂ側から、ガラス基板１６ｂ、樹脂層１６ａ、厚さ２５ｎｍ以下のニッケル層１６ｃを通して第２の紫外線硬化樹脂層１５に紫外線を照射し、第２の紫外線硬化樹脂層１５を硬化させる（ｃ）。

樹脂製型１６は、基本的に図１に示すような工程によって形成されたものであり、ガラス基板１６ｂの上に、表面が型となる樹脂層１６ａが形成され、その型となる表面にニッケル層１６ｃが形成されたものである。前述のように、ニッケル層１６ｃの厚さは、紫外線透過率が１０％以上となるような厚さ（２５ｎｍ以下）とされている。

なお、本発明者の実験によれば、ニッケル層の厚さと紫外線透過率との間には、図４に示すような関係があることが明らかになった。本発明者は、２ｎｍ、４ｎｍ、６ｎｍ、８ｎｍ、１２ｎｍ、１８ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、３５ｎｍのニッケル層の膜厚において、紫外線透過率を計測したところ、２ｎｍで83.O％、４ｎｍで62.2％、６ｎｍで56.8％、８ｎｍで43.8％、１２ｎｍで33.5％、１８ｎｍで18.9％、２０ｎｍで1O.O％、３０ｎｍで6.2％、３５ｎｍで4.0％であった。これから、ニッケル層厚さをｘ[ｎｍ]、紫外線透過率をｙ[％]とすると、回帰式として
ｙ＝0.9628exp(-0.091x)
の関係が得られる。これからニッケル層の膜厚を25nm以下に設定することで、紫外線硬化作用を引き起こすのに十分な、１０％以上の紫外線透過率が得られることがわかる。そこで、本発明ではニッケル層の好適な膜厚を２５ｎｍ以上とした。

また、本実施例では、ニッケル層を形成する際に、スパッタリング法を用いて成膜した。スパッタリング法による成膜によると、非常に緻密な膜ができやすく、膜の耐久性が高い。したがって、型としての耐久性も十分に得られるので、成膜法としてスパッタリング法を採用することが好ましい。

最後に、樹脂製型１６を第２の紫外線硬化樹脂層１５から剥離すると、完成品である樹脂製光学素子が完成する。本手段においては、前記図５（ｂ）に示したような方法と異なり、ガラス基板１６ｂ側から紫外線照射を行うことができるので、回折パターン１７が第１の紫外線硬化樹脂１２と第２の紫外線硬化樹脂１５の間に形成されているような場合でも、その影響を受けることなく、均一に第２の紫外線硬化樹脂１５に紫外線照射を行うことができる。

図３は、ガラス基板の両側に樹脂層が形成され、両樹脂層の表面に所定のパターンが形成された樹脂製光学素子を製造する方法と、完成された樹脂製光学素子の概要を示す図である。（ａ）は製造法工程中の様子を示す図であり、（ｂ）は製品を示す図である。

第１の実施の形態で得られるような、第１の樹脂製型２１と第２の樹脂製型２２の間に、ガラス基板２３を挿入し、その両側にディスペンサ等により、紫外線硬化樹脂層２４と２５を形成する。その際、ガラス基板２３の両面にシランカップリング処理を施し、ガラス基板２３と紫外線硬化樹脂層２４、２５の接着性を向上させるようにすることが好ましい。

そして、第１の樹脂製型２１と第２の樹脂製型２２で紫外線硬化樹脂層２４、２５を加圧して成型する。その際、第１の樹脂製型２１と第２の樹脂製型２２の位置合わせが必要となるが、そのために、位置合わせ用マークＭ１、Ｍ２が、それぞれ第１の樹脂製型２１と第２の樹脂製型２２に設けられている。

第１の樹脂製型２１と第２の樹脂製型２２は、それぞれ図１に示したような方法で製造されたものであり、第１の樹脂製型は、ガラス基板２１ａの上に樹脂層２１ｂが設けられ、樹脂層２１ｂの表面に型が形成され、さらにその上にニッケル層２１ｃが形成されているものである。第２の樹脂製型２２も、第１の樹脂製型２１と同じ構造を有している。

第１の樹脂製型２１と第２の樹脂製型２２を構成しているニッケル層は、可視光をも通すので、それにより位置合わせ用マークＭ１、Ｍ２を視認することができ、よって、第１の樹脂製型２１と第２の樹脂製型２２の位置合わせが容易となる。

紫外線硬化樹脂層２４、２５の成形が完了した後、図３（ａ）に示すように、少なくとも一方向からの紫外線照射により、紫外線硬化樹脂層２４、２５を同時に硬化させることができる。硬化後、紫外線硬化樹脂層２４、２５をそれぞれ第１の樹脂製型２１と第２の樹脂製型２２から剥離することにより、図３（ｂ）に示すような光学素子が完成する。

本発明に係る樹脂製型の製造方法の例を示す図である。 図５（ａ）に示されたような光学素子を製造する方法の例を示す図である。 ガラス基板の両側に樹脂層が形成され、両樹脂層の表面に所定のパターンが形成された樹脂製光学素子を製造する方法と、完成された樹脂製光学素子の概要を示す図である。 ニッケル層の膜厚と紫外線透過率の関係を示す図である。 従来の光学素子を製造する方法の問題点を示す概要図である。

符号の説明

１…元型、２…紫外線硬化樹脂層、３…ガラス基板、４…中間型、５…ニッケル層、６…樹脂製型、１１…第１の型、１２…第１の紫外線硬化樹脂、１３…ガラス基板、１４…中間製品、１５…第２の紫外線硬化樹脂層、１６…樹脂製型、１６ａ…樹脂層、１６ｂ…ガラス基板、１６ｃ…ニッケル層、１７…回折パターン、２１…第１の樹脂製型、２１ａ…ガラス基板、２１ｂ…樹脂層、２１ｃ…ニッケル層、２３…ガラス基板、２４…紫外線硬化樹脂層、２５…紫外線硬化樹脂層、Ｍ１…位置合わせ用マーク、Ｍ２…位置合わせ用マーク

Claims (6)

1. 樹脂製品の製造に使用する樹脂製型であって、前記樹脂製品に接触する表面に、紫外線硬化樹脂の硬化に使用する紫外線の透過率が１０％以上の金属薄膜が形成されていることを特徴とする樹脂製型。
2. 前記金属薄膜がニッケルであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製型。
3. 前記金属薄膜の厚さが２５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の樹脂製型。
4. 前記金属薄膜の厚さが１ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の樹脂製型。
5. 前記金属薄膜がスパッタリング法で形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の樹脂製型。
6. 請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の樹脂製型を用いて、紫外線硬化樹脂を成形後、前記樹脂製型を通して前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、前記紫外線樹脂を硬化させる工程を有することを特徴とする樹脂製品の製造方法。
   
   

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