JP4955662B2 - 樹脂成形装置及び樹脂成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形装置及び樹脂成形方法に関するものである。

従来、成形機、例えば、射出成形機においては、加熱シリンダ内において加熱され溶融させられた樹脂が、金型装置内のキャビティ空間に充填され、該キャビティ空間内において冷却され、固化させられて成形品が成形されるようになっている。

前記射出成形機は、樹脂成形装置としての金型装置、型締装置及び射出装置を有し、該射出装置は、樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダ、該加熱シリンダの前端に取り付けられ、溶融させられた樹脂を射出する射出ノズル、前記加熱シリンダ内において回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリュー等を備える。そして、前記金型装置は固定金型及び可動金型を備え、前記型締装置によって可動金型を進退させることにより、金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われ、型締めに伴って、前記固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。

そして、計量工程において、前記スクリューが回転させられると、加熱シリンダ内に供給された樹脂が溶融させられてスクリューの前方に蓄えられ、それに伴って、スクリューが後退させられ、この間に、金型装置の型閉じ及び型締めが行われる。続いて、射出工程において、前記スクリューが前進させられ、該スクリューの前方に蓄えられた樹脂が射出ノズルから射出され、キャビティ空間に充填される。次に、冷却工程において、前記キャビティ空間内の樹脂が冷却され固化される。続いて、型開きが行われ、前記成形品が取り出される。

図１は従来の金型装置の断面図である。

図において、１１は成形品、例えば、導光板を成形するための金型装置、１２は固定金型、１３は該固定金型１２に対して進退自在に配設された可動金型である。そして、図示されない型締装置において、可動金型１３が前進させられて型閉じが行われ、可動金型１３が前記固定金型１２に当接させられて型締めが行われ、これに伴って固定金型１２と可動金型１３との間に矩形の形状を有するキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２が形成され、可動金型１３が後退させられ、固定金型１２から離されて型開きが行われる。

また、１５は固定金型１２に形成されたスプルーであり、該スプルー１５の先端とキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２とがゲートｇ１、ｇ２を介して連通させられる。

そして、前記可動金型１３は上板２１、及び該上板２１を受ける下板２２を備え、前記キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の可動金型１３における固定金型１２と対向する面には、転写プレート３４が取り付けられ、該転写プレート３４に、固定金型１２と対向させて、微小な凹凸が所定のパターンで形成された転写面が形成される。そして、前記下板２２内に温調流路２３が形成され、該温調流路２３に温調媒体を流すことによって金型装置１１及びキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の樹脂を冷却することができる。

また、前記金型装置１１に対して図示されない射出装置が進退自在に配設され、型締めが行われた状態の金型装置１１の前記固定金型１２に、前記射出装置の射出ノズルを押し当て、射出ノズルから樹脂を射出すると、樹脂はゲートｇ１、ｇ２を介してキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に充填される。

そして、各キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の樹脂は、前記温調媒体によって冷却され、固化させられ、このとき、前記転写プレート３４の転写面のパターンが樹脂に転写される。続いて、型開きを行うと、導光板が完成する（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２４９５３８号公報

しかしながら、前記従来の金型装置１１においては、前記転写面に極微小な凹凸が形成されている場合、パターンを樹脂に十分に精度良く転写することができず、転写精度が低くなってしまうことがある。

これは、金型装置１１の温度が樹脂のガラス転移温度より低くなるような金型装置１１を使用した場合に、溶融した樹脂がキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内に流れ込み、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の内周面に接触したときに、一瞬にして冷却され、樹脂の表面に表面固化層、すなわち、スキン層が形成されたためであると考えられている。

該スキン層は、導光板の成形条件、樹脂の種類等によって形成される状態は異なるが、一般的に、形成される時間、すなわち、成長時間は０．１秒以下のオーダーであり、スキン層の厚さは数十〔μｍ〕程度といわれている。スキン層が形成されると、樹脂がキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の内周面と接触したときに、内周面の形状に沿って柔軟に充填されるのが阻害され、ウェルド、転写不良等の成形不良を発生させてしまう。また、前述されたように、前記転写面に極微小な凹凸が形成されている場合、パターンを樹脂に十分に精度良く転写することができず、転写精度が低くなってしまう。

そこで、スキン層が形成される前に転写を終了するために、金型装置１１の温度を高くし、樹脂の流動性を高くすることが考えられる。ところが、金型装置１１の温度を高くすると、樹脂を冷却するのに必要とされる時間がその分長くなり、成形サイクルが長くなってしまう。また、金型装置１１内に温度調節機構を配設し、金型装置１１の温度を調節することが考えられるが、その場合、金型装置１１のコストが高くなってしまうだけでなく、金型装置１１の温度を調節するために大きなエネルギーを消費することになり、導光板のコストも高くなってしまう。

さらに、転写精度を高くするために、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の圧力を高くし、スキン層を機械的に押し潰し、塑性変形させる方法があるが、この場合、型締装置が大型化するだけでなく、転写プレート３４のパターンが劣化し、転写プレート３４の耐久性が低くなってしまう。

本発明は、前記従来の金型装置１１の問題点を解決して、転写精度を高くすることができ、金型装置のコストを低くすることができ、成形サイクルを短くすることができる樹脂成形装置及び樹脂成形方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の樹脂成形装置においては、第１の金型と、該第１の金型に対向させて配設された第２の金型と、凹凸のパターンから成る転写面をキャビティ空間に向けて前記第１、第２の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレートと、前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、ハニカム構造を有し、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方側から、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方と同じ材料によって一体的に成長させて形成された断熱層とを有する。
そして、該断熱層の空隙率は、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方の空隙率と異なる。

本発明によれば、樹脂成形装置においては、第１の金型と、該第１の金型に対向させて配設された第２の金型と、凹凸のパターンから成る転写面をキャビティ空間に向けて前記第１、第２の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレートと、前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、ハニカム構造を有し、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方側から、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方と同じ材料によって一体的に成長させて形成された断熱層とを有する。
そして、該断熱層の空隙率は、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方の空隙率と異なる。

この場合、一方の金型と転写プレートとの間に断熱層が配設されるので、成形材料が有する熱エネルギーが一方の金型側に逃げるのを抑制することができる。したがって、成形材料の温度が急激に低くなってスキン層が形成されるのを抑制することができる。その結果、転写精度を高くすることができる。

また、スキン層を塑性変形させるための型締力を小さくすることができるので、射出成形機を小型化することができるだけでなく、転写プレートの耐久性を向上させることができる。

そして、転写精度を高くすることができる分だけ樹脂成形装置の温度を低く設定することができるので、一方の金型及び転写プレートの温度の下降の速度を高くすることができる。したがって、成形サイクルを十分に短くすることができる。

従来の断熱金型の断面図である。 本発明の第１の実施の形態における樹脂成形方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における断熱層の要部を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における断熱層の要部を示す拡大図である。 本発明の第１の実施の形態におけるハニカム構造を形成する第１の手法を示す図である。 本発明の第１の実施の形態におけるハニカム構造を形成する第２の手法を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における金型装置の特性を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における樹脂成形方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態における金型装置の特性を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における断熱層の形成方法を示す第１の図である。 本発明の第３の実施の形態における断熱層の形成方法を示す第２の図である。 本発明の第４の実施の形態における断熱層の形成方法を示す図である。

符号の説明

２０、６１ 金型装置
２４Ａ 固定金型
２４Ｂ 可動金型
３４ 転写プレート
４０ 断熱層
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ キャビティ空間

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、成形機としての射出成形機、及び樹脂成形装置としての金型装置について説明する。

図２は本発明の第１の実施の形態における樹脂成形方法を示す断面図である。なお、（
ａ）は成形材料としての樹脂３０をキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に充填した状態を示す図、（ｂ）は型締めを行った状態を示す図である。

図において、６１は成形品、例えば、導光板を成形するための樹脂成形装置としての金型装置、２４Ａは第１の型部材としての、かつ、第１の金型としての固定金型、２４Ｂは該固定金型２４Ａに対して進退自在に配設された第２の型部材としての、かつ、第２の金型としての可動金型である。そして、図示されない型締装置において、可動金型２４Ｂが前進させられて型閉じが行われ、可動金型２４Ｂが前記固定金型２４Ａに当接させられて型締めが行われ、これに伴って固定金型２４Ａと可動金型２４Ｂとの間に矩形の形状を有するキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２が形成され、可動金型２４Ｂが後退させられ、固定金型２４Ａから離されて型開きが行われる。

また、１５は固定金型２４Ａに形成されたスプルーであり、該スプルー１５の先端とキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２とがゲートｇ１、ｇ２を介して連通させられる。

そして、前記可動金型２４Ｂは上板２１、及び該上板２１を受ける下板（受け板）２２を備え、前記キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の可動金型２４Ｂにおける固定金型２４Ａと対向する面上に断熱層４０が形成され、該断熱層４０における固定金型２４Ａと対向する面に転写プレート３４が取り付けられる。また、該転写プレート３４における固定金型２４Ａと対向する面に、微小な凹凸が所定のパターンで形成された転写面が形成される。

そして、前記下板２２に温調流路２３が形成され、該温調流路２３に温調媒体、例えば、水を流すことによって、金型装置６１及びキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の樹脂３０を冷却することができる。なお、固定金型２４Ａにも、温調流路２３と同様の温調流路を形成し、該温調流路に水を流すことができる。

また、前記金型装置６１に対して図示されない射出装置が進退自在に配設され、型締めが行われた状態の金型装置６１の前記固定金型２４Ａに、前記射出装置の射出ノズルを押し当て、射出ノズルから樹脂３０を射出すると、樹脂３０はゲートｇ１、ｇ２を介してキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に充填される。

そして、各キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の樹脂３０は、前記水によって冷却され、固化させられ、このとき、前記転写プレート３４の転写面のパターンが樹脂３０に転写される。続いて、型開きを行うと、導光板が完成する。

本実施の形態においては、第１の金型として固定金型２４Ａ及び第２の金型として可動金型２４Ｂを使用するようになっているが、固定金型を下方に、可動金型を上方に配設し、可動金型をプレス機構によって進退させることができる。その場合、固定金型は固定下型として、可動金型は可動上型として使用される。

ところで、本実施の形態においては、前記水の温度を調整することによって、成形を開始するときの金型装置６１の温度を、従来の金型装置１１の温度より、所定の温度、本実施の形態においては、４０〔℃〕程度低く設定するようにしている。

そのために、前述されたように、可動金型２４Ｂに断熱層４０が形成される。

図３は本発明の第１の実施の形態における断熱層の要部を示す斜視図、図４は本発明の第１の実施の形態における断熱層の要部を示す拡大図である。

前記断熱層４０は、断面が正多角形、本実施の形態においては、正六角形の形状を有す
るハニカム構造を有する。

ところで、断熱層として、例えば、高分子材料を転写プレート３４と上板２１との間に配設した場合、実際の成形時においてヒートサイクルによる収縮によって、断熱層が上板２１における転写プレート３４と接触する面と擦れ合い、転写プレート３４が摩耗してしまう。前記導光板の成形においては、金型装置６１に１００万ショット以上の成形に対する耐久性が求められる。高分子材料の熱伝導率は、金型装置６１を構成している鋼材等の熱伝導率と比べて、２桁程度低く、熱伝導率が低いという点では最適な断熱層といえるが、耐久性の面で問題が残る。

また、断熱層として、ジルコニア等のセラミック材料を成膜によって形成する方法が考えられるが、ジルコニアは、鋼材と非常に近似する線膨張係数を有するので、ヒートサイクルによる収縮に起因する擦れ合いの問題が発生する率は、前記高分子材料を使用する場合より低い。しかしながら、ジルコニアの断熱性が低いので、本発明で意図する断熱効果を得ようとする場合、約１００〔μｍ〕以上、かつ、１〔ｍｍ〕以下程度の厚さが必要となると考えられる。この場合、実際に断熱層を形成することができても、脆性の高い構造になってしまい、ヒートサイクルによる収縮によって割れが発生したり、大きな射出力、型締め力等が加わって割れが発生したりする。その結果、断熱層の耐久性が低くなってしまう。

そこで、本実施の形態においては、前述されたように、断面が正六角形の形状を有するハニカム構造によって断熱層４０を形成するようになっている。

ところで、導光板のような光メディアを成形する場合、例えば、１２〔ｃｍ〕直径の円領域に最大３００〔ｋｇ／ｃｍ² 〕程度の圧力が印加されることがある。また、成形の際に使用される転写プレート３４は、通常、ニッケル電鋳を行い、ニッケルを電鋳加工することによって形成される。本実施の形態においても、ニッケル電鋳を行うことによって形成された転写プレート３４が使用され、該転写プレート３４は、０．３〔ｍｍ〕程度の厚さを有し、表面にサブミクロンの大きさの微細な凹凸から成るパターンが形成される。

また、前記転写プレート３４は、上板２１の表面に機械的に、又はエアチャックによって取り付けられるが、ヒートサイクルによる収縮に起因する擦れ合いを軽減するために、上板２１の表面にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）のような高摩耗耐性材料がコーティングされ、ＤＬＣの膜が形成される。この場合、膜の表面は研磨不能であるので、一定の荒れを有している。また、数十〔μｍ〕以上、かつ、１００〔μｍ〕以下の径のボイドが発生することもある。

そこで、ボイドの形状が、薄い転写プレート３４を介して導光板の表面に転写され、残痕を生じさせることがないように、前記ハニカム構造が設定される。すなわち、ハニカム構造のハニカムピッチＰは０．１〔μｍ〕以上、かつ、１００〔μｍ〕以下、好ましくは、１〔μｍ〕以上、かつ、１０〔μｍ〕以下の範囲に設定される。この範囲は、断熱層４０が、可動金型２４Ｂと転写プレート３４との間に配設されることを考慮して設定され、一般的に、金型装置１１内に断熱目的で形成されるものと比較すると、はるかに小さくされる。

断熱層４０のハニカム構造を形成するための材料には金属が使用される。ハニカム構造の壁の厚さ、すなわち、壁厚Ｄは、０．０１〔μｍ〕以上、かつ、１０〔μｍ〕以下、好ましくは、０．１〔μｍ〕以上、かつ、５〔μｍ〕以下の範囲に設定される。これは、例えば、ハニカム構造の空隙部４２が、鋼材と比べて熱伝導率がほとんど無視し得る程度に低い空気であると仮定すると、断熱層４０として、鋼材の１／１０程度の熱伝導率を実現
するには、空隙部４２の空隙率を９０〔％〕にする必要があるためである。また、ハニカム構造の高さ（形成高さ）を表すハニカム高さＨは、１０〔μｍ〕以上、かつ、１０〔ｍｍ〕以下の範囲に設定される。

ここで、ハニカムピッチＰを、例えば、１０〔μｍ〕であると仮定すると、ハニカム構造の壁厚Ｄは、１〔μｍ〕以下のオーダーとなる。十数〔ｃｍ〕の大きな面積の領域にわたって、例えば、壁厚Ｄが１〔μｍ〕、ハニカムピッチＰが１０〔μｍ〕、ハニカム高さＨが１〔ｍｍ〕程度の微小なハニカム構造を得るためには、面積に対する高さの比が大きい構造、すなわち、「高アスペクト比構造」を形成する上で優位性のある、いわゆるＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ，Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ，Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）プロセス手法をベースとする製作法を使用するのが好ましい。ＬＩＧＡプロセス手法自体は、公知のものであるので、詳細な説明は省略するが、基板上にＸ線感光性を有するレジスト材を厚膜塗布し、Ａｕ、Ｂｅ等を吸収体とするＸ線マスクを介してシンクロトロン放射光（ＳＲ光）による露光（Ｘ線露光）を行い、露光部を現像して除去するか、又は逆に遮蔽部を現像して除去するかしてレジスト微細構造体を得るものである。

なお、レジスト微細構造体をベースにして電鋳を行い、レプリカを作成すると、射出成形等によってハニカム構造を形成することができる。

ＬＩＧＡプロセス手法を採用する場合、具体的な実施の形態としては、転写プレート３４における可動金型２４Ｂと対向する面にハニカム構を形成する手法、及び可動金型２４Ｂにおける転写プレート３４と対向する面にハニカム構を形成する手法が考えられる。

次に、ハニカム構造を形成する手法について説明する。

図５は本発明の第１の実施の形態におけるハニカム構造を形成する第１の手法を示す図、図６は本発明の第１の実施の形態におけるハニカム構造を形成する第２の手法を示す図である。

転写プレート３４における可動金型２４Ｂと対向する面にハニカム構造を形成するために、図５に示されるように、（ニッケル製の）転写プレート３４を基板とし、その背面（可動金型２４Ｂと対向する面）にＸ線感光性のレジスト材４４を厚膜塗布し（又はフィルム貼付し）、所定の厚さになるまでレジスト材４４の厚さを研磨等で調節し、Ｘ線マスク４６を介してシンクロトロン放射光（ＳＲ光）で露光し、現像することによって、壁厚Ｄに対応する１〔μｍ〕の構造幅で、ハニカムピッチＰに対応する１０〔μｍ〕周期のハニカム構造を有する反転構造体４８を形成する（図５（Ａ）、（Ｂ））。その後、ニッケル電鋳を行い、ハニカム構造を成長させるようにすればよい（図５（Ｃ））。このとき、転写プレート３４の転写面（図５において下側面）は、レジスト等の適切な材料で保護するようにする。ニッケル電鋳が行われた後、研磨等でハニカム高さを調節すると、転写プレート３４に直付けの断熱層４０を形成することができる（図５（Ｄ））。

なお、通常、１回のＸ線露光で感光されるレジスト材４４の厚さは数百〔μｍ〕程度である。したがって、更に厚い断熱層４０を形成する場合は、形成されたハニカム構造上に更にハニカム構造を積層し、付加的な層を形成する必要がある。この必要性に対しては、例えば、多重露光ＬＩＧＡプロセス手法で対応することができる。すなわち、図６に示されるように、１回目の露光が終了した後、すぐには現像せず、更に１層目のレジスト材４４の上に２層目のレジスト材５０を形成するようにすればよい。なお、ハニカム構造のパターン、すなわち、ハニカムパターンが、転写プレート３４を介して導光板に転写される恐れは、１層目のハニカム構造によって回避されるので、２層目のハニカム構造のハニカムピッチＰを、１層目のハニカム構造のハニカムピッチＰ（例えば、１０〔μｍ〕）より
大きくすることができる。同様の多重露光を繰り返し、必要な微細構造のレジスト材の厚さが得られると、その後、一括して現像が行われる。このようにして、多重化されたハニカム構造の反転構造体５２を形成することができる。該反転構造体５２に対してニッケル電鋳を行い、最後にレジスト材４４、５０を除去すると、必要な厚さのニッケル製のハニカム構造を有する断熱層４０を形成することができる。

一方、可動金型２４Ｂにおける転写プレート３４と対向する面にハニカム構造を形成する場合も、基本的には、前記ニッケル電鋳によるハニカム構造と同じ手法を使用することができるが、鋼材自体を電鋳によって成長させることはできないので、ニッケル電鋳等の電鋳に代えて金属粉末成形技術を使用するのが好ましい。この場合、露光によって反転構造体４８、５２を形成する工程までは同様であるが、その後の工程では、電鋳に代えて金属粉末焼結成形技術が使用される。この場合、金型装置６１と同じ材質（鋼材）の金属粉を使用し、熱膨張係数差によって断熱層４０と可動金型２４Ｂとの間で熱応力が発生するのを抑制する。

なお、焼結時には、組成に応じて体積が数〔％〕以上、かつ、１０数〔％〕以下の収縮が生じるので、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の表面部分を一体化した金型部品として焼結を行い、その後、後工程で、金型装置６１の一部を構成するチェイスとして嵌め込み、一体化することができるように切削を行う必要がある。

次に、前記構成の金型装置６１の作用について説明する。

図７は本発明の第１の実施の形態における金型装置の特性を示す図である。なお、図において、横軸に時間を、縦軸に金型装置６１の温度を採ってある。

図において、Ｌ１は従来の金型装置１１を使用して導光板を成形したときの可動金型１３の温度を示す線、Ｌ２は従来の金型装置１１を使用して導光板を成形したときの転写プレート３４の温度を示す線、Ｌ３は本発明の金型装置６１を使用して導光板を成形したときの可動金型２４Ｂの温度を示す線、Ｌ４は本発明の金型装置６１を使用して導光板を成形したときの転写プレート３４の温度を示す線である。

本実施の形態においては、金型装置６１を使用して導光板を成形したときに、成形を開始したときの可動金型２４Ｂの温度が、従来の金型装置１１を使用して導光板を成形したときの可動金型１３の温度より、ほぼ４０〔℃〕だけ低く設定される。これは、成形しようとする樹脂３０のガラス転移温度より５０〔℃〕以上低い値である。なお、この場合、溶融させられた樹脂３０の温度は２９０〔℃〕である。

まず、従来の金型装置１１において、樹脂３０が金型装置１１のキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内に充填されると、樹脂３０の温度は２９０〔℃〕であるので、可動金型１３及び転写プレート３４の温度は急激に上昇するが、可動金型１３によって多くの熱が奪われるので、転写が完了する時刻（タイミング）ｔｐ１における転写プレート３４の温度Ｔ１は、１２０〔℃〕程度になる。

また、このときの可動金型１３の温度Ｔ２は、１３０〔℃〕をわずかに超えた程度になる。

したがって、樹脂３０は、転写が完了する時刻ｔｐ１までに２９０〔℃〕から急激に冷却されることになり、スキン層が形成されやすく、また、形成されたスキン層が成長しやすい。

ところで、従来の金型装置１１においては、導光板にサブミクロンの大きさの凹凸が形成される。そして、該凹凸は、開口部の大きさに対して半分程度の深さを有する必要があるが、該深さは、スキン層の厚さと比較したとき、極めて小さい。

したがって、従来の金型装置１１を使用して導光板を成形すると、既に固化状態に移行した樹脂３０を、型締装置による大きな型締力によって押し潰して塑性変形させ、転写プレート３４の凹凸に沿わせることになる。その結果、転写プレート３４の転写面のパターンが劣化しやすくなる。

転写は、１．２秒程度が経過した後の時刻ｔｐ１で完了する。その後、転写プレート３４及び可動金型１３の各温度は、いずれも、ほぼ平行な下降曲線に沿って徐々に低下する。ところが、金型装置１１の温度が高めに設定されているので、その下降の程度は非常に緩やかである。したがって、型開きが行われる時刻ｔｐ２までに１２秒以上、導光板が取り出される時刻ｔｐ３までに１６秒近くの時間が既に経過しており、最終的に金型装置１１の型閉じが行われて、次の成形に入る準備ができる時刻ｔｐ４までに、１７．２秒以上の時間が経過してしまっている。

これに対して、本発明の金型装置６１においては、成形を開始するときの金型装置６１の温度が従来の金型装置１１の温度より４０〔℃〕近く低く設定されているにもかかわらず、断熱層４０の存在により、樹脂３０の有する熱エネルギーが可動金型２４Ｂ側に逃げるのが抑制されるので、転写プレート３４において、転写完了時刻ｔ１（≒ｔｐ１）において、従来の金型装置１１と同等程度（１２０〔℃〕程度）にまで温度が上昇している。転写プレート３４の温度の立上がりは従来の金型装置１１を使用したときの転写プレート３４の温度の立上りよりやや緩やかであるが、可動金型２４Ｂの温度は、１６０〔℃〕近くにまで一気に上昇することが分かる。

転写は、従来の金型装置１１を使用したときと同様に１．２秒程度が経過した後の時刻ｔ１（≒ｔｐ１）で完了するが、本発明の金型装置６１を使用した場合、転写が完了するまでの、充填の初期の樹脂３０の温度が高めに維持され、その流動性が確保される。したがって、従来の金型装置１１を使用した場合より、スキン層の成長が抑制され、固化の程度が低くされる。その結果、樹脂３０は容易に転写プレート３４の転写面の凹凸に沿うことができる。

したがって、本発明においては、転写面の付近の樹脂、すなわち、スキン層を塑性変形させるための型締力を小さくすることができ、型締装置を含む射出成形機の全体を小型化することができるだけでなく、コストを低くすることができる。また、転写プレート３４の転写面の転写精度を高くすることができる。そして、従来の金型装置１１を使用したときと同等の型締力を発生させた場合、転写プレート３４の転写面の転写精度を高くすることができる。

なお、転写が完了した後、転写プレート３４及び可動金型２４Ｂの温度は、いずれも低下していくが、金型装置６１の温度が低めに設定されているので、転写プレート３４及び可動金型２４Ｂの温度の下降の速度が高くなる。

したがって、型開きが行われる時刻ｔ２までに６．４秒程度、導光板が取り出される時刻ｔ３までに９．２秒程度しか時間が経過しておらず、最終的に型閉じが行われ、次の成形に入る準備ができる時刻ｔ４までに、わずかに９．６秒以上、かつ、１１．６秒以下の程度の時間しか経過しない。また、型開きが行われる時刻ｔ２での転写プレート３４の温度は、従来の金型装置１１が使用される場合の時刻ｔｐ２での転写プレート３４の温度より３４〔℃〕も低くなっていることが分かる。

このように、本実施の形態においては、可動金型２４Ｂと転写プレート３４との間に断熱層４０が配設されるので、樹脂３０が有する熱エネルギーが可動金型２４Ｂ側に逃げるのを抑制することができる。したがって、樹脂３０の温度が急激に低くなってスキン層が形成されるのを抑制することができる。その結果、転写精度を高くこることができる。

また、スキン層を塑性変形させるための型締力を小さくすることができるので、射出成形機を小型化することができるだけでなく、転写プレート３４の耐久性を向上させることができる。

そして、転写精度を高くすることができる分だけ金型装置６１の温度を低く設定することができるので、転写プレート３４及び可動金型２４Ｂの温度の下降の速度を高くすることができる。したがって、成形サイクルを十分に短くすることができる。

次に、ディスク基板を成形するための本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図８は本発明の第２の実施の形態における樹脂成形方法を示す断面図である。なお、（ａ）は成形材料としての樹脂３０をキャビティ空間Ｃに充填した状態を示す図、（ｂ）は型締めを行った状態を示す図である。

図において、２０は成形品、例えば、ディスク基板を成形するための樹脂成形装置としての金型装置、２４Ａは第１の型部材としての、かつ、第１の金型としての固定金型（固定下型）、２４Ｂは該固定金型２４Ａに対して進退自在に配設された第２の型部材としての、かつ、第２の金型としての可動金型（可動上型）である。そして、図示されない型締装置（プレス機構）において、可動金型２４Ｂが前進させられて型閉じが行われ、可動金型２４Ｂが前記固定金型２４Ａに当接させられて型締めが行われ、これに伴って固定金型２４Ａと可動金型２４Ｂとの間に円形の形状を有するキャビティ空間Ｃが形成され、可動金型２４Ｂが後退させられ、固定金型２４Ａから離されて型開きが行われる。

また、１５は固定金型２４Ａに形成されたスプルーであり、該スプルー１５の先端とキャビティ空間Ｃとが連通させられる。そして、６２は可動金型２４Ｂに対して進退自在に配設されたカットパンチであり、該カットパンチ６２を前進させることによって、キャビティ空間Ｃに充填された樹脂３０に対して穴開加工を施すことができる。

そして、前記キャビティ空間Ｃ内の固定金型２４Ａにおける可動金型２４Ｂと対向する面上に、第１の実施の形態と同様に、ハニカム構造を有する断熱層４０が形成され、該断熱層４０における可動金型２４Ｂと対向する面に転写プレート３４が取り付けられる。本実施の形態において、転写プレート３４としてスタンパが使用される。また、前記転写プレート３４に、可動金型２４Ｂと対向させて、微小な凹凸が所定のパターンで形成された転写面が形成される。

そして、前記固定金型２４Ａ及び可動金型２４Ｂに温調流路２３が形成され、該温調流路２３に温調媒体、例えば、水を流すことによって、金型装置２０及びキャビティ空間Ｃ内の樹脂３０を冷却することができる。

また、キャビティ空間Ｃ内の樹脂３０は、前記水によって冷却され、固化させられ、このとき、前記転写プレート３４の転写面のパターンが樹脂３０に転写される。続いて、カットパンチ６２を前進させ、穴開加工を行った後、型開きを行うと、ディスク基板を成形
することができる。

本実施の形態においては、ディスク基板が成形されるようになっているので、キャビティ空間Ｃに充填された樹脂は、薄いディスク基板の形状に広げられる。したがって、転写後は、温度が低く設定された金型装置２０によって急速に熱エネルギーが奪われるので、ディスク基板を良好に冷却することができる。その結果、成形サイクルを短くすることができる。

なお、前記断熱層４０における断熱効果をわずかに低くし、成形を開始するときの金型装置２０の温度をわずかに高くすると、転写プレート３４及び可動金型２４Ｂの特性を中間の特性にすることができる。

次に、前記構成の金型装置２０の作用について説明する。

図９は本発明の第２の実施の形態における金型装置の特性を示す図である。なお、図において、横軸に時間を、縦軸に金型装置２０の温度を採ってある。

図において、Ｌ１は従来のディスク成形用の金型装置を使用してディスク基板を成形したときの可動金型の温度を示す線、Ｌ２は従来のディスク成形用の金型装置を使用してディスク基板を成形したときの転写プレート（スタンパ）の温度を示す線、Ｌ３は本発明の金型装置２０を使用してディスク基板を成形したときの可動金型２４Ｂの温度を示す線、Ｌ４は本発明の金型装置２０を使用してディスク基板を成形したときの転写プレート３４の温度を示す線である。

本実施の形態においては、金型装置２０を使用してディスク基板を成形したときに、成形を開始したときの可動金型２４Ｂの温度が、従来のディスク成形用の金型装置を使用してディスク基板を成形したときの可動金型の温度より、ほぼ４０〔℃〕だけ低く設定される。これは、成形しようとする樹脂３０のガラス転移温度より５０〔℃〕以上低い値である。なお、この場合、溶融させられた樹脂３０の温度は２９０〔℃〕である。

まず、従来のディスク成形用の金型装置において、樹脂が金型装置のキャビティ空間内に充填されると、樹脂の温度は２９０〔℃〕であるので、可動金型及び転写プレートの温度は急激に上昇するが、可動金型によって多くの熱が奪われるので、転写が完了する時刻（タイミング）ｔｐ１における転写プレートの温度Ｔ１は、１２０〔℃〕程度になる。

また、このときの可動金型の温度Ｔ２は、１３０〔℃〕をわずかに超えた程度になる。

したがって、樹脂は、転写が完了する時刻ｔｐ１までに２９０〔℃〕から急激に冷却されることになり、スキン層が形成されやすく、また、形成されたスキン層が成長しやすい。

ところで、従来のディスク成形用の金型装置においては、ディスク基板にサブミクロンの大きさの凹凸が形成される。そして、該凹凸は、開口部の大きさに対して半分程度の深さを有する必要があるが、該深さは、スキン層の厚さと比較したとき、極めて小さい。

したがって、従来のディスク成形用の金型装置を使用してディスク基板を成形すると、既に固化状態に移行した樹脂を、型締装置による大きな型締力によって押し潰して塑性変形させ、転写プレートの凹凸に沿わせることになる。その結果、転写プレートの転写面のパターンが劣化しやすくなる。

転写は、０．３秒程度が経過した後の時刻ｔｐ１で完了する。その後、転写プレート及び可動金型の各温度は、いずれも、ほぼ平行な下降曲線に沿って徐々に低下する。ところが、従来のディスク成形用の金型装置の温度が高めに設定されているので、その下降の程度は非常に緩やかである。したがって、型開きが行われる時刻ｔｐ２までに３秒以上、ディスク基板が取り出される時刻ｔｐ３までに４秒近くの時間が既に経過しており、最終的に従来のディスク成形用の金型装置の型閉じが行われて、次の成形に入る準備ができる時刻ｔｐ４までに、４．３秒以上の時間が経過してしまっている。

これに対して、本発明の金型装置２０においては、成形を開始するときの金型装置２０の温度が従来のディスク成形用の金型装置の温度より４０〔℃〕近く低く設定されているにもかかわらず、断熱層４０の存在により、樹脂３０の有する熱エネルギーが可動金型２４Ｂ側に逃げるのが抑制されるので、転写プレート３４において、転写完了時刻ｔ１（≒ｔｐ１）において、従来のディスク成形用の金型装置と同等程度（１２０〔℃〕程度）にまで温度が上昇している。転写プレート３４の温度の立上がりは従来のディスク成形用の金型装置を使用したときの転写プレート３４の温度の立上りよりやや緩やかであるが、可動金型２４Ｂの温度は、１６０〔℃〕近くにまで一気に上昇することが分かる。

転写は、従来のディスク成形用の金型装置を使用したときと同様に０．３秒程度が経過した後の時刻ｔ１（≒ｔｐ１）で完了するが、本発明の金型装置２０を使用した場合、転写が完了するまでの、充填の初期の樹脂３０の温度が高めに維持され、その流動性が確保される。したがって、従来のディスク成形用の金型装置を使用した場合より、スキン層の成長が抑制され、固化の程度が低くされる。その結果、樹脂３０は容易に転写プレート３４の転写面の凹凸に沿うことができる。

したがって、本発明においては、転写面の付近の樹脂、すなわち、スキン層を塑性変形させるための型締力を小さくすることができ、型締装置を含む射出成形機の全体を小型化することができるだけでなく、コストを低くすることができる。また、転写プレート３４の転写面の転写精度を高くすることができる。そして、従来のディスク成形用の金型装置を使用したときと同等の型締力を発生させた場合、転写プレート３４の転写面の転写精度を高くすることができる。

なお、転写が完了した後、転写プレート３４及び可動金型２４Ｂの温度は、いずれも低下していくが、金型装置２０の温度が低めに設定されているので、転写プレート３４及び可動金型２４Ｂの温度の下降の速度が高くなる。

したがって、型開きが行われる時刻ｔ２までに１．６秒程度、ディスク基板が取り出される時刻ｔ３までに２．３秒程度しか時間が経過しておらず、最終的に型閉じが行われ、次の成形に入る準備ができる時刻ｔ４までに、わずかに２．４秒以上、かつ、２．９秒以下の程度の時間しか経過しない。また、型開きが行われる時刻ｔ２での転写プレート３４の温度は、従来のディスク成形用の金型装置が使用される場合の時刻ｔｐ２での転写プレート３４の温度より３４〔℃〕も低くなっていることが分かる。

このように、本実施の形態においては、可動金型２４Ｂと転写プレート３４との間に断熱層４０が配設されるので、樹脂３０が有する熱エネルギーが可動金型２４Ｂ側に逃げるのを抑制することができる。したがって、樹脂３０の温度が急激に低くなってスキン層が形成されるのを抑制することができる。その結果、転写精度を高くこることができる。

また、スキン層を塑性変形させるための型締力を小さくすることができるので、射出成形機を小型化することができるだけでなく、転写プレート３４の耐久性を向上させることができる。

そして、転写精度を高くすることができる分だけ金型装置２０の温度を低く設定することができるので、転写プレート３４及び可動金型２４Ｂの温度の下降の速度を高くすることができる。したがって、成形サイクルを十分に短くすることができる。

ところで、前記第１、第２の実施の形態においては、ハニカム構造を転写プレート３４側から形成したり、固定金型２４Ａ側又は可動金型２４Ｂ側から形成したりするようになっているが、他の方法でハニカム構造を形成することができる。

そこで、他の方法でハニカム構造を形成するようにした本発明の第３の実施の形態について説明する。

図１０は本発明の第３の実施の形態における断熱層の形成方法を示す第１の図、図１１は本発明の第３の実施の形態における断熱層の形成方法を示す第２の図である。

例えば、金属射出成形において、１０〔μｍ〕程度幅の深溝に金属粉を含むグリーン体を流し込むのは困難を伴うことがある。このような場合には、例えば、図１０及び１１に示されるように、あらかじめ金属射出成形によって形成した金属粉を含む薄肉板７０を準備しておき、該薄肉板７０に対してハニカムの反転構造（針状の突起を有する構造）を備えた（断熱層４０を形成するための）逆ハニカム転写プレート７２を押し当て、薄肉板７０及び逆ハニカム転写プレート７２を図示されないプレスで挟み込むと、前記ハニカムの反転構造を薄肉板７０側に転写することができる。続いて、前記逆ハニカム転写プレート７２を薄肉板７０から分離すると、図１１に示されるようなハニカム構造が転写された反転構造体から成る薄肉板７０Ａを得ることができる。なお、該薄肉板７０Ａを断熱層として転写プレート３４と固定金型２４Ａ又は可動金型２４Ｂとの間に配設することができる。

次に、更に他の方法でハニカム構造を形成するようにした本発明の第４の実施の形態について説明する。

図１２は本発明の第４の実施の形態における断熱層の形成方法を示す図である。なお、（ａ）はハニカム構造が転写される前の状態を示す図、（ｂ）はハニカム構造が転写された後の状態を示す図である。

この場合、高い流動性及び耐摩耗性を有するアモルファス金属（いわゆる「金属ガラス」といわれる。）を使用するようになっている。図１２（ａ）に示されるように、加熱体としての加熱コイル８０を使用してスリーブ８２内で加熱された型鏡面板８４上にアモルファス金属８６を載置し、ハニカムの反転構造を有する（断熱層を形成するための）逆ハニカム転写プレート８８を前記アモルファス金属８６に押し付けると、図１２（ｂ）に示されるように、プレス成形が行われ、前記ハニカムの反転構造をアモルファス金属８６側に転写することができる。続いて、前記逆ハニカム転写プレート８８をアモルファス金属８６から分離させると、ハニカム構造が転写された反転構造体から成るアモルファス金属層８６Ａを得ることができる。該アモルファス金属層８６Ａが断熱層として形成された型鏡面板８４を、金型装置２０の一部を構成するチェイスとして使用し、転写プレート３４と固定金型２４Ａ又は可動金型２４Ｂとの間に配設することができる。

なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明を射出成形機の金型装置に利用することができる。

Claims (9)

1. （ａ）第１の金型と、
   （ｂ）該第１の金型に対向させて配設された第２の金型と、
   （ｃ）凹凸のパターンから成る転写面をキャビティ空間に向けて前記第１、第２の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレートと、
   （ｄ）前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、ハニカム構造を有し、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方側から、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方と同じ材料によって一体的に成長させて形成された断熱層とを有するとともに、
   （ｅ）該断熱層の空隙率は、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方の空隙率と異なることを特徴とする樹脂成形装置。
2. 前記断熱層は、前記転写プレート側から成長させて形成される請求項１に記載の樹脂成形装置。
3. 前記断熱層は、前記一方の金型側から成長させて形成される請求項１に記載の樹脂成形装置。
4. 前記ハニカム構造のハニカムピッチは、０．１〔μｍ〕以上、かつ、１００〔μｍ〕以下の範囲に設定される請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂成形装置。
5. 前記ハニカム構造の壁厚は、０．０１〔μｍ〕以上、かつ、１０〔μｍ〕以下の範囲に設定される請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂成形装置。
6. 前記ハニカム構造のハニカム高さは、１０〔μｍ〕以上、かつ、１０〔ｍｍ〕以下の範囲に設定される請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂成形装置。
7. 前記断熱層は、積層されたハニカム構造を有する請求項４〜６のいずれか１項に記載の樹脂成形装置。
8. 前記金型において成形を開始するときの温度は、成形材料のガラス転移温度より５０〔℃〕以上低い値に設定される請求項１〜７のいずれか１項に記載の樹脂成形装置。
9. 第１の金型、該第１の金型に対向させて配設された第２の金型、凹凸のパターンから成る転写面をキャビティ空間に向けて前記第１、第２の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレート、並びに前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、ハニカム構造を有し、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方側から、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方と同じ材料によって一体的に成長させて形成された断熱層を有するとともに、該断熱層の空隙率は、前記一方の金型及び転写プレートのうちの一方の空隙率と異なる樹脂成形装置の樹脂成形方法において、
   （ａ）キャビティ空間に成形材料を充填して転写面のパターンを成形材料に転写し、
   （ｂ）転写後に、型締力を加え、転写面の付近の成形材料を塑性変形させることを特徴とする樹脂成形方法。

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