(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側金型と前記固定側金型に対して可動の可動側金型との間に形成されるキャビティ内の凹凸がリソグラフィー法によって作られた高アスペクト比を持つマイクロオーダー若しくはナノオーダーの超微細な凹凸であり、前記超微細な凹凸の深さが１０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲である金型によるエンボス加工成形方法であって、
前記超微細な凹凸を有するキャビティ内に成形原料を充填して加熱し、
成形原料が流動状態に成った状態で、前記キャビティ及び前記キャビティ内の前記凹凸に前記成形原料を行き渡らせるように、前記キャビティに対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びこれらの各軸の合成方向に超音波振動を加えて、
前記成形原料を金型に超音波振動を与えながら加圧、充填するエンボス加工成形方法。
【請求項２】
固定側金型と、前記固定側金型に対して可動の可動側金型と、前記固定側金型及び前記可動側金型に設けられた加熱用ヒーターと、前記固定側金型及び前記可動側金型のいずれか一方もしくは両方に設けられた超音波振動子とを備え、
前記固定側金型と前記可動側金型との間に形成されるキャビティ内の凹凸がリソグラフィー法によって作られた高アスペクト比を持つマイクロオーダー若しくはナノオーダーの超微細な凹凸であり、前記超微細な凹凸の深さが１０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲であるエンボス加工用成形装置であって、
前記加熱用ヒーターは、前記超微細な凹凸を有するキャビティ内に充填された成形原料を加熱するものであり、
前記超音波振動子は、成形原料が流動状態に成った状態で、前記キャビティ及び前記キャビティ内の凹凸に前記成形原料を行き渡らせるように、前記キャビティに対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びこれらの各軸の合成方向の超音波振動を加えるものであることを特徴とする、
前記金型に超音波振動を与えながら前記成形原料を加圧、充填するエンボス加工用成形装置。
【請求項３】
前記固定側金型と、前記可動側金型が真空容器内に設置されている請求項２に記載のエンボス加工用成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂表面に微細なエンボス加工をするエンボス加工成形装置及びエンボス加工成形方法に係り、特に、リソグラフィー法によって高アスペクト比を持つマイクロオーダー若しくはナノオーダーの超微細な凹凸が形成された金型を有するエンボス加工成形装置及び前記金型を用いるエンボス加工成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、樹脂成形品の用途は広がる一方である。その多様化する用途とともに、表面形態も微細なエンボス加工を施したものなど多種多様なものが要求されるようになってきている。
【０００３】
表面形態が、マイクロオーダ、ナノオーダのエンボス加工を有するものの場合、現在では、リソグラフィー法によって樹脂微細構造体を形成するのがほとんどであり、近年はこの種の技術の進歩により、高アスペクト比の微細構造を有するものが作製されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このリソグラフィー法は、精度良く微細構造を形成するのに適しているが、工業的な大量生産には不向きであり、これに代わる方法として、前記リソグラフィー法によって形成された微細構造体を持つ金型を用いた成形方法が検討されている。しかしながら、マイクロオーダ、ナノオーダの微細構造体を持つ金型を用いての成形の場合、金型の隅々にまで成形原料を十分にいきわたらせることが難しく、そのため、精度良く微細構造体を成形することが困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明は、リソグラフィー法によって高アスペクト比を持つマイクロオーダー若しくはナノオーダーの微細構造体、即ち、超微細な凹凸が形成された金型を有するエンボス加工成形装置及び前記金型を用いるエンボス加工成形方法であっても金型の隅々にまで成形原料を十分にいきわたらせて表面に微細なエンボス加工を有する樹脂を成形できるエンボス加工用成形装置及びエンボス加工成形方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明のエンボス加工用成形装置は、固定側金型と、前記固定側金型に対して可動の可動側金型と、前記固定側金型及び前記可動側金型に設けられた加熱用ヒーターと、前記固定側金型及び前記可動側金型のいずれか一方もしくは両方に設けられた超音波振動子とを備え、
前記固定側金型と前記可動側金型との間に形成されるキャビティ内の凹凸がリソグラフィー法によって作られた高アスペクト比を持つマイクロオーダー若しくはナノオーダーの超微細な凹凸であり、前記超微細な凹凸の深さが１０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲であるエンボス加工用成形装置であって、
前記加熱用ヒーターは、前記超微細な凹凸を有するキャビティ内に充填された成形原料を加熱するものであり、
前記超音波振動子は、成形原料が流動状態に成った状態で、前記キャビティ及び前記キャビティ内の凹凸に前記成形原料を行き渡らせるように、前記キャビティに対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びこれらの各軸の合成方向に超音波振動を加えるものであることを特徴とする、
前記金型に超音波振動を与えながら前記成形原料を加圧、充填するエンボス加工用成形装置である。
このような構成によると、成形原料が半溶融状態で超音波振動子によって超音波振動されながら加圧、充填されるため、成形原料が前記キャビティ内に均一に充填できる。また、成形原料が、金型の隅々にまでいきわたり、成形されるため、精度良く成形品が成形される。
【０００７】
また、前記超音波振動が、前記キャビティに対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、及びこれらの各軸の合成方向に加えられるので、キャビティ全体に均等に超音波振動が加えられるため、成形原料がキャビティ全体にいきわたり、精度良くキャビティの凹凸を転写し、マイクロオーダ、ナノオーダのエンボス加工が可能となる。
【０００８】
また、前記キャビティ内に形成される凹凸が、１０μｍ以上１ｍｍ以下の深さであるので、従来、金型成形できなかった微細なエンボス加工を有する樹脂成形体を成形することが可能となる。
【０００９】
また、前記固定側金型と、前記可動側金型が真空容器内に設置されているので、成形時に外部から不純物や、加熱によってガス化した樹脂等が混入することが少なくなり、純度の高い成形品とすることができる。
【００１０】
また、本発明のエンボス加工成形方法は、固定側金型と前記固定側金型に対して可動の可動側金型との間に形成されるキャビティ内の凹凸がリソグラフィー法によって作られた高アスペクト比を持つマイクロオーダー若しくはナノオーダーの超微細な凹凸であり、前記超微細な凹凸の深さが１０μｍ以上１ｍｍ以下の範囲である金型によるエンボス加工成形方法であって、
前記超微細な凹凸を有するキャビティ内に成形原料を充填して加熱し、
成形原料が流動状態に成った状態で、前記キャビティ及び前記キャビティ内の前記凹凸に前記成形原料を行き渡らせるように、前記キャビティに対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びこれらの各軸の合成方向に超音波振動を加えて、
前記成形原料を金型に超音波振動を与えながら加圧、充填することを特徴とする。
このような方法によると、前記成形原料を前記キャビティ内に均一に行き渡らせて均質な肉厚にエンボス加工できる。微細な凹凸を有する金型によって形成されるキャビティ内全体に成形原料を均等にいきわたらせることができ、精度の高い微細なエンボス加工を有した成形品を作成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態の一例を図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態例に係るエンボス加工用成形装置１の要部断面図である。本実施形態例に係るエンボス加工用成形装置１は、図１において、固定側金型２と、この固定側金型２に対して可動の可動側金型３と、これら固定側金型２及び可動側金型３にそれぞれ設けられた加熱用ヒーター４，５と、固定側金型２に設けられた超音波振動子７と、可動側金型３に設けられた超音波振動子８と、で構成され、図示しない真空室内に設置されている。
【００１２】
可動側金型３には、複数の微細な突起１０が形成されている。この突起１０によって、成形品の表面にエンボス加工を施すことが可能となる。なお、突起１０は、固定側金型２側に設けることもできる。
【００１３】
加熱用ヒーター４，５は、可動側金型３及び成形原料となるＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、エオポキシ樹脂等からなる板材の全面を均等に加熱できるようなものであれば良く、図に示すよう面状ヒーターを使用することが好ましい。
【００１４】
超音波振動子７、８は、成形原料に振動を印加できるものであればよく、印加する振動の周波数は特に限定されないが、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであることが好ましい。なお、この超音波振動子７、８は、固定側金型２側のみならず、可動側金型３側にも設けられていても良く、また、可動側金型３側にのみ設けるようにしてもよい。
【００１５】
本実施形態例に係るエンボス加工用成形装置１によるエンボス加工の成形方法は、まず、固定側金型２に設けられている加熱用ヒーター５に成形原料となる樹脂製の板材を設置し、固定具９によって固定する。そして、固定側金型２及び可動側金型４のそれぞれに設けられている加熱用ヒーター４、５を成形原料である樹脂が半溶融状態となる程度の温度にまで加熱し、可動側金型３を固定側金型２の方に移動させる。この際、超音波振動子７、８によって２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数で振動を印加する。
【００１６】
図２に、本実施形態例に係るエンボス加工用成形装置１の加圧時の状態の断面図を示す。この時、成形原料である樹脂板材６は、加熱用ヒーター４，５によって加熱されて、半溶融状態となり、キャビティ内で流動状態となっている。そして、超音波振動子７、８によって振動が印加されているため、キャビティ内での流動が容易に行われ、可動側金型３に形成されている突起１０の幅ピッチが１μｍ以上５００μｍ以下で、１０μｍ以上１ｍｍ以下の深さという微細なものであっても、確実に突起１０の凹凸内に行き渡るようになる。なお、可動側金型３の表面には離型剤を塗布しておくことが好ましい。これによって、離型時に容易に成形品が離型し、離型時のエンボス加工面の損傷を抑制することができる。
【００１７】
そして、所定時間加圧した後、加熱ヒーター４，５の電源を切り、樹脂板材６を冷却固化させた後、図３に示すように、可動側金型３を固定側金型２から離れる方向に移動させ、樹脂板材６を離型する。この際、超音波振動子７，８によって２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数で振動を印加する。この一連の工程によって、樹脂板材６の表面には、微細で均質なエンボス加工を施すことが可能となる。
【００１８】
ここで、超音波振動子７、８によって振動が印加される方向は、図４に示すように、可動側金型３及び固定側金型２で形成されるキャビティに対してそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びこれら各軸の合成方向である。また、これらの方向以外にも、Ｚ軸に対してねじれ振動を印加する方向及び円、楕円等の回転振動を与える方向にも振動が印加される。このように、キャビティの全ての方向に均等に振動が印加されるため、成形原料がキャビティ内に均等にいきわたり、各金型に形成されている微細な凹凸を精度良く転写することが可能となる。
【００１９】
図５に本実施形態例に係るエンボス加工成形方法によって形成されたエンボス加工の一例の顕微鏡写真の３Ｄ表示を示す。図５は、幅ピッチが５０μｍ、孔深さが１００μｍのエンボス加工を施したものである。図に示すように、従来金型成形では困難であったマイクロオーダの均質なエンボス加工が本発明に係るエンボス加工用成形装置１では可能となることがわかる。
【００２０】
なお、本発明に係るエンボス加工用成形装置は、前述の実施形態例に限定されるものではなく、他の樹脂成形法にも適用することができ、例えば、射出成形の如く、可動側金型及び固定側金型によって形成されるキャビティ内に成形原料を装填して、樹脂成形品を形成することにも適用することが可能である。この場合、高周波又は超音波の振動が印加されることによってキャビティ内に成形原料が均一に行き渡るようになる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
まず、図１に示すように、固定側金型２に設けられている加熱用ヒーター５に成形原料となるＰＭＭＡの板材を設置し、固定具９によって固定する。そして、固定側金型２及び可動側金型４のそれぞれに設けられている加熱用ヒーター４、５をＰＭＭＡが半溶融状態となる１４０℃にまで加熱し、可動側金型３を固定側金型２の方に移動させる。この際、超音波振動子７、８によって２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数で振動を印加する。
【００２２】
そして、図２に示すように、圧力４９ＭＰａで、６０秒間加圧する。この時、成形原料であるＰＭＭＡ６は、加熱用ヒーター４，５によって加熱されて、半溶融状態となり、キャビティ内で流動状態となっている。そして、超音波振動子７、８によって振動が印加されているため、キャビティ内での流動が容易に行われ、可動側金型３に形成されている突起１０の幅ピッチを正確にかつ精度良く転写する。加圧後は、加熱ヒーター４，５の電源を切り、ＰＭＭＡ６が約９５℃となり冷却固化させた後、図３に示すように、可動側金型３を固定側金型２から離れる方向に移動させ、ＰＭＭＡ６を離型する。この際、超音波振動子７，８によって２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数で振動を印加する。この一連の工程によって、ＰＭＭＡ６の表面には、図５に示すような微細で均質なエンボス加工を施すことが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、従来、金型による加工が困難であったマイクロオーダーの均質なエンボス加工を簡易な装置で行え、工業的に大量生産を可能とできる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンボス加工用成形装置の一実施形態例の要部断面図である。
【図２】図１におけるエンボス加工用成形装置の加圧時の状態の断面図である。
【図３】図１におけるエンボス加工用成形装置の成形後の離型時を示す断面図である。
【図４】超音波振動子による振動の印加方向を説明するための図である。
【図５】本発明に係るエンボス加工用成形装置で成形したエンボス加工表面の顕微鏡の３Ｄ写真を示す図である。
【符号の説明】
１  エンボス加工用成形装置
２  固定側金型
３  可動側金型
４、５  加熱用ヒーター
６  成形原料
７  超音波振動子
８  超音波振動子
９  固定具
１０  突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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