(57)【要約】  成形サイクルの短縮と金型から樹脂への転写性の向上とを両立できる成形用金型及びその製造方法を提供する。表面層(13)の内部に下面層(14)と断熱層(15)が形成されているから、樹脂の射出成型時において成形用金型(10)の温度を大幅に変動させる必要がなく、また、温度分布も均一に近くなるので、その分だけ成形サイクルタイムの短縮を図ることができる。その一方で、凸部(13a)とその近傍との温度も高温に保持され、成形用金型(10)から樹脂への転写性の向上を図ることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材料からなる微細構造を形成した部材を射出成形で成形するための成形用金型であって、
金型本体と、
前記金型本体上に形成された、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・ｋ以下の断熱層と、
前記断熱層上に形成された、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・ｋ以上の下面層と、
前記微細構造を成形するための転写部を備え、前記下面層上に形成された、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以下の表面層と、を有し、
前記表面層の転写部は、転写型マスターからの転写加工によって形成されている成形用金型。
【請求項２】
前記転写加工が電鋳加工である請求項１に記載の成形用金型。
【請求項３】
前記表面層は、ニッケル−リン、ニッケル-ＰＴＦＥ、ニッケル−コバルト−リン合金又はニッケル−ボロンで構成されている請求項１又は２に記載の成形用金型。
【請求項４】
前記表面層は、前記下面層上に０．０３〜１．０ｍｍの範囲の厚みで形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の成形用金型。
【請求項５】
前記下面層は、前記断熱層上に電鋳もしくはメッキにより形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の成形用金型。
【請求項６】
前記下面層はＮｉメッキ、Ｃｕメッキ、Ｃｒメッキ又はＮｉ−Ｃｏメッキにより形成されている請求項５に記載の成形用金型。
【請求項７】
前記下面層は、前記断熱層上に０．１〜２．０ｍｍの範囲の厚みで形成されている請求項１〜６のいずれかに記載の成形用金型。
【請求項８】
前記断熱層の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である請求項１〜７のいずれかに記載の成形用金型。
【請求項９】
前記断熱層はステンレス材料、セラミック系材料、チタン合金、サーメット、ガラス又は樹脂から構成されている請求項１〜８のいずれかに記載の成形用金型。
【請求項１０】
前記転写部は、０．１μｍ〜１ｍｍのサイズの微細形状を有する請求項１〜９のいずれかに記載の成形用金型。
【請求項１１】
前記転写部は、マイクロチップに形成される幅及び深さが１〜１０００μｍの幅の微細流路に対応する凸部を含む請求項１〜１０のいずれかに記載の成形用金型。
【請求項１２】
樹脂材料からなる微細構造を形成した部材を射出成形で成形するための成形用金型であって、金型本体と、前記金型本体上に形成された、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・ｋ以下の断熱層と、前記断熱層上に形成された、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・ｋ以上の下面層と、前記微細構造を成形するための転写部を備え、前記下面層上に形成された、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以下の表面層と、を有する成形用金型の製造方法において、
転写型マスターに微細構造素子形状を切削加工する第１工程と、
前記転写型マスター上に前記表面層を転写加工で形成する第２工程と、
前記表面層上に前記下面層を形成する第３工程と、を有する成形用金型の製造方法。
【請求項１３】
前記転写型マスター上に、前記表面層、前記下面層及び前記断熱層を形成した後に、前記転写型マスターから前記表面層、前記下面層及び前記断熱層を離型し、更に前記断熱層に前記金型本体を接合する第４工程を有する請求項１２に記載の成形用金型の製造方法。
【請求項１４】
前記転写型マスター上に、前記表面層及び前記下面層を形成した後に、前記転写型マスターから前記表面層及び前記下面層を離型し、整形した上で、前記下面層に前記断熱層及び前記金型本体を接合する第４工程を有する請求項１２に記載の成形用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂成形品を形成するのに用いる成形用金型及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
幅及び深さが１〜１０００μｍと非常に微細な流路を有する、Ｍｉｃｒｏ−ＴＡＳ(Total Analysis System)、有機化合物や生体試料の分析等に用いられるマイクロチップや、数十ｎｍオーダーの微細な段差構造を有する回折光学素子等は、樹脂を射出成形して形成された樹脂成形品で構成されることがあり、その成形には金型が使用されている。【０００３】
このような樹脂成形品における微細な溝などの凹形状を射出成形にて成形する場合には、その金型において、溝に対応した微細な凸形状を平面上に形成しなくてはならないが、一般的に切削加工では加工量が膨大となり困難である。そこで、電鋳により微細な凸形状を転写形成する事が一般的に実施されている。又、その電鋳の材質としては、電気めっき性に優れるニッケル(Ni)が多く使用されている（特許文献１参照）。【０００４】
ただし、ニッケルは熱伝導率が90W/ｍ・Kと高い為、熱の伝導が速すぎて金型に接した樹脂温度を高温に保てず、形状転写が十分に得られる前に樹脂が冷やされてしまい、不十分な転写となる恐れがある。これに対し、ヒートサイクル成形を用いることで転写性は向上するが、成形サイクルが長くなり、製造工数の増大を招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−１５８３８１号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０５３７３２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、特許文献２には、金型の内部にジルコニア等の断熱層を設け、金型に接した樹脂の温度を適温に保持する技術が開示されている。しかるに、ジルコニアなど断熱性に優れる材料を使用した場合、成形においては、保温性に優れるが故に、ゲート近傍などは高温になるが、その反対側が低温に保持される時間が長くなり、成形品内の温度分布が不均一になってしまい、製品の変形等を招く恐れがある。このような温度分布の不均一は、製品の変形等が生じなくなるまで冷却時間を延ばす事で解消できるが、それにより成形サイクルが長くなり、製造工数の増大を招く。【０００７】
本発明の目的は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、成形サイクルの短縮と金型から樹脂への転写性の向上とを両立できる成形用金型及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した成形用金型は、樹脂材料からなる微細構造を形成した部材を射出成形で成形するための成形用金型であって、
金型本体と、
前記金型本体上に形成された、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・ｋ以下の断熱層と、
前記断熱層上に形成された、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・ｋ以上の下面層と、
前記微細構造を成形するための転写部を備え、前記下面層上に形成された、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以下の表面層と、を有し、
前記表面層の転写部は、転写型マスターからの転写加工によって形成されている。【０００９】
また、本発明の一側面を反映した成形用金型の製造方法は、樹脂材料からなる微細構造を形成した部材を射出成形で成形するための成形用金型であって、金型本体と、前記金型本体上に形成された、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・ｋ以下の断熱層と、前記断熱層上に形成された、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・ｋ以上の下面層と、前記微細構造を成形するための転写部を備え、前記下面層上に形成された、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以下の表面層とを有する成形用金型の製造方法において、
転写型マスターに微細構造素子形状を切削加工する第１工程と、
前記転写型マスター上に前記表面層を転写加工で形成する第２工程と、
前記表面層上に前記下面層を形成する第３工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、成形サイクルタイムの短縮と金型から樹脂への転写性の向上とを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】成形用金型１の断面図である。
【図２】成形用金型１の製造方法を説明するための図面（断面図）である。
【図３】成形用金型１０を組み込んだ成形装置の斜視図である。
【図４】（ａ）は、成形用金型の微細溝の拡大断面図であり、（ｂ）は、微細溝の十字交差部を上面から見た拡大図である。
【図５】実施例１及び比較例１〜３の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる実施形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲は以下の実施形態及び実施例に限定されるものではない。
【００１３】
まず、断面図である図１を参照しながら、本実施形態に係る成形用金型１０の概略構成について説明する。成形用金型１０は、樹脂材料からなる微細構造を形成した部材（樹脂成形品）を射出成形で成形するための金型であり、例えば１〜１０００μｍの幅の微細流路を形成したマイクロチップや光学素子等の樹脂成形品を転写形成するのに好適に用いられるものである。成形用金型１０は、外観が略直方体状を呈しかつ鋼等の金属材料で構成された金型本体１２（ベース金型）を有しており、金型本体１２上には、表面層１３と下面層１４と、断熱層１５とがこの順序で転写面側から形成されている。
【００１４】
表面層１３は、微細流路の形状を実質的に形成するための層であり、後述の転写加工により形成されている。表面層１３は、下面層１４と断熱層１５を介して金型本体２上に形成されており、下面層１４上に０．０３〜１．０ｍｍ（好ましくは０．１〜０．５ｍｍ）の範囲の厚みｔ１で形成されている。表面層１３は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の素材、例えばニッケル−リン、ニッケル−コバルト−リン合金メッキ，ニッケル−ＰＴＦＥメッキ、ニッケルボロンメッキなどのニッケル複合合金メッキ等で構成されており、表面層１３上（転写面側）には凸部１３ａが形成されている。
【００１５】
転写部としての凸部１３ａは樹脂成形品に形成される微細構造の凹部（溝）に対応するもので、幅Ｗ及び高さＨが０．１〜１ｍｍの範囲の微細形状を呈している。特に、凸部１３ａは幅Ｗ及び高さＨが１〜１０００μｍの幅の微細流路状を呈していてもよく、この場合、当該成形用金型１０から成形されるマイクロチップ等の樹脂成形品には、幅及び深さが１〜１０００μｍの微細流路を形成することができる。好ましくは、幅Ｗは１００μｍ以下である。
【００１６】
下面層１４は、表面層１３の表面に射出された樹脂の熱が、転写面全面に迅速に行き渡るようにする機能を有している。下面層１４は、表面層１３と断熱層１５との間に挟まれて、０．１〜２．０ｍｍの範囲の厚みｔ２で設けられている。下面層１４は、熱伝導率が表面層１３より高くなっており、具体的には６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の素材、例えばＮｉメッキ、Ｃｕメッキ、Ｃｒメッキ、Ｎｉ−Ｃｏメッキなどで構成されている。
【００１７】
断熱層１５は、表面層１３の表面に射出された樹脂の熱が、金型本体１２の全体にゆきわたるのを防止する機能を有しており、樹脂の射出を受けた部位とその近傍とに熱を保持するようになっている。断熱層１５は、セラミック系材料，チタン合金，ガラス等の材料（ここではジルコニア）で構成されており、熱伝導率が下面層１４より低くなっており、具体的には３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下（好ましくは１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下）の熱伝導率を有している。断熱層１５は、後述の溶射法により形成されており、厚みが０．１〜３．０ｍｍとなっている。
【００１８】
続いて、図２を参照しながら、本実施形態にかかる成形用金型の製造方法について説明する。ここでは、転写型マスターであるマスターＭを使用して成形用金型１０を製造するものとする。実際の成形用金型１０の製造では、始めに、マスターＭの転写面に対しメッキ層を施し、次いで図２（ａ）に示すように、メッキ層の上面に工具Ｔにより切削加工を施し、樹脂成形品の微細流路等の凹部に相当する流路部Ｖを形成する（第１工程）。
【００１９】
なお、マスターＭにおいては、メッキ層は必ずしも必須ではないが、特に材質の均質性の観点では当該メッキ層が形成されているのが好ましい。上記第１工程では、マスターＭ上に（メッキ層を形成せずに）、無電解Ｎｉメッキ加工を施してその後に切削加工を行ってもよく、この場合切削性、硬度の観点で更に好ましい。
【００２０】
その後、図２（ｂ）に示すように、金型本体１２との離型性を向上させるため、前処理としての導電処理や離型処理を施して、マスターＭの上面に離型処理膜Ｐを形成する。その後に、図２（ｃ）に示すように、離型処理皮膜（図示を省略）の上部に無電解Ｎｉメッキ加工等の他の転写加工を施してニッケル複合合金メッキ等で構成された肉厚の第１の加工体２０を形成する。第１の加工体２０の形成では、無電解メッキ加工ではなく、電鋳加工を施してもよい。
【００２１】
ここで電鋳加工とは、マスターＭの表面に電気メッキ法によりニッケル−コバルト-リン合金等の金属を析出させた後、この金属をマスターＭから剥離して製品とする技術であり、当該電鋳加工ではマスターＭの形状を忠実かつ正確に転写することができる。
【００２２】
その後、図２（ｄ）に示す通り、工具Ｔにより第１の加工体２０を研削加工して、第１の加工体２０の肉厚ｔ１を０．０３〜１．０ｍｍ程度まで薄くしながらその上面を平面にする。当該第１の加工体２０は表面層１３に相当するもので、当該第１の加工体２０を形成する工程が第２工程に相当する。
【００２３】
その後、図２（ｅ）に示す通り、第１の加工体２０の上部であって下面層１４を形成しようとする部位以外の部位に対しマスク部材（不図示）をマスキングし、そのマスク部材で囲まれた第１の加工体２０の表面に、電気メッキ法によりＮｉ等の金属を析出させ、第２の加工体（電鋳加工体）２１を形成する。尚、通常のメッキ法により第２の加工体２１を形成しても良い。
【００２４】
次いで、図２（ｆ）に示す通り、工具Ｔにより第２の加工体２１を研削加工して、第２の加工体２１の肉厚ｔ２を０．１〜２．０ｍｍ程度まで薄くしながらその上面を平面にする。当該第２の加工体２１は下面層１４に相当するものである。
【００２５】
その後、図２（ｇ）に示すように、マスターＭから、加工体２０，２１を一体で離型させる。その結果、第１の加工体２０の下面には、マスターＭの流路部Ｖに対応した凸部１３ａが形成される。
【００２６】
更に図２（ｈ）に示すように、工具Ｔにより加工体２０，２１の外周を適寸に切断（整形）し、図２（ｉ）に示すように、ＳＴＡＶＡＸ（登録商標：ウッドホルムス会社）製（通常の炭素鋼製でも良い）の金型本体１２に対して、０．１〜３．０ｍｍの厚みの平板状のジルコニア（熱伝導率３Ｗ／ｍ・ｋ）製の断熱層１５を介在させながら、接着剤で第２の加工体２１の上面を貼り付ける（第３，第４工程）。断熱層１５を第２の加工体２１に貼り付けた後、その上から金型本体１２を更に貼り付けても良い。以上により、成形用金型１０が完成する。
【００２７】
本実施形態の一変形例は、図２（ｆ）までは工程が共通するが、それ以降が異なる。図示を省略するが、具体的には、第２の加工体２１を形成した後に、断熱層１５を形成しようとする部位以外の部位に対しマスク部材（不図示）をマスキングし、そのマスク部材で囲まれた第２の加工体２１の表面に、セラミック系材料（ジルコニア）等を一定の厚みになるまで溶射して断熱層１５を形成する。この時点で、断熱層１５を接着しても良い。また、材料としてポリイミドを用いるならば、スピンコートにより形成したり、ポリイミドフィルムを直接接着することで形成できる。
【００２８】
なお、マスク部材のマスキングは必ずしも必須ではなく、マスク部材の当該マスキング範囲は、最終的な成形用金型１０の外形に対して０．１〜２ｍｍの範囲内で内側に配置されるのが好ましい。係る範囲はその後の電鋳加工体の形成（再電鋳加工，厚肉電鋳での抱え込み）を想定してのものであり、最終的な成形用金型１０の外形に対して０．１ｍｍ内側にマスキングをするということは、側面の電鋳層厚みが０．１ｍｍと同義となるが、これを下回ると破損の可能性があり、上限は断熱層１５としての断熱効果を効果的に作用させるためのものである。
【００２９】
その後、マスク部材を除去するとともに、断熱層１５の上面に導電膜（図示略）を形成して導電性を付与する。当該導電膜はＮｉ−Ｐメッキ加工を施して形成したものであってもよいし、金属材料を溶射して形成したものであってもよい。
【００３０】
その後、断熱層１５の上部に再度電鋳加工を施し、肉厚の第３の加工体を形成し、これらを一体とする（第３，第４の工程）。第３の加工体は金型本体１２に相当するものである。その後、これらの外周を一体で適寸に切断する。但し、断熱層１５と、別個に形成した金型本体１２とを接着剤で貼り合わせても良い。以上により、成形用金型１０が完成する。
【００３１】
図３は、本実施形態の成形用金型１０を成形装置に組み付けた状態で示す斜視図である。図３において、成形用金型１０は、角筒状の枠部材３１に挿入されて下型３０を形成している。成形用金型１０は、ボルトなどで直接又は固定部材を介して枠部材３１に固定されるか、もしくは真空吸着等により固定される。下型３０に対向して、ブロック状の上型４０が設けられている。下型３０に対して上型４０を型締めして、不図示のゲートを介して内部の空間内に溶融した樹脂を射出した後、固化させた上で、離型することで、凸部１３ａを転写成形した成形品を得ることができる。尚、枠部材３１の上縁内周を内側に張り出させて、成形用金型１０の表面層を抑えるようにしても良い。
【００３２】
以上の本実施形態では、表面層１３の内部に下面層１４と断熱層１５が形成されているから、樹脂の射出成型時において成形用金型１０の温度を大幅に変動させる必要がなく、また、温度分布も均一に近くなるので、その分だけ成形サイクルタイムの短縮を図ることができる。その一方で、凸部１３ａとその近傍との温度も高温に保持され、成形用金型１０から樹脂への転写性の向上を図ることができる。
【００３３】
更に、凸部１３ａの形成に際しては、当該凸部１３ａが切削加工ではなくマスターＭに対し転写加工が施されて形成されているから、１つのマスターＭから複数の同一微細形状を形成する１つの成形用金型１０を作製する場合に表面層１３への微細形状の形成にあたって加工バラツキが生じるのを防止することができるし、１つのマスターＭから同一形状を呈した複数の成形用金型１０を作製する場合も、各成形用金型１０同士で加工バラツキが生じるのを防止することができる。更に、マスターＭは、何度でも再利用できる。以上から、成形サイクルタイムの短縮と金型から樹脂への転写性の向上とを両立しながらも、金型への微細形状の形成にあたって加工バラツキを防止することができる。
【００３４】
なお、微細流路を有するマイクロチップや微細構造を有するレンズ，プリズム等の光学素子においては、微細形状の転写性もさることながら、各部品間の形状バラツキを抑えることが必須となるため、本発明に係る成形用金型１０及びその製造方法は非常に有効である。
【００３５】
以下、本発明者が行った検討結果について説明する。本発明者は、以下の仕様で実施例と、３つの比較例を製作し、形状転写性と成形サイクルタイムとを比較評価した。
［実施例１］
表面層（厚さ０．１５ｍｍのＮｉ−Ｐ層、熱伝導率９Ｗ／ｍ・ｋ）、下面層（厚さ０．１５ｍｍのＮｉ層、熱伝導率８７．６Ｗ／ｍ・ｋ）、断熱層（厚さ１ｍｍの焼結ジルコニア、熱伝導率３Ｗ／ｍ・ｋ）、金型本体（厚み調整板、ＳＴＡＶＡＸ製、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・ｋ）
［比較例１］
表面層（厚さ０．１５ｍｍのＮｉ−Ｐ層、熱伝導率９Ｗ／ｍ・ｋ）、下面層（厚さ０．１５ｍｍのＮｉ層、熱伝導率８７．６Ｗ／ｍ・ｋ）、裏打ち材（ＳＴＡＶＡＸ製、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・ｋ）
［比較例２］
電鋳層（厚さ０．３ｍｍのＮｉ層、熱伝導率８７．６Ｗ／ｍ・ｋ）、受け部（（厚さ１ｍｍの焼結ジルコニア、熱伝導率３Ｗ／ｍ・ｋ）、ベース（ＳＴＡＶＡＸ製、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・ｋ）
［比較例３］
電鋳層（厚さ０．３ｍｍのＮｉ層、熱伝導率８７．６Ｗ／ｍ・ｋ）、ベース（ＳＴＡＶＡＸ製、熱伝導率２０Ｗ／ｍ・ｋ）
【００３６】
表１に、供試した素材の熱伝導率を参考的に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
形状転写性の評価は、図４に示すような試験成形品において、微細溝Ｇが十字に交差する位置の角部Ｒ部の半径（ダレ量）を顕微鏡にて観察することで行った。試験成形品は厚み２ｍｍ、３０ｍｍ四方の板状の成形品であって、その片面に、図４（ａ）に示す断面の溝Ｇ（幅Ｘ：２０μｍ、深さＺ：２０μｍ）を、図４（ｂ）に示すように、十字に交差して設けた。その交差形状の角部Ｒ部の半径を比較することで、実施例と比較例とを評価した。尚、成形条件として、成形に用いた樹脂は、ＰＣ（三菱エンジニアプラスチック株式会社の製品名ユ−ピロンＨ４０００）であり、樹脂温度は２９０℃、保圧条件は７０ＭＰａ、金型温度は１３０℃とした。図５に評価結果を示す。
【００３９】
図５に示す評価結果によれば、比較例１では、Ｒ部半径が１０μｍ程度まで大きくなり、転写性が悪いことがわかった。但し、比較例１でもガラス転移点温度Ｔｇ以上に金型温度を上昇させれば転写性が向上するが、それにより成形サイクルタイムが１２０秒と長くなるため問題である。
【００４０】
次に、比較例２では、Ｒ部半径が２０μｍ程度であり、更に転写性が悪いことがわかった。但し、比較例２でも、ガラス転移点温度Ｔｇ以上に金型温度を上昇させ且つヒートサイクル成形を用いることで転写性が向上するが、それにより成形サイクルタイムが５分と長くなり、設備コストも増大するため問題である。
【００４１】
次に、比較例３では、Ｒ部半径が２５μｍ程度であり、更に転写性が悪いことがわかった。但し、比較例２でも、ガラス転移点温度Ｔｇ以上に金型温度を上昇させ且つヒートサイクル成形を用いることで転写性が向上するが、それにより成形サイクルタイムが２０分と長くなり、設備コストも増大するため問題である。
【００４２】
これに対し、実施例１では、樹脂温度や金型温度を低くしてもＲ部半径が０．３μｍ以下と転写性に優れ、これにより成形サイクルタイムを６０秒と短くすることができ、高精度な成形を行いながらも、コスト削減に貢献できることがわかった。
【００４３】
上述の実施形態における好ましい構成をまとめると、次のとおりである。
【００４４】
本実施形態よる成形用金型は、樹脂材料からなる微細構造を形成した部材を射出成形で成形するための成形用金型であって、金型本体と、前記金型本体上に形成された、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・ｋ以下の断熱層と、前記断熱層上に形成された、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・ｋ以上の下面層と、前記微細構造を成形するための転写部を備え、前記下面層上に形成された、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以下の表面層と、を有し、前記表面層の転写部は、転写型マスターからの転写加工によって形成されている。
【００４５】
成形サイクルを短縮するには、一般的には金型を温度を下げることが考えられるが，金型温度を下げていると、金型内に充填された樹脂の冷却が早まり、成形品にフローマークやジェッティングなどの外観不良が発生してしまう恐れがあるため、金型温度を下げることには自ずと限界がある。
【００４６】
これに対し本実施形態によれば、成形される部材側から順に、前記表面層、前記下面層、前記断熱層、前記金型本体にように配置されているので、以下のような効果を得られる。まず、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以下と保温性がある前記表面層を、成形される素材に接触する金型表面に配置する事で，金型温度をガラス転移点Ｔｇから極端に上げずに表面の形状転写性を向上でき，且つ前記表面層の内側に熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・ｋ以上の前記下面層を設けることで、熱の伝導性を高めることができ、例えばゲート側と反対側との温度分布の不均一性を解消し、これにより成形サイクルを短くできるのである。加えて、前記下面層の内側に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・ｋ以下の前記断熱層を配置することで、前記表面層の保温性を適度に確保出来るので，更に成形サイクルの短縮化を図れる。尚、ここで「上に形成する」とは、直接形成する場合の他、接着剤により貼り付ける場合も含む。
【００４７】
前記転写加工が電鋳加工であることが好ましい。これにより、切削加工では困難な微細な溝でも容易に形成できる。
【００４８】
前記表面層は、ニッケル-ＰＴＦＥ、ニッケル−コバルト−リン合金又はニッケル−ボロンで構成されていることが好ましい。但し、より好ましい前記表面層の素材としては、より高い断熱性を得られ硬度が増大して金型の耐久性を高めることができるという観点から、Ｎｉ−Ｐ複合メッキ材料であって、Ｐの配合が１５重量％以下であるものを用いるのが良い。これらの素材は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以下のものが多く、前記表面層に適している。但し、以上の素材に限られるわけではない。前記表面層は、無電解メッキ、電気メッキなどの方法で製作される。
【００４９】
前記表面層は、前記下面層上に０．０３〜１．０ｍｍの範囲の厚みで形成されていることが好ましい。前記表面層の厚みが０．０３ｍｍより厚ければ、保温性を維持でき、１．０ｍｍより薄ければ、温度分布の不均一性を抑制し、また形成する時間が少なくて済む。但し、より好ましい前記表面層の厚みは、０．１〜０．５ｍｍである。
【００５０】
前記下面層は、前記断熱層上に電鋳もしくはメッキにより形成されていることが好ましい。これにより、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・ｋ以上の下面層を容易に形成できる。
【００５１】
前記下面層はＮｉメッキ、Ｃｕメッキ、Ｃｒメッキ又はＮｉ−Ｃｏメッキにより形成されていることが好ましい。かかる素材は、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・ｋ以上の下面層を構成するのに好適である。
【００５２】
前記下面層は、前記断熱層上に０．１〜２．０ｍｍの範囲の厚みで形成されていることが好ましい。前記下面層の厚みが０．１ｍｍより厚ければ、十分な熱伝導性を確保でき、２．０ｍｍより薄ければ、製作する時間が少なくて済む。但し、より好ましい前記下面層の厚みは、０．1〜０．５ｍｍである。
【００５３】
前記断熱層の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。前記断熱層の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であると、更に十分な保温性を確保できる。
【００５４】
前記断熱層はステンレス材料、セラミック系材料、チタン合金、サーメット、ガラス又は樹脂から構成されていることが好ましい。これらの素材は、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・ｋ以下のものが多く、前記表面層に適している。特に、セラミック系材料、チタン合金、ガラス等は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以下であるため好ましい。但し、以上の素材に限られるわけではない。また、表面層で使用したメッキ層を再度,積層する方法も挙げられる。
【００５５】
前記転写部は、０．１μｍ〜１ｍｍのサイズの微細形状を有することが好ましい。これにより、Ｍｉｃｒｏ−ＴＡＳや、有機化合物や生体試料の分析等に用いられるマイクロチップを製造できる。
【００５６】
前記表面層には、マイクロチップに形成される幅及び深さが１〜１０００μｍの幅の微細流路に対応する凸部が形成されていることが好ましい。これにより、有機化合物や生体試料の分析等に用いられるマイクロチップを製造できる。好ましくは、前記微細流路の幅は１００μｍ以下である。尚、転写部は同様な寸法を有する微細な凹部であっても良い。
【００５７】
本実施形態による成形用金型の製造方法は、樹脂材料からなる微細構造を形成した部材を射出成形で成形するための成形用金型であって、金型本体と、前記金型本体上に形成された、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・ｋ以下の断熱層と、前記断熱層上に形成された、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・ｋ以上の下面層と、前記微細構造を成形するための転写部を備え、前記下面層上に形成された、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以下の表面層とを有する成形用金型の製造方法において、転写型マスターに微細構造素子形状を切削加工する第１工程と、前記転写型マスター上に前記表面層を転写加工で形成する第２工程と、前記表面層上に前記下面層を形成する第３工程と、を有する。これにより、上述の効果を有する成形用金型を容易に製造できる。
【００５８】
前記転写型マスター上に、前記表面層、前記下面層及び前記断熱層を形成した後に、前記転写型マスターから前記表面層、前記下面層及び前記断熱層を離型し、更に前記断熱層に前記金型本体を接合する第４工程を有することが好ましい。これにより、前記断熱層と前記下面層との接合強度を高めることができる。
【００５９】
前記転写型マスター上に、前記表面層及び前記下面層を形成した後に、前記転写型マスターから前記表面層及び前記下面層を離型し、整形した上で、前記下面層に前記断熱層及び前記金型本体を接合する第４工程を有することが好ましい。これにより、より短時間で前記成形用金型を製作ができる。
【００６０】
本発明は、明細書に記載の実施形態、実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や実施例や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、本発明により製造できる製品としては、プリズムシート、フレネルシート、マイクロレンズアレイ、細胞培養プレート、ＤＮＡ分析プレートなどの微細形状を持ち、高度な転写性を要求される製品がある。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 成形用金型
１２ 金型本体
１３ 表面層
１３ａ 凸部
１４ 下面層
１５ 断熱層
２０ 第１の加工体
２１ 第２の加工体
３０ 下型
３１ 枠部材
４０ 上型
Ｍ マスター
Ｐ 離型処理膜
Ｔ 工具
Ｖ 流路部
【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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【国際調査報告】
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