(57)【要約】【課題】  耐久性があり、作製が容易な入れ子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る入れ子２は，  金型１に装着される入れ子２であって、  土台部１４と、  土台部１４の上方に形成された接着層１６と、  接着層１６の上方に形成されたパターン領域１２を有するスタンパ部１０と、を含み、  接着層１６は、金属からなり，土台部１４とスタンパ部１０とを接着する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に装着される入れ子であって、
土台部と、
前記土台部の上方に形成された接着層と、
前記接着層の上方に形成されたパターン領域を有するスタンパ部と、を含み、
前記接着層は、金属からなり、前記土台部と前記スタンパ部とを接着する、入れ子。
【請求項２】
請求項１において、
前記金属は、低融点金属である、入れ子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記金属は、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、および亜鉛（Ｚｎ）、並びに、これらのうちの少なくとも２種からなる合金のうちの少なくとも１種である、入れ子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の入れ子を装着している、金型。
【請求項５】
金型に装着される入れ子の製造方法であって、
スタンパ部にパターン領域を形成する工程と、
前記スタンパ部と、土台部とを接着層によって接着する工程と、を含み、
前記接着層は、金属からなる、入れ子の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記金属は、低融点金属である、入れ子の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記金属は、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、および亜鉛（Ｚｎ）、並びに、これらのうちの少なくとも２種からなる合金のうちの少なくとも１種である、入れ子の製造方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかにおいて、
前記スタンパ部と前記土台部とを接着する工程前に、前記スタンパ部および前記土台部のうちの少なくとも一方の前記接着層を形成する側の表面を鏡面処理する、入れ子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入れ子およびその製造方法、並びに、金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックなどの成形品を生産する方法として、射出成形法などが知られている。この射出成形法では、凹凸形状のパターンを有する入れ子を装着した金型を使用する（例えば、特開２００４−２５６４７号公報）。通常、１つの金型から複数の成形品を生産するので、金型の耐久性が重要になる。金型の耐久性は、入れ子の耐久性と密接に関係している。
【特許文献１】特開２００４−２５６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、耐久性があり、作製が容易な入れ子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記入れ子を用いた金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る入れ子は、
金型に装着される入れ子であって、
土台部と、
前記土台部の上方に形成された接着層と、
前記接着層の上方に形成されたパターン領域を有するスタンパ部と、を含み、
前記接着層は、金属からなり、前記土台部と前記スタンパ部とを接着する。
【０００５】
この入れ子によれば、前記スタンパ部と、前記土台部とを、金属からなる前記接着層によって接着する。即ち、前記スタンパ部および前記土台部は、前記接着層と金属結合され、金属として一体化される。これにより、成形品の製造工程で温度、圧力、振動などが加えられて、前記接着層が少しずつ砕け、粉になって脱落するのを防止することができる。従って、入れ子の耐久性の向上を図ることができ、延いては、前記金型の耐久性の向上を図ることができる。
【０００６】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に形成された他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂが形成されているような場合と、Ａ上に他のものを介してＢが形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００７】
本発明に係る入れ子において、
前記金属は、低融点金属であることができる。
【０００８】
なお、本発明において、低融点金属とは、融点が５０℃〜２００℃の金属をいう。
【０００９】
本発明に係る入れ子において、
前記金属は、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、および亜鉛（Ｚｎ）、並びに、これらのうちの少なくとも２種からなる合金のうちの少なくとも１種であることができる。
【００１０】
本発明に係る金型は、上述の入れ子を装着している。
【００１１】
本発明に係る入れ子の製造方法は、
金型に装着される入れ子の製造方法であって、
スタンパ部にパターン領域を形成する工程と、
前記スタンパ部と、土台部とを接着層によって接着する工程と、を含み、
前記接着層は、金属からなる。
【００１２】
本発明に係る入れ子の製造方法において、
前記金属は、低融点金属であることができる。
【００１３】
本発明に係る入れ子の製造方法において、
前記金属は、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、および亜鉛（Ｚｎ）、並びに、これらのうちの少なくとも２種からなる合金のうちの少なくとも１種であることができる。
【００１４】
本発明に係る入れ子の製造方法において、
前記スタンパ部と前記土台部とを接着する工程前に、前記スタンパ部および前記土台部のうちの少なくとも一方の前記接着層を形成する側の表面を鏡面処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
１．  まず、本実施形態に係る金型１および入れ子２について説明する。
【００１７】
図１は、入れ子２、金型１、および射出成形機１１を模式的に示す図であり、図２は、入れ子２を模式的に示す図である。
【００１８】
図１および図２に示すように、金型１は、入れ子２と、入れ子２がはめ込まれる第１型３と、第２型６と、を含む。即ち、金型１は、入れ子２を装着している。入れ子２は、第１型３から着脱可能になっている。第２型６は、図１に示す矢印１８の方向に可動である。図１に示すように、第１型３と第２型６とが密着することにより、入れ子２と第２型６との間に空間（キャビティ）４が形成されている。金型１は、光学部品（例えば液晶のライトガイド）などの微細構造体の製造装置に用いられることができる。
【００１９】
入れ子２は、図２に示すように、土台部１４と、土台部１４の上に形成された接着層１６と、接着層１６の上に形成されたスタンパ部１０と、を含む。
【００２０】
土台部１４としては、スタンパ部１０よりも厚いものを用いることができる。土台部１４は、金属（例えば、ＮＡＫ材、ＳＫ材など）からなることができる。接着層１６は、土台部１４とスタンパ部１０とを接着している。
【００２１】
スタンパ部１０は、金属（例えば、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｍｎなど）からなることができる。スタンパ部１０は、土台部１４と同じ材質からなることもできる。スタンパ部１０の厚みは、例えば０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ程度であることができる。スタンパ部１０は、成形品に転写するためのパターン領域１２を有している。パターン領域１２は、スタンパ部１０の上面に形成されている。パターン領域１２におけるパターンの凹凸の高低差は、例えば３０ｎｍ〜１００μｍ程度であることができる。
【００２２】
射出成形機１１は、図１に示すように、入れ子２を装着している金型１と、材料射出部２０と、材料注入部２８と、を含む。材料射出部２０は、ノズル２３と、加熱部２４と、を含む。射出成形は、例えば、以下のようにして行われる。
【００２３】
まず、材料注入部２８内に成形品の材料（溶融樹脂など）が外部から供給される。材料としては、例えば、帝人化成（株）製ポリカーボネート「パンライト  Ｌ１２２５ＬＬ」色調：naturalなどを用いることができる。次に、材料注入部２８から加熱部２４に材料が注入される。注入された材料は、加熱部２４により加熱される。材料の加熱は、ノズル２３の先端における材料の温度が、例えば３３０℃となるように行われる。加熱された材料２６は、図１に示すように、ノズル２３から射出され、金型１のキャビティ４に充填される。その後、キャビティ４に充填された材料は、加圧、冷却、固化される。これにより、金型１から全体形状が転写され、入れ子２のパターン領域１２からパターン形状が転写された成形品を製造することができる。その後、第１型３を固定し、第２型６を動かして、製造された成形品を取り出すことができる。なお、具体的な条件としては、金型１の温度は、例えば水を熱伝導の媒体として、例えば１０５℃とすることができる。また、材料の射出速度は、例えば１００ｍｍ／ｓ以上とすることができ、保圧は、例えば１０００ｋｇ／ｃｍ２とすることができる。以上のようにして、樹脂製品やプラスチック製品の射出成形を行うことができる。
【００２４】
なお、金型１は、例えばシート成形機などに取り付けられることもできる。これにより、樹脂製品やプラスチック製品のシート成形を行うことができる。また、上述した例では、第２型６を動かして成形品を取り出したが、第１型３を動かして成形品を取り出すこともできる。
【００２５】
２．  次に、本実施形態に係る入れ子２の製造方法について説明する。図３〜図１１は、入れ子２の製造方法を模式的に示す図である。
【００２６】
（１）まず、図３および図４に示すようなパターン領域１２を有するスタンパ部１０を形成する。なお、図３は、スタンパ部１０を模式的に示す平面図であり、図４は、図３のIV−IV線断面図である。スタンパ部１０は、光ディスクなどの形成工程に用いられる、いわゆるスタンパの製造方法と同様にして製造することが可能である。
【００２７】
具体的には、まず、ガラス原盤５０の上面（パターン形成面）を研磨した後に洗浄する。次に、図５に示すように、ガラス原盤５０の研磨面上にフォトレジスト５２を塗布し、パターン形状に対応した位置に、光エネルギー（例えばレーザ光）を断続的に照射（露光）する。
【００２８】
次に、図６に示すように、フォトレジスト５２の露光部分の現像を行うことにより、フォトレジスト５２に開口部を形成する。以上の工程により、フォトレジスト５２がパターニングされる。
【００２９】
次に、図７に示すように、フォトレジスト５２に形成された開口部を埋め込み、さらに、フォトレジスト５２上に堆積するようにして、スタンパ部１０を形成する。具体的には、まず、スパッタ法、蒸着法、無電解めっき法などの方法により、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）などの導電膜を形成する。次に、この導電膜を一方の電極として用いて、めっき溶液（例えば、スルファミン酸ニッケル溶液）を用いた電気鋳造（電鋳）を行い、該導電膜上に金属（例えば、ニッケル）を堆積させる。その結果、スタンパ部１０が形成される。
【００３０】
次に、図８に示すように、スタンパ部１０をガラス原盤５０から剥離し、フォトレジストの除去およびスタンパ部１０の洗浄を行う。これにより、凹凸パターン（パターン領域１２）を有するスタンパ部１０が形成される。
【００３１】
なお、スタンパ部１０の形成方法は、上述した方法に限定されるわけではなく、公知の様々な方法を採用することが可能である。例えば、機械的な加工方法によってスタンパ部１０を形成してもよい。
【００３２】
（２）次に、図９に示すように、接着層１６を例えば土台部１４の上面に塗布する。なお、接着層１６をスタンパ部１０の下面に塗布することもできる。接着層１６としては、金属を用いることができ、特に、低融点金属を用いることが好ましい。具体的には、接着層１６として、例えば、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、および亜鉛（Ｚｎ）、並びに、これらのうちの少なくとも２種からなる合金のうちの少なくとも１種を用いることができる。また、前記合金の組成を調整することにより、所望の融点を得ることができる。例えば、Ｓｎ６３％−Ｐｂ３７％では、融点が１８３℃、Ｉｎ８０％−Ｐｂ１５％−Ａｇ５％では、融点が１４９℃、Ｉｎ９７％−Ａｇ３％では、融点が１４１℃、Ｉｎ５２％−Ｓｎ４８％では、融点が１１７℃、などである。
接着層１６の融点は、成形時の金型１の温度よりも高くすることができる。これにより、成形時に接着層１６が液化して、例えば入れ子２と第１型３との間の隙間に液化した金属が入り込むのを防ぐことができる。接着層１６の融点は、例えば、１３０℃〜１５０℃であることが好ましい。これにより、接着層１６が適度な軟らかさを有することができる。この作用効果については後述する。
【００３３】
低融点金属としては、より具体的には、例えば、（株）太平テクノサービス製ＳＫ−ＡＬＬＯＹ（融点；１３８℃〜１７０℃）や、住友金属鉱山（株）製ソフトソルダーなどを用いることができる。
【００３４】
接着層１６の塗布は、接着層１６の材料である金属が液化したものを直接的に滴下して、接着面の全面に塗り広げて行うことができる。
【００３５】
なお、接着層１６の塗布工程前に、スタンパ部１０の接着面（パターン領域１２の形成面の裏面）を鏡面処理することができる。鏡面処理は、スタンパ部１０の面粗さ、厚みムラおよび反りを研磨により調整して行うことができる。具体的には、例えば、面粗さＲａが１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度、厚みムラが３μｍ以下、反りが１００μｍ以下となるように研磨することができる。また、同様に、土台部１４の接着面を鏡面処理することもできる。
【００３６】
（３）次に、図１０に示すように、スタンパ部１０と土台部１４とを、接着層１６によって接着する。このとき、例えば土台部１４を加熱しながら、一方面に樹脂膜２２が形成されたツール２０を用いて、ツール２０の樹脂膜２２側をスタンパ部１０に当てて、スタンパ部１０を土台部１４に密着させるように加圧することができる。これにより、スタンパ部１０と接着層１６とを金属結合させ、土台部１４と接着層１６とを金属結合させることができる。その結果、スタンパ部１０と土台部１４とを、均等な厚さの接着層１６を介して貼り合わせることができる。加熱された土台部１４の温度は、例えば、１５０℃〜１７０℃とすることができる。なお、土台部１４の温度は、接着層１６の材質に応じて適宜設定される。ツール２０の樹脂膜２２としては、ポリイミドやフッ素などを含有する有機系材料を用いることができる。
【００３７】
（４）次に、必要に応じて、図１１に示すように、スタンパ部１０および土台部１４の一部を除去する。例えば、スタンパ部１０および土台部１４の側端部を積層方向に沿ってカットする。これにより、第１型３に対して、入れ子２の寸法（例えば幅方向の寸法）合わせを行うことができる。具体的には、ワイヤーカット放電加工により、スタンパ部１０および土台部１４の不要部分、例えば、パターン領域１２を含む所定範囲以外の部分を除去する。本実施形態によれば、接着層１６が金属からなるため、スタンパ部１０と土台部１４とは電気的に接続されている。従って、ワイヤーカット放電加工を行う際に、スタンパ部１０と土台部１４とを電気的に接続するための新たな部材を設ける必要がない。つまり、本実施形態によれば、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
【００３８】
以上の工程によって、本実施形態に係る入れ子２を形成することができる。
【００３９】
３．  本実施形態では、パターン領域１２を有するスタンパ部１０を土台部１４とは別個に用意するので、薄いスタンパ部１０および厚い土台部１４を用いて入れ子２を製造することができる。パターン領域１２を有するスタンパ部１０の厚さは薄い方が、スタンパ部１０を形成しやすく、一方、入れ子２の厚さは厚い方が、入れ子２の耐久性が向上する。従って、本実施形態では、薄いスタンパ部１０および厚い土台部１４を用いて入れ子２を製造するので、スタンパ部１０を容易に形成することができ、かつ、厚い土台部１４により入れ子２の耐久性を確保することができる。即ち、本実施形態によれば、耐久性のある入れ子２を容易に製造することができる。
【００４０】
さらに、本実施形態によれば、スタンパ部１０と、土台部１４とを、金属からなる接着層１６によって接着する。即ち、スタンパ部１０および土台部１４は、接着層１６と金属結合され、金属として一体化される。これにより、成形品の製造工程で温度、圧力、振動などが加えられて、接着層１６が少しずつ砕け、粉になって脱落するのを防止することができる。従って、入れ子２の耐久性の向上を図ることができ、延いては、金型１の耐久性の向上を図ることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、接着層１６を塗布する工程において（図９参照）、接着面に液化した金属を塗布する。これにより、接着面の凹凸が接着層１６の上面に影響を与えることを防ぐことができる。即ち、本実施形態では、接着面の凹凸上に液状の金属層が形成されるため、接着面の凹凸に関係なく、該金属層（接着層１６）の上面は平坦になる。その結果、接着面の凹凸の影響を受けることなくスタンパ部１０と土台部１４とを良好に接着させることができ、延いては、良質な成形品を作製することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、スタンパ部１０および土台部１４は、接着層１６と金属結合され、接着される。従って、スタンパ部１０および土台部１４の接着面が荒れていなくても、即ち、例えば、前記接着面に鏡面処理を施しても、スタンパ部１０と土台部１４とを接着することができる。前記接着面に鏡面処理を施すことにより、接着面の凹凸の影響がなくなり、スタンパ部１０と土台部１４とを良好に接着させることができ、延いては、良質な成形品を作製することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、接着層１６として金属を用いている。これにより、例えば、スタンパ部１０が土台部１４から浮いたり剥がれたりしたような場合でも、接着層１６に熱を加え、接着層１６を構成する金属を液化させることにより、再度、スタンパ部１０と土台部１４とを接着し直すことが可能である。
【００４４】
また、本実施形態では、接着層１６として低融点金属を用いることができる。低融点金属は、硬化した樹脂系の接着剤などに比べ軟らかい。これにより、成形品を作製する際に、キャビティ４に成形品の材料が充填され、加圧されると、接着層１６が平坦化されることができる。従って、入れ子２を製造する際の接着層１６の平坦度の許容範囲（即ち、例えば、スタンパ部１０の土台部１４に対する傾きの許容範囲）を広くすることができる。その結果、入れ子２の歩留まりを向上させることができる。
【００４５】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態に係る入れ子、金型、射出成形機を模式的に示す図。
【図２】本実施形態に係る入れ子を模式的に示す図。
【図３】本実施形態に係る入れ子の製造方法を模式的に示す図。
【図４】本実施形態に係る入れ子の製造方法を模式的に示す図。
【図５】本実施形態に係る入れ子の製造方法を模式的に示す図。
【図６】本実施形態に係る入れ子の製造方法を模式的に示す図。
【図７】本実施形態に係る入れ子の製造方法を模式的に示す図。
【図８】本実施形態に係る入れ子の製造方法を模式的に示す図。
【図９】本実施形態に係る入れ子の製造方法を模式的に示す図。
【図１０】本実施形態に係る入れ子の製造方法を模式的に示す図。
【図１１】本実施形態に係る入れ子の製造方法を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１  金型、２  入れ子、３  第１型、４  キャビティ、６  第２型、１０  スタンパ部、１１  射出成形機、１２  パターン領域、１４  土台部、１６  接着層、２０  材料射出部、２０  ツール、２２  樹脂膜、２３  ノズル、２４  加熱部、２６  材料、２８  材料注入部、５０  ガラス原盤，５２  フォトレジスト
【図１】
2006272759.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006272759.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006272759.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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