(57)【要約】【課題】ひけのない熱制御層が形成され、所期の断熱効果と、金型として充分な精度を有し、かつ、金型として熱履歴を受けても熱制御層にひけが生じる恐れがない熱制御金型を提供する。【解決手段】金属から構成される金型内部に樹脂からなる熱制御層が形成されている熱制御金型であって、前記金型の熱制御層に該熱制御層を前記金型本体部へ部分的に拡張するほぞ部が設けられている熱制御金型。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属で構成される金型内部に樹脂で構成される熱制御層を形成した熱制御金型であって、前記金型の熱制御層に該熱制御層を前記金型本体部へ部分的に拡張するほぞ部が、設けられていることを特徴とする熱制御金型。
【請求項２】
前記熱制御金型の型パターン成形側の面への前記熱制御層の投射形状が多角形とされ、そして、前記ほぞ部が該多角形の角部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱制御金型。
【請求項３】
前記ほぞ部の厚さが、前記熱制御層の厚さと等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱制御金型。
【請求項４】
前記ほぞ部が、蟻ほぞ形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の熱制御金型。
【請求項５】
前記熱制御金型の型パターン成形側の面、および、該面と辺で接する該熱制御金型の側面の少なくとも該面側部分が、無電解ニッケル層から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の熱制御金型。
【請求項６】
金型本体部の型パターン成形側の面に熱制御層形成凹部を形成する熱制御層形成凹部形成工程、該熱制御層形成凹部の内部に熱制御層形成液を導入して樹脂からなる熱制御層を形成する熱制御層形成工程、前記熱制御層が形成された前記型パターン成形側の面上に金属層を形成する金属層形成工程、および、前記金属層表面に型パターンを形成する型パターン形成工程をこの順で有する熱制御金型の製造方法において、
前記熱制御層形成凹部に熱制御層形成凹部を前記金型本体部に部分的に拡張するほぞ形成部が設けられていることを特徴とする熱制御金型の製造方法。
【請求項７】
前記金型本体部の側面に段をなして縮径する縮径部を型パターン成形側の面側に設ける縮径部形成工程を前記金属層形成工程より前に有し、かつ、前記金属層形成工程で、該縮径部にも金属層を形成することを特徴とする請求項６に記載の熱制御金型の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の熱制御金型を用いて成形されたことを特徴とする樹脂成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造を有する立体の光学素子の成形にも応用できる熱制御金型、及び、型忠実性に優れた樹脂成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な段差状の回折形状パターンを有する回折光学素子などの光学素子は、ミクロン〜サブミクロンの微細構造を有するとともに、極めて高い型忠実性が求められる。
【０００３】
たとえば、図５（ａ）に示したプリンタ用回折光学素子（回折レンズ）の場合、１０ｍｍ角の正方形で厚さが２ｍｍの板形状でその片面に円状回折部が設けられた概略凹形状であり、直径８ｍｍの回折部の段差パターンは、一段の高さが約１．２μｍ、段段差数は約１００段程度となっており、段差精度は段差に対して３％以下である。
【０００４】
このような光学素子の成形に当たって通常の射出成型方法を採用すると、金型の回折部成形部に溶融樹脂が達し、金型に接すると急激に冷やされて固化しスキン層が形成されて金型形状が精度よく転写された成形品が得られない。このため、金型に対して高度な温度制御をおこなう、あるいは、普通の成形よりも長い時間をかける、などの対策が講じられてきた。
【０００５】
しかしながら、これらコスト高となる対策なしで、成形を可能とする技術が強く求められていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、本発明者らは、特許第３８８００３２号公報（特許文献１）、特開２００２−１８４０４６公報（特許文献２）などで光ディスク基板成形用スタンパに関して提案されている断熱層を光学素子の成形用金型に応用する検討を行った。
【０００７】
しかしながら、薄く、かつ、平面状の光ディスクとは異なり、光学素子には様々な立体構造のものがあり、かつ、射出成形で成形される光学素子はスタンパで形成される光ディスクに比べ、比較的ないし数段、高い成形精度が求められることが多い上、光ディスクの円縁部など低い精度で充分な部分がなく、その全体、すなわち端部に至るまで高い成形精度が求められる場合が多い等、スタンパで培われた技術をこの分野に応用するには技術的に格段に高いハードルがあった。
【０００８】
ここで、金型に樹脂からなる熱制御層を形成するためには３つの方法が考えられた。
【０００９】
樹脂ブロックを機械的に加工して所定の形にして金型の金属内に埋め込む方法（ブロック加工法）、樹脂シートを所定の形に切断して金型の金属内に埋め込む方法（シート加工法）、さらに、金型の所定箇所に空洞部を設け、この空洞部に液体状にした樹脂を導入、あるいは、液状の樹脂前駆体を導入したのち樹脂化させる方法である熱制御層成形法）。
【００１０】
しかしながら、ブロック加工法は埋め込み可能な形状とする必要があって凹凸の自由度がなく、シート加工法も立体形状への対応が困難であり、三番目の熱制御層成形法を採用することとなった。
【００１１】
ここで、実際の光学素子成形時に求められる耐熱性、および、耐久性を勘案すると、熱制御層は一般的な熱可塑性樹脂でなく、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの耐熱性の高い樹脂から構成することが好ましい。
【００１２】
これらの耐熱性の高い樹脂から熱制御層を形成するためには、これら樹脂の液状の前駆体または前駆体の溶媒溶液、あるいは、樹脂の溶媒溶液いわゆる樹脂ワニス空洞部に導入したのち、加熱により樹脂とする（例：液状のポリイミド前駆体のイミド化を加熱により完了させてポリイミド樹脂とする）、あるいは溶媒を除去する。
【００１３】
このとき、熱制御層が体積収縮し、言わば、「ひけが生じた」状態となり、予期した断熱効果が得られない、あるいは、生じた空間により回折光学素子の成形に必要な金型精度が維持できなくなることがわかった。さらに、金型製作時にひけが生じていなくても、成形に用いた結果、熱履歴によりひけが生じ、同様の問題を引き起こす恐れがあった。
【００１４】
すなわち、円盤状の光学素子を成形するための金型本体部１（図１１参照）の型パターン成形側の面に熱制御層形成凹部２を設け、この部分にポリアミドイミドの濃厚溶媒溶液（樹脂ワニス）を導入し、その後、加熱により溶媒を除去したとき、図１０の拡大図に示すように樹脂層５（熱制御層の加工前の状態）の熱制御層形成凹部２の隅にひけ状の空隙部が形成された。
【００１５】
また、長方形ないし楕円形の光学素子を形成するための長方形の金型本体部１（図１２（ａ）にモデル上面図、図１２（ｂ）にモデル断面図をそれぞれ示す。符号は共通する箇所には同じ符号を付ける。以下同じ）の型パターン成形側の面に熱制御層形成凹部２を設け、この部分にポリアミドイミドの濃厚溶媒溶液（樹脂ワニス）を導入し、その後、加熱により溶媒を除去したとき、図１２（ｃ）に示すように樹脂層５の角部にひけ状の空隙部が形成された。
【００１６】
ここで、本発明は、このようなひけのない熱制御層が形成され、所期の断熱効果と、金型として充分な精度を有し、かつ、金型として熱履歴を受けても熱制御層にひけが生じる恐れがない熱制御金型を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の熱制御金型は、上記課題を解決するために、請求項１に記載の通り、金属で構成される金型内部に樹脂で構成される熱制御層を形成した熱制御金型であって、前記金型の熱制御層に該熱制御層を前記金型本体部へ部分的に拡張するほぞ部が、設けられていることを特徴とする熱制御金型である。
【００１８】
また、請求項２に記載の熱制御金型は、請求項１に記載の熱制御金型において、前記熱制御金型の型パターン成形側の面への前記熱制御層の投射形状が多角形とされ、そして、前記ほぞ部が該多角形の角部に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に記載の熱制御金型は、請求項１または請求項２に記載の熱制御金型において、前記ほぞ部の厚さが、前記熱制御層の厚さと等しいことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４に記載の熱制御金型は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の熱制御金型において、前記ほぞ部が、蟻ほぞ形状であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５に記載の熱制御金型は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の熱制御金型において、前記熱制御金型の型パターン成形側の面、および、該面と辺で接する該熱制御金型の側面の少なくとも該面側部分が、無電解ニッケル層から構成されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の熱制御金型の製造方法は、請求項６に記載の通り、金型本体部の型パターン成形側の面に熱制御層形成凹部を形成する熱制御層形成凹部形成工程、該熱制御層形成凹部の内部に熱制御層形成液を導入して樹脂からなる熱制御層を形成する熱制御層形成工程、前記熱制御層が形成された前記型パターン成形側の面上に金属層を形成する金属層形成工程、および、前記金属層表面に型パターンを形成する型パターン形成工程をこの順で有する熱制御金型の製造方法において、前記熱制御層形成凹部に熱制御層形成凹部を前記金型本体部に部分的に拡張するほぞ形成部が設けられていることを特徴とする熱制御金型の製造方法。
【００２３】
また、請求項７に記載の熱制御金型は、請求項６に記載の熱制御金型の製造方法において、前記金型本体部の側面に段をなして縮径する縮径部を型パターン成形側の面側に設ける縮径部形成工程を前記金属層形成工程より前に有し、かつ、前記金属層形成工程で、該縮径部にも金属層を形成することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る樹脂成形品は、請求項８に記載の通り、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の熱制御金型を用いて射出成形されたことを特徴とする樹脂成形品である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の熱制御金型によれば、金型の熱制御層に該熱制御層を前記金型本体部へ部分的に拡張するほぞ部が設けられているために、このほぞ部と金型本体部のほぞ形成部との間にひけを防ぐ力が生じ、その結果ひけのない熱制御層が形成され、所期の断熱効果を得ることができ、かつ、金型として熱履歴を受けても熱制御層にひけが生じる恐れが解消される。さらに、延いては、型忠実性の高い成形品を低コストで得ることができ、型忠実性の高い成形品を安価に、かつ、容易に得ることができる。また、同時に、金型温度を低く設定することができるために成形サイクルの短縮を実現することができ、生産性アップによる成形品のコストダウンや、金型温度を低く設定することによる熱エネルギーの削減というメリットを得ることもできる。
【００２６】
請求項２に記載の熱制御金型によれば、熱制御金型の型パターン成形側の面への前記熱制御層の投射形状が多角形とされ、前記ほぞ部が該多角形の角部（コーナー）に設けられている構成により、生じやすい角部のひけを確実に防止することができる。
【００２７】
請求項３に記載の熱制御金型によれば、ほぞ部の厚さが、前記熱制御層の厚さと等しいので、ひけが生じやすい、熱制御層形成凹部の底部付近におけるひけ発生を効果的に防止することができる。
【００２８】
請求項４に記載の熱制御金型によれば、前記ほぞ部が、蟻ほぞ形状であるので、ひけに対する抵抗力がより大きくなるので、より確実にひけの発生を防止することができる。
【００２９】
請求項５に記載の熱制御金型によれば、前記熱制御金型の型パターン成形側の面、および、該面と辺で接する該熱制御金型の側面の少なくとも該面側部分が、無電解ニッケル層から構成されているために、ダイヤモンド工具による切削加工が可能となり、高精度な曲面の形成や表面に微細な形状の形成が容易にでき、さらに、型バターンが形成された金属層のはがれが防止されているために、金型としての寿命が長くなる。
【００３０】
本発明に係る熱制御金型の製造方法によれば、前記熱制御層形成凹部に熱制御層形成凹部を前記金型本体部に部分的に拡張するほぞ形成部が設けられていることによれば、ひけのない熱制御層を形成し、所期の断熱効果を得ることができ、かつ、金型として熱履歴を受けても熱制御層にひけが生じる恐れがない熱制御金型を得ることができ、延いては、型忠実性の高い成形品を低コストで得ることができ、延いては、型忠実性の高い成形品を安価に、かつ、容易に得ることができる。
【００３１】
請求項７に係る熱制御金型の製造方法によれば、前記金型本体部の側面に段をなして縮径する縮径部を型パターン成形側の面側に設ける縮径部形成工程を前記金属層形成工程より前に有し、かつ、前記金属層形成工程で、該縮径部にも金属層を形成するので、型パターン成形側の面と、この面と辺で接する側面の型パターン成形側の部分とを一体に形成することができ、このとき、型バターンが形成された金属層のはがれが防止されているために、金型としての寿命が長くなる。
【００３２】
本発明にかかる樹脂成形品は請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の熱制御金型を用いて射出成形されたために、型忠実性が極めて高く、かつ、成型時のタクトを短くすることができ、このとき、安価なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る金型の一例１０を示すモデル図である。
【図２】金型１０の製造時に用いる金型本体部を示すモデル図である。図２（ａ）断面図である。（ｂ）上面図である
【図３】金型１０の製造方法を示すモデル断面図である。図３（ａ）樹脂層形成後の状態を示す図である。図３（ｂ）断熱層形成後の状態を示す図である。図３（ｃ）金属層を形成直後の図である。（ｄ）型パターン形成直前の状態を示す図である。
【図４】金型１０を用いた成型方法について説明するモデル図である。
【図５】図５（ａ）本発明に係る金型を用いて実際に形成された回折光学素子のモデル図である。図５（ｂ）他の回折光学素子のモデル図である。図５（ｃ）図５（ｂ）の回折光学素子を成形する際に用いる金型の、ほぞ形成部が設けられた金型本体部の形状を示すモデル図である。
【図６】図６（ａ）他の形状の、ほぞ形成部が設けられた金型本体部の例を示す上面図である。図６（ｂ）図６（ａ）の熱制御層形成凹部に樹脂層が設けられた状態を示す図である。
【図７】図７（ａ）蟻ほぞ形状のほぞ形成部が設けられた金型本体部の例を示す上面図である。図７（ｂ）図７（ａ）の熱制御層形成凹部に樹脂層が設けられた状態を示す図である。
【図８】図８（ａ）長方形の基板の中央に楕円形状の回折部が形成されている光学素子を示す図である。図８（ｂ）熱形成層側面にも蟻ほぞ形状のほぞ形成部が設けられた金型本体部の例を示す上面図である。（ｃ）側面にも蟻ほぞ形状のほぞ形成部が設けられた金型本体部の他の例を示す上面図である。
【図９】立体形状の面を有する成形品を形成するための金型の製造方法を示す図である。
【図１０】図９（ｅ）に示された金型で成形された光学素子のモデル図である。
【図１１】熱制御層にひけが生じることを説明するモデル図である。
【図１２】熱制御層にひけが生じることを説明するモデル図である。（ａ）金型本体のモデル上面図である。（ｂ）金型本体のもでる断面図である。（ｃ）樹脂層にひけが生じた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を、図面を参照して説明する。
【００３５】
図１に本発明に係る熱制御金型１０を示す。
【００３６】
金型本体部１の型パターン成形側の面１ａに熱制御層形成凹部２が形成されており、その内部に樹脂からなる熱制御層５ｂが形成されている。金型本体部１の型パターン成形側の面１ａ側の側面には段部１ａが形成されており（この例では熱制御層形成凹部２の底部と同じ位置に）、段部１ａより型パターン成形側の面１ａ側には細径部１ｂが形成されている。
【００３７】
熱制御層５ｂを含む型パターン成形側の面１ａ、および、細径部１ｂは金属層７によって覆われており、金属層７の熱制御層５ｂ相当部には、この例では成形品の回折部転写形成用の型パターン形成部７ａが形成されている。
【００３８】
型パターン７ａとしては成形品に転写されたときに、球面や非球面や自由曲面あるいは回折格子やサブ波長構造となる微細パターンが挙げられ、成形品が所望の形状となるよう形成されている。
【００３９】
このような熱制御金型１０はたとえば次のように製造される。
【００４０】
金型本体部１の材質としては、加工性が良好で、比較的硬度の高い金属材料であれば、特に制限はないが、ＳＫ材、ＳＫＨ材、マルテンサイト系ステンレスなどが好ましい。
【００４１】
図２（ａ）にモデル的に示される金型本体部の型パターン成形側の面１ａに形成れる熱制御層形成凹部２の大きさとしては、充分な熱制御効果を得るために、成形する光学素子（この例では回折レンズ）の大きさよりも大きいものとする。
【００４２】
熱制御層形成凹部２の深さは、所望の熱制御層厚さに対して熱制御層形成液の乾燥や硬化によって減少する体積を見込んだ量を勘案して決定すれば、熱制御層形成液が熱制御層形成凹部からあふれ出すことがない。このとき後述の機械加工工程での切削加工量をできるだけ小さくなるようにすれば、機械加工工程での効率が上昇する。この例では、所望の熱制御層厚さが３００μｍであったために熱制御層形成凹部２の深さを４００μｍとした。
【００４３】
本実施例では熱制御層形成凹部２の形成方法としてマルテンサイト系ステンレス材をマシニングセンタによるエンドミル加工して行ったが、研削などの他の加工方法も利用できる。このとき型パターン成形側の面１ａ側の加工寸法としては、成形する光学素子の大きさよりも一回り大きいサイズとすることで、充分な熱制御効果が確保される。
【００４４】
この例では熱制御層形成凹部２形成と同時に、ほぞ形成部２ａ、段部１ａ、細径部１ｂを同時に形成している。この例ではほぞ形成部の深さは熱制御層形成凹部２の深さと同じに、かつ、ほぞ形成部の幅を０．５ｍｍとした。ほぞ形成部は図示したように熱制御層の形状に対して対称となる位置に配置することが、ひけの発生を効果的に防止するために好ましい。
【００４５】
次いで、図３（ａ）にモデル的に示すように熱制御層形成凹部２内に熱制御層形成液５を導入する。
【００４６】
熱制御層を構成する樹脂は耐熱性が高く、低熱伝導性であるのでポリイミドやポリアミドイミドであることが好ましい。ここで、ポリアミドイミドは低熱伝導性（約０．５Ｗ／ｍ・Ｋ）で、高耐熱性（約３００℃）を有するので、金型の熱制御層を構成する樹脂としては好適である。
【００４７】
熱制御層形成液５としては前述の通り、ポリイミドなどの樹脂の液状の前駆体または前駆体の溶媒溶液を用いてもよいが、ポリアミドイミドの樹脂ワニス（商品名：東洋紡績製バイロマックス）を用いることが好ましい。この材料は、ポリアミドイミドを溶剤（Ｎ−メチルピロリドン）に溶解させて流動性のある樹脂ワニス状にしたもので、既にイミド化が完了したものである。そのため、一般的なポリイミド前駆体材料のように３００℃以上の高温での閉環イミド化の必要がなく、２００℃で４０〜６０分程度で溶媒が除去され、使い勝手が良い。
【００４８】
前記粗面金属めっき層が形成された金型本体の熱制御層形成凹部２（および、ほぞ形成部２ａ）へ、あらかじめ乾燥硬化によって目減りする溶媒の量、及び、次工程の機械加工による除去分を見込んで、乾燥硬化後に設定の熱制御層厚さを上回り、かつ、熱制御層形成凹部２からあふれないような量の上記樹脂ワニスを、たとえば、精密ディスペンサによって定量滴下する。このとき、ほぞ形成部２ａからの樹脂ワニスの流出を防ぐために、耐熱樹脂シートなどを細径部１ｂに巻き付けて行う。
【００４９】
滴下後、真空デシケーターなどの減圧可能な容器内へ収納し、減圧雰囲気内（０．１〜０．０１気圧程度）で一定時間（１〜５分）減圧処理し、樹脂ワニスの脱気とともに、熱制御層形成凹部壁面、および、ほぞ形成部への上記樹脂ワニスの浸透をはかる。その後、取出し、加熱乾燥（たとえば２００℃、６０分）させて樹脂層５ａを形成する。
【００５０】
このとき、上述のようにほぞ形成部２ａに樹脂ワニスが入り込んでいるので、樹脂層５ａの角部にはひけが生じない。
【００５１】
なお、上記樹脂ワニスの乾燥時に、液溜まり部壁面部の樹脂ワニスが持ち上がって高くなったり、樹脂ワニスの粘度が高い場合には樹脂ワニス表面が平坦にならず高さにむらができる場合があるが、次の工程の機械加工によって平坦化されるため問題ない。
【００５２】
ここで、樹脂の体積減少が大きく、所定の厚さが得られにくい場合にはあらかじめ熱制御層形成凹部２を大きく（深く）形成して熱制御層形成凹部２内部に導入できる熱制御層形成液５の量を多くし、樹脂層５ａ形成後に、樹脂層５ａが形成された型パターン成形側の面１ａおよび樹脂層５ａ表面を機械加工により削る機械加工工程を行って所定の厚さの熱制御層５ｂを得ることで対応できる（図３（ｂ）参照）。また、このような機械加工工程によって、熱制御層５ｂの厚さむらを解消することができ、より精度の高い熱制御が可能となる。
【００５３】
この機械加工は、研削または切削加工で行うが、切削加工の場合熱制御層形成凹部２外周部が金属製のために金属のバリが樹脂からなる熱制御層側に食い込む可能性があるために、切削加工ではなく研削加工で行うことが好ましい。また加工表面は、鏡面にはせず、梨地状とすると表面積がその分増えるため、次工程で形成される層との密着性が高まる。
【００５４】
ここで、熱制御層５ｂの厚さとしては求められる断熱特性、用いる樹脂などによって大きく異なる可能性はあるが、通常０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、本例では上述のように３００μｍとした。
【００５５】
このように得られた型パターン成形側の面１ａと熱制御層５ｂ表面を、必要に応じてたとえば大気圧プラズマ処理などにより、次工程で形成される層との密着性を向上させてもよい。
【００５６】
大気圧プラズマ処理によれば、簡便な方法でありながら、樹脂表面の活性度を高めることができ、かつ、その効果が長時間持続するためである。この処理によって、未処理の場合（約３〜４Ｎ／ｃｍ）と比較して６〜８倍の密着強度（約２５Ｎ／ｃｍ）を得られるようになる。他の表面改質方法として、酸素プラズマエッチング処理、紫外線／オゾン処理、等があるが、これらは酸素濃度や処理時間などのパラメータを最適化しないと、逆に密着強度を低下させてしまうために、処理による効果が確実でなく好ましくない。
【００５７】
さらに、次の無電解めっきによる金属層７の形成を行う前に、アルゴンガス等による導電物質（金属等）のスパッタリング法やイオンプレーティング法によって導電性を付与した後に電解めっきによる金属下地層を形成するなどの下地層形成工程を行ってもよい。
【００５８】
以上のような処理後に金属層７を、たとえば日本カニゼン社等から入手できる無電解ニッケルめっき浴を用いて、２００μｍ程度の厚さに形成する（金属層形成工程、図３（ｃ）参照）。このとき、同時に細径部１ｂ上にも金属層を形成する。
【００５９】
型パターン成形面は、上記のように無電解めっきで構成することが、型パターン成形の加工上必要であり、電解めっきで形成すると精度の高い加工ができない。
【００６０】
上記のように、無電解めっきにより金属層７を形成した後に金属層７全体を精密切削加工等で加工し、細径部１ｂに形成された部分を金型本体１の側面と同一平面となるようにするとともに、その型パターン形成面に回折レンズの回折部に相当する型パターンを施して型パターン形成部７ａを形成し（型パターン形成工程。）、本発明の熱制御金型１０（図１参照）を得る。
【００６１】
このような、熱制御金型は図６にモデル的に示すように、たとえば対となるような金型とともに射出成形機の金型としてセットされて、形成されたキャビティ内に溶融樹脂が導入され、成形品が冷却後型開きされて取り出される。このとき、所定の形状通りに形成された熱制御層により型パターン形成部７ａに接した樹脂が急冷することがないので型忠実性の高い製品となるとともに、導入する樹脂の温度を熱制御層がない金型を用いる場合に比べて、低い温度とすることができるので、成形サイクル（タクト）を短くすることができるので生産性が向上する。
【００６２】
ここで、上記のようにして、図１に示す、ポリアミドイミドからなる３００μｍの熱制御層を備えた金型（金属層はニッケルからなる）を作製した。このとき、ほぞ部の形成により、ひけのない熱制御層が得られた。この金型を用いて図５（ａ）に示した回折光学素子の成形をシクロオレフィンポリマーにより行ったところ、従来１３５℃であった成形時の型温を４０℃まで下げることできたので、従来１００秒であった成形サイクルを５０秒まで短縮することができた。このとき、回折パターンの型忠実性も良好であった。
【００６３】
図５（ａ）に示した成形品では装置実装時の固定のための基準面にするように四角の基板の中央に円形の回折パターンを有するものとしたが、図５（ｂ）に示すような円盤形状の回折レンズを成形するときには図５（ｃ）に示すような金型本体部（図中、符号２ａはほぞ形成部）を使用して上記と同様にして金型を形成し、成形に用いてもよい。
【００６４】
また、図６（ａ）には他の形状（上面が長方形）の金型本体部の例（上面図）、および、図６（ｂ）にはその金型本体部の熱制御層形成凹部２内に樹脂層５ａを形成した例を示す。長方形の熱制御層形成凹部２の各角部にほぞ形成部２ａが設けられ、樹脂層５ａにはそれらに対応するほぞ部５ａ１が形成されている。
【００６５】
図７（ａ）には他の金型本体部の例（上面図）、および、その金型本体部を用いて樹脂層５ａ’を形成した例を示す。長方形の熱制御層形成凹部２の各角部にほぞ形成部２ａ’が設けられ、樹脂層５ａ’にはそれらに対応するほぞ部５ａ１’が形成されている。ここで、ほぞ部５ａ１’はほぞ形成部２ａ’の形状に従って、蟻ほぞ形状に形成されており、このためにこの例ではより高いひけ防止効果が得られる。
【００６６】
ここで、図７（ａ）に示した金型本体部を用いて、図８（ａ）に示すような長方形の基板の中央に楕円形状の回折部が形成されている光学素子を成形するための型パターン面をニッケルからなる金属層に有し、かつ、厚さが１５０μｍのポリアミドイミドからなる熱制御層を有する金型を作製した。このとき熱制御層はひけのないものとなった。この金型を用いて、金型を作製し、熱制御部を有しない従来の金型と比較しながら、光学素子（回折レンズ）の成形を行った。
【００６７】
図８（ａ）に示すような長方形の基板の中央に楕円形状の回折部が形成されている光学素子はプリンタ用の光学素子であって２．７ｍｍ×７．３ｍｍ、段差１．２μｍの階段状形状により概略凹形状であり、段差精度は段差に対して５％以下である。なお、図中波線は、金型本体部の型パターン側面の形跡であり、このような形跡を利用して、この光学素子の計測評価時や製品への組み付け時の位置決め用の基準として用いることができる。このような形跡は、熱制御層形成時の機械加工の際の、金型本体部の金属の弾性率（ステンレス鋼の弾性率は約２００ＧＰａ）と熱制御層の樹脂（ポリアミドイミドの弾性率は約５ＧＰａ）の弾性率の違いによって生じる段差や、型パターン形成時にも金型表面に生じる段差や、光学素子の成形時に生じる段差に起因している。
【００６８】
このとき、図７（ａ）に示した金型本体部を用いて作製した熱制御金型を使用して回折レンズを成形したときには、従来の熱制御層のない金型で必要であった２００秒の成形サイクルを、成形時の型温を従来の金型の１３５℃から６０℃まで下げることできたために１００秒まで短縮することができ、このときの回折部の転写も良好で高精度な回折レンズを成形することができた。
【００６９】
図８（ａ）には、長方形の基板の中央に楕円形状の回折部が形成されている光学素子を成形するための本発明に係る別の金型１０’の上面図を、そして、この金型１０’に用いられている金型本体部１”の上面図を図８（ｂ）に示す。
【００７０】
この金型本体部１’には四角形の熱制御層形成凹部２の各角部のほぞ形成部２ａのみならず、その辺の中央部にもほぞ形成部２ａ２’がそれぞれ形成されており、辺部でのひけ防止効果が同時に得られ、このときひけの発生予防効果は非常に高いものとなる。
【００７１】
さらに図８（ｃ）には他の例の金型本体部１”を示す。この例ではほぞ形成部２ａ２’は段部１ａ’側に貫通しておらず、このため、熱制御層形成液を熱制御層形成凹部２に導入する際に上述のような、たとえば耐熱樹脂シートによる熱制御層形成液の流出防止対策が不要となる。
【００７２】
球面レンズや非球面レンズなどの立体的な成形物を形成する場合には図９に示すような方法で対応することができる。
【００７３】
すなわち、熱制御層形成凹部２’の形成深さを深く、そして、その底部形状を所定の立体形状とし（図９（ａ）参照）、樹脂層５ａを厚く形成し（図９（ｂ）参照）、機械加工によって熱制御層５ｂの形状を所定の立体形状とし（図９（ｃ）参照）、次いで、金属層７を形成する（図９（ｄ）参照）とともに、加工によって金属層７表面に型パターン（球面上に回折パターンが形成されている成形品に対応する）を形成するとともに、金属層７側面を金型本体部１の側面と同一面に加工する（図９（ｅ）参照）ことによって、立体的な成形物の立体面成形用の金型を得ることができる。
【００７４】
ここで、無電解メッキによって形成されたニッケルからなる金属層の表面に、約３μｍの段差からなる回折面上にサブ波長サイズの微細パターンを形成した略球面上の回折パターンが形成されている成形品に対応する型パターンを有し、厚さが２５０μｍと均一なポリアミドイミドからなる、型パターン形成側からみた形状が正方形の熱制御層を有する図９（ｅ）にモデル的に示した金型を作製した。このとき、熱制御層形成凹部２’の形成深さは５００μｍとし、それぞれの角部に形成したほぞ形成部も同じ深さとした。このとき得られた熱制御層にはひけが生じていなかった。
【００７５】
この金型を用いて図１０にモデル的に示した回折光学素子（直径５ｍｍ、段差１．２μｍの素子表面に２００ｎｍの開口幅を持つＶ溝、すなわち、サブ波長構造が形成されたもの）を成形したところ、熱制御層がない従来の金型では１５０秒であった成形サイクルが、成形時の型温を１３５℃から５０℃まで下げることできたために８０秒まで短縮することができた。また、成形時に金型の変形も抑えられ、型忠実性の高い製品が得られた。
【符号の説明】
【００７６】
１      金型本体部
１ａ    段部
１ｂ    細径部
２    熱制御層形成凹部
２ａ  ほぞ形成部
５ａ  樹脂層
５ａ１  ほぞ部
５ｂ    熱制御層
７    金属層
１０  本発明に係る熱制御金型
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７７】
【特許文献１】特許第３８８００３２号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４０４６公報
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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