(57)【要約】【課題】  成形体の形状精度を低下させることなく、成形体の生産性を向上することができる成形体の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は、成形体の形状に合わせて形成された型部１２ａ及び１２ｂを有する一対の金型本体７ａ及び７ｂを備え、一対の金型本体７ａ及び７ｂのうちの一方の金型本体７ａに塗布された熱可塑性樹脂１８を他方の金型本体７ｂで押付けて成形体を成形する成形体の製造装置である。型部１２ａ及び１２ｂを一対の金型本体７ａ及び７ｂに複数有し、他方の金型本体７ｂが熱可塑性樹脂１８を一方の金型本体７ａへ押付けている状態で、隣り合う型部１２ａ及び１２ｂの間に位置する熱可塑性樹脂１８の部分に開口を形成する開口形成手段１３を備える。【選択図】図２
2011245760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形体の形状に合わせて形成された型部を有する一対の金型本体を備え、
前記一対の金型本体のうちの一方の金型本体に塗布された熱可塑性樹脂を他方の金型本体で押付けて成形体を成形する成形体の製造装置であって、
前記型部を前記一対の金型本体に複数有し、
前記他方の金型本体が前記熱可塑性樹脂を前記一方の金型本体へ押付けている状態で、隣り合う前記型部の間に位置する前記熱可塑性樹脂の部分に開口を形成する開口形成手段を備えた、成形体の製造装置。
【請求項２】
前記開口形成手段が、前記他方の金型本体から前記一方の金型本体に向かって移動可能に設けられたブロックと、該ブロックを移動させるエアシリンダと、を備える、請求項１に記載の成形体の製造装置。
【請求項３】
前記ブロックが、前記型部の外周に沿って配置されていることを特徴とする請求項２に記載の成形体の製造装置。
【請求項４】
成形体の形状に合わせて形成された型部を複数有する一対の金型本体を用いて熱可塑性樹脂を成形する成形体の製造方法であって、
前記一対の金型本体のうちの一方の金型本体に前記熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、
前記一方の金型本体に塗布された前記熱可塑性樹脂を他方の金型本体で前記一方の金型本体に押付けるプレス工程と、
前記熱可塑性樹脂が前記一方の金型本体に押付けられた状態で、隣り合う前記型部の間に位置する前記熱可塑性樹脂の部分に開口を形成する開口工程と、
前記熱可塑性樹脂が前記一方の金型本体に押付けられた状態で、前記熱可塑性樹脂を冷却して固化する固化工程と、
固化された前記熱可塑性樹脂を一つの成形体ごとの寸法に切断する切断工程と、を含む、成形体の製造方法。
【請求項５】
前記開口を、前記型部の外周に沿って形成することを特徴とする請求項４に記載の成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂などを用いて成形される、微細な凹凸形状を表面に有する薄肉の成形体の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サブミクロン単位の微細な凹凸形状を表面に有する薄肉の成形体が、電子ディスプレイ用光学部品や光情報通信用部品等として用いられている。
【０００３】
このような成形体の製造方法の一つとして、一対の金型を用いて熱可塑性樹脂を所望の形状に成形する製造方法が知られている。一対の金型のうちの少なくとも一方の金型のキャビティ壁面には成形体の凹凸形状に合わせて加工された型部が設けられている。
【０００４】
従来における製造方法では、型部を有するキャビティ壁面に溶融状態の熱可塑性樹脂をシート形状に塗布する塗布工程と、他方の金型を用いて熱可塑性樹脂を型部に向かって押付けるプレス工程と、その後熱可塑性樹脂を冷却して固化させる固化工程が実施される。プレス工程において熱可塑性樹脂が型部に押付けられるため、型部の凹凸形状が表面に転写された成形体を製造することができる。
【０００５】
従来の製造方法における固化工程では、熱可塑性樹脂が冷めるにつれて熱可塑性樹脂の体積収縮が発生する。熱可塑性樹脂の体積収縮に伴うヒケや反りなどの不良により、成形体の形状精度の低下を招いていた。そこで、特許文献１では、熱可塑性樹脂の体積収縮を要因とした成形体の形状精度の低下を抑制することができる成形体の製造方法が開示されている。
【０００６】
特許文献１で開示されている成形体の製造方法では、プレス工程における熱可塑性樹脂を型部に押付ける力（プレス力と称す）を熱可塑性樹脂に付与したまま熱可塑性樹脂を冷却する。熱可塑性樹脂はプレス力を付与された状態で冷却されるため、熱可塑性樹脂の体積収縮によるヒケや反りなどの発生が抑えられ、形状精度の高い成形体を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−５６１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１で開示されている成形体の製造方法では、成形体の形状の精度を確保するために、一つの金型に一つの型部が設けられているものが多い。そのため、塗布工程とプレス工程と固化工程からなる一連の製造工程一回で一つの成形体を製造することしかできず、生産性向上の阻害要因となっていた。
【０００９】
生産性を向上するために、キャビティ壁面に複数の型部を有する金型を用いて成形する製造方法が挙げられる。塗布工程において複数の型部にゆきわたるように熱可塑性樹脂をシート形状に塗布し、その後プレス工程及び固化工程を経ることで、複数の成形体が一体となった複合成形体が成形される。後の工程で複合成形体を一つの成形体ごとの寸法に切断することによって複数の分割された成形体が得られる。一連の製造工程で複数の成形体が一度に得られるため、生産性を向上することができる。
【００１０】
しかしながら、熱可塑性樹脂の体積収縮量は、熱可塑性樹脂のシート形状が大きくなるにつれて大きくなる。すなわち、複合成形体を成形する場合の固化工程では、単一の成形体を成形する場合における固化工程に比べて体積収縮量は大きくなるため、複合成形体の形状精度が低下し、結果として成形体の形状精度の低下を招くことがあった。
【００１１】
そこで、本発明は、成形体の形状精度を低下させることなく、成形体の生産性を向上することができる成形体の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、成形体の形状に合わせて形成された型部を有する一対の金型本体を備え、一対の金型本体のうちの一方の金型本体に塗布された熱可塑性樹脂を他方の金型本体で押付けて成形体を成形する成形体の製造装置である。型部を一対の金型本体に複数有し、他方の金型本体が熱可塑性樹脂を一方の金型本体へ押付けている状態で、隣り合う型部の間に位置する熱可塑性樹脂の部分に開口を形成する開口形成手段を備える。
【００１３】
また、本発明は、成形体の形状に合わせて形成された型部を複数有する一対の金型本体を用いて熱可塑性樹脂を成形する成形体の製造方法である。一対の金型本体のうちの一方の金型本体に熱可塑性樹脂を塗布する塗布工程と、一方の金型本体に塗布された熱可塑性樹脂を他方の金型本体で一方の金型本体に押付けるプレス工程と、熱可塑性樹脂が一方の金型本体に押付けられた状態で、隣り合う型部の間に位置する熱可塑性樹脂の部分に開口を形成する開口工程と、熱可塑性樹脂が一方の金型本体に押付けられた状態で、熱可塑性樹脂を冷却して固化する固化工程と、固化された熱可塑性樹脂を所望の寸法に切断する切断工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、成形体の形状精度を低下させることなく、成形体の生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態における成形体の製造装置の概略を示す全体図である。
【図２】本発明の実施形態における金型を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図２（ａ）のＡ−Ａ断面の拡大図であって、塗布工程における金型を示した図である。
【図４】図２（ａ）のＡ−Ａ断面の拡大図であって、プレス工程における金型を示した図である。
【図５】図２（ａ）のＡ−Ａ断面の拡大図であって、開口工程における金型を示した図である。
【図６】開口工程後の熱可塑性樹脂を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態における成形体の製造装置１の概略を示す全体図である。図１に示すように、成形体の製造装置１は、熱可塑性樹脂（以下、単に樹脂と称す）を溶融して塗布するための塗布装置２と、成形体を成形するための成形装置３と、を備える。
【００１７】
塗布装置２は、樹脂を溶融する溶融部４と、溶融状態にある樹脂を吐出する吐出部５と、を備える。溶融部４と吐出部５とが連結管６で連結されており、溶融部４で樹脂を溶融したあと吐出部５へ該樹脂を送ることによって吐出部５から樹脂が吐出される。
【００１８】
成形装置３は、樹脂を所望の形体に成形するための金型７と、金型７から樹脂を剥離するための剥離装置８と、を備えている。金型７は、一対の金型本体７ａ及び７ｂとからなっており、一対の金型本体７ａ及び７ｂの対向する面が金型７のキャビティ壁面９ａ及び９ｂとなる。
【００１９】
一対の金型本体７ａ及び７ｂのうち、一方の金型本体７ａを第１の金型本体７ａとし、他方の金型本体７ｂを第２の金型本体７ｂとする。
【００２０】
剥離装置８としては、流体（例えば空気）を吐出してキャビティ壁面９ａ及び９ｂから成形体を剥離するエアブロー機構が挙げられる。キャビティ壁面９ａ及び９ｂには流体を吐出するための吐出口（不図示）が設けられており、該流体の吐出圧力によって成形体がキャビティ壁面９ａ及び９ｂから剥離される。もちろん、他の公知の剥離方法を利用したものでも良い。
【００２１】
また、第２の金型本体７ｂは第１の金型本体７ａに対して移動可能に設けられており、成形装置３には第２の金型本体７ｂを移動させるための金型移動装置１０が設けられている。金型移動装置１０は第１の金型本体７ａに向かって第２の金型本体７ｂを押付けることができるようになっている。
【００２２】
塗布装置２には、吐出部５を任意の位置に移動させるための吐出部移動装置１１が備えられている。本実施形態では、吐出部移動装置１１は、互いに垂直に交わるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に吐出部５をそれぞれ移動させるＸ軸方向移動装置１１ｘ、Ｙ軸方向移動装置１１ｙ及びＺ軸方向移動装置１１ｚを備えている。すなわち、吐出部移動装置１１は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに吐出部５を移動させることができる。
【００２３】
なお、本書の説明において、Ｘ軸方向は塗布装置２から成形装置３へ向かう水平方向（図１に示す右方向）であり、Ｙ軸方向はＸ軸方向に垂直に交わる水平方向（図１に示す紙面手前から奥に向かう方向）であり、Ｚ軸方向は鉛直上向きの方向である。
【００２４】
また、キャビティ壁面９ａ及び９ｂはＸ軸方向及びＹ軸方向で形成される面と平行に配置され、第２の金型本体７ｂはＺ軸と平行な方向に移動できるようになっている。
【００２５】
ここで、本発明の実施形態における金型７について、図２を用いて詳述する。図２（ａ）は、金型７をＺ軸方向から見たときの平面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ断面で切断したときの金型７の断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）に示すＢ−Ｂ断面で切断したときの金型７の断面図である。
【００２６】
図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、一対の金型本体７ａ及び７ｂは成形体の形状に合わせて加工された型部１２ａ及び１２ｂを複数有する。具体的には、キャビティ壁面９ａ及び９ｂに、それぞれ型部１２ａ及び１２ｂが間隔をおいて複数形成されている。
【００２７】
キャビティ壁面９ａに溶融状態の樹脂を塗布し、キャビティ壁面９ｂで樹脂をキャビティ壁面９ａに押付けて固化することによって、複数の成形体が一体となった複合成形体が成形される。後の工程で複合成形体を一つの成形体ごとの寸法に切断することによって、所望の寸法を有する成形体が得られる。
【００２８】
本実施形態では、型部１２ａはサブミクロン単位の凹凸形状に加工されており、型部１２ｂは鏡面状に加工されている。したがって、一の面に微細な凹凸形状を有する成形体が形成される。
【００２９】
また、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の金型本体７ｂには、複合成形体に開口を形成するための開口形成手段１３が備えられている。開口形成手段１３は、第２の金型本体７ｂからキャビティ壁面９ａに向かって移動可能に設けられたブロック１４と、連結部品１５及びロッド１６を介してブロック１４と連結されているエアシリンダ１７と、を備えている。
【００３０】
ブロック１４は、隣り合う型部１２ｂの間に配設されており、ブロック１４がキャビティ壁面９ａに向かって移動したときに、ブロック１４は隣り合う型部１２ａの間に到達する。したがって、エアシリンダ１７を用いてブロック１４を移動させることによって、キャビティ壁面９ａに塗布された樹脂をブロック１４が貫通し、複合成形体の、隣り合う型部１２ａの間に位置する部分に開口が形成される。
【００３１】
ブロック１４は、型部１２ａの外周に沿って、型部１２ａの外周と略同じ長さに延びている。したがって、複合成形体に形成される開口は、型部１２ａの外周に沿って形成される。
【００３２】
本実施形態では、エアシリンダ１７を使用してブロック１４を移動させる例を示しているが、ブロック１４を移動させる方法は公知の他の方式であってもよい。
【００３３】
次に、本実施形態における成形体の製造方法及び成形体の製造装置１の動作について、図１、図３、図４、図５及び図６を用いて説明する。
【００３４】
まず、塗布工程を実施する。すなわち、図１に示すように、第２の金型本体７ｂが第１の金型本体７ａからＺ軸方向に離されている状態で、溶融部４で樹脂を溶融し、吐出部５に溶融状態の樹脂を送る。吐出部５から溶融状態の樹脂をキャビティ壁面９ａに向かって吐出しながら吐出部５をキャビティ壁面９ａに沿って移動させ、キャビティ壁面９ａに樹脂をシート状に塗布する。
【００３５】
吐出部５とキャビティ壁面９ａとの間隔を一定に保ちながら吐出部５を移動させることにより、樹脂は均一の厚さでキャビティ壁面９ａに塗布される。吐出部５とキャビティ壁面９ａとの間隔は、Ｚ軸方向移動装置１１ｚによって調整することができる。
【００３６】
図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面の拡大図であって、塗布工程における金型７を示した図である。図３に示すように、樹脂１８はキャビティ壁面９ａに略均一の厚さで塗布されている。このときブロック１４のキャビティ壁面９ａに向けられた先端面は、キャビティ壁面９ｂから突出しない位置に保たれている。
【００３７】
次に、プレス工程を実施する。すなわち、金型移動装置１０（図１）を作動させ、第２の金型本体７ｂを第１の金型本体７ａに向かって移動させる。図４は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面の拡大図であって、プレス工程における金型７を示した図である。図４に示すように、キャビティ壁面９ｂを樹脂１８に接触させ、さらに金型移動装置１０を用いて樹脂１８をキャビティ壁面９ａに押付ける。
【００３８】
続いて、樹脂１８が溶融状態にあるときに、開口工程を実施する。具体的には、エアシリンダ１７（図２）を作動させてブロック１４をキャビティ壁面９ａまで移動させる。図５は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面の拡大図であって、開口工程における金型７を示した図である。図５に示すように、ブロック１４は樹脂１８を貫通し、樹脂１８の、隣り合う型部１２ａの間に位置する部分に開口が形成される。
【００３９】
図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、ブロック１４の設置場所は型部１２ａ及び１２ｂが形成されていない領域であるため、ブロック１４をキャビティ壁面９ａに接触するまで移動させてもよい。
【００４０】
また、ブロック１４が樹脂１８を貫通し易くするために、キャビティ壁面９ａの、ブロック１４と当接する領域を金型よりも柔らかい部材（例えば、シリコン）を使用しても良い。ブロック１４の、キャビティ壁面９ａと当接する先端面に柔らかい部材を使用しても良い。
【００４１】
図６は、開口工程後の樹脂１８を図１のＺ軸方向から見たときの平面図である。図６に示すように、樹脂１８の、型部１２ａ及び１２ｂと接触する領域には所望の形状を有する成形体なる成形部１９が形成されており、隣り合う成形部１９の間には開口２０が形成される。
【００４２】
その後、固化工程を実施する。すなわち、金型７を冷却し、樹脂１８の温度を低下させて固化させることによって、樹脂１８は複合成形体となる。
【００４３】
このとき、樹脂１８が冷めるにつれて樹脂１８の体積収縮が発生するが、隣り合う成形部１９の間に開口２０が形成されているため、一の成形部１９で生じる体積収縮が他の成形部１９の形状に影響しにくい。したがって、本実施形態における成形部１９は、開口２０が形成されていない場合よりも高い形状精度を維持した状態で固化される。
【００４４】
また、開口２０を、一の成形部１９の外周に沿って形成することによって、一の成形部１９で生じる体積収縮が他の成形部１９の形状に与える影響をより抑制することが可能となる。
【００４５】
最後に、剥離装置８（図１）を作動させつつ、金型移動装置１０を作動させて第２の金型本体７ｂを第１の金型本体７ａから離す方向に移動させる。金型７から複合成形体を取り出し、複合成形体の成形が完了する。その後、切断工程を実施する。具体的には、複合成形体を一つの成形体ごとの寸法に切断する。
【００４６】
塗布工程とプレス工程と開口工程と固化工程と切断工程からなる一連の製造工程で複数の成形体が一度に得られる。
【００４７】
本発明によれば、複数の成形部１９を含む樹脂１８を固化するときに、開口２０が隣り合う成形部１９の間に設けられているため、一の成形部１９で生じる体積収縮が他の成形部１９の形状に影響を与えることがない。その結果、開口２０が形成されていない場合に比べ、複合成形体を高い形状の精度で形成することができる。したがって、成形体の形状の精度を低下させること無く、生産性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
この技術を使用した成形体の用途は、次のものが挙げられる。
（１）医療・バイオ分野における、被験者の血液を導く微細流路が加工された血液検査チップ、種細胞を凝集させて保持する細胞培養セルが配列された細胞培養チップ、免疫反応における反応性生物を観察するための観察部が複数設けられた免疫検査チップ等。
（２）電子ディスプレイ分野における、液晶層を利用して形成され、画像を３次元的に表示する３Ｄ液晶レンズ、マイクロレンズを格子状に並べたマイクロレンズアレイ、光源から光を導くための超薄型導光体等。
（３）光メディア、通信分野における、ブルーレイディスクやＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）といった超高密度ディスク、高照度ＬＥＤの発光パネル等。
（４）半導体、エネルギ分野における、有機半導体、燃料電池のセパレータとして用いられる高分子電解質膜、Ｌｉ電池用マイクロパターン電極等。
【符号の説明】
【００４９】
１      成形体の製造装置
２      塗布装置
３      成形装置
４      溶融部
５      吐出部
６      連結管
７      金型
８      剥離装置
９ａ、９ｂ      キャビティ壁面
１０    金型移動装置
１１    吐出部移動装置
１２    型部
１３    開口形成手段
１４    ブロック
１５    連結部品
１６    ロッド
１７    エアシリンダ
１８    樹脂
１９    成形部
２０    開口
【図１】
2011245760.tif 000003
【図２】
2011245760.tif 000004
【図３】
2011245760.tif 000005
【図４】
2011245760.tif 000006
【図５】
2011245760.tif 000007
【図６】
2011245760.tif 000008