(57)【要約】【課題】メッキ層表面にピンホールやクラックが発生することや、メッキ層自体が剥離してしまうことを抑制することで、成形体の品質を高める。【解決手段】この射出成形型には、ＺｒＯ２を含有する基材と、基材上に形成され、Ｎｉの含有率が８５ｗｔ％以上となるように、Ｎｉ及びＰを含有する第１メッキ層と、第１メッキ層上に形成され、Ｐの含有率が１ｗｔ％以上、１５ｗｔ％以下、Ｃｕの含有率が２５ｗｔ％以上、６０ｗｔ％以下、残りの主成分がＮｉであるように、Ｎｉ、Ｐ及びＣｕを含有する第２メッキ層とが備えられている。【選択図】図３
2008229885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｒＯ２を含有する基材と、
前記基材上に形成され、Ｎｉの含有率が８５ｗｔ％以上となるように、Ｎｉ及びＰを含有する第１メッキ層と、
前記第１メッキ層上に形成され、Ｐの含有率が１ｗｔ％以上、１５ｗｔ％以下、Ｃｕの含有率が２５ｗｔ％以上、６０ｗｔ％以下、残りの主成分がＮｉであるように、Ｎｉ、Ｐ及びＣｕを含有する第２メッキ層とを備えることを特徴とする射出成形型。
【請求項２】
請求項１記載の射出成形型において、
前記第１メッキ層及び前記第２メッキ層の少なくとも１つは無電解メッキ法により形成されていることを特徴とする射出成形型。
【請求項３】
請求項１又は２記載の射出成形型において、
前記第１メッキ層の厚みは、８μｍ以上、２５μｍ以下であることを特徴とする射出成形型。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の射出成形型において、
前記基材と前記第１メッキ層とが連続して積層されていることを特徴とする射出成形型。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の射出成形型において、
前記第２メッキ層の厚みは、１μｍ以上、１５０μｍ以下であることを特徴とする射出成形型。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の射出成形型において、
前記基材と前記第１メッキ層との間に、無電解メッキ法により形成された下引層を有することを特徴とする射出成形型。
【請求項７】
請求項６記載の射出成形型において、
前記下引層は、Ｎｉの含有率が９０ｗｔ％以上で、なおかつ前記第１メッキ層のＮｉの含有率よりも高い含有率となるように、Ｎｉ及びＰを含有することを特徴とする射出成形型。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の射出成形型において、
前記第２メッキ層を切削加工することにより複数の輪帯状の段差を形成したことを特徴とする射出成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形体を形成するための射出成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子などの成形体を射出成形する射出成形型は、成形体の外形に対応するキャビティを有している。
【０００３】
このキャビティは、セラミックスにより成形された基材上に対して、ＮｉとＰとＣｕからなるメッキ層が積層されることにより、その内面が形成されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００５−２６３６２６号公報
【特許文献２】特開２００２−２７４８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、微細形状を有する樹脂製光学素子を成形する際、キャビティにおける微細形状部を成形する部分に十分な量の樹脂を充填しつつ、微細形状部の急速な硬化を低減することが望まれている。これを実現すべく、キャビティの基材を例えばＺｒＯ２などのような低熱伝導率の材料から成形することが提言されている。しかし、キャビティの基材を低熱伝導率の材料から成形し、上記したメッキ層を積層すると、メッキ層表面にピンホールやクラックが生じやすく、さらには繰り返し使用時に剥離しやすくなっていた。
【０００５】
本発明の課題は、メッキ層表面にピンホールやクラックが発生することや、メッキ層自体が剥離してしまうことを抑制することで、成形体の品質を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明における射出成形型は、
ＺｒＯ２を含有する基材と、
前記基材上に形成され、Ｎｉの含有率が８５ｗｔ％以上となるように、Ｎｉ及びＰを含有する第１メッキ層と、
前記第１メッキ層上に形成され、Ｐの含有率が１ｗｔ％以上、１５ｗｔ％以下、Ｃｕの含有率が２５ｗｔ％以上、６０ｗｔ％以下、残りの主成分がＮｉであるように、Ｎｉ、Ｐ及びＣｕを含有する第２メッキ層とを備えることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の射出成形型において、
前記第１メッキ層及び前記第２メッキ層の少なくとも１つは無電解メッキ法により形成されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の射出成形型において、
前記第１メッキ層の厚みは、８μｍ以上、２５μｍ以下であることを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の射出成形型において、
前記基材と前記第１メッキ層とが連続して積層されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の射出成形型において、
前記第２メッキ層の厚みは、１μｍ以上、１５０μｍ以下であることを特徴としている。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の射出成形型において、
前記基材と前記第１メッキ層との間に、無電解メッキ法により形成された下引層を有することを特徴としている。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の射出成形型において、
前記下引層は、Ｎｉの含有率が９０ｗｔ％以上で、なおかつ前記第１メッキ層のＮｉの含有率よりも高い含有率となるように、Ｎｉ及びＰを含有することを特徴としている。
【００１３】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の射出成形型において、
前記第２メッキ層を切削加工することにより複数の輪帯状の段差を形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明者らは、ＺｒＯ２を含有する基材上に対して、Ｎｉの含有率が８５ｗｔ％以上となるようにＮｉ及びＰを含有する第１メッキ層と、Ｐの含有率が１ｗｔ％以上、１５ｗｔ％以下、Ｃｕの含有率が２５ｗｔ％以上、６０ｗｔ％以下、残りの主成分がＮｉであるようにＮｉ、Ｐ及びＣｕを含有する第２メッキ層とを形成すると、メッキ層表面にピンホールやクラックが発生することや、メッキ層自体が剥離してしまうことが抑制されることを見出した。したがって、本発明のように、射出成形型が、ＺｒＯ２を含有する基材と、基材上に形成され、Ｎｉの含有率が８５ｗｔ％以上のＮｉ及びＰを含有する第１メッキ層と、第１メッキ層上に形成され、Ｐの含有率が１ｗｔ％以上、１５ｗｔ％以下、Ｃｕの含有率が２５ｗｔ％以上、６０ｗｔ％以下、残りの主成分がＮｉとなるＮｉ、Ｐ及びＣｕを含有する第２メッキ層とを備えていると、メッキ層表面にピンホールやクラックが発生することや、メッキ層自体が剥離してしまうことが抑制され、成形体の品質を高められることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る射出成形型を備える成形機について説明する。
図１は、成形機１の概略構成を示す概念図である。
【００１６】
この図に示すように、成形機１は、プラスチック材料の搬送方向における上流側から下流側に向かって、ホッパ５１と、シリンダ５３と、ノズル５５と、本発明に係る射出成形型２等とを備えている。
【００１７】
ホッパ５１は、プラスチック材料が供給される部分であり、シリンダ５３に連結されている。シリンダ５３は、内部にスクリュー５２を備えるとともに、先端部でノズル５５に連結されており、ホッパ５１から供給されたプラスチック材料をスクリュー５２によってノズル５５側に押し出すようになっている。また、このシリンダ５３の側面には、シリンダ５３内部のプラスチック材料を溶融させるためのヒータ５４が設けられている。
【００１８】
ノズル５５は、シリンダ５３から押し出されたプラスチック材料を射出成形型２に射出する部分であり、後述する射出成形型２のスプルー２１に連通している。
【００１９】
射出成形型２は、ノズル５５に対して固定された固定型３と、当該固定型３に対して接離可能な可動型４を有しており、これら固定型３及び可動型４が当接することによってプラスチック材料の流路としてのスプルー２１、ランナー２２及びゲート２３と、プラスチック材料を成形するためのキャビティ２４とを形成するようになっている。
【００２０】
固定型３は、キャビティ２４の中央側部分を形成する第１部材３１と、周辺側部分を形成する第２部材３２とを有している。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、第１部材３１には、可動型４に対向して成形面３１ａが設けられており、成形体である光学素子１０の一方のレンズ面１０ａを形成するようになっている。なお、この成形面３１ａには、微細な輪帯状の回折パターンが設けられていても良い。
【００２２】
一方、第２部材３２には、成形面３１ａの周りを囲む環状の成形面３２ａが設けられており、光学素子１０の外周部にフランジ１１を形成するようになっている。
【００２３】
また、可動型４は、キャビティ２４の周辺側部分を形成する型本体４２と、中央側部分を形成する突き出し型４１とを有している。
【００２４】
型本体４２には、突き出し型４１における後述の成形面４１ａの周りを囲む溝状の成形面４２ａが設けられており、光学素子１０の周囲にフランジ１１を形成するようになっている。
【００２５】
突き出し型４１には、固定型３に対向する成形面４１ａが設けられており、光学素子１０の他方のレンズ面１０ｂを形成するようになっている。なお、本実施の形態においては、この成形面４１ａは、全体として凹面になっており、微細な輪帯状の回折パターンＤＰを有している。ここで、回折パターンＤＰの深さは、数μｍ程度となっている。
【００２６】
この突き出し型４１は、図１，図２（ｂ）に示すように、型本体４２の孔４２ｂ中に嵌合した状態でＸ方向に摺動可能となっており、型本体４２に対して突き出し型４１を摺動させる突き出し部材４３に連結されている。
【００２７】
図３は射出成形型２の表面部分を拡大した断面図である。この図３に示すように、射出成形型２はＺｒＯ２を含有する基材１０１を備えており、この基材１０１上には、下引層１０２と、第１メッキ層１０３と、第２メッキ層１０４とが連続して積層されている。
【００２８】
下引層１０２は、基材１０１の表面上に積層されている。下引層１０２は、Ｎｉ（ニッケル）及びＰ（リン）を含有しており、Ｎｉの含有率が９０ｗｔ％以上で、なおかつ第１メッキ層１０３のＮｉの含有率よりも高い含有率となっている。
【００２９】
第１メッキ層１０３は、下引層１０２の表面上に積層されており、その厚さが８μｍ以上、２５μｍ以下となるように形成されている。また、第１メッキ層１０３はＮｉの含有率が８５ｗｔ％以上となるように、Ｎｉ及びＰを含有している。
【００３０】
第２メッキ層１０４は、第１メッキ層１０３の表面上に積層されており、その厚さが１μｍ以上、１５０μｍ以下となるように形成されている。また第２メッキ層１０４は、Ｐの含有率が１ｗｔ％以上、１５ｗｔ％以下、Ｃｕ（銅）の含有率が２５ｗｔ％以上、６０ｗｔ％以下、残りの主成分がＮｉとなるように、Ｎｉ、Ｐ及びＣｕを含有している。第２メッキ層１０４には、上述した微細な輪帯状の回折パターンＤＰが形成されている。
【００３１】
この回折パターンＤＰは第２メッキ層１０４を切削加工することにより形成されている。切削加工後においては熱処理することで、第２メッキ層１０４の加工面（成形型光学面）の硬度を増加させることができ、これによって、光学素子製造における射出成形型２の耐久性を一段と向上させることができる。この熱処理によって第１メッキ層１０３、第２メッキ層１０４、下引層１０２及び基材１０１それぞれの間で金属原子の移動が起こり、付着性が向上することになる。熱処理を行う温度としては好ましくは３００℃以下である。これは、非晶質の第２メッキ層１０４において結晶化が進行し、加工面の初期の表面粗さが劣化したり、特に大きな体積を有する射出成形型２において第２メッキ層１０４の引っ張り応力が非常に大きくなって第２メッキ層１０４にクラックが発生することを抑制できるので好ましい。
【００３２】
また、上記したように第２メッキ層１０４は非晶質であることが好ましい。「非晶質状態である」とは、第２メッキ層１０４をＸ線回折測定を行い、ラウエ斑点が明瞭に見られない、若しくは全く見られない状態をいう。第２メッキ層１０４が非晶質であると、切削加工された加工面の平滑性に優れ、これにより光学素子製造時に光学素子材料の付着などが起こりにくくなり、また光学素子の光学面に鏡面が得られ特に望ましい。
【００３３】
そして、本実施形態では、下引層１０２、第１メッキ層１０３及び第２メッキ層１０４は、無電解メッキ法によって形成されている。これにより、第１メッキ層１０３、第２メッキ層１０４においては均一な厚みで非晶質に形成することができる。
【００３４】
また、無電解メッキ法による下引層１０２は、その厚さが０．０１μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。下引層１０２の形成に無電解メッキ法を用いた場合には、電解を用いないので、電解メッキ法よりも基材１０１の表面に均一な層厚の下引層１０２を形成することができる。この均一な層厚により第１メッキ層１０３、第２メッキ層１０４の内部応力を下引層１０２が場所によらず均一に受けることができるので、第１メッキ層１０３、第２メッキ層１０４の剥離を防止する上で好ましい。この下引層１０２の厚さを０．０１μｍ〜１００μｍとして熱処理を施すことで、基材１０１と下引層１０２との付着力を向上でき、その後に第１メッキ層１０３、第２メッキ層１０４を形成した際の付着力を向上できる。なお、この下引層１０２にはニッケルとリン以外の物質が含有されていてもよい。
【００３５】
この無電解メッキ法による下引層１０２形成後に、基材１０１と下引層１０２との剥離を防止し付着力を向上するために２００℃以上７００℃以下の熱処理を施すことができるが、このＮｉとＰを含有する下引層１０２は上述したように非晶質であることが好ましく、従って、基材１０１に下引層１０２を形成した後、５００℃以上で熱処理を施すと、下引層１０２が結晶化し、硬度がＨｖ８００近くまで高くなって、下引層１０２にクラックが入ったりし易すいことがある。以上のようなことから、下引層１０２形成後に行う熱処理の条件としては、結晶化が起きないかもしくは結晶化が起きるにしても緩やかに結晶化する程度の加熱温度で行うのが好ましい。３００℃〜４００℃程度の温度で、２〜４時間の加熱時間をかけて、基材１０１と無電解メッキ法による下引層１０２との金属原子がある程度充分に拡散される熱処理を行うことが特に好ましい。
【００３６】
また、無電解メッキ法による下引層１０２の厚さは、前述のように０．０１μｍ〜１００μｍで特に基材１０１と下引層１０２との付着力向上の効果が見られるが、この下引層１０２の硬度は電解ニッケルメッキ法による下引層１０２に対して比較的高いため、第１メッキ層１０３、第２メッキ層１０４を施した際の強力な引張り応力に耐えられずクラックや剥離が発生する場合がある。これを防止するために、下引層１０２の厚さは０．３μｍ〜１０μｍであることが特に好ましい。さらに、この下引層１０２は熱処理による加熱によって特に表面が酸化しやすく、それを防止するためには真空炉を用いて熱処理を行うことが必要である。その際の真空度しては１０−４Ｐａ以下でもよく、その程度で表面の酸化を防止できる。
【００３７】
続いて、上記の成形機１を使用した成形体の製造方法について説明する。なお、この成形機１によって成形する成形体としては、透明性を要求される光学用途の成形体が好ましい。
【００３８】
まず、プラスチック材料をホッパ５１に入れ、スクリュー５２によりノズル５５の方向に搬送しつつ、ヒータ５４で溶融させる。
【００３９】
次に、融けたプラスチック材をノズル５５、スプルー２１より射出成形型２のランナー２２、ゲート２３、キャビティ２４に注入し、加圧成形する（図２（ａ）参照）。
【００４０】
次に、プラスチック材料が固化して成型体（光学素子１０）が形成されたら、可動型４を固定型３から離間させる。これにより、可動型４側に成型体が残る。
【００４１】
そして、突き出し部材４３によって突き出し型４１を型本体４２から突出させることにより、型本体４２から成型体を取り出し、成型体の製造が完成する（図２（ｂ）参照）。
【００４２】
以上の射出成形型２によれば、ＺｒＯ２を含有する基材１０１と、基材１０１上に形成され、Ｎｉの含有率が８５ｗｔ％以上となるように、Ｎｉ及びＰを含有する第１メッキ層１０３と、第１メッキ層１０３上に形成され、Ｐの含有率が１ｗｔ％以上、１５ｗｔ％以下、Ｃｕの含有率が２５ｗｔ％以上、６０ｗｔ％以下、残りの主成分がＮｉであるように、Ｎｉ、Ｐ及びＣｕを含有する第２メッキ層１０４とを備えているので、第２メッキ層１０４表面にピンホールやクラックが発生することや、第１メッキ層１０３や第２メッキ層１０４自体が剥離してしまうことが抑制され、成形体の品質を高めることが可能となる。
【００４３】
また、第１メッキ層１０３、第２メッキ層１０４の少なくとも１つが無電解メッキ法により形成されているので、これらの層を均一な厚みで非晶質に形成することができる。
【００４４】
また、第１メッキ層１０３の厚みが、８μｍ以上、２５μｍ以下であるので、切削加工後の第２メッキ層１０４の状態をより高めることができる。
【００４５】
そして、第２メッキ層１０４の厚みが、１μｍ以上、１５０μｍ以下であるので、切削加工後の第２メッキ層１０４の状態をより高めることができる。
【００４６】
また、基材１０１と第１メッキ層１０３との間に、無電解メッキ法により形成された下引層１０２が形成されているので、下引層１０２の厚さを均一とすることができる。この均一な層厚により第１メッキ層１０３、第２メッキ層１０４の内部応力を下引層１０２が場所によらず均一に受けることができるので、第１メッキ層１０３、第２メッキ層１０４の剥離を防止する上で好ましい。
【００４７】
下引層１０２は、Ｎｉの含有率が９０ｗｔ％以上で、なおかつ第１メッキ層１０３のＮｉの含有率よりも高い含有率となるように、Ｎｉ及びＰを含有しているので、切削加工後の第２メッキ層１０４の状態をより高めることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４９】
（１）試料の作製
ＺｒＯ２を含有する基材１０１の表面上に厚さ５μｍの下引層１０２を無電解メッキ法によって形成した。この下引層１０２は、Ｎｉの含有率が９３ｗｔ％で、残りの主成分をＰとして形成した。
同様に、無電解メッキ法によって、下引層１０２の表面上に厚さ２２μｍの第１メッキ層１０３を形成した。この第１メッキ層１０３は、ＮｉとＰとを含有しており、それぞれの含有率は表１に示す組み合わせとした。
さらに、無電解メッキ法によって、第１メッキ層１０３の表面上に厚さ１００μｍの第２メッキ層１０４を形成した。この第２メッキ層１０４は、Ｎｉ、Ｐ及びＣｕを含有しており、それぞれの含有率は表１に示す組み合わせとした。
【００５０】
（２）評価
そして、各組み合わせにより形成された第２メッキ層１０４に対して、帯１本の幅２０μｍ、深さ２μｍの輪帯状の回折パターンＤＰを切削加工し、その加工面の状態を目視により評価した。なお、評価基準は、以下の通りである。
【００５１】
○：クラックやピンホール、剥離が現出していない。
×：クラックやピンホール、剥離が現出している。
【００５２】
【表１】
2008229885.tif 000003
【００５３】
この表１に示すように、第１メッキ層１０３のＮｉの含有率が８５ｗｔ％以上で、なおかつ第２メッキ層１０４のＰの含有率が１ｗｔ％以上、１５ｗｔ％以下、Ｃｕの含有率が２５ｗｔ％以上、６０ｗｔ％以下である場合（実施例１，２，３，４，５，６）には、いずれにおいても加工面にはクラックやピンホール、剥離が現出していないことが分かった。一方、上記の範囲に収まっていない場合（比較例１，２，３，４，５）には、クラックやピンホール、剥離が現出してしまうことが分かった。
【００５４】
次に、条件６において第１メッキ層１０３の厚さを表２に示すように異ならせたものに対して厚さ１００μｍの第２メッキ層１０４を無電解メッキ法により形成した。その後、第２メッキ層１０４に対して、上述の回折パターンＤＰを切削加工し、その加工面の状態を目視により評価した。なお、評価基準は、以下の通りである。
【００５５】
○：クラックやピンホール、剥離が現出していない。
◎：クラックやピンホール、剥離が現出しておらず、さらに加工面が滑らか。
【００５６】
【表２】
2008229885.tif 000004
【００５７】
この表２に示すように、第１メッキ層１０３の厚さが、８μｍ以上、２５μｍ以下である場合（実施例７，８）には、いずれにおいても加工面の状態は、クラックやピンホール、剥離が現出しておらず、さらに滑らかであることが分かった。一方、上記の範囲に収まっていない厚さの場合（比較例６，７）には、加工面の状態は、クラックやピンホール、剥離が現出していないことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施形態に係る射出成形型を備える成形機の概略構成を示す概念図である。
【図２】図１の成型機に備わる固定型と可動型を表す説明図であり、（ａ）は固定型と可動型が近接した状態を表し、（ｂ）は固定型と可動型が離間した状態を表している。
【図３】本実施形態に係る射出成形型の表面部分を拡大した断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
２      射出成形型
１０１      基材
１０２      下引層
１０３      第１メッキ層
１０４      第２メッキ層
【図１】
2008229885.tif 000005
【図２】
2008229885.tif 000006
【図３】
2008229885.tif 000007