(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
型取り面および裏当て面を有するスタンパと、
前記裏当て面に接触する複数の突出部を有する対向面を備える支持ブロックと、
前記複数の突出部の側部の間に配置され、前記対向面を前記裏当て面に接着する接着剤と、
を具備する型用インサート。
【請求項２】
型用インサートの製造方法であって、
型取り面と裏当て面とを有するスタンパを作製することと、
複数の突出部を有する対向面を備える支持ブロックを作製することと、
前記裏当て面を前記複数の突出部に接触させて配置することと、
前記スタンパを前記支持体に、前記突出部の側部の間に配置された任意量の接着剤により接着することと、
を含む製造方法。
【請求項３】
型取り面および裏当て面を有するスタンパと、
対向面を有する支持ブロックと、
前記裏当て面および前記対向面の少なくとも一方にある複数の突出部であって、該裏当て面および該対向面の他方に接触する複数の突出部と、
前記複数の突出部の側部の間に配置され、前記対向面を前記裏当て面に接着する接着剤と、
を具備する型用インサート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、射出成形に関する。より詳細には、本発明は、精密な表面、特に光学等級の表面の射出成形用の工具の作成に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形は、ポリマー中に多数の同様の部品を製造するのに長い間選択されている方法の一つである。しかしながら、成形する部品が、例えば、精細な構造の中で高精度の寸法を必要とするときは、好適な型を製造することが急に困難となってしまう。単純な部品の幾何形状だと、型表面を直接機械加工することが可能である。しかしながら、より複雑な状況においては、ダイヤモンド旋削、ダイレクトカット法およびブローチ削りのような技術により硬質銅の表面を作成し、銅マスタを用いて、後のポリマー成形プロセス用にニッケル中で電鋳を作成することが知られている。
【０００３】
かかる電鋳を用いるのは有用な技術であるが、これらの表面を型に取り付ける方法がなく制限を受けている。例えば、電鋳スタンパは、メカニカルファスナ、周囲溶接、はんだ付けおよびろう付けにより厚いプレートに取り付けられている。また、１２．７ｍｍ（０．５インチ）のモノリシックめっきが型への直接挿入用に製造されている。しかしながら、これらのいずれも広い商業用途を有する実行可能な技術ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンパクトディスク業界は例外であり、マスタは、フォトリソグラフィーを用いて作成されることが多く、電鋳スタンパはこれらのマスタから作成される。中央に穴を備えた円形部品へと変形する後の操作によって、内側リングと外側保持リングの２つのリングを用いることにより型へと取り付けられて、電鋳の周囲を捕捉またはその「額縁」となり、製品の２つの直径を形成する。しかしながら、１３０ｍｍより大きな製品については、プロセス中のスタンパの偏向を制限するのに外径および内径での保持が十分でないため、この技術は実際的ではない。業界では、様々な部品サイズおよび幾何形状に有効で適用可能な、精密な表面を備えたインサートを有する型を提供する方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、型取り面と裏当て面とを有するスタンパを含む型用インサートを提供する。このインサートはまた、裏当て面と接触している複数の突出部を有する対向面を有する支持ブロックも有している。ある量の接着剤が対向面を裏当て面に接着する突出部間に配置されている。
【０００６】
第２の態様において、本発明は、型用インサートを製造する方法を提供する。本方法には、型取り面と裏当て面とを有するスタンパを製造する工程と、複数の突出部を有する対向面を有する支持体を製造する工程とが含まれる。裏当て面は、複数の突出部と接触配置され、スタンパは突出部間に配置されたある量の接着剤により支持体に接着されている。
【０００７】
添付の図面のいくつかにおいては、同じ部品には同じ参照番号が付与されている。
【０００８】
本明細書に開示した特許、特許出願および文献は、それぞれ（その全体が）参考文献として組み込まれる。上記の説明は例証のためであり、限定のためではないものと考えられる。本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および目的から逸脱することなしに上述の説明から当業者には明白であり、本発明はここに規定した説明のための実施形態に不当に限定されないものと理解されるものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、接着剤を用いて構成要素をいかに接合して、例えば、射出成形の部品を形成可能なインサートを形成するかを教示するものである。起こりえるかは明白ではないが、熱可塑性射出成形型は、操作中、即時かつ激しい温度サイクルを受ける。接着剤は、熱導電性に乏しい傾向があり、スタンピング面を型の熱質量のバルクから分離する接着層は、そのサイクル時間を大幅に延ばしてしまう。さらに、接着剤の完全性は、かかる厳しい熱応力下では、通常すぐに失われてしまう。
【００１０】
図１を参照すると、本発明によるインサート１２を含む射出成形型１０面の斜視図を示す。図示した型１０には、第１の型部分１４および第２の型部分１６が含まれているが、当業者であれば、熱可塑性射出成形型は３つ以上の主部を含んでいてもよいことが分かるであろう。第１および第２の型１４および１６は、大量の熱質量および／または導電性を与える材料、例えば、鋼、アルミニウムまたは銅およびその合金でできている。かかる構造は、入力ポート１８により型１０へと圧力をかけて導入された溶融ポリマーから型により形成されたポリマー部分から熱を取り去る作用をする。任意で、冷却チャネル２０を介して、例えば、冷却水の導入により型１０をさらに冷却してもよい。インサート１２は、図示した実施形態においては、第１の型部分本体２２と接触しているが、本発明の他の実施形態においては、２つ以上の型部分がインサートを有していてもよいものと考えられる。
【００１１】
図２を参照すると、断面線２−２に沿った図１の型１０の断面端面図を示す。この図において、インサート１２は、型取り面３２と裏当て面３４とを有するスタンパ３０を含んでいることが分かる。型取り面３２自身には、型１０により成形されるポリマー部分に与えられるのと逆のパターンが含まれている。型取り面３２は裏当て面３４と異なる材料でできている必要はないが、後述してある通り、異なる材料でできている方が都合が良いことが多い。
【００１２】
スタンパ３０は、支持ブロック４０により支持されている。支持ブロック４０は、複数の突出部４４を有する対向面４２を有しており、複数の突出部４４は裏当て面３４と接触している。ある量の接着剤４６が対向面４２を裏当て面３４に接着する突出部４４間に配置されている。突出部４４は様々な幾何形状を有していてよいが、突出部４４は裏当て面３４に接触する略平坦な上面４８を有していると都合が良いことが多い。上面４８が略平坦であると、スタンパ３０を第１の型部分本体２２に対して適切な位置にすることが特に容易にできる。接着剤４６との接着接合を良好にするために、略平坦な上面４８に対してアンダーカットされた側部５０を突出部４４が有しているのも都合が良いことが多い。しかしながら、本発明は、突出部４４の側部５０の抜き勾配が負、ゼロ、正のいずれであっても操作可能である。
【００１３】
裏当て面３４の少なくとも約５％が、突出部４４の平坦な上面４８と接触していなければならない。これには兼ね合いが必要である。というのは、支持ブロック４０に対するスタンパ裏当て面３４間の接合は接着剤４６によりなされるが、接着剤は裏当て面３４に表面積を必要とし、一方、スタンパ３０から支持ブロック４０への熱の移動は突出部４４によりなされるが、突出部も裏当て面３４に表面積を必要とするためである。裏当て面３４の約５パーセントから５０パーセントが突出部４４の平坦な上面４８と接触している実施形態は特に好適と考えられる。裏当て面３４の約１０パーセント〜３５パーセントが平坦な上面４８と接触しているとき良好な結果が得られる。
【００１４】
裏当て面３４と突出部４４が特定の量の粗さを有しているとき良好な結果が得られる。かかる粗さが、担持に良好な保持面を接着剤４６に与える。スタンパ３２が支持ブロック４０に装着されると、突出部４４の上面４８に意図せずに配置された接着剤用のマイクロチャネルも提供される。約２．５ミクロンの粗さ（ｒｍｓ）が約１５，０００センチポアズの接着剤粘度および約１２Ｍｐａの組付き力には好適と考えられる。上面４８が裏当て面３４と直接接触しているときに最良の結果が得られるものと考えられるが、接着剤４６を少なくともいくつかの上面４８と裏当て面３４の間から完全に排除するのが常に好適なわけでもない。本出願において、「裏当て面と接触する複数の突出部」という言い回しには、突出部４４の一部または全て、それらの間および裏当て面３４の上に接着剤４６の薄い層が存在していてもよいという可能性が含まれる。
【００１５】
インサート１２を製造する方法は、型取り面３２と裏当て面３４を有するスタンパ３２を製造する工程から始まる。スタンパ３２を製造する一つの簡便な方法は、パターン化表面を備えたマスタを製造することから始まる。マスタは、それぞれに適した様々な技術を用いて様々な有機および無機材料から簡便に作成される。例えば、金属から作成したマスタは、機械加工、ダイヤモンド旋削、研作、電鋳、イオンビームエッチング電子放電機械加工（ＥＤＭ）等のような方法により簡便に成形される。ポリマーから作成されたマスタは、フォトリソグラフィー、レーザーアブレーション、機械加工、ダイヤモンド旋削等により簡便に成形される。
【００１６】
次に、型取り面３２になる部分をマスタのパターン化表面上で電鋳する。ニッケルが最も好適な型取り面であることが多く、それを適用するには電解と無電解プロセスの両方とも好適である。次に、任意で、裏当て面となる部分を、型取り面の下側となる部分に配置する。高熱導電性と接着接合のための基材としての良好な特性のために、銅および銅合金が最も好適な裏当て面であり、それを適用するには電解プロセスが一般的に好適である。最後に、型取り面をマスタのパターン化表面から分離する。これは、分離させ始めるためのレバーとしてマスタと型取り表面間の界面でナイフの先端を軽く用いて、手で行うのが良い。
【００１７】
インサートの製造方法は、支持ブロック４０の製造へと進む。支持ブロック４０は、型取り面からの熱の除去を最大にするのが望ましいときは、銅またはその合金から製造されるが、鋼のようなその他の金属を用いてもよい。複数の突出部は、精細金属製造に一般的に用いられる様々な構造化方法により、例えば、銅ブロックの表面上に作成される。約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）〜６．３５ｍｍ（０．２５０インチ）の高さの突出部が効果的であると考えられる。約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）〜０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）の高さの突出部で良好な結果が得られている。支持ブロック４０は、例えば、金属銅の単一ブロックから、または図２に示すようなベース層５２により支持された表面層５０上に突出部４４のある複合体として好適に作成できる。
【００１８】
裏当て面を、支持ブロックの対向面となった複数の突出部と接触配置させる。スタンパを突出部間に配置されたある量の接着剤により支持ブロックに接着する。成形する材料を溶融するのに必要な温度、成形速度、および射出成形に与えた冷却システムの効率のような因子に応じて、異なる部類の接着剤を用いてもよい。本発明に予測される多くの用途について、エポキシ接着剤およびシリコーン接着剤のような接着剤を用いてもよい。好適な接着剤としては、ミネソタ州セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ,  Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）より市販されているスコッチ−ウェルド（Ｓｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ）ＥＣ−３４４８一液性エポキシおよびスコッチ−ウェルド（Ｓｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ）ＤＰ−４２０二液性エポキシが挙げられる。本発明では、多くの伝熱が突出部を通して生じることが予測されるが、適切な接合強度および熱応力に対する抵抗性を与えるという限定で、できる限りの伝熱特性を備えた接着剤を選択するのも好適である。これを行う一つの方法は、金属充填接着剤を用いることであり、金属充填高温エポキシ樹脂系が特に有用であると考えられる。特に、ロードアイランド州クランストンのエポキシＥｔｃ．（Ｅｐｏｘｉｅｓ，Ｅｔｃ．，Ｃｒａｎｓｔｏｎ，ＲＩ）より７０−３８１０として市販されている金属充填高温エポキシ樹脂系が好適と考えられる。
【００１９】
好ましくはないが、略平坦な対向面と接触する突出部を裏当て面に備えたものにより本発明を実現するのも可能である。かかるものは、型取り面の寸法正確性を損なうことなく製造するにはコストがかかるが、本発明の範囲内と考えられる。
【００２０】
上述したインサートは、従来の射出成形に用いて、精細な部分を有する部品を簡便に提供することができる。インサートおよびその方法は、例えば、圧縮やブロー成形のようなその他の成形および押出し操作にも向いている。型取り面が摩耗したり、製品設計に調整が必要なときにインサートを比較的低コストで交換できるためコストを削減できる。本発明は、光学インターフェースおよびディスプレイ用、マイクロエレクトロニクスおよびデータ記憶製品用、微生物検出器用、薬剤分配用およびゲノミクスおよびプロテオミクスに好適なツール用部品を作成するのに特に有用であると考えられる。
【実施例】
【００２１】
実施例１
本発明による射出成形用インサートをＰＤＡのバックライトの成形のために製造した。必要なバックライトは、６４ｍｍ×６８ｍｍ×１ｍｍであり、ペンシルバニア州ブリストルのアトハース（Ａｔｏｈａａｓ）Ｎ．Ａ．（Ｂｒｉｓｔｏｌ，ＰＡ）より特に処方Ｖ８２５として市販されているポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）から作成した。バックライトは一連の並列な畦を必要とし、形状は梯形であり、上部の幅が１７．８ミクロンであり、約１００〜１５０ミクロン離れていた。本実施例の残りによる完成したバックライトの顕微鏡写真を図３に示す。
【００２２】
バックライトの形状を、厚さ０．５ｍｍの銅中で機械加工し、マスタを形成して、マスタを化学的にパッシベートした。ニッケル層を、電解めっきによりマスタ上に電鋳し、スタンパの型取り面となるものを形成した。ニッケル層の厚さは約５００ミクロンであった。
【００２３】
厚さ約６００ミクロンの銅層がニッケル表面に付着するまで、めっきしたマスタを硫酸銅溶液中で電気めっきによりさらに処理した。ニッケル型取り面および銅裏当て面を備えたスタンパを手の張力によりマスタから分離した。最終工程として、表面３４（図２に図示）を平坦化した。
【００２４】
支持ブロックをアンプコアロイ（Ａｍｐｃｏ  Ａｌｌｏｙｓ）製ＰＡＳ９４０銅合金から製造した。銅合金ブロックの平坦面を構造化させて、隆起突出部の配列を作成した。各突出部の高さは約０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）、平方上面の各側は約０．２５ｍｍ（０．０１０インチ）であった。突出部は、中心間が約０．５１ｍｍ（０．０２０インチ）分離した直線配列で構成した。突出部は四隅全てが約０．０５ｍｍ（０．００２）インチ僅かにアンダーカットされていた。
【００２５】
突出部の上面およびスタンパの裏当て面を研磨媒体で処理して、約２．５ミクロンの表面粗さを与えた。ある量のロードアイランド州クランストンのエポキシＥｔｃ．（Ｅｐｏｘｉｅｓ，Ｅｔｃ．，Ｃｒａｎｓｔｏｎ，ＲＩ）より７０−３８１０として市販されている金属充填高温エポキシ樹脂系を突出部間の支持ブロックに付着させた。スタンパの裏当て面を、接着剤を用いた支持ブロックに接着した。裏当て面を突出部の上面と密着させてインサートを形成した。
【００２６】
インサートを他は従来の構造である鋼射出成形型の成形部分本体へと組み込んだ。インサートに鋼射出成形部分にある対応の突起に対して嵌合させた側にショルダを与え、インサートを適所にボルト留めした。射出成形型を、２２５℃の温度および操作圧力６０ＭＰａでポリメチルメタクリレートを提供する押出し機に接続した。射出成形型を従来の技術を用いて操作して、記載したバックライトを形成した。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によるインサートを含む射出成形型面の斜視図である。
【図２】断面線２−２に沿った図１のインサートの断面側面図である。
【図３】本発明によるインサートを含む型から射出成形されたポリマーから形成された例示的な光学要素の表面の顕微鏡写真である。
【図１】
0004607599.tif 000002
【図２】
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【図３】
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