(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形品の形状に対応する形状の凹部を有する下型、光の透過性を有する上型、及び上型を通して下型の凹部に充填した光硬化性樹脂に光を照射する光照射部を備え、下型には成形品の離型性を向上させる表面処理を施してあり、上型と下型が開く度に、成形品が付着している上型をその上型の長手方向に下型の幅以上移動する手段を備え、連続して成形品を製造することを特徴とする微小部品の成形用装置。
【請求項２】
成形品の形状に対応する形状の凹部を有する下型、光の透過性を有する上型、及び上型を通して下型の凹部に充填した光硬化性樹脂に光を照射する光照射部を備え、下型には成形品の離型性を向上させる表面処理を施してあり、上型と下型が開く度に、下型と光照射部とを成形品が付着している上型の長手方向に下型の幅以上移動する手段を備え、連続して成形品を製造することを特徴とする微小部品の成形用装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微小部品の成形用装置において、前記上型は、板状ガラスから成ることを特徴とする微小部品の成形用装置。
【請求項４】
成形品の離型性を向上させる表面処理を施した下型の凹部に光硬化性樹脂を充填した後、光の透過性を有する上型が光硬化性樹脂を押圧するように、下型と上型とを閉じ、その閉じた状態で上型を通して光硬化性樹脂に光を照射して光硬化性樹脂を硬化し、上型と下型が開く度に、成形品が付着している上型をその上型の長手方向に下型の幅以上移動して連続して成形品を製造することを特徴とする微小部品の成形方法。
【請求項５】
成形品の離型性を向上させる表面処理を施した下型の凹部に光硬化性樹脂を充填した後、光の透過性を有する上型が光硬化性樹脂を押圧するように、下型と上型とを閉じ、その閉じた状態で上型を通して光硬化性樹脂に光を照射して光硬化性樹脂を硬化し、上型と下型が開く度に、下型と光照射部とを成形品が付着している上型の長手方向に下型の幅以上移動して連続して成形品を製造することを特徴とする微小部品の成形方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の微小部品の成形方法において、前記上型は、板状ガラスから成ることを特徴とする微小部品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、微小部品の成形用装置及び微小部品の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来微小部品の製造には、光硬化性樹脂を用いたマイクロ造形法と射出成形法とがある。
マイクロ造形法は、光硬化性樹脂を所定形状に薄く塗布し、レーザービームを照射して硬化し、硬化した樹脂の上にさらに光硬化性樹脂を塗布して光を照射する作業を繰返して、硬化した樹脂層を積層して所定の部品を造形する方法であるが、積層面に段差が生じ、その段差の影響は、部品が小型になるほど相対的に大きくなる。したがって微小部品の製造には、精度の面で問題がある。また造形品の最小サイズは、レーザービームの径で決まるため、現在は、数μｍが限度である。かつ従来のマイクロ造形法は、浴槽に大量の光硬化性樹脂を用意する必要がある。
【０００３】
射出成形法は、コアーとキャビティとの隙間（空間）に、スプルーやランナー等の湯道を介して、溶融した高温の合成樹脂を高圧で注入し、冷却して合成樹脂を硬化させた後、金型を開いて成形品を取り出す方法であるが、高熱により型変形を生じる。そのため成形品の精度が低下し、微小部品の製造方法としては問題がある。またコアーとキャビティの間に溶融した合成樹脂を圧入し、冷却して合成樹脂が硬化してから、金型を開かなければならないため、次の成形サイクルに移るまでに時間がかかる。
【０００４】
さらにコアーとキャビティの間に溶融した合成樹脂を圧入する装置や、コアーとキャビティを冷却する装置、湯道等が必要になるため、装置が大型になり、高価になる。射出成形装置は、一般に金型を開いた際、成形品をコアーから外すために、ノックアウトピン等を使用しているが、金型の構造が複雑になり、かつ部品数が多くなって高価になる。また成形品がマイクロメートルのレベルになると、ノックアウトピン等の使用は、難しくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、従来の光硬化樹脂を用いたマイクロ造形法と射出成形法の前記問題点に鑑み、マイクロ造形法と射出成形法の利点を活かして、光硬化性樹脂により精度の高い微小部品を、簡単な装置により、容易に製造することを目的とし、そのための微小部品の成形用装置及び微小部品の成形方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の微小部品の成形用装置は、成形品の形状に対応する形状の凹部を有する下型、光の透過性を有する上型、及び上型を通して下型の凹部に充填した光硬化性樹脂に光を照射する光照射部を備え、下型には成形品の離型性を向上させる表面処理を施してあり、上型と下型が開く度に、成形品が付着している上型をその上型の長手方向に下型の幅以上移動する手段を備え、連続して成形品を製造することを特徴とする。
請求項２に記載の微小部品の成形用装置は、成形品の形状に対応する形状の凹部を有する下型、光の透過性を有する上型、及び上型を通して下型の凹部に充填した光硬化性樹脂に光を照射する光照射部を備え、下型には成形品の離型性を向上させる表面処理を施してあり、上型と下型が開く度に、下型と光照射部とを成形品が付着している上型の長手方向に下型の幅以上移動する手段を備え、連続して成形品を製造することを特徴とする。
請求項３に記載の微小部品の成形用装置は、請求項１又は請求項２に記載の微小部品の成形用装置において、前記上型は、板状ガラスから成ることを特徴とする。
請求項４に記載の微小部品の成形方法は、成形品の離型性を向上させる表面処理を施した下型の凹部に光硬化性樹脂を充填した後、光の透過性を有する上型が光硬化性樹脂を押圧するように、下型と上型とを閉じ、その閉じた状態で上型を通して光硬化性樹脂に光を照射して光硬化性樹脂を硬化し、上型と下型が開く度に、成形品が付着している上型をその上型の長手方向に下型の幅以上移動して連続して成形品を製造することを特徴とする。
請求項５に記載の微小部品の成形方法は、成形品の離型性を向上させる表面処理を施した下型の凹部に光硬化性樹脂を充填した後、光の透過性を有する上型が光硬化性樹脂を押圧するように、下型と上型とを閉じ、その閉じた状態で上型を通して光硬化性樹脂に光を照射して光硬化性樹脂を硬化し、上型と下型が開く度に、下型と光照射部とを成形品が付着している上型の長手方向に下型の幅以上移動して連続して成形品を製造することを特徴とする。
請求項６に記載の微小部品の成形方法は、請求項４又は請求項５に記載の微小部品の成形方法において、前記上型は、板状ガラスから成ることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本願発明の実施の形態に係る成形用装置の構成を示す。
図１（ａ）は、斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢印Ｘ１方向の平面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＸ２−Ｘ２部分の断面図である。
図において、１は、上型固定部材、２は、ガラスの上型、５は、光ファイバー等の紫外線照射部、６は、下型固定部材、７は、金属の下型、９は、スプリング（ゴムでもよい）、１０は、ガイドピンである。
【０００８】
ガラスの上型２は、平板形状のガラスから成り、上型固定部材１の凹部３に固定してある。金属の下型７は、下型固定部材６の凹部８に上下動可能に取付けてあり、スプリング９により上方へ押し上げられている。金属の下型７には、光硬化性樹脂を充填する凹部７１を形成してある。凹部７１は、成形品の形状に対応する形状に加工してある。本実施の形態は、円盤状の成形品を製造する例を示してある。
紫外線照射部５は、上型固定部材１の筒状穴部４に取付けてある。紫外線照射部５は、金属の下型７の凹部７１に充填した光硬化性樹脂に、ガラスの上型２を通して紫外線を照射する。
【０００９】
ガラスの上型２と金属の下型７は、上型固定部材１と下型固定部材６が閉じた際、光硬化性樹脂を封入する空間を形成する。したがって機能的には、金属の下型７は、従来の射出成形装置のキャビティに、ガラスの上型２は、コアーに対応している。
【００１０】
本実施の形態においては、上型固定部材１、下型固定部材６は、大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍ、金属の下型７は、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚み５ｍｍ、ガラスの上型２は、大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚み２ｍｍのものを使用し、金属の下型７の凹部７１は、深さ０．１μｍに形成した。この金属の下型７を使用して、１文字の大きさが約２００μｍ×２００μｍの漢字を、５文字成形したが、鮮明な文字を成形することができた。なお金属の下型７の凹部７１の深さは、０．１μｍに限らず、成形品の形状に応じて数μｍ〜数ｍｍに加工することもできる。
【００１１】
ガラスの上型２には、成形品の形状に対応する凹部や凸部を形成することもできる。またガラスの上型２は、ガラスに限らず光を透過するものであれば、例えば、プラスチックでもよい。また光硬化性樹脂に照射する光は、紫外線に限らず、光硬化性樹脂が紫外線以外の光により硬化するものの場合には、紫外線以外の光を使用する。
金属の下型７の凹部７１は、研磨加工、ホトリソグラフィ、ＳＰＭ顕微鏡加工等により形成することができる。また凹部７１の内面は、ナノメートルオーダーの粗さで仕上げることができるから、高精度の成形品を製造することができる。
【００１２】
図２は、本願発明の実施の形態に係る成形用装置により、成形品を製造する手順を示す。図１と同じ部分は、図１と同じ符号を使用している。
図２（ａ）のようにうに上型固定部材１と下型固定部材６とが開いているとき、金属の下型７の凹部７１に潤滑液を塗布して、その凹部７１に光硬化樹脂１１を充填する。本実施の形態は、マイクロピペットを使用して、金属の下型７の凹部７１に光硬化性樹脂１１を滴下して充填した。なお本実施の形態は、光硬化性樹脂として、アデカラスキュアＨＳ−６８０（商品名）を使用した。
【００１３】
次に図２（ｂ）のようにうに上型固定部材１と下型固定部材６とを閉じ、紫外線照射部５から、ガラスの上型２を通して光硬化性樹脂１１へ紫外線を照射し、硬化させる。光硬化性樹脂１１は、紫外線を照射すると０．１〜０．５秒程度で硬化する。
【００１４】
次に図２（ｃ）のように上型固定部材１と下型固定部材６とを開くと、ガラスの上型２には潤滑液を塗布してないため、成形品１２は、ガラスの上型２に付着した状態で、金属の下型７の凹部７１から抜ける。型抜きされた成形品１２は、ガラスの上型２から剥し取る。なお光硬化性樹脂は、接着性を有するため、ガラスの上型２を押圧した際、成形品１２は、ガラスの上型２に付着し易い。したがって、本願発明は、従来の射出成形装置に一般に使用されているノックアウトピン等に相当する手段を設けなくても、成形品の型抜きが可能になり、作業性が向上するとともに、装置が簡単になる。なおガラスの上型２の表面は、洗浄しておくと（いわゆる濡れ処理を施すと）、ガラスの上型２の成形品に対する付着力は一層高くなる。
【００１５】
本実施の形態は、図２（ｂ）のように上型固定部材１と下型固定部材６とが閉じたとき、従来の射出成形のように、ガラスの上型２と金属の下型７との隙間に溶融した合成樹脂を圧入する必要がなく、図２（ａ）のように上型固定部材１と下型固定部材６とが開いているときに、金属の下型７の凹部７１に液状の光硬化性樹脂１１を滴下するのみでよい。したがって本実施の形態は、成形装置が簡単になり、成形作業が容易になる。
【００１６】
本実施の形態は、従来の射出成形のように光硬化性樹脂１１を加熱しないから、冷却装置を設けて上型、下型を冷却する必要がない。したがって本実施の形態は、成形装置が簡単になり、成形作業が容易になり、かつ成形サイクルが短縮する。また加熱による型変形も生じない。
【００１７】
図２（ａ）は、金属の下型７の凹部７１に潤滑液を塗布する例について説明したが、潤滑液を塗布する代わりに、凹部７１の内面にテフロン、フッ素樹脂、ＴｉＮ、ハードクロム等をコーティングして、離型性向上の表面処理を施してもよい。この場合には、成形の都度凹部７１に潤滑液を塗布する必要がないから、成形作業が簡単になる。
【００１８】
図３は、本願発明の実施の形態に係る連続成形用装置の構成を示す。図３（ａ）は、ガラスの上型２の長手方向の断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＸ３−Ｘ３部分の断面図、図３（ｃ）は、上型固定部材と下型固定部材とが閉じた状態の断面図である。図１と同じ部分は、図１と同じ符号を使用している。
【００１９】
上型固定部材１には、ガラスの上型２の長手方向に伸びる凹部３１を形成し、ガラスの上型２を支持する支持部材１７を取付け、ガラスの上型２が、上型固定部材１の凹部３１に沿って移動できるように構成してある。ガラスの上型２は、アーム駆動装置１３によって駆動されるアーム１４により、上型固定部材１と下型固定部材６とが開く度に、図３（ａ）の左方向へ所定距離だけ移動する。
【００２０】
１６は、光硬化性樹脂を滴下する光硬化性樹脂滴下部材で、光硬化性樹脂滴下部材の駆動装置１５により駆動され、上型固定部材１と下型固定部材６とが開いている間に、金属の下型７の凹部に光硬化性樹脂１１を滴下し、上型固定部材１と下型固定部材６とが閉じるときは、図３（ｃ）のように上型固定部材１と下型固定部材６とが対向する空間の外へ退却する。
【００２１】
成形用装置は、まず図３（ａ）、図３（ｂ）のように、光硬化性樹脂滴下部材１６により、金属の下型７の凹部に光硬化性樹脂１１を滴下する。次に図３（ｃ）のように上型固定部材１と下型固定部材６とを閉じる。その状態において紫外線照射部５から、光硬化性樹脂１１へ紫外線を照射して、光硬化性樹脂１１を硬化させる。なお上型固定部材１と下型固定部材６とが閉じたとき、支持部材１７は、下型固定部材６の凹部１８に逃げるため、支持部材１７が型締めの障害になることはない。
【００２２】
次に上型固定部材１と下型固定部材６とが開くと、図示しない検出装置がそれを検知し、アーム駆動装置１３が動作してアーム１４を図３（ａ）の左方向へ移動し、ガラスの上型２を移動する。移動量は、金属の下型７の幅以上に設定する。ガラスの上型２は、成形品１２を付着した状態で移動する。したがって図３の成形用装置は、ガラスの上型２に成形品を付着させたまま連続して成形品を製造することができる。
【００２３】
図３は、成形用装置の開閉１サイクル毎に、ガラスの上型２を移動する装置について説明したが、ガラスの上型２は固定し、紫外線照射部５と金属の下型７を、ガラスの上型２に沿って移動させてもよい。この場合には、例えば、上型固定部材１と下型固定部材６に、ガラスの上型２の長手方向に伸びる凹部を形成し、それらの凹部に沿って紫外線照射部５と金属の下型７を移動するように構成すればよい。
【００２４】
また光硬化性樹脂滴下部材１６に代えて、手作業で光硬化性樹脂を滴下することもできるし、従来の射出成形装置に使用されているスプルーやランナー等の湯道を使用することもできる。
【００２５】
図４は、本願発明の実施の形態に係る金属の下型の変形例を示す。
図１〜図３の場合には、1個の金属の下型で1個の成形品を製造する例について説明したが、図４（ａ）のように、1個の金属の下型７に複数個（例えば6個）の成形品の形状に対応する形状の凹部７１を形成することもできる。また図４（ｂ）のように、各凹部７１に共通の溝７２を形成し、この溝７２に光硬化性樹脂を滴下するように構成することもできる。この場合には、溝７２の1箇所に光硬化性樹脂を滴下すると、光硬化性樹脂は、溝７２を伝って各凹部７１に充填されるため、光硬化性樹脂の充填作業が容易になる。また出来上がった成形品は、溝７２の樹脂が硬化して各成形品を連結するため、成形品の取り扱いが容易になる。
【００２６】
前記実施の形態は、円盤状の成形品を例に説明したが、本願発明は、マイクロレンズ等の光学部品、微小歯車等のマイクロマシン用部品、医療用マイクロマシンの部品、凹凸形状のＤＮＡチップ、光硬化性樹脂に電気特性を付与して形成するマイクロ配線等、いわゆる微小部品或いはマイクロ部品の成形に利用することができる。
【００２７】
前記実施の形態は、上型を紫外線等の光が透過するガラス等により構成する例について説明したが、下型をガラス等で構成してもよいし、また上型、下型双方をガラス等で構成してもよい。この場合には、紫外線等の光照射装置からの光は、下型又は下型、上型双方を通して光硬化性樹脂を照射することができる。なおこの場合、光が透過する型に離型性向上用のコーティングを施すときは、光を透過するコーティング材を用いる。
【００２８】
【発明の効果】
本願発明は、光硬化性樹脂を型により成形するから、従来の光硬化性樹脂のマイクロ造形法のように、成形品に積層面が形成されない。したがって本願発明の成形品は、積層面に起因する段差がないから、精度の高い微小部品となる。
【００２９】
本願発明は、光硬化性樹脂を型に充填し、光を照射して成形するから、従来の射出成形装置のように高温の合成樹脂を注入する必要がない。したがって、本願発明は、高熱による型変形を生じないから、精度の高い微小部品を製造することができる。また金属の下型の凹部の内面は、ナノメートルオーダーの粗さに仕上げることができるから、成形品の精度は非常に高くなる。
【００３０】
本願発明は、成形品の形状に対応する形状の凹部を形成した金属の下型に光硬化性樹脂を充填し、その金属の下型にガラス等の光の透過性を有する上型を押圧して、光硬化性樹脂をプレスするのみでよいから、従来の射出成形装置のようにコアーとキャビティとの隙間に、溶融した合成樹脂を高圧で注入する必要がない。したがって、本願発明は、光硬化性樹脂の充填作業が簡単になり、また充填装置が簡単になるから、成形装置が安価になる。
【００３１】
また本願発明は、従来の射出成形装置のようにコアーやキャビティを冷却する必要がないから、成形装置が安価になり、かつ従来の射出成形装置のように、成形品が硬化するまでの長い冷却時間を要しないから、成形サイクルを短縮できる。そして本願発明は、型を用いた、いわゆるスタンプ方式の成形方法であるから、大量の成形品を容易に製造することができる。またスタンプ回数を調整することにより、生産量を簡単に調整することができる。
【００３２】
本願発明の成形品は、潤滑液を塗布する等離型性向上処理を施してない型に付着するから、型抜きが簡単になる。また光硬化性樹脂は、接着性を有するから、さらに型に付着し易く、型抜きが簡単になる。したがって、本願発明は、従来のノックアウトピン等に相当する特別の型抜き手段を要しないから、成形装置が簡単になる。本願発明は、上型又は下型の一方に離型性を向上させる材料をコーティングしてあるから、成形の都度潤滑液を塗布する必要がなく、成形作業が簡単になる。
【００３３】
本願発明は、光照射部と上型又は下型の一方の型を固定し、他方の型を成形サイクル毎に移動することにより、または上型又は下型の一方の型を固定し、光照射部と他方の型を成形サイクル毎に移動することにより、成形品を連続して成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係る成形用装置の構成を示す。
【図２】本願発明の実施の形態に係る成形用装置により、成形品を製造する手順を示す。
【図３】本願発明の実施の形態に係る連続成形用装置の構成を示す。
【図４】本願発明の実施の形態に係る金属の型の変形例を示す。
【符号の説明】
１    上型固定部材
２    ガラスの上型
５    紫外線照射部
６    下型固定部材
７    金属の下型
７１    凹部
１０    ガイドピン
１１    光硬化性樹脂
１２    成形品
１３    アーム駆動装置
１４    アーム
１５    光硬化性樹脂滴下部材の駆動装置
１６    光硬化性樹脂滴下部材
【図１】
0004786085.tif 000002
【図２】
0004786085.tif 000003
【図３】
0004786085.tif 000004
【図４】
0004786085.tif 000005