(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写金型を有する下金型とこれに対向する上金型とにより、前記転写金型に直接塗布された熱可塑性樹脂を押圧し、冷却して前記転写金型に設けられた微細構造が転写された樹脂成形体を成形する樹脂成形金型であって、
前記転写金型は一体型で、材質が質量％でNi：14.5〜15.5、Sn：7.5〜8.5、残部CuのCu-Ni-Sn系スピノーダル分解型銅合金からなる樹脂成形金型。
【請求項２】
転写金型に設けられる微細構造は、幅が10nm〜3mm、アスペクト比が0.1〜50であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形金型。
【請求項３】
熱可塑性樹脂は、その温度が180〜400℃で塗布されるように制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂成形金型。
【請求項４】
塗布された熱可塑性樹脂を押圧しているときの転写金型は、50〜300℃に制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の樹脂成形金型。
【請求項５】
転写金型は、厚さが5〜20mmで、微細構造が設けられた平面部が100〜400角（□）mmの一体型であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の樹脂成形金型。
【請求項６】
転写金型の微細構造が設けられた平面部の塗布された熱可塑性樹脂を押圧しているときの温度は、温度分布が10℃以内に制御されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の樹脂成形金型。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の樹脂成形金型と、その下金型が有する転写金型に所定のゲージ圧で溶融樹脂を塗布するTダイと、そのTダイを有する押出機と、を有してなる樹脂成形体の成形装置。
【請求項８】
材質が質量％でNi：14.5〜15.5、Sn：7.5〜8.5、残部CuのCu-Ni-Sn系銅合金からなり微細構造が設けられた転写金型を加熱しつつ、その温度が50〜150℃において180〜400℃の熱可塑性樹脂を前記転写金型の前記微細構造が設けられた面部に直接塗布し、その塗布が完了した後、塗布された熱可塑性樹脂を押圧し、冷却して前記微細構造が転写された樹脂成形体を成形する樹脂成形方法。
【請求項９】
塗布された熱可塑性樹脂を押圧しているときの転写金型の温度は、50〜300℃であることを特徴とする請求項８に記載の樹脂成形方法。
【請求項１０】
成形された樹脂成形体の離型温度は、150℃以下であることを特徴とする請求項８又は９に記載の樹脂成形方法。
【請求項１１】
材質が質量％でNi：14.5〜15.5、Sn：7.5〜8.5、残部CuのCu-Ni-Sn系スピノーダル分解型銅合金からなり微細構造が設けられた転写金型を加熱しつつ、その転写金型の前記微細構造が設けられた面部に熱可塑性樹脂を直接塗布し、その塗布が完了した後、塗布された熱可塑性樹脂を押圧し、冷却して前記微細構造が転写された樹脂成形体を成形する樹脂成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造が設けられたCu-Ni-Sn系銅合金からなる一体型の転写金型を有する樹脂成形金型及びこれを利用した樹脂成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂成形金型は、耐食性、耐熱性、耐摩耗性、鏡面性などの特性が求められることから、工具鋼やステンレス鋼からなる樹脂成形金型が広く使用されている。この一方、加工性が良いことからアルミニウム合金又は銅合金からなる樹脂成形金型も使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に、少なくとも銅を主体とする金型基材と、この金型基材の表面を覆うニッケル層とを具えた射出成形用金型であって、前記ニッケル層を覆って成形面を形成するチタンあるいはクロムの窒化物からなる表面層をさらに具えた射出成形用金型が提案されている。そして、この射出成形用金型においては、金型基材を銅を電鋳することによって形成し、この金型基材の表面を覆って成形面を形成するニッケル層を電鋳によって形成するようにしたので、金型全体をニッケル電鋳で形成した場合と比較して電鋳塊に発生する内部応力をより小さくすることができ、母型の形状をより忠実に転写することが可能であり、また、金型基材のほとんどが銅であるため加工効率が高く冷却効果が大幅に改善されると記載されている。
【０００４】
しかし、溶融樹脂を取扱う射出成形金型などの樹脂成形金型においては、成形された樹脂を樹脂成形金型から離型するのが容易でなく、離型剤を使用せざるを得ないという問題がある。そして、離型剤を使用する場合は、これを樹脂成形金型に塗布するとともにメンテナンスしなければならないという面倒があり、また、樹脂成形金型の温度が離型剤の耐熱温度以下に制限されるという問題がある。
【０００５】
このような、離型剤の問題に対し、特許文献２に、離型性及び耐摩耗性に優れた樹脂成形金型が提案されている。すなわち、鋼やアルミ合金、銅合金等の表面に硬質皮膜を形成してなる樹脂あるいはゴム用金型及び樹脂あるいはゴム成形装置部品において、硬質皮膜の少なくとも最表面が弗素を1〜20原子%含むダイヤモンド状炭素膜あるいは硬質カ−ボン膜である樹脂あるいはゴム用金型と、この樹脂あるいはゴム用金型に離型剤を塗布することなく樹脂又はゴムの成形を行う方法が提案されている。そして、S45Cの基材に上記硬質皮膜、弗素を含まないダイヤモンド状炭素膜、硬質クロム膜、窒化チタン膜又はポリテトラフルオロエチレン（PTFE）膜を設けた試験片、および無処理のS45C試験片についてゴムに対する離型性評価試験を行った結果、上記硬質皮膜を設けた試験片とPTFE膜を設けた試験片のみ、ゴムの残留がなかったと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平11-105039号公報
【特許文献２】特開平5-169459号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微細構造が設けられた樹脂成形金型に溶融樹脂を塗布し、その微細構造が転写された微細構造体を成形するには、特許文献１に記載するような加工性、熱伝導性に優れた銅からなる金型基材を利用する樹脂成形金型が好ましい。しかしながら、引用文献１に記載のようなチタンあるいはクロムの窒化物からなる表面層を有する樹脂成形金型は、引用文献２の記載によると離型性が問題になる恐れがある。一方、引用文献２に記載の樹脂あるいはゴム用金型は、その硬質皮膜を成形するのが容易でなく形状的な制限があり、経済性が問題である。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、樹脂成形金型の微細構造が設けられた部分に熱可塑性の溶融樹脂を塗布し、その微細構造を有する部分がCu-Ni-Sn系銅合金からなる樹脂成形金型であって、転写成形された樹脂成形体の離型が容易で、高精度の樹脂成形体を成形することができる耐久性のある樹脂成形金型及びこれを利用した樹脂成形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】
【０００９】
本発明に係る樹脂成形金型は、転写金型を有する下金型とこれに対向する上金型とにより、前記転写金型に塗布された熱可塑性樹脂を押圧し、冷却して前記転写金型に設けられた微細構造が転写された樹脂成形体を成形する樹脂成形金型であって、前記転写金型は一体型で、Cu-Ni-Sn系スピノーダル分解型銅合金からなる。
【００１０】
上記発明において、微細構造は、幅が10nm〜3mm、アスペクト比が0.1〜50のものとすることができる。ここで、アスペクト比とは、微細構造を形成する凹凸の深さを幅で除した値又は穴深さを穴径で除した値をいう。
【００１１】
また、熱可塑性樹脂は、その温度が180〜400℃で塗布されるように制御することができ、塗布された熱可塑性樹脂を押圧しているときの転写金型は、50〜300℃に制御することができる。
【００１２】
また、転写金型は、厚さが5〜20mmで、微細構造が設けられた平面部が100〜400角（□）mmの一体型のものとすることができる。そして、転写金型の微細構造が設けられた平面部の塗布された熱可塑性樹脂を押圧しているときの温度は、温度分布が10℃以内に制御され得る。
【００１３】
上記樹脂成形金型と、その下金型が有する転写金型に所定のゲージ圧で溶融樹脂を塗布するTダイと、そのTダイを有する押出機と、を有してなる樹脂成形体の成形装置により、以下の樹脂成形方法を好適に実施することができる。
【００１４】
本発明に係る樹脂成形方法は、Cu-Ni-Sn系銅合金からなり微細構造が設けられた転写金型を加熱しつつ、その温度が50〜150℃において180〜400℃の熱可塑性樹脂を前記転写金型の前記微細構造が設けられた面部に直接塗布し、その塗布が完了した後、塗布された熱可塑性樹脂を押圧し、冷却することにより実施される。また、本発明に係る樹脂成形方法は、Cu-Ni-Sn系スピノーダル分解型銅合金からなり微細構造が設けられた転写金型を加熱しつつ、その転写金型の前記微細構造が設けられた面部に熱可塑性樹脂を直接塗布し、その塗布が完了した後、塗布された熱可塑性樹脂を押圧し、冷却して前記微細構造が転写された樹脂成形体を成形する樹脂成形方法であってもよい。
【００１５】
上記樹脂成形方法の発明において、塗布された熱可塑性樹脂を押圧しているときの転写金型の温度は、50〜300℃とすることができ、成形された樹脂成形体の離型温度は、150℃以下であるのがよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る転写金型は、加工が容易で熱伝導性に優れて耐久性がある。この転写金型を有する樹脂成形金型によれば、離型剤を使用しないで、微細構造を有する樹脂成形体を高精度に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】発明に係る樹脂成形金型及び樹脂成形方法の説明図である。
【図２】実施例のタイミングチャート及び金型温度測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について図面を基に説明する。本発明に係る樹脂成形金型は、図１に示すように、下金型10とこれに対向する上金型20を有しており、下金型10は転写金型1を有している。この転写金型1に塗布された熱可塑性樹脂4は下金型10と上金型20により押圧され、冷却されて転写金型1に設けられた微細構造2が転写された樹脂成形体が成形される。本樹脂成形金型の転写金型1は、Cu-Ni-Sn系銅合金からなり一体型をしている。
【００１９】
転写金型1が一体型であるとは、例えば、厚さが5〜20mmで平面部が100〜400角（□）mmの大きさのものが一体になったものをいい、その表面部にメッキや窒化処理による硬質膜などはなく、また、積層体からなるようなものでないという意味である。本発明に係る転写金型1はこのような一体型で、その表面部に微細構造2が設けられている。すなわち、その転写金型1の素材に直に微細構造2が設けられている。微細構造2は、幅が10nm〜3mm、アスペクト比が0.1〜50のものを設けることができ、幅が10〜500μm、アスペクト比が0.1〜50のものであっても高精度に成形することができる。
【００２０】
Cu-Ni-Sn系銅合金は高温環境下において耐摩耗性及び耐食性を有し、自動車部品の軸受け材などに使用されている。本発明においては、上述のようにこのCu-Ni-Sn系銅合金を転写金型1に利用する。このCu-Ni-Sn系銅合金は、溶融樹脂の塗布に対して損傷を受け難くするとともに樹脂への異物の混入を避けるために、析出型でなくスピノーダル分解型の強化銅合金が好ましい。このスピノーダル分解型銅合金は、例えば、質量%で、Ni：14.5〜15.5、Sn：7.5〜8.5、残部Cuからなるものを使用することができる。また、上記スピノーダル分解型銅合金に、例えばNbなどの微量の強化金属を添加したものを使用することができる。
【００２１】
転写金型1に塗布する樹脂は、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、環状ポリオレフイン樹脂、ポリエチレン・テレフタレート樹脂、ポリエチレン・ナフタレート樹脂・ポリ乳酸樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、熱可塑性エラストマー樹脂、メタクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、アクリル・ブタジエン・スチレン共重合体、または、ポリオキシメチレン樹脂などを使用することができる。
【００２２】
樹脂の転写金型1への塗布は、図１に示すように、Tダイ3を使用するのがよい。塗布においてTダイ3の転写金型1からの高さ位置を調整することにより、成形される微細構造体の厚さを調整することができ、塗布された溶融樹脂の上面にゲージ圧で0.1〜5Mpaの動圧を付加することができる。これにより、気泡のない微細構造が高精度に転写された樹脂成形体を成形することができる。なお、図１において、白矢印はTダイを移動する塗布方向、細線黒矢印は動圧が作用する様子を示している。Tダイ3は公知のTダイを使用することができる。また、そのTダイは公知の押出機に装着することができる。
【００２３】
塗布する溶融樹脂の温度は、180〜400℃にすることができ、転写金型1の損傷や耐久性などを考慮すれば180〜350℃が好ましい。このため、Tダイ3には、塗布する溶融樹脂の温度を所定温度に制御する温度制御機構が設けられる。
【００２４】
塗布された熱可塑性樹脂を押圧しているときの転写金型1の温度は、50〜300℃とすることができ、50〜200℃が好ましい。このため、転写金型1を保持・固定し、転写金型1の加熱・冷却を行う下型10には、転写金型1を所定の温度に制御する温度制御機構が設けられる。
【００２５】
かかる樹脂成形金型を使用することにより離型剤を使用しないで、高精度の微細構造を有する樹脂成形体を成形することができる。すなわち、Cu-Ni-Sn系銅合金からなり微細構造が設けられた転写金型を加熱しつつ、その温度が50〜150℃において180〜400℃の熱可塑性樹脂を前記転写金型の前記微細構造が設けられた面部に直接塗布し、その塗布が完了した後、塗布された熱可塑性樹脂を押圧し、冷却することにより、前記微細構造が高精度に転写された樹脂成形体を成形することができる。
【００２６】
本樹脂成形方法は、Cu-Ni-Sn系銅合金からなる転写金型を用いているので、転写成形された樹脂成形体を容易に離型することができる。このため、転写金型に離型剤を塗布することを要しない。Cu-Ni-Sn系銅合金が潤滑性に優れているためであると解される。転写成形された樹脂成形体を離型する温度は、転写金型の温度が150℃以下であるのが好ましく、130℃以下がより好ましい。
【００２７】
本樹脂成形方法は、塗布する樹脂の温度を180〜400℃にすることができるが、転写金型の温度が50〜150℃のときに樹脂の塗布を行う。本樹脂成形方法は転写金型がこのような温度のときに溶融樹脂の塗布を行うので、転写金型の表面部は塗布された樹脂で保護され、表面部に設けられた微細構造の酸化や損傷が防止される。このため、塗布された樹脂はその樹脂の種類や特性に応じて所定の温度の転写金型で押圧することができる。例えば、塗布された熱可塑性樹脂を押圧しているときの転写金型の温度は、50〜300℃とすることができる。
【実施例１】
【００２８】
市販のCu-Ni-Sn系スピノーダル分解型銅合金材から作製した厚さ13.6mm×50mm□の転写金型を有する樹脂成形金型を用いて、ポリカーボネート樹脂（PC樹脂）からなる樹脂成形体を成形する成形試験を行った。スピノーダル分解型銅合金材の硬度（HRC）は30以上、引張弾性率は120MPa以上であった。転写金型の表面粗さはRz1.01μmであり、充分な鏡面性を有していた。転写金型の温度は、表面中央部の表面下3mmの位置に熱電対を装着して測定した。溶融樹脂の塗布温度は290℃、塗布開始時の転写金型の温度は130℃であった。成形された樹脂成形体は厚さが0.3〜0.5mmの平板状であった。
【００２９】
図２に、本成形試験中の転写金型、下型及び上型の温度測定結果を示す。また、図中に押圧時の加圧のタイミングチャート（一点鎖線）を示す。図２によると、塗布した樹脂の押圧時における転写金型の温度は、下金型の温度より2〜3℃低いほとんど一定の温度に維持されている。押圧開始時の転写金型の温度と下金型との温度差が最も大きいが、その差は10℃以下である。本例の離型温度は、約110℃であった。100ショット後の転写金型の表面は、やや黒みがかっており表面粗さがRz1.81μmであったが継続使用は可能であった。なお、離型温度と離型状態の関係を調べる離型試験においては、転写金型の温度が175℃の場合にも問題なく離型することができた。しかし、転写金型の温度が185℃の場合は中央部分に約2mm□の離型跡が残った。
【符号の説明】
【００３０】
1    転写金型
2    微細構造
3    Tダイ
4    溶融樹脂
10    下金型
20    上金型
【図１】
0006261051.tif 000002
【図２】
0006261051.tif 000003