(57)【要約】【課題】クリーニングサイクルが大きく、金型の長寿命化が図れ、短時間で簡単に金型をクリーニングする方法及び装置と、メンテナンスサイクルが大きい成型方法及び装置を提供する。【解決手段】受け台１上に、金型２が載置される。ガス噴出口３を有する電極４が、受け台１に対向して設けられる。電極４を金型２の成型面５に近接させ、大気圧近傍の圧力において、電極４内に設けられ、ガス噴出口３に通じているガス流路６に、ガス供給装置７からガスを供給し、ガス噴出口３から成型面５に向かってガスを吹き付ける。電源８から受け台１に高周波電圧を印加することによって、金型２と電極４の間にプラズマ９が発生する。プラズマ９中で生じた活性粒子が成型面の汚れと反応し、汚れが除去・クリーニングされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の成型面に大気圧プラズマを照射することにより、前記金型の成型面をクリーニングすることを特徴とする金型のクリーニング方法。
【請求項２】
ガス噴出口を有する電極を、金型の成型面に近接させ、大気圧近傍の圧力において、ガス噴出口から成型面に向かってガスを吹き付け、金型と電極の間に電圧を印加することによって、金型と電極の間にプラズマを発生させ、金型の成型面をクリーニングすることを特徴とする金型のクリーニング方法。
【請求項３】
金型と電極間の距離を０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項２記載の金型のクリーニング方法。
【請求項４】
金型と電極間の距離を１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項２記載の金型のクリーニング方法。
【請求項５】
電極の成型面に対向する面が、ガス噴出口を有する誘電体で覆われていることを特徴とする請求項２記載の金型のクリーニング方法。
【請求項６】
誘電体に設けられたガス噴出口の内径が、電極に設けられたガス噴出口の内径よりも小さいことを特徴とする請求項５記載の金型のクリーニング方法。
【請求項７】
誘電体に設けられたガス噴出口の内径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、電極に設けられたガス噴出口の内径が０．５ｍｍより大きく、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の金型のクリーニング方法。
【請求項８】
大気圧近傍の圧力において、一対の電極間にガスを供給するとともに、前記一対の電極間に電圧を印加することによってプラズマを発生させ、プラズマ中で生成された活性粒子を、ガス噴出口から金型の成型面に向かって吹き付けることにより、金型の成型面をクリーニングすることを特徴とする金型のクリーニング方法。
【請求項９】
ガス噴出口を有する電極と、電極にガスを供給するガス供給装置と、金型を載置する受け台と、金型、受け台または電極に電圧を印加する電源とを備え、ガス噴出口と受け台が対向していることを特徴とする金型のクリーニング装置。
【請求項１０】
金型と電極間の距離が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９記載の金型のクリーニング装置。
【請求項１１】
金型と電極間の距離が１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９記載の金型のクリーニング装置。
【請求項１２】
電極の、成型面に対向する面が、ガス噴出口を有する誘電体で覆われていることを特徴とする請求項９記載の金型のクリーニング装置。
【請求項１３】
誘電体に設けられたガス噴出口の内径が、電極に設けられたガス噴出口の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１２記載の金型のクリーニング装置。
【請求項１４】
誘電体に設けられたガス噴出口の内径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、電極に設けられたガス噴出口の内径が０．５ｍｍより大きく、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３記載の金型のクリーニング装置。
【請求項１５】
一対の電極と、一対の電極間にガスを供給するガス供給装置と、金型を載置する受け台と、一対の電極間に電圧を印加する電源と、一対の電極間よりも下流に設けられたガス噴出口とを備え、ガス噴出口と受け台が対向していることを特徴とする金型のクリーニング装置。
【請求項１６】
一対の金型間に成型材料を充填するステップと、金型に熱及び圧力を印加して成型材料を成型するステップと、成型された成型材料を取り出すステップと、金型の成型面に大気圧プラズマを照射するステップから成ることを特徴とする成型方法。
【請求項１７】
一対の金型間に成型材料を充填する充填部と、金型に熱及び圧力を印加して成型する成型部と、成型された成型材料を取り出す取り出し部と、金型の成型面に大気圧プラズマを照射するクリーニング部とを備えたことを特徴とする成型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型のクリーニング方法及び装置と、高精度な成型方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック、ゴムなどの成形に使用されている金型は、長期間使用すると、プラスチック、ゴム或いはそれらに添加される添加剤などの残渣が蓄積し、良好な成形が行えなくなる事態を生じていた。このような残渣などを除去するために、金型は所定期間使用した後に、洗浄するのが通例である。
【０００３】
上述のような洗浄を行う方法として、有機溶剤や水を染み込ませたウエスで拭きとる方法がある。
【０００４】
また、金型を１３０℃程度に暖めた後、強アルカリ性洗浄剤を金型にかけて洗浄する方法がある。或いは、１３０〜１５０℃で変性しない多価アルコールを主成分とし、これに強アルカリを添加するとともに、更に１３０〜１５０℃で変性しない界面活性剤を添加した金型洗浄剤を用いる方法も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
また、ＩＣ等の樹脂モールド用金型では、リードフレーム離形後に微細なモールド材の樹脂が残って、その後のモールド成形に悪影響を与えるため、樹脂モールド用金型に小さなガラスビーズによるジェットを吹き付けて洗浄するようにしていた（乾式ブラスト方式）。或いは、樹脂モールド用金型を固定治具にて洗浄部に配置し、該固定された金型にノズルからウォータジェットを噴射して金型を洗浄する方式も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００６】
また、光ディスク製造用スタンパのような精密金型の表面に付着したゴミ，異物等を除去するための洗浄方法としては、超音波洗浄槽内の精製水中で金型を洗浄した後、最終洗浄工程をスチーム洗浄により行う方法がある（例えば、特許文献３を参照）。或いは、洗浄すべき金型の表面に該金型の材質と異なる材質の金属層を形成する第１の工程と、この金属層を除去する第２の工程とを有する金型の洗浄方法も提案されている（例えば、特許文献４を参照）。
【０００７】
上記のような古くから知られている金型の他に、最近では液晶ディスプレイのバックライト導光板や回折格子など、微細構造を高い精度で転写する必要のある光学デバイスの金型における優れた洗浄技術が求められているが、前述のような様々な洗浄方法を適宜組み合わせて洗浄しているのが現状である。
【特許文献１】特開平１１−９０９３８号公報
【特許文献２】特開平１０−１５９５６号公報
【特許文献３】特開平４−２０５７３７号公報
【特許文献４】特開平７−３４２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来例のクリーニングでは、種々の問題点があった。
【０００９】
拭きとり法では、金型表面の微細な凹部の隅々までウエスが十分に届かないため、凹部の奥に入り込んだ付着物を除去することができないという問題点があった。
【００１０】
金型洗浄剤を金型にかける方法においては、金型の洗浄完了までに３〜５日かかるという欠点があるとともに、溝部分など微細部分の汚れが十分に除去できないという欠点があった。
【００１１】
また、ガラスビーズによる洗浄では、ガラスビーズをサンドブラストやショットブラストのように吹き付けるため、金型の精密な成形面の摩耗が激しく、また、粉塵が発生するため、作業環境に悪影響を与える。更に、ブラストに掛かるランニングコスト及びその廃棄処理コストが大きいという問題点があった。
【００１２】
また、超音波洗浄により金型を洗浄する方法では、超音波により発生する気泡（キャビテーション）が金型表面の微細な凹部に比べて大きいため、微細な凹部の隅々まで十分に行き渡ることがなく、凹部の奥に入り込んだ付着物を除去することができないという問題点があった。また、超音波の高エネルギーにより金型表面付近に浮遊する微粒子が激しく振動するので、これらが金型表面を叩いて傷つけてしまうことがあるという問題点もあった。
【００１３】
また、界面活性剤、ウォータジェットを用いる洗浄方法や超音波洗浄においては、ウエットプロセスであるために廃液処理が必要となり、コスト面、環境面での負担が大きいという問題点があった。
【００１４】
また、洗浄すべき金型の表面に該金型の材質と異なる材質の金属層を形成する第１の工程と、この金属層を除去する第２の工程とを有する金型の洗浄方法においては、金属層の形成と除去というコスト面での負担が大きい追加工程が必要となり、金型メンテナンスが複雑になるという問題点があった。
【００１５】
また、従来の方法では、金型から物理的な汚れを除去する効果はあるものの、化学的な汚れを除去する効果が小さいため、頻繁にクリーニングを行わなければならないという問題点があった。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、クリーニングサイクルが大きく、金型の長寿命化が図れ、短時間で簡単に金型をクリーニングする方法及び装置と、メンテナンスサイクルが大きい成型方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願の第１発明の金型のクリーニング方法は、金型の成型面に大気圧プラズマを照射することにより、前記金型の成型面をクリーニングすることを特徴とする。
【００１８】
このような構成により、クリーニングサイクルが大きく、金型の長寿命化が図れ、短時間で簡単に金型をクリーニングすることが可能となる。
【００１９】
本願の第２発明の金型のクリーニング方法は、ガス噴出口を有する電極を、金型の成型面に近接させ、大気圧近傍の圧力において、ガス噴出口から成型面に向かってガスを吹き付け、金型と電極の間に電圧を印加することによって、金型と電極の間にプラズマを発生させ、金型の成型面をクリーニングすることを特徴とする。
【００２０】
このような構成により、クリーニングサイクルが大きく、金型の長寿命化が図れ、短時間で簡単に金型をクリーニングすることが可能となる。
【００２１】
本願の第２発明の金型のクリーニング方法において、好適には、金型と電極間の距離を０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることが望ましい。更に好適には、金型と電極間の距離を１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００２２】
また、好適には、電極の、成型面に対向する面が、ガス噴出口を有する誘電体で覆われていることが望ましく、この場合、好適には、誘電体に設けられたガス噴出口の内径が、電極に設けられたガス噴出口の内径よりも小さいことが望ましい。この場合、好適には、誘電体に設けられたガス噴出口の内径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、電極に設けられたガス噴出口の内径が０．５ｍｍより大きく、２ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２３】
本願の第３発明の金型のクリーニング方法は、大気圧近傍の圧力において、一対の電極間にガスを供給するとともに、前記一対の電極間に電圧を印加することによってプラズマを発生させ、プラズマ中で生成された活性粒子を、ガス噴出口から金型の成型面に向かって吹き付けることにより、金型の成型面をクリーニングすることを特徴とする。
【００２４】
このような構成により、クリーニングサイクルが大きく、金型の長寿命化が図れ、短時間で簡単に金型をクリーニングすることが可能となる。
【００２５】
本願の第４発明の金型のクリーニング装置は、ガス噴出口を有する電極と、電極にガスを供給するガス供給装置と、金型を載置する受け台と、金型、受け台または電極に電圧を印加する電源とを備え、ガス噴出口と受け台が対向していることを特徴とする。
【００２６】
このような構成により、クリーニングサイクルが大きく、金型の長寿命化が図れ、短時間で簡単に金型をクリーニングすることが可能となる。
【００２７】
本願の第４発明の金型のクリーニング装置において、好適には、金型と電極間の距離が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが望ましい。更に好適には、金型と電極間の距離が１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２８】
また、好適には、電極の、成型面に対向する面が、ガス噴出口を有する誘電体で覆われていることが望ましく、この場合、好適には、誘電体に設けられたガス噴出口の内径が、電極に設けられたガス噴出口の内径よりも小さいことが望ましい。この場合、好適には、誘電体に設けられたガス噴出口の内径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、電極に設けられたガス噴出口の内径が０．５ｍｍより大きく、２ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２９】
本願の第５発明の金型のクリーニング装置は、一対の電極と、一対の電極間にガスを供給するガス供給装置と、金型を載置する受け台と、一対の電極間に電圧を印加する電源と、一対の電極間よりも下流に設けられたガス噴出口とを備え、ガス噴出口と受け台が対向していることを特徴とする。
【００３０】
このような構成により、クリーニングサイクルが大きく、金型の長寿命化が図れ、短時間で簡単に金型をクリーニングすることが可能となる。
【００３１】
本願の第６発明の成型方法は、一対の金型間に成型材料を充填するステップと、金型に熱及び圧力を印加して成型材料を成型するステップと、成型された成型材料を取り出すステップと、金型の成型面に大気圧プラズマを照射するステップから成ることを特徴とする。
【００３２】
このような構成により、メンテナンスサイクルが大きい成型方法が実現可能となる。
【００３３】
本願の第７発明の成型装置は、一対の金型間に成型材料を充填する充填部と、金型に熱及び圧力を印加して成型する成型部と、成型された成型材料を取り出す取り出し部と、金型の成型面に大気圧プラズマを照射するクリーニング部とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
このような構成により、メンテナンスサイクルが大きい成型装置が実現可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように、金型のクリーニング方法及び装置、成型方法及び装置によれば、クリーニングサイクルが大きく、金型の長寿命化が図れ、短時間で簡単に金型をクリーニングする方法及び装置と、メンテナンスサイクルが大きい成型方法及び装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
以下、本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
【００３８】
図１は、本発明の第１実施形態における金型のクリーニング装置の構成を示す断面図である。図１において、受け台１上に、金型２が載置される。ガス噴出口３を有する電極４が、受け台１に対向して設けられる。電極４を金型２の成型面５に近接させ、大気圧近傍の圧力において、電極４内に設けられ、ガス噴出口３に通じているガス流路６に、ガス供給装置７からガスを供給し、ガス噴出口３から成型面５に向かってガスを吹き付ける。電極４は接地されている。電源８から受け台１に高周波電圧を印加することによって、金型２と電極４の間に電界が生じ、金型２と電極４の間にプラズマ９が発生する。プラズマ９中で生じた活性粒子が成型面の汚れと反応し、汚れが除去・クリーニングされる。
【００３９】
成型後の金型に対して、ガスとして、ヘリウム／アルゴン／酸素＝８６０／１４０／１０ｓｃｃｍを流し、大気圧雰囲気において、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力＝４０Ｗを受け台１に印加するという条件で処理したところ、約３０秒でクリーニングが完了した。
【００４０】
この方法でクリーニングを施した金型を用いて成型を行うというやり方では、１日から数日に１回のクリーニングで９５％以上の良品率が得られた。従来の拭きとり法においては、１日に数回から十数回もクリーニングを行う必要があったことを考えると、本発明により飛躍的にクリーニングサイクルが高まったことがわかる。また、従来は人手による拭きとりに数分を要していたこと、また、金型洗浄剤を金型にかける方法では、金型の洗浄完了までに３〜５日かかったことを考えると、極めて短時間でクリーニングを行えるようになった。
【００４１】
また、拭きとり法ではわずかながら金型の摩耗が生じ、３日から５日の使用で金型を廃棄せざるを得なかったが、今回のクリーニング方法によれば、１０日以上連続して使用可能となり、金型の長寿命化が図れた。また、金型の微細な凹凸の隅々にまで十分に活性粒子が作用し、良好なクリーニングを行うことができた。
【００４２】
また、ガラスビーズによる洗浄では、金型の精密な成形面の摩耗が激しかったが、今回のクリーニング方法によれば、金属製の金型は酸素ラジカルによってほとんどエッチングされないため、クリーニング前後で成型面の形状・寸法がほとんど変わらなかった。また、粉塵も発生せず、作業環境を汚染することもなかった。更に、廃棄物としてはガス状のものしか発生しないため、廃棄処理コストが不要であった。
【００４３】
以上のように改善された理由は、大気圧プラズマという化学的に活性である一方で物理的なダメージがほとんど無い活性粒子を、成型面に作用させたためであると考えられる。すなわち、拭きとり法では除去できなかった化学的な汚れ（酸化物、炭化物など）を、プラズマ中の酸素ラジカルによって除去できた。このことが、クリーニングサイクルの向上に寄与したものと考えられる。
【００４４】
なお、真空プラズマでは１０〜１００ｅＶの高エネルギーイオンが成型面に衝突し、スパッタリングによって成型面の荒れや変形が生じるのに対し、大気圧プラズマでは成型面に衝突するイオンのエネルギーは０．１〜５ｅＶ程度であり、荒れや変形がほとんど生じない。
【００４５】
以上の例では、受け台１に高周波電圧を印加し、電極４を接地する場合を例示したが、逆に電極４に電圧を印加し、受け台１を接地してもよい。或いは、受け台を絶縁物とし、受け台内部に金型と接触させるための接点を設け、受け台に電圧を印加するか、または接地させることも可能である。また、高周波電圧以外にも、ｋＨｚ台のパルス電圧を正負交互に供給してもよい。高周波電圧を用いる場合は、アーク放電を避けて大気圧プラズマを発生させるためにヘリウムを主体とするガスを用いることが好ましい。
【００４６】
また、パルス電圧を用いる場合は、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスを用いなくても、安価な圧縮空気や窒素ガスでも処理を行うことが可能である。
【００４７】
（実施の形態２）
以下、本発明の第２実施形態について、図２及び図３を参照して説明する。
【００４８】
図２は、本発明の第２実施形態における金型のクリーニング装置の構成を示す断面図である。図２において、受け台１上に、金型２が載置される。ガス噴出口３を有する電極４が、受け台１に対向して設けられる。電極４を金型２の成型面５に近接させ、大気圧近傍の圧力において、電極４内に設けられ、ガス噴出口３に通じているガス流路６に、ガス供給装置７からガスを供給し、ガス噴出口３から成型面５に向かってガスを吹き付ける。電極４は接地されている。電源８から受け台１に高周波電圧を印加することによって、金型２と電極４の間に電界が生じ、金型２と電極４の間にプラズマ９が発生する。プラズマ９中で生じた活性粒子が成型面に噴出され、成型面の汚れと反応し、汚れが除去・クリーニングされる。本発明の第１実施形態との違いは、電極４の、成型面５に対向する面が、ガス噴出口１０を有する誘電体１１で覆われていることである。
【００４９】
成型後の金型に対して、ガスとして、ヘリウム／アルゴン／酸素＝８６０／１４０／１０ｓｃｃｍを流し、大気圧雰囲気において、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力＝１００Ｗを受け台１に印加するという条件で処理したところ、約１０秒でクリーニングが完了した。
【００５０】
この方法でクリーニングを施した金型を用いて成型を行うというやり方では、１日から数日に１回のクリーニングで９５％以上の良品率が得られた。従来の拭きとり法においては、１日に数回から十数回もクリーニングを行う必要があったことを考えると、本発明により飛躍的にクリーニングサイクルが高まったことがわかる。また、従来は人手による拭きとりに数分を要していたこと、また、金型洗浄剤を金型にかける方法では、金型の洗浄完了までに３〜５日かかったことを考えると、極めて短時間でクリーニングを行えるようになった。
【００５１】
また、拭きとり法ではわずかながら金型の摩耗が生じ、３日から５日の使用で金型を廃棄せざるを得なかったが、今回のクリーニング方法によれば、１０日以上連続して使用可能となり、金型の長寿命化が図れた。また、金型の微細な凹凸の隅々にまで十分に活性粒子が作用し、良好なクリーニングを行うことができた。
【００５２】
また、ガラスビーズによる洗浄では、金型の精密な成形面の摩耗が激しかったが、今回のクリーニング方法によれば、金属製の金型は酸素ラジカルによってほとんどエッチングされないため、クリーニング前後で成型面の形状・寸法がほとんど変わらなかった。また、粉塵も発生せず、作業環境を汚染することもなかった。更に、廃棄物としてはガス状のものしか発生しないため、廃棄処理コストが不要であった。
【００５３】
以上のように改善された理由は、大気圧プラズマという化学的に活性である一方で物理的なダメージがほとんど無い活性粒子を、成型面に作用させたためであると考えられる。すなわち、拭きとり法では除去できなかった化学的な汚れ（酸化物、炭化物など）を、プラズマ中の酸素ラジカルによって除去できた。このことが、クリーニングサイクルの向上に寄与したものと考えられる。
【００５４】
なお、真空プラズマでは１０〜１００ｅＶの高エネルギーイオンが成型面に衝突し、スパッタリングによって成型面の荒れや変形が生じるのに対し、大気圧プラズマでは成型面に衝突するイオンのエネルギーは０．１〜５ｅＶ程度であり、荒れや変形がほとんど生じない。
【００５５】
また、本発明の第１実施形態よりも短時間で処理が行えたのは、電極４の、成型面５に対向する面が、ガス噴出口１０を有する誘電体１１で覆われているため、アーク放電（火花放電）が起きにくく、大きな電力を投入できるようになったためである。更に、誘電体１１に設けられたガス噴出口１０の内径が、電極４に設けられたガス噴出口３の内径よりも小さくしてあることも、電極４と金型２の成型面５との間でアーク放電が起こりにくい理由となっている。ここでは、誘電体１１に設けられたガス噴出口１０の内径を０．２ｍｍ、電極４に設けられたガス噴出口３の内径を１ｍｍとしたが、誘電体１１に設けられたガス噴出口１０の内径は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、電極４に設けられたガス噴出口３の内径は０．５ｍｍより大きく、２ｍｍ以下であることが好ましい。誘電体１１に設けられたガス噴出口１０の内径を０．２ｍｍより小さくすることは、加工コストの増大と、消耗による放電特性の変化をもたらすため好ましくない。誘電体１１に設けられたガス噴出口１０の内径を１ｍｍより大きくすると、アーク放電の抑制効果が弱まってしまう。また、電極４に設けられたガス噴出口３の内径を０．５ｍｍ以下とすると、アーク放電が起きやすくなり、好ましくない。電極４に設けられたガス噴出口３の内径を２ｍｍ以上にすると、成型面５の中央部でのクリーニング速度が低下するため、好ましくない。
【００５６】
図３は、図２に示したクリーニング装置において、金型２の代わりにフォトレジストを形成したシリコン基板をアッシング処理した場合の、アッシング速度の、電極４の下面と成型面５の中央部との距離に対する依存性である。なお、先に示した１０秒間のクリーニングの例は、電極４と金型２の成型面５の中央部との距離を１ｍｍとした場合の結果である。電極と基板間の距離が０．５ｍｍ未満であると、アッシング速度が著しく小さいため、実用に適しない。電極と基板間の距離が２ｍｍより大きい場合は常にアーク放電が見られるため、このような条件も実用に適しないことがわかった。電極と基板間の距離が１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の場合は、高速な処理が行え、かつ、常にアーク放電が見られなかった。以上の結果から、最適な距離は１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、場合によっては０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲で処理が行えることがわかった。なお、電極と基板間の距離が１．５ｍｍより大きく、２ｍｍ未満の場合は、アーク放電が起きたり起きなかったりした（図では点線でこれを表現している）。
【００５７】
以上の例では、受け台１に高周波電圧を印加し、電極４を接地する場合を例示したが、逆に電極４に電圧を印加し、受け台１を接地してもよい。或いは、受け台を絶縁物とし、受け台内部に金型と接触させるための接点を設け、受け台に電圧を印加するか、または接地させることも可能である。また、高周波電圧以外にも、ｋＨｚ台のパルス電圧を正負交互に供給してもよい。高周波電圧を用いる場合は、アーク放電を避けて大気圧プラズマを発生させるためにヘリウムを主体とするガスを用いることが好ましい。
【００５８】
また、パルス電圧を用いる場合は、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスを用いなくても、安価な圧縮空気や窒素ガスでも処理を行うことが可能である。
【００５９】
（実施の形態３）
以下、本発明の第３実施形態について、図４を参照して説明する。
【００６０】
図４は、本発明の第３実施形態における金型のクリーニング装置の構成を示す断面図である。図４において、受け台１上に、金型２が載置される。内電極１２及び外電極１３は同軸状に配置され、一対の電極を成す。内電極１２及び外電極１３間のガス流路６に、ガス供給装置７よりガスを供給するとともに、内電極１２に電源８から高周波電圧を印加することによって、内電極１２及び外電極１３間に電界が生じ、内電極１２及び外電極１３間にプラズマ９が発生する。プラズマ９中で生成された活性粒子を、一対の電極よりも下流に配置したガス噴出口３から金型２の成型面５に向かって吹き付けることにより、金型２の成型面５をクリーニングすることができる。なお、受け台１は接地されている。また、外電極１３の内側に筒状の誘電体１１が設けられており、アーク放電の発生を効果的に防いでいる。
【００６１】
成型後の金型に対して、ガスとして、ヘリウム／アルゴン／酸素＝８６０／１４０／１０ｓｃｃｍを流し、大気圧雰囲気において、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力＝１００Ｗを受け台１に印加するという条件で処理したところ、約８秒でクリーニングが完了した。
【００６２】
この方法でクリーニングを施した金型を用いて成型を行うというやり方では、１日から数日に１回のクリーニングで９５％以上の良品率が得られた。従来の拭きとり法においては、１日に数回から十数回もクリーニングを行う必要があったことを考えると、本発明により飛躍的にクリーニングサイクルが高まったことがわかる。また、従来は人手による拭きとりに数分を要していたこと、また、金型洗浄剤を金型にかける方法では、金型の洗浄完了までに３〜５日かかったことを考えると、極めて短時間でクリーニングを行えるようになった。
【００６３】
また、拭きとり法ではわずかながら金型の摩耗が生じ、３日から５日の使用で金型を廃棄せざるを得なかったが、今回のクリーニング方法によれば、１０日以上連続して使用可能となり、金型の長寿命化が図れた。また、金型の微細な凹凸の隅々にまで十分に活性粒子が作用し、良好なクリーニングを行うことができた。
【００６４】
また、ガラスビーズによる洗浄では、金型の精密な成形面の摩耗が激しかったが、今回のクリーニング方法によれば、金属製の金型は酸素ラジカルによってほとんどエッチングされないため、クリーニング前後で成型面の形状・寸法がほとんど変わらなかった。また、粉塵も発生せず、作業環境を汚染することもなかった。更に、廃棄物としてはガス状のものしか発生しないため、廃棄処理コストが不要であった。
【００６５】
以上のように改善された理由は、大気圧プラズマという化学的に活性である一方で物理的なダメージがほとんど無い活性粒子を、成型面に作用させたためであると考えられる。すなわち、拭きとり法では除去できなかった化学的な汚れ（酸化物、炭化物など）を、プラズマ中の酸素ラジカルによって除去できた。このことが、クリーニングサイクルの向上に寄与したものと考えられる。
【００６６】
なお、真空プラズマでは１０〜１００ｅＶの高エネルギーイオンが成型面に衝突し、スパッタリングによって成型面の荒れや変形が生じるのに対し、大気圧プラズマでは成型面に衝突するイオンのエネルギーは０．１〜５ｅＶ程度であり、荒れや変形がほとんど生じない。
【００６７】
また、本発明の第１、第２実施形態よりも短時間で処理が行えたのは、外電極１３の内側が誘電体１１で覆われているため、アーク放電（火花放電）が起きにくく、大きな電力を投入できるようになったことと、プラズマ９よりも下流に金型２を配置したことにより、プラズマ９中よりも高濃度の活性酸素を金型に作用させたことによるものと考えられる。
【００６８】
以上の例では、内電極１２に高周波電圧を印加し、外電極１３を接地する場合を例示したが、逆に外電極１３に電圧を印加し、内電極１２を接地してもよい。しかし、作業の安全性を考慮すれば、内電極１２に高周波電圧を印加し、外電極１３を接地する方がよい。また、高周波電圧以外にも、ｋＨｚ台のパルス電圧を正負交互に供給してもよい。高周波電圧を用いる場合は、アーク放電を避けて大気圧プラズマを発生させるためにヘリウムを主体とするガスを用いることが好ましい。また、パルス電圧を用いる場合は、ヘリウム、アルゴンなどの希ガスを用いなくても、安価な圧縮空気や窒素ガスでも処理を行うことが可能である。
【００６９】
また、一対の電極が同軸状に配置されている場合を例示したが、平行平板状に配置されていてもよい。しかし、処理の面内均一性を考慮すれば、同軸状に配置されている方がよい。
【００７０】
（実施の形態４）
以下、本発明の第４実施形態について、図５を参照して説明する。
【００７１】
図５は、本発明の第４実施形態における成型装置１４の構成を示す斜視図である。図５に示す成型装置１４は、未処理成型材料ケース１５、処理済み成型材料ケース１６、一対の金型間に成型材料を充填する充填部１７、成型材料が充填された金型セットを搬送するローダ部１８、金型セットに熱及び圧力を印加して成型する成型部１９、成型が終わった金型セットを搬送するアンローダ部２０、上型搬送アーム２１、上型搬送アームコントローラ２２、胴型搬送アーム２３、胴型搬送アームコントローラ２４、下型用大気圧プラズマクリーニングヘッド２５、下型用ヘッドアーム２６、下型用ヘッドアームコントローラ２７、上型用大気圧プラズマクリーニングヘッド２８、上型用ヘッドアーム２９、上型用ヘッドアームコントローラ３０から成る。下型用大気圧プラズマクリーニングヘッド２５及び上型用大気圧プラズマクリーニングヘッド２８の構造は、本発明の第２実施形態で用いたクリーニング装置と同様のものである。本発明の第４実施形態においては、充填部１７または上型搬送アーム２１の先端部が、本発明の第２実施形態における受け台の役割を果たす。
【００７２】
成型が完了した金型セットＫが、充填部１７と同じ位置にある取り出し部１７において、上型搬送アームコントローラ２２により制御された上型搬送アーム２１によって上型が持ち上げられ、図示しない別の場所に待避された後、処理済み成型材料が上型搬送アーム２１によって持ち上げられ、処理済み成型材料ケース１６に収納される。次いで、上型搬送アーム２１によって再び上型が拾い上げられ、静止したところに、上型用ヘッドアームコントローラ３０によって制御された上型用ヘッドアーム２９の先端に設けられた上型用大気圧プラズマクリーニングヘッド２８が移動し、上型と上型用大気圧プラズマクリーニングヘッド２８が静止対向する位置に配される。次いで、本発明の第２実施形態におけると同様に、上型用大気圧プラズマクリーニングヘッド２８内の誘電体と上型の成型面の間にプラズマを発生させ、大気圧プラズマの照射によって上型の成型面をクリーニングする。すなわち、上型搬送アーム２１の先端部が上型のクリーニング部を構成する。
【００７３】
また、充填部１７と同じ位置にある取り出し部１７において、胴型搬送アームコントローラ２４により制御された胴型搬送アーム２３によって胴型が持ち上げられ、図示しない別の場所に待避された後、下型用ヘッドアームコントローラ２７によって制御された下型用ヘッドアーム２６の先端に設けられた下型用大気圧プラズマクリーニングヘッド２５が、充填部１７上の下型の位置に移動し、下型と下型用大気圧プラズマクリーニングヘッド２５が静止対向する位置に配される。次いで、本発明の第２実施形態におけると同様に、下型用大気圧プラズマクリーニングヘッド２５内の誘電体と上下型の成型面の間にプラズマを発生させ、大気圧プラズマの照射によって下型の成型面をクリーニングする。すなわち、充填部１７が下型のクリーニング部を構成する。
【００７４】
次に、胴型搬送アーム２３によって、待避場所から胴型が持ち上げられ、充填部１７に移動し、下型が胴型にはめ込まれる。そして、未処理成型材料ケース１５から取り出された成型材料が、上型搬送アーム２１によって拾い上げられ、充填部１７上の下型の上に配される。次いで、上型搬送アーム２１によって、待避場所から上型が持ち上げられ、充填部１７に移動し、上型が胴型にはめ込まれる。このように、一対の金型間に成型材料が充填され、金型セットＫがセッティングされる。
【００７５】
そして、金型セットＫは、胴型搬送アーム２３によって持ち上げられ、ローダ部１８を構成するリニアスライダ上に配される。金型セットＫはローダ部１８を搬送され、成型部１９内に入り、熱及び圧力を印加することによって成型が行われる。なお、成型部１９の構成は、従来例で図８を用いて説明したものと同様である。
【００７６】
成型が終わった金型セットＫは、アンローダ部２０を構成するリニアスライダを搬送され、胴型搬送アーム２３によって拾い上げられ、再び充填部１７に戻ってくる。
【００７７】
以上のようなサイクルを繰り返すことによって、ほとんど金型のメンテナンスを行うことなく、連続して成型を行うことが可能となる。成型を１ショット行うごとに大気圧プラズマによるクリーニングを行う必要はなく、自動シーケンスによって１０ショットごと、１００ショットごとなど、成型による金型の汚れ具合によって自由に設定することができる。これまでの経験によれば、概ね１０ショットから３００ショットごとにクリーニングを行うことで、タクトを落とさずに確実なクリーニングを行うことが可能である。
【００７８】
以上述べた本発明の実施形態において、大気圧プラズマ源（クリーニングヘッド）を成す電極構造としていくつかの構成例を示したが、様々なプラズマ源を用いることができる。例えば、図６に示すように、誘電体１１の大きさを標準的な大きさの金型における成型面５に比べてかなり大きくした場合でも、電極４が成型面５の大きさに近いか、またはそれよりも小さいと、成型面５の近傍にのみプラズマ９が発生するため、効率をほとんど落とす心配がない。つまり、このようなヘッド構造を用いると、様々な大きさの成型面をもつ金型に対して、成型面近傍にのみ効率的にプラズマを生成できる。例えば、電極の成型面に対向する面の大きさ（直径）は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。１ｍｍ未満ではアーク放電の発生する恐れがあり、逆に１０ｍｍより大きいと、小さい金型をクリーニングする際にプラズマが大きくなりすぎて（プラズマが金型の側面にも回り込むため）、効率の低下を招く恐れがある。また、誘電体の大きさ（直径）は、１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましい。１５ｍｍ未満だと、大きい成型面をもつ金型の処理に適さない。これは、電極の側面にプラズマが回り込み、電力効率が低下するためである。逆に３０ｍｍより大きいと、必要以上にスペースを占拠するため、好ましくない。
【００７９】
また、以上述べた本発明の実施形態においては、成型面が凹形である場合を例示したが、図７のように凸形である場合、誘電体１１や電極４の形状を、成型面５に沿った形にした方がよい。しかし、厳密に同じ曲面である必要はなく、円近似した場合の曲率が概ね±２０％程度であれば、良好な処理結果を得ることができる。あまりに曲率が異なっていると、成型面の一部が処理不足になり、汚れが蓄積される場合がある。
【００８０】
また、図８のように、多数のガス噴出口を有する大気圧プラズマ源（クリーニングヘッド）を用いることもできる。図８において、受け台１上に金型２が載置されている。受け台１に対向して電極４が設けられ、電極４にはシャワー電極３１及びシャワープレート３２が設けられている。シャワー電極３１及びシャワープレート３２には互いに対応する位置にガス噴出口１０が設けられている。ガス供給装置７から配管３３を介して、電極４とシャワー電極３１の間に設けられた空間であるガス溜まり３４にガスが供給され、ガス噴出口１０を通じて金型２上に噴出させる。この状態で受け台１に高周波電源８から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給することにより、シャワープレート３２と金型２間にプラズマが発生する。なお、シャワープレート３２は誘電体であり、セラミックスなどの絶縁性、耐熱性に優れた材料が用いられる。また、上記の各構成要素は大気圧中にあり、真空容器のような完全密閉型の頑丈な容器や、真空ポンプは不要である。
【００８１】
また、図９のような構成も可能である。図９において、受け台１上に金型２が載置されている。受け台１に対向して電極４が設けられ、電極４にはシャワー電極３１及びシャワープレート３２が設けられている。シャワー電極３１及びシャワープレート３２には互いに対応する位置にガス噴出口１０が設けられている。ガス供給装置７から配管３３を介して、電極４とシャワー電極３１の間に設けられた空間であるガス溜まり３４にガスが供給される。なお、電極４とシャワー電極３１の間には絶縁板３５が設けられており、シャワー電極３１は接地されている。この状態で電極４に高周波電源８から１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給することにより、絶縁板３５とシャワー電極３１間のガス溜まり３４にプラズマが発生する。上記の各構成要素は大気圧中にあり、真空容器のような完全密閉型の頑丈な容器や、真空ポンプは不要である。プラズマで生成された活性粒子は、ガス噴出口１０を通じて金型２上に噴出する。
【００８２】
また、フッ素を含むガスを添加することによって、クリーニング速度の向上が図れる場合がある。或いは、成型のミスによってＳｉＯ2などの無機物が付着した成型面のクリーニングを行うには、フッ素を含むガスを添加することが好ましい。この場合、ＣＦ4やＳＦ6を用いることができる。ＳＦ6は解離しやすく、多量のフッ素ラジカルを生成できるという利点がある。その他、ＨＦやＣ2Ｆ6、Ｃ4Ｆ8などのフッ化炭素ガスを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の金型のクリーニング方法及び装置、成型方法及び装置は、プレス成型はもちろん、プラスチック射出成型のプロセスにも適用可能である。また、金型が１０ｎｍ以上１０μｍ以下の寸法の微細構造を有する場合、微細構造内の物理的・化学的な汚れを取り除く効果が高く、特に適している。また、金型の平滑部に求められる表面荒さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である場合、ごく微量の物理的・化学的な汚れを取り除く効果が高く、特に適している。このような成型品の代表として、液晶ディスプレイバックライト用の導光板、光ディスク、光ピックアップなどの光学製品があげられる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１実施形態における金型のクリーニング装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の第２実施形態における金型のクリーニング装置の構成を示す断面図
【図３】アッシング速度の、電極の下面と成型面の中央部との距離に対する依存性を示す図
【図４】本発明の第３実施形態における金型のクリーニング装置の構成を示す断面図
【図５】本発明の第４実施形態における成型装置の構成を示す斜視図
【図６】本発明の他の実施形態における金型のクリーニング装置の構成を示す断面図
【図７】本発明の他の実施形態における金型のクリーニング装置の構成を示す断面図
【図８】本発明の他の実施形態における金型のクリーニング装置の構成を示す断面図
【図９】本発明の他の実施形態における金型のクリーニング装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００８５】
１  受け台
２  金型
３  ガス噴出口
４  電極
５  成型面
６  ガス流路
７  ガス供給装置
８  電源
９  プラズマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005246667.tif 000008
【図７】
2005246667.tif 000009
【図８】
2005246667.tif 000010
【図９】
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