(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細凹凸面を有するマスター型を作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工して電鋳型を作製した後、電鋳型をマスター型から離型して得られる射出成形用金型において、
射出成形用金型に要求される凸部の高さに相当する凹部をマスター型に加工する際、所望の深さより少なくとも凹部の底部に残ることが推測される未加工部の高さ分以上に深く凹部を加工し、この凹部を反転させた電鋳型の凸部が射出成形用金型に要求される凸形状の高さとなるまで、電鋳型の凸部端面を除去加工して成ることを特徴とする射出成形用金型。
【請求項２】
微細な凹凸形状を有する成形品を成形するための射出成形用金型の製造方法であって、微細凹凸面を有するマスター型を作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工して電鋳型を作製した後、電鋳型をマスター型から離型して射出成形用金型とする射出成形用金型の製造方法において、
射出成形用金型に要求される凸部の高さに相当する凹部をマスター型に加工する際、所望の深さより少なくとも凹部の底部に残ることが推測される未加工部の高さ分以上に深く凹部を加工し、この凹部を反転させた電鋳型の凸部が射出成形用金型に要求される凸形状の高さとなるまで、電鋳型の凸部端面を除去加工することを特徴とする射出成形用金型の製造方法。
【請求項３】
微細凹凸面を有するマスター型を作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工して電鋳型を作製した後、マスター型から離型した電鋳型を微細凹凸形状を有する成型品を成形するための射出成形用金型とする射出成形用金型において、
前記成型品の微細凹凸形状を形成するための前記金型の転写部における微細凹凸面の凸部端面が切削加工あるいは研削加工が施された加工面であり、前記微細凹凸面の凹部が前記マスター型の表面を転写した転写面であることを特徴とする射出成形用金型。
【請求項４】
微細な凹凸形状を有する成型品を成形するための射出成形用金型の製造方法であって、微細凹凸面を有するマスター型を切削バイトにて切削加工して作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工を施して電鋳型を作製した後、電鋳型をマスター型から離型して射出成形用金型を得る射出成形用金型の製造方法において、
マスター型に凹部を切削加工する際、その凹部を射出成形用金型に要求される凸形状の高さに相当する所望の深さより少なくとも切削バイトのノーズＲ寸法以上深く切削加工し、前記凹部を反転させて電鋳型に形成された凸部が射出成形用金型に要求される凸形状の高さとなるまで前記凸部を切削加工することを特徴とする射出成形用金型の製造方法。
【請求項５】
微細な凹凸形状を有する成型品を成型するための射出成形用金型の製造方法であって、微細凹凸面を有するマスター型をエッチングにより作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工を施して電鋳型を作製した後、電鋳型をマスター型から離型して射出成形用金型を得る射出成形用金型の製造方法において、
マスター型に凹部を形成する際、その凹部を射出成形用金型に要求される凸形状の高さに相当する所望の深さより少なくとも凹部底面に形成されるＲ形状の高さ分だけ深く形成し、前記凹部を反転させて電鋳型に形成された凸部が射出成形用金型に要求される凸形状の高さとなるまで前記凸部を切削加工することを特徴とする射出成形用金型の製造方法。
【請求項６】
前記微細凹凸形状は、櫛歯形状あるいはノコバ形状であることを特徴とする請求項４または請求項５記載の射出成形用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形用金型およびその製造方法に係り、より詳細には成形品の表層に微細な凹凸形状を形成する際に用いる射出成形用金型およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、成形品の表層に微細な凹凸形状を形成する射出成形用金型およびその製造方法に関する技術としては、例えば特公平４―５３６９０号公報に記載されているように、金型の基部を鉄系金属とし、この鉄系金属の表面に無電解ニッケル−リンメッキ層を形成し、そのメッキ層にダイヤモンド工具を用いて精密旋盤によって微細な凹凸形状の加工を行った金型が知られている。
【０００３】
そして、この金型およびその製造方法の特徴として、鉄系金属では切削加工性が悪く、直接鉄系金属の表面に凹凸形状を切削加工しようとしても所望する精度の形状が得られないため、切削性の良いメッキ層を数々の実験によって見つけ出し、そのメッキ層に精密な切削加工をすることによって所望する微細な凹凸形状を得る点である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来技術の金型によっては、ある程度所望する微細な凹凸形状を得ることができるが、まだ以下のような問題があった。
【０００５】
従来技術では、金型の製造工程の仕上げ段階では精密旋盤のダイヤモンドバイトによる切削加工によって微細な凹凸形状を得るものであり、凹凸形状の精度は、使用する精密旋盤やダイヤモンドバイトの精度に頼らざるを得ない。すなわち、精密旋盤の送り精度やダイヤモンドバイトの先端のＲの大きさによって、切削加工して得られる凹凸形状の底部に未加工部としてＲ部が形成されたり、細かい表面粗さが残ってしまい、この金型を用いて成形した成形品の凹凸形状にもそれらが転写して最終的に成形品としての精度を劣化させる等の問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、精密旋盤の送り精度やダイヤモンドバイトの先端のＲの大きさによる凹凸形状の底部のＲ部や細かい表面粗さが残ってしまうことのない微細な凹凸形状を得ることができる射出成形用金型およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の射出成形用金型は、微細な凹凸形状を有する成形品を成形するための射出成形用金型の製造方法であって、微細凹凸面を有するマスター型を作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工して電鋳型を作製した後、電鋳型をマスター型から離型して射出成形用金型を得る射出成形用金型の製造方法において、射出成形用金型に要求される凸部の高さに相当する凹部をマスター型に加工する際、所望の深さより少なくとも凹部の底辺に残ることが推測される未加工部の高さ分以上に深くなるように凹部を加工し、この凹部を反転させた電鋳型の凸部が射出成形用金型に要求される凸形状の高さとなるまで、電鋳型の凸部端面を除去加工することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の請求項２の射出成形用金型の製造方法は、微細な凹凸形状を有する成形品を成形するための射出成形用金型の製造方法であって、微細凹凸面を有するマスター型を作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工して電鋳型を作製した後、電鋳型をマスター型から離型して射出成形用金型とする射出成形用金型の製造方法において、射出成形用金型に要求される凸部の高さに相当する凹部をマスター型に加工する際、所望の深さより少なくとも凹部の底部に残ることが推測される未加工部の高さ分以上に深く凹部を加工し、この凹部を反転させた電鋳型の凸部が射出成形用金型に要求される凸形状の高さとなるまで、電鋳型の凸部端面を除去加工することを特徴とする。
さらに、本発明の射出成形用金型の製造方法は、微細な凹凸形状を有する成型品を成形するための射出成形用金型の製造方法であって、微細凹凸面を有するマスター型を切削バイトにて切削加工して作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工を施して電鋳型を作製した後、電鋳型をマスター型から離型して射出成形用金型を得る射出成形用金型の製造方法において、マスター型に凹部を切削加工する際、その凹部を射出成形用金型に要求される凸形状の高さに相当する所望の深さより少なくとも切削バイトのノーズＲ寸法以上深く切削加工し、前記凹部を反転させて電鋳型に形成された凸部が射出成形用金型に要求される凸形状の高さとなるまで前記凸部を切削加工することを特徴とする。
さらに、本発明の射出成形用金型の製造方法は、微細な凹凸形状を有する成型品を成型するための射出成形用金型の製造方法であって、微細凹凸面を有するマスター型をエッチングにより作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工を施して電鋳型を作製した後、電鋳型をマスター型から離型して射出成形用金型を得る射出成形用金型の製造方法において、マスター型に凹部を形成する際、その凹部を射出成形用金型に要求される凸形状の高さに相当する所望の深さより少なくとも凹部底面に形成されるＲ形状の高さ分だけ深く形成し、前記凹部を反転させて電鋳型に形成された凸部が射出成形用金型に要求される凸形状の高さとなるまで前記凸部を切削加工することを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明によれば、マスター型に微細な凹凸形状を形成する際、凹部の底面に形成されるＲ部が、マスター型を電鋳加工して前記凹凸形状を反転した電鋳型の表面に転写される。転写された凸部のＲ部は切削加工で除去されるとともに表面粗さも取り除かれ、精度および表面粗さが向上させた凹凸形状を有する射出成形用金型が得られる。
従って、請求項１の発明によれば、射出成形用金型は、成型品の微細凹凸形状を形成するための前記金型の転写部における微細凹凸面の凸部端面が切削加工あるいは研削加工が施された加工面であり、前記微細凹凸面の凹部が前記マスター型の表面を転写した転写面であることを特徴とする射出成形用金型となる。
【００１２】
請求項２、請求項４及び請求項５の発明によれば、微細な凹凸形状を加工されたマスター型の凹凸面に電鋳加工を施して前記凹凸形状を転写させた電鋳型を得る。この電鋳型の凹凸形状はマスター型の凹凸形状がそのまま反転されたものであり、マスター型の凹凸形状を加工した時の表面粗さや凹部底辺のＲ形状未加工部は、電鋳型の凹凸形状の表面粗さや凸部先端角部のＲ形状として形成される。そして、電鋳型の凹凸形状のうち凸部のみを切削加工して凸部端面を除去することでＲ形状未加工部や表面粗さを取り除き、シャープな凹凸形状に仕上げる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明に係る実施の形態１を図１〜図４に基づいて説明する。本実施の形態は、凹凸のピッチが数μｍ〜数１０μｍの微細な櫛歯形状（断面）を有する成形品を成形するための射出成形用金型とその金型の製造方法であり、図１は射出成形用金型の製造方法を示す工程図、図２は図１のＡ部を示す拡大詳細図、図３は図１のＢ部を示す拡大詳細図、図４は図１のＣ部を示す拡大詳細図、図５は本実施の形態の変形例を示す図１のＡ部拡大詳細図である。
【００１４】
本実施の形態の製造方法を説明する。
まず、図１に示すマスターとなる型２（以下、マスター型２という）の加工面２ａに微細な凹凸形状をバイトにより切削加工する。この微細な凹凸形状は図２のＡ部拡大詳細図に示すように、凹凸のピッチｐおよび深さＤが数μｍ〜数１０μｍで、凹部の底隅には切削に使用したバイトの先端のＲ（以下、ノーズＲという）が残った形状に切削加工される。この時、凹部の深さＤは、凹部の底隅に残るノーズＲのＲ部の高さである未加工部の高さｒと所望する深さ寸法、即ち、射出成形用金型に形成する微細凹凸形状の深さ（高さ）寸法ｔとを加えた深さにする。
【００１５】
次に、マスター型２の加工面２ａに電鋳加工を行って電鋳型１を形成し、その後、形成した電鋳型１をマスター型２から離型する。このとき得られた電鋳型１の表面１ａには、マスター型１の加工面２ａに形成した微細な凹凸形状が反転した微細な凹凸形状が形成される。この凹凸形状には、図３のＢ部拡大詳細図に示すように、凹部の底隅にはＲが形成されず、電鋳型１の表面１ａの凸部端面１ｂの角隅にＲ部が形成されている。
【００１６】
その後、電鋳型１の外周および凸部端面１ｂを切削加工し、所望する微細な凹凸形状を有する射出成形用金型３を製造する。このとき、図４のＣ部拡大詳細図に示すように、電鋳型１の凸部端面１ｂに形成されているＲ部が無くなるまで凸部端面１ｂを除去加工（本実施の形態では、切削加工）し、射出成形用金型３に形成する微細な凹凸形状の深さ（高さ）寸法ｔが所望する深さ（高さ）となるまで行う。
【００１７】
本実施の形態によれば、マスター型２の加工面２ａにバイトにより切削加工した凹凸形状を反転した電鋳型１を作ることにより、マスター型２の加工面２ａの切削加工に用いたバイトのノーズＲで出来た凹部底隅のＲ部が、電鋳型１に形成された凹凸形状の凸部角隅に形成されることになる。そして、電鋳型１の凸部角隅に形成されたＲ部が無くなるまで凸部端面１ｂを除去加工して凹凸形状の所望の深さ寸法ｔまで研削することにより、凹凸の稜部である隅Ｒの極めて小さい微細な凹凸形状を有する射出成形用型３を製造することができる。
【００１８】
なお、上記実施の形態では、バイトを用いた切削加工によりマスター型２の加工面２ａに微細な凹凸形状を作成した場合を説明したが、これに限られず、以下に示すエッチングにより作成することが出来る。
【００１９】
すなわち、マスター型２の加工面２ａにレジストを塗布し、所定のパターンを転写したマスクを用いてレジスト露光し、現像処理して加工面２ａにレジストパターンを形成する。その後、レジストパターンをエッチングマスクとして加工面２ａをエッチングしたのち、レジストパターンを除去し、微細な凹凸形状を有するマスター型２としてもよい。このとき、エッチングにより凹凸形状を作成すると、図５に示すように、形成された凹部の底部は全体的にＲ形状となる。この時、凹部の深さは、底部の最底部からＲ形状の上端までが未加工部となり、凹部の深さは未加工部の高さｒと所望する深さ寸法ｔとを加えた深さにする。以下、上記実施の形態と同様に上記凹凸形状を反転した凹凸形状を有する電鋳型１を作成し、電鋳型１のＲ形状の凸部端面を切削加工して未加工部を除去し、凹部が所望の深さ寸法ｔにして射出成形用型を製造する。
【００２０】
［実施の形態２］
本発明に係る実施の形態２を図６〜図８に基づいて説明する。本実施の形態は、フレネルレンズのように数μｍ〜数１０μｍの微細なノコバ形状を有する成形品を成形するための射出成形用金型とその金型の製造方法である。図６〜図８は、図１のＡ部〜Ｃ部の拡大詳細図である図２〜図４に対応しており、図６はマスター型の加工面のＡ部拡大詳細図、図７は電鋳型のＢ部拡大詳細図、図８は金型のＣ部拡大詳細図である。
【００２１】
本実施の形態の製造方法を説明する。なお、以下においては、上記実施の形態１と異なる構成、作用のみを説明する。
まず、マスター型２の加工面２ａに微細なノコバ形状をバイトにより切削加工する。この微細なノコバ形状は、図６のＡ部拡大詳細図に示すように、ノコバ状のピッチｐおよび深さＤが数μｍ〜数１０μｍで、立ち上げ部２ｂと斜面部２ｃとの交点となる凹部底隅には切削に使用したバイトのノーズＲが残った形状となる。この時、凹部の深さＤは、凹部底隅に残るノーズＲのＲ部の高さである未加工部の高さｒと所望する深さ寸法、即ち、射出成形用金型に形成する微細凹凸形状の深さ（高さ）寸法ｔとを加えた深さにする。なお、二点鎖線は製造する金型の凹凸形状の外形線を示している。
【００２２】
次に、マスター型２の加工面２ａに電鋳加工を行って電鋳型１を形成する。得られた電鋳型１の表面１ａには、図７に示すように、マスター型１の加工面２ａに形成した微細なノコバ形状が反転した微細なノコバ形状が形成され、電鋳型１の表面１ａの凸部端面１ｂの角隅にＲ部が形成されている。なお、二点鎖線は凸部端面１ｂの切削部分を示している。
【００２３】
その後、電鋳型１の外周および凸部端面１ｂを切削加工し、所望する微細なノコバ形状を有する射出成形用金型３を製造する。このとき、図８のＣ部拡大詳細図に示すように、電鋳型１の凸部端面１ｂに形成されているＲ部が無くなるまで凸部端面１ｂを切削加工し、射出成形用金型３に形成する微細なノコバ形状の深さ寸法ｔが所望する深さとなるまで行う。このとき、斜面角度があまり変化することのない角度で研削する。なお、二点鎖線は研削加工する前の電鋳型１の表面１ａを示している。
【００２４】
本実施の形態によれば、マスター型２の加工面２ａにバイトにより切削加工したノコバ形状を反転した電鋳型１を作ることにより、マスター型２の加工面２ａの切削加工に用いたバイトのノーズＲで出来た凹部底隅のＲ部が、電鋳型１に形成されたノコバ形状の凸部角隅に形成されることになる。そして、電鋳型１の凸部角隅に形成されたＲ部が無くなるまで凸部端面１ｂを除去加工して凹凸形状の所望の深さ寸法ｔまで研削することにより、凹凸の稜部である隅Ｒの極めて小さい微細な凹凸形状を有する射出成形用型３を製造することができる。
【００２５】
［実施の形態３］
本発明に係る実施の形態３を図９〜図１１に基づいて説明する。本実施の形態は、フレネルレンズのように数μｍ〜数１０μｍの微細なノコバ形状を有する成形品を成形するための射出成形用金型とその金型の製造方法である。図９〜図１０は、図１のＡ部〜Ｃ部の拡大詳細図である図２〜図４に対応しており、図９はマスター型の加工面のＡ部拡大詳細図、図１０は電鋳型のＢ部拡大詳細図、図１１は金型のＣ部拡大詳細図である。
【００２６】
本実施の形態の製造方法を説明する。なお、以下においては、上記実施の形態１，２と異なる構成、作用のみを説明する。
まず、マスター型２の加工面２ａに微細なノコバ形状をバイトにより切削加工する。この微細なノコバ形状は、図９のＡ部拡大詳細図に示すように、ノコバ状のピッチｐおよび深さＤが数μｍ〜数１０μｍで、立ち上げ部６に対して角度の異なる緩斜面部５ａと急斜面部５ｂからなる斜面部５と、立ち上げ部６と急斜面部５ｂとの交点となる凹部底隅には切削に使用したバイトのノーズＲが残った形状で、このノコバ形状の作成には緩斜面部５ａから延長線（二点鎖線）を引くと凹部底隅のＲ形状にかからないようになる先端形状のバイトを使用する。凹部の深さＤは、凹部底隅に残るノーズＲのＲ部の高さである未加工部の高さｒと所望する深さ寸法ｔとを加えた深さにする。
【００２７】
次に、マスター型２の加工面２ａに電鋳加工を行って電鋳型１を形成する。得られた電鋳型１の表面１ａには、図１０に示すように、マスター型２の加工面２ａに形成した微細なノコバ形状が反転した微細なノコバ形状が形成され、電鋳型１の表面１ａには、マスター型２の急斜面部５ｂにより形成された凸部端面１ｂの角隅にＲ部が形成されている。なお、二点鎖線は凸部端面１ｂの切削部分を示している。
【００２８】
その後、電鋳型１の外周および凸部端面１ｂを切削加工し、所望する微細なノコバ形状を有する射出成形用金型３を製造する。このとき、図１１のＣ部拡大詳細図に示すように、電鋳型１の凸部端面１ｂに形成されているＲ部が無くなるまで凸部端面１ｂを切削加工し、射出成形用金型３に形成する微細なノコバ形状の深さ寸法ｔが所望する深さとなるまで行う。このとき、切削加工して得られる斜面の角度が緩斜面の角度と変わらず、Ｒ部である未加工部のＲ部が無くなる高さまで行う。なお、二点鎖線は研削加工する凸部端面１ｂを示している。
【００２９】
本実施の形態によれば、マスター型２の加工面２ａにバイトにより切削加工したノコバ形状を反転した電鋳型１を作ることにより、マスター型２の加工面２ａの切削加工に用いたバイトのノーズＲで出来た凹部底隅のＲ部が、電鋳型１に形成されたノコバ形状の凸部角隅に形成されることになる。そして、電鋳型１の凸部角隅に形成されたＲ部が無くなるまで、緩斜面部と同じ角度で凸部端面１ｂを除去加工してノコバ形状の所望の深さ寸法ｔまで研削することにより、ノコバ状の隅Ｒの極めて小さく、かつ斜面部の平面度が良好な微細な凹凸形状を有する射出成形用型３を製造することができる。
【００３０】
なお、上記詳細な説明には、以下の発明が含まれている。
（１）微細な凹凸形状を有する成形品を成形するための射出成形用金型の製造方法において、基準となる微細凹凸面を形成したマスター型を作製し、次にマスター型から微細凹凸形状を反転させた電鋳型を作り、その後前記電鋳型に切削加工を施して所望の微細凹凸形状を仕上げて前記射出成形用金型を得ることを特徴とする射出成形用金型の製造方法。
【００３１】
（２）微細な凹凸形状を有する成形品を成形するための射出成形用金型の製造方法であって、成形品に要求される微細凹凸面を反転した微細凹凸面を有するマスター型を切削バイトにて切削加工して作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工を施して電鋳型を作製した後、電鋳型をマスター型から離型して射出成形用金型を得る射出成形用金型の製造方法において、マスター型に凹部を切削加工する際、その凹部を射出成形用金型に要求される凸形状の高さに相当する所望の深さより少なくとも切削バイトのノーズＲ寸法以上深く切削加工し、前記凹部を反転させて電鋳型に形成された凸部が射出成形用金型に要求される凸形状の高さとなるまで前記凸部を切削加工することを特徴とする射出成形用金型の製造方法。
【００３２】
（３）前記微細凹凸形状は、櫛歯形状あるいはノコバ形状であることを特徴とする前記構成（２）記載の射出成形用金型の製造方法。
【００３３】
（４）微細な凹凸形状を有する成形品を成形するための射出成形用金型の製造方法であって、斜面部と立ち上げ部を有するノコバ状の微細凹凸形状を切削バイトにより切削加工してマスター型を作製し、マスター型の微細凹凸面に電鋳加工を施して電鋳型を作製した後、電鋳型をマスター型から離型して射出成形用金型を得る射出成形用金型の製造方法において、マスター型に凹部を切削加工する際、緩斜面を表面側に形成しこの緩斜面に連続して急斜面を形成するとともに、緩斜面の延長線と立ち上げ部との交点より下に、急斜面と立ち上げ部の間に形成される切削バイトのノーズＲが位置するようにし、前記凹部を反転させて電鋳型に形成された凸部が射出成形用金型に要求される凸形状の高さとなるまで、前記緩斜面と同じ平面となるように前記凸部を切削加工することを特徴とする射出成形用金型の製造方法。
【００３４】
（４）前記マスター型に微細凹凸面をエッチングにより形成する射出成形用金型の製造法にあって、マスター型に凹部を形成する際、その凹部を射出成形用金型に要求される凸形状の高さに相当する所望の深さより少なくとも凹部底面に形成されるＲ形状を深く形成することを特徴とする前記構成（２）の射出成形用金型の製造方法。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、初期加工でマスター型に形成された微細な凹凸形状を電鋳加工により電鋳型に転写することで、凹部底部の未加工部を反転して電鋳型の表面に未加工部を移動し、電鋳型の表面を切削加工することによって未加工部を取り除き、微細な凹凸形状の稜部を極めて小さくした射出成形用金型を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の製造方法を示す工程図である。
【図２】図１のＡ部拡大詳細図である。
【図３】図１のＢ部拡大詳細図である。
【図４】図１のＣ部拡大詳細図である。
【図５】実施の形態１の変形例を示す図１のＡ部拡大詳細図である。
【図６】本発明の実施の形態２における図１のＡ部拡大詳細図である。
【図７】本発明の実施の形態２における図１のＢ部拡大詳細図である。
【図８】本発明の実施の形態２における図１のＣ部拡大詳細図である。
【図９】本発明の実施の形態３における図１のＡ部拡大詳細図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における図１のＢ部拡大詳細図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における図１のＣ部拡大詳細図である。
【符号の説明】
１  電鋳型
１ａ  表面
１ｂ  凸部端面
２  マスター型
２ａ  加工面
３  射出成形用金型
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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