JP3286157B2 - 樹脂製の型およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂製の型および
その製造方法に係り、さらに詳しくは、例えば、ガラス
基板上に反応硬化型樹脂から成る樹脂層を成形加工し、
それを樹脂製の電鋳マスターとして用いることにより、
精密な寸法精度が要求される小径非球面レンズ、マイク
ロレンズ、レンズアレー、回折光子等の光学部品や機械
部品などを製造することができる樹脂製の型およびその
製造方法。

【０００２】

【従来の技術】一般に、小径非球面レンズ、マイクロレ
ンズ、レンズアレー、回折光子等の光学部品や、精密な
寸法精度が要求される機械部品を製造するための金型
は、高精度に機械加工されるために非常に高価なものと
なっている。

【０００３】また、複数個の同じ金型を製造する方法と
しては、機械加工でマスター金型を製作して、それを基
にして電鋳加工で金型を製作する方法もある。しかし、
その電鋳加工はメッキ速度が遅いために非常に長い時間
を必要とし、そのため、このような製作方法では金型納
期が非常に遅くなってしまう。また、複数のマスター金
型を機械加工で製作することによって、同時に複数個の
マスター金型を基にして金型を電鋳加工すれば、このよ
うな納期の問題は解決されるが、必然的に、このように
して製作した金型は非常に高価になってしまう。

【０００４】また、特開平３−２０２４８６号公報に記
載されているように、電子ビームにより原盤を製作し、
この原盤を基に電鋳を行って第１の金型を製作し、この
第１の金型を用いて紫外線硬化樹脂等の感光性樹脂製の
レプリカを製作し、このレプリカをマスターにして電鋳
を行って第２の金型を製作する方法も知られている。

【０００５】しかし、この方法では、紫外線硬化樹脂等
の反応性硬化型樹脂が硬化収縮するため、電鋳用のマス
ターを高精度に製作することが極めて困難である。特
に、肉厚がｍｍ単位となる金型、または複雑な形状を有
する金型の製作は、ますます困難となってくる。

【０００６】また、このような紫外線硬化樹脂の硬化収
縮に対する寸法補償の方法としては、例えば、図８から
図１１のそれぞれに示すような４つの方法が知られてい
る。

【０００７】図８は、特開平４−２２６０９号公報に開
示されているように、成形型１０１上の紫外線硬化樹脂
１０２を加圧しながら、その樹脂１０２に光源１０３か
らの紫外線を照射する方法である。また、同図中の１０
４はレンズブランクである。

【０００８】図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は、特開平６
−５９１０４号公報に開示されているように、金型２０
１上の紫外線硬化樹脂２０２に対する紫外線の照射領域
をマスク２０３によって制御する方法である。同図中の
２０４は、ガラスレンズまたは素子基材もしくは基材レ
ンズである。

【０００９】図１０（ａ）〜（ｈ）は、特開平１−１７
１９３２号公報に開示されているように、１回目の成形
で加工された不良レプリカを母材として、再度同じ金型
で成形する方法である。すなわち、型３０１のキャビテ
ィー３０１Ａに供給した紫外線硬化樹脂３０２に対し
て、ガラス基板３０３上から紫外線を照射して（図１０
（ａ），（ｂ），（ｃ））、１回目の成形樹脂層３０２
−１として不良レプリカが生じた時に（図１０
（ｄ））、再び、キャビティー３０１Ａに樹脂３０２を
供給してから（図１０（ｅ））、ガラス基板３０３上か
ら紫外線を照射する（図１０（ｇ））。そして、２回目
の成形樹脂層３０２−２によって良品のレプリカを作成
する。

【００１０】図１１（ａ）〜（ｆ）は、特開平６−２５
４８６８号公報に開示されているように、型４０１のキ
ャビティー４０１Ａに反応硬化型液状樹脂４０２を充填
し（図１１（ａ），（ｂ））、それを紫外線によって固
化させて第１の樹脂層４０２−１を形成させ（図１１
（ｃ））、そして第１の樹脂層４０２−１上に第２の樹
脂層４０２−２を形成させるべく、キャビティー４０１
内に反応硬化型液状樹脂４０２を少量滴下して第２の樹
脂層４０２−２を形成させ、第１，第２の樹脂層を一体
化させて離型させる（図１１（ｅ），（ｆ））。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８の
ように紫外線硬化樹脂を加圧しながら、それに紫外線を
照射する方法は、それを加圧するための特別な装置が必
要になるという問題がある。さらに、成形しようとする
電鋳品の形状の肉厚が均一ではない場合は、紫外線照射
によって、まず肉の薄い部分が硬化してしまうため、そ
れ以後の加圧によっては、肉の薄い部分が硬化してしま
っているために肉の厚い部分に圧力が伝わらず、硬化収
縮を補償することができない。したがって、精密な寸法
精度が要求されるレプリカのマスターは製作することは
できないという問題があった。

【００１２】また、図９のように紫外線の照射領域を制
御する方法は、その照射領域を制御する特別な装置が必
要であり、しかも照射領域の制御条件を試行錯誤で設定
しなければならないという問題もあった。

【００１３】また、図１０のように１回目の成形で加工
された不良レプリカを母材として、再度同じ金型で成形
する方法は、成形回数を増やせば増やすほど、レプリカ
の寸法精度は向上するが、そのように成形回数が増える
分だけ成形に時間がかかり、製品が高価になってしまう
という問題があった。

【００１４】また、図１１のように第１層・第２層の２
回に分けて成形する方法は、特に電鋳品の肉厚がｍｍ単
位になると、その硬化収縮の量が大きくなるため、精密
な寸法精度が要求されるレプリカマスターを製作するこ
とができないという問題があった。しかも、この方法で
は、金型が複雑な形状のキャビティーを有する場合に、
成形回数が増せば増すほど、複雑な形状のキャビティー
の細部まで樹脂を供給することが困難であり、そのため
高精度なレプリカを成形することが困難であるという問
題もあった。

【００１５】本発明の目的は、肉厚がｍｍ単位、または
複雑な形状のキャビティーを形成する金型などからも、
高精度に製造することができて、例えば、電鋳マスター
として用いることにより、極めて高精度の電鋳金型を安
価に製造することができる樹脂製の型およびその製造方
法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の樹脂製の型は、
金型のキャビティー内に供給した反応硬化型樹脂を硬化
させてから離型することによって製造される樹脂製の型
において、前記樹脂の硬化によって該樹脂に結合され、
かつ前記キャビティーの投影形状とほぼ同一形状の穴が
形成された基板を有することを特徴とする。

【００１７】本発明の樹脂製の型の製造方法は、金型の
キャビティー内に供給した反応硬化型樹脂を硬化させて
から離型することによって樹脂製の型を製造する製造方
法において、前記金型のキャビティー内に供給された樹
脂上に、該樹脂の硬化時の収縮を許容するための穴を有
する基板を載置し、そして、前記樹脂を硬化させること
によって該樹脂と前記基板とを結合させてから、前記樹
脂を前記基板と共に前記金型から離型させることを特徴
とする。

【００１８】本発明によれば、ガラス等の基板に設けた
穴によって、反応硬化型樹脂の表面の硬化収縮を許容す
ることにより、その固化収縮の悪影響、つまり金型のキ
ャビティー形成面から樹脂層が剥離することを防止し
て、その樹脂層を金型のキャビティー形成面の形状寸法
どおりに精度良く成形する。また、金型のキャビティー
形成面の外周部に、それを拡大する拡大キャビティー形
成面を設けることにより、ガラス等の基板に穴を設けた
ことによる基板と樹脂層との接着力の低下を補い、それ
らを一体化して金型から確実に離型可能とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して説明する。

【００２０】まず、図１に示すような機械部品の金型１
１を製作する。その金型１１のキャビティー形成面１２
は、放電加工等の機械加工によって加工する。次に、図
２に示すように金型１１を枠体Ａ，Ｂ，Ｃに組み込んだ
レプリカ成形型２１を製作する。このレプリカ成形型２
１は、金型１１のキャビティー形成面１２の外周に枠体
Ａ，Ｂのキャビティー形成面２２が位置している。その
キャビティー形成面２２は、金型１１のキャビティー形
成面１２から水平方向（図２中の前後左右方向）におい
て外方に延在する拡大キャビティー形成面を成す。図４
（ａ）はレプリカ成形型２１の平面図、また図４（ｂ）
は、後述するレプリカ成形に用いる角穴２６Ａを有する
ガラス基板２６の平面図である。

【００２１】以下、このようなレプリカ成形型２１を用
いた電鋳型の製作方法について説明する。

【００２２】まず、図３（ａ）に示すように、キャビテ
ィー形成面１２，２２によって形成されるキャビティー
内に、液状の紫外線硬化型樹脂２４をその液面が表面張
力で盛り上がる程度にまで供給する。その状態で真空脱
泡し、液状の紫外線硬化型樹脂２４とキャビティー形成
面１２とを密着させる。キャビティー形状が微細・複雑
な場合は、顕微鏡で拡大することによって、それらの密
着状態を確認する。そして、それらが密着するまで真空
脱泡を繰り返す。

【００２３】次に、図３（ｂ）に示すように、表面張力
で盛り上がる程度供給された液状の紫外線硬化型樹脂２
４の上に、角穴２６Ａのあいたガラス基板２６（図４
（ｂ）参照）を載置して、その角穴２６Ａをキャビティ
ー形成面１２の上方に位置させる。その角穴２６Ａは、
キャビティー形成面１２によって形成されるキャビティ
ーの投影形状とほぼ同一形状とされている。

【００２４】次に、図３（ｃ）に示すように、上方から
紫外線を照射して樹脂２４を硬化させる。ガラス基板２
６には、密着性を向上させるためのシラン系カップリン
グ剤になるシラン処理等が施されているため、硬化した
樹脂２４は、このガラス基板２６に一体化される。樹脂
２４は、紫外線の照射によって硬化収縮するものの、キ
ャビティー形成面１２の上方に位置する樹脂２４の部分
がガラス基板２６の角穴２６Ａによって上方に開放され
ているため、キャビティー形成面１２との密着状態を保
ったまま硬化収縮して、そのキャビティー形成面１２の
形状寸法を極めて高精度に転写することになり、そのキ
ャビティー形成面１２から剥離してしまうこともない。
また、枠体Ａ，Ｂのキャビティー形成面２２は、図３
（ｃ）中左右（実際は前後も）の幅分だけ、金型１１の
キャビティー形成面１２を実質的に拡大しているため、
その拡大分だけ樹脂２４とガラス基板２６との密着面が
広く確保されて、それらの結合強度が充分に得られるこ
とになる。

【００２５】次に、図３（ｄ）に示すように離型を行
い、硬化した樹脂２４とガラス基板２６とが一体化した
電鋳加工用のレプリカマスター２８を得る。このレプリ
カマスター２８は、金型１１のキャビティー形成面１２
の形状寸法を極めて高精度に転写することができる。ま
た、この離型作業に際しては、上述したような枠体Ａ，
Ｂのキャビティー形成面２２によって、結果的に樹脂２
４とガラス基板２６との結合強度が充分に確保されてい
るため、樹脂２４はガラス基板２６と一体化したまま確
実に離型されることになる。

【００２６】次に、図３（ｅ）に示すように、レプリカ
マスター２８をマスターとした電鋳加工を行って、電鋳
層３１−１を形成する。

【００２７】次に、図３（ｆ）に示すように、電鋳層３
１−１を機械加工し、電鋳型３１−２を完成する。電鋳
型３１−２は、金型１１のキャビティー形成面１２の形
状寸法を極めて精度よく転写したキャビティー形成面３
２が形成される。

【００２８】なお、上記の説明では、樹脂２４を紫外線
硬化型樹脂とし、基板として透明なガラス基板２６を使
用する場合について説明したが、樹脂材料としては、こ
の紫外線硬化型樹脂以外に、熱硬化型または常温硬化型
のエポキシ、シリコーン、ポリエステル、ウレタン等
や、紫外線以外の活性エネルギー線、例えば赤外線、可
視光線、電子線、Ｘ線等により硬化する樹脂を用いても
良い。樹脂材料としては、ウレタンアクリレート、エポ
キシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエ
ーテルアクリレート等のアクリルや、エポキシ、シリコ
ーン、ポリエステル、ウレタンなどに光開始剤を混合し
た単一組成物あるいは数種のモノマーをブレンドした混
合組成等が利用できる。また、基板としては、金属版、
プラスチック板等でも良い。

【００２９】

【実施例】次に、上述した一実施形態の製造方法に基づ
いて、実際に機械部品の金型を製造した場合の具体的な
実施例について説明する。

【００３０】まず、図５に示すような機械部品の金型４
１を製作した。その金型４１のキャビティー形成面４２
は放電加工等の機械加工によって加工する。次に、図６
に示すように、金型４１を枠体Ａ，Ｂ，Ｃを組み込んだ
レプリカ成形型５１を製作した。この成形型５１は標準
化されていて、２〜３の部品を作り替えるだけで、種々
の金型に適応することができる。このレプリカ成形型５
１は、金型４１のキャビティー形成面４２の外周に、枠
体Ａ，Ｂのキャビティー形成面５２が位置している。そ
のキャビティー形成面５２は、金型４１のキャビティー
形成面４２から水平方向（図６中の前後左右方向）にお
いて外方に延在する拡大キャビティー形成面を成す。

【００３１】このようなレプリカ成形型５１を用いて電
鋳型を製作する場合には、まず、キャビティー形成面４
２，５２をイソプロピルアルコールに浸して、超音波で
洗浄する。

【００３２】次に、図７（ａ）に示すように、キャビテ
ィー形成面４２，５２によって形成されるキャビティー
内に、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂５４
をその液面が表面張力で盛り上がる程度にまで供給して
から、真空脱泡する。そして、樹脂５４がキャビティー
形成面４２に密着していることを、顕微鏡等により拡大
して確認する。そして、それらが密着するまで真空脱泡
を繰り返す。

【００３３】次に、図７（ｂ）に示すように、樹脂５４
の上に、角穴５６Ａのあいたガラス基板５６を載置し
て、その角穴５６Ａをキャビティー形成面４２の上方に
位置させる。ガラス基板５６は、シラン系カップリング
剤によるシラン処理が前処理として施された厚み５ｍｍ
の透明体であり、その角穴５４Ａは、キャビティー形成
面４２とほぼ同寸法に形成されている。

【００３４】次に、図７（ｃ）に示すように、照度が
０．４ｍＷ／ｃｍ² の紫外線を角穴５４Ａの上方から８
分間照射させた後、照度が１８．０ｍＷ／ｃｍ² の紫外
線を７分間照射させて、キャビティー内の樹脂５４を硬
化させた。その際、キャビティー形成面４２上に位置す
る樹脂５４の部分が角穴５４Ａによって上方に開放され
ているため、樹脂５４は、キャビティー形成面４２との
密着状態を保ったまま硬化収縮して、そのキャビティー
形成面４２の形状寸法を極めて高精度に転写することに
なる。

【００３５】次に、図７（ｄ）に示すように離型を行
い、電鋳加工用のレプリカマスター５８を得た。このレ
プリカマスター５８と、金型４１のキャビティー形成面
４２の寸法を精密に測定したところ、極めて高精度に寸
法が転写されていることが確認できた。また、レプリカ
マスター５８の図７（ｄ）中下側のキャビティー形成面
を電子顕微鏡で拡大して観察した結果、キャビティー形
成面４２の形状のエッヂまでもが極めてシャープに転写
されていることも確認できた。

【００３６】次に、図７（ｅ）に示すように、このレプ
リカマスター５８をマスターにした電鋳加工を行った。
その加工期間を短くするために、電鋳層６１−１の厚さ
は、金型４１の半分の８ｍｍを少し越えた厚さまでとし
た。その後、マスター５８から電鋳層６１−１を離型し
た。

【００３７】次に、図７（ｆ）に示すように、電鋳層６
１−１を機械加工して電鋳型６１−２を得た。この電鋳
型６１−２のキャビティー形成面６２の寸法を精密に測
定したところ、金型４１のキャビティー形成面４２の寸
法が極めて高精度に転写されていることが確認できた。
また、キャビティー形成面６２を電子顕微鏡で拡大して
観察した結果、金型４１のキャビティー形成面４２の形
状のエッヂまでもが極めてシャープに転写されているが
確認できた。

【００３８】次に、図７（ｇ）に示すように、機械加工
で製作したスペーサー６３を電鋳型６１−２に取り付け
て、金型４１の複製金型６４を完成した。

【００３９】以上の工程により製造した電鋳型の製造コ
ストは、機械加工によって製造された金型の半分以下で
あった。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例えば、機械加工によって製造された肉厚がｍｍ単位、
または複雑な形状のキャビティーを形成する金型などか
らでも、樹脂の硬化時の収縮の影響を受けることなく、
高精度の樹脂製の複製型を極めて安価に製造することが
できる。また、反応硬化型樹脂の成形工程は、機械工程
によって製造された金型を傷つけることがないため、極
めて高精度かつ安価な樹脂製の複製型を数多く製造する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法の実施形態に用いられる金型
の断面図である。

【図２】図１に示す金型によって構成されたレプリカ成
形金型の断面図である。

【図３】図２に示す金型による電鋳加工用レプリカマス
ター製造過程、さらに、そのレプリカマスターによる電
鋳型の製造過程の説明図である。

【図４】（ａ）は図２に示す金型の平面図、（ｂ）は図
３に示すガラス基板の平面図である。

【図５】本発明の製造方法の実施例に用いられる金型の
断面図である。

【図６】図１に示す金型によって構成されたレプリカ成
形金型の断面図である。

【図７】図６に示す金型による電鋳加工用レプリカマス
ターの製造過程、さらに、そのレプリカマスターによる
電鋳型の製造過程の説明図である。

【図８】従来のレプリカ成形品を製造する方法に用いる
装置の一部切欠きの側面図である。

【図９】従来のレプリカ成形品を製造する手順の説明図
である。

【図１０】従来のレプリカ成形品を製造する手順の説明
図である。

【図１１】従来のレプリカ成形品を製造する手順の説明
図である。

【符号の説明】

１１，４１ 金型 １２，２２，３２，４２，５２，６２ キャビティー形
成面 ２１，５１ レプリカ成形型 ２４，５４ 紫外線硬化型樹脂 ２６，５６ ガラス基板 ２８，５８ 電鋳加工用レプリカマスター ３１，６１ 電鋳型 ６３ スペーサー

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 33/00 - 33/76 C25D 1/00 - 1/22

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型のキャビティー内に供給した反応硬
   化型樹脂を硬化させてから離型することによって製造さ
   れる樹脂製の型において、 前記樹脂の硬化によって該樹脂に結合され、かつ前記キ
   ャビティーの投影形状とほぼ同一形状の穴が形成された
   基板を有することを特徴とする樹脂製の型。
2. 【請求項２】 前記樹脂は、紫外線が照射されることに
   よって硬化する紫外線硬化型樹脂であり、 前記基板はガラス基板であることを特徴とする請求項１
   に記載の樹脂製の型。
3. 【請求項３】 前記基板は、シラン系カップリング剤に
   よるシラン処理が施されていることを特徴とする請求項
   １または２に記載の樹脂製の型。
4. 【請求項４】 前記金型のキャビティー形成面から離型
   される部分は、電鋳加工によって電鋳層が形成可能なマ
   スターを構成することを特徴とする請求項１から３のい
   ずれかに記載の樹脂製の型。
5. 【請求項５】 金型のキャビティー内に供給した反応硬
   化型樹脂を硬化させてから離型することによって樹脂製
   の型を製造する製造方法において、 前記金型のキャビティー内に供給された樹脂上に、該樹
   脂の硬化時の収縮を許容するための穴を有する基板を載
   置し、 そして、前記樹脂を硬化させることによって該樹脂と前
   記基板とを結合させてから、 前記樹脂を前記基板と共に前記金型から離型させること
   を特徴とする樹脂製の型の製造方法。
6. 【請求項６】 前記基板の穴は、前記キャビティーの投
   影形状とはほぼ同一形状であることを特徴とする請求項
   ５に記載の樹脂製の型の製造方法。
7. 【請求項７】 前記金型のキャビティーを形成するキャ
   ビティー形成面の外側に、前記樹脂上に載置される前記
   基板と対向する拡大キャビティー形成面を設けたことを
   特徴とする請求項５または６に記載の樹脂製の型の製造
   方法。
8. 【請求項８】 前記樹脂は、紫外線が照射されることに
   よって硬化する紫外線硬化型樹脂であり、 前記基板はガラス基板であることを特徴とする請求項５
   から７のいずれかに記載の樹脂製の型の製造方法。
9. 【請求項９】 前記基板は、シラン系カップリング剤に
   よるシラン処理が施されていることを特徴とする請求項
   ５から８のいずれかに記載の樹脂製の型の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記金型のキャビティー形成面から離
    型される部分によって、電鋳加工によって電鋳層が形成
    可能なマスターを構成することを特徴とする請求項５か
    ら９のいずれかに記載の樹脂製の型の製造方法。