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JP7563265B2 - Method and apparatus for manufacturing plastic elements - Google Patents
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JP7563265B2 - Method and apparatus for manufacturing plastic elements - Google Patents

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Description

本発明は、プラスチック素子の製造方法、及びプラスチック素子の製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a plastic element and an apparatus for manufacturing a plastic element.

近年、Tof(Time of Flight)を利用した3次元センシングの照度の均一性を高めて測距精度を向上させるために、マイクロレンズアレイや回折光学素子といったマイクロ・ナノオーダーの微細構造を有する光学素子が使われている。 In recent years, optical elements with micro- and nano-order fine structures, such as microlens arrays and diffractive optical elements, have been used to improve the uniformity of illumination in 3D sensing using Tof (Time of Flight) and thereby improve distance measurement accuracy.

このような光学素子の製造方法としては、予め所望の光学面の反転形状が形成された平板状の上モールド及び下モールドの間で液状の熱硬化性樹脂を挟み込み、加熱することによって、反転形状を樹脂に転写させて、樹脂を硬化させる方法が知られている。 A known method for manufacturing such optical elements involves sandwiching liquid thermosetting resin between flat upper and lower molds on which the inverted shape of the desired optical surface has already been formed, and then heating the resin to transfer the inverted shape to the resin and harden it.

また、常温で液体の熱硬化性樹脂は、加熱による架橋反応で硬化する過程で体積収縮が発生するため、ヒケの発生や形状精度の低下といった転写不良が発生する。このような問題に対して、熱硬化性樹脂の粘度が向上するゲル化点で硬化収縮により負圧が発生することを検知して加圧するシステムが知られている(例えば、特許文献1)。 In addition, thermosetting resins that are liquid at room temperature undergo volumetric shrinkage during the curing process due to a crosslinking reaction caused by heating, resulting in poor transfer such as sink marks and reduced shape accuracy. To address this issue, a system is known that detects the negative pressure that occurs due to curing shrinkage at the gel point where the viscosity of the thermosetting resin increases and then applies pressure (for example, Patent Document 1).

しかしながら、従来の技術は、ゲル化点を検知し、それをフィードバックする等の高精度なセンサや複雑な制御機構が必要となる。また、生産性を上げるため加熱速度を速めるほど制御が困難になり、プラスチック素子の転写精度が低下する問題がある。 However, conventional technology requires highly accurate sensors and complex control mechanisms to detect the gel point and provide feedback. In addition, the faster the heating speed is increased to increase productivity, the more difficult it becomes to control, which leads to a problem of reduced transfer accuracy of the plastic elements.

本発明の課題は、簡単な構成でプラスチック素子の転写精度を向上させることができるプラスチック素子の製造方法を提供することである。 The objective of the present invention is to provide a method for manufacturing plastic elements that can improve the transfer accuracy of plastic elements with a simple configuration.

本発明の一態様は、所定のパターンが転写された熱硬化性樹脂を加熱により硬化させて、プラスチック素子を成形するプラスチック素子の製造方法であって、一対のモールド間に熱硬化性樹脂を挟んで前記一対のモールドを固定する工程と、前記一対のモールドを加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、を有し、前記一対のモールドの少なくとも一方は、前記熱硬化性樹脂に接して前記パターンを転写する転写部と、加熱により前記転写部が前記熱硬化性樹脂を圧縮する圧縮方向に膨張する膨張部と、を有し、前記膨張部の膨張量が、前記熱硬化性樹脂の硬化収縮量以上である。 One aspect of the present invention is a method for manufacturing a plastic element in which a thermosetting resin to which a predetermined pattern has been transferred is heated to harden it to form a plastic element, the method comprising the steps of: sandwiching the thermosetting resin between a pair of molds and fixing the pair of molds; and heating the pair of molds to harden the thermosetting resin, at least one of the pair of molds having a transfer section that contacts the thermosetting resin to transfer the pattern and an expansion section that expands in a compression direction in which the transfer section compresses the thermosetting resin due to heating, and the amount of expansion of the expansion section is equal to or greater than the amount of cure contraction of the thermosetting resin.

本発明の一態様によれば、簡単な構成でプラスチック素子の転写精度を向上させることができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to improve the transfer accuracy of plastic elements with a simple configuration.

プラスチック素子の製造装置を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus for a plastic element. プラスチック素子の製造方法を示すフローチャート。4 is a flow chart showing a method for manufacturing a plastic element. プラスチック素子の製造方法を示すフローチャート。4 is a flow chart showing a method for manufacturing a plastic element. プラスチック素子の製造方法を示すフローチャート。4 is a flow chart showing a method for manufacturing a plastic element. プラスチック素子の製造方法を示すフローチャート。4 is a flow chart showing a method for manufacturing a plastic element. 第1実施形態の製造装置(製造工程)を示す模式図。1 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus (manufacturing process) according to a first embodiment; 第1実施形態の製造工程を示す模式図。Schematic diagram showing a manufacturing process of the first embodiment. 第1実施形態の製造工程を示す模式図。Schematic diagram showing a manufacturing process of the first embodiment. 第1実施形態の製造工程を示す模式図。Schematic diagram showing a manufacturing process of the first embodiment. 第1実施形態の製造工程を示す模式図。Schematic diagram showing a manufacturing process of the first embodiment. プラスチック素子の製造工程と熱膨張による加圧との関係を示す図。5A to 5C are diagrams showing the relationship between the manufacturing process of a plastic element and pressure due to thermal expansion. モールドの転写面を示す画像であり、(a)はレーザー顕微鏡画像、(b)は(a)の3次元表示画像。1A and 1B are images showing the transfer surface of a mold, where (a) is a laser microscope image and (b) is a three-dimensional display image of (a). 実施形態のプラスチック素子のレンズ面を示す画像であり、(a)はレーザー顕微鏡画像、(b)は(a)の3次元表示画像。1A and 1B are images showing a lens surface of a plastic element according to an embodiment, where (a) is a laser microscope image and (b) is a three-dimensional display image of (a). 従来のプラスチック素子のレンズ面を示す画像であり、(a)はレーザー顕微鏡画像、(b)は(a)の3次元表示画像。1A and 1B are images showing the lens surface of a conventional plastic element, where (a) is a laser microscope image and (b) is a three-dimensional display image of (a). 第2実施形態の製造装置(製造工程)を示す模式図。FIG. 13 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus (manufacturing process) according to a second embodiment. 第2実施形態の製造工程を示す模式図。Schematic diagram showing a manufacturing process of the second embodiment. 第2実施形態の製造工程を示す模式図。Schematic diagram showing a manufacturing process of the second embodiment. 第2実施形態の製造工程を示す模式図。Schematic diagram showing a manufacturing process of the second embodiment. 第2実施形態の製造工程を示す模式図。Schematic diagram showing a manufacturing process of the second embodiment. 第2実施形態の製造工程を示す模式図。Schematic diagram showing a manufacturing process of the second embodiment. 第3実施形態の製造装置を示す模式図。FIG. 13 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus according to a third embodiment. 第3実施形態の製造装置を構成する上側モールドの加熱前の状態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a state before heating of an upper mold constituting a manufacturing apparatus according to a third embodiment. 第3実施形態の製造装置を構成する上側モールドの加熱時の状態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a state in which an upper mold constituting the manufacturing apparatus according to the third embodiment is being heated. 第3実施形態の製造工程を示す模式図。13A to 13C are schematic diagrams showing a manufacturing process of the third embodiment. 第3実施形態の製造工程を示す模式図。13A to 13C are schematic diagrams showing a manufacturing process of the third embodiment. 第3実施形態の製造工程で得られたプラスチック素子を示す図。13A to 13C are views showing a plastic element obtained in a manufacturing process according to a third embodiment. 第4実施形態の製造装置を示す模式図。FIG. 13 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus according to a fourth embodiment. 第4実施形態の製造工程を示す模式図。13A to 13C are schematic diagrams showing a manufacturing process of the fourth embodiment. 第4実施形態の製造工程を示す模式図。13A to 13C are schematic diagrams showing a manufacturing process of the fourth embodiment. 第4実施形態の製造工程を示す模式図。13A to 13C are schematic diagrams showing a manufacturing process of the fourth embodiment. 第4実施形態の製造工程を示す模式図。13A to 13C are schematic diagrams showing a manufacturing process of the fourth embodiment. 第4実施形態の製造工程を示す模式図。13A to 13C are schematic diagrams showing a manufacturing process of the fourth embodiment. 第4実施形態の製造装置を構成する下側モールドの一例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of a lower mold constituting a manufacturing apparatus according to a fourth embodiment. 第4実施形態の製造装置を構成する下側モールドの一例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of a lower mold constituting a manufacturing apparatus according to a fourth embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、説明する。 The following describes an embodiment of the present invention.

<プラスチック素子の製造方法>
本実施形態に係るプラスチック素子の製造方法は、所定のパターンが転写された熱硬化性樹脂を加熱により硬化させて、プラスチック素子を成形する。
<Method of manufacturing plastic elements>
In the method for producing a plastic element according to this embodiment, the thermosetting resin to which a predetermined pattern has been transferred is hardened by heating to form a plastic element.

本実施形態のプラスチック素子の製造方法は、本実施形態に係る液体組成物は、一対のモールド間に熱硬化性樹脂を挟んで一対のモールドを固定する工程と、一対のモールドを加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、を有する。 The method for producing a plastic element according to this embodiment includes the steps of: fixing a pair of molds by sandwiching a thermosetting resin between the pair of molds with the liquid composition according to this embodiment; and heating the pair of molds to harden the thermosetting resin.

一対のモールドの少なくとも一方は、熱硬化性樹脂に接してパターンを転写する転写部と、加熱により転写部が熱硬化性樹脂を圧縮する圧縮方向に膨張する膨張部と、を有し、膨張部の膨張量が、熱硬化性樹脂の硬化収縮量以上である。 At least one of the pair of molds has a transfer section that contacts the thermosetting resin to transfer a pattern, and an expansion section that expands in a compression direction in which the transfer section compresses the thermosetting resin when heated, and the amount of expansion of the expansion section is equal to or greater than the amount of cure contraction of the thermosetting resin.

本実施形態のプラスチック素子の製造方法は、具体的には、図1に示す装置により実現される。図1は、プラスチック素子の製造装置を示す模式図である。 The method for manufacturing a plastic element according to this embodiment is specifically implemented by the apparatus shown in FIG. 1. FIG. 1 is a schematic diagram showing the apparatus for manufacturing a plastic element.

図1に示すプラスチック素子の製造装置100は、上側ダイプレート10、下側ダイプレート20と、ガイド70、80を有する駆動部と、上側ダイプレート10に形成され、伝熱部31、加熱部32、冷却部33を有する温調部30と、下側ダイプレート20に形成され、伝熱部41、加熱部42、冷却部43を有する温調部40と、を有する。 The plastic element manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 has an upper die plate 10, a lower die plate 20, a drive unit having guides 70 and 80, a temperature control unit 30 formed on the upper die plate 10 and having a heat transfer unit 31, a heating unit 32, and a cooling unit 33, and a temperature control unit 40 formed on the lower die plate 20 and having a heat transfer unit 41, a heating unit 42, and a cooling unit 43.

プラスチック素子の製造装置100は、さらに制御部(図示せず)を有し、この制御部により駆動部及び温調部30、40が制御される。なお、制御部は、中央処理装置(CPU)及びメモリーを有し、駆動部及び温調部30、40に有線または無線で通信可能に接続されている。 The plastic element manufacturing apparatus 100 further has a control unit (not shown), which controls the drive unit and the temperature adjustment units 30 and 40. The control unit has a central processing unit (CPU) and memory, and is connected to the drive unit and the temperature adjustment units 30 and 40 in a wired or wireless manner so as to be able to communicate with them.

上側ダイプレート10には、温調部30を介して上側モールド50が形成されている。上側モールド50は、加熱により熱膨張する膨張部51と、転写部52を有する。第1実施形態では、転写部52は、上側モールド50の転写面を構成し、転写部52には、プラスチック素子に転写される所定のパターン形状が形成されている。上側モールド50では、膨張部51と転写部52が一体に形成されている。 The upper mold 50 is formed on the upper die plate 10 via the temperature control section 30. The upper mold 50 has an expansion section 51 that thermally expands when heated, and a transfer section 52. In the first embodiment, the transfer section 52 constitutes the transfer surface of the upper mold 50, and a predetermined pattern shape to be transferred to a plastic element is formed in the transfer section 52. In the upper mold 50, the expansion section 51 and the transfer section 52 are formed integrally.

下側ダイプレート20には、温調部40を介して下側モールド60が形成されている。下側モールド60は、加熱により熱膨張する膨張部61と、転写部62を有する。第1実施形態では、転写部62は、下側モールド60の転写面を構成し、プラスチック素子に転写される所定の鏡面形状が構成されている。下側モールド60では、膨張部61と転写部62が一体に形成されている。 A lower mold 60 is formed on the lower die plate 20 via a temperature control section 40. The lower mold 60 has an expansion section 61 that thermally expands when heated, and a transfer section 62. In the first embodiment, the transfer section 62 constitutes the transfer surface of the lower mold 60, and is configured with a predetermined mirror shape that is transferred to the plastic element. In the lower mold 60, the expansion section 61 and the transfer section 62 are formed integrally.

本明細書において、上側モールド50および下側モールド60は、本実施形態の一対のモールドの一例であり、このうち上側モールド50は、本実施形態の一対のモールドの少なくとも一方の一例である。 In this specification, the upper mold 50 and the lower mold 60 are an example of a pair of molds in this embodiment, and the upper mold 50 is an example of at least one of the pair of molds in this embodiment.

なお、転写部62には、上側モールド50の転写部52と同様に、プラスチック素子に転写される所定のパターン形状が形成されていてもよい。また、転写部62には、転写部52に代えて、プラスチック素子に転写される所定のパターン形状が形成されていてもよい。 The transfer section 62 may be formed with a predetermined pattern shape to be transferred to the plastic element, similar to the transfer section 52 of the upper mold 50. Alternatively, the transfer section 62 may be formed with a predetermined pattern shape to be transferred to the plastic element, instead of the transfer section 52.

上側モールド50と下側モールド60の間には熱硬化性樹脂90が配置される。本実施形態では、駆動部の動作に伴って、上側モールド50が固定された下側モールド60側に動き、転写部52が熱硬化性樹脂90と接することで、熱硬化性樹脂90の形状が変形する。また、温調部30、40の温度によって上下のモールド50、60の温度が制御され、熱硬化性樹脂90の加熱硬化、冷却が行われる。 Thermosetting resin 90 is placed between the upper mold 50 and the lower mold 60. In this embodiment, as the drive unit operates, the upper mold 50 moves toward the fixed lower mold 60, and the transfer unit 52 comes into contact with the thermosetting resin 90, deforming the shape of the thermosetting resin 90. In addition, the temperatures of the upper and lower molds 50, 60 are controlled by the temperatures of the temperature adjustment units 30, 40, and the thermosetting resin 90 is heated, hardened, and cooled.

本明細書において、熱硬化性樹脂は、熱硬化性を有するもつ合成樹脂であり、硬化後は溶媒に溶けず、再加熱しても軟化しないものを示す。熱硬化性樹脂は、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、樹脂等が挙げられる。 In this specification, a thermosetting resin refers to a synthetic resin that has thermosetting properties, does not dissolve in a solvent after curing, and does not soften even when reheated. There are no particular limitations on the thermosetting resin, and examples of the thermosetting resin include epoxy resin, urethane resin, acrylic resin, urea resin, melamine resin, phenolic resin, and resin.

上側モールド50の膨張部51は、高熱膨張部材で構成されている。高熱膨張部材としては、線膨張係数が10×10-6/℃以上50×10-6/℃以下の材質が好ましく、より好ましくは15×10-6/℃以上45×10-6/℃以下の材質、さらに好ましくは20×10-6/℃以上35×10-6/℃以下の材質である。このような高熱膨張部材としては、例えば、アルミニウム(線膨張係数:27×10-6/℃)を用いることができる。 The expansion section 51 of the upper mold 50 is made of a high thermal expansion material. The high thermal expansion material is preferably a material having a linear expansion coefficient of 10×10 −6 /° C. or more and 50×10 −6 /° C. or less, more preferably a material having a linear expansion coefficient of 15×10 −6 /° C. or more and 45×10 −6 /° C. or less, and even more preferably a material having a linear expansion coefficient of 20×10 −6 /° C. or more and 35×10 −6 /° C. or less. For example, aluminum (linear expansion coefficient: 27×10 −6 /° C.) can be used as such a high thermal expansion material.

上側モールド50の厚さは、任意であるが、上側モールド50の膨張部51が、高熱膨張部材で構成されている場合は、熱伝導を考慮して、例えば、20mm以上60mm以下にするのが好ましく、より好ましくは30mm以上50mm以下、さらに好ましくは35mm以上45mm以下である。 The thickness of the upper mold 50 is arbitrary, but if the expansion section 51 of the upper mold 50 is made of a high thermal expansion material, it is preferable to make the thickness, for example, 20 mm or more and 60 mm or less, more preferably 30 mm or more and 50 mm or less, and even more preferably 35 mm or more and 45 mm or less, taking into consideration thermal conduction.

下側モールド60の膨張部61は、低熱膨張部材で構成されている。低熱膨張部材としては、線膨張係数が10×10-6/℃未満の材質が好ましく、より好ましくは8×10-6/℃以下の材質、さらに好ましくは5×10-6/℃以下の材質である。なお、低熱膨張部材における線膨張係数の下限値は、限定されず、通常は0.1×10-6/℃である。このような低熱膨張部材としては、例えば、シリコン(線膨張係数:3.9×10-6/℃)を用いることができる。 The expansion section 61 of the lower mold 60 is made of a low thermal expansion material. The low thermal expansion material is preferably a material with a linear expansion coefficient of less than 10×10 −6 /°C, more preferably a material with a linear expansion coefficient of 8×10 −6 /°C or less, and even more preferably a material with a linear expansion coefficient of 5×10 −6 /°C or less. The lower limit of the linear expansion coefficient of the low thermal expansion material is not limited, and is usually 0.1×10 −6 /°C. For example, silicon (linear expansion coefficient: 3.9×10 −6 /°C) can be used as such a low thermal expansion material.

なお、本実施形態では、上側を高熱膨張部材、下側を低熱膨張部材としたが、加熱によって転写面に圧縮応力が加わればよく、上側が低熱膨張部材、下側が高熱膨張部材であっても、上下両側が高熱膨張部材であってもよい。これにより、温調部30、40の温度に応じて高熱膨張部材が熱膨張し、転写方向に圧縮応力がかかる作用機序を構築することができる。 In this embodiment, the upper side is made of a high thermal expansion material and the lower side is made of a low thermal expansion material, but as long as compressive stress is applied to the transfer surface by heating, the upper side may be made of a low thermal expansion material and the lower side of a high thermal expansion material, or both the top and bottom may be made of high thermal expansion material. This creates an action mechanism in which the high thermal expansion material thermally expands in response to the temperature of the temperature adjustment units 30 and 40, applying compressive stress in the transfer direction.

ここで、本実施形態のプラスチック素子の製造方法を実行する工程の手順について説明する。図2~図5は、プラスチック素子の製造方法を示すフローチャートである。図6~図10は、第1実施形態の製造工程を示す。図11は、プラスチック素子の製造工程と熱膨張による加圧との関係を示す。 Here, the steps of the process for carrying out the manufacturing method of the plastic element of this embodiment will be described. Figures 2 to 5 are flowcharts showing the manufacturing method of the plastic element. Figures 6 to 10 show the manufacturing process of the first embodiment. Figure 11 shows the relationship between the manufacturing process of the plastic element and pressure due to thermal expansion.

本実施形態のプラスチック素子の製造方法は、樹脂塗布工程、型閉じ工程、加熱工程、冷却工程、型開き工程(図2、ステップS1~S5)を有する。 The manufacturing method for the plastic element of this embodiment includes a resin application process, a mold closing process, a heating process, a cooling process, and a mold opening process (Figure 2, steps S1 to S5).

樹脂塗布工程(図2、ステップS1)では、上側ダイプレート10と下側ダイプレート20は離れた位置で待機する(図3、ステップS11)。このとき、上側モールド50の転写部52は熱硬化性樹脂90から離れた位置に待機される(図6)。温調部30、40は、一定温度に予備加熱した状態が保持される(図4、ステップS21)。下側モールド60に液体の熱硬化性樹脂90を塗布する(図5、ステップS31)。 In the resin application process (FIG. 2, step S1), the upper die plate 10 and the lower die plate 20 wait in separate positions (FIG. 3, step S11). At this time, the transfer unit 52 of the upper mold 50 waits in a position separate from the thermosetting resin 90 (FIG. 6). The temperature adjustment units 30 and 40 are maintained in a preheated state at a constant temperature (FIG. 4, step S21). Liquid thermosetting resin 90 is applied to the lower mold 60 (FIG. 5, step S31).

型閉じ工程(図2、ステップS2)では、上側ダイプレート10を下降させ、待機位置から距離D1の位置で停止させる(図3、ステップS12、S13)。これにより、上側モールド50は、下側モールド60に対して固定される。また、上側モールド50の転写部52も、待機位置から距離D1だけ下降した位置で停止し、熱硬化性樹脂90と接する(図7)。 In the mold closing process (FIG. 2, step S2), the upper die plate 10 is lowered and stopped at a position that is a distance D1 from the standby position (FIG. 3, steps S12 and S13). This fixes the upper mold 50 to the lower mold 60. The transfer part 52 of the upper mold 50 also stops at a position that is the distance D1 below the standby position and comes into contact with the thermosetting resin 90 (FIG. 7).

このとき、圧力挙動は、ほぼゼロに近い値を取る(図11の実線の左側)。なお、樹脂材料と接することでわずかに正の圧力が発生するが、液体のためほぼゼロとみなすことができる。 At this time, the pressure behavior is close to zero (to the left of the solid line in Figure 11). Note that a slight positive pressure is generated by contact with the resin material, but since it is a liquid, it can be considered to be almost zero.

なお、型閉じ工程(図2、ステップS2)は、本実施形態において、一対のモールド間に熱硬化性樹脂を挟んで一対のモールドを固定する工程の一例である。 In this embodiment, the mold closing process (FIG. 2, step S2) is an example of a process in which a pair of molds is fixed together by sandwiching a thermosetting resin between the pair of molds.

加熱工程(図2、ステップS3)では、温調部30、40により加熱を開始する(図4、ステップS22)。これにより、上側モールド50、下側モールド60も加熱される。このとき、高熱膨張部材で構成された上側モールド50は、熱膨張する。 In the heating process (FIG. 2, step S3), heating is started by the temperature control units 30 and 40 (FIG. 4, step S22). This causes the upper mold 50 and the lower mold 60 to be heated as well. At this time, the upper mold 50, which is made of a high thermal expansion material, thermally expands.

そのため、駆動部(上側ダイプレート10)は動いていないにもかかわらず、上側モールド50の転写部52は、さらに距離D2だけ下降する(図8)。その結果、熱硬化性樹脂90が硬化収縮しても転写方向に圧縮応力がかかる(図11の(A)点および(B)点)。 Therefore, even though the drive unit (upper die plate 10) is not moving, the transfer unit 52 of the upper mold 50 further descends by a distance D2 (Figure 8). As a result, even if the thermosetting resin 90 cures and shrinks, a compressive stress is applied in the transfer direction (points (A) and (B) in Figure 11).

さらに、温調部30、40により加熱を保持すると(図4、ステップS23)、温調部30、40による加熱温度が一定になり、熱膨張量も一定値に落ち着くため、圧力は一定となる(図11の(C)点)。このとき、上側モールド50の転写部52の下降は停止する(図8)。 Furthermore, when heating is maintained by the temperature control units 30 and 40 (FIG. 4, step S23), the heating temperature by the temperature control units 30 and 40 becomes constant, and the amount of thermal expansion also settles at a constant value, so the pressure becomes constant (point (C) in FIG. 11). At this time, the descent of the transfer unit 52 of the upper mold 50 stops (FIG. 8).

また、熱硬化性樹脂90は、ゲル化した熱硬化性樹脂91となり体積収縮(硬化収縮)が起こるが、膨張した上側モールド50からの圧縮応力により、転写部52に密着したままとなる(図8)。 Thermosetting resin 90 becomes gelled thermosetting resin 91 and undergoes volumetric shrinkage (curing shrinkage), but remains in close contact with the transfer section 52 due to the compressive stress from the expanded upper mold 50 (Figure 8).

一方、高熱膨張部材を用いない通常の成形方法(上側モールド150と下側モールド160)の場合、加熱を開始して熱硬化性樹脂190がゲル化すると体積収縮(硬化収縮)が起こる(図11の(E)点)。 On the other hand, in the case of a normal molding method (upper mold 150 and lower mold 160) that does not use a high thermal expansion material, volumetric shrinkage (curing shrinkage) occurs when heating is started and the thermosetting resin 190 gels (point (E) in Figure 11).

このとき、上側モールド150の転写面とゲル化した熱硬化性樹脂191の密着があるうちは、引張応力が働くため負圧が発生する。さらに、収縮が進んで耐えきれなくなると、ゲル化した熱硬化性樹脂191が上側モールド150の転写面から剥がれ圧力ゼロとなる(図11(F))。 At this time, as long as the transfer surface of the upper mold 150 and the gelled thermosetting resin 191 are in close contact with each other, a tensile stress acts, generating a negative pressure. When the contraction progresses further and the resin can no longer withstand the pressure, the gelled thermosetting resin 191 peels off from the transfer surface of the upper mold 150, and the pressure becomes zero (Figure 11 (F)).

また、先行技術(特許文献1)の場合は、この工程で負圧を検知し、駆動部を制御してダイプレート位置を微調整するという複雑なフィードバック制御を実施しているが、本実施形態では、このような複雑な構成や制御を行うことなく、加熱するだけで転写性を向上させることができる。 In addition, in the case of the prior art (Patent Document 1), complex feedback control is implemented in this process, in which the negative pressure is detected and the drive unit is controlled to fine-tune the die plate position. However, in this embodiment, transferability can be improved simply by heating, without such complex configuration or control.

本明細書において、加熱工程は、本実施形態における一対のモールドを加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる工程の一例である。 In this specification, the heating process is an example of a process in which the pair of molds in this embodiment are heated to harden the thermosetting resin.

冷却工程(図2、ステップS4)では、温調部30、40による冷却を開始する(図4、ステップS24)。これにより、膨張状態の上側モールド50は収縮して元に戻る。これに伴い、上側モールド50の転写部52は、上昇して元の位置(待機位置から距離D1の位置)に戻る。その後、温調部30、40による冷却を終了する(図4、ステップS25)。 In the cooling process (FIG. 2, step S4), cooling by the temperature adjustment units 30 and 40 is started (FIG. 4, step S24). As a result, the upper mold 50 in an expanded state contracts and returns to its original state. As a result, the transfer unit 52 of the upper mold 50 rises and returns to its original position (a position a distance D1 from the standby position). Thereafter, cooling by the temperature adjustment units 30 and 40 is terminated (FIG. 4, step S25).

なお、硬化して固体化した熱硬化性樹脂(成形品)92も冷却により熱収縮するため、上側モールド50と成形品は互いに剥がれる方向に力が働く(図9)。その結果、圧力はゼロに近づく(図11の(D)点)。このとき、成形品92は十分固まって固体になっているので、型から剥がれてもプラスチック素子として転写精度は維持されたものとなる。 In addition, the hardened and solidified thermosetting resin (molded product) 92 also thermally shrinks when cooled, so a force acts in the direction in which the upper mold 50 and the molded product peel away from each other (Figure 9). As a result, the pressure approaches zero (point (D) in Figure 11). At this point, the molded product 92 has hardened sufficiently and is solid, so even if it peels away from the mold, the transfer accuracy is maintained as a plastic element.

型開き工程(図2、ステップS5)では、上側ダイプレート10を上昇させ、待機させると、上側モールド50の転写部52は、上昇して待機状態に戻る(図3、ステップS14、S15)。これにより、成形品92をプラスチック素子として取り出すことができる(図5、ステップS32)。 In the mold opening process (FIG. 2, step S5), the upper die plate 10 is raised and placed on standby, and the transfer part 52 of the upper mold 50 is raised and returns to a standby state (FIG. 3, steps S14 and S15). This allows the molded product 92 to be removed as a plastic element (FIG. 5, step S32).

なお、型開き工程(図2、ステップS5)の後、ステップS1~S5を繰り返す場合は、樹脂塗布工程(図2、ステップS1)に戻り、ステップS1~S5を実行する。ステップS1~S5を繰り返さない場合は、ステップを終了する。 If steps S1 to S5 are to be repeated after the mold opening process (step S5 in FIG. 2), the process returns to the resin application process (step S1 in FIG. 2) and steps S1 to S5 are executed. If steps S1 to S5 are not to be repeated, the process ends.

なお、ステップS1~S5を繰り返す場合は(図2、ステップS6)、上側ダイプレート10は上昇したまま待機する(図3、ステップS15、ステップ16)。このとき、温調部30、40は、次の成形に備えて、一定温度に予備加熱した状態が保持され(図4、ステップS26、S27)、再度、下側モールド60に液体の熱硬化性樹脂90が塗布される(図5、ステップS33)。 When steps S1 to S5 are repeated (FIG. 2, step S6), the upper die plate 10 remains elevated and waits (FIG. 3, steps S15 and S16). At this time, the temperature adjustment units 30 and 40 are maintained in a preheated state at a constant temperature in preparation for the next molding (FIG. 4, steps S26 and S27), and liquid thermosetting resin 90 is applied to the lower mold 60 again (FIG. 5, step S33).

高熱膨張部材を用いない成形方法の場合、図11に示すように、加熱工程において、熱硬化性樹脂が転写面から剥がれ、圧力ゼロとなる。熱硬化性樹脂が未硬化の状態で剥がれが発生するため、成形品にはヒケが発生したり、形状精度が悪化したりする(図12、図14)。 In the case of molding methods that do not use high thermal expansion materials, as shown in Figure 11, the thermosetting resin peels off from the transfer surface during the heating process, and the pressure becomes zero. Because the thermosetting resin peels off while still in an uncured state, sink marks appear in the molded product and the shape precision deteriorates (Figures 12 and 14).

これに対して、本実施形態では、高熱膨張部材が用いられることで、加熱工程において、熱硬化性樹脂が硬化収縮しても、上側モールド50(膨張部51)の熱膨張により転写方向に圧縮応力がかかる。そのため、成形品92のヒケを抑制し、形状精度を向上させることができる(図12、図13)。 In contrast, in this embodiment, a high thermal expansion material is used, so that even if the thermosetting resin cures and shrinks during the heating process, a compressive stress is applied in the transfer direction due to the thermal expansion of the upper mold 50 (expansion section 51). This makes it possible to suppress sink marks in the molded product 92 and improve shape accuracy (Figures 12 and 13).

なお、上側モールド50の熱膨張による転写部52の移動量(図11の距離D2)、すなわち膨張部51の膨張量が、樹脂の硬化収縮量以上であれば、転写面から樹脂が離れることはない。この場合、熱硬化性樹脂90に対して転写部52のパターンを確実に転写させることができる。 If the amount of movement of the transfer section 52 due to the thermal expansion of the upper mold 50 (distance D2 in FIG. 11), i.e., the amount of expansion of the expansion section 51, is equal to or greater than the amount of hardening and shrinkage of the resin, the resin will not separate from the transfer surface. In this case, the pattern of the transfer section 52 can be reliably transferred to the thermosetting resin 90.

例えば、予備加熱温度を100℃、加熱温度を150℃、熱硬化性樹脂の硬化収縮量を5%、成形品の厚さを1mmとする。また、前述の通り、上側モールド50の材質をアルミニウム(線膨張係数:27×10-6/℃)とし、その厚さを40mmとすると、以下の通り、熱膨張量が硬化収縮量以上になる関係(熱膨張量≧硬化収縮量)が成立し、熱硬化性樹脂90に対して転写部52のパターン形状を確実に転写することができる。 For example, assume that the preheating temperature is 100° C., the heating temperature is 150° C., the cure shrinkage of the thermosetting resin is 5%, and the thickness of the molded product is 1 mm. As described above, if the material of the upper mold 50 is aluminum (linear expansion coefficient: 27×10 −6 /° C.) and the thickness is 40 mm, then the relationship in which the amount of thermal expansion is greater than or equal to the amount of cure shrinkage (amount of thermal expansion≧amount of cure shrinkage) is established as shown below, and the pattern shape of the transfer portion 52 can be reliably transferred to the thermosetting resin 90.

上側モールドの熱膨張量:27×10-6/℃×(150℃-100℃)×40mm=54um
熱硬化性樹脂の硬化収縮量:1mm×5%=50um
Amount of thermal expansion of upper mold: 27×10 −6 /° C.×(150° C.−100° C.)×40 mm=54 um
Amount of shrinkage of thermosetting resin during hardening: 1 mm x 5% = 50 um

また、上側モールド50、下側モールド60をいずれもアルミニウムで作製した場合、各モールド50、60の厚さは半分の20mmであっても、上下のモールド50、60の膨張量を併せれば硬化収縮量を上回ることができる。 In addition, if both the upper mold 50 and the lower mold 60 are made of aluminum, even if the thickness of each mold 50, 60 is half that of the mold, at 20 mm, the combined expansion of the upper and lower molds 50, 60 will exceed the amount of hardening shrinkage.

一方、上側モールド50、下側モールド60をいずれもシリコン(線膨張係数:3.9×10-6/℃)で作製した場合、
上側モールドの熱膨張量:3.9×10-6/℃×(150℃-100℃)×40mm=7.8um
となり硬化収縮量を大きく下回る。
On the other hand, when both the upper mold 50 and the lower mold 60 are made of silicon (linear expansion coefficient: 3.9×10 −6 /° C.),
Amount of thermal expansion of the upper mold: 3.9×10 −6 /° C.×(150° C.−100° C.)×40 mm=7.8 um
This is significantly less than the amount of cure shrinkage.

熱硬化性樹脂の硬化収縮量(50um)以上にするには、モールドの厚さを上下ともに128mm以上にする必要がある。厚さが100mmを上回るモールドでは熱伝導に時間がかかりすぎ、タクトタイムが大幅に延びるため、現実的ではない。このような観点からも、上側モールド50、下側モールド60の少なくとも一方に、アルミニウムのような高熱膨張部材を用いるのが好ましい。 To make the cure shrinkage of the thermosetting resin (50 um) or more, the thickness of the mold must be 128 mm or more for both the top and bottom. A mold with a thickness of more than 100 mm is not practical because it takes too long for heat conduction and significantly extends the tact time. From this perspective, it is preferable to use a high thermal expansion material such as aluminum for at least one of the upper mold 50 and the lower mold 60.

このように、第1実施形態によれば、簡単な構成でプラスチック素子の転写精度を向上させることができる。 In this way, according to the first embodiment, it is possible to improve the transfer accuracy of plastic elements with a simple configuration.

図15は、第2実施形態の製造装置を示す。図16~図20は、第2実施形態の製造工程を示す。なお、第2実施形態の第1実施形態と共通する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。 Figure 15 shows the manufacturing apparatus of the second embodiment. Figures 16 to 20 show the manufacturing process of the second embodiment. Note that parts of the second embodiment that are common to the first embodiment are given the same reference numerals and will not be described.

第2実施形態の製造装置では、上側モールド50の膨張部51と転写部52とが別部材で構成されている。具体的には、膨張部51が、転写部52と温調部30との間に配置され、加熱により膨張することで、転写部52に対する圧力調整部を構成することができる。 In the manufacturing device of the second embodiment, the expansion section 51 and the transfer section 52 of the upper mold 50 are constructed from separate members. Specifically, the expansion section 51 is disposed between the transfer section 52 and the temperature adjustment section 30, and expands when heated, thereby forming a pressure adjustment section for the transfer section 52.

第2実施形態では、さらに、転写部52の膨張量が、膨張部51の膨張量より小さくなるように、転写部52の材質が選定される。具体的には、上側モールド50の転写部52の材質は、下側モールド60と同じ低熱膨張材料で構成されている。 In the second embodiment, the material of the transfer part 52 is selected so that the amount of expansion of the transfer part 52 is smaller than the amount of expansion of the expansion part 51. Specifically, the material of the transfer part 52 of the upper mold 50 is made of the same low thermal expansion material as the lower mold 60.

例えば、プラスチック素子に転写されるパターンがφ100um程度のマイクロレンズを数万個並べたマイクロレンズアレイの場合、高熱膨張部材であるアルミニウムに機械加工で形状を作り込むことは困難である。この場合は、シリコン(線膨張係数:3.9×10-6/℃)やガラス基板(線膨張係数:0.6×10-6/℃)に対して半導体プロセスで加工する方が望ましい。ただし、シリコンやガラスは、線膨張係数が非常に小さい。 For example, in the case of a microlens array in which the pattern transferred to the plastic element is an array of tens of thousands of microlenses with a diameter of about 100 μm, it is difficult to machine the shape into aluminum, which is a material with high thermal expansion. In this case, it is more desirable to process silicon (linear expansion coefficient: 3.9×10 −6 /° C.) or a glass substrate (linear expansion coefficient: 0.6×10 −6 /° C.) using a semiconductor process. However, silicon and glass have very small linear expansion coefficients.

そこで、第2実施形態では、上側モールド50の転写部52にシリコン等の低熱膨張部材を用い、上側モールド50の膨張部51にはアルミニウム等の高熱膨張部材を用いることで、転写面の加工性と転写性を両立することができる。また、転写する樹脂材料の硬化収縮量に応じた膨張部51の厚みの調整や、膨張部51の材質変更により様々な樹脂材料に対応することが可能である。 Therefore, in the second embodiment, a low thermal expansion material such as silicon is used for the transfer portion 52 of the upper mold 50, and a high thermal expansion material such as aluminum is used for the expansion portion 51 of the upper mold 50, thereby achieving both workability and transferability of the transfer surface. In addition, it is possible to adjust the thickness of the expansion portion 51 according to the amount of cure shrinkage of the resin material to be transferred, and to change the material of the expansion portion 51 to accommodate various resin materials.

例えば、膨張部51をアルミニウム(線膨張係数:27×10-6/℃)とし、その厚さを40mmで作製し、予備加熱温度を100℃、加熱温度を150℃、熱硬化性樹脂の硬化収縮量を5%、成形品92の厚さを1mmとする。この場合、第1実施形態と同様に、熱膨張量が硬化収縮量以上になる関係(熱膨張量≧硬化収縮量)が成立し、熱硬化性樹脂90に対して転写部52のパターン形状を確実に転写することができる。 For example, the expansion portion 51 is made of aluminum (linear expansion coefficient: 27×10 −6 /° C.) with a thickness of 40 mm, the preheating temperature is 100° C., the heating temperature is 150° C., the cure shrinkage amount of the thermosetting resin is 5%, and the thickness of the molded product 92 is 1 mm. In this case, as in the first embodiment, a relationship is established in which the amount of thermal expansion is equal to or greater than the amount of cure shrinkage (amount of thermal expansion≧amount of cure shrinkage), and the pattern shape of the transfer portion 52 can be reliably transferred to the thermosetting resin 90.

なお、上側モールド50において、シリコンやガラスの転写部52にパターン形状を形成する場合は、上述のようにウエハプロセスが用いられるが、転写部52の厚さは1mm以下であり熱伝導性に問題はない。 When forming a pattern shape on the silicon or glass transfer part 52 of the upper mold 50, the wafer process is used as described above, but the thickness of the transfer part 52 is 1 mm or less, so there is no problem with thermal conductivity.

第2実施形態において転写性が向上する作用機序は、第1実施形態と同様であり、加熱工程において、上側モールド50の膨張部51が熱膨張することで、転写部52が距離D4だけ下降することで、加熱温度に応じた圧力がかかる(図17~図18)。 The mechanism by which the transferability is improved in the second embodiment is the same as in the first embodiment. During the heating process, the expansion portion 51 of the upper mold 50 thermally expands, causing the transfer portion 52 to move down a distance D4, applying pressure according to the heating temperature (Figures 17 to 18).

なお、第2実施形態の下側モールド60の膨張部61と転写部62とは、一体に形成されているが、上側モールド50と同様に、膨張部61と転写部62とが別部材で構成されていてもよい。その場合、膨張部61は、転写部62と温調部40との間に配置され、加熱により膨張することで、転写部62に対する圧力調整部を構成することができる。 In the second embodiment, the expansion section 61 and the transfer section 62 of the lower mold 60 are integrally formed, but similar to the upper mold 50, the expansion section 61 and the transfer section 62 may be formed of separate members. In that case, the expansion section 61 is disposed between the transfer section 62 and the temperature adjustment section 40, and can form a pressure adjustment section for the transfer section 62 by expanding when heated.

第2実施形態では、転写部52の膨張量が膨張部51の膨張量より小さいため、転写部52の形状は、熱硬化性樹脂が圧縮される圧縮方向だけでなく、該圧縮方向と直交する方向にも変化しにくい。これにより、転写部52によるパターン形状の転写精度は、熱硬化性樹脂の圧縮方向の硬化収縮に対してだけでなく、該圧縮方向と直交する方向の硬化収縮に対しても、向上させることができる。 In the second embodiment, the amount of expansion of the transfer section 52 is smaller than the amount of expansion of the expansion section 51, so the shape of the transfer section 52 is less likely to change not only in the compression direction in which the thermosetting resin is compressed, but also in a direction perpendicular to the compression direction. This improves the transfer accuracy of the pattern shape by the transfer section 52 not only with respect to the hardening shrinkage of the thermosetting resin in the compression direction, but also with respect to the hardening shrinkage in the direction perpendicular to the compression direction.

また、第2実施形態では、上側モールド50の転写部52を膨張部51とは別部材の低熱膨張部材で構成することにより、上側モールド50自体が熱膨張しても、パターン形状の転写精度の低下を抑制することができる。 In addition, in the second embodiment, the transfer section 52 of the upper mold 50 is made of a low thermal expansion material that is separate from the expansion section 51, so that even if the upper mold 50 itself thermally expands, the deterioration of the transfer accuracy of the pattern shape can be suppressed.

図21は、第3実施形態の製造装置を示す。図22は、第3実施形態の製造装置を構成する上側モールドの加熱前の状態を示し、図23は、第3実施形態の製造装置を構成する上側モールドの加熱時の状態を示す。図24~図25は、第3実施形態の製造工程を示す。図26は、第3実施形態の製造工程で得られたプラスチック素子を示す。なお、第3実施形態の第2実施形態と共通する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。 Figure 21 shows the manufacturing apparatus of the third embodiment. Figure 22 shows the state of the upper mold constituting the manufacturing apparatus of the third embodiment before heating, and Figure 23 shows the state of the upper mold constituting the manufacturing apparatus of the third embodiment when heated. Figures 24 to 25 show the manufacturing process of the third embodiment. Figure 26 shows a plastic element obtained in the manufacturing process of the third embodiment. Note that parts of the third embodiment that are common to the second embodiment are given the same reference numerals and will not be described.

第3実施形態の製造装置では、上側モールド50が、圧縮方向と直交する方向に膨張部51と隣接する非膨張部53を有する。非膨張部53は、膨張部51の周囲に配置されている。第3実施形態では、膨張部51が平面視で矩形状を有し、非膨張部53が膨張部51平面視で矩形状に囲む形状を有する(図22)。 In the manufacturing device of the third embodiment, the upper mold 50 has a non-expanding portion 53 adjacent to the expanding portion 51 in a direction perpendicular to the compression direction. The non-expanding portion 53 is disposed around the expanding portion 51. In the third embodiment, the expanding portion 51 has a rectangular shape in a plan view, and the non-expanding portion 53 has a shape that surrounds the expanding portion 51 in a rectangular shape in a plan view (Figure 22).

非膨張部53の形状は、特に限定されない。本実施形態では、平面視で輪郭が矩形状の環状形状を有する。 The shape of the non-inflatable portion 53 is not particularly limited. In this embodiment, it has an annular shape with a rectangular outline in a plan view.

また、非膨張部53は、熱により膨張しない、または膨張しても膨張量がわずかな部分である。非膨張部53の材質は、特に限定されないが、例えば、下側モールド60と同様に、シリコン等の低熱膨張部材を用いることができる。 The non-expanding portion 53 is a portion that does not expand due to heat, or if it does expand, the amount of expansion is small. The material of the non-expanding portion 53 is not particularly limited, but for example, a low thermal expansion material such as silicon can be used, as with the lower mold 60.

また、第3実施形態では、膨張部51の圧縮方向に、転写部52が設けられている。これにより、上側モールド50が加熱されると、膨張部51が膨張して、転写部52は下降し、非膨張部53は下降しない。加熱により下降する転写部52は、硬化後の熱硬化性樹脂(成形品)92の有効領域92Aとなり、加熱しても下降しない非膨張部53は、成形品92の非有効領域92Bを構成する。 In the third embodiment, the transfer portion 52 is provided in the compression direction of the expansion portion 51. As a result, when the upper mold 50 is heated, the expansion portion 51 expands, the transfer portion 52 descends, and the non-expansion portion 53 does not descend. The transfer portion 52 that descends due to heating becomes the effective region 92A of the hardened thermosetting resin (molded product) 92, and the non-expansion portion 53 that does not descend even when heated constitutes the non-effective region 92B of the molded product 92.

ここで、有効領域は、プラスチック素子における所望のパターン形状(もしくは鏡面)を形成したい領域である。例えば、光学素子であれば、光の透過・反射といった機能を担う領域を示す。また、外装部品であれば、所望の外観を担保したい領域を示す。一方、非有効領域は、必ずしも所望のパターン形状(もしくは鏡面)が得られている必要はない。すなわち、ヒケなどの転写不良が生じても素子として問題にならない領域を示す。 The effective area is the area in the plastic element where you want to form the desired pattern shape (or mirror surface). For example, in the case of an optical element, it refers to the area that performs functions such as transmitting and reflecting light. In the case of an exterior part, it refers to the area where you want to ensure the desired appearance. On the other hand, the non-effective area does not necessarily need to have the desired pattern shape (or mirror surface). In other words, it refers to the area where the occurrence of transfer defects such as sink marks will not cause any problems for the element.

第3実施形態では、成形品92の有効領域92Aを投影した部分のみに上側モールド50の転写部52が設けられているため、加熱時に有効領域92Aが非有効領域92Bに対して凸になって加圧される(図23)。一方、非有効領域92Bは、熱膨張による加圧効果が働かないために、有効領域92Aに対して熱硬化性樹脂90の拘束が弱くなる。 In the third embodiment, the transfer portion 52 of the upper mold 50 is provided only on the portion where the effective area 92A of the molded product 92 is projected, so that when heated, the effective area 92A is pressed against the non-effective area 92B in a convex manner (FIG. 23). On the other hand, the non-effective area 92B is not subjected to the pressurizing effect due to thermal expansion, so the thermosetting resin 90 is less constrained against the effective area 92A.

その結果、熱硬化性樹脂90は内側に向かって収縮できるため、硬化後の熱硬化性樹脂92の内側にある有効領域92Aで転写性が向上し、外側の非有効領域92Bには収縮によるヒケが発生する。すなわち、非有効領域92Bにヒケを逃がすことで、熱硬化性樹脂90の転写性を向上させることができる。 As a result, since the thermosetting resin 90 can shrink inward, the transferability is improved in the effective area 92A on the inside of the hardened thermosetting resin 92, and shrinkage occurs in the non-effective area 92B on the outside. In other words, by allowing the sink marks to escape to the non-effective area 92B, the transferability of the thermosetting resin 90 can be improved.

また、熱硬化性樹脂90の硬化後は、固体化した熱硬化性樹脂(成形品)92の外周部(非有効領域92B)が上側モールド50の非膨張部53から剥がれるために、型開き後工程の際に成形品92が離型しやすくなる。 In addition, after the thermosetting resin 90 hardens, the outer periphery (non-effective area 92B) of the solidified thermosetting resin (molded product) 92 peels off from the non-expanding portion 53 of the upper mold 50, making it easier to release the molded product 92 during subsequent steps after mold opening.

また、第3実施形態では、膨張部51が周囲の非膨張部53に規制されるため、熱膨張による転写部52の移動量を大きくすることができる。 In addition, in the third embodiment, the expansion portion 51 is restricted by the surrounding non-expansion portion 53, so the amount of movement of the transfer portion 52 due to thermal expansion can be increased.

図27は、第4実施形態の製造装置を示す。図28~図32は、第4実施形態の製造工程を示す。図33は、第4実施形態の製造装置を構成する下側モールドの一例を示す。図34は、第4実施形態の製造装置を構成する下側モールドの一例を示す。なお、第4実施形態の第2実施形態と共通する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。 Figure 27 shows a manufacturing apparatus of the fourth embodiment. Figures 28 to 32 show the manufacturing process of the fourth embodiment. Figure 33 shows an example of a lower mold that constitutes the manufacturing apparatus of the fourth embodiment. Figure 34 shows an example of a lower mold that constitutes the manufacturing apparatus of the fourth embodiment. Note that parts of the fourth embodiment that are common to the second embodiment are given the same reference numerals and will not be described.

第4実施形態の製造装置では、上側モールド50と下側モールド60との間に、上側モールド50と下側モールド60の間隔を規制するスペーサ部63が形成されている(図27)。 In the manufacturing apparatus of the fourth embodiment, a spacer portion 63 is formed between the upper mold 50 and the lower mold 60 to regulate the distance between the upper mold 50 and the lower mold 60 (Figure 27).

プラスチック素子の製造では、加熱工程が含まれるため、装置を稼働させ続けると装置全体に熱が溜まり、上述の第2実施形態等の場合、上側モールド50の膨張部51の熱膨張量もわずかに変化し、成形品の寸法にばらつきが生じる原因となる。また、温調部30、40の温度ムラがあると、上側モールド50の転写部52内でも加圧ムラが発生し、結果として転写部52の並行度が低下する可能性が考えられる。 Since the manufacturing of plastic elements involves a heating process, heat accumulates throughout the device when the device is operated continuously. In the case of the second embodiment described above, the amount of thermal expansion of the expansion section 51 of the upper mold 50 also changes slightly, causing dimensional variations in the molded product. Furthermore, if there are temperature unevenness in the temperature control sections 30 and 40, pressure unevenness may also occur within the transfer section 52 of the upper mold 50, resulting in a decrease in the parallelism of the transfer section 52.

これに対して、第4実施形態では、上側モールド50と下側モールド60との間に、スペーサ部63が設けられている。これにより、上側モールド50と下側モールド60の間隔が規制され、熱硬化性樹脂を圧縮する間隔を調整することができので、成形品の厚さ方向の形状精度が向上する。 In contrast, in the fourth embodiment, a spacer portion 63 is provided between the upper mold 50 and the lower mold 60. This regulates the distance between the upper mold 50 and the lower mold 60, and allows the distance at which the thermosetting resin is compressed to be adjusted, improving the shape accuracy of the molded product in the thickness direction.

具体的には、スペーサ部63は、下側モールド60の表面の外周部に平面視で環状に設けられている(図33)。図30の加熱工程で、上側モールド50の転写部52が下降する途中で下側モールド60に設けられたスペーサ部63に突き当たる。これにより、上側モールド50の転写部52と下側モールド60の転写部62との間隔が一定に固定される。 Specifically, the spacer portion 63 is provided in a ring shape in a plan view on the outer periphery of the surface of the lower mold 60 (Figure 33). During the heating process in Figure 30, the transfer portion 52 of the upper mold 50 hits the spacer portion 63 provided on the lower mold 60 as it descends. This fixes the distance between the transfer portion 52 of the upper mold 50 and the transfer portion 62 of the lower mold 60 at a constant value.

また、第4実施形態では、下側モールド60の外周部に設けられたスペーサ部63に突き当たることにより転写面の並行度が向上する。これにより、成形品の厚さ方向の形状精度がさらに向上する効果が得られる。 In addition, in the fourth embodiment, the parallelism of the transfer surface is improved by hitting the spacer portion 63 provided on the outer periphery of the lower mold 60. This has the effect of further improving the shape accuracy of the molded product in the thickness direction.

また、第4実施形態では、スペーサ部63の圧縮方向の高さが、加熱前の熱硬化性樹脂90の圧縮方向の厚みより低いことが好ましい(図28、図29)。スペーサ部63の圧縮方向の高さが、加熱前の熱硬化性樹脂90の圧縮方向の厚みより低くすることで、上側モールド50による加圧が不足することを防ぐことができる。 In addition, in the fourth embodiment, it is preferable that the height of the spacer portion 63 in the compression direction is lower than the thickness of the thermosetting resin 90 in the compression direction before heating (FIGS. 28 and 29). By making the height of the spacer portion 63 in the compression direction lower than the thickness of the thermosetting resin 90 in the compression direction before heating, it is possible to prevent insufficient pressure from the upper mold 50.

なお、スペーサ部63の材質は、特に限定されないが、膨張部51の線膨張係数より小さく、かつ、割れにくい材料が好ましい。例えば、下側モールド60及びスペーサ部63をニッケルーリン合金(線膨張係数:12×10-6/℃)で一体化して作ることで、成形品の厚さ方向の形状精度がさらに向上する。 The material of the spacer portion 63 is not particularly limited, but is preferably a material that has a smaller linear expansion coefficient than the expansion portion 51 and is not easily broken. For example, by integrating the lower mold 60 and the spacer portion 63 from a nickel-phosphorus alloy (linear expansion coefficient: 12×10 −6 /° C.), the shape accuracy in the thickness direction of the molded product is further improved.

なお、スペーサ部63は、図33の例では、下側モールド60の外周部の全周に亘って一つのスペーサで構成されているが、スペーサ部63の形状は、この形態に限定されない。例えば、図34に示すように、下側モールド60の四隅に複数のスペーサ部63を形成してもよい。このように複数のスペーサ部63を部分的に設けることで、型開き後工程で成形品92を離型する際にスペーサ部63が邪魔になりにくい。 In the example of FIG. 33, the spacer portion 63 is configured as a single spacer around the entire outer periphery of the lower mold 60, but the shape of the spacer portion 63 is not limited to this form. For example, as shown in FIG. 34, multiple spacer portions 63 may be formed at the four corners of the lower mold 60. By partially providing multiple spacer portions 63 in this manner, the spacer portion 63 is less likely to get in the way when releasing the molded product 92 in the process after mold opening.

なお、第4実施形態では、上側モールド50と下側モールド60の間隔を規制するスペーサ部が、下側モールド60に設けられているが、スペーサを設ける位置はこれに限定されない。例えば、上側モールド50にスペーサ部が形成されていてもよく、上側モールド50及び下側モールド60の両方にスペーサ部が形成されていてもよい。 In the fourth embodiment, the spacer portion that regulates the distance between the upper mold 50 and the lower mold 60 is provided on the lower mold 60, but the location where the spacer is provided is not limited to this. For example, the spacer portion may be formed on the upper mold 50, or the spacer portion may be formed on both the upper mold 50 and the lower mold 60.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to a specific embodiment, and various modifications and variations are possible within the scope of the invention described in the claims.

<プラスチック素子>
本実施形態のプラスチック素子は、上述のプラスチック素子の製造方法によって製造される。具体的には、上述のプラスチック素子の製造装置100を用いることで、得られた熱硬化性樹脂の硬化体(成形品)が本実施形態のプラスチック素子となり得る。
<Plastic elements>
The plastic element of this embodiment is manufactured by the above-mentioned manufacturing method of a plastic element. Specifically, by using the above-mentioned manufacturing apparatus 100 for a plastic element, a cured body (molded product) of a thermosetting resin obtained can become the plastic element of this embodiment.

このようにして得られるプラスチック素子は、上述のように、熱硬化性樹脂の硬化体である成形品のヒケが抑制され、形状精度に優れたものとなる(図13)。そのため、このようなプラスチック素子は、マイクロレンズアレイや回折光学素子といったマイクロ・ナノオーダーの微細構造を有する光学素子の用途に適用することができる。 As mentioned above, the plastic element obtained in this way has excellent shape precision and suppresses sink marks in the molded product, which is a hardened body of thermosetting resin (Figure 13). Therefore, such plastic elements can be used for optical elements with fine structures on the micro- and nano-order, such as microlens arrays and diffractive optical elements.

<プラスチック素子の製造装置>
本実施形態のプラスチック素子の製造装置は、所定のパターンが転写された熱硬化性樹脂を加熱により硬化させて、プラスチック素子を成形するプラスチック素子の製造装置であって、一対のモールドと、一対のモールドの少なくとも一方を、前記一対のモールド間に熱硬化性樹脂が挟まれる位置に移動させる駆動部と、前記一対のモールドを加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させる加熱部と、を有し、前記一対のモールドの少なくとも一方は、前記熱硬化性樹脂に接して前記パターンを転写する転写部と、加熱により前記転写部が前記熱硬化性樹脂を圧縮する圧縮方向に膨張する膨張部と、を有し、前記膨張部の膨張量が、前記熱硬化性樹脂の硬化収縮量以上である。
<Plastic element manufacturing equipment>
The plastic element manufacturing apparatus of this embodiment is a plastic element manufacturing apparatus that heats and hardens thermosetting resin to which a predetermined pattern has been transferred to form a plastic element, and has a pair of molds, a drive unit that moves at least one of the pair of molds to a position where the thermosetting resin is sandwiched between the pair of molds, and a heating unit that heats the pair of molds to harden the thermosetting resin, and at least one of the pair of molds has a transfer unit that contacts the thermosetting resin to transfer the pattern, and an expansion unit that expands in a compression direction in which the transfer unit compresses the thermosetting resin due to heating, and the amount of expansion of the expansion unit is greater than or equal to the amount of hardening contraction of the thermosetting resin.

具体的には、本実施形態のプラスチック素子の製造装置は、上述のプラスチック素子の製造方法を実現する製造装置100を用いることができる(図1~図10)。 Specifically, the manufacturing apparatus for the plastic element of this embodiment can use the manufacturing apparatus 100 that realizes the manufacturing method for the plastic element described above (Figures 1 to 10).

本実施形態のプラスチック素子の製造装置では、上述のように、高熱膨張部材が用いられることで、加熱工程において、熱硬化性樹脂が硬化収縮しても、上側モールド50(膨張部51)の熱膨張により転写方向に圧縮応力がかかる。そのため、成形品92のヒケを抑制し、形状精度を向上させることができる(図12、図13)。 As described above, in the manufacturing apparatus for plastic elements of this embodiment, a high thermal expansion member is used, so that even if the thermosetting resin cures and shrinks during the heating process, a compressive stress is applied in the transfer direction due to the thermal expansion of the upper mold 50 (expansion portion 51). This makes it possible to suppress sink marks in the molded product 92 and improve shape accuracy (Figures 12 and 13).

100 製造装置
10 上側ダイプレート
20 下側ダイプレート
30 温調部
31 伝熱部
32 加熱部
33 冷却部
40 温調部
41 伝熱部
42 加熱部
43 冷却部
50 上側モールド
51 膨張部
52 転写部
53 非膨張部
60 下側モールド
61 膨張部
62 転写部
63 スペーサ部
70 ガイド
80 ガイド
90 熱硬化性樹脂
91 ゲル化した熱硬化性樹脂
92 固体化した熱硬化性樹脂(成形品)
92A 有効領域
92B 非有効領域
100 Manufacturing apparatus 10 Upper die plate 20 Lower die plate 30 Temperature control section 31 Heat transfer section 32 Heating section 33 Cooling section 40 Temperature control section 41 Heat transfer section 42 Heating section 43 Cooling section 50 Upper mold 51 Expansion section 52 Transfer section 53 Non-expansion section 60 Lower mold 61 Expansion section 62 Transfer section 63 Spacer section 70 Guide 80 Guide 90 Thermosetting resin 91 Gelled thermosetting resin 92 Solidified thermosetting resin (molded product)
92A: Effective area 92B: Non-effective area

特開2013‐75499号公報JP 2013-75499 A

Claims (8)

所定のパターンが転写された熱硬化性樹脂を加熱により硬化させて、プラスチック素子を成形するプラスチック素子の製造方法であって、
一対のモールド間に熱硬化性樹脂を挟んで前記一対のモールドを固定する工程と、
前記一対のモールドを加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、を有し、
前記一対のモールドの少なくとも一方は、
前記熱硬化性樹脂に接して前記パターンを転写する転写部と、
加熱により前記転写部が前記熱硬化性樹脂を圧縮する圧縮方向に膨張する膨張部と、を有し、
前記膨張部の膨張量が、前記熱硬化性樹脂の硬化収縮量以上である、プラスチック素子の製造方法。
A method for manufacturing a plastic element, comprising the steps of: curing a thermosetting resin onto which a predetermined pattern has been transferred by heating to form a plastic element, the method comprising the steps of:
a step of fixing the pair of molds by sandwiching a thermosetting resin between the pair of molds;
and heating the pair of molds to harden the thermosetting resin.
At least one of the pair of molds is
a transfer unit that contacts the thermosetting resin and transfers the pattern;
an expansion portion that expands in a compression direction in which the transfer portion compresses the thermosetting resin by heating;
A method for manufacturing a plastic element, wherein an amount of expansion of the expansion portion is equal to or greater than an amount of cure contraction of the thermosetting resin.
前記転写部の膨張量が、前記膨張部の膨張量より小さい、請求項1に記載のプラスチック素子の製造方法。 The method for manufacturing a plastic element according to claim 1, wherein the amount of expansion of the transfer portion is smaller than the amount of expansion of the expansion portion. 前記一対のモールドの少なくとも一方は、前記圧縮方向と直交する方向に前記膨張部と隣接する非膨張部を有する、請求項1または2に記載のプラスチック素子の製造方法。 The method for manufacturing a plastic element according to claim 1 or 2, wherein at least one of the pair of molds has a non-expanded portion adjacent to the expanded portion in a direction perpendicular to the compression direction. 前記非膨張部は、前記膨張部の周囲に配置されている、請求項3に記載のプラスチック素子の製造方法。 The method for manufacturing a plastic element according to claim 3, wherein the non-expanding portion is disposed around the expanding portion. 前記一対のモールド間に、前記一対のモールドの間隔を規制するスペーサ部が形成されている、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のプラスチック素子の製造方法。 The method for manufacturing a plastic element according to any one of claims 1 to 4, wherein a spacer portion is formed between the pair of molds to regulate the distance between the pair of molds. 前記スペーサ部の前記圧縮方向の高さが、加熱前の前記熱硬化性樹脂の前記圧縮方向の厚みより低い、請求項5に記載のプラスチック素子の製造方法。 The method for manufacturing a plastic element according to claim 5, wherein the height of the spacer portion in the compression direction is less than the thickness of the thermosetting resin in the compression direction before heating. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたプラスチック素子。 A plastic element manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 6. 所定のパターンが転写された熱硬化性樹脂を加熱により硬化させて、プラスチック素子を成形するプラスチック素子の製造装置であって、
一対のモールドと、
一対のモールドの少なくとも一方を、前記一対のモールド間に熱硬化性樹脂が挟まれる位置に移動させる駆動部と、
前記一対のモールドを加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させる加熱部と、を有し、
前記一対のモールドの少なくとも一方は、
前記熱硬化性樹脂に接して前記パターンを転写する転写部と、
加熱により前記転写部が前記熱硬化性樹脂を圧縮する圧縮方向に膨張する膨張部と、を有し、
前記膨張部の膨張量が、前記熱硬化性樹脂の硬化収縮量以上である、プラスチック素子の製造装置。
A manufacturing apparatus for a plastic element, which molds a plastic element by heating and curing a thermosetting resin to which a predetermined pattern has been transferred, comprising:
A pair of molds;
a drive unit that moves at least one of the pair of molds to a position where the thermosetting resin is sandwiched between the pair of molds;
a heating unit that heats the pair of molds to harden the thermosetting resin,
At least one of the pair of molds is
a transfer unit that contacts the thermosetting resin and transfers the pattern;
an expansion portion that expands in a compression direction in which the transfer portion compresses the thermosetting resin by heating;
An apparatus for manufacturing a plastic element, wherein an amount of expansion of the expansion section is equal to or greater than an amount of cure contraction of the thermosetting resin.
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