成形品の成形方法
【課題】微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、多数個の成形品を安価で安全に成形する。
【解決手段】微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、（ｉ）樹脂を２００℃以上３５０℃以下の温度範囲まで加熱し溶融する工程、（ｉｉ）溶融樹脂を、１００℃以上２５０℃以下に保たれた下金型の上に塗布する工程、（ｉｉｉ）塗布した溶融樹脂を上金型と下金型との間に挟持し、０．１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下で加圧し、５秒〜２００秒間保持して成形する工程、および（ｉｖ）４０℃以上２００℃以下の温度範囲まで降温して金型より成形品を取り出す工程を含み、上金型と下金型のどちらか一方の金型は任意の形状を多数個成形するための金型であって、該多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものであり、各スタンパー間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする成形品の成形方法。
【解決手段】微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、（ｉ）樹脂を２００℃以上３５０℃以下の温度範囲まで加熱し溶融する工程、（ｉｉ）溶融樹脂を、１００℃以上２５０℃以下に保たれた下金型の上に塗布する工程、（ｉｉｉ）塗布した溶融樹脂を上金型と下金型との間に挟持し、０．１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下で加圧し、５秒〜２００秒間保持して成形する工程、および（ｉｖ）４０℃以上２００℃以下の温度範囲まで降温して金型より成形品を取り出す工程を含み、上金型と下金型のどちらか一方の金型は任意の形状を多数個成形するための金型であって、該多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものであり、各スタンパー間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする成形品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、多数個の成形品を容易に安全に成形するための成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、数十ｎｍから数百μｍの微小な凹凸形状を表面に有する成形品が、モスアイのような電子ディスプレイ用光学部品、半導体デバイスのような電子部品、細胞培養シートや微細針のような医療、化粧品等として求められている。
一般にこのような成形品は、特許文献１及び特許文献２のように上金型および下金型の少なくとも一方の表面に微小な凹凸部を有する金型を用い、該下金型上（もしくは下金型と上金型の間）に熱可塑性樹脂を設置し、金型を閉鎖させて加圧し、その後、得られた成形品を金型から離型することによって製造されている。
【０００３】
従来、微小な凹凸部を有する成形品を多数個成形する場合、一個の金型スタンパー上に多数個の形状が加工されていた。しかし、多数個の形状が加工された金型スタンパーの形状が一個でも使用不能になった場合、その部分だけ製品にしないか、若しくは、多数個の形状が加工された金型スタンパーを全て初めから作成し直すためにコストが高くなり実生産には適していなかった。
【０００４】
また、射出成形で成形品を多数個成形する場合は、それぞれの独立したスタンパーである入れ子を金型にセットして成形する方法が一般的である。しかし、射出成形と違い、微小な凹凸部を有する成形品を多数個成形する上記の様な成形方法の場合、それぞれの独立した多数個のスタンパー間、若しくは、スタンパーと金型本体の隙間に樹脂が入って成形することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７２９３５１号公報
【特許文献２】特許第４４４４９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、多数個の成形品を安価で安全に成形するための成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、
１．微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、
（ｉ）樹脂を２００℃以上３５０℃以下の温度範囲まで加熱し溶融する工程、
（ｉｉ）溶融樹脂を、１００℃以上２５０℃以下に保たれた下金型の上に塗布する工程、
（ｉｉｉ）塗布した溶融樹脂を上金型と下金型との間に挟持し、０．１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下で加圧し、５秒〜２００秒間保持して成形する工程、および
（ｉｖ）４０℃以上２００℃以下の温度範囲まで降温して金型より成形品を取り出す工程、
を含み、上金型と下金型のどちらか一方の金型は任意の形状を多数個成形するための金型であって、該多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものであり、各スタンパー間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする成形品の成形方法。
２．多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの周りをブロックで一体に組み立てたものである前項１記載の成形方法。
３．スタンパーとブロックとの間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下である前項２記載の成形方法。
４．多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの裏面とブロックとを一体に組み立てたものである前項１〜３のいずれか１項に記載の成形方法。
５．任意の形状を多数個成形するための金型に離型剤で表面処理を施した前項１記載の成形方法。
６．樹脂は、熱可塑性樹脂を主たる成分とする前項１記載の成形方法。
７．樹脂は、生体分解性樹脂を主たる成分とする前項１記載の成形方法。
８．金型の加熱・冷却方式として、急速加熱冷却装置を使用した前項１記載の成形方法。
９．急速加熱冷却装置の加熱方法として、蒸気式、加圧熱水式、熱水式、熱油式、電気ヒータ式、電磁誘導過熱式のいずれか１方式またはそれらを複数組み合わせた方式である前項８記載の成形方法。
１０．急速加熱冷却装置の冷却方法として、冷水式、冷油式のいずれか１方式またはそれらを組み合わせた方式である前項８記載の成形方法。
１１．多数個成形するための金型の厚みが２ｍｍ以上８ｍｍ以下である前項１記載の成形方法。
１２．前項１に記載の成形方法で成形して得られた成形品。
１３．成形品が微小針及びまたは微小針が複数設置された微小針集合体である前項１２記載の成形品。
１４．成形品が、下記式（１）で示されるアスペクト比が０．５以上５０．０以下であり、その長さ（Ｌ）が５μｍ以上１０００μｍ以下である微小な凹凸部を有する前項１２または１３記載の成形品。
アスペクト比＝Ｌ／Ｄ （１）
（Ｌ：長さ、Ｄ：最大幅（径））
が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、微小な凹凸パターンを有する成形品の成形方法であって、多数個の成形品を安価で安全に取り出すための成形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】成形品の成形工程図である。
【図２】本発明の実施例の金型形状の一態様を示した図である。
【図３】本発明の実施例の金型組み立て構造の一態様を示した図である。
【図４】本発明の比較例の金型形状の一態様を示した図である。
【図５】実施例１で成形した成形品（微小針集合体）の電子顕微鏡写真を示した図である。
【図６】実施例１で成形した成形品上のスタンパー間の隙間の位置における電子顕微鏡写真を示した図である。
【図７】実施例２で成形した成形品上のスタンパー間の隙間の位置における電子顕微鏡写真を示した図である。
【図８】比較例１で成形した成形品上のスタンパー間の隙間の位置に現出したバリの電子顕微鏡写真を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、詳細に説明する。
本発明は、微小な凹凸部を有する成形品の成形方法である。
【００１１】
成形品の成形方法としては、図１の成形工程図の通り、下記（ｉ）〜（ｉｖ）の工程を含む。
（ｉ）樹脂を２００℃以上３５０℃以下の温度範囲、好ましくは２１０℃以上３４０℃以下の温度範囲、より好ましくは２２０℃以上３３０℃以下の温度範囲まで加熱し溶融する工程、
（ｉｉ）溶融樹脂を、１００℃以上２５０℃以下、好ましくは１１０℃以上２４０℃以下、より好ましくは１２０℃以上２３０℃以下に保たれた下金型の上に塗布する工程、
（ｉｉｉ）塗布した溶融樹脂を上金型と下金型との間に挟持し、０．１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下、好ましくは１ＭＰａ以上２９ＭＰａ以下、より好ましくは５ＭＰａ以上２８ＭＰａ以下で加圧し、５秒〜２００秒間、好ましくは８秒〜１５０秒間、より好ましくは１０秒〜１３０秒間保持して成形する工程、および
（ｉｖ）４０℃以上２００℃以下、好ましくは４５℃以上１９０℃以下、より好ましくは５０℃以上１８０℃以下の温度範囲まで降温して金型より成形品を取り出す工程、
この成形方法において、上金型と下金型のどちらか一方の金型は任意の形状を多数個成形するための金型であって、該多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものであり、各スタンパー間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下である。好ましくは０．３μｍ以上４５μｍ以下であり、より好ましくは０．５μｍ以上４０μｍ以下である。各スタンパー間の隙間の最大値が５０μｍを超えると、成形時に樹脂が隙間に入り込み金型より成形品が離型し難くなり、得られた成形品にバリが発生し好ましくない。各スタンパー間の隙間の最大値を０．１μｍ未満としてもさらなる効果の向上は認められず、また、０．１μｍ未満の精度を求めるのは技術上非常に困難であり、かえってコストが高くなる。
【００１２】
上記多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの周りをブロックで一体に組み立てたものであってもよい。このような構造とすることにより、スタンパーを最小限の加工に留めて、ブロックを加工することで、ブロックとスタンパーとを強固に組み立てることができ、同時にスタンパー間の隙間を小さくすることができる。また、スタンパーとブロックとの間においても、溶融樹脂を塗布することがあり、スタンパーとブロックとの間の隙間の最大値においても０．１μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましく、０．３μｍ以上４５μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以上４０μｍ以下がさらに好ましい。スタンパーとブロックとの間の隙間の最大値が上記範囲であると、金型より成形品が離型し易くなり、得られた成形品にバリが発生せず好ましい。
【００１３】
また、多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの裏面とブロックとを一体に組み立てたものであってもよい。
多数個のスタンパー同士やスタンパーとブロックとを組み合わせる方法としては、各スタンパーやブロックに穴を開けて棒を貫通させる方法、ノックピンやスプリングピンで組み合わせる方法、キー溝とキーで組み合わせる方法など公知の方法で組み合わせることができる。特に、多数個のスタンパー同士やスタンパーとブロックとの隙間を小さくする方法としては、ボルトで周囲から締めつける方法が好ましく採用される。
【００１４】
任意の形状を多数個成形するための金型に離型剤で表面処理を施すとさらに離型が容易となり、より大きな効果を得ることができる。離型剤としては、シリコーン系やフッ素系化合物など公知の離型剤が挙げられる。
該成形方法はフィルムをインプリントする方法に比べると、溶融樹脂を用いることにより樹脂昇温時間が不要となり成形時間が短い。また樹脂内部まで所定の温度に均一となっており精度の高い転写が可能となる。射出成形と比べても微小な高アスペクト比の成形が可能である。
【００１５】
金型の加熱・冷却方式として、急速加熱冷却装置を使用した場合、成形サイクルが短くなり、成形品のコストダウンが可能である。急速加熱冷却装置は、一般的に使用されている方式で構わない。加熱方法として、蒸気式、加圧熱水式、熱水式、熱油式、電気ヒータ式、電磁誘導過熱式のいずれか１方式またはそれらを複数組み合わせた方式で良い。冷却方法としては、冷水式、冷油式のいずれか１方式またはそれらを組み合わせた方式で良い。
【００１６】
また、任意の形状を多数個成形するための金型の厚みは２ｍｍ以上８ｍｍ以下が好ましく、２．５ｍｍ以上７ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以上６ｍｍ以下がさらに好ましい。金型の厚みが２ｍｍ以上であるとそれぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせて機械的に固定することが容易である。また、厚みが８ｍｍ以下であると金型の加熱と冷却に時間が掛からず成形サイクルが短くなり成形に適する。
【００１７】
本発明の成形方法で使用する樹脂は、熱可塑性樹脂を主たる成分とすることが好ましい。樹脂中の熱可塑性樹脂の含有量は、好ましくは５０重量％以上、より好ましくは９０重量％以上、さらに好ましくは１００重量％である。
【００１８】
熱可塑性樹脂として、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、またはこれらの混合物が好ましい。
熱可塑性樹脂として生体分解性樹脂が好ましい。生体分解性樹脂として、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ステレオコンプレックスポリ乳酸、植物由来ポリカーボネート樹脂またはこれらの混合物が好ましい。
【００１９】
本発明の成形方法で得られる成形品は、微小な凹凸部を有する成形品であり、具体的には、下記式（１）で示されるアスペクト比が０．５以上５０．０以下であり、その長さ（Ｌ）が５μｍ以上１０００μｍ以下である成形品が好ましい。
アスペクト比＝Ｌ／Ｄ （１）
（Ｌ：長さ、Ｄ：最大幅（径））
【００２０】
上記アスペクト比は０．５以上２０．０以下がより好ましく、０．８以上１８以下がさらに好ましく、１以上１６以下が特に好ましい。アスペクト比が上記範囲の成形品は本発明の成形方法に適している。
また、上記長さ（Ｌ）は５０μｍ以上１０００μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以上９５０μｍ以下がさらに好ましく、２００μｍ以上９００μｍ以下が特に好ましい。また、上記最大幅（Ｄ）は１０μｍ以上３００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上２５０μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以上２００μｍ以下がさらに好ましい。
【００２１】
本発明の成形方法は、モスアイのような電子ディスプレイ用光学部品、半導体デバイスのような電子部品、細胞培養シートや微小針のような医療部品等の微細な高アスペクト比の成形品の成形方法に適している。特に微小針は、微小で高アスペクト比であり該成形方法に適している。微小針は、単独、または複数本含む微細針集合体である。
【実施例】
【００２２】
本実施の形態における実施例を以下に示す。
（評価）
それぞれの実施例、比較例に従って微小針集合体を１０ショット合計３０個得た。
（１）金型における各スタンパー間及びスタンパーとブロックとの各接点（６０箇所）の隙間を顕微鏡で測定し、隙間の最大値を求めた。
（２）成形品を顕微鏡で観察し、バリの有無を確認した。また、バリの無い場合は成形品上の隙間の位置の最大幅を測定し、バリの有る場合はバリの最大幅を測定した。
【００２３】
［実施例１］
微小針集合体は以下のように作製した。
（金型）
任意の形状を成形するための下金型は、金型の元となるマスターを、金属を切削加工して微小針を製作し、次いでマスター型をニッケル電鋳にて反転し作製した。微小針の形状は、先端直径７μｍ、長さ（高さ）（Ｌ）が６００μｍ、最大幅（底面の直径）（Ｄ）が１００μｍ、先端の頂角が４５°、９ｍｍ径の面積の部分に針が９７本の集合体とした。これを凹製品スタンパーとし、同じマスターで３個作成した。凹製品スタンパーの配置は、真ん中1個、端に向かい合わせて２個、合計３個を配した。また、製品ダミースタンパーは、ニッケル電鋳製で鏡面仕上げ加工したものであり、これを２２個作成した。スタンパーの周りにはステンレス鋼で作成したブロックを配置し六角穴付きボルトで両側からできるだけ隙間ができない様に締めた。スタンパー間及びスタンパーとスタンパー以外で樹脂が塗布される部分のブロックとの隙間が最大で１０μｍであった。それぞれのスタンパーの配置は、図２の通りである。金型の組み立て図は、図３の通りである。スタンパーを配置した金型を下金型とした。下金型の厚みは５ｍｍであった。また、下金型は、離型しやすいように離型剤（信越化学工業株式会社製ＫＭ−９７３６）で表面処理をした。
一方、上金型は、ニッケル電鋳板１ｍｍ厚さにサンドブラスト加工でシボ金型を作成した。深さ平均値Ｒｚ（十点平均粗さ）４０μｍであった。これを上金型とした。
【００２４】
（成形）
装置は、日本製鋼所製 ＭＴＭ１００−１５を使用した。
樹脂にはポリグリコール酸を用いて、２６０℃で溶融させ、２００℃の下金型の上に塗布した。次いで２０ＭＰａの圧力で３０秒プレスした後、金型を８０℃まで冷却し金型から図５の様な成形品（微小針集合体）を得た。成形品は、上金型に付いたので、スタンパーからの垂直離型ができた。その成形品を上金型から手ではがした。
得られた成形品について顕微鏡による針の観察を行った結果、図５に示したように針の形状は問題なく狙い通りのものが得られた。また、バリも観察されなかった。さらに、顕微鏡で成形品上の各スタンパー間及びスタンパーとブロックとの隙間の位置の最大幅を測定した。その結果を表１に示した。
【００２５】
［実施例２］
樹脂にはポリカーボネート［帝人化成株式会社製、パンライトＡＤ−５５０３］を用いて、２６０℃で溶融させ、１８５℃の金型の上に塗布した。次いで２０ＭＰａの圧力で３０秒プレスした後、金型を８０℃まで冷却する以外は実施例１と同じ方法で、金型から成形品を得た。この時のスタンパー間及びスタンパーとスタンパー以外で樹脂が塗布される部分のブロックとの隙間が最大で１６μｍであった。
成形品は、上金型に付いたので、スタンパーからの垂直離型ができた。その成形品を上金型から手ではがした。
得られた成形品について顕微鏡による針の観察を行った結果、針の形状は問題なく狙い通りのものが得られた。また、バリも観察されなかった。さらに、顕微鏡で成形品上の各スタンパー間及びスタンパーとブロックとの隙間の位置の最大幅を測定した。その結果を表１に示した。
【００２６】
［比較例１］
ステンレス鋼で作成したブロック枠（内径１００ｍｍ、外形１３０ｍｍ）の中にスタンパー及びダミースタンパーを組み込んだ。それぞれのスタンパーの配置は、図４の通りである。スタンパー間及びスタンパーとスタンパー以外で樹脂が塗布される部分のブロックとの隙間が最大で１２３μｍであった。かかる下金型を用いた以外は、実施例１と同じ方法で成形品を得た。
成形品は、下金型に張り付いた。それを手ではがした。そのために、垂直離型ができなかった。
得られた成形品について顕微鏡による針の観察を行った結果、全ての針に曲がりが見られた。また、バリの発生が観察された。さらに、顕微鏡で成形品上のバリの最大幅を測定した。その結果を表１に示した。
【００２７】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の成形方法は、モスアイのような電子ディスプレイ用光学部品、半導体デバイスのような電子部品、細胞培養シートや微細針のような医療、化粧品等の微小な高アスペクト比の凹凸部を有する成形品の成形方法に有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、多数個の成形品を容易に安全に成形するための成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、数十ｎｍから数百μｍの微小な凹凸形状を表面に有する成形品が、モスアイのような電子ディスプレイ用光学部品、半導体デバイスのような電子部品、細胞培養シートや微細針のような医療、化粧品等として求められている。
一般にこのような成形品は、特許文献１及び特許文献２のように上金型および下金型の少なくとも一方の表面に微小な凹凸部を有する金型を用い、該下金型上（もしくは下金型と上金型の間）に熱可塑性樹脂を設置し、金型を閉鎖させて加圧し、その後、得られた成形品を金型から離型することによって製造されている。
【０００３】
従来、微小な凹凸部を有する成形品を多数個成形する場合、一個の金型スタンパー上に多数個の形状が加工されていた。しかし、多数個の形状が加工された金型スタンパーの形状が一個でも使用不能になった場合、その部分だけ製品にしないか、若しくは、多数個の形状が加工された金型スタンパーを全て初めから作成し直すためにコストが高くなり実生産には適していなかった。
【０００４】
また、射出成形で成形品を多数個成形する場合は、それぞれの独立したスタンパーである入れ子を金型にセットして成形する方法が一般的である。しかし、射出成形と違い、微小な凹凸部を有する成形品を多数個成形する上記の様な成形方法の場合、それぞれの独立した多数個のスタンパー間、若しくは、スタンパーと金型本体の隙間に樹脂が入って成形することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７２９３５１号公報
【特許文献２】特許第４４４４９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、多数個の成形品を安価で安全に成形するための成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、
１．微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、
（ｉ）樹脂を２００℃以上３５０℃以下の温度範囲まで加熱し溶融する工程、
（ｉｉ）溶融樹脂を、１００℃以上２５０℃以下に保たれた下金型の上に塗布する工程、
（ｉｉｉ）塗布した溶融樹脂を上金型と下金型との間に挟持し、０．１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下で加圧し、５秒〜２００秒間保持して成形する工程、および
（ｉｖ）４０℃以上２００℃以下の温度範囲まで降温して金型より成形品を取り出す工程、
を含み、上金型と下金型のどちらか一方の金型は任意の形状を多数個成形するための金型であって、該多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものであり、各スタンパー間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする成形品の成形方法。
２．多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの周りをブロックで一体に組み立てたものである前項１記載の成形方法。
３．スタンパーとブロックとの間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下である前項２記載の成形方法。
４．多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの裏面とブロックとを一体に組み立てたものである前項１〜３のいずれか１項に記載の成形方法。
５．任意の形状を多数個成形するための金型に離型剤で表面処理を施した前項１記載の成形方法。
６．樹脂は、熱可塑性樹脂を主たる成分とする前項１記載の成形方法。
７．樹脂は、生体分解性樹脂を主たる成分とする前項１記載の成形方法。
８．金型の加熱・冷却方式として、急速加熱冷却装置を使用した前項１記載の成形方法。
９．急速加熱冷却装置の加熱方法として、蒸気式、加圧熱水式、熱水式、熱油式、電気ヒータ式、電磁誘導過熱式のいずれか１方式またはそれらを複数組み合わせた方式である前項８記載の成形方法。
１０．急速加熱冷却装置の冷却方法として、冷水式、冷油式のいずれか１方式またはそれらを組み合わせた方式である前項８記載の成形方法。
１１．多数個成形するための金型の厚みが２ｍｍ以上８ｍｍ以下である前項１記載の成形方法。
１２．前項１に記載の成形方法で成形して得られた成形品。
１３．成形品が微小針及びまたは微小針が複数設置された微小針集合体である前項１２記載の成形品。
１４．成形品が、下記式（１）で示されるアスペクト比が０．５以上５０．０以下であり、その長さ（Ｌ）が５μｍ以上１０００μｍ以下である微小な凹凸部を有する前項１２または１３記載の成形品。
アスペクト比＝Ｌ／Ｄ （１）
（Ｌ：長さ、Ｄ：最大幅（径））
が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、微小な凹凸パターンを有する成形品の成形方法であって、多数個の成形品を安価で安全に取り出すための成形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】成形品の成形工程図である。
【図２】本発明の実施例の金型形状の一態様を示した図である。
【図３】本発明の実施例の金型組み立て構造の一態様を示した図である。
【図４】本発明の比較例の金型形状の一態様を示した図である。
【図５】実施例１で成形した成形品（微小針集合体）の電子顕微鏡写真を示した図である。
【図６】実施例１で成形した成形品上のスタンパー間の隙間の位置における電子顕微鏡写真を示した図である。
【図７】実施例２で成形した成形品上のスタンパー間の隙間の位置における電子顕微鏡写真を示した図である。
【図８】比較例１で成形した成形品上のスタンパー間の隙間の位置に現出したバリの電子顕微鏡写真を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、詳細に説明する。
本発明は、微小な凹凸部を有する成形品の成形方法である。
【００１１】
成形品の成形方法としては、図１の成形工程図の通り、下記（ｉ）〜（ｉｖ）の工程を含む。
（ｉ）樹脂を２００℃以上３５０℃以下の温度範囲、好ましくは２１０℃以上３４０℃以下の温度範囲、より好ましくは２２０℃以上３３０℃以下の温度範囲まで加熱し溶融する工程、
（ｉｉ）溶融樹脂を、１００℃以上２５０℃以下、好ましくは１１０℃以上２４０℃以下、より好ましくは１２０℃以上２３０℃以下に保たれた下金型の上に塗布する工程、
（ｉｉｉ）塗布した溶融樹脂を上金型と下金型との間に挟持し、０．１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下、好ましくは１ＭＰａ以上２９ＭＰａ以下、より好ましくは５ＭＰａ以上２８ＭＰａ以下で加圧し、５秒〜２００秒間、好ましくは８秒〜１５０秒間、より好ましくは１０秒〜１３０秒間保持して成形する工程、および
（ｉｖ）４０℃以上２００℃以下、好ましくは４５℃以上１９０℃以下、より好ましくは５０℃以上１８０℃以下の温度範囲まで降温して金型より成形品を取り出す工程、
この成形方法において、上金型と下金型のどちらか一方の金型は任意の形状を多数個成形するための金型であって、該多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものであり、各スタンパー間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下である。好ましくは０．３μｍ以上４５μｍ以下であり、より好ましくは０．５μｍ以上４０μｍ以下である。各スタンパー間の隙間の最大値が５０μｍを超えると、成形時に樹脂が隙間に入り込み金型より成形品が離型し難くなり、得られた成形品にバリが発生し好ましくない。各スタンパー間の隙間の最大値を０．１μｍ未満としてもさらなる効果の向上は認められず、また、０．１μｍ未満の精度を求めるのは技術上非常に困難であり、かえってコストが高くなる。
【００１２】
上記多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの周りをブロックで一体に組み立てたものであってもよい。このような構造とすることにより、スタンパーを最小限の加工に留めて、ブロックを加工することで、ブロックとスタンパーとを強固に組み立てることができ、同時にスタンパー間の隙間を小さくすることができる。また、スタンパーとブロックとの間においても、溶融樹脂を塗布することがあり、スタンパーとブロックとの間の隙間の最大値においても０．１μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましく、０．３μｍ以上４５μｍ以下がより好ましく、０．５μｍ以上４０μｍ以下がさらに好ましい。スタンパーとブロックとの間の隙間の最大値が上記範囲であると、金型より成形品が離型し易くなり、得られた成形品にバリが発生せず好ましい。
【００１３】
また、多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの裏面とブロックとを一体に組み立てたものであってもよい。
多数個のスタンパー同士やスタンパーとブロックとを組み合わせる方法としては、各スタンパーやブロックに穴を開けて棒を貫通させる方法、ノックピンやスプリングピンで組み合わせる方法、キー溝とキーで組み合わせる方法など公知の方法で組み合わせることができる。特に、多数個のスタンパー同士やスタンパーとブロックとの隙間を小さくする方法としては、ボルトで周囲から締めつける方法が好ましく採用される。
【００１４】
任意の形状を多数個成形するための金型に離型剤で表面処理を施すとさらに離型が容易となり、より大きな効果を得ることができる。離型剤としては、シリコーン系やフッ素系化合物など公知の離型剤が挙げられる。
該成形方法はフィルムをインプリントする方法に比べると、溶融樹脂を用いることにより樹脂昇温時間が不要となり成形時間が短い。また樹脂内部まで所定の温度に均一となっており精度の高い転写が可能となる。射出成形と比べても微小な高アスペクト比の成形が可能である。
【００１５】
金型の加熱・冷却方式として、急速加熱冷却装置を使用した場合、成形サイクルが短くなり、成形品のコストダウンが可能である。急速加熱冷却装置は、一般的に使用されている方式で構わない。加熱方法として、蒸気式、加圧熱水式、熱水式、熱油式、電気ヒータ式、電磁誘導過熱式のいずれか１方式またはそれらを複数組み合わせた方式で良い。冷却方法としては、冷水式、冷油式のいずれか１方式またはそれらを組み合わせた方式で良い。
【００１６】
また、任意の形状を多数個成形するための金型の厚みは２ｍｍ以上８ｍｍ以下が好ましく、２．５ｍｍ以上７ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以上６ｍｍ以下がさらに好ましい。金型の厚みが２ｍｍ以上であるとそれぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせて機械的に固定することが容易である。また、厚みが８ｍｍ以下であると金型の加熱と冷却に時間が掛からず成形サイクルが短くなり成形に適する。
【００１７】
本発明の成形方法で使用する樹脂は、熱可塑性樹脂を主たる成分とすることが好ましい。樹脂中の熱可塑性樹脂の含有量は、好ましくは５０重量％以上、より好ましくは９０重量％以上、さらに好ましくは１００重量％である。
【００１８】
熱可塑性樹脂として、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、またはこれらの混合物が好ましい。
熱可塑性樹脂として生体分解性樹脂が好ましい。生体分解性樹脂として、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ステレオコンプレックスポリ乳酸、植物由来ポリカーボネート樹脂またはこれらの混合物が好ましい。
【００１９】
本発明の成形方法で得られる成形品は、微小な凹凸部を有する成形品であり、具体的には、下記式（１）で示されるアスペクト比が０．５以上５０．０以下であり、その長さ（Ｌ）が５μｍ以上１０００μｍ以下である成形品が好ましい。
アスペクト比＝Ｌ／Ｄ （１）
（Ｌ：長さ、Ｄ：最大幅（径））
【００２０】
上記アスペクト比は０．５以上２０．０以下がより好ましく、０．８以上１８以下がさらに好ましく、１以上１６以下が特に好ましい。アスペクト比が上記範囲の成形品は本発明の成形方法に適している。
また、上記長さ（Ｌ）は５０μｍ以上１０００μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以上９５０μｍ以下がさらに好ましく、２００μｍ以上９００μｍ以下が特に好ましい。また、上記最大幅（Ｄ）は１０μｍ以上３００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上２５０μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以上２００μｍ以下がさらに好ましい。
【００２１】
本発明の成形方法は、モスアイのような電子ディスプレイ用光学部品、半導体デバイスのような電子部品、細胞培養シートや微小針のような医療部品等の微細な高アスペクト比の成形品の成形方法に適している。特に微小針は、微小で高アスペクト比であり該成形方法に適している。微小針は、単独、または複数本含む微細針集合体である。
【実施例】
【００２２】
本実施の形態における実施例を以下に示す。
（評価）
それぞれの実施例、比較例に従って微小針集合体を１０ショット合計３０個得た。
（１）金型における各スタンパー間及びスタンパーとブロックとの各接点（６０箇所）の隙間を顕微鏡で測定し、隙間の最大値を求めた。
（２）成形品を顕微鏡で観察し、バリの有無を確認した。また、バリの無い場合は成形品上の隙間の位置の最大幅を測定し、バリの有る場合はバリの最大幅を測定した。
【００２３】
［実施例１］
微小針集合体は以下のように作製した。
（金型）
任意の形状を成形するための下金型は、金型の元となるマスターを、金属を切削加工して微小針を製作し、次いでマスター型をニッケル電鋳にて反転し作製した。微小針の形状は、先端直径７μｍ、長さ（高さ）（Ｌ）が６００μｍ、最大幅（底面の直径）（Ｄ）が１００μｍ、先端の頂角が４５°、９ｍｍ径の面積の部分に針が９７本の集合体とした。これを凹製品スタンパーとし、同じマスターで３個作成した。凹製品スタンパーの配置は、真ん中1個、端に向かい合わせて２個、合計３個を配した。また、製品ダミースタンパーは、ニッケル電鋳製で鏡面仕上げ加工したものであり、これを２２個作成した。スタンパーの周りにはステンレス鋼で作成したブロックを配置し六角穴付きボルトで両側からできるだけ隙間ができない様に締めた。スタンパー間及びスタンパーとスタンパー以外で樹脂が塗布される部分のブロックとの隙間が最大で１０μｍであった。それぞれのスタンパーの配置は、図２の通りである。金型の組み立て図は、図３の通りである。スタンパーを配置した金型を下金型とした。下金型の厚みは５ｍｍであった。また、下金型は、離型しやすいように離型剤（信越化学工業株式会社製ＫＭ−９７３６）で表面処理をした。
一方、上金型は、ニッケル電鋳板１ｍｍ厚さにサンドブラスト加工でシボ金型を作成した。深さ平均値Ｒｚ（十点平均粗さ）４０μｍであった。これを上金型とした。
【００２４】
（成形）
装置は、日本製鋼所製 ＭＴＭ１００−１５を使用した。
樹脂にはポリグリコール酸を用いて、２６０℃で溶融させ、２００℃の下金型の上に塗布した。次いで２０ＭＰａの圧力で３０秒プレスした後、金型を８０℃まで冷却し金型から図５の様な成形品（微小針集合体）を得た。成形品は、上金型に付いたので、スタンパーからの垂直離型ができた。その成形品を上金型から手ではがした。
得られた成形品について顕微鏡による針の観察を行った結果、図５に示したように針の形状は問題なく狙い通りのものが得られた。また、バリも観察されなかった。さらに、顕微鏡で成形品上の各スタンパー間及びスタンパーとブロックとの隙間の位置の最大幅を測定した。その結果を表１に示した。
【００２５】
［実施例２］
樹脂にはポリカーボネート［帝人化成株式会社製、パンライトＡＤ−５５０３］を用いて、２６０℃で溶融させ、１８５℃の金型の上に塗布した。次いで２０ＭＰａの圧力で３０秒プレスした後、金型を８０℃まで冷却する以外は実施例１と同じ方法で、金型から成形品を得た。この時のスタンパー間及びスタンパーとスタンパー以外で樹脂が塗布される部分のブロックとの隙間が最大で１６μｍであった。
成形品は、上金型に付いたので、スタンパーからの垂直離型ができた。その成形品を上金型から手ではがした。
得られた成形品について顕微鏡による針の観察を行った結果、針の形状は問題なく狙い通りのものが得られた。また、バリも観察されなかった。さらに、顕微鏡で成形品上の各スタンパー間及びスタンパーとブロックとの隙間の位置の最大幅を測定した。その結果を表１に示した。
【００２６】
［比較例１］
ステンレス鋼で作成したブロック枠（内径１００ｍｍ、外形１３０ｍｍ）の中にスタンパー及びダミースタンパーを組み込んだ。それぞれのスタンパーの配置は、図４の通りである。スタンパー間及びスタンパーとスタンパー以外で樹脂が塗布される部分のブロックとの隙間が最大で１２３μｍであった。かかる下金型を用いた以外は、実施例１と同じ方法で成形品を得た。
成形品は、下金型に張り付いた。それを手ではがした。そのために、垂直離型ができなかった。
得られた成形品について顕微鏡による針の観察を行った結果、全ての針に曲がりが見られた。また、バリの発生が観察された。さらに、顕微鏡で成形品上のバリの最大幅を測定した。その結果を表１に示した。
【００２７】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の成形方法は、モスアイのような電子ディスプレイ用光学部品、半導体デバイスのような電子部品、細胞培養シートや微細針のような医療、化粧品等の微小な高アスペクト比の凹凸部を有する成形品の成形方法に有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、
（ｉ）樹脂を２００℃以上３５０℃以下の温度範囲まで加熱し溶融する工程、
（ｉｉ）溶融樹脂を、１００℃以上２５０℃以下に保たれた下金型の上に塗布する工程、
（ｉｉｉ）塗布した溶融樹脂を上金型と下金型との間に挟持し、０．１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下で加圧し、５秒〜２００秒間保持して成形する工程、および
（ｉｖ）４０℃以上２００℃以下の温度範囲まで降温して金型より成形品を取り出す工程、
を含み、上金型と下金型のどちらか一方の金型は任意の形状を多数個成形するための金型であって、該多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものであり、各スタンパー間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする成形品の成形方法。
【請求項２】
多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの周りをブロックで一体に組み立てたものである請求項１記載の成形方法。
【請求項３】
スタンパーとブロックとの間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下である請求項２記載の成形方法。
【請求項４】
多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの裏面とブロックとを一体に組み立てたものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項５】
任意の形状を多数個成形するための金型に離型剤で表面処理を施した請求項１記載の成形方法。
【請求項６】
樹脂は、熱可塑性樹脂を主たる成分とする請求項１記載の成形方法。
【請求項７】
樹脂は、生体分解性樹脂を主たる成分とする請求項１記載の成形方法。
【請求項８】
金型の加熱・冷却方式として、急速加熱冷却装置を使用した請求項１記載の成形方法。
【請求項９】
急速加熱冷却装置の加熱方法として、蒸気式、加圧熱水式、熱水式、熱油式、電気ヒータ式、電磁誘導過熱式のいずれか１方式またはそれらを複数組み合わせた方式である請求項８記載の成形方法。
【請求項１０】
急速加熱冷却装置の冷却方法として、冷水式、冷油式のいずれか１方式またはそれらを組み合わせた方式である請求項８記載の成形方法。
【請求項１１】
多数個成形するための金型の厚みが２ｍｍ以上８ｍｍ以下である請求項１記載の成形方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の成形方法で成形して得られた成形品。
【請求項１３】
成形品が微小針及びまたは微小針が複数設置された微小針集合体である請求項１２記載の成形品。
【請求項１４】
成形品は、下記式（１）で示されるアスペクト比が０．５以上５０．０以下であり、その長さ（Ｌ）が５μｍ以上１０００μｍ以下である微小な凹凸部を有する請求項１２または１３記載の成形品。
アスペクト比＝Ｌ／Ｄ （１）
（Ｌ：長さ、Ｄ：最大幅（径））
【請求項１】
微小な凹凸部を有する成形品の成形方法であって、
（ｉ）樹脂を２００℃以上３５０℃以下の温度範囲まで加熱し溶融する工程、
（ｉｉ）溶融樹脂を、１００℃以上２５０℃以下に保たれた下金型の上に塗布する工程、
（ｉｉｉ）塗布した溶融樹脂を上金型と下金型との間に挟持し、０．１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下で加圧し、５秒〜２００秒間保持して成形する工程、および
（ｉｖ）４０℃以上２００℃以下の温度範囲まで降温して金型より成形品を取り出す工程、
を含み、上金型と下金型のどちらか一方の金型は任意の形状を多数個成形するための金型であって、該多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものであり、各スタンパー間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする成形品の成形方法。
【請求項２】
多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの周りをブロックで一体に組み立てたものである請求項１記載の成形方法。
【請求項３】
スタンパーとブロックとの間の隙間の最大値が０．１μｍ以上５０μｍ以下である請求項２記載の成形方法。
【請求項４】
多数個成形するための金型は、それぞれ独立した多数個のスタンパーを組み合わせたものの裏面とブロックとを一体に組み立てたものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項５】
任意の形状を多数個成形するための金型に離型剤で表面処理を施した請求項１記載の成形方法。
【請求項６】
樹脂は、熱可塑性樹脂を主たる成分とする請求項１記載の成形方法。
【請求項７】
樹脂は、生体分解性樹脂を主たる成分とする請求項１記載の成形方法。
【請求項８】
金型の加熱・冷却方式として、急速加熱冷却装置を使用した請求項１記載の成形方法。
【請求項９】
急速加熱冷却装置の加熱方法として、蒸気式、加圧熱水式、熱水式、熱油式、電気ヒータ式、電磁誘導過熱式のいずれか１方式またはそれらを複数組み合わせた方式である請求項８記載の成形方法。
【請求項１０】
急速加熱冷却装置の冷却方法として、冷水式、冷油式のいずれか１方式またはそれらを組み合わせた方式である請求項８記載の成形方法。
【請求項１１】
多数個成形するための金型の厚みが２ｍｍ以上８ｍｍ以下である請求項１記載の成形方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の成形方法で成形して得られた成形品。
【請求項１３】
成形品が微小針及びまたは微小針が複数設置された微小針集合体である請求項１２記載の成形品。
【請求項１４】
成形品は、下記式（１）で示されるアスペクト比が０．５以上５０．０以下であり、その長さ（Ｌ）が５μｍ以上１０００μｍ以下である微小な凹凸部を有する請求項１２または１３記載の成形品。
アスペクト比＝Ｌ／Ｄ （１）
（Ｌ：長さ、Ｄ：最大幅（径））
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４３２９３（Ｐ２０１３−４３２９３Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８０４５１（Ｐ２０１１−１８０４５１）
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００２１５８８８）帝人化成株式会社 (504)
【出願人】（０００００３００１）帝人株式会社 (1,209)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２２日（２０１１．８．２２）
【出願人】（０００２１５８８８）帝人化成株式会社 (504)
【出願人】（０００００３００１）帝人株式会社 (1,209)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]