JPH10626A - プラスチック成形方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラスチック射出成形の従来技術では、ゲート
からの距離によって転写性が異なる。一方、転写性を成
形品全域にわたって確保しようとすると、金型温度を高
くして成形することになり、離型・取り出し時において
成形品が変形する。そこで、本発明は溶融樹脂と金型キ
ャビティ表面との境界面温度を高温かつ均一に保持する
ために、金型キャビティ表面あるいは金型キャビティ表
面から金型冷却路までの間に断熱部を設けて熱伝達効率
を金型キャビティ内の場所によって変化させた成形法に
より、転写量とその均一性の向上を実現した。 【解決手段】温度的に不均一な状態で充填完了された溶
融樹脂の金型キャビティ表面における温度を高温かつ均
一に保持するため、金型キャビティ表面あるいは金型キ
ャビティ表面から金型冷却路までの間に断熱部を設け、
しかも該熱伝達効率を溶融樹脂の温度低下に応じて、す
なわち金型キャビティ内の場所によって変化させて成形
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック成形
方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック射出成形において、成形転
写性の向上を図る一つの方法として、金型キャビティに
充填される溶融樹脂のキャビティ表面に接する部分を高
温でかつ該部分全域にわたって均一に保持することが挙
げられる。具体的な温度条件としては、充填樹脂と金型
キャビティ表面との境界面温度を成形樹脂の熱変形温度
以上、場合によってはガラス転移点温度以上に保持する
必要がある。

【０００３】光ディスク基板の成形においては、サブミ
クロンオーダの情報ピットやレーザ案内溝の精密転写が
最重要課題である。一般に、光ディスク基板の射出成形
では、図１に示すように情報ピットやレーザ案内溝の成
形転写のためのニッケル製のスタンパを金型キャビティ
内に装着し、キャビティの中心に設けたゲートより溶融
樹脂を注入・充填し、冷却・固化したあと離型して成形
を完了する。

【０００４】射出成形においては、溶融樹脂は充填中に
金型によって冷却される（後述の成形条件では、約２０
〜３０℃低下）ため、ポリカーボネート樹脂による光デ
ィスク基板の従来技術では、図８中のに示されるよう
にスタンパの溝深さに対してほとんど転写しておらず、
しかもゲートから遠ざかるに従って転写量が減少する傾
向を示す。

【０００５】光ディスク基板成形の場合、光学歪み（複
屈折）の増大を避けるために圧力を大きくしないで転写
性を向上させるための技術として、（１）溶融樹脂を高
速充填する、（２）金型温度を高くして成形される。

【０００６】上記した従来技術（１）の高速充填成形で
は、図８に示されるように転写性はある程度改善され
るものの完全な成形転写を得ることはできない。しか
も、ゲートから遠ざかるに従って転写性が低下するとい
う問題も解決されない。射出成形機の性能から云うと図
８に示した例よりも高速充填は可能であるが、バリ等の
発生などのために高速充填化には限界がある。

【０００７】従来技術の（２）においても、離型時の成
形品の変形防止の点から金型温度はせいぜい成形樹脂の
熱変形温度近くまで（熱変形温度以下：ポリカーボネー
ト樹脂の熱変形温度は１２６℃）しか上げられないた
め、上記と同様に転写性は図８に示すように満足でき
るものでなく、しかも従来技術（１）と同様にゲートか
ら遠ざかるに従って転写性が低下するという問題は残さ
れたままとなっている。

【０００８】転写性の低下を防止する方法として、特開
平１ー２７８３２２号公報に記載されているように、ゲ
ートから遠い部分の金型温度（キャビティ温度）を高く
して成形する方法が提案されている。しかし、この方法
では基板を離型して取り出す時も金型温度が高い（転写
性向上のために熱変形温度以上に設定してある）ので基
板の変形を生じ、光ディスク基板としてのチルト（基板
反り）の仕様を満足しない。しかも、設備的にも複数の
金型温度調節機構が必要である。さらに、この問題を解
決する方法の一つとして、樹脂充填時には金型温度を熱
変形温度以上にし、離型時には金型温度を熱変形温度以
下にするという金型温度冷熱サイクル法が開発されてい
る。しかし、この方法では、さらに設備上複雑になり、
しかも成形サイクルが長くなるという問題が新たに発生
する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来技
術では、均一な転写性を得るには複数の金型温度調節機
構が必要で、しかも得られる成形品は離型・取り出しに
よる変形を余儀なくされる。本発明の課題はこれらの問
題を解決することにある。

【００１０】

【問題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、温度的に不均一な状態で充填完了された溶融樹脂の
冷却速度を遅くするとともに均一な冷却速度を実現する
ために、金型キャビティ表面あるいは金型キャビティ表
面から金型冷却路までの間に断熱部を設け、かつ熱伝達
効率を金型キャビティ内の場所によって変化させ、冷却
速度が遅くかつ均一な成形を実現する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる実施例を光
ディスク基板成形型を例に図面を用いて説明する。

【００１２】実施例１：先ず、セラミックス断熱材１３
を用い、該厚みをゲートからの距離に応じて変化させた
本発明による実施例を図２に示す。

【００１３】事前に、成形転写性を決定する主要因子で
ある充填された樹脂とスタンパ４の表面での温度が、断
熱材の厚みによってどう変化するかをシミュレートし
た。シミュレーションに用いた各々の諸元は表１の通り
で、その結果を図３に示した。

【００１４】

【表１】

【００１５】図３に示した計算結果をもとに、樹脂温度
３８０℃、離型時に変形を生じない金型温度１１０℃と
いう条件で、樹脂充填直後の樹脂とスタンパ４の表面と
の境界温度が熱変形温度（１２６℃）以上の温度として
１３０℃とすると、該温度なる断熱材の厚みは０．１３
ｍｍとなる。一方、樹脂流動解析によるとゲートから遠
い基板外周部までに約３０℃の低下がある。そこで、外
周部の樹脂温度を３５０℃とすると、断熱材の厚みは
０．６ｍｍとなる。この結果に基づいて、断熱材の厚み
をゲートから遠ざかるに従って厚くして、基板内周部で
０．１３ｍｍ，外周部で０．６ｍｍとした。該断熱材１
３は可動型コア５にエポキシ系接着材により取り付け・
固定される。これによって、充填直後の溶融樹脂温度が
ゲートに近い基板内周部より低くなる基板外周部でも、
樹脂充填直後のスタンパとの境界面温度が樹脂の熱変形
温度以上となり、しかも基板内周部と外周部とで同じ温
度となる。このような成形型で成形することによって、
図８中に示すように内・外周部とも良好な転写性を得
ることができる。しかも、この成形型では樹脂の冷却速
度が遅くなっているので、成形品の内部応力（複屈折）
も小さく抑えることができる。

【００１６】実施例１では、断熱材としてジルコニアを
用いたが、表２に示すように熱伝導率の小さいチタニア
系でもよい。ちなみに、断熱層として一般によく用いら
れる樹脂材料に比べ、本発明で採用したセラミックスは
樹脂材料よりもはるかに硬度が高く、射出成形圧による
変形もなく成形品の平面精度を低下させることがない。

【００１７】実施例２：次に、熱伝導率の大きいものと
小さいものの２種類の材料を組み合わせて、断熱材層の
熱伝導率をゲートからの距離に応じて変化させた本発明
による実施例を図４に示す。実施例の図２では、断熱材
の厚みが内周部と外周部が異なるため、該断熱材を取り
付ける可動型コア５は円錐形状となり、加工上の問題が
生じる。そこで、図４に示す実施例では、内周部では熱
伝導率の大きいセラミックス材１４を、熱伝導率が小さ
いセラミックス断熱材１３よりも厚み構成比率を大に
し、外周部ではその逆になるように構成して、該構成体
の厚みが一様になるようにする。このことによって、可
動型コアを円錐状に加工しなくとも該断熱材の取り付け
が可能で、しかも基板内周部では熱伝導率が大きく、外
周部では熱伝導率が小さい断熱層が構成される。これに
よって、充填された溶融樹脂の冷却効果は前述の実施例
と同様で、光ディスク基板成形において内外周部とも転
写性の均一な基板を得ることができる。特に、可動型コ
ア材より熱伝導率の大きい窒化珪素系のセラミックス
（表２）を用い、

【００１８】

【表２】

【００１９】熱伝導率の小さい断熱材１３として前出の
ジルコニアを用いれば、熱伝導の計算値から該ジルコニ
ア断熱材の厚み仕様は実施例と同様で良い。また、熱伝
導率の小さい断熱材１３としてチタニア系を用いても良
い。このような成形型で成形することによっても、実施
例１と同様に図８中に示すように内・外周部とも良好
な転写性を得ることができる。

【００２０】実施例３：次に、断熱層として空気断熱部
を設けた実施例を図５に示す。図５に示すように、キャ
ビティ表面から冷却回路までの間に空気断熱部を設け、
しかも該空気断熱部をゲートからの距離に対応して大き
くして金型冷却路までの断熱効果を大きくする。これに
よって、図１で実施例１として示した同様の効果を得る
ことができる。

【００２１】実施例４：さらに、断熱材として空隙部を
もつ焼結金属による実施例を図６に示す。焼結金属を実
施例１に示したように、該焼結金属の厚みをゲートから
の距離に対応して厚くする。

【００２２】実施例５：また、図７に示すように焼結合
金の空隙率をゲートからの距離に応じて大きくして断熱
効果を大きくする。

【００２３】これらにより、先にのべてた実施例１と同
様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術によるプラスチック成形型の断面図で
ある。

【図２】本発明による第１の実施例によるプラスチック
成形型の可動型コア部の断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例の基礎となる断熱材の厚
みとスタンパ表面温度との関係を示す図である。

【図４】本発明による第２の実施例によるプラスチック
成形型の可動型コア部の断面図である。

【図５】本発明による第３の実施例によるプラスチック
成形型の可動型コア部の断面図である。

【図６】本発明による第４の実施例によるプラスチック
成形型の可動型コア部の断面図である。

【図７】本発明による第５の実施例によるプラスチック
成形型の可動型コア部の断面図である。

【図８】従来技術及び本発明による光ディスク基板の成
形転写性を示す図である。

【符号の説明】

１、…光ディスク基板成形型、２…固定型、３…可動
型、４…スタンパ、５…可動型コア、６…光ディスク基
板、７…スタンパ内周ホルダ、８…スタンパ外周ホル
ダ、９…中心穴形成ポンチ、１０…エジェクタ、１１…
情報ピット及びレーザ光案内溝、１２…冷却回路、１３
…セラミックス断熱材、１４…セラミックス材、１５…
空気断熱部、１６、１６´…焼結金属断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤川 和弘 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マク セル株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キャビティ表面あるいはキャビティ表面か
   ら成形型冷却路までの間に断熱部または断熱層を設け、
   該断熱部又は断熱層による断熱効果をキャビティ内の位
   置によって変化させて成形することを特徴とするプラス
   チック成形方法。
2. 【請求項２】請求項１において、断熱部を形成する部材
   の厚みをキャビティ内の位置によって変化させて成形す
   ることを特徴とするプラスチック成形方法。
3. 【請求項３】請求項１において、熱伝導率の異なる複数
   の材質を組み合わせによって断熱部を形成し、該断熱部
   の熱伝導率をキャビティ内の位置によって変化させて成
   形することを特徴とするプラスチック成形方法。
4. 【請求項４】請求項１において、キャビティ表面から成
   形型冷却路までの間に空気断熱部を設け、該空気断熱部
   比率をキャビティ内の位置によって変化させて成形する
   ことを特徴とするプラスチック成形方法。
5. 【請求項５】請求項１において、断熱部材に焼結金属に
   よる部材を用い、該部材の空隙率をキャビティ内の位置
   によって変化させて成形することを特徴とするプラスチ
   ック成形方法。
6. 【請求項６】光ディスク基板の成形において、スタンパ
   下面に請求項１、２、３、４、５を適用した断熱部・層
   を設けて成形することを特徴とするプラスチック成形方
   法及びその装置。