JP2010064406A - 射出成形金型および射出成形金型の外周スタンパホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】スタンパホルダによりスタンパを保持するディスク基板や光学製品の射出成形金型による成形時におけるバリの発生防止、スタンパの熱膨張による転写ずれ防止、およびスタンパの長寿命化の少なくとも一つに寄与する。
【解決手段】固定金型３１または可動金型１１の少なくとも一方の金型に配設されるスタンパ１５の外側寄り表面１５ａをスタンパホルダ１９により押さえてスタンパ１５の浮き上がりを防止する射出成形金型１０において、前記スタンパホルダ１９の保持面２１ａは、スタンパ１５の外側寄り表面１５ａに直接当接して保持する面であり、低摩擦加工Ｗがされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固定金型または可動金型の少なくとも一方の金型に配設されるスタンパの外側寄り表面をスタンパホルダにより押さえてスタンパの浮き上がりを防止する射出成形金型および射出成形金型の外周スタンパホルダに関する。

固定金型または可動金型の少なくとも一方の金型に配設されるスタンパの外側寄り表面をスタンパホルダにより押さえてスタンパの浮き上がりを防止する射出成形金型については、特許文献１、特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献１では、「外周リング１１は脚部１１ａのスタンパ７と対向する面において、間隙Ｓ１を有してスタンパ７の外周縁を保持する。この間隙Ｓ１は、スタンパ７の厚さムラを許容するとともに成形時におけるエアやガス等を逃がすためのもので、通常１０μｍ程度に定めている。」と記載され、外周リング１１とスタンパ７の間にはエアやガス等を逃がす間隙が設けられることが記載されている。また特許文献２においては、スタンパ４４は「負圧吸引力が、凹溝４６を介して、スタンパ４４の外周縁部に作用せしめられることにより、スタンパ４４の外周部分が可動側ミラーブロック３０の表面上に吸着保持されるようになっている。」と記載されるとともに、「圧縮空気が、環状空間５４を介して、スタンパ４４と環状爪部５２の間の環状隙間５７からスタンパ４４の表面上に吐出せしめられるようになっている。」と記載されている。

従って従来の射出成形金型では、スタンパホルダの保持面とスタンパの表面の間には溶融樹脂の入り込まない程度のクリアランスが設けられ、前記クリアランスがガス吸引や離型時の圧搾空気の噴出などに利用されていた。この理由としては従来のディスク基板の成形の場合、成形されるディスク基板のトラックピッチおよびパターン間隔が比較的広かったので、射出充填される溶融樹脂も比較的低温であり、クリアランスが１０μｍ程度でも発生するバリが大きな問題とならなかった。また前記クリアランスがあることによりスタンパが僅かに浮き上がったり芯ずれしても、許容される規格内の範囲の成形品が成形可能であった。なお従来のディスク基板の成形金型では、前記理由により、外周リング１１とスタンパ７の間に一定以上のクリアランスを設けることは、常識であり、当業者に周知化されている。

しかしながらブルーレイディスク（登録商標）等のようにディスク基板が高密度化しトラックピッチおよびパターン間隔が狭くなってくるに従い、射出充填される溶融樹脂も流動性を上げるために高温化し、前記クリアランスによって成形されるディスク基板に大きなバリが形成されてしまうという問題が出てきた。また僅かなスタンパの浮き上がりや芯ずれであっても前記ディスク基板の高密度化に伴う読取エラーに繋がる転写ずれになってしまうという問題が出てきた。更には導光板等の光学製品においても面積に対する板厚が薄くなるに従い、溶融樹脂の高温化や射出速度の高速化が必要となり、バリが形成される問題が大きくなってきた。ところが前記問題を解決するために、スタンパホルダとスタンパの間のクリアランスを無くすと、溶融樹脂の熱によりスタンパが熱膨張した際に、スタンパホルダとスタンパの摩擦により、スタンパが外側へ向けて熱膨張出来ずに、キャビティ内で浮上がってしまうという問題があり、転写ずれやスタンパの使用寿命が短くなるなどの別の問題が発生した。

特開平１０−２４９８９４号公報（請求項１、０００３、図２、図３） 特開平９−２７７２６５号公報（請求項１、００３０、００３２、図１）

そこで本発明では、スタンパホルダによりスタンパを保持するディスク基板や光学製品の射出成形金型による成形時におけるバリの発生防止、スタンパの熱膨張による転写ずれ防止、およびスタンパの長寿命化の少なくとも一つに寄与することができる射出成形金型および射出成形金型の外周スタンパホルダを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の射出成形金型は、固定金型または可動金型の少なくとも一方の金型に配設されるスタンパの外側寄り表面をスタンパホルダにより押さえてスタンパの浮き上がりを防止する射出成形金型において、スタンパホルダの保持面は、スタンパの外側寄り表面に直接当接して保持する面であり、低摩擦加工がされていることを特徴とする。

本発明の射出成形金型は、固定金型または可動金型の少なくとも一方の金型に配設されるスタンパの外側寄り表面をスタンパホルダにより押さえてスタンパの浮き上がりを防止する射出成形金型において、スタンパホルダの保持面は、スタンパの外側寄り表面に直接当接して保持する面であり、低摩擦加工がされているので、成形時におけるバリの発生防止、スタンパの熱膨張による転写ずれ防止、およびスタンパの長寿命化の少なくとも一つに寄与することができる。また射出成形金型の外周スタンパホルダについてもディスク基板の成形において同様の効果を奏する。

本発明の実施形態について図１、図２を参照して説明する。図１は、本実施形態のディスク基板成形金型の断面図である。図２は、本実施形態のディスク基板成形金型の要部拡大断面図である。

ディスク基板成形金型１０は、図１、図２において左側に位置し図示しない射出成形機の可動盤に取付けられる可動金型１１と、右側に位置し図示しない固定盤に取付けられる固定金型３１とからなる射出成形金型である。可動金型１１と固定金型３１は、型合せされた際に容積可変のキャビティＣ１が形成されるようになっている。そして前記キャビティＣ１には、図示しない射出成形機の射出装置から溶融樹脂が射出充填され圧縮成形されることにより、ディスク基板Ｄの成形が行われる。

図１、図２により、可動金型１１について説明すると、可動金型１１は、可動盤に取付板等を介して取付けられる金型本体部１２と、金型本体部１２に取付けられるバックプレート１３を備えている。そしてバックプレート１３の前面には鏡面板１４が図示しないボルトにより取付けられている。鏡面板１４は、中心開口を有する所定板厚の円盤形状の部材である。鏡面板１４は、固定金型３１側の面における内周側が鏡面からなるスタンパ取付面１４ａとなっている。また鏡面板１４の固定金型３１側の面における外周側は、段差部を隔てて前記スタンパ取付面１４ａよりも一段低い外周スタンパホルダ取付面１４ｂとなっている。また鏡面板１４の内部には冷却溝が形成されている。

そして鏡面板１４のスタンパ取付面１４ａには、成形されるディスク基板Ｄの信号面を転写成形する転写面が形成された円形のスタンパ１５が取付けられている。スタンパ１５はニッケル（熱膨張率１２．８×１０^−６／℃）またはニッケル合金から形成され、板厚は０．３ｍｍ程度である。バックプレート１３と鏡面板１４の中心開口には、エジェクタスリーブ１６や、スタンパ１５の中心孔寄りの表面を保持する内周スタンパホルダ１７が配設されている。なお内周スタンパホルダ１７の中心軸におけるスタンパ１５の内周孔と当接する部分は低摩擦部材により耐摩耗コーティングされることが望ましい。なお内周スタンパホルダ１７の中心孔寄り表面（外側寄り表面に相当）を保持する保持面についても前記コーティングをしてもよい。また金型本体部１２には、取付枠１８が前記鏡面板１４の外側位置に固定されている。そして取付枠１８の外側位置には図示しない当接ブロックやガイドロッド等が配設されている。

そして鏡面板１４の外周スタンパホルダ取付面１４ｂと取付枠１８の前面には、リング状の外周スタンパホルダ１９が固定的に配設されている。外周スタンパホルダ１９を固定する際に面接触して基準面になるのは、前記外周スタンパホルダ取付面１４ｂの方である。外周スタンパホルダ１９は、スタンパ１５の外側寄り表面１５ａに直接当接してスタンパ１５の浮き上がりを防止するとともにキャビティＣ１においてディスク基板Ｄの外周面を形成するための部材である。なお鏡面板１４を構成するのはステンレス鋼（本実施形態ではＳＵＳ４２０Ｊ２：熱膨張率１１．５×１０^−６／℃）であり、外周スタンパホルダ１９を構成するのは更に硬度が高いステンレス鋼や高速度鋼であるが両者の熱膨張率に大差はない。外周スタンパホルダ１９の可動金型１１側において、鏡面板１４の段差部に対応する部分には凹部２０が形成され、その内周側には可動金型１１側に向けて突出したスタンパ押さえ部２１が環状に形成されている。スタンパ押さえ部２１には、スタンパ１５の信号面よりも外側寄り表面１５ａを保持する保持面２１ａが、前記表面１５ａと平行に形成されている。従って保持面２１ａは、ドーナツ状の平面からなり、放射方向の幅は、１．５ｍｍ〜４ｍｍとなっている。この幅が短すぎると保持されるスタンパ１５の狭い部分に力が加わり、長すぎると摩擦抵抗の増加に繋がるという問題がそれぞれある。またブルーレイディスクを成形する場合は、転写面にスピンコートにより保護層を形成する際にディスク基板の外周縁付近にスキージャンプと称される盛り上がりが形成されがちである。前記に対応するために外周スタンパホルダ１９のスタンパ押さえ部２１の内周側に１ｍｍ以内の範囲で突起を設け、成形されるブルーレイディスクの転写面の外周がなだらかに傾斜するようにしてもよい。その場合は保持面２１ａが延長形成されることになる。

本実施形態では前記外周スタンパホルダ１９のスタンパ押さえ部２１の保持面２１ａには低摩擦加工がなされている。低摩擦加工の一例としては、保持面２１ａに対して、低摩擦部材Ｗをコーティングすることにより行う。本実施形態で用いられるのは、タングステンカーバイドカーボンコンポジット（ＷＣ／Ｃ）である。タングステンカーバイドカーボンコンポジット（ＷＣ／Ｃ）の摩擦係数（無潤滑）は、０．２であり、耐摩耗性の点においても優れている。ＷＣ／Ｃのコーティングは、真空室内に前記外周スタンパホルダ１９を載置した上で、ＷＣ／Ｃの蒸着物質と不活性ガス等を導入し蒸着により行われ、膜厚は１〜１０μｍ程度に形成され、その後に更に表面研磨が行われる。なお低摩擦部材Ｗは、タングステン系のコーティング材として、タングステンカーバイド（ＷＣ、Ｗ２Ｃ、Ｗ３Ｃ）を用いてもよい。更には摩擦係数が前記ＷＣ／Ｃと同程度のＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）を用いてもよい。低摩擦部材Ｗは溶融樹脂温度により変質や剥離を起こさずに摩擦係数が０．３以下程度の材料であればチタン系のコーティング材等でもよく限定されない。または外周スタンパホルダ１９の前記保持面をそのまま鏡面仕上げ（Ｒｚ５０μｍ以下）にすることによって低摩擦加工を完成させてもよい。

また外周スタンパホルダ１９には、ディスク基板Ｄの外周面を形成する内周面２２が形成されるとともに、内周面２２に連続して後述する固定金型３１との間で型開閉の際に対向する対向面２３が形成されている。前記対向面２３は固定金型３１側に向けて僅かに拡径されている。また外周スタンパホルダ１９の固定金型３１側の前面の外周寄りの複数箇所には凹部２４が形成され、該凹部２４の底面の中央に孔２４ａが形成されている。そして可動金型１１の本体部である取付枠１８の対応する個所に設けられたボルト孔にスプリング２５が取付けられたボルト２６が挿入固定されることにより、ボルト２６により外周スタンパホルダ１９が取付けられるようになっている。スプリング２５は、ボルト２６の頭部裏面と前記凹部２４の底面との間に設けられ、外周スタンパホルダ１９を可動金型１１側に向けて付勢している。従って外周スタンパホルダ１９は、スプリング２５により押圧されて取付けられている。そしてボルト２６の回転により押圧力の調整が可能となっている。

なお設計図面段階において、外周スタンパホルダ１９の保持面２１ａの高さ（低摩擦部材Ｗのコーティング厚さを含む）から鏡面板１４の外周スタンパホルダ取付面１４ａ上に載置されたスタンパ１５の外側寄り表面１５ａの高さ（スタンパ１５の板厚を含む）を減算した寸法関係は、−１０μｍ〜５μｍであることが望ましく、０μｍに近い方がより望ましい。なおスタンパ１５は板厚ムラがある上に、成形時には熱膨張により鏡面板１４、外周スタンパホルダ１９、スタンパ１５の外周寄り表面１５ａの位置関係も相違してくる。よって成形時（特に射出充填前）においてスタンパ１５の外周寄り表面１５ａと外周スタンパホルダ１９の保持面２１ａが一部または全部において当接していればよい。なおスタンパ１５の外周寄り表面１５ａと外周スタンパホルダ１９の保持面２１ａが当接していたかどうかは、メンテナンスの際にスタンパ１５を取外した際に摩擦の有無から確認可能である。

次に図１、図２により固定金型３１について説明すると、固定金型３１は、固定盤に取付けられる金型本体部３２と、金型本体部３２に取付けられるバックプレート３３を備えている。そして可動金型１１の対向面であって前記バックプレート３３の前面には、鏡面板３４が図示しないボルトにより取付けられている。バックプレート３３及び鏡面板３４はそれぞれ、中心開口を有する所定板厚の円盤形状の部材であって、鏡面板３４には冷却溝が形成されている。そして前記したバックプレート３３と鏡面板３４の中心開口には、センタブッシュ３５やスプルブッシュ３６等が配設されている。また鏡面板３４の表面（可動金型対向面）は、スタンパ１５が配設されておらず鏡面からなるキャビティ形成面３４ａとなっている。更に鏡面板３４の外周には、型合わせされキャビティが形成された際に、可動金型１１の外周スタンパホルダ１９の対向面２３と対向する対向面３４ｂが形成されている。そして前記対向面３４ｂには、ボールガイド３７が配設され、固定金型３１に対して可動金型１１が嵌合された際の対向面２３，３４ｂのカジリを防止している。

次に射出成形金型であるディスク基板成形金型１０によるブルーレイディスク用のディスク基板Ｄの成形方法とスタンパ１５と外周スタンパホルダ１９の関係について説明する。なお本発明は、ブルーレイディスクのトラックピッチ規格０．３２μｍ以下（下限は射出成形により成形可能な範囲で最も狭いトラックピッチ間隔）のディスク基板Ｄの成形に好適に用いられる。ディスク基板成形金型１０においてスタンパ１５は、内周孔近傍の表面が内周スタンパホルダ１７により保持され、信号面を挟んで、外側寄り表面１５ａは外周スタンパホルダ１９のスタンパ押さえ部２１の保持面２１ａにより当接保持され、スタンパ１５の浮き上がりが防止されている。スタンパ１５の保芯は、スタンパ１５の中心孔に内周スタンパホルダ１７の中心軸が挿通されることにより行われるがショット数が増加するにつれて双方には摩耗が生じる。なお熱膨張時のスタンパ１５の伸長に対応できるように鏡面板１４の側からスタンパ１５は吸着されていない。

成形が開始されると図示しない射出成形機の可動盤が前進駆動され、固定金型３１と可動金型１１が型合せされて容積可変のキャビティＣ１が形成される。次に図示しない射出装置のノズルから、溶融樹脂（ポリカーボネート）がスプルブッシュ３６を介して前記キャビティＣ１内に射出充填される。本実施形態では加熱筒前部の温度が３６０℃〜３９０℃と比較的高温の溶融樹脂が用いられる。キャビティＣ１内に溶融樹脂が供給されると熱容量の小さいスタンパ１５は急速に昇温されて熱膨張する。この際のスタンパ１５の温度上昇および熱膨張率は、鏡面板１４の温度上昇および熱膨張率よりも相対的に大きく、スタンパ１５の内周孔と内周スタンパホルダ１７の中心軸は当接状態にあるので、スタンパ１５は鏡面板１４のスタンパ取付面１４ａ上を外側に向けて伸長する。

この際、スタンパ１５の外周寄り表面１５ａと外周スタンパホルダ１９のスタンパ押さえ部２１の保持面２１ａとは、一部または全部が当接されているが、保持面２１ａが上記のようにＷＣ／Ｃコーティングによる低摩擦加工がなされているのでスタンパ１５に当接していてもスタンパ１５の熱膨張による伸長を妨げず、キャビティ内においてスタンパ１５が浮き上がることはない。そしてスタンパ１５の外周寄り表面１５ａと外周スタンパホルダ１９の保持面２１ａの間が当接されているので、スタンパ１５の芯ずれや浮き上がりによる転写ずれが防止される。またディスク基板Ｄに形成されるバリについてもまったく形成されないかごく僅かしか形成されない。また外周スタンパホルダ１９の対向面２３と固定金型３１における鏡面板３４の対向面３４ｂの間が、ボールガイド３７により適切な間隔に保たれているので、射出充填された際のキャビティＣ１内に予め存在した空気や溶融樹脂から発生するガスが良好に抜けるようになっている。そしてキャビティＣ１内に溶融樹脂が射出充填中または射出充填後に可動金型１１が前進され、キャビティＣ１内における溶融樹脂が圧縮される。そしてキャビティＣ１内の溶融樹脂の冷却固化が進行し、所定時間が経過すると可動金型１１が型開きされ、ディスク基板Ｄが取出される。そして成形されたディスク基板Ｄは後工程に搬送されて後処理がなされてブルーレイディスク等の光ディスク製品となる。

次に本発明における別の実施形態について説明する。上記の本実施形態は、インロー金型と称される射出成形金型であるが、別の実施形態の例は、平当金型と称される射出成形金型である。平当金型では、成形時にディスク基板の外側面を形成するとともにスタンパの外周寄り表面を保持する外周スタンパホルダ（外周リング）が一方の金型の金型部材に対してスプリングにより進退可能に設けられている。またスタンパは他方の金型の鏡面板上にエア吸着等により保持されている。そして外周スタンパホルダの前面の外周側には他方の金型の金型部材に面当接される当接面が設けられるとともに、前面の内周側には、前記スタンパの外周寄り表面を保持する保持面が形成されている。そして外周スタンパホルダの前記保持面とスタンパの前記表面は型閉されキャビティ形成時のみ当接される（型締力は付与されない）が、保持面には低摩擦加工がされているので、スタンパ熱膨張しても前記保持面とスタンパの表面の間で問題となるような摩擦が発生することはない。なお溶融樹脂の射出充填時から冷却完了時については、一時的にスタンパの吸引を停止するようにしてもよい。なお前記平当金型においては、固定金型および可動金型のどちらか一方の金型にスタンパが配設され、他方の金型に外周スタンパホルダ（外周リング）が配設されていればよい。

図１、図２に示される本実施形態については、固定金型または可動金型の少なくとも一方の金型にスタンパと外周スタンパホルダが配設されるものであればよい。また本発明は縦方向に型開閉がされる射出成形金型に用いたものでもよく、キャビティ内が圧縮されないものでもよい。更に外周スタンパホルダの保持面とスタンパの表面は一部が当接されているものであれば、意図的にベントや離型エア噴出のための間隙を設けたものや両部材の成形加工精度により意図せずに一部に間隙が形成されたものを除外するものではない。またスタンパが配設される鏡面板の表面も、スタンパの熱膨張による伸長を妨げないためにＷＣ／ＣやＤＬＣ等による低摩擦加工を行ってもよい。

本発明はディスク基板用の射出成形金型以外の射出成形金型にも用いることができる。一例としては導光板、拡散板、およびレンズ等の転写面をスタンパによって転写する射出成形金型（射出圧縮成形金型を含む）に用いることができる。従ってスタンパは円形に限定されず矩形等でもよい。そして矩形スタンパの各辺近傍の外側寄り表面をスタンパホルダの保持面により当接状態に保持する。大型導光板等においてはスタンパが大面積となるのに従い、射出充填時に熱膨張する寸法も大きくなるから本発明を用いることが有効である。また近年では導光板等の光学製品においては、面積に対して板厚が薄いものが求められ、射出速度や溶融樹脂温度が高くなる傾向にあるので、本発明のようにスタンパ押さえ部分に間隙を設けないでバリを無くすか小さくすることが望ましい。

また本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。

本実施形態のディスク基板成形金型の断面図である。 本実施形態のディスク基板成形金型の要部拡大断面図である。

符号の説明

１０ ディスク基板成形金型（射出成形金型）
１１ 可動金型
１４ 鏡面板
１５ スタンパ
１５ａ 外周寄り表面
１９ 外周スタンパホルダ（スタンパホルダ）
２１ スタンパ押さえ部
２１ａ 保持面
３１ 固定金型
Ｃ１ キャビティ
Ｄ ディスク基板
Ｗ 低摩擦部材（低摩擦加工）

Claims (3)

1. 固定金型または可動金型の少なくとも一方の金型に配設されるスタンパの外側寄り表面をスタンパホルダにより押さえてスタンパの浮き上がりを防止する射出成形金型において、
   前記スタンパホルダの保持面は、スタンパの外側寄り表面に直接当接して保持する面であり、低摩擦加工がされていることを特徴とする射出成形金型。
2. 前記スタンパホルダは、ディスク基板に転写を行うスタンパの外側寄り表面を保持する外周スタンパホルダであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形金型。
3. 前記請求項２の射出成形金型に取付けられ、前記スタンパの外側寄り表面に直接当接して保持する保持面に低摩擦加工がされている射出成形金型の外周スタンパホルダ。

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