CN100448640C - 压模固定面施以隔热层和类金刚石碳膜的光盘成型模具及使用其的方法 - Google Patents

压模固定面施以隔热层和类金刚石碳膜的光盘成型模具及使用其的方法 Download PDF

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Abstract

以在光盘成型中成型循环同时延长压模和模具的寿命为课题。在固定光盘成型模具成型模槽的压模的壁面上，将隔热层和类金刚石碳膜依此顺序一体成型的光盘成型模具，类金刚石碳膜具有化学式CHaObNcFdBePf(其中，根据原子比，a＝0.05～0.7，b＝0～1，c＝0～1，d＝0～1，e＝0～1，f＝0～1)所表示的组成，隔热层由选自陶瓷、玻璃和耐热性合成树脂中的材料形成。

Description

压模固定面施以隔热层和类金刚石碳膜的光盘成型模具及使用其的方法
技术领域
本发明涉及利用压模(成型印模板)进行光盘成型类型的光盘成型模具及使用其的光盘成型方法。
背景技术
光盘一般使用注射成型法制作。注射成型装置的定模和动模的相对面设有成型模槽，一边的模具模槽的压模固定面上，固定具有由细小坑纹的凹凸形成的信息布图的压模，在模槽中注入熔融的树脂，冷却固化后，制造具有从压模复制的信息布图的光盘的方法被广泛采用。
模具和压模，为了在熔融的树脂注入时，熔融的树脂将甚至是压模的信息布图的角落都完全填充，进行信息布图的精确复制，需要加热到规定温度以上，但另一方面，为了迅速进行成型光盘的固化和冷却，需要将模具从外部冷却。可是，为了冷却的模具模槽表面和压模的温度达到所定的温度，需要提高注射的熔融树脂的温度或者延长与熔融树脂的接触时间，从而存在每次成型所需时间(成型循环时间)长，生产性(成型循环时间缩短，单位时间的注射数增加)差的问题。
为了解决这些问题，通过在模具模槽的压模固定面形成隔热层对压模保温，防止热量的过度散失，由此缩短成型循环时间的方案，登载于日本专利特开2002-361689号、日本专利特开2002-513691号、日本专利特开2001-334534号等。
日本专利特开2002-361689号记载了，在压模的内部或背面，固着厚100～300μm的陶瓷、厚250～300μm的铋、或者厚20～150μm的聚酰亚胺或聚酰胺亚胺等热传导性差(不到94W/mK)的隔热层，通过熔融树脂填充时这一时段的蓄热提高复制效果，冷却则由冷却了10～20℃左右的模具快速冷却固化，由此提高光盘生产性的方法。
日本专利特开2002-513691号记载了，通过在压模(嵌件(insert))的背面(与模具接触的面)，涂布热传导性差的，厚约10～500μm的聚酰亚胺、聚醚酰亚胺或者硅氧烷改性聚醚酰亚胺等隔热性涂料，提高光盘复制性的方法。
日本专利特开2001-334534号记载了，通过在压模的背面形成20～150μm左右的聚酰亚胺制隔热层，提高光盘复制性，通过低模具温度缩短循环时间的方法。
除此之外，也提出过在模具表面和压模之间插入可随意装卸的厚隔热板的方法被提出。
但是，在压模背面形成聚酰亚胺、聚酰胺亚胺、陶瓷、铋等隔热层的话，虽然成型循环时间缩短了，可是压模和模具的压模固定面之间的摩擦增大，压模和模具的耐久性下降，存在直至压模更换及直至模具更换的注射数显著减少的缺点。
另外，压模和隔热层一体成型的情况下，由于两者的热膨胀系数差异，存在引起压模的变形，产生成型障碍的问题。
专利文献1：日本专利特开2002-361689号公报
专利文献2：日本专利特开2002-513691号公报
专利文献3：日本专利特开2001-334534号公报
发明的揭示
如上述日本专利特开2002-361689号公报、日本专利特开2002-513691号公报、日本专利特开2001-334534号公报等所登载的，在压模背面形成聚酰亚胺、聚酰胺亚胺、陶瓷、铋等热传导性差的隔热层，存在和模具面之间的摩擦增大，耐久性下降，压模更换及模具更换前的注射数显著减少的缺点。
即，为了提高压模的保温性或者对于冷却的延迟性，虽然加入了20～250μm厚的隔热层，但是存在由于模具的压模固定面与压模背面的隔热层之间产生的巨大摩擦和磨损，这些接触面上产生擦痕，它使压模的复制面变形，导致无法进行信息布图的精密复制，压模和成型模具的使用寿命显著缩短的缺点，可是以往没有尝试提高具有隔热层的压模的耐久性。
另外，压模和隔热层一体成型的情况下，由于两者的热膨胀系数差异，存在引起压模的变形，产生成型障碍的问题。
因此，本发明的目的是，解决这些问题，提高压模和成型模具的耐久性，大幅增加1块压模可成型的注射数和1个模具可成型的注射数。
本发明提供，在光盘成型模具成型模槽的固定压模的壁面上，将隔热层和类金刚石碳膜依此顺序一体成型的光盘成型模具。
本发明还提供，通过在前述光盘成型模具成型模槽的壁面上，固定具有要复制的信息布图的压模，将熔融的原料树脂导入成型模槽成型的光盘成型方法。
金刚石样碳素(DLC)膜，记载于日本专利特开昭62-145646号公报、日本专利特开昭62-145647号公报、《New Diamond Forum》第4卷第4期(1988年10月25日发行)等。DLC膜是，如上述文献(《New Diamond Forum》)所述，与在拉曼分光分析中，在1400～1700cm-1有拉曼散射光谱的宽峰，在1333cm-1有尖锐峰值的金刚石，和在1581cm-1有尖锐峰值的石墨，具有明显不同构造的物质。DLC膜拉曼分光分析光谱中，上述的宽峰，由于含有碳元素和氢元素之外的上述元素，与之有相当程度的不同。类金刚石碳膜是以碳元素和氢元素为主要成分的不定形状态的薄膜，碳之间的sp2和sp3键是随机存在的。
以往具有隔热层的压模，由于注射成型模具成型模槽的压模固定面和压模背面的隔热层之间产生巨大的摩擦和磨损，这些接触面上产生擦痕，它使压模的复制面变形，因而一开始就无法进行信息布图的精密复制，并存在压模寿命短的缺点；另外，压模和隔热层一体成型的情况下，由于两者的热膨胀系数差异，存在引起压模的变形，产生成型障碍的问题。但是，本发明通过在成型模槽的压模固定面上设置隔热层，在其上一体成型类金刚石碳膜，可以大幅提高压模的使用寿命(可成型的注射数)，并且大大延长成型模具的使用寿命(可成型的注射数)。
附图的简单说明
图1是用于实施本发明注射成型方法的注射成型装置的一个例子的示意图。
(标记的说明)
1    压模
2    动模
3    树脂供给口
4    外周环
5    定模
6    浇口
7    成型模槽
8     内侧环
9     浇口切割部件
10    浇口切割部位
12    浇口部件
14    隔热层
15    类金刚石碳膜
实施发明的最佳方式
本发明中使用的隔热层，由从氧化铝、氧化硅、碳化硅、氧化锆等陶瓷、玻璃、超硬金属(hard metal)等多孔烧结体和聚酰亚胺或聚酰胺亚胺等耐热性合成树脂中选出的材料形成为佳。这些材料从与类金刚石碳膜具有亲和性的材料中选择。隔热层厚度为0.1μm～1.0cm为佳。隔热层表面不光滑的情况下，在类金刚石碳膜成膜前事先研磨为佳。
使用陶瓷的情况下，可以对模具的压模固定面使用火焰喷涂、离子镀、CVD法、板或薄膜粘附、溅镀。
使用玻璃的情况下，可以使用火焰喷涂、溅镀和板或薄膜粘附。
耐热性合成树脂的情况，可以使用板或薄膜粘附、涂料涂布、熔融树脂浇注等方法。
本发明中，可以在隔热层和类金刚石碳膜之间加入厚约0.01～3μm的粘合层。粘合层，可以使用例如日本专利特开平4-341558中所述的Mo膜、日本专利特开平5-142875中所述的碳化硅的非晶质膜、日本专利特开2000-177046中所述的碳化硅类膜或者其与V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Ti和Zr的硅化物中任意一种以上组合的金属膜、日本专利特开2000-178736中所述的V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Ti和Zr的硅化物中任意一种以上、日本专利特开2000-178737中所述的以元素周期表第5A族金属为主要成分的金属膜和以硅为主要成分的硅膜的层积膜、日本专利特开2000-178738中所述的具有含氧梯度的无定形类金刚石碳膜等。
本发明中使用的类金刚石碳膜，以碳元素和氢元素为主要成分，可以含有其他任意成分。具有化学式CHaObNcFdBePf(其中，根据原子比，a＝0.05～0.7，b＝0～1，c＝0～1，d＝0～1，e＝0～1，f＝0～1)所表示的组成为佳。
类金刚石碳膜厚度为0.01～10μm为佳，0.03～3.0μm更好。
图1是用于光盘制造的注射成型装置的一个例子，通过将熔融树脂导入在固定压模(成型印模)的动模和定模的合模面形成的模具模槽内，加压，冷却，在成型同时将压模的表面形状复制到成型产品上。模具由动模2和定模5组成，动模闭合时形成成型模槽7。在动模2的模槽7侧经镜面研磨的表面上固定板状的金属压模1，再将其周围部分用外周环4并/或将内侧用内侧环8压住。外周环4还构成模槽7的周壁。图1示意了模具闭合的状态，形成模槽7。该状态下，树脂由供给口3经浇口部件12的浇口6以指定成型压力导入模槽7进行成型，将压模1上要复制的信息布图(表面凹凸)复制到树脂上。还有，成型中或成型后，浇口切割部件9的前端侵入树脂中，用浇口切割部分10切取光盘的中心孔。另外，动模和定模环绕着未图示的冷却流路，冷却水冷却模槽周围的模具部分。
根据本发明，在固定压模的动模2模槽侧的镜面，在插入或不插入金属膜的情况下，整体粘附隔热层14和类金刚石碳膜15。因此，虽然压模1在成型时反复热胀冷缩，但由于与类金刚石碳膜之间是低摩擦，在压模背面和模具表面不产生擦痕，所以可以长期保持压模和模具的质量，同时由于隔热层的保温作用可以缩短成型的循环时间，更可大幅延长模具的使用寿命。
(类金刚石碳膜的成膜)
类金刚石碳膜(下称“DLC膜”)，除了可以由等离子CVD法、离子化蒸镀法、ECR等离子CVD法等形成外，还可以通过溅镀法形成。
通过等离子CVD法形成DLC膜的情况下，可以通过例如日本专利特开平4-41672号公报等所述的方法成膜。等离子CVD法的等离子体，直流或交流都可以。交流的，数赫兹到微波都可使用。另外，也可以使用“金刚石薄膜技术”(综合技术中心发行)等所述的ECR等离子体。另外，可以施加偏压。
通过等离子CVD法形成DLC膜的情况下，原料气体使用下述化合物为佳。
含C和H的化合物，可以例举甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、乙烯、丙烯等烃类。
含C+H+O的化合物，有CH3OH、C2H5OH、HCHO、CH3COCH3等。
含C+H+N的化合物，有氰化铵、氢氰酸、甲胺、二甲胺、烯丙胺、苯胺、二乙胺、乙腈、偶氮异丁腈、二烯丙基胺、乙胺、MMH、DMH、三烯丙基胺、三甲胺、三乙胺、三苯胺等。
除此之外，上述化合物，可与O源或者ON源、N源、H源、F源、B源、P源等组合。
上述原料气体的流量根据原料气体的种类适当决定即可。工作压力通常1～200Pa为佳。输入功率通常10W～5kW左右为佳。
DLC膜，可用离子化蒸镀法形成。离子化蒸镀法，登载于例如日本专利特开昭59-174508号公报、日本专利特开平2-22012号公报、日本专利特开平10-202668号公报等。但是，并不局限于其所述方法、装置，只要可以加速原料用离子化气体，也可使用其他方式的离子蒸镀技术。
离子化蒸镀法中，使真空容器内达到10-4Pa左右的高真空。在该真空容器内，设置通过交流电源加热，产生热电子的灯丝，围着该灯丝设置对电极，在与灯丝之间给电压Vd。另外，围着灯丝和对电极配置产生用于罩住离子化气体的磁场的电磁线圈。原料气体与灯丝发出的热电子撞击，产生带正电的热电离离子和电子，这些正离子通过加于栅极的负电位Va被加速。通过调整这些Vd、Va和线圈的磁场，可以改变组成和膜的性质。另外，可以施加偏压。
通过离子化蒸镀法形成DLC膜的情况下，可以使用与等离子CVD法同样的原料气体。上述原料气体的流量根据其种类适当决定即可。工作压力通常1～70Pa左右为佳。
DLC膜还可以通过溅镀法形成。这样的情况下，除Ar、Kr等溅镀用溅镀气体外，可以在导入O2、N2、NH3、CH4、H2等气体作为反应性气体同时，使用C作为靶材，或者使用含C、N、O等的混合靶材或2种以上的靶材。另外，也可以用聚合物作为靶材。通过使用这样的靶材，施加高频功率、交流电或直流电中任一种，溅射靶材，使其在基板上溅镀堆积，形成DLC膜。高频溅射功率，通常10W～5kW左右。工作压力通常10-3～0.1Pa为佳。
通过使用这样的靶材，施加高频功率，溅射靶材，使其在模具上固着的隔热层的表面上溅镀堆积，形成类金刚石碳膜。还有，这种情况下对模具施加的偏压是负的偏压。偏压是直流为佳。另外，可以不加偏压，而利用其自偏压。上述偏压-10～-2000V为佳，-50～-1000V更好。高频溅射功率，通常10W～5kW左右。工作压力通常0.0013～0.13Pa为佳。
还有，隔热层和类金刚石碳膜形成之前，模具的压模固定面需要镜面研磨。另外，隔热层用CVD或溅镀制作的情况下，可以用Ar、Kr等气体气相蚀刻，净化表面层。
(粘合层的成膜)
本发明中介于隔热层和类金刚石碳膜之间的粘合层，可以使用合适的原料，通过与上述DLC膜成膜同样的方法成膜。
实施例
实施例1
将固定压模的模具模槽的壁面镜面研磨，通过火焰喷涂形成0.5mm厚的SiC，研磨其表面，在其上形成1.5μm的类金刚石碳膜。其中，类金刚石碳膜成膜条件为，采用自偏压RF等离子CVD法，原料气体：C2H4(0.017Pa·m3s-1)，电源：RF，工作压：66.5Pa，输入功率：500W，成膜速度：100nm/min。膜组成为CH0.21，碳素膜为类金刚石碳膜。
实施例2
除用Al2O3代替SiC外，按照实施例1的方法成膜。粘合层用Si以溅镀法成膜0.1μm。
实施例3
除用パイレツクス(注册商标)玻璃代替SiC外，按照实施例1的方法成膜。粘合层用Si以溅镀法成膜0.1μm。
实施例4
除了以在固定压模的模具模槽的镜面上配置50μm的聚酰亚胺薄膜，周围用テフロン(注册商标)螺栓固定，代替火焰喷涂SiC之外，同实施例1的方法。粘合层用Si以溅镀法成膜0.1μm。
实施例5
除了在与压模对向的模具模槽的镜面以溅镀法形成0.1mm的SiC层，代替火焰喷涂SiC之外，同实施例1的方法。
比较例1～4
在实施例1～4中，未使用类金刚石碳膜。
比较例5
将固定压模的模具模槽的壁面镜面研磨，在其上直接按实施例1形成1.5μm的类金刚石碳膜。
以上实施例和比较例中，使用具有指定被覆的模具进行光盘的注射成型。
以上结果如表1所示。表1中，循环时间是以比较例5的循环时间作为1的相对值，压模寿命是一块压模可无成型不良地进行成型的耐用注射次数，模具寿命是一个模具的压模固定面到无法使用为止的耐用注射次数。
根据表1的结果，本发明能够保持与具有以往隔热层的成型模具同样的循环时间，但将压模寿命延长了10倍以上，将模具寿命延长至数百倍(与比较例1～4的对比)。另外，本发明能够将使用施以以往的类金刚石碳膜的成型模具的成型循环时间大幅缩短。
表1
Figure C20048000934500101

Claims (4)

1.一种光盘成型模具，其特征在于，在固定光盘成型模具的成型模槽的压模的壁面上，将隔热层和类金刚石碳膜按照壁面、隔热层和类金刚石碳膜的顺序一体成型，
其中隔热层经火焰喷涂和研磨，且厚度为0.1μm～1.0cm，
类金刚石碳膜的厚度为0.01～10.0μm，
在隔热层和类金刚石碳膜之间形成有厚度为0.01～3μm的粘合层，该粘合层由V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Ti和Zr的硅化物中任意一种以上或Si形成。
2.如权利要求1所述的光盘成型模具，其特征在于，隔热层由烧结体形成。
3.如权利要求1或2所述的光盘成型模具，其特征在于，类金刚石碳膜具有化学式CHaObNcFdBePf(其中，根据原子比，a＝0.05～0.7，b＝0～1，c＝0～1，d＝0～1，e＝0～1，f＝0～1)所表示的组成。
4.一种光盘成型方法，其特征在于，在前述权利要求1～3中任一项所述的光盘成型模具的成型模槽的一个壁面上，固定表面上具有要复制的信息布图的压模，将熔融的原料树脂导入前述模槽成型。
CNB2004800093458A 2003-06-24 2004-06-23 压模固定面施以隔热层和类金刚石碳膜的光盘成型模具及使用其的方法 Expired - Fee Related CN100448640C (zh)

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