ES2203110T3 - Estructura y procedimiento para moldear discos opticos. - Google Patents
Estructura y procedimiento para moldear discos opticos.Info
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Abstract
Un procedimiento para moldear un disco óptico que comprende: aplicación de un promotor (119) de adherencia sobre una forma (17, 19 ó 20) de molde térmicamente conductora; revestir una pieza insertada (12) de molde térmicamente aislante sobre el promotor de adherencia y la forma de molde térmicamente conductora, teniendo la pieza insertada de molde un coeficiente de expansión térmica compatible con el coeficiente de expansión térmica de la forma de molde; colocar la forma de molde revestida en un aparato (10) de moldeo térmicamente conductor con la pieza insertada de molde colocada entre la forma de molde y el aparato de moldeo; inyectar un material (44) termoplástico fundido en el aparato de moldeo; retener el material termoplástico fundido en el aparato de moldeo durante un tiempo suficiente para que el material termoplástico fundido se enfríe por debajo de su temperatura de transición de vidrio para formar el disco óptico; y expulsar el disco óptico del aparato de moldeo.
Description
Estructura y procedimiento para moldear discos
ópticos.
La presente invención se refiere a una estructura
y a un procedimiento para moldear por inyección discos ópticos y
compactos.
El moldeo por inyección implica inyectar resina
termoplástica fundida en un aparato de moldeo. Los moldes para el
moldeo por inyección de resina termoplástica se fabrican
normalmente a partir de materiales metálicos tales como, hierro,
acero, acero inoxidable, aluminio o latón pues estos materiales
tienen una elevada conductividad térmica y permiten de este modo
que la colada de resina termoplástica se enfríe rápidamente y
acorte el tiempo del ciclo de moldeo. Un inconveniente para enfriar
rápido en estos moldes, es que la resina inyectada se congela
instantáneamente en la superficie del molde, ocasionando una
delgada capa sólida. El rápido enfriamiento de la colada en la
superficie del molde crea una superficie rugosa (en lugar de una
superficie óptica de alta calidad) lo cual puede impactar en el
comportamiento del disco. La solidificación rápida de la colada
combinado con la capacidad variable de fluir en dirección radial de
los materiales hace el flujo de colada uniforme y la duplicación de
la superficie uniforme requerida para un disco óptico sea difícil
de conseguir. El flujo no uniforme y las imperfecciones
superficiales pueden originar zonas sobre un disco óptico con
muchísimos errores de bits.
En el moldeo por inyección de discos compactos
para audio, vídeo o para almacenar y recuperar datos informáticos,
la transferencia de calor a través del molde tiene, de este modo,
un fuerte efecto sobre el tiempo de moldeo y los atributos de disco,
tales como birrefringencia, planicidad y precisión de la
característica de duplicación. Para que un procedimiento sea
económico, se debe mantener un cuidadoso equilibrio entre bajo
tiempo de duración de ciclo y los parámetros del procedimiento
necesarios para cumplir los
requisitos de calidad.
requisitos de calidad.
Un procedimiento para influir en la transferencia
de calor y mejorar el tiempo de duración de ciclo durante el moldeo
por inyección incorporando aislamiento dentro del molde ha sido
descrito en la patente de los Estados Unidos n.º 5.458.818, en
trámite junto con la presente, de Kim y colaboradores. En Kim y
colaboradores, se usa un molde multicapa en el cual un macho
metálico tiene una capa de aislamiento unida al mismo para frenar
el enfriamiento inicial de la resina durante la operación de moldeo.
La capa aislante comprende material que tiene tanto baja
difusividad y conductividad térmica, frenando de este modo el
enfriamiento de la resina moldeada, como buena resistencia a la
degradación por alta temperatura, permitiendo el uso en un molde
mantenido a altas temperaturas. Una o más capas de piel de material
duro, típicamente metal, pueden ser unidas a la capa
\hbox{aislante.}
Otro procedimiento para influir en la
transferencia de calor se describe en el Boletín n.º
88-71325 de descripción de solicitud de patente
japonesa sin examinar de Nakamura y colaboradores. En Nakamura y
colaboradores, una capa de resina sintética se forma sobre un
troquel revistiendo o laminando antes de que el troquel se sitúe
sobre la superficie de moldeo del macho del molde metálico.
El uso de una capa de aislamiento es deseable a
fin de causar un cambio mínimo en el tamaño y la forma de la
herramienta y del equipo de moldeo. Para discos compactos, los
rigurosos requisitos de claridad óptica, morfología de superficie y
duplicación de características superficiales de dimensiones de un
orden inferior al micrómetro obvian el uso de materiales aislantes
habituales, los cuales no proporcionan una superficie bastante
suave, no son estables para largos periodos a la temperatura de
moldeo, o no pueden soportar la aplicación repetida de alta presión
durante el procedimiento de moldeo.
Para que una hoja o película sea útil para
gestionar la transferencia de calor para un molde debe tener una
superficie muy suave (rugosidad superficial <0,1 micrómetro)
sobre una gran superficie de tal modo que no introduzca errores de
duplicación de la característica o imperfecciones de superficie en
el disco fabricado. También se prefiere que la superficie sea dócil
para atenuar las imperfecciones menores en la herramienta de moldeo
mientras mantiene la integridad mecánica y dimensional durante el
procedimiento de moldeo.
Se ve, por todo ello, que es deseable proveer una
estructura y un procedimiento para moldear discos ópticos que
tengan duplicación superficial mejorada y características de moldeo
mejoradas.
Brevemente, de acuerdo con una realización de la
presente invención, un procedimiento para moldear un disco óptico
comprende: aplicar un revestimiento térmicamente aislante de pieza
insertada a al menos una pieza insertada de molde térmicamente
aislante para proveer al menos una pieza insertada de molde
térmicamente aislante que tenga una rugosidad superficial reducida;
colocar la al menos una pieza insertada revestida de molde entre
una forma de molde térmicamente conductora y una parte de un
aparato de moldeo térmicamente conductor; inyectar un material
termoplástico fundido en el aparato de moldeo; retener el material
en el aparato de moldeo durante un tiempo suficiente para que el
material termoplástico fundido se enfríe por debajo de la
temperatura de transición del vidrio para formar un disco óptico; y
expulsar el disco óptico del aparato de moldeo.
En una realización relacionada, la pieza
insertada de molde térmicamente aislante está revestida sobre la
forma de molde térmicamente conductora teniendo la pieza insertada
de molde un coeficiente de expansión térmica compatible con el
coeficiente de expansión térmica de la forma del molde. Se puede
aplicar un promotor de adherencia a la forma de molde antes del
revestimiento de la pieza insertada de molde.
En otra realización relacionada, la pieza
insertada de molde térmicamente aislante está laminada sobre la
forma de molde térmicamente conductora usando un adhesivo teniendo
la pieza insertada de molde un coeficiente de expansión térmica
compatible con el coeficiente de expansión térmica de la forma de
molde y comprendiendo el adhesivo un material que no se contraiga
significativamente, el cual tenga un coeficiente de expansión
térmica compatible con los coeficientes de expansión térmica de la
forma de molde y de la pieza insertada de molde.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, una pieza insertada de molde para ser colocada en un
aparato de moldeo entre el aparato de moldeo y una forma de molde
comprende una capa de material térmicamente aislante de pieza
insertada de molde y un revestimiento de pieza insertada aplicado
sobre al menos una superficie del material de la pieza insertada de
molde para proveer una rugosidad superficial reducida.
En una realización relacionada, una forma de
molde y una pieza insertada de molde para estar colocadas en un
aparato de moldeo comprende un promotor de adherencia que solapa
una forma de molde térmicamente conductora y una pieza insertada de
molde térmicamente aislante revestida sobre el promotor de
adherencia y sobre la forma de molde térmicamente conductora,
teniendo la pieza insertada de molde un coeficiente de expansión
térmica compatible con el coeficiente de expansión térmica de la
forma de
\hbox{molde.}
En otra realización relacionada, una forma de
molde y una pieza insertada de molde para ser colocadas en un
aparato de moldeo comprenden: un adhesivo entre una forma de molde
térmicamente conductora y una pieza insertada de molde térmicamente
aislante, teniendo la pieza insertada de molde un coeficiente de
expansión térmica compatible con el coeficiente de expansión
térmica de la forma de molde, comprendiendo el adhesivo un material
que no se contrae significativamente y el cual tiene un coeficiente
de expansión térmica compatible con los coeficientes de expansión
térmica de la forma de molde y de la pieza insertada de molde.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, un aparato de moldeo de disco óptico comprende: al menos
una pieza insertada de molde revestida que comprende un
revestimiento de pieza insertada térmicamente aislante aplicado a al
menos una pieza insertada de molde térmicamente aislante para
proveer al menos una pieza insertada de molde revestida que tiene
una rugosidad superficial reducida; una forma de molde térmicamente
conductora; y un aparato de moldeo térmicamente conductor. Estando
colocada la al menos una pieza insertada de molde revestida entre la
forma de molde térmicamente conductora y una parte del aparato de
moldeo térmicamente conductor.
En una realización relacionada, el aparato de
moldeo de disco óptico incluye un promotor de adherencia o un
adhesivo que solapa una forma de molde térmicamente conductora y una
pieza insertada de molde térmicamente aislante revestida sobre el
promotor de adherencia o adhesivo y la forma de molde térmicamente
conductora, teniendo la pieza insertada de molde un coeficiente de
expansión térmica compatible con el coeficiente de expansión
térmica de la
forma de molde.
forma de molde.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, un procedimiento para fabricar un procedimiento para
fabricar una pieza insertada de molde para usar en el moldeo de un
disco óptico comprende: aplicar una capa de desprendimiento a un
sustrato; revestir una disolución de material líquido aislante de
pieza insertada de molde sobre la capa de desprendimiento; curar el
material de la pieza insertada de molde para formar la pieza
insertada de molde; y retirar la pieza insertada de molde de la capa
de desprendimiento y el sustrato.
Las características de la invención que se creen
ser novedosas se exponen con particularidad en las reivindicaciones
anejas. Sin embargo, la propia invención tanto como organización
como procedimiento de operación, junto con objetivos y ventajas
adicionales de la misma, puede ser comprendida haciendo referencia a
la siguiente descripción considerada conjuntamente con los dibujos
que se acompañan, en los cuales números de referencia iguales
indican componentes iguales, en los que:
La figura 1 es una vista lateral de una
realización de moldeo por inyección.
La figura 2 es una vista lateral de un
revestimiento de pieza insertada sobre una pieza insertada de molde
aislante.
La figura 3 es una vista lateral de
revestimientos de pieza insertada sobre ambos lados de una pieza
insertada de molde aislante.
La figura 4 es una vista lateral de material
líquido aislante de pieza insertada de molde sobre un troquel.
La figura 5 es una vista similar a la de la
figura 4 con el material de pieza insertada esparcido sobre el
troquel.
La figura 6 es una vista de una pieza insertada
de molde aislante que está siendo laminada respecto de un troquel
con un adhesivo.
La figura 7 es una vista de una pieza insertada
de molde aislante que está siendo formado sobre una capa de
desprendimiento por encima de un sustrato.
Las figuras 8 y 9 son vistas en perspectiva de
material de la pieza insertada de molde aislante antes de aplicarle
un revestimiento de pieza insertada.
Una delgada y suave hoja de polímero que
comprende una película homogénea o estructura compuesta
estratificada se usa para controlar el flujo de calor durante el
moldeo por inyección de un disco compacto, y para proveer de este
modo una mejora en la calidad de disco y/o una duración de ciclo
reducida. La hoja se sitúa detrás del lado que lleva la información
y/o del lado espejo del molde, gestionando de este modo la
transferencia de calor a través de las paredes de molde y
permitiendo la duplicación mejorada de las características de molde
y/o temperatura de molde reducida. La presente invención describe
varias realizaciones para formar la película aislante. En cada una
de las realizaciones, las etapas del procedimiento son realizadas
en un entorno que es tan limpio como factible.
La figura 1 es una vista lateral en sección de un
molde 10 de inyección que incluye una pieza insertada 12 de molde
térmicamente aislante y un par de semi-moldes 14 de
material térmicamente muy conductor que forman una cavidad 16 de
molde. Térmicamente aislante significa que incluye materiales que
tienen coeficientes de conductividad térmica inferiores a o iguales
a unos 50 W/m·K. Térmicamente aislante significa que incluye
materiales que tienen coeficientes de conductividad térmica
superiores a o iguales a unos 100 W/m·K.
Las líneas 18 de refrigeración, tales como tubos
de cobre, se proveen en cada semi-molde 14 para
recibir un fluido de refrigeración que reduzca la duración del
ciclo. Al menos una forma 20 de molde de troquel de disco compacto o
de disco óptico está situada en la cavidad 16 de molde, tal y como
se muestra, y está afirmada en su interior de forma conocida. El
troquel 20 tiene una superficie 22 ranurada o punteada la cual
lleva información.
Si se desea, una segunda forma 23 de molde puede
estar colocada adicionalmente en la cavidad 16 de molde. Con la
finalidad de servir de ejemplo, una forma de molde de superficie
suave está representada por la parte 19, y una segunda forma de
molde de troquel que tiene una superficie ranurada o punteada para
llevar información está representada por la parte 17. De esta
forma, una forma 20 de molde de troquel puede ser la única forma de
molde, puede ser usada con una forma de molde suave, o puede ser
usada con una segunda forma de molde de troquel. A partir de ahora
se hace referencia en conjunto a las formas de molde de troquel y
suave, como formas de molde. Típicamente las formas de molde
comprenden níquel electrochapado y los semi-moldes
comprenden acero.
Cada semi-molde 14 puede tener
una superficie 21 para soportar la pieza insertada 12 de molde. La
pieza insertada 12 puede estar en forma de una única capa delgada
aislante o ser una estructura aislada multiestrato la cual puede ser
fabricada a partir de materiales de baja conductividad térmica,
tales como materiales termoplásticos de alta temperatura,
materiales termoestables, compuestos de plástico, metales porosos,
materiales cerámicos aleaciones metálicas de baja conductividad.
Preferentemente, la pieza insertada puede ser una película flexible
tal como una película de poliimida de un espesor de aproximadamente
10 micrómetros hasta aproximadamente 500 micrómetros. Como
alternativa, la pieza insertada puede comprender una película de
poliamidaimida, poliéter sulfona o poliéter cetona, o cualquier
otro material con una conductividad térmica adecuadamente baja.
La resina termoplástica caliente puede ser
inyectada en la cavidad de molde vía el casquillo de canal de
colada y el canal de colada 38. El calor procedente de la resina se
absorbe a través del troquel 20 (y de la forma 19 de molde suave o
segundo troquel 17, si fuera de aplicación) estando regulada la
transferencia de calor por la al menos una pieza insertada 12 de
molde la cual impide el rápido enfriamiento de la resina 44 y hace
que el troquel se recaliente. Esto se traduce en una superficie de
plástico caliente en la interfaz entre el troquel y la resina 44
durante un breve período de tiempo.
En la práctica, es más útil para las piezas
insertadas de molde estar colocadas a cada lado del molde como se
muestra en la figura 1. La presente invención también es útil si se
usa una pieza insertada de molde con una o con ambos
semi-moldes.
La figura 2 es una vista lateral de un
revestimiento 112 de pieza insertada sobre la pieza insertada 12 de
molde aislante que ilustra una realización de la presente invención
en la cual la pieza insertada de molde está suavizada por aplicación
del revestimiento de pieza insertada.
Debido a las condiciones de elevada temperatura y
presión en el procedimiento de moldeado , las piezas insertadas
12 de molde requieren elevada estabilidad térmica y dimensional. La
rugosidad superficial de la película de un cierto número
potenciales materiales de pieza insertada de molde se caracterizaba
por usar perfilometría superficial con contacto y sin contacto.
Varios grados de película de poliimida KAPTON® (KAPTON es una marca
comercial de DuPont Co.), que incluye FN, HN y E, con espesores de
12,7 micrómetros hasta 127 micrómetros estaban caracterizados. La
película de poliimida KAPTON E se descubrió que tenía unas
características superficiales de rugosidad mínima de 0,2
micrómetros. Otros potenciales materiales de pieza insertada
incluyen aquellos tratados en lo que antecede con relación a la
figura 1.
En la presente invención, la rugosidad
superficial se ve reducida, además, por aplicación del
revestimiento 112 de pieza insertada. Preferentemente, el
revestimiento de pieza insertada es colado a partir de un
disolvente. El material usado para el revestimiento de la pieza
insertada posee varias características que incluyen buena adherencia
a la pieza insertada, estabilidad durante el procedimiento de
moldeo, suavidad superficial, conformidad, y propiedades de
aislamiento térmico aceptables. Los materiales adecuados incluyen
poliimidas, poliimidas modificadas, poliéter imidas, poliéter imidas
modificadas, poliéterimidas modificadas con siloxano, u otros
polímeros
\hbox{térmicamente}estables.
La estabilidad y la conformidad de estos
revestimientos puede ser optimizado, además, mezclándolos con
resinas de epoxi compatibles para proveer una película termoestable.
La cantidad de resina de epoxi añadida puede ser ajustada para
proveer películas con densidades de curado variables. El uso de una
estructura de compuesto que comprende revestimientos superficiales
personalizados proveerá características útiles para la barrera
térmica. En la patente de los Estados Unidos n.º 5.169.911 Lupinski
y colaboradores, describen combinaciones termoestables que
comprenden, por ejemplo, poliimida y resinas de epoxi.
En otra realización, la pieza insertada 12 está
montada sobre un bastidor 110 que usa un adhesivo 111. El bastidor
puede comprender, por ejemplo, un bastidor circular de aleación
INVAR^{TM} (INVAR es una marca comercial de Carpenter Technology
Corp, para una aleación que incluye Ni 36, acero al 64% con un
contenido de carbono del 0, 2%). Una vez que una poliimida está
montada en un bastidor de aleación INVAR y cocida, durante el
enfriamiento la poliimida se contrae más que el bastidor y se forma
una superficie rígida.
Alternativamente, como se muestra en las figuras
8 y 9, la pieza insertada 12 puede ser montada presionándola en
dentro de dos anillos 810 y 812 de presión. Se puede medir entonces
la tenacidad y la uniformidad de la pieza insertada antes de
continuar el procedimiento de revestimiento.
La superficie de la pieza insertada puede estar
preparada para aplicar el revestimiento de la pieza insertada por
RIE (Reactive Ion Etching, Grabado por iones reactivos) para
realzar la adherencia. A continuación, una forma líquida del
material de revestimiento de la pieza insertada se aplica sobre la
superficie de la pieza insertada. En un procedimiento preferido, se
usa el revestimiento por centrifugación con una herramienta 113
rotativa. En una realización, la herramienta 113 rotativa incluye
una parte 117 oquedad en la cual puede estar situado el bastidor
110 para dejar una superficie plana y de herramienta sustentada
sobre la cual descansa la pieza insertada de molde. Como
alternativas al revestimiento por centrifugación, otras técnicas
apropiadas de revestimiento incluyen, por ejemplo, revestimiento
por inmersión, revestimiento por menisco y revestimiento por
pulverización.
pulverización.
La pieza insertada y el revestimiento de pieza
insertada son entonces cocidos en una unidad 120 de calentamiento
para eliminar el disolvente y curar el revestimiento de la pieza
insertada. En una realización en la cual la pieza insertada 12
comprende poliimida KAPTON E se revistió con una capa de una
película colada de poliéter imida ULTEM®; (ULTEM es una marca
comercial General Electric Co.) de un espesor de 12 micrómetros a
partir de disolventes acetofenona/anisol, siendo la rugosidad de la
superficie resultante inferior a 0,1 micrómetros.
Si la zona del bastidor 110 es lo suficientemente
grande, la superficie de la pieza insertada de molde revestida
resultante puede ser examinada, y la pieza insertada revestida
puede ser perforada de tal forma que la parte perforada (usada)
incluye la parte más suave de la pieza insertada de molde revestida
y se evitan cualesquiera superficies inesperadamente rugosas.
La figura 3 es una vista lateral de
revestimientos 112 y 116 de pieza insertada sobre ambos lados de
una pieza insertada 12 de molde aislante. El revestimiento de ambos
lados de la pieza insertada es posible y equilibrará tensiones en la
pieza insertada con origen en cualquier mal emparejado entre la
pieza insertada y el revestimiento aplicado a la pieza insertada.
Si únicamente se va a revestir un lado de la pieza insertada de
molde, es preferible colocar el lado revestido contiguo a la forma
de molde.
En esta realización, un lado puede ser revestido
con un revestimiento 112 de pieza insertada como muestra la figura
2, y el bastidor y la pieza insertada de molde pueden ser entonces
volteadas para aplicar el segundo revestimiento 116 de pieza
insertada. Preferentemente, antes de voltear la pieza insertada de
molde se realiza al menos un cocido suave del primer revestimiento
112 de pieza insertada. Un cocido total (curado) del primer
revestimiento de pieza insertada puede ocurrir bien antes de voltear
la pieza insertada de molde o simultáneamente con un cocido
completo de la segunda pieza insertada. En una realización, un
cocido suave incluye cocer a aproximadamente
60-100ºC durante un intervalo de tiempo de
aproximadamente quince minutos hasta aproximadamente tres horas, y
un cocido completo incluye cocer en atmósfera de nitrógeno a
aproximadamente 200-300ºC durante un intervalo de
aproximadamente una hora hasta aproximadamente tres horas.
La herramienta 113 rotativa incluye
preferentemente una abertura 115 de tal forma que el primer
revestimiento 112 de pieza insertada no entra en contacto directo
con la herramienta rotativa. Esta abertura impide el contacto y de
este modo se retira de formar el primer revestimiento de pieza
insertada.
La figura 4 es una vista lateral de un material
12 líquido de pieza insertada de molde aislante sobre un troquel 20
que ilustra una realización en la cual la pieza insertada se aplica
directamente al troquel. Aunque las figuras 4 y 5 se refieren a la
aplicación de la pieza insertada sobre un troquel, el procedimiento
trabaja de la misma forma para aplicar la pieza insertada sobre una
forma 19 de molde de superficie suave (mostrada en la figura 1). La
forma de molde puede comprender una forma de molde metálico
convencional o una forma de molde que haya sido modificada durante
su fabricación.
En la presente invención, el material de la pieza
insertada se selecciona para que tenga un coeficiente de expansión
térmica compatible con coeficiente de expansión térmica de la forma
de molde. Se espera que los coeficientes de expansión térmica del
material de la pieza insertada sean iguales o inferiores a múltiplo
de tres veces el coeficiente de expansión térmica de la forma de
molde. En una realización preferida, el coeficiente de expansión
térmica del material de la pieza insertada es igual o inferior a un
múltiplo de dos veces el coeficiente de expansión térmica de la
forma de molde. En una realización, por ejemplo, el material de la
pieza insertada comprende poliimida ULTRADEL™ 5106 (ULTRADEL es una
marca comercial de Amoco Chemicals de Naperville, IL) que tiene un
coeficiente de expansión térmica en el plano de la película de
aproximadamente 24 ppm/ºC (partes por millón por grado centígrado),
y la forma de molde comprende níquel que tiene un coeficiente de
expansión térmica de aproximadamente 13 ppm/ºC.
En otra realización preferida, antes de aplicar
el material de la pieza insertada sobre la forma de molde, se
aplica un promotor 119 de adherencia a la forma de molde. está es
una característica beneficiosa pues la buena adherencia de la pieza
insertada de molde a la forma de molde es importante para conseguir
una superficie suave de la pieza insertada de molde sobre la forma
de molde. Si la pieza insertada de molde fuera para deslaminar o
formar burbujas sobre la forma de molde, los discos ópticos
moldeados por la forma de molde tendrían baja calidad.
El promotor de adherencia puede ser aplicado
mediante revestimiento por centrifugación, inmersión, pulverizado o
menisco y secado. El promotor de adherencia comprende un agente de
acoplamiento suspendido en un disolvente y tiene un espesor
suficiente para revestir la forma de molde. En una realización el
promotor de adherencia comprende un organosilano tal como, por
ejemplo, \alpha-amino propiltrietoxisilano (el
ingrediente activo en organosilanos de DuPont Co., comercializados
bajo los números de pedido VM-651 y
VM-652).
En la realización de la figura 4, el material 12
de la pieza insertada en forma líquida está colocado en medio de la
superficie trasera del troquel el cual está colocado sobre
herramienta rotativa. En una realización, el material aislante
comprende poliimida. Como alternativa, otros materiales apropiados
incluyen poliéterimida, poliamidaimida, poliéter sulfona, poliéter
cetona o compuesto termoplástico, termoestable, plástico u otros
materiales con una conductividad térmica adecuadamente baja. El
volumen del material aislante dependerá del espesor deseado y de la
superficie a revestir. En una realización, el volumen va de
aproximadamente de tres milímetros a aproximadamente cinco
milímetros.
La figura 5 es una vista similar a la de la
figura 4 con el material de la pieza insertada esparcido sobre el
troquel. El troquel se gira (rota) sobre la herramienta 113
rotativa para distribuir el material de la pieza insertada sobre la
superficie del troquel hasta un espesor deseado. En otra
realización, el troquel se gira en el intervalo de aproximadamente
1.000 r.p.m. (revoluciones por minuto) hasta aproximadamente 3.000
r.p.m. durante un tiempo que va de aproximadamente 20 segundos hasta
aproximadamente 30 segundos, por ejemplo. Al igual que lo tratado
en lo que antecede, otras técnicas de revestimiento incluyen por
ejemplo, revestimiento por inmersión, revestimiento por menisco y
revestimiento por pulverización.
El espesor deseado de la pieza insertada variará
de acuerdo con la realización en la cual se usará la pieza
insertada, pero generalmente el espesor estará en el intervalo de
aproximadamente 5 micrómetros hasta aproximadamente 250 micrómetros.
En realizaciones en las cuales la pieza insertada únicamente estará
provista en un lado del molde, una capa más delgada en el intervalo
de aproximadamente 5 micrómetros hasta aproximadamente 25
micrómetros es más adecuada para una transferencia de calor
uniforme. En realizaciones donde las piezas insertadas están
presentes en ambos lados del molde, se pueden usar capas más
gruesas. Estas realizaciones son deseables para mejorar la calidad
de disco pues el aislamiento más grueso permite que el procedimiento
de moldeo sea ejecutado a temperaturas de fusión y moldeo más
bajas, pero muchas máquinas de moldeo no están adaptadas para
incluir una pieza insertada sobre el lado suave del molde.
Una vez que el material de la pieza insertada
está aplicado y revestido, el troquel y el material de la pieza
insertada son curados. El curado puede ser realizado en un
procedimiento de dos etapas, por ejemplo, cociendo a aproximadamente
100ºC durante un intervalo de tiempo de aproximadamente quince
minutos a aproximadamente tres horas, seguido por cocción en una
atmósfera de nitrógeno a aproximadamente 200-300ºC
durante un intervalo de entre una hora a tres horas.
En algunas reivindicaciones, varias capas de
material de la pieza insertada pueden tener que ser aplicadas
secuencialmente con el fin de formar una pieza insertada del
espesor apropiado y/o estructura compuesta. Tras curar, el troquel y
la pieza insertada pueden ser perforados y empaquetados para ser
transportados y/o moldeados.
La figura 6 es una vista de una pieza insertada
12 de molde que está siendo laminada aislada respecto de un troquel
20 con un adhesivo 124, e ilustra otra realización de la presente
invención. En esta realización, una pieza insertada, la cual puede
comprender cualesquiera de los materiales tratados en relación con
las figuras 2 y 3, por ejemplo, puede ser aplicada a la parte
trasera de un troquel o forma de molde superficial revistiendo bien
la forma de molde o la pieza insertada con un adhesivo 124 y
laminando entre sí las dos estructuras. El adhesivo puede
comprender, por ejemplo, un material termoplástico tal como una
poliéterimida, acrílico, poliéster u otro polímero de un material
termoestable, tal como una resina de epoxi o una combinación
termoplástico/resina de epoxi.
Preferentemente, en la presente invención, el
material de la pieza insertada se selecciona para que tenga un
coeficiente de expansión térmica tan cercano al de la forma de
molde como sea posible. En una realización, el material de la pieza
insertada comprende poliimida KAPTON™ E que tiene un coeficiente de
expansión térmica en el plano de la película de aproximadamente
14-17 ppm/ºC. Adicionalmente, en la realización, el
adhesivo comprende un material tal como poliéterimida ULTEM™ el cual
no se contrae significativamente durante el curado y tiene un
coeficiente de expansión térmica suficientemente cercano a las
expansiones térmicas de la pieza insertada de molde y a la forma de
molde.
La figura 7 es una vista de otra realización de
la presente invención en la cual la pieza insertada 12 de molde
aislante está formada sobre una capa 130 capa de desprendimiento por
encima de un sustrato 128.
El sustrato suave puede comprender un material
suave tal como un disco de vidrio o de silicona, por ejemplo, o
cualquier otra superficie muy pulida o suave. La capa de
desprendimiento puede comprender un material tal como un nitruro de
titanio u oro que tenga un espesor de aproximadamente 0,01
micrómetros, por ejemplo. La capa de liberación se selecciona para
que tenga una energía superficial menor que la del sustrato y de
este modo no promueva la adherencia. La capa de desprendimiento
puede ser aplicada por técnicas de evaporación o de pulverización
catódica.
En esta realización, se puede fabricar una pieza
insertada suave que permanezca de pie libremente revistiendo por
centrifugación una solución de material líquido de pieza insertada
de molde aislante tal como cualesquiera de los materiales tratados
en relación con la figura 4 sobre el sustrato que ha sido revestido
con una capa de desprendimiento. Los materiales preferidos para el
material líquido de la pieza insertada de molde aislante incluyen
disolución de polímero, tal como poliéterimida ULTEM y poliimida
PYRALIN® (PYRALIN es una marca comercial de DuPont Co.).
Preferentemente el material de la pieza insertada se gira hasta que
tenga un espesor que va de aproximadamente 10 micrón hasta
aproximadamente 30 micrómetros.
Una vez que se ha aplicado el material de la
pieza insertada, la pieza insertada se cura y se retira del
sustrato. Los procedimientos potenciales de retirada incluyen pelar
el material de la pieza insertada utilizando tenacillas o pinzas, o,
para evitar en contacto con la mano o con instrumentos, sumergiendo
el sustrato y la pieza insertada en un líquido, tal como agua, y
permitiendo que la pieza insertada flote desprendida del
sustrato.
Las realizaciones de las figuras
2-3 y 7 de lo que antecede, se refieren a piezas
insertadas independientes, mientras que las realizaciones de las
figuras 3-4 y 6 se refieren a piezas insertadas que
son fabricadas directamente sobre troqueles o formas de molde de
superficie suave. Las piezas insertadas independientes tienen los
beneficios de poder ser usadas con troqueles convencionales y de
poder ser conmutadas y usadas con un troquel común para diferentes
aplicaciones de moldeo. Las piezas insertadas integrales,
particularmente cuando se gira directamente sobre un troquel, como
en la realización de las figuras 3-4, tienen el
beneficio potencial de requerir menos etapas de
tratamiento/fabricación.
Además, es posible combinar de forma selectiva
algunas realizaciones de lo que antecede. Por ejemplo, las piezas
insertadas de molde fabricadas por el procedimiento de la capa de
desprendimiento, descritas en relación con la figura 7, pueden ser
obtenidas en la forma descrita en relación con las figuras 2 y 3.
Adicionalmente, las piezas insertadas de molde fabricadas por las
realizaciones de las figuras 2, 3 y 7 pueden ser laminadas en la
forma tratada en relación con la figura 6.
Aunque únicamente se han ilustrado y descrito en
la memoria descriptiva ciertas características preferidas de la
invención, muchas modificaciones y cambios se les ocurrirán a
aquellos expertos en la técnica.
Claims (15)
1. Un procedimiento para moldear un disco óptico
que comprende:
aplicación de un promotor (119) de adherencia
sobre una forma (17, 19 ó 20) de molde térmicamente conductora;
revestir una pieza insertada (12) de molde
térmicamente aislante sobre el promotor de adherencia y la forma de
molde térmicamente conductora, teniendo la pieza insertada de molde
un coeficiente de expansión térmica compatible con el coeficiente de
expansión térmica de la forma de molde;
colocar la forma de molde revestida en un aparato
(10) de moldeo térmicamente conductor con la pieza insertada de
molde colocada entre la forma de molde y el aparato de moldeo;
inyectar un material (44) termoplástico fundido
en el aparato de moldeo;
retener el material termoplástico fundido en el
aparato de moldeo durante un tiempo suficiente para que el material
termoplástico fundido se enfríe por debajo de su temperatura de
transición de vidrio para formar el disco óptico; y
expulsar el disco óptico del aparato de
moldeo.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
cual la pieza insertada de molde térmicamente aislante comprende al
menos dos capas de material pieza insertada de molde térmicamente
aislante y en el cual la etapa de revestimiento incluye revestir
una primera capa de material de pieza insertada de molde
térmicamente aislante sobre la forma de molde, curar, al menos
parcialmente, la primera capa de material pieza insertada de molde
térmicamente aislante, revestir una segunda capa de material de
pieza insertada de molde térmicamente aislante y curar la segunda
capa de material de pieza insertada de molde aislante.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
cual el revestimiento de la pieza insertada de molde térmicamente
aislante comprende laminar la pieza insertada (12) de molde
térmicamente aislante.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
cual el revestimiento comprende revestimiento por
centrifugación.
5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
cual la pieza insertada de molde comprende una
poliimida.
poliimida.
6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
cual el revestimiento comprende revestimiento por pulverización,
inmersión o menisco de la pieza insertada (12) de molde
térmicamente aislante sobre la forma (17, 19 ó 20) de molde
térmicamente conductora.
7. Un procedimiento para moldear un disco óptico
según la reivindicación 1, caracterizado por:
la aplicación de una pieza insertada (12) de
molde térmicamente aislante que tiene características de superficie
mínima a un bastidor metálico revestido de adhesivo;
el calentamiento de la pieza insertada de molde
térmicamente aislante y del bastidor metálico;
la refrigeración de la pieza insertada de molde
térmicamente aislante y del bastidor metálico; y a continuación
la aplicación de un revestimiento de pieza
insertada (112) térmicamente aislante por girado, pulverizado,
inmersión o menisco, revistiendo la pieza insertada térmicamente
aislante hasta la pieza insertada de molde térmicamente aislante
para proveer al menos una pieza insertada de molde revestida que
tiene una rugosidad superficial reducida.
8. Un procedimiento para moldear un disco óptico
según la reivindicación 1, caracterizado por:
la fijación de una pieza (12) insertada de molde
térmicamente aislante que tiene características de superficie
mínima entre dos anillos metálicos para proveer una superficie
plana de la pieza insertada de molde térmicamente aislante;
la aplicación de un revestimiento (112) de pieza
insertada térmicamente aislante por girado, pulverizado, inmersión
o menisco, revistiendo la pieza insertada térmicamente aislante
hasta al menos una pieza insertada de molde térmicamente aislante
para proveer al menos una pieza insertada de molde revestida que
tiene una rugosidad superficial reducida.
9. Una forma (17, 19 ó 20) de molde térmicamente
conductora y una pieza insertada (12) de molde térmicamente
aislante para ser colocada en un aparato (10) de moldeo para
moldear material (44) termoplástico fundido en discos ópticos
acabados, comprendiendo la forma de molde y la pieza insertada de
molde:
una capa que comprende un adhesivo (124) o un
promotor (119) de adhesión que recubre la forma de molde.
estando situada la pieza insertada de molde sobre
la capa y la forma de molde, teniendo la pieza insertada de molde
un coeficiente de expansión térmica compatible con el coeficiente
de expansión térmica de la forma de molde.
10. La forma de molde de la reivindicación 9, en
la cual la capa comprende un adhesivo (124), comprendiendo el
adhesivo un material que no se contrae significativamente y el cual
tiene un coeficiente de expansión térmica compatible con los
coeficientes de expansión térmica de la forma de molde y de la pieza
insertada de molde.
11. Un aparato (10) de moldeo de disco óptico que
comprende:
al menos una forma (17, 19 ó 20) de molde
térmicamente conductora;
al menos una pieza insertada (12) de molde
térmicamente aislante, teniendo la pieza insertada de molde un
coeficiente de expansión térmica compatible con el coeficiente de
expansión térmica de la forma de
\hbox{molde;}
una capa que comprende un adhesivo (124) o un
promotor de adhesión (119) que recubre la forma de molde, la pieza
insertada de molde colocada sobre la capa y la forma de molde;
y
un aparato (10) de moldeo térmicamente
conductor;
la al menos una pieza insertada de molde
revestida colocada entre la forma de molde térmicamente conductora
y una parte del aparato de moldeo térmicamente conductor.
12. Un procedimiento para fabricar una pieza
insertada (12) de molde para usar en el moldeo de un disco óptico
que comprende:
la aplicación de una capa (130) de
desprendimiento respecto de un sustrato;
el revestimiento con una disolución de material
(12) líquido de pieza insertada de molde aislante sobre la capa de
desprendimiento;
el curado del material de la pieza insertada de
molde para formar la pieza insertada de molde; y
retirar la pieza insertada de molde desde la capa
de desprendimiento y el sustrato.
13. El procedimiento según la reivindicación 12,
en el cual la retirada de la pieza insertada de molde de la capa de
desprendimiento y del sustrato comprende el pelado de la pieza
insertada de molde desde la capa de desprendimiento y desde el
sustrato.
14. El procedimiento según la reivindicación 12,
en el cual la retirada de la pieza insertada de molde de la capa de
desprendimiento y del sustrato comprende la inmersión del sustrato
y de la pieza insertada de molde en un líquido.
15. El procedimiento de la reivindicación 12, en
el cual la capa de desprendimiento es nitruro de titanio u oro.
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