JP2003191280A

JP2003191280A - 射出成形品、その射出成形方法及び射出成形機

Info

Publication number: JP2003191280A
Application number: JP2001391099A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yusa; 敦遊佐
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-08

Abstract

(57)【要約】【課題】転写性及び量産性に優れた射出成形品を提供
する。【解決手段】熱可塑性樹脂からなる射出成形品におい
て、表面スキン層は低分子量の熱可塑性樹脂材料から形
成され、内部コア層は高分子量の熱可塑性樹脂材料から
形成され、前記低分子量熱可塑性樹脂材料の重量平均分
子量Ｍ_ｌと前記高分子量熱可塑性樹脂材料の重量平均分
子量Ｍ_ｈとの差｛（Ｍ_ｈ−Ｍ_ｌ）／Ｍ_ｈ｝が１５％以上
であり、前記内部コア層が前記表面スキン層により完全
に被包されている。表面スキン層の合計厚さが成形品全
体厚さの５％〜３０％の範囲内であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は射出成形品及びその
製造方法に関する。更に詳細には、本発明は分子量の異
なる２種類以上の熱可塑性樹脂からなるサンドイッチ状
射出成形品及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年における高度情報化社会の要となる
光ディスク、光ファイバー等の光通信部品、液晶ディス
プレイ（ＬＣＤ）、各種レンズなどのオプトエレクトロ
ニクス技術を支える根幹材料として、光を通す透明材料
がますます重要になり、その透明材料として無機ガラス
が透明樹脂に多くの分野で置き換わろうとしている。

【０００３】透明樹脂材料の加工方法として代表的な熱
可塑性樹脂を用いた射出成形方法は例えば光ディスク基
板のプリグルーブやプリピットなどサブミクロンオーダ
ーの微細な凹凸を転写して大量生産できることから広く
採用されている。

【０００４】光ディスク用基板の熱可塑性樹脂としては
現在ビスフェノールＡをモノマーとするポリカーボネー
トが主流となっているが流動性を改善するために一般グ
レードよりも分子量が低く制御されている。重量平均分
子量は１５０００程度であり通常成形品よりも７０００
〜８０００小さくすることで転写性や光学特性の向上が
図られているが、これ以上分子量を極端に小さくするこ
とは耐熱性や耐衝撃性の観点から困難である。よって、
今後情報の大容量化に伴う狭トラックピッチ化等により
転写性に限界が生じる恐れがある。

【０００５】光ディスク以外でも今後ＭＥＭＳ（Ｍｉｃ
ｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃｈａｌＳｙ
ｓｔｅｍ）分野等におけるマイクロモールディングの技
術向上のためにも、射出成形の微細転写は重要な課題で
ある。

【０００６】上述のように従来の熱可塑性樹脂において
は溶融粘度を低下させ転写性を向上させるために分子量
を低くするのに限界があった。本発明者は表面層である
スキン層のみ意図的に低分子量の材料を配向させること
ができれば転写性の向上が図れると同時に製品内部のコ
ア層をスキン層よりも高分子量の樹脂が支配的に形成し
ていれば機械特性等の悪影響も発生しないと予想した。
そして従来の成形機を用いて下記の検討を行ったが、各
層を精密に制御することは困難であることがわかった。

【０００７】従来における射出成形機としては射出装置
の構造の違いによりインラインスクリュー式とプリプラ
式射出成形機に大別される。例えば特開平６−３３５９
４号公報に記載されているように、インライン式射出成
形機は、加熱シリンダー内でスクリューの回転によりス
クリュー後部の供給ホッパーより投入した樹脂を剪断発
熱させながらスクリュー先端部に溶融樹脂を溜める可塑
化計量工程と、計量時に後退したスクリューを前進させ
る充填工程を同一スクリューで行うものであり、一般的
な光ディスク基板の製造方法に広く採用されている。ま
た、プリプラ式射出成形機は例えば図１５に示すような
ものが提案されている。

【０００８】図１５に示すように、熱可塑性樹脂の可塑
化装置と射出充填装置を分けたものであり、加熱シリン
ダー２０後部の供給ホッパー２５より供給路２６を経て
投入された樹脂はスクリュー１０が回転することで可塑
化計量され供給路２２を通過し加熱充填シリンダー２１
内の充填プランジャー２３の前方に滞留される。その
後、充填プランジャー２３が前進することで溶融樹脂が
金型のスプール１８ゲート１９を経てキャビティ１７内
に充填される。充填プランジャー２３はシリンダ１２に
より進退駆動される。キャビティ１７は図示しない固定
プラテンに固定された固定金型１５と図示しない型締め
シリンダーに直結された可動プラテンに固定され型締め
方向に移動可能な可動金型１６が閉塞されることにより
形成される。

【０００９】上記のような従来の成形機を用い分子量が
異なる２種類の樹脂材料を製品の厚み方向に分布させる
下記のような試験を行った。例えば図１５のプリプラ式
成形機においては供給ホッパー２５を図１６のような機
構に改造した。図１６で二つの供給ホッパー２５それぞ
れと供給路２６の間には樹脂通過孔２９の開けられた駒
２７が回転可能に設けられている。該駒２７は電磁弁２
８に接続されており半回転することで、樹脂通過孔２９
がそれぞれの供給ホッパー２５下の樹脂投入路３０と供
給路２６を接続する位置に移動する。可塑化時には、ま
ず片方の供給ホッパー２５より低分子量の樹脂を任意の
量供給する。樹脂の供給量が目標に達したとき電磁弁２
８の駆動に連動させて駒２７および樹脂通過孔２９を移
動させ、もう片一方の供給ホッパー２５より高分子量の
樹脂を供給した後、再度電磁弁２８を動かすことで低分
子量の樹脂を供給し連続可塑化計量した。これにより低
分子量、高分子量、低分子量の順でインラインスクリュ
ーもしくは充填プランジャー２３の前方に溶融樹脂を可
塑化計量した。

【００１０】この後、射出してコールドランナーの製品
を得た。射出充填時には図１７に示すように、金型壁面
３１を流れる溶融樹脂３２のメルトフロントが図中矢印
で示した方向に噴水効果と呼ばれる現象で金型壁面３１
に次々にひき込まれていくことが知られている。よって
最初に充填された樹脂は概ね金型壁面にスキン層を形成
していくので、前記成形方法においてはスキン層では低
分子量の樹脂が支配的になる。例えば、射出成形品の中
心部であるコア層を高分子量の樹脂材料が、スプール１
８やキャビテイ１７とスプール１８を接続するゲート１
９などの部分においては低分子量の樹脂材料が支配的に
形成するようになる。該方法においてはスキン層に低分
子量の樹脂が配向することで目的通り転写性の大きな向
上が認められた。そしてスプールやゲート近傍に低分子
量の樹脂が支配的に配向することで内周部の冷却速度が
速くなり製品の冷却時間および成形サイクルが短くなる
という利点も確認された。しかし、安定して製造するた
めには下記のような問題が発生することが判明した。

【００１１】まず分子量の異なる材料をひとつの可塑化
シリンダー内のスクリューで行うため可塑化時における
温度等の条件が両立できないという問題がある。分子量
の低い樹脂に対し高い樹脂はガラス転移温度Ｔｇが高い
ので樹脂温度を高くすることやスクリューの回転数を高
くすることが望ましいがそれが困難であるため両方の樹
脂を最適な条件で可塑化できず高分子量の樹脂が可塑化
不足になるという問題が発生した。また微量な計量制御
が困難であるという問題も表面化した。計量制御という
観点からはプリプラ式成形機の方が優れる。可塑化スク
リューと独立した充填プランジャー２３を小径化するこ
とができるし、インラインスクリュー方式のように逆流
防止弁を必要としないため該逆流防止弁の動作不安定に
よる悪影響を受けないなどが理由と考えられる。しか
し、本方法では樹脂の切り替えを供給ホッパーからの樹
脂量で制御するため、微細な量をコントロールできず各
樹脂の配分が安定しないことがわかった。転写に多大な
影響を及ぼすスキン層を形成するための分子量が小さい
樹脂の量は全体の体積からすると例えば１／５〜１／１
０程度で十分であるため、製品が小さくなると充填量が
ごくわずかとなり計量ばらつきが顕著となった。各樹脂
の充填量がばらつくと連続成形した際に、スキン層を形
成する樹脂に高分子量の樹脂が混在することなどにより
特性安定性に欠けるという問題が発生した。

【００１２】また２種類の樹脂を個別に充填させること
のできる従来の２色成形機を用いて同様に分子量配向の
検討を行ったがこれについても満足する結果が得られな
かった。従来の２色成形機の機構について図１８を用い
て説明する。分子量の異なる樹脂９ａ、９ｂはそれぞれ
加熱シリンダー２０ａ、２０ｂ内に図示しない供給ホッ
パーより供給された後、各スクリュー１０ａ，１０ｂが
回転することにより可塑化計量される。各スクリューに
よる計量方法はインラインスクリューと同じであり、ス
クリュー１０ａ、１０ｂの前方（図１８中左方向）に溶
融樹脂が押し出されることにより発生する樹脂内圧や背
圧によりスクリューは後退する。スクリューが停止する
計量完了時には各スクリュー１０ａ，１０ｂに配置され
た逆止リング３６ａ，３６ｂが溶融樹脂の内圧によって
図中右方向に移動することで、スクリュー前方に計量さ
れた樹脂がシールされる。

【００１３】二番目に充填される第二の樹脂９ｂが可塑
化溶融されるシリンダー２０ｂの先端にはニードル開閉
方式に構成した内筒ノズル１１ｂが装着されており、該
内筒ノズル１１ｂと外筒ノズル１１ａの間には最初に充
填される第一の樹脂９ａが通過する流路３５ａが形成さ
れる。第一の樹脂９ａを充填する際には駆動板３４と連
動した針弁３３が第二の樹脂９ｂの流路３５ｂを塞いだ
後、内筒ノズル１１ｂが後退することで流路３５ａを開
放しスクリュー１０ａが前進する。その後第二の樹脂が
充填されるが、その際は内筒ノズル１１ｂが前進し外筒
ノズル１１ａと嵌合することで第一の樹脂９ａの流路３
５ａを閉鎖する。その後、針弁３３が図示しないシリン
ダーによって後退することで流路３５ｂを開放した後ス
クリュー１０ｂが前進することで樹脂９ｂが射出され
る。該成形機によれば、樹脂材料の種類にあわせ独立し
た条件で可塑化できるということより上述の可塑化不足
等の問題は解消される。しかしながら、スキン層のみ微
量の樹脂を充填させるという観点からは不十分であるこ
とがわかった。それは各スクリューによる計量制御の精
度はインラインスクリューによるそれとほぼ同じである
ためと考えられる。上述した逆止リングの悪影響も大き
いがスクリューが後退および前進するストロークが非常
に短くなるため安定計量できないこともわかった。

【００１４】また本発明者の検討の結果、該従来の２色
成形機を用いた場合は下記に示す問題も発生した。分子
量の異なる２種類の樹脂を２段階にわけて成形する方法
しかできないため、分子量を板厚方向に意図的に配向さ
せようとした場合、最初に低分子量の樹脂材料その次に
高分子量の樹脂材料を充填させることになる。スプール
１８およびゲート１９そしてキャビティ１７を充填した
後の成形品の断面構造の模式図を図１９に示す。

【００１５】図１９に示すように製品表面は低分子量樹
脂材料層が配向するので従来の成形方法と比較すると高
転写性を得ることはできる。しかしながら、ゲート１９
およびスプール１８は概ね高分子量樹脂材料が支配する
ことになった。そのためゲートシールが遅くなるに伴い
冷却速度が遅くなり生産効率の悪化することが判明し
た。更に、成形品の一方の端面に高分子量樹脂材料のコ
ア層が露出してしまう。

【００１６】また充填の後半や保圧中に高分子量樹脂材
料を充填しなければならないため充填圧力が増大し、製
品における複屈折の増大を招く弊害も発生した。さらに
は金型のスプールへの充填開始位置近傍である外筒ノズ
ル１１ａ先端における樹脂溜まり部２４には充填最後に
高分子量樹脂材料が滞留することになるので次のショッ
トにおける低分子量樹脂材料と混じってしまうため、表
面スキン層に配向する樹脂の分子量が安定しなかった。

【００１７】従来の２色成形方法を用い光ディスク基板
における転写表面のみガラス転移温度の低い樹脂材料を
配向させるといった提案もあるが（例えば、特開２００
１−２１６６８３号公報参照）、上述のように従来の成
形方法では表面層とコア層の配分を精密に制御できない
ため、上述した問題の他、光ディスク等の薄肉品では反
りが発生したりショット間の板厚ばらつきが１種類の材
料を用いたときよりも著しく大きくなることが本発明者
らの検討では明らかであるので現実的でない。また小型
精密部品を製造するのに計量安定性が不十分であるため
適用できない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、異種の熱可塑性樹脂材料を厚み方向に配向させる２
色成形方法において、より精密に各材料の配向状態を安
定に制御できる成形方法および射出成形装置を提供する
ことである。本発明の別の目的は、スキン層とコア層の
熱可塑性樹脂材料の分子量を意図的に配向させることや
スプールやゲート部も冷却速度の速い低分子材料で形成
することにより転写性および量産性を著しく向上させる
ことのできる熱可塑性樹脂を用いた射出成形品を提供す
ることである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明における第一の手段として、少なくとも２種類
以上の熱可塑性樹脂を充填させる２色成形（サンドイッ
チ成形）方法において、第一の材料および第二の材料さ
らに第一の材料の順で連続射出し成形品を得ることを特
徴とする射出成形方法を提供する。

【００２０】本発明のこの射出成形方法によれば、樹脂
材料を射出完了した直後において、ノズル先端内の金型
スプールと充填スクリューもしくはプランジャーとの間
に滞留する樹脂が次のショットの最初に射出する樹脂材
料と同一になるため各材料の配向状態の連続安定性が改
善される。

【００２１】前記課題を解決するための本発明における
第二の手段として、少なくとも２種類以上の熱可塑性樹
脂を充填させる２色成形（サンドイッチ成形）方法にお
いて、同一のモノマーからなり重量平均分子量が１５％
以上異なる熱可塑性樹脂を低分子量樹脂、高分子量樹
脂、低分子量樹脂の順に連続射出して成形品を得る射出
成形方法を提供する。

【００２２】本発明のこの射出成形方法によれば、粘度
が低い樹脂材料で表面スキン層を形成することで転写性
が向上することは勿論のこと、スプール、ゲート等も低
分子材料で形成されるため、溶融樹脂の充填後半にかけ
る樹脂圧力も低くて済み、冷却速度も速くなるので生産
効率が向上する。

【００２３】前記課題を解決するための本発明における
第三の手段として、少なくとも２種類以上の熱可塑性樹
脂を充填させる２色射出成形機における射出装置におい
て、各樹脂は独立したスクリューで可塑化され該可塑化
された樹脂は同一の射出プランジャーの前方に任意の順
に計量されることを特徴とする射出装置を提供する。

【００２４】本発明のこの射出装置によれば、異なる種
類の樹脂をその物性にあわせ最適な条件で可塑化計量で
きるとともに、その溶融樹脂を同一のプランジャーで射
出できるので２種類の異なる樹脂を３ゾーン以上に区分
して順に射出するのに好適である。

【００２５】さらに前記課題を解決するための本発明に
おける第四の手段として、前記射出装置において、各樹
脂の充填量は外径の小さい射出プランジャーの後退する
変位量で制御することを特徴とする射出装置を提供す
る。

【００２６】外径の小さい射出プランジャーの後退量で
各樹脂の充填量を制御することで、微量な樹脂を厳密に
可塑化計量することができる。よって微細な凹凸の転写
を要求される小型精密部品を成形するには好適である。

【００２７】さらに前記課題を解決するための本発明に
おける第五の手段としては、同一種類のモノマーから合
成された熱可塑性樹脂からなる射出成形品において、表
面スキン層は分子量が低く、内部コア層は分子量が高く
なるように、厚み方向における分子量分布があり、該重
量平均分子量が１５％以上異なり、前記コア層が前記ス
キン層により完全に被包されていることを特徴とする射
出成形品を提供する。本発明のこの射出成形品によれ
ば、転写性の大きな向上が期待できる。前記射出成形品
は例えば、熱可塑性樹脂からなる光ディスク基板であ
る。この光ディスク基板は、内径より信号エリア最内径
の範囲における重量平均分子量が信号エリアにおける表
面スキン層の重量平均分子量よりも大きいことを特徴と
する。ＣＤ−Ｒ等、ドライブが１万回転以上という超高
速回転の光ディスクにおいては、ポリカーボネートから
なる基板内径に微小クラックが生じた際、ディスクが粉
々に粉砕するという問題が生じている。本発明者は内径
近傍の強度を増すことで上記問題が解消されることを見
出し、さらに内周部のみ選択的に強度を増しかつ転写性
も低下しない射出成形光ディスク基板を作製できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明を具体的に説明する。

【００２９】図１は本発明の射出成形機により製作され
た射出成形品の一例の概要断面図である。本発明の射出
成形品１は表面のスキン層２が低分子量の樹脂材料で形
成され、内部のコア層３が高分子量の樹脂材料で形成さ
れている。図に示された従来の射出成形品と異なる点
は、高分子量樹脂材料からなるコア層３が低分子量樹脂
材料のスキン層２により完全に被包され、コア層３の露
出部が全く存在しないことである。

【００３０】本発明の射出成形品１は熱可塑性樹脂から
製造される。スキン層２用の樹脂とコア層３用の樹脂と
は同一種類の樹脂であることもできるし、或いは異なる
種類の樹脂であることもできる。転写性の向上の観点か
ら考慮すれば、同一種類の樹脂を使用するほうが好まし
い。射出成形用の熱可塑性樹脂自体は当業者に周知であ
り、特に説明を要しないであろう。

【００３１】本発明の射出成形品１の作製に使用される
熱可塑性樹脂の分子量は任意であるが、転写性を向上さ
せるためには、低分子量の熱可塑性樹脂の重量平均分子
量をＭ_ｌ、高分子量の熱可塑性樹脂の重量平均分子量を
Ｍ_ｈとしたとき、次式で示される重量平均分子量の差、
（Ｍ_ｈ−Ｍ_ｌ）／Ｍ_ｈが１５％以上であることが必要で
ある。重量平均分子量の差が１５％未満では、転写性の
向上が達成されず、しかも、溶融樹脂の充填後半にかけ
る樹脂圧力が高くなるばかりか、冷却速度も遅くなり、
生産効率の向上も達成されない。重量平均分子量の差は
一般的に、１５％〜４０％程度であればよい。重量平均
分子量の差が４０％超になると逆にガラス転移温度や流
れ値などの物性値の差が大きくなり過ぎて相分離を起こ
すなどの不都合が生じるので好ましくない。なお重量平
均分子量の測定方法については相対評価を正確に行うこ
とが必要であり、本発明においてはスキン層２の表面及
び裏面の両表面を鉋等で１０〜５０μｍづつ削ってい
き、重量平均分子量が１５％以上異なる位置をスキン層
とコア層の境界と定義する。重量分子量の測定装置につ
いてはＧＰＣ（ゲル浸透クロマトグラフ）を用いること
が望ましい。移動相溶媒にはＴＨＦ（テトロヒドロフラ
ン）等を用いることが望ましい。

【００３２】図１に示されているように、射出成形品１
の全体の厚さをｔとして、スキン層２の表面の厚さをｔ
１、裏面の厚さをｔ２とした場合、スキン層２の厚さ
（すなわち、ｔ１＋ｔ２）が全体の厚さｔの５〜３０％
の範囲内であることが好ましい。スキン層２の厚さがこ
の範囲内であれば、転写性の向上と機械的強度を両立さ
せることができる。これに対して、スキン層２の厚さが
５％未満の場合、転写性向上の効果が期待できないので
好ましくない。一方、スキン層２の厚さが３０％超の場
合、製品強度が低下するので好ましくない。

【００３３】図２は本発明の射出成形機４の概要構成を
示す断面図である。図１５に示されるような従来の射出
成形機の構成部分と共通的な構成部分については同じ符
号を用いて説明する。図１５及び図１８に示された従来
の射出成形機と図２に示される本発明の射出成形機４の
基本的な相違点は、本発明の射出成形機４が低分子量樹
脂材料用の可塑化シリンダ２０ａと高分子量樹脂材料用
の可塑化シリンダ２０ｂからなる２本の可塑化シリンダ
を具備することである。図示されていないが、可塑化シ
リンダ２０ａ及び２０ｂにはそれぞれ各原料樹脂の供給
ホッパーが個別的に配設されている。可塑化シリンダ２
０ａ及び２０ｂの内部には回転可能なスクリュー１０ａ
及び１０ｂがそれぞれ装備されている。図示しない原料
樹脂供給ホッパーから供給された低分子量樹脂材料９ａ
及び高分子量樹脂材料９ｂはこのスクリュー１０ａ及び
１０ｂがそれぞれ回転することにより可塑化される。充
填量や樹脂のペレット大きさにあわせスクリュー１０
ａ、１０ｂの外径および加熱シリンダー２０ａ，２０ｂ
の内径は任意の設定ができる。例えば、表面スキン層を
形成する分子量の低い材料を可塑化するスクリュー１０
ａの外径はφ１２ｍｍとし、内部コア層を形成する分子
量の高い材料を可塑化するスクリュー１０ｂの外径はφ
２３ｍｍとすることができる。

【００３４】熱可塑性樹脂の可塑化を促進するために、
可塑化シリンダ２０ａ及び２０ｂには適当な加熱手段を
配設することもできる。このような加熱手段自体は当業
者に周知である。溶融樹脂９ａ及び９ｂをそれぞれの可
塑化シリンダ２０ａ及び２０ｂから送出するために、本
発明の射出成形機４では、油圧シリンダ５ａ，５ｂによ
り駆動される油圧ピストン６ａ，６ｂと、このピストン
の先端部に取付けられた駒７ａ，７ｂからなる各溶融樹
脂送出装置を有する。この各溶融樹脂送出装置は溶融樹
脂通過路２９ａ及び２９ｂによりそれぞれ下記で説明す
るプランジャー加熱シリンダに連通されている。

【００３５】図２に示されるように、可塑化シリンダ２
０ａ及び２０ｂは共通のプランジャー加熱シリンダ２１
に、それぞれ溶融樹脂通過路２９ａ及び２９ｂを介し
て、連通している。プランジャー加熱シリンダ２１内に
は進退可能な充填プランジャ２３が装備されている。こ
の充填プランジャ２３は、シリンダ１２により、例え
ば、油圧、ステッピングモータなど公知慣用の駆動手段
を用いて進退可能に構成することができる。充填プラン
ジャ２３が後退すると、プランジャー加熱シリンダ２１
内に溶融樹脂を滞留させるための空間である樹脂溜まり
２４が、充填プランジャ２３の先端前方に生じる。充填
プランジャ２３の進退量を制御するために、位置センサ
８を使用することが好ましい。これ以外の制御手段も当
然使用できる。このような制御手段は当業者に周知であ
る。

【００３６】前記のように、本発明においては樹脂の可
塑化はスクリュー１０ａ，１０ｂが回転することによ
り、スクリュー前方に溶融樹脂９ａ，９ｂが押しだされ
ることに行われるが、各樹脂は油圧シリンダー５ａ，５
ｂ内における油圧ピストン６ａ，６ｂが駆動し充填プラ
ンジャー２３が後退することで、充填プランジャー２３
の先端部の前に滞留する。本発明における樹脂の計量は
充填プランジャーの位置を監視する位置センサー８によ
り充填プランジャーの後退量を制御することで行われ
る。図２では、両溶融樹脂９ａ、９ｂが充填プランジャ
ー２３側に漏れないように両油圧ピストン６ａ，６ｂお
よびシール駒７ａ，７ｂは下端部に押し付けられてい
る。

【００３７】充填プランジャー２３の外径およびプラン
ジャー加熱シリンダー２１の内径は任意であるが、微量
の充填量を制御できるという観点からなるべく小さいほ
うが望ましい。例えば、φ１０ｍｍの充填プランジャー
外径とすることができる。勿論、射出率が小さくなる弊
害が生じた場合、プランジャー径を大きくすることもで
きる。また充填プランジャー２３と加熱シリンダー２１
のクリアランスは摩擦抵抗が大きくならない程度に狭い
方が望ましいので、例えば、４０μｍ／φとすることが
できる。また、シリンダー内部とプランジャーを図示し
ないボールベアリングで圧入公差によりガイドすること
で充填プランジャーの直進駆動を補助することができ
る。

【００３８】図２に示されるように、プランジャー加熱
シリンダ２１は、ノズル１１を介して、金型１５のスプ
ール１８と連通し、ゲート１９を経て、可動金型１６
の、所定の形状を有するキャビティ１７に連通する。充
填プランジャー２３が後退し計量された後、前進するこ
とで溶融樹脂がノズル１１を経て金型内にスプール１８
から充填される。スプールを有する固定金型１５は図示
しない固定プラテンに固定されており、可動金型１６は
図示しない型締め機構とそれに直結した可動プラテンに
固定され型開閉を行うことでキャビティ１７は形成され
る。

【００３９】次に、図面を参照しながら本発明の射出成
形機４の射出成形操作について説明する。図３は第一に
充填する低分子量樹脂材料を計量する状態を表したもの
で、加熱シリンダー２０ａ内でスクリュー１０ａが図中
矢印方向に回転すると同時に油圧シリンダー５ａ内に油
をいれることで油圧ピストン６ａおよび駒７ａが図中矢
印（紙面上）方向に移動し、駒７ａの周りより可塑化さ
れた溶融樹脂９ａが樹脂通過路２９ａを通り充填プラン
ジャー２３の先端部に流れ、それと同時に充填プランジ
ャー２３が最前進位置より位置センサー８の制御により
任意の量後退し停止する。充填プランジャー２３の前方
への充填が完了するとプランジャーへの圧力が増大する
ため、図示しない圧力センサーが感知し油圧シリンダー
５ａに油を注入させる信号を送り油圧ピストン６ａおよ
び駒７ａが矢印と反対方向に駆動することでスクリュー
とプランジャー間への樹脂通過路２９ａは遮断され計量
は完了する。

【００４０】第一の樹脂が可塑化計量完了されると同時
に、図４に示すように第二の樹脂９ｂを可塑化計量す
る。第一の樹脂と同様に、スクリュー１０ｂが回転する
と同時に油圧シリンダー５ｂの油圧ピストン６ｂが後退
し、駒７ｂが樹脂通過路２９ｂを開放し、同時に充填プ
ランジャー２３が前記第一の樹脂の充填の際の移動位置
より位置センサー８の制御により任意の量後退し停止す
ることで第二の樹脂９ｂが、前記第一の樹脂に接するよ
うに計量充填される。第二の樹脂の充填量も充填プラン
ジャー２３が第一の樹脂可塑化完了時より後退する量を
位置センサー８でフィードバックしながら制御すること
でコントロールする。

【００４１】さらに第一の樹脂を続けて上記の方法と同
様に第一の樹脂材料９ａである低分子の樹脂材料を図５
で示すように可塑化計量することにより１ショットで充
填するすべての樹脂をプランジャー加熱シリンダー２１
内の充填プランジャー２３の前方に可塑化計量充填す
る。従来の成形機における加熱シリンダーの温度は、ノ
ズル近傍は低く、中心部は高く、樹脂を投入するノズル
より遠い位置では再度低く設定するのが通常である。本
発明における充填プランジャーの加熱シリンダー２１に
おいても同様にノズル１１近傍における低分子量樹脂材
料が滞留するゾーンは低く、中心部における高分子量樹
脂材料が滞留するゾーンは高く、さらに低分子量樹脂材
料が滞留するゾーンは低く設定することが望ましい。例
えば、加熱シリンダー２１の先端および後端のゾーンを
バンドヒーターにより３００℃で制御し中心のゾーンは
３６０℃で段階的に制御することができる。なお可塑化
を行うシリンダー２０ａ、２０ｂの温度制御は任意であ
るが、一例として、低分子量樹脂の可塑化加熱シリンダ
ー２０ａは３００℃、高分子量樹脂の可塑化加熱シリン
ダー２０ｂは３５０℃で制御することができる。

【００４２】加熱シリンダー２１の樹脂溜り２４に各溶
融樹脂が計量充填されたら、図６に示されるように、計
量された両溶融樹脂９ａ、９ｂが可塑化シリンダ２０ａ
及び２０ｂ側に逆流しないようにするために、両油圧ピ
ストン６ａ，６ｂおよびシール駒７ａ，７ｂを下端部に
押し付けて、溶融樹脂通過路２９ａ及び２９ｂを閉鎖し
ながら、プランジャー２３を図示しない油圧などの駆動
力で矢印方向に前進駆動させる。これにより、先ず、樹
脂溜り内の溶融低分子量樹脂９ａは、ノズル１１を介し
て、固定金型１５のスプール１８及びゲート１９を経
て、可動金型１６の、所定の形状を有するキャビティ１
７に充填される。第一の樹脂９ａがスプール１８、ゲー
ト１９等を通過する際には充填プランジャー２３の速度
は低速度に制御されることが望ましい。一例として、充
填プランジャー２３を段階的に５０ｍｍ／ｓ〜８０ｍｍ
／ｓの範囲内の射出速度で制御することができる。

【００４３】溶融低分子量樹脂材料９ａがゲート１９を
通過した後、図７に示されるように、溶融高分子量樹脂
材料９ｂを高速で充填する。溶融高分子量樹脂材料９ｂ
の射出速度は任意であるが、一例として、１００ｍｍ／
ｓ〜２５０ｍｍ／ｓの範囲内で段階的に速度を変えて充
填することができる。その後、再度低分子量樹脂材料９
ｓを５０ｍｍ／ｓ〜８０ｍｍ／ｓの範囲内の低速にて充
填することで樹脂の充填を完了させた。

【００４４】図８は全ての樹脂材料の充填完了後の型締
め冷却時及び次の充填計量開始直前における状態を示す
概要断面図である。金型１５，１６の型締め冷却を行い
ながら、図３〜図５に示されるような手順に従って、低
分子量樹脂材料９ａ、高分子量樹脂材料９ｂ及び低分子
量樹脂材料９ａを計量し、図９に示されるような状態と
する。

【００４５】再計量充填完了後は前のショットで充填さ
れている製品の冷却を金型キャビティ１７内で行った
後、図１０に示すように可動プラテンおよび可動金型１
６が開くことで離型および射出成形品の取り出しを行
う。可塑化完了から次のショットにおける可塑化開始ま
では油圧ピストン６ａ，６ｂの力によって樹脂通過路２
９ａ，２９ｂは閉鎖されている。図１１は金型から離型
した直後の射出成形品の概要断面図である。スプール１
８及びゲート１９の形状に対応するスプール部品１８’
及び１９’を切除することにより図１に示される射出成
形品１が得られる。

【００４６】可動金型１６から射出成形品を取り出した
後、可動金型１６を固定金型に型締めして金型を閉鎖
し、次いで、図６〜図１０の操作を繰り返す。

【００４７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に例証す
る。実施例１図１に示されるような射出成形品１を図２に示される射
出成形機４を用いて作製した。スクリュー１０ａの外径
はφ１２ｍｍ、スクリュー１０ｂの外径はφ２３ｍｍ、
充填プランジャー２３の外径はφ１０ｍｍ、充填プラン
ジャー２３と加熱シリンダー２１のクリアランスは４０
μｍ／φとし、加熱シリンダー２１の先端部及び後端部
の温度は３００℃で中心部の温度は３６０℃で段階的に
制御し、低分子量樹脂材料用の可塑化シリンダー２０ａ
の温度は３００℃、高分子量樹脂材料用の可塑化シリン
ダー２０ｂの温度は３５０℃で制御した。また、充填プ
ランジャー２３の進退速度は５０ｍｍ／ｓ〜８０ｍｍ／
ｓの範囲内で制御し、射出速度は１００ｍｍ／ｓ〜２５
０ｍｍ／ｓの範囲内で制御した。更に、射出成形品１の
外形に対応する形状のキャビティ１７を形成する金型１
５，１６を作製した。キャビティ１７は厚み（ｔ）１ｍ
ｍ、５００×５００ｍｍの直方体にし、流動末端部であ
る金型表面部１５及び／又は１６の片側に図１２に示す
ような深さＤが５００ｎｍ、幅Ｗが５００ｎｍ、デュー
ティ５０％の矩形形状のパターンを掘り込んだ。該キャ
ビティ１７に上述した成形方法にて、低分子量樹脂材料
および高分子量樹脂材料をそれぞれ充填し図１に示すよ
うな射出成形品１を得た。本実施例においてはモノマー
をビスフェノールＡとしたポリカーボネート樹脂材料
で、重量平均分子量Ｍ_ｌが１１０００およびＭ_ｈが１５
２００の２種類の樹脂材料（（Ｍ_ｈ−Ｍ_ｌ）／Ｍ_ｈ＝２
７％）を用いた。

【００４８】本実施例においては充填プランジャー２３
の後退量を制御することで、金型転写面（スキン層２）
における低分子量樹脂材料９ａと内部コア層３における
高分子量樹脂材料９ｂの充填量の比を変えて成形品の転
写性をＡＦＭ（分子間力顕微鏡）にて評価した。

【００４９】低分子量樹脂材料が占有するスキン層の厚
さ（ｔ１＋ｔ２）を前述した本発明の定義で測定し、次
式で求められる低分子材料が全体に占める割合、すなわ
ち｛（ｔ１＋ｔ２）／ｔ｝×１００（％）と成形品の転
写率の関係を図１３に示す。なお、該厚みの割合は各条
件ともにショット間では±１％の範囲で安定しているこ
とを確認した。また高分子量樹脂材料９ｂのみで従来の
方法で作製した成形品に対するアイゾッド衝撃強度（Ａ
ＳＴＭＤ７８５）の低下率もあわせて図１３に示す。

【００５０】図１３に示されるように、低分子量樹脂材
料で形成されているスキン層２の厚みが射出成型品１の
厚みの５％以上であると転写性が著しく向上するが、３
０％以上の厚みを占めるとアイゾット衝撃強度が著しく
低下することが判明した。この結果より、低分子量樹脂
材料の厚み（ｔ１＋ｔ２）が全体の製品厚みｔに占める
割合は５〜３０％の範囲であることが望ましい。

【００５１】さらに本発明の方法によって低分子量樹脂
材料が占有する厚みの割合が２０％の成形品を１００シ
ョット連続で成形し、板厚のばらつきを測定したとこ
ろ、平均値に対し最大１．５％のばらつきであった。高
分子量樹脂材料のみで同様に従来のインライン成形機お
よび成形方法にて成形品を作製し板厚のショット間ばら
つきを測定した結果、最大１．６％であった。よって、
本発明における成形方法においては各樹脂材料のショッ
ト間における計量および充填ばらつきに関して、従来の
成形方法と同等であり問題ないことがわかった。

【００５２】実施例２低分子量樹脂材料の分子量Ｍ_ｌを変化させて低分子量樹
脂材料が表面スキン層２に形成される厚みの全体の厚み
に対する割合を５％とした以外は、実施例１と同様に成
形を行い成形品の転写率を評価した。低分子量樹脂材料
９ａと高分子量樹脂材料９ｂの重量平均分子量の差、す
なわち｛（Ｍ_ｈ−Ｍ_ｌ）／Ｍ_ｈ｝×１００（％）と転写
率の関係を図１４に示す。図１４より重量分子量の差が
１５％以上で大きな転写性向上の効果が大きくなること
が明らかである。この結果から、本発明の成形方法にお
いてはスキン層２を形成する低分子量樹脂材料９ａと内
部コア層３を形成する高分子量樹脂材料９ｂの重量平均
分子量の差は１５％〜４０％の範囲内であることが望ま
しい。

【００５３】比較例１図１８に示す従来の２色成形機により、実施例１と同様
な金型および同様な低分子量樹脂材料９ａと高分子量樹
脂材料９ｂを用いて射出成形し、図１９に示すような成
形品を得た。本比較例における成形品ではスクリュー径
や加熱シリンダー等の条件を最適化しても、低分子量樹
脂材料９ａが表面スキン層２を形成する板厚（ｔ１＋ｔ
２）の全体厚みｔに対する割合がショット間で±５％変
動しそれによって転写性も変化していることがわかっ
た。また板厚のばらつきは平均値に対し最大１０％と大
きく変動していることが判明した。

【００５４】実施例３本発明における射出成形機を用いて、内径φ１５ｍｍ直
径φ１２０ｍｍ信号エリア最内径φ２４ｍｍ板厚１．２
ｍｍの追記型ＣＤ−Ｒ光ディスクの成形基板を作製し
た。樹脂材料としては重量平均分子量が１５２００のも
のと２２０００（重量平均分子量差３１％）の２種類の
ポリカーボネート樹脂材料を用いた。なお低分子樹脂材
料としては現在一般的に光ディスク製品に使用されてい
る帝人化成製パンライトＡＤ５５０３を用いた。まず図
２０に示すように充填プランジャーの前方に低分子樹脂
材料９ａ、高分子樹脂材料９ｂ、低分子樹脂材料９ａ、
高分子樹脂材料９ｂ、低分子樹脂材料９ａの順で可塑化
計量した。各材料の計量した量は金型に接するノズル前
方より計量した順番とは逆に金型内に充填される。

【００５５】本実施例における光ディスク基板の各樹脂
材料における配向状態を図２１に示す。まず図示しない
スプール壁面を流れるだけの低分子樹脂材料９ａ充填、
次に製品内径部３０からおよそφ２０ｍｍまでの内周部
のスキン層３４を形成するだけの高分子樹脂材料９ｂ、
スタンパの凹凸を転写する信号面３１全体を充填する低
分子樹脂材料９ａ、さらに内周部のコア部を形成する少
量の高分子樹脂材料９ｂ、最後にゲート３２および図示
しないスプール内部を充填する低分子樹脂材料９ａを充
填させる。充填後、型内ゲートカットによりゲート３２
は図示しないスプール部と切断される。本実施例におい
ては内径部３０のゲート３２のみ低分子樹脂材料９ａが
形成されるようにしてゲートおよびスプールの固化が遅
くなることを抑制しているが、ゲート３２の厚みは０．
３ｍｍであり、内周部全体が高分子樹脂材料で形成され
ているので内径部の強度が大幅に増加している。よって
割れにくく、超高速回転にも耐えられる強度を維持して
いる。なお本実施例における射出成形光ディスク基板の
転写性、機械特性等を評価したが通常成形品と差がなく
問題ないことを確認した。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分子量の異なる２種類の熱可塑性樹脂材料を厚み方向に
配向させる２色成形法において、より精密に各材料の配
向状態を安定的に制御することができる。また、内部コ
ア層を表面スキン層で完全に被包した成形品を得ること
ができ、さらには、表面スキン層と内部コア層の熱可塑
性樹脂材料の分子量を意図的に配向させることや、スプ
ールやゲート部も冷却速度の速い低分子量樹脂材料で形
成することにより、転写性及び量産性を著しく向上させ
ることができる。更に、内径部のゲート部以外を選択的
に高分子樹脂材料で形成することにより、光ディスク基
板の内径部強度を向上させ、高速回転に好適な光ディス
ク基板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による射出成形品の一例の概要断面図で
ある。

【図２】本発明による射出成形品を製造するのに使用さ
れる射出成形機の一例の部分概要断面図である。

【図３】図２に示された射出成形機による射出成形操作
の一工程を示す部分概要断面図である。

【図４】図２に示された射出成形機による射出成形操作
の一工程を示す部分概要断面図である。

【図５】図２に示された射出成形機による射出成形操作
の一工程を示す部分概要断面図である。

【図６】図２に示された射出成形機による射出成形操作
の一工程を示す部分概要断面図である。

【図７】図２に示された射出成形機による射出成形操作
の一工程を示す部分概要断面図である。

【図８】図２に示された射出成形機による射出成形操作
の一工程を示す部分概要断面図である。

【図９】図２に示された射出成形機による射出成形操作
の一工程を示す部分概要断面図である。

【図１０】図２に示された射出成形機による射出成形操
作の一工程を示す部分概要断面図である。

【図１１】図１０に示された射出成形操作において、可
動金型から離型された直後の射出成形品の部分概要断面
図である。

【図１２】実施例１で使用された金型表面部を示す部分
概要断面図である。

【図１３】実施例１で作製された射出成形品における、
低分子量樹脂材料の厚みが成形品の全体厚みに占める割
合と転写率及びアイゾット強度低下率との関係を示す特
性図である。

【図１４】実施例１で作製された射出成形品における、
低分子量樹脂材料の重量平均分子量と高分子量樹脂材料
の重量平均分子量との差に対する転写率の関係を示す特
性図である。

【図１５】従来の２色成形法を実施するのに使用される
プリプラ式射出成形機の一例の部分概要断面図である。

【図１６】図１５に示された射出成形機において、分子
量の異なる２種類の熱可塑性樹脂材料を供給するホッパ
ーの一例の部分概要断面図である。

【図１７】図１５に示された射出成形機において、金型
壁面を流れる溶融樹脂のメルトフロントを示す模式図で
ある。

【図１８】従来の２色成形法を実施するのに使用される
インライン式射出成形機の一例の部分概要断面図であ
る。

【図１９】図１８に示された射出成形機で製造された離
型直後の成形品の部分概要断面図である。

【図２０】実施例３で使用される射出成形機の充填プラ
ンジャーにおける樹脂の充填順序を示す模式図である。

【図２１】実施例３で作製された光ディスクの各樹脂の
配向状態を示す概要断面図である。

【符号の説明】

１本発明の射出成形品２表面スキン層３内部コア層４本発明の射出成形機５ａ，５ｂ油圧シリンダー６ａ，６ｂ油圧ピストン７ａ，７ｂシール駒８位置センサー９ａ低分子量樹脂材料，９ｂ高分子量樹脂材料１０，１０ａ，１０ｂスクリュー１１ノズル１１ａ内筒ノズル，１１ｂ外筒ノズル１２シリンダー１５固定金型１６可動金型１７キャビティ１８スプール１９ゲート２０、２０ａ、２０ｂ可塑化加熱シリンダー２１プランジャー加熱シリンダー２２溶融樹脂供給路２３充填プランジャ２４樹脂溜まり２５供給ホッパー２６供給路２９，２９ａ，２９ｂ樹脂通過孔３０光ディスク内径部３１光ディスク信号面３２ゲート３４内周部スキン層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F206 AA28 AE10 AF16 AG03 AG19 AH79 AP06 AR07 JA07 JB23 JB30 JD05 JF01 JF23 JF48 JL02 JM01 JM04 JN12 JN14 JN15 JP11 JP18 JQ42 JQ55 JQ62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂からなる射出成形品におい
て、表面スキン層は低分子量の熱可塑性樹脂材料から形成さ
れ、内部コア層は高分子量の熱可塑性樹脂材料から形成
され、前記低分子量熱可塑性樹脂材料の重量平均分子量
Ｍ_ｌと前記高分子量熱可塑性樹脂材料の重量平均分子量
Ｍ_ｈとの差｛（Ｍ_ｈ−Ｍ_ｌ）／Ｍ_ｈ｝が１５％以上であ
り、前記内部コア層が前記表面スキン層により完全に被
包されていることを特徴とする射出成形品。
【請求項２】前記表面スキン層の合計厚さが前記射出
成形品の全体厚さの５％〜３０％の範囲内であることを
特徴とする請求項１に記載の射出成形品。
【請求項３】分子量の異なる２種類の熱可塑性樹脂か
らなる射出成形品を製造するための２色成形（サンドイ
ッチ成形）方法において、第一の低分子量熱可塑性樹脂材料、第二の高分子量熱可
塑性樹脂材料及び前記第一の低分子量熱可塑性樹脂材料
を、この順に連続的に金型内に射出して、表面スキン層
は前記第一の低分子量熱可塑性樹脂材料から形成され、
内部コア層は前記第二の高分子量熱可塑性樹脂材料から
形成され、前記内部コア層が前記表面スキン層により完
全に被包されている射出成形品を製造することを特徴と
する射出成形方法。
【請求項４】前記第一の低分子量熱可塑性樹脂材料の
重量平均分子量Ｍ_ｌと前記第二の高分子量熱可塑性樹脂
材料の重量平均分子量Ｍ_ｈとの差｛（Ｍ_ｈ−Ｍ_ｌ）／Ｍ
_ｈ｝が１５％以上であることを特徴とする請求項３に記
載の射出成形方法。
【請求項５】分子量の異なる２種類の熱可塑性樹脂材
料をノズルから金型内に射出して表面スキン層と内部コ
ア層とからなる２色成形品を製造するための射出成形機
において、進退可能な充填プランジャを内部に有する加熱シリンダ
と、低分子量熱可塑性樹脂材料を可塑化溶融させる、回
転可能なスクリューを内部に有する第一の可塑化加熱シ
リンダと、高分子量熱可塑性樹脂材料を可塑化溶融させ
る、回転可能なスクリューを内部に有する第二の可塑化
加熱シリンダとを有し、前記第一の可塑化加熱シリンダは第一の樹脂通過路を介
して前記加熱シリンダの先端に連通しており、前記第二
の可塑化加熱シリンダは第二の樹脂通過路を介して前記
加熱シリンダの先端に連通しており、前記第一の可塑化加熱シリンダと第一の樹脂通過路との
間に第一の開閉手段が配設され、前記第二の可塑化加熱
シリンダと第二の樹脂通過路との間に第二の開閉手段が
配設されており、前記第一の開閉手段が開放され、同時に前記充填プラン
ジャが後退することにより前記可塑化溶融された低分子
量熱可塑性樹脂材料が前記第一の樹脂通過路を介して前
記加熱シリンダ内に貯留され、前記第一の開閉手段が閉
鎖され、かつ前記第二の開閉手段が開放され、同時に前
記充填プランジャが後退することにより前記可塑化溶融
された高分子量熱可塑性樹脂材料が前記第二の樹脂通過
路を介して前記加熱シリンダ内に貯留され、次いで、前
記第二の開閉手段が閉鎖され、かつ前記第一の開閉手段
が開放され、同時に前記充填プランジャが後退すること
により前記可塑化溶融された低分子量熱可塑性樹脂材料
が前記第一の樹脂通過路を介して前記加熱シリンダ内に
貯留され、前記貯留された各可塑化溶融樹脂は、前記充
填プランジャが前進することにより、前記加熱シリンダ
先端のノズルを介して、低分子量熱可塑性樹脂材料、高
分子量熱可塑性樹脂材料及び低分子量熱可塑性樹脂材料
の順に金型内に注型されることを特徴とする射出成形
機。
【請求項６】前記開閉手段は油圧手段により進退可能
に構成されたシール駒であることを特徴とする請求項５
に記載の射出成形機。
【請求項７】前記各可塑化溶融樹脂の計量は前記充填
プランジャの後退する変位量で制御し、前記充填プラン
ジャの後退量は位置センサにより制御されることを特徴
とする請求項５に記載の射出成形機。
【請求項８】少なくとも２種類以上の熱可塑性樹脂を
充填することができる２色射出成形機において、各樹脂
材料はそれぞれ独立した可塑化加熱シリンダー内におい
てスクリューの回転により可塑化され前記可塑化溶融さ
れた樹脂は１本の射出プランジャーの前方に順に計量貯
留されプランジャー前に最後に貯留された樹脂より金型
キャビティ内に充填することを特徴とする射出成形機。
【請求項９】光ディスク基板であることを特徴とする
請求項１又は２に記載の射出成形品。
【請求項１０】前記光ディスク基板において、内径よ
り信号エリア最内径の範囲における重量平均分子量が信
号エリアにおける表面スキン層の重量平均分子量よりも
大きく、その差が１５％以上であることを特徴とする請
求項９に記載の射出成形品。