JP2004050825A

JP2004050825A - Die

Info

Publication number: JP2004050825A
Application number: JP2003150280A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Imatomi; 今冨　芳幸; Tatsuro Araki; 荒木　達朗
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a die with which a molding can be stably manufactured with a high precision, and the improved quality can be obtained. <P>SOLUTION: The die has two layers of different heat conductivities. The shape of a coupling part formed between the individual layers is set in corresponding to the cooling performance direction of a molding material. In this case, since the coupling part shape is set in corresponding to the cooling performance direction of the molding material, when the molded product is fabricated using a die 61 the temperature distribution and shrinkage rate of the molding material become uniform. Thereby, the molding can be stably fabricated with the high precision, and the quality of the molding can be improved while the molding cycle being able to be shortened. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形機においては、加熱シリンダ内において加熱され溶融させられた樹脂を、高圧で射出して金型装置のキャビティ空間に充填（てん）し、該キャビティ空間内において冷却して固化させた後、成形品を取り出すようになっている。
【０００３】
前記射出成形機は金型装置、型締装置及び射出装置から成り、前記金型装置は、固定金型及び可動金型を備え、前記型締装置は、固定プラテン、可動プラテン、型締用モータ等を備え、該型締用モータを駆動し、固定プラテンに対して可動プラテンを進退させることによって前記金型装置の型閉じ、型締め及び型開きを行う。
【０００４】
一方、前記射出装置は、ホッパから供給された樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダ、溶融させられた樹脂を射出するための射出ノズル等を備え、前記加熱シリンダ内にスクリューが進退自在に、かつ、回転自在に配設される。そして、該スクリューを、射出用モータを駆動することによって前進させることにより射出ノズルから樹脂が射出され、計量用モータを駆動することによって回転させ、それに伴って後退させることにより樹脂の計量が行われる。
【０００５】
ところで、金型の冷却性向は母材の材質に依存している。また、成形品として、ディスク基板、プラスチック製のレンズ等の精密部品を製造する場合、前記金型装置のキャビティ空間の型表面によって成形品の品質が支配されるので、金型装置の各種の寸法に高い精度が求められる。そこで、次のような方法で金型を製造するようにしている。なお、金型装置は、キャビティ、コア等の金型本体を備えるだけでなく、必要に応じて金型本体に取り付けられる中子、入子等を備えるので、本明細書及び図面の説明において、金型本体、中子、入子等を総称して金型という。なお、ディスク基板を製造する場合、スタンパは入子として使用される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
図２は従来の金型の断面図である。
【０００７】
図において、１１は入子として使用される金型、１２は平坦（たん）な平面Ｓ１を有する金型の原型、すなわち、金型原型、１３は膜厚が１００〜２００〔μｍ〕のめっき層、すなわち、ニッケル−リンめっき層である。
【０００８】
前記構成の金型１１を製造する場合、まず、第１の工程で、２〜５〔％〕のクロムを含有するＳＫＤ等の鋼材から成る図示されない母材ブランクを作成し、第２の工程で、２０〜２００〔μｍ〕の誤差範囲で母材ブランクに対して粗加工を行い、金型原型１２を形成する。次に、第３の工程で前記金型原型１２に対して焼入れ及び焼戻しを行う。
【０００９】
そして、第４の工程で、金型原型１２のうちの、少なくともキャビティ空間を形成する型表面Ｓ２を形成するために、前記金型原型１２に対して無電解ニッケル−リンめっきを行い、ニッケル−リンめっき層１３を一様な厚さで形成し、第５の工程で、ニッケル−リンめっき層１３に対して３００〜４００〔℃〕の温度で熱処理を行い、ニッケル−リンめっき層１３の応力を除去するとともに、硬度（ＨＲＣ）を５０〜５４にする。
【００１０】
次に、第６の工程で、砥（と）石によって金型原型１２の全体に対して外径加工を行い、基準面を形成した後、第７の工程で、ニッケル−リンめっき層１３に対してダイヤモンドバイト切削による粗形状加工を行い、型表面Ｓ２を形成する。その後、第８の工程で、前記型表面Ｓ２に対してダイヤモンドバイト切削による仕上加工を行い、金型１１を仕上げる。
【００１１】
この場合、ニッケル−リンめっき層１３は、表層が非結晶（アモルファス）状態であるので、結晶状態である場合と比べて、結晶粒界に起因する段差が形成されない。したがって、高い精度で金型１１を製造することができる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平４−３１４５０６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の金型１１においては、例えば、表面に凹凸を有する成形品を製造する場合、金型１１は、型表面Ｓ２に微細な凹凸から成るパターンが形成された入子として金型装置にセットされ、金型装置のキャビティ空間に樹脂が充填され、型表面Ｓ２に形成されたパターンが前記樹脂に転写され、該樹脂が冷却されて原型基板が形成され、そのとき、前記パターンが原型基板に転写される。
【００１４】
そして、充填時における前記キャビティ空間に充填された樹脂の熱は、前記ニッケル−リンめっき層１３を介して金型原型１２へ伝達される。この場合、前記ニッケル−リンめっき層１３の厚さは、通常、１００〜２００〔μｍ〕であり、小さいので、樹脂の熱は直ちに金型原型１２へ伝達され、前記キャビティ空間内の樹脂の温度は急激に低下する。したがって、前記パターンを樹脂に精度よく転写させることができない。
【００１５】
そして、射出ノズルから射出された樹脂は、金型装置に形成されたスプルー及びゲートを通過してキャビティ空間に充填されるので、キャビティ空間内において、樹脂は、スプルー及びゲートに近い中央部分から周辺部分に向けて流れる。したがって、樹脂は、キャビティ空間内を流れるのに伴って、金型装置の型板等によって冷却されると、中央部分に近いほど樹脂の温度が高いのに対して、周辺部分に近いほど樹脂の温度が低くなってしまう。
【００１６】
その結果、キャビティ空間から取り出された後の成形品における各部の温度を均一にすることができず、温度のばらつきによってディスク基板に歪（ひず）みが発生し、成形品を高い精度で安定して製造することができず、成形品の品質が低下してしまう。また、成形品の精度を高くするために、金型１１を熱伝導率の低い材料を用いて形成すると、型表面Ｓ２の温度が低くなるまでに時間がかかり、成形サイクルが長くなってしまう。
【００１７】
本発明は、前記従来の金型の問題点を解決して、成形品を高い精度で安定して製造することができ、成形品の品質を向上させることができる金型を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の金型においては、熱伝導率の異なる二つの層を有する。
【００１９】
そして、前記各層の間に形成される結合部の形状が、成形材料の冷却性向に対応させて設定される。
【００２０】
本発明の他の金型においては、第１の材料から成る基層と、該基層と熱伝導率の異なる第２の材料から成り、キャビティ空間を形成する最外層とを有する。
【００２１】
そして、前記基層と最外層との結合部が所定の形状に設定される。
【００２２】
本発明の更に他の金型においては、さらに、前記基層と最外層との間に形成され、前記第１、第２の材料とは異なる第３の材料から成る中間層を有する。
【００２３】
そして、前記基層と中間層との結合部が所定の形状に設定される。
【００２４】
本発明の更に他の金型においては、さらに、前記中間層は複数の層によって形成される。
【００２５】
本発明の更に他の金型においては、さらに、前記結合部の形状は成形材料の冷却性向に対応させて形成される。
【００２６】
本発明の更に他の金型においては、さらに、前記結合部の形状は成形材料の流動性に対応させて形成される。
【００２７】
本発明の更に他の金型においては、さらに、前記結合部の形状は、ゲートからの距離に対応させて形成される。
【００２８】
本発明の更に他の金型においては、さらに、前記結合部の形状は、キャビティ空間の厚さに対応させて形成される。
【００２９】
本発明の更に他の金型においては、さらに、前記結合部の傾きは、ゲートからの距離が長くなるほど大きくされる。
【００３０】
本発明の更に他の金型においては、さらに、隣接する各層の結合部は焼結によって結合される。
【００３１】
本発明の更に他の金型においては、さらに、隣接する各層の結合部のうち、少なくとも一つの結合部において、各材料の含有率を徐々に変化させた傾斜層が形成される。
【００３２】
本発明の更に他の金型においては、さらに、隣接する各層は、結合部材によって結合して形成される。
【００３３】
本発明の更に他の金型においては、さらに、前記最外層の表面に凹凸が形成される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、ＣＤ、ＤＶＤ等のディスク基板のほかに、レンズ等の精密部品を成形品として製造するための金型について説明する。
【００３５】
図３は本発明の第１の実施の形態における金型の製造装置の概念図、図４は本発明の第１の実施の形態における金型の製造方法を示す概念図である。
【００３６】
図において、２１は放電プラズマ焼結装置、２２は円筒形の形状を有する密封された筐（きょう）体であり、該筐体２２内のチャンバは、雰囲気制御部１６に配設された真空発生源としての図示されない真空ポンプに接続され、該真空ポンプを作動させることによって真空にされる。なお、筐体２２内を真空にするのに代えて、筐体２２内にアルゴンガス等の不活性ガスを充填することもできる。また、前記筐体２２の壁内には、図示されない冷却管が配設され、該冷却管内を冷却媒体としての冷却水が循環させられ、前記チャンバが冷却される。そのために、前記冷却管は、冷却系４１を介して冷却装置１７と接続され、該冷却装置１７から冷却系４１を介して冷却管に冷却水が供給される。
【００３７】
また、３１は、導電性の材料、例えば、グラファイトから成る円筒状のダイであり、該ダイ３１の上方及び下方に、導電性の材料、例えば、グラファイトから成る、第１、第２のパンチとしての棒状の上パンチ３２及び下パンチ３３が配設される。該上パンチ３２及び下パンチ３３は、互いに対向させて配設され、それぞれ、ダイ３１内に向けて突出させて形成されたパンチ本体部２３、２６、並びに上パンチ３２の上端及び下パンチ３３の下端においてパンチ本体部２３、２６と一体に形成されたフランジ状の押圧部２４、２７を備える。なお、前記ダイ３１、上パンチ３２及び下パンチ３３によって焼結型２５が構成される。また、本実施の形態において、ダイ３１、上パンチ３２及び下パンチ３３は、グラファイトによって形成されるが、グラファイトに代えて、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、カーボン（Ｃ）等の融点が１１００〔℃〕以上である導電性の材料を使用することができる。
【００３８】
前記上パンチ３２より上方に第１の電極としての上電極３４が、前記下パンチ３３より下方に第２の電極としての下電極３５がそれぞれ垂直方向に延在させて配設される。そして、前記上電極３４は、下端において上パンチ３２に当接させられる電極端子４３、上端において直流の電源３７と接続される電極端子４４、及び電極端子４３、４４間を連結し、かつ、筐体２２を貫通して形成された胴部４５を備える。また、前記下電極３５は、上端において下パンチ３３に当接させられる電極端子４６、下端において電源３７と接続される電極端子４７、及び電極端子４６、４７間を連結し、かつ、筐体２２を貫通して形成された胴部４８を備える。
【００３９】
前記上電極３４及び下電極３５内にはそれぞれ冷却管５３、５４が配設され、該冷却管５３、５４内を前記冷却水が循環させられ、上電極３４及び下電極３５を冷却するとともに、上パンチ３２及び下パンチ３３を介してダイ３１を間接的に冷却する。そして、ダイ３１の所定の箇所に温度検出部としての図示されない温度センサが配設され、該温度センサのセンサ出力が温度検出装置５５に送られる。したがって、該温度検出装置５５によって、ダイ３１、上電極３４及び下電極３５の温度を検出することができる。
【００４０】
また、前記上電極３４及び下電極３５は上下方向に移動自在に配設されるとともに、前記上電極３４の上端及び下電極３５の下端に加圧機構３６が連結され、該加圧機構３６によって発生させられた加圧力Ｐが上電極３４及び下電極３５を介して上パンチ３２及び下パンチ３３に伝達され、上電極３４及び上パンチ３２を下方に向けて、下電極３５及び下パンチ３３を上方に向けて移動させる。前記ダイ３１内に焼結用粉末３０が充填され、前記加圧機構３６が作動させられ、上電極３４及び下電極３５を移動させることによって、前記加圧力Ｐで焼結用粉末３０が加圧される。なお、前記加圧機構３６の図示されない駆動部としては、サーボモータ、減速機等が使用されるが、油圧シリンダ、空圧シリンダ等を使用することもできる。
【００４１】
そして、前記上電極３４及び下電極３５の位置を検出するために、上電極３４及び下電極３５に隣接させて位置検出部としての図示されない位置センサが配設され、該位置センサのセンサ出力が位置検出装置５６に送られる。したがって、該位置検出装置５６によって、上電極３４及び下電極３５の位置を検出することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、上電極３４及び下電極３５が移動自在に配設され、上電極３４及び下電極３５を移動させることによって焼結用粉末３０を加圧するようになっているが、上電極３４及び下電極３５のうちの一方の電極を固定し、他方の電極を移動自在に配設するとともに、他方の電極を移動させることによって焼結用粉末３０を加圧することもできる。
【００４３】
前記加圧機構３６によって、所定の加圧力Ｐを発生させ、該加圧力Ｐを上電極３４及び下電極３５に伝達するために、また、電源３７によって所定のパルスで所定の電圧を発生させるために制御部３８が配設され、該制御部３８と加圧機構３６及び電源３７とが接続される。また、前記制御部３８と雰囲気制御部１６、冷却装置１７、温度検出装置５５及び位置検出装置５６とが接続され、温度検出装置５５によって検出された温度及び位置検出装置５６によって検出された位置に基づいて、加圧機構３６による加圧力Ｐがフィードバック制御されるとともに、電源３７によるパルス幅、電圧等がフィードバック制御される。さらに、前記温度に基づいて冷却装置１７が作動させられ、上電極３４及び下電極３５の温度がフィードバック制御される。
【００４４】
前記構成の放電プラズマ焼結装置２１において、放電プラズマ焼結を行う場合、まず、上電極３４を上方に移動させ、上パンチ３２を上方に移動させてダイ３１の上端を開口させ、ダイ３１及び下パンチ３３によって形成された有底の充填室に所定の材料から成る焼結用粉末３０を充填する。
【００４５】
続いて、上パンチ３２及び上電極３４を下方に移動させ、前記充填室を密閉した後、前記制御部３８の図示されない加圧処理手段は、加圧処理を行い、加圧機構３６を作動させて上電極３４及び下電極３５を介して上パンチ３２及び下パンチ３３を移動させて、焼結用粉末３０を所定の加圧力Ｐで加圧する。そして、前記制御部３８の図示されない電圧印加処理手段は、電圧印加処理を行い、電源３７を作動させて、上電極３４と下電極３５との間を約１０分間パルス通電する。そのために、上電極３４と下電極３５との間に、例えば、０．１〜５〔Ｖ〕の電圧が印加され、約１０００〜８０００〔Ａ〕の直流のパルス状の電流が流される。なお、本実施の形態においては、直流のパルス状の電流が流されるようになっているが、矩（く）形波、三角波、台形波等の電流を流したり、交番電流を流したりすることもできる。さらに、一定の時間同じ値の電流を流すこともできる。
【００４６】
これに伴って、焼結用粉末３０は、加熱されて約５００〜３０００〔℃〕の温度になり、放電プラズマ焼結によって焼結され、焼結体になる。この場合、焼結用粉末３０を構成する各粉末が互いに接触する点において熱が発生し、各粉末同士が結合する。なお、焼結用粉末３０の取扱性を良好にするために、焼結用粉末３０に所定のバインダが添加されるが、該バインダは前記パルス状の電流が流れる際に吹き飛ばされる。
【００４７】
この場合、上電極３４−上パンチ３２−焼結用粉末３０−下パンチ３３−下電極３５から成る第１の通電経路、上電極３４−上パンチ３２−ダイ３１−下パンチ３３−下電極３５から成る第２の通電経路、及び上電極３４−上パンチ３２−焼結用粉末・ダイ界面（焼結用粉末３０とダイ３１との間の界面）−下パンチ３３−下電極３５から成る第３の通電経路が形成されるが、第１〜第３の通電経路を流れる電流を適正に制御することによって、焼結用粉末３０を適正に焼結することができる。
【００４８】
続いて、わずかに遅れてダイ３１、上パンチ３２及び下パンチ３３がジュール熱によって加熱され、焼結体が保温され、その後、該焼結体は冷却系４１から供給される冷却水によって、冷却され、金型になる。このとき、焼結体を保温する時間は約１０〜３０分にされ、焼結体を冷却する時間は約３０分にされる。
【００４９】
続いて、上パンチ３２及び上電極３４が上昇させられ、前記充填室から金型が取り出される。
【００５０】
次に、前記放電プラズマ焼結装置２１によって製造された金型について説明する。
【００５１】
図１は本発明の第１の実施の形態における金型の断面図である。
【００５２】
図において、６１は互いに熱伝導率が異なる少なくとも二つの層、本実施の形態においては、三つの層から成り、入子として使用される金型、６２はステンレス系の鋼材から成り、所定のパターンで湾曲させられた結合面Ｓ１１を備えた第１の層としての基層、６３はキャビティ空間に向けて型表面Ｓ１３を形成する第２の層としての最外側の層、すなわち、最外層、６４は、基層６２と最外層６３との間に形成され、セラミックス等の熱伝導率の低い材料から成り、平坦な結合面Ｓ１２を備えた第３の層及び中間層としての断熱層、７１はキャビティ空間内に形成された原型基板、７２は金型装置の図示されないスプルー内に形成されたスプルー部である。本実施の形態においては、基層６２、最外層６３及び断熱層６４は、隣接する層同士が焼結によって結合して形成される。なお、前記結合面Ｓ１１、Ｓ１２は、それぞれ、基層６２と断熱層６４との間、断熱層６４と最外層６３との間の結合部を構成する。また、前記型表面Ｓ１３に微細な凹凸から成るパターンが形成される。
【００５３】
本実施の形態において、基層６２は第１の材料としてのＳＵＳ３０４によって、最外層６３は第２の材料としての純粋ニッケルによって、断熱層６４は第３の材料としてのジルコニア（酸化ジルコニウムＺｒＯ_２）によって形成される。
【００５４】
なお、基層６２をＳＵＳ３０４に代えて銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）等によって形成したり、最外層６３を純粋ニッケルに代えてアルミニウム（Ａｌ）、銅等によって形成したり、断熱層６４をジルコニアに代えてアルミナ（酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３）によって形成したりすることもできる。また、前記最外層６３を形成するための第２の材料としては、融点が４００〔℃〕以上であり、削り代を厚く採ることができ、鏡面性及び離型性が良く、ピンホールが形成されにくいものが好ましい。
【００５５】
ところで、基層６２及び最外層６３が金属で形成されるのに対して、断熱層６４はセラミックスで形成されるので、基層６２及び最外層６３と断熱層６４とを直接結合すると、温度変化によって結合部に無理な応力が生じるので、結合性が悪い。そこで、前記基層６２と断熱層６４との間、及び最外層６３と断熱層６４との間の結合性を一層向上させるために、前記各結合部において、第１、第２の傾斜層を中間層として形成することができる。その場合、基層６２、最外層６３、断熱層６４及び第１、第２の傾斜層は、隣接する層同士が焼結によって結合して形成される。
【００５６】
そして、基層６２と断熱層６４との間に形成される第１の傾斜層は基層６２及び断熱層６４を構成する材料から成り、最外層６３と断熱層６４との間に形成される第２の傾斜層は最外層６３及び断熱層６４を構成する材料から成り、例えば、第１の傾斜層に、ＳＵＳ３０４及びジルコニアがそれぞれ５０〔重量％〕の含有率で含有され、第２の傾斜層に、純粋ニッケル及びジルコニアがそれぞれ５０〔重量％〕の含有率で含有される。したがって、基層６２及び最外層６３と断熱層６４との結合性を向上させることができ、基層６２及び最外層６３と断熱層６４とが剥（は）がれることがなくなる。
【００５７】
また、第１、第２の傾斜層のうちの少なくとも一方を、更に複数の層から成る多層構造にし、第１の傾斜層におけるＳＵＳ３０４及びジルコニアの含有率、及び第２の傾斜層における純粋ニッケル及びジルコニアの含有率の一方を、段階的に、又は連続的に変化させることができる。
【００５８】
その場合、例えば、第１の傾斜層は、ＳＵＳ３０４及びジルコニアが、それぞれ、９０、１０〔重量％〕の含有率で含有される層、８０、２０〔重量％〕の含有率で含有される層、７０、３０〔重量％〕の含有率で含有される層、６０、４０〔重量％〕の含有率で含有される層、５０、５０〔重量％〕の含有率で含有される層、４０、６０〔重量％〕の含有率で含有される層、３０、７０〔重量％〕の含有率で含有される層、２０、８０〔重量％〕の含有率で含有される層、及び１０、９０〔重量％〕の含有率で含有される層から成る。
【００５９】
また、例えば、第２の傾斜層は、ジルコニア及び純粋ニッケルが、それぞれ、９０、１０〔重量％〕の含有率で含有される層、８０、２０〔重量％〕の含有率で含有される層、７０、３０〔重量％〕の含有率で含有される層、６０、４０〔重量％〕の含有率で含有される層、５０、５０〔重量％〕の含有率で含有される層、４０、６０〔重量％〕の含有率で含有される層、３０、７０〔重量％〕の含有率で含有される層、２０、８０〔重量％〕の含有率で含有される層、及び１０、９０〔重量％〕の含有率で含有される層から成る。
【００６０】
このように、第１、第２の傾斜層のうちの少なくとも一方を更に多層構造にすると、基層６２及び最外層６３のうちの少なくとも一方と断熱層６４との結合性を一層良くすることができる。なお、前記各層の成分の含有率は、重量％で変化させるようになっているが、体積％で変化させることもできる。
【００６１】
次に、前記構成の金型６１を使用し、成形品としてディスク基板を製造するための金型装置について説明する。
【００６２】
図５は本発明の第１の実施の形態における金型装置及び射出装置の要部を示す断面図である。
【００６３】
図において、７５は固定金型７６及び可動金型７７から成る金型装置であり、前記可動金型７７は、図示されない型締装置によって固定金型７６と接離させられ、型閉じ、型締め及び型開きが行われ、型閉じ及び型締め時において、固定金型７６と可動金型７７との間にキャビティ空間Ｃが形成される。前記可動金型７７には、金型６１が入子としてセットされる。
【００６４】
前記固定金型７６には、スプルー８１が形成され、射出装置の射出ノズル８３が当接させられる。そして、前記射出ノズル８３から成形材料としての樹脂が射出されると、樹脂はスプルー８１を流れ、ゲート８２を通過してキャビティ空間Ｃに充填される。キャビティ空間Ｃ内の樹脂は、その後冷却されて原型基板７１（図１）になる。続いて、該原型基板７１に対して、図示されないカットパンチによって穴開け加工が行われ、ディスク基板が製造される。
【００６５】
本実施の形態においては、最外層６３と基層６２との間に断熱層６４が配設されるので、キャビティ空間Ｃに充填された樹脂の熱は、緩やかに最外層６３、断熱層６４及び基層６２を介して可動金型７７に伝達されることになる。
【００６６】
図６は本発明の第１の実施の形態における金型の特性を示す図である。なお、図において、横軸に時間を、縦軸に温度を採ってある。この場合、銅は熱伝導率が高いので、銅を基層６２に用いることによって冷却効果を高くするようにしている。
【００６７】
図において、Ｌ１は本発明の金型６１（図１）を使用してキャビティ空間Ｃに樹脂を充填したときの型表面Ｓ１３の温度の推移を示す線、Ｌ２は従来の金型１１（図２参照）を使用してキャビティ空間Ｃに樹脂を充填したときの型表面Ｓ２の温度の推移を示す線、Ｔｍは金型原型１２及び基層６２の温度である。
【００６８】
従来の金型１１においては、タイミングｔ１で樹脂がキャビティ空間Ｃに充填されると、充填された樹脂の熱は直ちに金型原型１２に伝達され、型表面Ｓ２の温度は急激に低下する。したがって、キャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度は十分に上昇しないまま冷却工程が終了するタイミングｔ２でディスク基板が取り出される。その後、タイミングｔ３で型表面Ｓ２の温度が金型原型１２の温度Ｔｍと一致すると、次の充填工程が開始される。
【００６９】
それに対して、本発明の金型６１においては、タイミングｔ１で樹脂がキャビティ空間Ｃに充填されると、金型６１に断熱層６４が形成されているので、充填された樹脂の熱は直ちに基層６２に伝達されることはなく、型表面Ｓ１３の温度は樹脂の熱により上昇する。続いて、金型装置７５（図５）が冷却されるが、基層６２が銅によって構成されているので、型表面Ｓ１３は急激に冷却され、タイミングｔ２においてディスク基板が取り出される。その後、タイミングｔ３で型表面Ｓ１３の温度が基層６２の温度Ｔｍと一致すると、次の充填工程が開始される。
【００７０】
このように、金型６１を使用した場合には、充填直後において型表面Ｓ１３の温度を高くすることができるので、前記パターンを精度良く転写することができ、ディスク基板の品質を向上させることができる。さらに、基層６２の母材として銅を用いることによって、充填直後において樹脂の熱より高くされた型表面Ｓ１３の温度を急激に低くすことができる。したがって、成形サイクルを長くすることなく型表面Ｓ１３の温度を高くすることができ、ディスク基板の品質を向上させることができる。
【００７１】
ところで、射出ノズル８３から射出された樹脂は、スプルー８１を流れ、ゲート８２を通過してキャビティ空間Ｃに充填されるが、冷却される際のキャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度分布にばらつきが発生すると、キャビティ空間Ｃから取り出された後のディスク基板における各部の温度を均一にすることができなくなってしまう。
【００７２】
したがって、温度のばらつきによってディスク基板に歪みが発生し、ディスク基板を高い精度で安定して製造することができず、ディスク基板の品質が低下してしまう。また、ディスク基板の精度を高くするために、金型６１を熱伝導率の低い材料を用いて形成すると、型表面Ｓ１３の温度が低くなるまでに時間がかかり、成形サイクルが長くなってしまう。
【００７３】
そこで、本実施の形態においては、前記基層６２と断熱層６４との結合部の形状を、キャビティ空間Ｃ内の樹脂の冷却性向に対応させて設定するようにしている。なお、前記冷却性向は、キャビティ空間Ｃ内に進入した樹脂が冷却される際の各部の温度によって決まる樹脂の特性を表す。
【００７４】
ところで、前記冷却性向は冷却の要因によって各種の類型に分類される。そのうちの第１の類型の冷却性向は、ゲート８２からの距離によるものであり、その場合、射出ノズル８３から射出された樹脂は、スプルー８１を流れ、ゲート８２を通過してキャビティ空間Ｃ内に進入し、キャビティ空間Ｃ内において、ゲート８２に近い部分から離れた部分に向けて流れる。その間、樹脂は、キャビティ空間Ｃ内を流れるのに伴って金型装置７５によって冷却されるので、ゲート８２に近いほど温度が高く、ゲート８２から離れるほど低くなる。このように、ゲート８２からの距離によってキャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度分布が変化し、その結果、樹脂が冷却される際の各部の温度にばらつきが発生する。
【００７５】
また、第２の類型の冷却性向はキャビティ空間Ｃの厚さによるものである。この場合、キャビティ空間Ｃの厚さは、樹脂がゲート８２から進入した後に、キャビティ空間Ｃ内を進行する方向と直交する方向における厚さをいう。キャビティ空間Ｃの厚さが大きい部分ほど、金型装置７５による冷却の影響を受けにくく、樹脂の冷却速度が低くなり、キャビティ空間Ｃの厚さが小さい部分ほど、金型装置７５による冷却の影響を受けやすく、樹脂の冷却速度が高くなる。その結果、キャビティ空間Ｃの厚さによってキャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度分布が変化し、樹脂が冷却される際の各部の温度にばらつきが発生する。
【００７６】
ところで、本実施の形態においては、ゲート８２がキャビティ空間Ｃの中央に形成され、樹脂は、ゲート８２を通過してキャビティ空間Ｃに進入した後、キャビティ空間Ｃ内を中央部分から周辺部分に向けて流れる。したがって、本実施の形態においては、第１の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきが発生し、樹脂の温度は、ゲート８２に近いほど高く、ゲート８２から離れるほど低くなる。
【００７７】
また、本実施の形態においては、金型装置７５によってディスク基板を製造するようになっていて、キャビティ空間Ｃの厚さは均一にされるので、第２の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきは発生しない。
【００７８】
そこで、本実施の形態においては、第１の類型の冷却性向による樹脂の温度分布に基づいて前記基層６２と断熱層６４との結合部の形状がゲート８２からの距離に対応させて設定され、結合部の傾き及び断熱層６４の厚さをゲート８２に近いほど小さく、ゲート８２から離れるほど大きくする。
【００７９】
したがって、樹脂の冷却速度がゲート８２に近いほど高くなり、ゲート８２から離れるほど低くされるので、キャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度分布が一様になり、前記パターンを精度良く転写することができ、ディスク基板を高い精度で安定して製造することができる。その結果、ディスク基板の品質を向上させることができる。また、金型６１を熱伝導率の低い材料を用いて形成する必要がないので、型表面Ｓ１３の温度が低くなるまでの時間を短くすることができ、成形サイクルを短くすることができる。
【００８０】
そして、ディスク基板の性能を表す複屈折率の分布を径方向において一様にすることができるので、ディスク基板の品質を更に向上させることができる。
【００８１】
また、キャビティ空間Ｃから取り出された後のディスク基板における各部の温度を均一にすることができ、温度のばらつきによってディスク基板に歪みが発生するのを防止することができる。したがって、ディスク基板を一層高い精度で安定して製造することができ、ディスク基板の品質を一層向上させることができる。
【００８２】
ところで、本実施の形態において、前記キャビティ空間Ｃは、ディスク基板を製造するためのものであり、ゲート８２を中心に２次元の空間を構成するので、ゲート８２を通過してキャビティ空間Ｃ内に進入した樹脂は、円周方向における全体にわたって広がり、周辺部分に向けて流れる。したがって、キャビティ空間Ｃ内における各部分の樹脂の温度は、ゲート８２から前記各部分までの距離に比例して低くなるのではなく、距離の２乗に比例して低くなる。このことからすると、結合部の傾き及び断熱層６４の厚さをゲート８２から前記各部分までの距離に比例させて大きく（結合部の傾き及び断熱層６４の厚さの変化率を一定に）するのではなく、距離が長くなるほど結合部の傾き及び断熱層６４の厚さの変化率を大きくするのが好ましい。
【００８３】
そこで、前述されたように、前記基層６２は所定のパターンで湾曲させられた結合面Ｓ１１を備える。本実施の形態において、前記基層６２は、楕（だ）円状に湾曲させられているが、弧状に湾曲させたり、他の任意の曲線で湾曲させたり、階段状に変形させたりすることができる。なお、キャビティ空間Ｃ内の各部分の樹脂の温度が距離の２乗に比例して低くなることを考慮して、断熱層６４の厚さをゲート８２からの距離の２乗に比例して大きくすることもできる。
【００８４】
次に、前記放電プラズマ焼結装置２１（図３）によって、金型６１を製造する方法について説明する。
【００８５】
本実施の形態においては、前述されたように、金型６１は、基層６２、断熱層６４及び最外層６３が順に積層された積層体構造を有するので、放電プラズマ焼結装置２１の充填室に充填される焼結用粉末３０も、基層６２、断熱層６４及び最外層６３にそれぞれ対応する多層粉末によって構成される。本実施の形態においては、前記基層６２、断熱層６４及び最外層６３は、いずれも、粉末を焼結させることによって形成されるが、所定の層を板材、ブロック等の固形物で形成することもできる。
【００８６】
まず、上パンチ３２及び上電極３４を上方に向けて移動させ、前記充填室に、ＳＵＳ３０４の粉末を第１の粉末として所定の厚さになるように充填し、次に、第１の粉末の上に、ジルコニアの粉末を第２の粉末として成形品の冷却性向に対応した所定の厚さになるように充填し、続いて、該第２の粉末の上に、純粋ニッケルの粉末を第３の粉末として所定の厚さになるように充填する。このようにして、第１〜第３の粉末によって第１〜第３の粉末層が形成され、第１〜第３の粉末層によって多層粉末から成る焼結用粉末３０が形成される。
【００８７】
次に、上パンチ３２及び上電極３４を下方に向けて移動させ、焼結用粉末３０に対して放電プラズマ焼結を行うと、金型６１が一体に形成される。続いて、上パンチ３２及び上電極３４を上方に向けて移動させ、金型６１を取り出し、型表面Ｓ１３に対してダイヤモンドバイト切削による仕上加工を行い、型表面Ｓ１３に微細な凹凸から成るパターンを形成し、金型６１を仕上げる。
【００８８】
なお、第１の傾斜層を形成する場合、前記充填室に第１の粉末を充填した後に、該第１の粉末の上に、例えば、ＳＵＳ３０４の粉末及びジルコニアの粉末をそれぞれ５０〔重量％〕の含有率で混合し、混合によって得られた混合粉末を所定の厚さになるように充填する。また、第２の傾斜層を形成する場合、前記第２の粉末の上に、例えば、純粋ニッケルの粉末及びジルコニアの粉末をそれぞれ５０〔重量％〕の含有率で混合し、混合によって得られた混合粉末を所定の厚さになるように充填する。
【００８９】
このように、本実施の形態においては、金型６１の表面に、めっき処理を行うことなく、放電プラズマ焼結によって最外層６３が形成されるので、そのための作業を容易にすることができるだけでなく、金型６１を製造するのに必要な時間を短くすることができる。したがって、金型６１のコストを低くすることができる。
【００９０】
また、表１に示されるように、基層６２を構成するＳＵＳ３０４の熱膨張係数が１７．３×１０^−６〔１／°Ｋ〕であり、最外層６３を構成する純粋ニッケルの熱膨張係数が１６．３×１０^−６〔１／°Ｋ〕であるのに対して、断熱層６４を構成するジルコニアの熱膨張係数が９．４×１０^−６〔１／°Ｋ〕であり、温度が変化したときのＳＵＳ３０４及び純粋ニッケルとジルコニアとの熱膨張差が小さい。したがって、温度の変化によって基層６２及び最外層６３と断熱層６４との界面に無理な応力が発生しないので、結合性がよい。
【００９１】
【表１】

【００９２】
同様に、アルミナの熱膨張係数が７．６×１０^−６〔１／°Ｋ〕であり、温度が変化したときのＳＵＳ３０４及び純粋ニッケルとアルミナとの熱膨張差が小さいので、第３の材料としてアルミナを使用した場合も、温度の変化によって基層６２及び最外層６３と断熱層６４との界面に無理な応力が発生しないので、結合性がよい。
【００９３】
また、ＳＵＳ３０４の焼結温度が１０００〔℃〕であり、純粋ニッケルの焼結温度が９００〜１０００〔℃〕であるのに対して、ジルコニアの焼結温度が１０００〜１２００〔℃〕であり、焼結条件がＳＵＳ３０４及び純粋ニッケルとジルコニアとでほぼ等しい。したがって、焼結状態を良好にすることができるので、結合性がよい。なお、表１において、熱伝導率及び比熱も併せて示す。
【００９４】
同様に、アルミナの焼結温度が１０００〜１２００〔℃〕であり、焼結条件がＳＵＳ３０４及び純粋ニッケルとアルミナとでほぼ等しい。したがって、焼結状態を良好にすることができるので、結合性がよい。
【００９５】
そして、最外層６３を形成する際に、めっき処理が行われないので、最外層６３に気泡が入り込むことがなく、最外層６３に歪みが発生することがない。したがって、金型６１を高い精度で製造することができる。
【００９６】
本実施の形態においては、放電プラズマ焼結が行われた後、型表面Ｓ１３に対してダイヤモンドバイト切削による仕上加工を行い、型表面Ｓ１３に微細な凹凸から成るパターンを形成し、金型６１を仕上げるようになっているが、上パンチ３２の焼結用粉末３０と対向する面に、ディスク基板の形状、すなわち、凹凸に対応させて型パターンを形成しておくことによって、ダイヤモンドバイト切削による仕上加工を不要にすることができる。
【００９７】
本実施の形態においては、最初に第１〜第３の粉末層が形成され、第１〜第３の粉末層によって焼結用粉末３０が形成され、続いて、焼結用粉末３０に対して放電プラズマ焼結が行われるようになっているが、粉末の充填及び焼結を逐次行い、第１〜第３の粉末のうちの所定の粉末を充填するごとに所定の粉末層から成る焼結用粉末を形成し、該焼結用粉末に対して放電プラズマ焼結を段階的に行うことができる。
【００９８】
次に、成形品として、プラスチック製のレンズとして凸レンズを製造する場合の本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００９９】
図７は本発明の第２の実施の形態における金型及び凸レンズの断面図である。
【０１００】
図において、２６１は放電プラズマ焼結によって形成され、入子として使用される金型、２６２は第１の材料としてのＳＵＳ３０４から成る第１の層としての基層、２６３は第２の材料としての純粋ニッケルから成る第２の層としての最外層、２６４は第３の材料としてのジルコニアから成る第３の層及び中間層としての断熱層、２７１は凸レンズ、２７２はゲートである。なお、説明の便宜上、第１、第２の傾斜層は省略してある。
【０１０１】
ところで、本実施の形態においては、ゲート２７２がキャビティ空間Ｃ（図５）の周辺部分に形成され、成形材料としての樹脂は、ゲート２７２を通過してキャビティ空間Ｃに進入した後、キャビティ空間Ｃ内を周辺部分から中央部分に向けて流れた後、中央部分から周辺部分に向けて流れる。したがって、本実施の形態においては、第１の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきが発生し、樹脂の温度は、ゲート２７２に近いほど高く、ゲート２７２から離れるほど低くなる。
【０１０２】
ところが、本実施の形態においては、金型装置７５によって凸レンズ２７１を製造するようになっていて、キャビティ空間Ｃの厚さは、中央部分に近いほど大きく、周辺部分に近いほど小さい。したがって、本実施の形態においては、第２の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきが併せて発生し、樹脂の温度は、中央部分に近いほど高く、周辺部分に近いほど低くなる。
【０１０３】
そこで、本実施の形態においては、第１、第２の類型の冷却性向による樹脂の温度分布に基づいて、前記基層２６２と断熱層２６４との結合部の形状が、ゲート２７２からの距離及びキャビティ空間Ｃの厚さに対応させて設定され、断熱層２６４の厚さを中央部分に近いほど小さく、中央部分から離れるほど大きくするとともに、周辺部分における結合部の傾きをゲート２７２に近い側において小さく、ゲート２７２から離れる側において大きくするのが好ましい。
【０１０４】
したがって、樹脂の冷却速度が中央部分に近いほど高くなり、中央部分から離れるほど低くされるので、キャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度分布が一様になり、収縮率も一様になる。その結果、凸レンズ２７１の表面の形状（例えば、球面、非球面等の湾曲面だけでなく、平面等）の精度を高くすることができ、凸レンズ２７１を高い精度で安定して製造することができ、凸レンズ２７１の品質を向上させることができる。
【０１０５】
そして、キャビティ空間Ｃから取り出された後の凸レンズ２７１における各部の温度を均一にすることができ、温度のばらつきによって凸レンズ２７１に歪みが発生するのを防止することができる。したがって、凸レンズ２７１を一層高い精度で安定して製造することができ、凸レンズ２７１の品質を一層向上させることができる。
【０１０６】
前記第１、第２の実施の形態においては、キャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度分布及びキャビティ空間Ｃの厚さが連続的に変化するようになっているが、成形品の形状によっては、キャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度分布及びキャビティ空間Ｃの厚さが不連続に変化する。
【０１０７】
そこで、成形品の形状に対応させて断熱層２６４の厚さを変化させるようにした本発明の第３の実施の形態について説明する。
【０１０８】
図８は本発明の第３の実施の形態における金型装置の断面図である。
【０１０９】
図において、２８１は放電プラズマ焼結によって形成され、入子として使用される金型、２８２は第１の材料としてのＳＵＳ３０４から成る第１の層としての基層、２８３は第２の材料としての純粋ニッケルから成る第２の層としての最外層、２８４は第３の材料としてのジルコニアから成る第３の層及び中間層としての断熱層、２９２はゲート、２９６は固定金型、Ｃはキャビティ空間である。なお、説明の便宜上、第１、第２の傾斜層は省略してある。
【０１１０】
また、前記ゲート２９２は、キャビティ空間Ｃの中央部分に形成され、キャビティ空間Ｃは、周辺部分に、径方向寸法の大きい肉厚の環状部分Ｃａを備える。
【０１１１】
ところで、本実施の形態においては、ゲート２９２がキャビティ空間Ｃの中央に形成され、成形材料としての樹脂は、ゲート２９２を通過してキャビティ空間Ｃに進入した後、キャビティ空間Ｃ内を中央部分から周辺部分に向けて流れる。したがって、本実施の形態においては、第１の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきが発生し、樹脂の温度は、ゲート２９２に近いほど高く、ゲート２９２から離れるほど低くなる。
【０１１２】
ところが、本実施の形態においては、キャビティ空間Ｃの厚さは環状部分Ｃａにおいて大きい。したがって、本実施の形態においては、第２の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきが発生し、樹脂の温度は、環状部分Ｃａにおいて所定の量だけ高くなる。
【０１１３】
そこで、本実施の形態においては、第１、第２の類型の冷却性向による樹脂の温度分布に基づいて前記基層２８２と断熱層２８４との結合部の形状がゲート２９２からの距離及びキャビティ空間Ｃの厚さに対応させて設定され、断熱層２８４の厚さを、前記ゲート２９２の付近において小さく、ゲート２９２と環状部分Ｃａとの間において大きくし、前記環状部分Ｃａにおいて小さくする。
【０１１４】
したがって、樹脂の冷却速度が前記ゲート２９２の付近において高くなり、ゲート２９２と環状部分Ｃａとの間において低くなり、前記環状部分Ｃａにおいて高くなるので、キャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度分布が一様になり、収縮率も一様になる。その結果、成形品を高い精度で安定して製造することができ、成形品の品質を向上させることができる。
【０１１５】
そして、キャビティ空間Ｃから取り出された後の成形品における各部の温度を均一にすることができ、温度のばらつきによって成形品に歪みが発生するのを防止することができる。したがって、成形品を一層高い精度で安定して製造することができ、成形品の品質を一層向上させることができる。
【０１１６】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【０１１７】
図９は本発明の第４の実施の形態における金型装置の断面図である。
【０１１８】
図において、３０１は放電プラズマ焼結によって形成され、入子として使用される金型、３０２は第１の材料としてのＳＵＳ３０４から成る第１の層としての基層、３０３は第２の材料としての純粋ニッケルから成る第２の層としての最外層、３０４は第３の材料としてのジルコニアから成る第３の層及び中間層としての断熱層、３１２はゲート、３１６は固定金型、Ｃはキャビティ空間である。なお、説明の便宜上、第１、第２の傾斜層は省略してある。
【０１１９】
この場合、前記ゲート３１２は、キャビティ空間Ｃの周辺部分に形成され、キャビティ空間Ｃの厚さは均一である。
【０１２０】
ところで、本実施の形態においては、ゲート３１２がキャビティ空間Ｃの周縁部に形成され、成形材料としての樹脂は、ゲート３１２を通過してキャビティ空間Ｃに進入した後、キャビティ空間Ｃ内を周辺部分から中央部分に向けて流れた後、中央部分から反対側の周辺部分に向けて流れる。したがって、本実施の形態においては、第１の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきが発生し、樹脂の温度は、ゲート３１２に近いほど高く、ゲート３１２から離れるほど低くなる。
【０１２１】
また、本実施の形態において、キャビティ空間Ｃの厚さは均一にされるので、第２の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきは発生しない。
【０１２２】
そこで、本実施の形態においては、第１の類型の冷却性向による樹脂の温度分布に基づいて前記基層３０２と断熱層３０４との結合部の形状がゲート３１２からの距離に対応させて設定され、前記結合部の傾き及び断熱層３０４の厚さをゲート３１２に近いほど小さく、ゲート３１２から離れるほど大きくする。
【０１２３】
したがって、樹脂の冷却速度がゲート３１２に近いほど高くなり、ゲート３１２から離れるほど低くされるので、キャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度分布が一様になり、収縮率も一様になる。その結果、成形品を高い精度で安定して製造することができ、成形品の品質を向上させることができる。
【０１２４】
また、金型装置７５（図５）から取り出した成形品の各部の温度を均一にすることができ、温度のばらつきによって成形品に歪みが発生するのを防止することができる。したがって、成形品を一層高い精度で安定して製造することができ、成形品の品質を一層向上させることができる。
【０１２５】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【０１２６】
図１０は本発明の第５の実施の形態における金型装置の断面図である。
【０１２７】
図において、３２１は放電プラズマ焼結によって形成され、入子として使用される金型、３２２は第１の材料としてのＳＵＳ３０４から成る第１の層としての基層、３２３は第２の材料としての純粋ニッケルから成る第２の層としての最外層、３２４は第３の材料としてのジルコニアから成る第３の層及び中間層としての断熱層、３３２はゲート、３３６は固定金型、Ｃはキャビティ空間である。なお、説明の便宜上、第１、第２の傾斜層は省略してある。
【０１２８】
この場合、前記ゲート３３２は、キャビティ空間Ｃの周縁部に形成され、キャビティ空間Ｃの厚さは、中央部分に近いほど大きく、周辺部分に近いほど小さい。
【０１２９】
ところで、本実施の形態においては、ゲート３３２がキャビティ空間Ｃの周縁部に形成され、成形材料としての樹脂は、ゲート３３２を通過してキャビティ空間Ｃに進入した後、キャビティ空間Ｃ内を周辺部分から中央部分に向けて流れた後、中央部分から反対側の周辺部分に向けて流れる。したがって、本実施の形態においては、第１の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきが発生し、樹脂の温度は、ゲート３３２に近いほど高く、ゲート３３２から離れるほど低くなる。
【０１３０】
ところが、本実施の形態においては、キャビティ空間Ｃの厚さは、中央部分に近いほど大きく、周辺部分に近いほど小さい。したがって、本実施の形態においては、第２の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきが併せて発生し、第２の類型の冷却性向によって、樹脂の温度は、中央部分に近いほど高く、周辺部分に近いほど低くなる。
【０１３１】
そこで、本実施の形態においては、第１、第２の類型の冷却性向による樹脂の温度分布に基づいて前記基層３２２と断熱層３２４との結合部の形状がゲート３３２からの距離及びキャビティ空間Ｃの厚さに対応させて設定され、断熱層３２４の厚さをゲート３３２から中央部分に向けて徐々に小さくし、中央部分から反対側の周辺部分側に離れるほど大きくする。
【０１３２】
したがって、金型装置７５（図５）から取り出した成形品の各部の温度を均一にすることができ、温度のばらつきによって成形品に歪みが発生するのを防止することができる。その結果、成形品を一層高い精度で安定して製造することができ、成形品の品質を一層向上させることができる。
【０１３３】
次に、成形品として、プラスチック製のレンズとして凹レンズを製造する場合の本発明の第６の実施の形態について説明する。
【０１３４】
図１１は本発明の第６の実施の形態における金型及び凹レンズの断面図である。
図において、３４１は放電プラズマ焼結によって形成され、入子として使用される金型、３４２は第１の材料としてのＳＵＳ３０４から成る第１の層としての基層、３４３は第２の材料としての純粋ニッケルから成る第２の層としての最外層、３４４は第３の材料としてのジルコニアから成る第３の層及び中間層としての断熱層、３５１は凹レンズ、３５２はキャビティ空間Ｃ（図１０）の周辺部分に形成されたゲートである。なお、説明の便宜上、第１、第２の傾斜層は省略してある。
【０１３５】
ところで、本実施の形態においては、ゲート３５２がキャビティ空間Ｃの周辺部分に形成され、成形材料としての樹脂は、ゲート３５２を通過してキャビティ空間Ｃに進入した後、キャビティ空間Ｃ内を周辺部分から中央部分に向けて流れた後、中央部分から反対側の周辺部分に向けて流れる。したがって、本実施の形態においては、第１の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきが発生し、樹脂の温度は、ゲート３５２に近いほど高く、ゲート３５２から離れるほど低くなる。
【０１３６】
また、本実施の形態においては、キャビティ空間Ｃの厚さは、中央部分に近いほど小さく、周辺部分に近いほど大きい。したがって、本実施の形態においては、第２の類型の冷却性向による樹脂の温度分布のばらつきが併せて発生し、第２の類型の冷却性向によって、樹脂の温度は、中央部分に近いほど低く、周辺部分に近いほど高くなる。
【０１３７】
そこで、本実施の形態においては、第１、第２の類型の冷却性向による樹脂の温度分布に基づいて前記基層３４２と断熱層３４４との結合部の形状がゲート３５２からの距離及びキャビティ空間Ｃの厚さに対応させて設定され、断熱層３４４の厚さをゲート３５２から中央部分に向けて離れるほど大きくし、中央部分から反対側の周辺部分側に向けてほぼ一定にされる。
【０１３８】
したがって、樹脂の冷却速度がゲート３５２から離れるほど低くされるので、キャビティ空間Ｃ内の樹脂の温度分布が一様になり、収縮率も一様になる。その結果、凹レンズ３５１の表面の形状（例えば、球面、非球面等の湾曲面だけでなく、平面等）の精度を高くすることができ、凹レンズ３５１を高い精度で安定して製造することができ、凹レンズ３５１の品質を向上させることができる。
【０１３９】
そして、キャビティ空間Ｃから取り出された後の凹レンズ３５１における各部の温度を均一にすることができ、温度のばらつきによって凹レンズ３５１に歪みが発生するのを防止することができる。したがって、凹レンズ３５１を一層高い精度で安定して製造することができ、凹レンズ３５１の品質を一層向上させることができる。
【０１４０】
ところで、この場合、キャビティ空間Ｃの厚さは、中央部分に近いほど小さく、周辺部分に近いほど大きいが、キャビティ空間Ｃの周辺部分にゲート３５２が形成されるので、中央部分に近いほど樹脂が流れにくく、周辺部分に近いほど樹脂が流れやすくなり、中央部分を迂回して周辺部分を流れた樹脂がゲート３５２と反対側において合流する傾向が生じ、その結果、樹脂の流動末端においてウェルドラインが形成され易くなる。
【０１４１】
そこで、本実施の形態においては、断熱層３４４の厚さを中央部分において十分に大きくし、樹脂の温度を中央部分において十分に高くし、中央部分を迂回する樹脂を少なくするのが好ましい。
【０１４２】
したがって、前記断熱層３４４の厚さを、キャビティ空間Ｃ内の樹脂の流動性に対応させて、中央部分において十分に大きくするのが好ましい。
【０１４３】
ところで、キャビティ空間Ｃの全体において厚さが一様であっても、厚さが小さい場合と大きい場合とでは、キャビティ空間Ｃ内において樹脂の冷却速度が均一ではなくなる。そこで、キャビティ空間の厚さに対応させて基層と断熱層との結合部の形状を設定するようにした本発明の第７の実施の形態について説明する。
【０１４４】
図１２はキャビティ空間の厚さが樹脂の冷却速度に与える影響を説明する第１の図、図１３はキャビティ空間の厚さが樹脂の冷却速度に与える影響を説明する第２の図、図１４は本発明の第７の実施の形態における金型装置の断面図、図１５は本発明の第７の実施の形態における他の金型装置の断面図である。
【０１４５】
図１２及び１３において、７５は金型装置、７６は固定金型、７７は可動金型、８２はゲート、Ｃはキャビティ空間である。また、図１４及び１５において、３６１、３８１は放電プラズマ焼結によって形成され、入子として使用される金型、３６２、３８２は第１の材料としてのＳＵＳ３０４から成る第１の層としての基層、３６３、３８３は第２の材料としての純粋ニッケルから成る第２の層としての最外層、３６４、３８４は第３の材料としてのジルコニアから成る第３の層及び中間層としての断熱層、３７１、３７６、３９６は固定金型、３７２、３９２はキャビティ空間Ｃの中央部分に形成されたゲートである。なお、説明の便宜上、第１、第２の傾斜層は省略してある。
【０１４６】
ところで、図１２及び１３に示されるように、ゲート８２を通過した成形材料としての樹脂がキャビティ空間Ｃ内に進入すると、樹脂はキャビティ空間Ｃ内を移動するが、その間、樹脂は金型装置７５によって冷却されるので、最初に金型装置７５と接触する部分が冷却され、固化させられて、固定金型７６及び可動金型７７の内周面に近接するスキン層Ｓｒが形成される。そして、キャビティ空間Ｃ内に進入してきた樹脂は、前記スキン層Ｓｒより内側を流れる。
【０１４７】
このことからすると、図１２に示されるように、成形品としてディスク基板を製造する場合のように、キャビティ空間Ｃの厚さが小さい場合、前記スキン層Ｓｒより内側を流れる樹脂が少なくなるので、キャビティ空間Ｃの各部における冷却速度の差が大きくなり、ゲート８２に近いほど冷却速度が低く、ゲート８２から離れるほど冷却速度が高くなる。
【０１４８】
また、図１３に示されるように、キャビティ空間Ｃの厚さが大きい場合、前記スキン層Ｓｒより内側を流れる樹脂が多いので、キャビティ空間Ｃの各部における冷却速度の差が小さくなり、ゲート８２に近くても冷却速度が格別低くならず、ゲート８２から離れても冷却速度が格別高くならない。
【０１４９】
そこで、図１４及び１５に示されるように、キャビティ空間Ｃの厚さが小さいほど、結合部の傾き及び断熱層３６４の厚さの変化率が大きくされ、キャビティ空間Ｃの厚さが大きいほど、結合部の傾き及び断熱層３８４の厚さの変化率が小さくされる。
【０１５０】
したがって、成形品の種類によって、キャビティ空間Ｃの厚さが異なっても、金型装置７５から取り出した成形品の各部の温度を均一にすることができ、温度のばらつきによって成形品に歪みが発生するのを防止することができる。その結果、成形品を一層高い精度で安定して製造することができ、成形品の品質を一層向上させることができる。
【０１５１】
次に、放電プラズマ焼結によらず、各層を構成する部材を結合することによって、成形品としてディスク基板を製造するための金型を形成するようにした第８の実施の形態について説明する。
【０１５２】
図１６は本発明の第８の実施の形態における金型の断面図である。
【０１５３】
図において、５６１は入子として使用される金型、５６２は第１の材料から成る板状部材によって形成された第１の層としての基層、５６３は第２の材料から成る板状部材によって形成された第２の層としての最外層、５６４は第３の材料から成る板状部材によって形成され、中央部分から周辺部分にかけて徐々に厚くされた第３の層及び中間層としての断熱層、５６６、５６７は、隣接する各層間である基層５６２と断熱層５６４との間、及び最外層５６３と断熱層５６４との間に配設され、基層５６２と断熱層５６４との間、及び最外層５６３と断熱層５６４との間の当接状態を安定させるための接着材であり、基層５６２、接着材５６６、断熱層５６４、接着材５６７及び最外層５６３は、順に積層されて積層構造を形成し、結合部材としてのボルトｂｔ１、ｂｔ２によって連結され、結合される。
【０１５４】
また、前記基層５６２は所定のパターンで湾曲させられた結合面Ｓ２１を、断熱層５６４は平坦な結合面Ｓ２２を、最外層５６３は平坦な型表面Ｓ２３を備える。本実施の形態において、前記結合面Ｓ２１は楕円状に湾曲させられているが、弧状に湾曲させたり、他の任意の曲線で湾曲させたり、階段状に変形させたりすることができる。なお、前記結合面Ｓ２１、Ｓ２２は、それぞれ、基層５６２と断熱層５６４との間、断熱層５６４と最外層５６３との間の結合部を構成する。
【０１５５】
このように、断熱層５６４が中央部分から周辺部分にかけて徐々に厚くされるので、中央部分に近いほど成形材料としての樹脂の冷却速度が高くされ、周辺部分に近いほど冷却速度が低くされる。したがって、樹脂の温度分布が一様になり、前記パターンを精度良く転写することができ、ディスク基板の品質を向上させることができる。また、ディスク基板の性能を表す複屈折率の分布を径方向において一様にすることができるので、ディスク基板を高い精度で安定して製造することができ、ディスク基板の品質を向上させることができる。
【０１５６】
本実施の形態においては、前記第１の材料として鋼材、銅等が、第２の材料として純粋ニッケル、アルミニウム等が、第３の材料としてセラミックス等の熱伝導率の低い材料が使用される。
【０１５７】
また、各実施の形態においては、中間層に、熱伝導率の低い材料を用いた例を示したが、熱伝導率の高い材料を用い、結合部の形状を樹脂の冷却性向に対応させて設定することもできる。そして、基層及び最外層を形成した２層構造の金型においても、各層に熱伝導率の異なる材料を用いて、結合部の形状を樹脂の冷却性向に対応させて設定することもできる。
【０１５８】
また、各実施の形態において、ディスク基板、レンズ等の比較的簡単な断面形状を有する成形品について説明しているが、非対象形状の成形品、底の深い容器、成形時に比較的長い冷却時間を要する厚物成形品等を製造する場合においても、熱伝導率の異なる二つ以上の材料を用いて、材料間に形成される結合部の形状を樹脂の冷却性向に対応させて設定することもできる。
【０１５９】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１６０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、金型においては、熱伝導率の異なる二つの層を有する。
【０１６１】
そして、前記各層の間に形成される結合部の形状が、成形材料の冷却性向に対応させて設定される。
【０１６２】
この場合、結合部の形状が成形材料の冷却性向に対応させて設定されるので、金型を使用して成形品を製造したときに、成形材料の温度分布及び収縮率は一様になる。その結果、成形品を高い精度で安定して製造することができ、成形品の品質を向上させることができ、成形サイクルを短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における金型の断面図である。
【図２】従来の金型の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における金型の製造装置の概念図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における金型の製造方法を示す概念図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における金型装置及び射出装置の要部を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における金型の特性を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における金型及び凸レンズの断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における金型装置の断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態における金型装置の断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態における金型装置の断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態における金型及び凹レンズの断面図である。
【図１２】キャビティ空間の厚さが樹脂の冷却速度に与える影響を説明する第１の図である。
【図１３】キャビティ空間の厚さが樹脂の冷却速度に与える影響を説明する第２の図である。
【図１４】本発明の第７の実施の形態における金型装置の断面図である。
【図１５】本発明の第７の実施の形態における他の金型装置の断面図である。
【図１６】本発明の第８の実施の形態における金型の断面図である。
【符号の説明】
６１、２６１、２８１、３０１、３２１、３４１、３６１、３８１、５６１　　金型
６２、２６２、２８２、３０２、３２２、３４２、３６２、３８２、５６２　　基層
６３、２６３、２８３、３０３、３２３、３４３、３６３、３８３、５６３　　最外層
６４、２６４、２８４、３０４、３２４、３４４、３６４、３８４、５６４　　断熱層
８２、２７２、２９２、３１２、３３２、３５２、３７２、３９２　　ゲート
ｂｔ１、ｂｔ２　　ボルト
Ｃ　　キャビティ空間
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２　　結合面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mold.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an injection molding machine, a resin heated and melted in a heating cylinder is injected at a high pressure to fill a cavity space of a mold apparatus, and then cooled and solidified in the cavity space. Later, the molded product is taken out.
[0003]
The injection molding machine includes a mold device, a mold clamping device, and an injection device. The mold device includes a fixed mold and a movable mold. The mold clamping device includes a fixed platen, a movable platen, and a mold clamping motor. The mold closing motor is driven to move the movable platen forward and backward with respect to the fixed platen, thereby closing, closing and opening the mold of the mold apparatus.
[0004]
On the other hand, the injection device includes a heating cylinder for heating and melting the resin supplied from the hopper, an injection nozzle for injecting the melted resin, and the like. , Are rotatably arranged. Then, the resin is injected from the injection nozzle by driving the injection motor to advance by driving the injection motor, and the screw is rotated by driving the metering motor, and thereby the resin is measured by retracting. .
[0005]
By the way, the cooling tendency of the mold depends on the material of the base material. Further, when manufacturing precision parts such as a disk substrate and a plastic lens as a molded product, since the quality of the molded product is governed by the mold surface of the cavity space of the mold device, various dimensions of the mold device are required. High accuracy is required. Therefore, a mold is manufactured by the following method. In addition, the mold device not only includes a mold body such as a cavity and a core, but also includes a core attached to the mold body as necessary, an insert, and the like. The mold body, the core, the insert, and the like are collectively called a mold. When manufacturing a disk substrate, a stamper is used as an insert (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
FIG. 2 is a sectional view of a conventional mold.
[0007]
In the drawing, reference numeral 11 denotes a mold used as an insert, 12 denotes a mold having a flat (smooth) plane S1, that is, a mold mold, and 13 denotes a plating layer having a film thickness of 100 to 200 [μm]. That is, it is a nickel-phosphorus plating layer.
[0008]
When manufacturing the mold 11 having the above configuration, first, in a first step, a base material blank (not shown) made of a steel material such as SKD containing 2 to 5% chromium is prepared, and in a second step, Rough processing is performed on the base material blank within an error range of 20 to 200 [μm] to form the mold master 12. Next, in the third step, quenching and tempering are performed on the mold master 12.
[0009]
Then, in the fourth step, in order to form at least the mold surface S2 forming the cavity space of the mold prototype 12, the mold prototype 12 is subjected to electroless nickel-phosphorus plating, and nickel-phosphorus plating is performed. The phosphorous plating layer 13 is formed with a uniform thickness, and in a fifth step, the nickel-phosphorous plating layer 13 is subjected to a heat treatment at a temperature of 300 to 400 ° C. And the hardness (HRC) is adjusted to 50 to 54.
[0010]
Next, in a sixth step, the entire outer diameter of the mold master 12 is processed with a grindstone to form a reference surface, and then, in a seventh step, the nickel-phosphorus plating layer 13 On the other hand, rough shape processing is performed by diamond cutting to form a mold surface S2. Thereafter, in an eighth step, the die surface 11 is finished by performing a finishing process by diamond cutting on the die surface S2.
[0011]
In this case, since the surface layer of the nickel-phosphorous plating layer 13 is in a non-crystalline (amorphous) state, a step caused by a crystal grain boundary is not formed as compared with a case where the nickel-phosphorous plating layer 13 is in a crystalline state. Therefore, the mold 11 can be manufactured with high accuracy.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-4-314506
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional mold 11 described above, for example, when a molded product having irregularities on the surface is manufactured, the mold 11 is used as a mold device having a pattern formed of fine irregularities on the mold surface S2. And the resin is filled in the cavity space of the mold apparatus, the pattern formed on the mold surface S2 is transferred to the resin, and the resin is cooled to form a prototype substrate. Transferred to substrate.
[0014]
Then, the heat of the resin filled in the cavity space at the time of filling is transmitted to the mold master 12 through the nickel-phosphorus plating layer 13. In this case, the thickness of the nickel-phosphorus plating layer 13 is usually 100 to 200 [μm] and is small, so that the heat of the resin is immediately transmitted to the mold master 12 and the temperature of the resin in the cavity space is reduced. Drops sharply. Therefore, the pattern cannot be accurately transferred to the resin.
[0015]
Since the resin injected from the injection nozzle passes through the sprue and the gate formed in the mold apparatus and fills the cavity space, the resin in the cavity space starts from the central portion near the sprue and the gate. Flow towards the part. Therefore, when the resin flows through the cavity space and is cooled by the mold plate of the mold apparatus, the temperature of the resin is higher near the center portion, whereas the temperature of the resin is higher near the peripheral portion. The temperature will be low.
[0016]
As a result, the temperature of each part of the molded product after being removed from the cavity space cannot be made uniform, and the temperature variation causes distortion (distortion) on the disk substrate, and the molded product is stabilized with high accuracy. And the quality of the molded article is degraded. Further, if the mold 11 is formed using a material having low thermal conductivity in order to increase the precision of the molded product, it takes time until the temperature of the mold surface S2 decreases, and the molding cycle becomes longer.
[0017]
An object of the present invention is to solve the problems of the conventional mold and to provide a mold capable of stably producing a molded article with high accuracy and improving the quality of the molded article. And
[0018]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the mold of the present invention has two layers having different thermal conductivity.
[0019]
The shape of the joint formed between the layers is set in accordance with the cooling tendency of the molding material.
[0020]
Another mold of the present invention includes a base layer made of a first material and an outermost layer made of a second material having a different thermal conductivity from the base layer and forming a cavity space.
[0021]
Then, the joint between the base layer and the outermost layer is set in a predetermined shape.
[0022]
Still another mold of the present invention further includes an intermediate layer formed between the base layer and the outermost layer and made of a third material different from the first and second materials.
[0023]
Then, a joint between the base layer and the intermediate layer is set in a predetermined shape.
[0024]
In still another mold of the present invention, the intermediate layer is formed by a plurality of layers.
[0025]
In still another mold of the present invention, the shape of the connecting portion is formed in accordance with the cooling tendency of the molding material.
[0026]
In still another mold of the present invention, the shape of the connecting portion is formed corresponding to the fluidity of the molding material.
[0027]
In still another mold of the present invention, the shape of the coupling portion is formed corresponding to the distance from the gate.
[0028]
In still another mold of the present invention, the shape of the coupling portion is formed corresponding to the thickness of the cavity space.
[0029]
In still another mold of the present invention, the inclination of the joint is increased as the distance from the gate increases.
[0030]
In still another mold of the present invention, the joining portions of the adjacent layers are joined by sintering.
[0031]
In still another mold of the present invention, a gradient layer in which the content of each material is gradually changed is formed in at least one of the joining portions of the adjacent layers.
[0032]
In still another mold of the present invention, each adjacent layer is formed by being joined by a joining member.
[0033]
In still another mold of the present invention, irregularities are formed on the surface of the outermost layer.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this case, a mold for manufacturing precision parts such as lenses as molded products in addition to disk substrates such as CDs and DVDs will be described.
[0035]
FIG. 3 is a conceptual diagram of a mold manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a mold manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
[0036]
In the figure, 21 is a discharge plasma sintering device, 22 is a sealed casing having a cylindrical shape, and a chamber in the casing 22 is a vacuum generating unit provided in the atmosphere control unit 16. It is connected to a vacuum pump (not shown) as a source, and a vacuum is created by operating the vacuum pump. Note that the housing 22 may be filled with an inert gas such as an argon gas instead of making the inside of the housing 22 vacuum. A cooling pipe (not shown) is provided in the wall of the housing 22, and cooling water as a cooling medium is circulated in the cooling pipe, thereby cooling the chamber. For this purpose, the cooling pipe is connected to the cooling device 17 via a cooling system 41, and cooling water is supplied from the cooling device 17 to the cooling pipe via the cooling system 41.
[0037]
Reference numeral 31 denotes a cylindrical die made of a conductive material, for example, graphite. Above and below the die 31, first and second punches made of a conductive material, for example, graphite are provided. The upper punch 32 and the lower punch 33 are disposed. The upper punch 32 and the lower punch 33 are disposed so as to face each other, and are respectively formed so as to protrude into the die 31, the punch main bodies 23 and 26, and the upper end of the upper punch 32 and the lower punch 33. At the lower end, there are provided flange-shaped pressing portions 24, 27 formed integrally with the punch main portions 23, 26. The die 31, the upper punch 32, and the lower punch 33 constitute a sintered mold 25. In the present embodiment, the die 31, the upper punch 32, and the lower punch 33 are formed of graphite. Instead of graphite, the melting point of tungsten (W), molybdenum (Mo), carbon (C), or the like is used. A conductive material having a temperature of 1100 ° C. or higher can be used.
[0038]
An upper electrode 34 as a first electrode is provided above the upper punch 32, and a lower electrode 35 as a second electrode is provided below the lower punch 33 so as to extend in the vertical direction. The upper electrode 34 has an electrode terminal 43 at the lower end which is brought into contact with the upper punch 32, an electrode terminal 44 at the upper end connected to the DC power supply 37, and a connection between the electrode terminals 43 and 44. A body 45 is formed through the body 22. The lower electrode 35 is connected at an upper end to an electrode terminal 46 contacting the lower punch 33, at a lower end to an electrode terminal 47 connected to a power supply 37, and to connect the electrode terminals 46 and 47 to each other. And a body portion 48 formed therethrough.
[0039]
Cooling pipes 53 and 54 are provided in the upper electrode 34 and the lower electrode 35, respectively, and the cooling water is circulated in the cooling pipes 53 and 54 to cool the upper electrode 34 and the lower electrode 35, The die 31 is indirectly cooled via the upper punch 32 and the lower punch 33. Then, a temperature sensor (not shown) as a temperature detecting unit is provided at a predetermined position of the die 31, and the sensor output of the temperature sensor is sent to the temperature detecting device 55. Therefore, the temperature of the die 31, the upper electrode 34, and the lower electrode 35 can be detected by the temperature detecting device 55.
[0040]
The upper electrode 34 and the lower electrode 35 are vertically movably disposed, and a pressing mechanism 36 is connected to an upper end of the upper electrode 34 and a lower end of the lower electrode 35. The generated pressing force P is transmitted to the upper punch 32 and the lower punch 33 via the upper electrode 34 and the lower electrode 35, and the upper electrode 34 and the upper punch 32 are directed downward, and the lower electrode 35 and the lower punch 33 are moved. Move upward. The sintering powder 30 is filled in the die 31, the pressing mechanism 36 is operated, and the upper electrode 34 and the lower electrode 35 are moved. Is done. In addition, as a driving unit (not shown) of the pressurizing mechanism 36, a servomotor, a speed reducer, or the like is used, but a hydraulic cylinder, a pneumatic cylinder, or the like may be used.
[0041]
In order to detect the positions of the upper electrode 34 and the lower electrode 35, a position sensor (not shown) as a position detector is provided adjacent to the upper electrode 34 and the lower electrode 35, and the sensor output of the position sensor is It is sent to the position detecting device 56. Therefore, the positions of the upper electrode 34 and the lower electrode 35 can be detected by the position detecting device 56.
[0042]
In the present embodiment, the upper electrode 34 and the lower electrode 35 are movably arranged, and the sintering powder 30 is pressed by moving the upper electrode 34 and the lower electrode 35. One of the upper electrode 34 and the lower electrode 35 is fixed, the other electrode is movably disposed, and the other electrode is moved to pressurize the sintering powder 30.
[0043]
In order to generate a predetermined pressure P by the pressurizing mechanism 36 and to transmit the pressure P to the upper electrode 34 and the lower electrode 35, and to generate a predetermined voltage by a predetermined pulse by the power supply 37. A control unit 38 is provided, and the control unit 38 is connected to the pressurizing mechanism 36 and the power supply 37. The control unit 38 is connected to the atmosphere control unit 16, the cooling device 17, the temperature detection device 55, and the position detection device 56, and the temperature detected by the temperature detection device 55 and the position detected by the position detection device 56 are set. Based on this, the pressure P by the pressurizing mechanism 36 is feedback-controlled, and the pulse width, voltage and the like by the power supply 37 are feedback-controlled. Further, the cooling device 17 is operated based on the temperature, and the temperatures of the upper electrode 34 and the lower electrode 35 are feedback-controlled.
[0044]
When performing the discharge plasma sintering in the discharge plasma sintering apparatus 21 having the above configuration, first, the upper electrode 34 is moved upward, the upper punch 32 is moved upward to open the upper end of the die 31, and the die 31 and A sintering powder 30 made of a predetermined material is filled in a bottomed filling chamber formed by the lower punch 33.
[0045]
Subsequently, the upper punch 32 and the upper electrode 34 are moved downward to seal the filling chamber, and then a pressure processing unit (not shown) of the control unit 38 performs a pressure process, and activates the pressure mechanism 36. Then, the upper punch 32 and the lower punch 33 are moved via the upper electrode 34 and the lower electrode 35 to press the sintering powder 30 with a predetermined pressure P. Then, a voltage application processing unit (not shown) of the control unit 38 performs a voltage application process, activates the power supply 37, and applies a pulse current between the upper electrode 34 and the lower electrode 35 for about 10 minutes. For this purpose, for example, a voltage of 0.1 to 5 [V] is applied between the upper electrode 34 and the lower electrode 35, and a DC pulse current of about 1000 to 8000 [A] flows. In this embodiment, a DC pulse-shaped current is supplied. However, a current such as a rectangular wave, a triangular wave, a trapezoidal wave, or an alternating current may be supplied. You can also. Further, a current of the same value can be supplied for a certain period of time.
[0046]
Along with this, the sintering powder 30 is heated to a temperature of about 500 to 3000 [° C.] and sintered by spark plasma sintering to form a sintered body. In this case, heat is generated at a point where the powders constituting the sintering powder 30 come into contact with each other, and the respective powders are combined. In order to improve the handleability of the sintering powder 30, a predetermined binder is added to the sintering powder 30, and the binder is blown off when the pulsed current flows.
[0047]
In this case, a first energizing path including the upper electrode 34, the upper punch 32, the sintering powder 30, the lower punch 33, and the lower electrode 35, the upper electrode 34, the upper punch 32, the die 31, the lower punch 33, and the lower electrode 35. A second energization path comprising: an upper electrode 34-an upper punch 32-a sintering powder / die interface (an interface between the sintering powder 30 and the die 31)-a lower punch 33-a lower electrode 35 Although three energization paths are formed, the sintering powder 30 can be appropriately sintered by appropriately controlling the current flowing through the first to third energization paths.
[0048]
Subsequently, with a slight delay, the die 31, the upper punch 32, and the lower punch 33 are heated by Joule heat to keep the sintered body warm. Thereafter, the sintered body is cooled by cooling water supplied from a cooling system 41. It will be a mold. At this time, the time for keeping the sintered body warm is about 10 to 30 minutes, and the time for cooling the sintered body is about 30 minutes.
[0049]
Subsequently, the upper punch 32 and the upper electrode 34 are raised, and the mold is taken out of the filling chamber.
[0050]
Next, a mold manufactured by the spark plasma sintering apparatus 21 will be described.
[0051]
FIG. 1 is a sectional view of a mold according to the first embodiment of the present invention.
[0052]
In the figure, reference numeral 61 denotes at least two layers having different thermal conductivities, in the present embodiment, three layers, a mold used as an insert, and 62, a stainless steel material, and a predetermined pattern. The base layer 63 as the first layer having the coupling surface S11 curved in the above, 63 is the outermost layer as the second layer forming the mold surface S13 toward the cavity space, that is, the outermost layer, 64 A third layer provided between the base layer 62 and the outermost layer 63 and having a low thermal conductivity such as ceramics and having a flat coupling surface S12, and a heat insulating layer as an intermediate layer. A prototype substrate 72 formed therein is a sprue portion formed in a sprue (not shown) of the mold apparatus. In the present embodiment, the base layer 62, the outermost layer 63 and the heat insulating layer 64 are formed by sintering adjacent layers. The connecting surfaces S11 and S12 form a connecting portion between the base layer 62 and the heat insulating layer 64 and a connecting portion between the heat insulating layer 64 and the outermost layer 63, respectively. Further, a pattern composed of fine irregularities is formed on the mold surface S13.
[0053]
In this embodiment, the base layer 62 is made of SUS304 as a first material, the outermost layer 63 is made of pure nickel as a second material, and the heat insulating layer 64 is made of zirconia (zirconium oxide ZrO2) as a third material. ₂ ).
[0054]
The base layer 62 is formed of copper (Cu), titanium (Ti) or the like instead of SUS304, the outermost layer 63 is formed of aluminum (Al), copper or the like instead of pure nickel, or the heat insulating layer 64 is formed of zirconia. Instead of alumina (aluminum oxide Al ₂ O ₃ ). In addition, the second material for forming the outermost layer 63 has a melting point of 400 ° C. or more, allows a large shaving allowance, has excellent mirror finish and mold release properties, and has a pinhole. Those that are difficult to perform are preferred.
[0055]
By the way, the base layer 62 and the outermost layer 63 are formed of metal, whereas the heat insulating layer 64 is formed of ceramics. Since excessive stress is generated in the portion, the connection is poor. Therefore, in order to further improve the bonding between the base layer 62 and the heat insulating layer 64 and between the outermost layer 63 and the heat insulating layer 64, the first and second inclined layers are disposed at the respective connecting portions. It can be formed as a layer. In this case, the base layer 62, the outermost layer 63, the heat insulating layer 64, and the first and second inclined layers are formed by bonding adjacent layers by sintering.
[0056]
The first inclined layer formed between the base layer 62 and the heat insulating layer 64 is made of a material constituting the base layer 62 and the heat insulating layer 64, and the second inclined layer formed between the outermost layer 63 and the heat insulating layer 64. Is composed of the material constituting the outermost layer 63 and the heat insulating layer 64. For example, the first gradient layer contains SUS304 and zirconia at a content of 50% by weight, respectively, and the second gradient layer , Pure nickel and zirconia at a content of 50% by weight. Therefore, the connectivity between the base layer 62 and the outermost layer 63 and the heat insulating layer 64 can be improved, and the base layer 62 and the outermost layer 63 and the heat insulating layer 64 do not peel off.
[0057]
Further, at least one of the first and second gradient layers has a multilayer structure including a plurality of layers, and the content of SUS304 and zirconia in the first gradient layer, and pure nickel and nickel in the second gradient layer. One of the contents of zirconia can be changed stepwise or continuously.
[0058]
In this case, for example, the first gradient layer is a layer containing SUS304 and zirconia at a content of 90 and 10% by weight, respectively, and a layer containing SUS304 and zirconia at a content of 80% and 20% by weight, respectively. A layer containing at a content of 60, 40 [% by weight], a layer containing a content at a content of 50, 50 [% by weight], a layer containing at a content of 50, 50 [% by weight], 40 A layer containing at a content of 60% by weight, a layer containing a content of 30, 70% by weight, a layer containing a content of 20, 80% by weight, and 10, It is composed of a layer containing 90% by weight.
[0059]
Also, for example, the second gradient layer is a layer containing zirconia and pure nickel at a content of 90 and 10% by weight, and a layer containing zirconia and pure nickel at a content of 80% and 20% by weight, respectively. A layer containing at a content of 60, 40 [% by weight], a layer containing a content at a content of 50, 50 [% by weight], a layer containing at a content of 50, 50 [% by weight], 40 A layer containing at a content of 60% by weight, a layer containing a content of 30, 70% by weight, a layer containing a content of 20, 80% by weight, and 10, It is composed of a layer containing 90% by weight.
[0060]
As described above, when at least one of the first and second inclined layers has a further multilayer structure, the bonding property between at least one of the base layer 62 and the outermost layer 63 and the heat insulating layer 64 can be further improved. . In addition, the content of each layer component is changed by weight%, but can be changed by volume%.
[0061]
Next, a mold apparatus for manufacturing a disk substrate as a molded product using the mold 61 having the above configuration will be described.
[0062]
FIG. 5 is a sectional view showing a main part of the mold apparatus and the injection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
[0063]
In the drawing, reference numeral 75 denotes a mold device including a fixed mold 76 and a movable mold 77. The movable mold 77 is brought into contact with and separated from the fixed mold 76 by a mold clamping device (not shown) to close and close the mold. When the mold is opened and the mold is closed and closed, a cavity space C is formed between the fixed mold 76 and the movable mold 77. The mold 61 is set in the movable mold 77 as a nest.
[0064]
A sprue 81 is formed on the fixed mold 76, and an injection nozzle 83 of an injection device is brought into contact with the sprue 81. When resin as a molding material is injected from the injection nozzle 83, the resin flows through the sprue 81, passes through the gate 82, and fills the cavity space C. The resin in the cavity space C is then cooled and becomes the prototype substrate 71 (FIG. 1). Subsequently, a punching process is performed on the prototype substrate 71 by a cut punch (not shown) to manufacture a disk substrate.
[0065]
In the present embodiment, since the heat insulating layer 64 is provided between the outermost layer 63 and the base layer 62, the heat of the resin filled in the cavity space C gradually decreases. It will be transmitted to the movable mold 77 via 62.
[0066]
FIG. 6 is a diagram showing characteristics of the mold according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents temperature. In this case, since copper has a high thermal conductivity, the cooling effect is enhanced by using copper for the base layer 62.
[0067]
In the figure, L1 is a line showing the transition of the temperature of the mold surface S13 when the cavity space C is filled with the resin using the mold 61 (FIG. 1) of the present invention, and L2 is the conventional mold 11 (FIG. 2). Tm is the temperature of the mold master 12 and the base layer 62, showing the transition of the temperature of the mold surface S2 when the cavity space C is filled with the resin using the above method.
[0068]
In the conventional mold 11, when the resin is filled into the cavity C at the timing t1, the heat of the filled resin is immediately transmitted to the mold master 12, and the temperature of the mold surface S2 rapidly decreases. Therefore, the disk substrate is taken out at the timing t2 at which the cooling step ends without the temperature of the resin in the cavity space C sufficiently rising. Thereafter, when the temperature of the mold surface S2 matches the temperature Tm of the mold master 12 at the timing t3, the next filling step is started.
[0069]
On the other hand, in the mold 61 of the present invention, when the resin is filled into the cavity space C at the timing t1, since the heat insulating layer 64 is formed in the mold 61, the heat of the filled resin is immediately transferred to the base layer. Thus, the temperature of the mold surface S13 rises due to the heat of the resin. Subsequently, the mold device 75 (FIG. 5) is cooled. However, since the base layer 62 is made of copper, the mold surface S13 is rapidly cooled, and the disk substrate is taken out at the timing t2. Thereafter, when the temperature of the mold surface S13 matches the temperature Tm of the base layer 62 at timing t3, the next filling step is started.
[0070]
As described above, when the mold 61 is used, the temperature of the mold surface S13 can be increased immediately after filling, so that the pattern can be accurately transferred, and the quality of the disk substrate can be improved. it can. Furthermore, by using copper as the base material of the base layer 62, the temperature of the mold surface S13, which is higher than the heat of the resin immediately after filling, can be rapidly lowered. Therefore, the temperature of the mold surface S13 can be increased without lengthening the molding cycle, and the quality of the disk substrate can be improved.
[0071]
By the way, the resin injected from the injection nozzle 83 flows through the sprue 81 and passes through the gate 82 to fill the cavity space C. However, the temperature distribution of the resin in the cavity space C at the time of cooling varies. Then, it becomes impossible to make the temperature of each part of the disk substrate after being taken out of the cavity space C uniform.
[0072]
Therefore, the disk substrate is distorted due to the temperature variation, and the disk substrate cannot be stably manufactured with high accuracy, and the quality of the disk substrate deteriorates. Further, if the mold 61 is formed using a material having a low thermal conductivity in order to increase the precision of the disk substrate, it takes time until the temperature of the mold surface S13 decreases, and the molding cycle becomes longer.
[0073]
Therefore, in the present embodiment, the shape of the joint between the base layer 62 and the heat insulating layer 64 is set in accordance with the cooling tendency of the resin in the cavity space C. The cooling tendency represents a characteristic of the resin determined by the temperature of each part when the resin that has entered the cavity space C is cooled.
[0074]
By the way, the cooling tendency is classified into various types depending on the cooling factor. The cooling tendency of the first type is based on the distance from the gate 82. In this case, the resin injected from the injection nozzle 83 flows through the sprue 81, passes through the gate 82, and enters the cavity space C. Then, in the cavity space C, the gas flows toward a portion distant from a portion close to the gate 82. Meanwhile, the resin is cooled by the mold device 75 as it flows through the cavity space C, so that the temperature is higher near the gate 82 and lower as the distance from the gate 82. As described above, the temperature distribution of the resin in the cavity space C changes depending on the distance from the gate 82, and as a result, the temperature of each part when the resin is cooled varies.
[0075]
The cooling tendency of the second type is based on the thickness of the cavity space C. In this case, the thickness of the cavity space C refers to a thickness in a direction orthogonal to a direction in which the resin advances in the cavity space C after the resin enters from the gate 82. The greater the thickness of the cavity space C, the less the effect of cooling by the mold device 75, the lower the cooling rate of the resin. The smaller the thickness of the cavity space C, the greater the effect of cooling by the mold device 75. And the cooling rate of the resin increases. As a result, the temperature distribution of the resin in the cavity space C changes depending on the thickness of the cavity space C, and the temperature of each part when the resin is cooled varies.
[0076]
By the way, in the present embodiment, the gate 82 is formed in the center of the cavity space C, and after the resin enters the cavity space C through the gate 82, the resin moves from the central portion to the peripheral portion in the cavity space C. Flowing. Therefore, in the present embodiment, a variation in the temperature distribution of the resin occurs due to the cooling tendency of the first type, and the temperature of the resin is higher nearer the gate 82 and lower as the distance from the gate 82 is lower.
[0077]
Further, in the present embodiment, the disk substrate is manufactured by the mold device 75, and the thickness of the cavity space C is made uniform, so that the temperature distribution of the resin due to the cooling tendency of the second type is obtained. Does not occur.
[0078]
Therefore, in the present embodiment, the shape of the joint between the base layer 62 and the heat insulating layer 64 is set in accordance with the distance from the gate 82 based on the temperature distribution of the resin according to the first type of cooling tendency, The inclination of the coupling portion and the thickness of the heat insulating layer 64 are reduced as the distance from the gate 82 decreases, and increased as the distance from the gate 82 increases.
[0079]
Therefore, since the cooling rate of the resin increases as it approaches the gate 82 and decreases as the distance from the gate 82 decreases, the temperature distribution of the resin in the cavity C becomes uniform, and the pattern can be transferred with high accuracy. A disk substrate can be stably manufactured with high accuracy. As a result, the quality of the disk substrate can be improved. In addition, since it is not necessary to form the mold 61 using a material having low thermal conductivity, the time until the temperature of the mold surface S13 decreases can be shortened, and the molding cycle can be shortened.
[0080]
Since the distribution of the birefringence, which indicates the performance of the disk substrate, can be made uniform in the radial direction, the quality of the disk substrate can be further improved.
[0081]
Further, the temperature of each part of the disk substrate after being taken out of the cavity space C can be made uniform, and it is possible to prevent the disk substrate from being distorted due to temperature variations. Therefore, the disk substrate can be stably manufactured with higher accuracy, and the quality of the disk substrate can be further improved.
[0082]
By the way, in the present embodiment, the cavity space C is for manufacturing a disk substrate, and forms a two-dimensional space around the gate 82. The penetrated resin spreads over the entire circumference and flows toward the peripheral portion. Accordingly, the temperature of the resin in each portion in the cavity space C does not decrease in proportion to the distance from the gate 82 to each portion, but decreases in proportion to the square of the distance. In view of this, the inclination of the joint and the thickness of the heat insulating layer 64 are increased in proportion to the distance from the gate 82 to each of the portions (the inclination of the joint and the rate of change of the thickness of the heat insulating layer 64 are constant). Rather, it is preferable to increase the inclination of the joint and the rate of change of the thickness of the heat insulating layer 64 as the distance increases.
[0083]
Therefore, as described above, the base layer 62 has the coupling surface S11 curved in a predetermined pattern. In the present embodiment, the base layer 62 is curved in an elliptical shape, but may be curved in an arc, curved in any other curve, or deformed in a stepped manner. it can. The thickness of the heat insulating layer 64 is increased in proportion to the square of the distance from the gate 82 in consideration of the fact that the temperature of the resin in each portion in the cavity space C decreases in proportion to the square of the distance. You can also.
[0084]
Next, a method of manufacturing the mold 61 by the spark plasma sintering apparatus 21 (FIG. 3) will be described.
[0085]
In the present embodiment, as described above, since the mold 61 has a laminated structure in which the base layer 62, the heat insulating layer 64, and the outermost layer 63 are sequentially laminated, the mold 61 is provided in the filling chamber of the discharge plasma sintering apparatus 21. The sintering powder 30 to be filled is also constituted by multilayer powders corresponding to the base layer 62, the heat insulating layer 64, and the outermost layer 63, respectively. In the present embodiment, the base layer 62, the heat insulating layer 64, and the outermost layer 63 are all formed by sintering powder, but a predetermined layer is formed of a solid material such as a plate material or a block. You can also.
[0086]
First, the upper punch 32 and the upper electrode 34 are moved upward, and the filling chamber is filled with SUS304 powder so as to have a predetermined thickness as a first powder. A zirconia powder is filled as a second powder so as to have a predetermined thickness corresponding to the cooling tendency of the molded article, and then a pure nickel powder is placed on the third powder in a third powder. Into a predetermined thickness as a powder. In this manner, the first to third powder layers form the first to third powder layers, and the first to third powder layers form the sintering powder 30 composed of the multilayer powder.
[0087]
Next, when the upper punch 32 and the upper electrode 34 are moved downward and the sintering powder 30 is subjected to spark plasma sintering, the mold 61 is integrally formed. Subsequently, the upper punch 32 and the upper electrode 34 are moved upward, the mold 61 is taken out, and a finishing process is performed on the mold surface S13 by diamond cutting to form a pattern having fine irregularities on the mold surface S13. Then, the mold 61 is finished.
[0088]
In the case of forming the first inclined layer, after filling the filling chamber with the first powder, 50% by weight of SUS304 powder and 50% by weight of zirconia powder are respectively placed on the first powder. And the mixed powder obtained by the mixing is filled so as to have a predetermined thickness. In the case of forming the second gradient layer, for example, pure nickel powder and zirconia powder were mixed on the second powder at a content of 50% by weight, respectively, and were obtained by mixing. The mixed powder is filled to a predetermined thickness.
[0089]
As described above, in the present embodiment, the outermost layer 63 is formed on the surface of the mold 61 by the discharge plasma sintering without performing the plating process. In addition, the time required to manufacture the mold 61 can be shortened. Therefore, the cost of the mold 61 can be reduced.
[0090]
Further, as shown in Table 1, the coefficient of thermal expansion of SUS304 constituting the base layer 62 was 17.3 × 10 ^-6 [1 / ° K], and the thermal expansion coefficient of pure nickel constituting the outermost layer 63 is 16.3 × 10 ^-6 [1 / ° K], the thermal expansion coefficient of zirconia constituting the heat insulating layer 64 is 9.4 × 10 ^-6 [1 / ° K], and the difference in thermal expansion between SUS304 and pure nickel and zirconia when the temperature changes is small. Therefore, an unreasonable stress is not generated at the interface between the base layer 62 and the outermost layer 63 and the heat insulating layer 64 due to a change in temperature, so that the bonding is good.
[0091]
[Table 1]

[0092]
Similarly, the thermal expansion coefficient of alumina is 7.6 × 10 ^-6 [1 / ° K], and the difference in thermal expansion between SUS304 and pure nickel and alumina when the temperature changes is small. Therefore, even when alumina is used as the third material, the base layer 62 and the most Since no unreasonable stress is generated at the interface between the outer layer 63 and the heat insulating layer 64, the bonding property is good.
[0093]
In addition, while the sintering temperature of SUS304 is 1000 ° C. and the sintering temperature of pure nickel is 900 to 1000 ° C., the sintering temperature of zirconia is 1000 to 1200 ° C., The sintering conditions are almost the same for SUS304 and pure nickel and zirconia. Therefore, the sintering state can be improved, and the bonding property is good. In Table 1, the thermal conductivity and the specific heat are also shown.
[0094]
Similarly, the sintering temperature of alumina is 1000 to 1200 ° C., and the sintering conditions are almost the same for SUS304, pure nickel, and alumina. Therefore, the sintering state can be improved, and the bonding property is good.
[0095]
Since the plating process is not performed when the outermost layer 63 is formed, no bubbles enter the outermost layer 63 and no distortion occurs in the outermost layer 63. Therefore, the mold 61 can be manufactured with high accuracy.
[0096]
In the present embodiment, after spark plasma sintering is performed, finish processing by diamond cutting is performed on the mold surface S13 to form a pattern having fine irregularities on the mold surface S13. The upper punch 32 has a mold pattern formed on the surface of the upper punch 32 facing the sintering powder 30 so as to correspond to the shape of the disk substrate, that is, the irregularities. Processing can be eliminated.
[0097]
In the present embodiment, first to third powder layers are formed first, and the sintering powder 30 is formed by the first to third powder layers. Although spark plasma sintering is performed, powder filling and sintering are sequentially performed, and each time a predetermined powder of the first to third powders is filled, a sintering process including a predetermined powder layer is performed. Sintering powder can be formed, and the sintering powder can be subjected to spark plasma sintering stepwise.
[0098]
Next, a second embodiment of the present invention in the case of manufacturing a convex lens as a plastic lens as a molded product will be described.
[0099]
FIG. 7 is a sectional view of a mold and a convex lens according to the second embodiment of the present invention.
[0100]
In the figure, reference numeral 261 denotes a mold formed by spark plasma sintering and used as an insert, 262 denotes a base layer as a first layer made of SUS304 as a first material, and 263 denotes a pure layer as a second material. An outermost layer as a second layer made of nickel, 264 is a third layer made of zirconia as a third material and a heat insulating layer as an intermediate layer, 271 is a convex lens, and 272 is a gate. Note that the first and second inclined layers are omitted for convenience of explanation.
[0101]
By the way, in the present embodiment, the gate 272 is formed in the peripheral portion of the cavity space C (FIG. 5), and the resin as a molding material passes through the gate 272 and enters the cavity space C, and then enters the cavity space C. After flowing from the peripheral portion toward the central portion, the air flows from the central portion toward the peripheral portion. Therefore, in the present embodiment, a variation in the temperature distribution of the resin occurs due to the cooling tendency of the first type, and the temperature of the resin is higher near the gate 272 and lower as the distance from the gate 272.
[0102]
However, in the present embodiment, the convex lens 271 is manufactured by the mold device 75, and the thickness of the cavity space C is larger as it is closer to the central portion and smaller as it is closer to the peripheral portion. Therefore, in the present embodiment, the variation in the temperature distribution of the resin due to the second type of cooling tendency also occurs, and the temperature of the resin increases as it approaches the center and decreases as it approaches the periphery.
[0103]
Therefore, in the present embodiment, the shape of the joint between the base layer 262 and the heat insulating layer 264 depends on the distance from the gate 272 and the cavity based on the temperature distribution of the resin according to the first and second types of cooling tendency. The thickness is set in accordance with the thickness of the space C, and the thickness of the heat insulating layer 264 decreases as the distance from the center increases, and increases as the distance from the center increases. , It is preferable to increase the size on the side away from the gate 272.
[0104]
Therefore, the cooling rate of the resin increases as it approaches the center and decreases as the distance from the center decreases, so that the temperature distribution of the resin in the cavity C becomes uniform and the shrinkage rate also becomes uniform. As a result, the accuracy of the shape of the surface of the convex lens 271 (for example, not only a curved surface such as a spherical surface or an aspheric surface, but also a flat surface) can be increased, and the convex lens 271 can be stably manufactured with high accuracy. , The quality of the convex lens 271 can be improved.
[0105]
Then, the temperature of each part of the convex lens 271 after being taken out of the cavity space C can be made uniform, and distortion of the convex lens 271 due to temperature variation can be prevented. Therefore, the convex lens 271 can be manufactured stably with higher accuracy, and the quality of the convex lens 271 can be further improved.
[0106]
In the first and second embodiments, the temperature distribution of the resin in the cavity space C and the thickness of the cavity space C are continuously changed. The temperature distribution of the resin in the space C and the thickness of the cavity space C change discontinuously.
[0107]
Therefore, a third embodiment of the present invention in which the thickness of the heat insulating layer 264 is changed in accordance with the shape of the molded product will be described.
[0108]
FIG. 8 is a sectional view of a mold apparatus according to the third embodiment of the present invention.
[0109]
In the figure, reference numeral 281 denotes a mold formed by spark plasma sintering and used as an insert, 282 denotes a base layer as a first layer made of SUS304 as a first material, and 283 denotes a pure layer as a second material. An outermost layer as a second layer made of nickel, 284 is a third layer made of zirconia as a third material and a heat insulating layer as an intermediate layer, 292 is a gate, 296 is a fixed mold, and C is a cavity space. is there. Note that the first and second inclined layers are omitted for convenience of explanation.
[0110]
The gate 292 is formed in a central portion of the cavity space C, and the cavity space C has a thick annular portion Ca having a large radial dimension in a peripheral portion.
[0111]
By the way, in the present embodiment, the gate 292 is formed at the center of the cavity space C, and the resin as a molding material passes through the gate 292 and enters the cavity space C, and then passes through the cavity space C from the central portion. It flows toward the surrounding area. Therefore, in the present embodiment, a variation in the temperature distribution of the resin occurs due to the cooling tendency of the first type, and the temperature of the resin is higher near the gate 292 and lower as the distance from the gate 292 is increased.
[0112]
However, in the present embodiment, the thickness of the cavity C is large in the annular portion Ca. Therefore, in the present embodiment, variation in the temperature distribution of the resin due to the second type of cooling tendency occurs, and the temperature of the resin increases by a predetermined amount in the annular portion Ca.
[0113]
Therefore, in the present embodiment, the shape of the joint between the base layer 282 and the heat insulating layer 284 is determined by the distance from the gate 292 and the cavity space C based on the temperature distribution of the resin according to the first and second types of cooling tendency. The thickness of the heat insulating layer 284 is small near the gate 292, is large between the gate 292 and the annular portion Ca, and is small at the annular portion Ca.
[0114]
Therefore, the cooling rate of the resin increases near the gate 292, decreases between the gate 292 and the annular portion Ca, and increases in the annular portion Ca, so that the temperature distribution of the resin in the cavity space C is uniform. And the shrinkage rate becomes uniform. As a result, a molded article can be stably manufactured with high accuracy, and the quality of the molded article can be improved.
[0115]
Then, the temperature of each part in the molded product after being taken out from the cavity space C can be made uniform, and it is possible to prevent the molded product from being distorted due to temperature variations. Therefore, a molded article can be stably manufactured with higher accuracy, and the quality of the molded article can be further improved.
[0116]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0117]
FIG. 9 is a sectional view of a mold apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
[0118]
In the figure, 301 is a mold formed by spark plasma sintering and used as an insert, 302 is a base layer as a first layer made of SUS304 as a first material, and 303 is a pure layer as a second material. An outermost layer as a second layer made of nickel, 304 is a third layer made of zirconia as a third material and a heat insulating layer as an intermediate layer, 312 is a gate, 316 is a fixed mold, and C is a cavity space. is there. Note that the first and second inclined layers are omitted for convenience of explanation.
[0119]
In this case, the gate 312 is formed around the cavity C, and the thickness of the cavity C is uniform.
[0120]
By the way, in the present embodiment, the gate 312 is formed at the peripheral portion of the cavity space C, and the resin as a molding material passes through the gate 312 and enters the cavity space C, and then the peripheral portion of the cavity space C is formed. From the central part to the peripheral part on the opposite side. Therefore, in the present embodiment, a variation in the temperature distribution of the resin due to the cooling tendency of the first type occurs, and the temperature of the resin is higher near the gate 312 and lower as the distance from the gate 312 is increased.
[0121]
Further, in the present embodiment, since the thickness of the cavity space C is made uniform, there is no variation in the temperature distribution of the resin due to the cooling tendency of the second type.
[0122]
Therefore, in the present embodiment, the shape of the joint between the base layer 302 and the heat insulating layer 304 is set in accordance with the distance from the gate 312 based on the temperature distribution of the resin according to the first type of cooling tendency, The inclination of the coupling portion and the thickness of the heat insulating layer 304 are reduced as the distance from the gate 312 is reduced, and increased as the distance from the gate 312 increases.
[0123]
Therefore, the cooling rate of the resin increases as it approaches the gate 312 and decreases as the distance from the gate 312 decreases, so that the temperature distribution of the resin in the cavity C becomes uniform and the shrinkage rate also becomes uniform. As a result, a molded article can be stably manufactured with high accuracy, and the quality of the molded article can be improved.
[0124]
Further, the temperature of each part of the molded product taken out from the mold device 75 (FIG. 5) can be made uniform, and the occurrence of distortion in the molded product due to temperature variations can be prevented. Therefore, a molded article can be stably manufactured with higher accuracy, and the quality of the molded article can be further improved.
[0125]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
[0126]
FIG. 10 is a sectional view of a mold apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
[0127]
In the figure, reference numeral 321 denotes a mold formed by spark plasma sintering and used as an insert, 322 denotes a base layer as a first layer made of SUS304 as a first material, and 323 denotes a pure layer as a second material. An outermost layer as a second layer made of nickel, 324 is a third layer made of zirconia as a third material and a heat insulating layer as an intermediate layer, 332 is a gate, 336 is a fixed mold, and C is a cavity space. is there. Note that the first and second inclined layers are omitted for convenience of explanation.
[0128]
In this case, the gate 332 is formed at the peripheral portion of the cavity space C, and the thickness of the cavity space C is larger as it is closer to the central portion and smaller as it is closer to the peripheral portion.
[0129]
By the way, in the present embodiment, the gate 332 is formed at the peripheral portion of the cavity space C, and the resin as the molding material passes through the gate 332 and enters the cavity space C, and then the inside of the cavity space C is moved to the peripheral portion. From the central part to the peripheral part on the opposite side. Therefore, in the present embodiment, a variation in the temperature distribution of the resin occurs due to the cooling tendency of the first type, and the temperature of the resin is higher near the gate 332 and lower as the distance from the gate 332.
[0130]
However, in the present embodiment, the thickness of the cavity space C is larger as it is closer to the central portion and smaller as it is closer to the peripheral portion. Therefore, in the present embodiment, the variation in the temperature distribution of the resin due to the cooling tendency of the second type is also generated, and the temperature of the resin is higher as the position is closer to the central portion due to the cooling tendency of the second type. The lower it is, the closer it is to the periphery.
[0131]
Therefore, in the present embodiment, the shape of the joint between the base layer 322 and the heat insulating layer 324 is determined by the distance from the gate 332 and the cavity space C based on the temperature distribution of the resin according to the first and second types of cooling tendency. The thickness of the heat insulating layer 324 is gradually reduced from the gate 332 toward the central portion, and is increased from the central portion toward the peripheral portion on the opposite side.
[0132]
Therefore, the temperature of each part of the molded product taken out from the mold device 75 (FIG. 5) can be made uniform, and it is possible to prevent the molded product from being distorted due to temperature variations. As a result, a molded article can be stably manufactured with higher accuracy, and the quality of the molded article can be further improved.
[0133]
Next, a sixth embodiment of the present invention in the case of manufacturing a concave lens as a plastic lens as a molded product will be described.
[0134]
FIG. 11 is a sectional view of a mold and a concave lens according to the sixth embodiment of the present invention.
In the figure, 341 is a mold formed by spark plasma sintering and used as an insert, 342 is a base layer as a first layer made of SUS304 as a first material, and 343 is a pure layer as a second material. An outermost layer as a second layer made of nickel, 344 is a third layer made of zirconia as a third material and a heat insulating layer as an intermediate layer, 351 is a concave lens, and 352 is a periphery of the cavity space C (FIG. 10). This is the gate formed in the portion. Note that the first and second inclined layers are omitted for convenience of explanation.
[0135]
By the way, in the present embodiment, the gate 352 is formed in the peripheral part of the cavity space C, and the resin as the molding material passes through the gate 352 and enters the cavity space C, and then, in the cavity part C, the peripheral part From the central part to the peripheral part on the opposite side. Therefore, in the present embodiment, a variation in the temperature distribution of the resin occurs due to the cooling tendency of the first type, and the temperature of the resin is higher near the gate 352 and lower as the distance from the gate 352.
[0136]
Further, in the present embodiment, the thickness of the cavity space C is smaller as it is closer to the central portion, and is larger as it is closer to the peripheral portion. Therefore, in the present embodiment, the variation in the temperature distribution of the resin due to the cooling tendency of the second type is also generated, and the temperature of the resin is lower as the temperature is closer to the central portion due to the cooling tendency of the second type. The higher it is, the closer it is to the periphery.
[0137]
Therefore, in this embodiment, the shape of the joint between the base layer 342 and the heat insulating layer 344 is determined by the distance from the gate 352 and the cavity space C based on the temperature distribution of the resin according to the first and second types of cooling tendency. The thickness of the heat insulating layer 344 increases as the distance from the gate 352 toward the central portion increases, and becomes substantially constant from the central portion toward the peripheral portion on the opposite side.
[0138]
Therefore, since the cooling rate of the resin decreases as the distance from the gate 352 increases, the temperature distribution of the resin in the cavity C becomes uniform, and the shrinkage rate also becomes uniform. As a result, the accuracy of the shape of the surface of the concave lens 351 (for example, not only a curved surface such as a spherical surface or an aspheric surface, but also a flat surface) can be increased, and the concave lens 351 can be stably manufactured with high accuracy. The quality of the concave lens 351 can be improved.
[0139]
Then, the temperature of each part of the concave lens 351 after being taken out of the cavity space C can be made uniform, and distortion of the concave lens 351 due to temperature variation can be prevented. Therefore, the concave lens 351 can be manufactured stably with higher accuracy, and the quality of the concave lens 351 can be further improved.
[0140]
By the way, in this case, the thickness of the cavity space C is smaller as it is closer to the central portion, and it is larger as it is closer to the peripheral portion. It is difficult to flow, and the resin becomes easier to flow as it is closer to the peripheral portion, and the resin that has flowed around the central portion and bypassed the peripheral portion has a tendency to merge on the side opposite to the gate 352. As a result, a weld line is formed at the flow end of the resin. It is easy to form.
[0141]
Therefore, in the present embodiment, it is preferable that the thickness of the heat insulating layer 344 be sufficiently large in the central portion, the temperature of the resin be sufficiently high in the central portion, and the resin bypassing the central portion be reduced.
[0142]
Therefore, it is preferable that the thickness of the heat insulating layer 344 be sufficiently large in the central portion in accordance with the fluidity of the resin in the cavity space C.
[0143]
By the way, even if the thickness of the entire cavity space C is uniform, the cooling rate of the resin in the cavity space C is not uniform when the thickness is small or large. Therefore, a seventh embodiment of the present invention will be described in which the shape of the joint between the base layer and the heat insulating layer is set in accordance with the thickness of the cavity space.
[0144]
FIG. 12 is a first diagram illustrating the effect of the thickness of the cavity space on the cooling rate of the resin, FIG. 13 is a second diagram illustrating the effect of the thickness of the cavity space on the cooling speed of the resin, and FIG. Is a sectional view of a mold apparatus according to the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a sectional view of another mold apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
[0145]
12 and 13, reference numeral 75 denotes a mold apparatus, 76 denotes a fixed mold, 77 denotes a movable mold, 82 denotes a gate, and C denotes a cavity space. 14 and 15, 361 and 381 are formed by spark plasma sintering and used as molds, and 362 and 382 are base layers as first layers made of SUS304 as a first material. 363, 383 are outermost layers as second layers made of pure nickel as a second material; 364, 384 are third layers made of zirconia as a third material and a heat insulating layer as an intermediate layer; 376 and 396 are fixed molds, and 372 and 392 are gates formed in the center of the cavity C. Note that the first and second inclined layers are omitted for convenience of explanation.
[0146]
By the way, as shown in FIGS. 12 and 13, when the resin as a molding material that has passed through the gate 82 enters the cavity space C, the resin moves in the cavity space C. As a result, the portion that comes into contact with the mold device 75 is first cooled and solidified to form the skin layer Sr close to the inner peripheral surfaces of the fixed mold 76 and the movable mold 77. Then, the resin that has entered the cavity space C flows inside the skin layer Sr.
[0147]
In view of this, as shown in FIG. 12, when the thickness of the cavity space C is small, as in the case of manufacturing a disk substrate as a molded product, the amount of resin flowing inside the skin layer Sr is reduced. The difference between the cooling rates in each part of the cavity space C increases, and the cooling rate decreases as the distance from the gate 82 increases, and increases as the distance from the gate 82 increases.
[0148]
Further, as shown in FIG. 13, when the thickness of the cavity space C is large, a large amount of resin flows inside the skin layer Sr. The cooling rate does not become extremely low even when it is close, and does not become extremely high when it is away from the gate 82.
[0149]
Therefore, as shown in FIGS. 14 and 15, as the thickness of the cavity space C is smaller, the inclination of the coupling portion and the rate of change of the thickness of the heat insulating layer 364 are larger, and as the thickness of the cavity space C is larger, The inclination of the joint and the rate of change of the thickness of the heat insulating layer 384 are reduced.
[0150]
Therefore, even if the thickness of the cavity space C varies depending on the type of the molded product, the temperature of each part of the molded product taken out from the mold device 75 can be made uniform, and distortion of the molded product occurs due to temperature variation. Can be prevented. As a result, a molded article can be stably manufactured with higher accuracy, and the quality of the molded article can be further improved.
[0151]
Next, a description will be given of an eighth embodiment in which a member for forming a disk substrate is formed as a molded product by joining members constituting each layer without using discharge plasma sintering.
[0152]
FIG. 16 is a sectional view of a mold according to the eighth embodiment of the present invention.
[0153]
In the figure, 561 is a mold used as an insert, 562 is a base layer as a first layer formed by a plate member made of a first material, and 563 is formed by a plate member made of a second material. The outermost layer 564 as a second layer is formed by a plate-like member made of a third material, and is gradually thickened from a central portion to a peripheral portion, and a heat insulating layer 566 as an intermediate layer. , 567 are disposed between the base layer 562 and the heat insulating layer 564, which are adjacent layers, and between the outermost layer 563 and the heat insulating layer 564, between the base layer 562 and the heat insulating layer 564, and between the base layer 562 and the heat insulating layer 564. And a heat insulating layer 564. The base layer 562, the adhesive 566, the heat insulating layer 564, the adhesive 567, and the outermost layer 563 are sequentially laminated to form a laminated structure. , Connecting member Are connected by bolts bt1, bt2 of and are combined.
[0154]
The base layer 562 has a bonding surface S21 curved in a predetermined pattern, the heat insulating layer 564 has a flat bonding surface S22, and the outermost layer 563 has a flat mold surface S23. In the present embodiment, the coupling surface S21 is curved in an elliptical shape, but may be curved in an arc shape, curved in any other curve, or deformed stepwise. The connection surfaces S21 and S22 form a connection portion between the base layer 562 and the heat insulation layer 564 and a connection portion between the heat insulation layer 564 and the outermost layer 563, respectively.
[0155]
As described above, since the heat insulating layer 564 is gradually thickened from the central portion to the peripheral portion, the cooling rate of the resin as a molding material is increased nearer the central portion, and the cooling speed is decreased closer to the peripheral portion. Therefore, the temperature distribution of the resin becomes uniform, the pattern can be transferred with high accuracy, and the quality of the disk substrate can be improved. Further, since the distribution of the birefringence, which represents the performance of the disk substrate, can be made uniform in the radial direction, the disk substrate can be manufactured stably with high accuracy, and the quality of the disk substrate can be improved. it can.
[0156]
In the present embodiment, steel, copper or the like is used as the first material, pure nickel, aluminum or the like is used as the second material, and a material having low thermal conductivity such as ceramics is used as the third material.
[0157]
In each embodiment, an example in which a material having low thermal conductivity is used for the intermediate layer has been described.However, a material having high thermal conductivity is used, and the shape of the joint portion is made to correspond to the cooling tendency of the resin. Can also be set. Also in a mold having a two-layer structure in which a base layer and an outermost layer are formed, materials having different thermal conductivities may be used for the respective layers, and the shape of the joint may be set in accordance with the cooling tendency of the resin.
[0158]
Further, in each embodiment, a molded product having a relatively simple cross-sectional shape such as a disk substrate and a lens is described. However, a molded product having an asymmetric shape, a container having a deep bottom, and a relatively long cooling time during molding. Even in the case of manufacturing thick molded products, etc. that require, the shape of the joint formed between the materials should be set according to the cooling tendency of the resin using two or more materials with different thermal conductivity. You can also.
[0159]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified based on the gist of the present invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.
[0160]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, a mold has two layers having different thermal conductivity.
[0161]
The shape of the joint formed between the layers is set in accordance with the cooling tendency of the molding material.
[0162]
In this case, since the shape of the joint is set in accordance with the cooling tendency of the molding material, the temperature distribution and shrinkage of the molding material become uniform when a molded product is manufactured using a mold. As a result, a molded article can be stably manufactured with high accuracy, the quality of the molded article can be improved, and the molding cycle can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a mold according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a conventional mold.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a mold manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a method for manufacturing a mold according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a main part of a mold device and an injection device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating characteristics of a mold according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a mold and a convex lens according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of a mold apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of a mold apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view of a mold apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view of a mold and a concave lens according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a first diagram illustrating the effect of the thickness of the cavity space on the cooling rate of the resin.
FIG. 13 is a second diagram illustrating the effect of the thickness of the cavity on the cooling rate of the resin.
FIG. 14 is a sectional view of a mold apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a sectional view of another mold apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a sectional view of a mold according to an eighth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
61, 261, 281, 301, 321, 341, 361, 381, 561 Mold
62, 262, 282, 302, 322, 342, 362, 382, 562
63, 263, 283, 303, 323, 343, 363, 383, 563 Outermost layer
64, 264, 284, 304, 324, 344, 364, 384, 564 Thermal insulation layer
82, 272, 292, 312, 332, 352, 372, 392 Gate
bt1, bt2 bolt
C cavity space
S11, S12, S21, S22 Coupling surface

Claims

(A) having two layers having different thermal conductivities,
(B) The mold, wherein the shape of the joint formed between the respective layers is set in accordance with the cooling tendency of the molding material.

(A) a base layer made of a first material;
(B) an outermost layer formed of a second material having a different thermal conductivity from the base layer and forming a cavity space;
(C) A mold, wherein a joint between the base layer and the outermost layer is set in a predetermined shape.

(A) an intermediate layer formed between the base layer and the outermost layer and made of a third material different from the first and second materials;
(B) The mold according to claim 2, wherein a joint between the base layer and the intermediate layer is set in a predetermined shape.

The mold according to claim 3, wherein the intermediate layer is formed by a plurality of layers.

The mold according to claim 2, wherein the shape of the connecting portion is formed in accordance with the cooling tendency of the molding material.

The mold according to claim 1, wherein the shape of the connecting portion is formed in accordance with the fluidity of the molding material.

The mold according to any one of claims 1 to 6, wherein the shape of the coupling portion is formed corresponding to a distance from a gate.

The mold according to any one of claims 1 to 6, wherein the shape of the coupling portion is formed corresponding to the thickness of the cavity space.

The mold according to any one of claims 1 to 8, wherein the inclination of the joint is increased as the distance from the gate increases.

The mold according to any one of claims 1 to 9, wherein the joining portions of the adjacent layers are joined by sintering.

The mold according to any one of claims 1 to 10, wherein an inclined layer in which the content of each material is gradually changed is formed in at least one of the joining portions of the adjacent layers.

The mold according to any one of claims 1 to 11, wherein the adjacent layers are formed by being joined by a joining member.

The mold according to any one of claims 2 to 12, wherein irregularities are formed on a surface of the outermost layer.