JP2010149421A - 樹脂成形装置及び成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】転写性を高くすることができるとともに、耐久性を向上させることができるようにする。
【解決手段】第１の金型と、第１の金型に進退自在に、かつ、対向させて配設された第２の金型と、凹凸のパターンから成る転写面をキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に向けて第１、第２の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレート２４と、一方の金型と転写プレート２４との間に配設され、金属ガラスから成る断熱材層とを有する。一方の金型と転写プレート２４との間に、金属ガラスから成る断熱材層が配設されるので、金型装置１１の温度を低く設定することができる。転写後の成形材料を冷却し、固化させるのに必要な時間を短くすることができるので、成形サイクルを短くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂成形装置及び成形機に関するものである。

従来、成形機、例えば、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が、樹脂成形装置としての金型装置内のキャビティ空間に充填され、該キャビティ空間内において冷却され、固化させられて成形品が成形されるようになっている。

前記射出成形機は、前記金型装置、型締装置及び射出装置を有し、該射出装置は、前記加熱シリンダ、該加熱シリンダの前端に取り付けられ、溶融させられた樹脂を射出する射出ノズル、前記加熱シリンダ内において回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリュー等を備える。そして、前記金型装置は固定金型及び可動金型を備え、前記型締装置によって可動金型を進退させることにより、金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われ、型締めに伴って、前記固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。

そして、計量工程において、前記スクリューが回転させられると、加熱シリンダ内に供給された樹脂が溶融させられてスクリューの前方に溜められ、それに伴って、スクリューが後退させられ、この間に、金型装置の型閉じ及び型締めが行われる。続いて、射出工程において、前記スクリューが前進させられ、スクリューの前方に溜められた樹脂が射出ノズルから射出され、キャビティ空間に充填される。次に、冷却工程において、前記キャビティ空間内の樹脂が冷却され固化されて、成形品が成形される。続いて、型開きが行われ、前記成形品が取り出される。

ところで、該成形品として、例えば、導光板、位相フィルム等を成形する場合、平面、又はロール等の曲面によって形成される金型に転写プレートが取り付けられ、前記キャビティ空間にポリカーボネート等の熱可塑性の樹脂を充填して供給し、転写プレートの転写面に形成された微細な凹凸のパターンを樹脂に高精度に転写することによって前記成形品を得ている。

この場合、転写プレート及び金型装置の温度を、樹脂のガラス転移点温度より数十〔℃〕低く設定することにより、樹脂を冷却し、固化させるのに必要な時間を短くして、成形サイクルの短縮を図っている。

ところで、一般的に、射出ノズルから射出された樹脂が、キャビティ空間内に進入し、転写プレート及び金型装置の表面に接触すると、スキン層（表面固化層）が一瞬にして形成される。そして、前述のように転写プレート及び金型装置の温度を低く設定すると、キャビティ空間を形成する内壁面と接触する部分においてスキン層が成長し、良好な成形が阻害され、成形品にウェルド等の成形不良が発生したり、転写不良等の成形不良が発生してしまう。

そこで、キャビティ空間を形成する内壁面に、熱伝導率の低い断熱材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等の高分子材料から成る断熱層を形成するようにした断熱金型が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、断熱材料として、ジルコニア系材料、部分安定化ジルコニア、アルミナ系材料、Ｋ₂ Ｏ−ＴｉＯ₂ 等から成る群から選択されたセラミックス、又はソーダガラス、石英ガラス、耐熱ガラス、結晶化ガラス等から成る群から選択されたガラスを使用し、断熱層を形成するようにした断熱金型が提供されている（例えば、特許文献２参照。）。

この場合、キャビティ空間内に充填された樹脂の熱が金型装置に逃げるのを一瞬遅らせることができ、したがって、スキン層が成長するのを一瞬防止することができるので、その間に、転写面の凹凸のパターンの転写を終了することができる。

したがって、樹脂がキャビティ空間を形成する内壁面と接触する部分において良好な成形を行うことができ、転写不良が発生するのを防止することができる。

そして、断熱層を形成していない場合よりも、金型装置の温度を低く設定することができるので、転写後の樹脂を冷却し、固化させるのに必要な時間を短くすることができる。その結果、成形サイクルを短くすることができるので、生産性を向上させることができる。
特許第３６８６２５１号公報 特許第３７６８１６９号公報

しかしながら、前記従来の金型装置においては、高分子材料から成る断熱層を形成するようにした断熱金型の場合、成形時におけるヒートサイクルによって金型装置、転写プレート等が伸縮させられると、断熱層が金型装置の内壁面や転写プレートの表面と擦れ合い、摩耗してしまう恐れがあり、その結果、断熱層の耐久性が低下してしまう。

また、セラミックス又はガラスから成る断熱層を形成するようにした断熱金型の場合、セラミックス又はガラスは脆性が高いので、断熱層と金型装置との間、又は断熱層と転写プレートとの間に金属塵等が付着したり、進入した状態で、大きな射出力、型締力等が断熱層に加わると、断熱層にクラック、走り割れ等が発生してしまう恐れがある。したがって、断熱層の耐久性は低くなってしまう。

本発明は、前記従来の金型装置の問題点を解決して、成形サイクルを短くすることができ、成形不良が発生するのを防止することができ、転写性を高くすることができるとともに、耐久性を向上させることができる樹脂成形装置及び成形機を提供することを目的とする。

そのために、本発明の樹脂成形装置においては、第１の金型と、該第１の金型に対して進退自在に、かつ、対向させて配設された第２の金型と、凹凸のパターンから成る転写面をキャビティ空間に向けて前記第１、第２の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレートと、前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、金属ガラスから成る断熱材層とを有する。

本発明によれば、樹脂成形装置においては、第１の金型と、該第１の金型に対して進退自在に、かつ、対向させて配設された第２の金型と、凹凸のパターンから成る転写面をキャビティ空間に向けて前記第１、第２の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレートと、前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、金属ガラスから成る断熱材層とを有する。

この場合、前記一方の金型と転写プレートとの間に、金属ガラスから成る断熱材層が配設されるので、断熱材層が配設されていない場合よりも金型装置の温度を低く設定することができる。したがって、転写後の成形材料を冷却し、固化させるのに必要な時間を短くすることができるので、成形サイクルを短くすることができる。その結果、生産性を向上させることができる。

また、成形材料において、スキン層が形成された後、成長するのを一瞬防止することができるので、成形材料におけるキャビティ空間を形成する内壁面と接触する部分において良好な成形を行うことができ、転写不良が発生するのを防止することができる。

そして、断熱材層が金属ガラスによって形成されるので、耐久性を向上させることができる。

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が、成形機としては射出成形機を例に取って説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における金型装置の断面図、図２は本発明の第１の実施の形態における断熱層の要部断面図である。

図において、１１は成形品、例えば、導光板を成形するための樹脂成形装置としての、かつ、断熱金型としての金型装置、１２は第１の型部材としての、かつ、第１の金型としての固定金型、１３は該固定金型１２に対して進退自在に、かつ、対向させて配設された第２の型部材としての、かつ、第２の金型としての可動金型である。そして、図示されない型締装置（プレス機構）によって、可動金型１３が前進させられて型閉じ（接近）が行われ、可動金型１３が前記固定金型１２に当接させられて型締めが行われ、これに伴って固定金型１２と可動金型１３との間に矩形の形状を有するキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２が形成され、成形材料としての樹脂が充填された後、可動金型１３が後退させられ、固定金型１２から離されて型開き（離反）が行われる。

１５は固定金型１２に形成されたスプルーであり、該スプルー１５の先端とキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２とがゲートｇ１、ｇ２を介して連通させられる。

そして、前記可動金型１３は第１の型板としての上板２１、及び該上板２１を受ける第２の型板としての下板（受け板）２２を備え、前記キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の可動金型１３における固定金型１２と対向する面上に断熱層２５が着脱自在に配設され、該断熱層２５における固定金型１２と対向する面に転写プレート２４が取り付けられる。また、該転写プレート２４には、固定金型１２と対向する面に、微細な凹凸のパターンから成る転写面が形成されている。本実施の形態において、転写プレート２４は可動金型１３側に取り付けられるようになっているが、固定金型１２側に取り付けることもできる。

なお、前記上板２１及び下板２２は、剛性を保つためにステンレス鋼によって形成される。また、転写プレート２４は、加工性を良好にするために、ニッケルによって形成され、転写プレート２４の厚さは０．３〔ｍｍ〕程度にされる。そして、本実施の形態のように、導光板を成形する場合、型締めが行われているときに、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に樹脂が充填されるのに伴って、転写プレート２４に３００〜６００〔ｋｇ／ｃｍ² 〕程度の圧力が加わる。

そして、前記固定金型１２に第１の温調用流路としての冷却管路５１が、下板２２に第２の温調用流路としての冷却管路５２が形成され、各冷却管路５１、５２に温調媒体、例えば、水を流すことによって、金型装置１１、転写プレート２４及びキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の樹脂を冷却することができる。

前記型締装置は、図示されない第１のプラテンとしての固定プラテン、ベースプレートとしてのトグルサポート、前記固定プラテンとトグルサポートとの間に架設されたタイバー、固定プラテンと対向させて、かつ、タイバーに沿って進退自在に配設された第２のプラテンとしての可動プラテン、該可動プラテンとトグルサポートとの間に配設されたトグル機構、型締用の駆動部としての型締用モータ等を備える。そして、前記固定プラテン及び可動プラテンに、互いに対向させて前記固定金型１２及び可動金型１３がそれぞれ取り付けられる。

また、前記固定プラテンと対向させて図示されない射出装置が配設される。該射出装置は、シリンダ部材としての加熱シリンダ、該加熱シリンダ内において回転自在に、かつ、進退自在に配設された射出部材としてのスクリュー、前記加熱シリンダの前端に取り付けられた射出ノズル、前記加熱シリンダの後端の近傍に配設されたホッパ、前記スクリューと連結された計量用の駆動部としての計量用モータ、前記スクリューと連結された射出用の駆動部としての射出用モータ等を備える。そして、前記金型装置１１、型締装置、射出装置等によって射出成形機が構成される。

次に、前記構成の射出成形機の動作について説明する。

前記型締装置において、型締用モータを駆動すると、トグル機構が伸展させられ、可動プラテンが前進させられて型閉じが行われ、可動金型１３が固定金型１２に当接させられる。続いて、型締用モータを更に駆動すると、トグル機構において型締力が発生させられ、該型締力で可動金型１３が固定金型１２に押し付けられる。

一方、前記射出装置においては、計量工程において、計量用モータを駆動し、スクリューを回転させると、ホッパから供給された樹脂が、加熱シリンダ内において加熱され溶融させられ、前方に移動して、スクリューの前方に溜められる。これに伴って、スクリューは、所定の位置まで後退させられる。

また、射出工程において、型締めが行われた状態の金型装置１１の前記スプルー１５に、前記射出ノズルを押し当て、射出用モータを駆動し、スクリューを前進させると、スクリューの前方に溜められた樹脂は射出ノズルから射出され、ゲートｇ１、ｇ２を介して前記キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に充填される。

そして、各キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内の樹脂は、前記転写プレート２４の凹凸のパターンが転写され、前記温調媒体によって冷却され、固化される。

続いて、前記型締用モータを逆方向に駆動すると、トグル機構が屈曲させられ、可動プラテンが後退させられ、型開きが行われる。このようにして、導光板を成形することができる。

次に、前記断熱層２５について説明する。

断熱層２５は、本体を構成する断熱材層３１、該断熱材層３１における固定金型１２と対向する第１の面Ｓ１に被覆された第１の被覆層３２、及び前記断熱材層３１における可動金型１３と対向する第２の面Ｓ２に被覆された第２の被覆層３３を備える。

そして、断熱材層３１を形成する材料として、熱伝導率が低く、耐久性が高く、扱いやすい金属ガラスが使用される。該金属ガラスは、原子が広範囲にわたって無秩序に配列された非晶質なアモルファス合金（非晶質合金）であり、金属組成を変更することによって金属ガラスに、高強度、高硬度、高靱性、低ヤング率、高耐食性、軟磁性、低熱伝導率等の各種の特徴を持たせることができる。

本実施の形態においては、断熱材層３１に、高強度（１６５６〔Ｍｐａ〕）、高硬度（５２０〔ＨＶ〕）及び低熱伝導率（５．５〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕）の各特徴を持たせるために、金属ガラスとして、Ｚｒ（ジルコニウム）基金属ガラス（Ｚｒ₅₅Ａｌ₁₀Ｎｉ₅ Ｃｕ₃₀）が使用される。なお、この金属ガラスの組成は、この組成に限るものではない。なお、Ｚｒ基金属ガラスに代えてＰｔ（白金）基金属ガラスを使用することもできる。

また、前記断熱材層３１は、薄すぎると、断熱効果を十分に得ることができなくなり、精度の高い転写を行うことができず、厚すぎると、断熱効果が過剰に高くなり、成形サイクルがその分長くなってしまう。そこで、本実施の形態においては、断熱材層３１の厚さが、０．２〔ｍｍ〕以上、かつ、０．６〔ｍｍ〕以下の範囲、好ましくは、０．３〔ｍｍ〕以上、かつ、０．５〔ｍｍ〕以下の範囲にされる。

前記断熱層２５は、転写プレート２４と上板２１との間に配設され、転写プレート２４と共に、図示されないメカニカルチャック、エアチャック等を介して把持され、上板２１に取り付けられる。ところが、成形時のヒートサイクルによって上板２１、転写プレート２４等が伸縮させられると、断熱層２５が上板２１の内壁面及び転写プレート２４の表面と擦れ合い、摩耗し、その結果、断熱層２５の耐久性が低下してしまう恐れがある。

そこで、本実施の形態においては、断熱材層３１の第１、第２の面Ｓ１、Ｓ２に、ＤＬＣのような低摩擦性及び耐摩耗性を有する材料をコーティングすることによって、被覆層３２、３３を形成するようになっている。該被覆層３２、３３の厚さは、１〔μｍ〕以上、かつ、５〔μｍ〕以下の範囲になるように、好ましくは、１〔μｍ〕になるように設定される。

なお、断熱材層３１における固定金型１２側の面だけに前記被覆層３２を形成したり、上板２１側の面だけに前記被覆層３３を形成したりすることもできる。また、前記被覆層３２、３３を固定金型１２側の面及び上板２１側の面の両方の面に形成することもできる。

次に、金型装置１１のキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に樹脂を充填する場合の、樹脂の性向について説明する。

まず、断熱層２５が配設されていない金型装置１１において、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に樹脂を充填する場合の樹脂の性向について説明する。

この場合、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に充填される樹脂の温度Ｔｓは、３００〔℃〕以上、かつ、４００〔℃〕以下にされ、成形が開始される時点、すなわち、樹脂のキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２への充填が開始される時点の金型装置１１の温度（以下「初期温度」という。）は、成形に使用される樹脂のガラス転移点温度Ｔｇより低くされる。

そして、樹脂がキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内に進入すると、金型装置１１の表面（キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の内壁面）及び転写プレート２４の温度は、急激に上昇するが、金型装置１１によって多くの熱が奪われるので、その後、直ちに低下させられる。そして、転写プレート２４の表面温度は、転写が終了するときに、百数十〔℃〕に低下させられるが、その場合、樹脂は、３００〔℃〕以上、かつ、４００〔℃〕以下から百数十〔℃〕まで急激に冷却されることになり、スキン層が形成されやすく、形成されたスキン層は成長しやすい。

ところで、樹脂に転写される凹凸のパターンの深さをｄ１とし、形成されるスキン層の厚さをｄ２とすると、深さｄ１は厚さｄ２よりかなり小さい。樹脂が多少固化している前記スキン層に、そのスキン層の厚さｄ２よりもかなり小さな深さｄ１の凹凸のパターンを転写するためには、金型装置１１の型締めによって発生させられる圧縮力により、スキン層を押しつぶし、塑性変形させて凹凸のパターンに沿わせる必要がある。

この場合、塑性変形させるために大きな圧縮力をかける必要があるので、転写プレート２４の凹凸のパターンが劣化しやすくなってしまう。

また、転写が終了した後、転写プレート２４の表面の温度は、金型装置１１の表面の温度とほぼ等しくなるが、極めて緩やかに低下する。したがって、例えば、型開きができるまでに約３. ０〔秒〕以上の時間がかかり、そして、次の成形サイクルの型閉じが開始されるまでには、約４．５〔秒〕以上の時間が経過するので、成形サイクルが長くなってしまう。

次に、断熱層２５が配設されている金型装置１１において、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に樹脂を充填する場合の樹脂の性向について説明する。

本実施の形態において、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２に充填される樹脂の温度Ｔｓは、３００〔℃〕以上、かつ、４００〔℃〕以下であるが、断熱層２５を配設することによって、金型装置１１の初期温度は、成形に使用される樹脂のガラス転移点温度Ｔｇより低く、かつ、断熱層２５を配設していない場合よりも約４０〔℃〕低く設定することができる。

そして、樹脂がキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内に進入すると、金型装置１１の表面（キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の内壁面）及び転写プレート２４の温度は、断熱層２５を配設していない場合と同様に、急激に上昇するが、金型装置１１によって多くの熱が奪われるので、その後、直ちに低下させられる。ところが、本実施の形態においては、断熱層２５が配設されているので、金型装置１１によって樹脂の熱が奪われるのが、一瞬抑制される。したがって、金型装置１１の初期温度が、断熱層２５を配設していない場合よりも約４０〔℃〕低く設定されても、転写プレート２４の表面の温度及び樹脂の温度を、転写が行われている間、断熱層２５を配設していない場合における樹脂の温度より高くすることができる。

したがって、スキン層が形成された後、そのスキン層が成長するのを防止することができるので、樹脂がキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２を形成する内壁面と接触する部分において良好な成形を行うことができ、転写不良が発生するのを防止することができる。また、成形品にウェルド等の成形不良が発生するのも防止することができる。

そして、樹脂が多少固化した前記スキン層を、金型装置１１の型締によって発生させられる圧縮力により、押しつぶし、塑性変形させて、転写プレート２４の転写面の凹凸パターンに沿わせるとき、その圧縮力を小さくすることができるので、転写プレート２４の転写面の凹凸パターンが劣化するのを防止することができる。したがって、転写プレート２４の耐久性を向上させることができる。

さらに、金型装置１１の初期温度を低く設定することができるので、転写後の樹脂を冷却し、固化させるのに必要な時間を短くすることができる。

例えば、型開きを行うことができるまでの時間を約１．５〔秒〕と短くでき、そして、成形品が取り出され、次の成形サイクルの型閉じが開始されるまでの時間を２．５〔秒〕以上、かつ、３．０〔秒〕以下にすることができる。その結果、成形サイクルを短くすることができるので、生産性を向上させることができる。

そして、本実施の形態においては、断熱層２５に低摩擦・耐摩耗性材料から成る被覆層３２、３３が被覆された金属ガラスが使用されるので、成形時のヒートサイクルによって金型装置１１、転写プレート２４等が伸縮させられて、断熱層２５が金型装置１１の内壁面及び転写プレート２４の表面と擦れ合っても、摩耗するのを抑制することができる。したがって、断熱層２５及び転写プレート２４の耐久性を向上させることができる。

また、金属ガラスは、靱性が高いので、断熱層２５と金型装置１１との間、又は断熱層２５と転写プレート２４との間に金属塵等が付着したり、進入した状態で、大きな射出力、型締力等が断熱層２５に加わっても、断熱層２５にクラック、走り割れ等が発生してしまう恐れがない。したがって、断熱層２５の耐久性を高くすることができる。

ところで、本実施の形態においては、断熱材層３１として熱伝導率の低い金属ガラスが使用されるので、中実構造であっても断熱効果を発揮することができるが、より一層断熱性が必要な場合に、断熱材層３１に空隙を形成し、中空構造を形成することができる。

続いて、断熱材層３１に空隙を形成し、中空構造を形成することによって、断熱性を高くするようにした本実施の形態の他の例について説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の部分断面図、図４は本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の第１の例を示す斜視図、図５は本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の第１の例の要部を示す平面図、図６は本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の第２の例を示す斜視図、図７は本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の第３の例を示す斜視図、図８は本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の第４の例を示す斜視図である。

この場合、断熱材層３１における第２の面Ｓ２側に開口させて、マトリックス状に配列された複数の微細な穴６１が形成され、該各穴６１によって微細構造が形成される。各穴６１は、所定の形状、本実施の形態の第１の例においては、六角形の形状を有し、ハニカム状に形成される。なお、前記各穴６１は、本実施の形態の第２の例においては円形の形状を、第３の例においては矩形の形状を、第４の例においては格子状の形状を有する。さらに、各穴６１は、三角形の形状、楕円形の形状等の種々の形状でも良い。

また、各穴６１は、所定の深さを有し、所定のピッチで第２の面Ｓ２のほぼ全体にわたってそれぞれ、可動金型１３（図１）との間に、閉鎖された空隙を形成する。したがって、空隙内に収容された空気によって、断熱材層３１の断熱性を十分に高くすることができる。

ところで、前記各穴６１が断熱材層３１を貫通させて形成されると、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２内に形成された成形品の表面に転写プレート２４を介して各穴６１の形状がパターン状に浮き出ることがある。そこで、本実施の形態においては、前記各穴６１の深さが、断熱材層３１の厚さより小さくされ、第１の面Ｓ１は平坦にされ、転写プレート２４側に、所定の厚さを有するベース部２７が形成される。

前記断熱材層３１を構成する金属ガラスは転写によって形成されるので、ナノメートルオーダー、マイクロメートルオーダー、ミリメートルオーダー等の穴６１の深さ（空隙高さ）の成形が可能であり、各穴６１間の隔壁６２の厚さ、穴６１の深さによって表される隔壁６２の高さ、各穴６１のピッチ等は、断熱材層３１に必要とされる断熱性に応じて、又は断熱材層３１の各領域に必要とされる断熱性に応じて、任意に設定することができる。

前記断熱材層３１は転写によって形成されるので、本実施の形態においては、各穴６１が第２の面Ｓ２のほぼ全体にわたって形成されるようになっているが、断熱性が高く求められる箇所にだけ形成することもできる。充填される樹脂の温度は、ゲートｇ１、ｇ２の近傍では高温状態が維持されるが、キャビティ空間Ｃ１、Ｃ２（図１）の奥へ進むにつれて低温となってしまう。そこで、樹脂が高温状態を維持するゲートｇ１、ｇ２の近傍では、断熱材層３１に穴６１を形成せず、中心から周縁にかけて徐々に空隙率が高くなるように穴６１を形成し、中心から周縁にかけて断熱材層３１の熱伝導率を徐々に低くすることによって、樹脂が相対的なキャビティ空間Ｃ１、Ｃ２の奥へ進んでも低温とならないようにすることができる。また、断熱材層３１を機械加工で生産する場合と比較すると、断熱材層３１の形状を転写することができる母型を一つ作製するだけで、金属ガラスを転写することによって複数の断熱材層３１を成形することができるので、効率よく断熱材層３１を生産することができる。

次に、成形品としてディスク基板を成形するための本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図９は本発明の第２の実施の形態における樹脂成形装置を示す断面図である。

図において、２０はディスク基板を成形するための樹脂成形装置としての、かつ、断熱金型としての金型装置、２６Ａは第１の型部材としての、かつ、第１の金型としての固定金型、２６Ｂは該固定金型２６Ａに対して進退自在に、かつ、対向させて配設された第２の型部材としての、かつ、第２の金型としての可動金型である。そして、図示されない型締装置によって、可動金型２６Ｂが前進させられて型閉じが行われ、可動金型２６Ｂが前記固定金型２６Ａに当接させられて型締めが行われ、これに伴って固定金型２６Ａと可動金型２６Ｂとの間に円盤の形状を有するキャビティ空間Ｃが形成され、樹脂が充填された後、可動金型２６Ｂが後退させられ、固定金型２６Ａから離されて型開きが行われる。

そして、１５は固定金型２６Ａに形成されたスプルーであり、該スプルー１５の先端とキャビティ空間Ｃとが連通させられ樹脂が充填される。また、６３は可動金型２６Ｂに対して進退自在に配設されたカットパンチであり、該カットパンチ６３を前進させることによって、キャビティ空間Ｃに充填された樹脂に対して穴開加工を施すことができる。

前記キャビティ空間Ｃ内の固定金型２６Ａにおける可動金型２６Ｂと対向する面上に、第１の実施の形態と同様に、断熱層２５が形成され、該断熱層２５における可動金型２６Ｂと対向する面に転写プレートとしてのスタンパ３４が取り付けられる。該スタンパ３４には、可動金型２６Ｂと対向する面に、微細な凹凸パターンが形成されている。

そして、前記固定金型２６Ａに第１の温調用流路としての冷却管路５１が、可動金型２６Ｂに第２の温調用流路としての冷却管路５２が形成され、各冷却管路５１、５２に温調媒体、例えば、水を流すことによって、金型装置２０、スタンパ３４及びキャビティ空間Ｃ内の樹脂を冷却することができる。

キャビティ空間Ｃ内の樹脂は、前記スタンパ３４の転写面のパターンが樹脂に転写され、前記温調媒体によって冷却され、固化させられる。続いて、カットパンチ６３を前進させ、穴開加工を行った後、型開きを行うと、ディスク基板を成形することができる。

本実施の形態においては、断熱層２５が配設されるので、前記固定金型２６Ａによって樹脂の熱が奪われるのが、一瞬抑制される。

したがって、スキン層が形成された後、該スキン層が成長するのを一瞬防止することができるので、樹脂がキャビティ空間Ｃを形成する内壁面と接触する部分において良好な成形を行うことができ、微細な凹凸パターンの転写不良が発生するのを防止することができる。また、成形品にウェルド等の成形不良が発生するのも防止できる。

そして、樹脂が多少固化した前記スキン層を、金型装置２０の型締めによって発生させられる圧縮力により、押しつぶし、塑性変形させて、スタンパ３４の転写面の凹凸パターンに沿わせるとき、その圧縮力を小さくすることができるので、スタンパ３４の転写面の凹凸パターンが劣化するのを防止することができる。したがって、スタンパ３４の耐久性を向上させることができる。

そして、金型装置２０の初期温度を断熱層２５が配設されていない場合より低く設定することができるので、転写後の樹脂を冷却し、固化させるのに必要な時間を短くすることができる。

例えば、型開きを行うことができるまでの時間を約１．５〔秒〕と短くでき、そして、成形品が取り出され、次の成形サイクルの型閉じが開始されるまでの時間を２．５〔秒〕以上、かつ、３．０〔秒〕以下にすることができる。その結果、成形サイクルを短くすることができるので、生産性を向上させることができる。

そして、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、断熱層２５に低摩擦・耐摩耗性材料から成る被覆層３２、３３（図２）が被覆された金属ガラスが使用されるので、成形時のヒートサイクルによって金型装置２０、スタンパ３４等が伸縮させられて、断熱層２５が金型装置２０の内壁面及びスタンパ３４の表面と擦れ合っても、断熱層２５が摩耗するのを抑制することができる。したがって、断熱層２５及びスタンパ３４の耐久性を向上させることができる。

また、金属ガラスは、靱性が高いので、断熱層２５と金型装置２０との間、又は断熱層２５とスタンパ３４との間に金属塵等が付着したり、進入した状態で、大きな射出力、型締力等が断熱層２５に加わっても、断熱層２５にクラック、走り割れ等が発生してしまう恐れがない。したがって、断熱層２５の耐久性を高くすることができる。

ところで、本実施の形態においては、断熱材層３１として熱伝導率の低い金属ガラスが使用されるので、中実構造であっても断熱効果を発揮することができるが、次に、より一層断熱性が必要な場合に、断熱材層３１に空隙を形成し、中空構造を形成することによって、断熱性を高くするようにした本実施の形態の他の例について、第１の実施の形態で示した図３〜８を流用しつつ説明する。

この場合、断熱材層３１における第２の面Ｓ２側に開口させて、マトリックス状に配列された複数の微細な穴６１が形成され、該各穴６１によって微細構造が形成される。各穴６１は、所定の形状、本実施の形態の第１の例においては、六角形の形状を有し、ハニカム状に形成される。なお、前記各穴６１は、本実施の形態の第２の例においては円形の形状を、第３の例においては矩形の形状を、第４の例においては格子状の形状を有する。さらに、各穴６１は、三角形の形状、楕円形の形状等の種々の形状でも良い。

また、各穴６１は、所定の深さを有し、所定のピッチで第２の面Ｓ２のほぼ全体にわたってそれぞれ、固定金型２６Ａとの間に、閉鎖された空隙を形成する。したがって、空隙内に収容された空気によって、断熱材層３１の断熱性を十分に高くすることができる。

ところで、前記各穴６１が断熱材層３１を貫通させて形成されると、キャビティ空間Ｃ内に形成された成形品の表面にスタンパ３４を介して各穴６１の形状がパターン状に浮き出ることがある。そこで、本実施の形態においては、前記各穴６１の深さが、断熱材層３１の厚さより小さくされ、第１の面Ｓ１は平坦にされ、スタンパ３４側に、所定の厚さを有するベース部２７が形成される。

前記断熱材層３１を構成する金属ガラスは転写によって形成されるので、ナノメートルオーダー、マイクロメートルオーダー、ミリメートルオーダー等の穴６１の深さ（空隙高さ）の成形が可能であり、各穴６１間の隔壁６２の厚さ、穴６１の深さによって表される隔壁６２の高さ、各穴６１のピッチ等は、断熱材層３１に必要とされる断熱性に応じて、又は断熱材層３１の各領域に必要とされる断熱性に応じて、任意に設定することができる。

なお、前記断熱材層３１は転写によって形成されるので、本実施の形態においては、各穴６１が第２の面Ｓ２のほぼ全体にわたって形成されるようになっているが、断熱性が高く求められる箇所にだけ形成することもできる。充填される樹脂の温度は、スプルー１５の近傍では高温状態が維持されるが、キャビティ空間Ｃの奥へ進むにつれて低温となってしまう。そこで、樹脂が高温状態を維持するスプルー１５の近傍では、断熱材層３１に穴６１を形成せず、中心から周縁にかけて徐々に空隙率が高くなるように穴６１を形成し、中心から周縁にかけて断熱材層３１の熱伝導率を徐々に低くすることによって、樹脂が相対的なキャビティ空間Ｃの奥へ進んでも低温とならないようにすることができる。また、断熱材層３１を機械加工で生産する場合と比較すると、断熱材層３１の形状を転写することができる母型を一つ作製するだけで、金属ガラスを転写することによって複数の断熱材層３１を成形することができるので、効率よく断熱材層３１を生産することができる。

なお、本発明は前記各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。

本発明の第１の実施の形態における金型装置の断面図である。 本発明の第１の実施の形態における断熱層の要部断面図である。 本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の部分断面図である。 本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の第１の例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の第１の例の要部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の第２の例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の第３の例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における他の断熱材層の第４の例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態における樹脂成形装置を示す断面図である。

符号の説明

１１、２０ 金型装置
１２、２６Ａ 固定金型
１３、２６Ｂ 可動金型
２４ 転写プレート
２５ 断熱層
３１ 断熱材層
３４ スタンパ
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ キャビティ空間

Claims (8)

1. （ａ）第１の金型と、
   （ｂ）該第１の金型に対して進退自在に、かつ、対向させて配設された第２の金型と、
   （ｃ）凹凸のパターンから成る転写面をキャビティ空間に向けて前記第１、第２の金型のうちの一方の金型に取り付けられた転写プレートと、
   （ｄ）前記一方の金型と転写プレートとの間に配設され、金属ガラスから成る断熱材層とを有することを特徴とする樹脂成形装置。
2. 前記断熱材層における前記一方の金型側の面に、複数の空隙から成る微細構造が形成される請求項１に記載の樹脂成形装置。
3. 前記断熱材層における他方の金型側に、所定の厚さを有するベース部が形成される請求項１又は２に記載の樹脂成形装置。
4. 前記断熱材層に低摩擦・耐摩耗性材料から成る被覆層が被覆される請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂成形装置。
5. 前記被覆層は、前記断熱材層における転写プレート側の面に被覆される請求項４に記載の樹脂成形装置。
6. 前記被覆層は、前記断熱材層における金型側の面に被覆される請求項４に記載の樹脂成形装置。
7. 前記被覆層は、前記断熱材層における転写プレート側の面、及び前記一方の金型側の面の両方の面に被覆される請求項４に記載の樹脂成形装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の樹脂成形装置が搭載された成形機。

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