JP3686251B2 - 樹脂成形品の成形方法およびその方法に用いる金型 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成形品の成形方法およびその方法に使用される金型に関する。本発明によって表面に微細な凹凸構造を有する樹脂成形品を成形することが有用である。例えば、本発明により、（１）液晶表示装置のバックライト等に使用される導光板、（２）液晶プロジェクションテレビのスクリーン、投影機等に使用されるフレネルレンズシートまたはレンチキュラーレンズシート、集光用のフレネルレンズシートなどのレンズシート、（３）映像等の情報の再生または記録・再生を光学的に行う光記録媒体の基板などを成形することができる。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性の樹脂を用いた射出成形法により、表面に微細な凹凸構造を有する成形品を成形することが一般的に行われている。そのような成形品として光記録媒体の基板が挙げられる。光ディスクなどの光記録媒体は、１９８０年代初めにコンパクトディスク（ＣＤ）およびレーザーディスク（ＬＤ）の市販が開始されて以後、全世界に普及した。現在では、ＣＤサイズの透明樹脂成形基板に２時間程度の動画情報などの大容量データがデジタルで記録された、従来のＣＤ、ＬＤよりも薄く高密度の光ディスクの開発検討が行われている。これらの大容量光ディスクの成形方法としては、量産性とコストとの点から、透明樹脂を用いて射出成形して、金型に装着されたスタンパ表面上のピットまたは溝を転写させることにより基板を成形する方法が一般に行われている。
【０００３】
光記録媒体基板の射出成形工程では、金型のキャビティ内に溶融樹脂が射出充填され、ゲート部の冷却固化が完了するまで保圧工程においてスプルまたはランナの溶融樹脂を介してキャビティ内に圧力が付加されることによって金型の形状が転写される。ゲートが固化した後は金型内の樹脂が冷却固化されて成形品（光記録媒体基板）が得られる。
【０００４】
上記の射出成形法によりキャビティ内に射出充填された溶融樹脂がキャビティ面と接すると急激に冷却され、冷却固化層が形成されながらキャビティ内に溶融樹脂が充填される。このようにして形成された冷却固化層は転写性の低下、充填された溶融樹脂の会合部で発生して異常発光を引き起こすウェルドマークおよびコールドマークの発生、ウェルドマークおよびコールドマークの部分での強度低下、残留応力による変形等による品質低下、変形等による外観不良、フローマークの発生などの原因となる。
【０００５】
次に、従来行われている導光板の成形方法について説明する。液晶表示装置のバックライトなどに用いられる照明装置の構成を図７に示す。図７に示すように、該照明装置は、冷陰極管等の光源１１と、入射端面１２ａが光源１１の近傍に位置するように配置された導光板１２と、導光板１２の表面に配置された拡散シート１３と、導光板１２の拡散シート１３とは反対の側に配置された反射シート１４とで構成されている。このような構成の照明装置では、光源１１からの光が入射端面１１ａより導光板１２内に入射し、導光板１２内に入射した光が拡散シート１３と反射シート１４との面で反射されながら、入射端面１２ａとは反対の方向へ伝送させる。その間に一部の光が導光板１２の表面より導光板１２外へ出て拡散シート１３を通り、拡散光として照明装置の外部に出ることによって均一な輝度の照明光が得られる。
【０００６】
従来、上記の照明装置では、均一な拡散光を得るために、導光板の裏面（反射シート１４側の面）にドット状等の疎密な分布を有するパターンが印刷されたり、凹凸加工されたり、シボ加工されたり、プリズム状の疎密な分布を有するパターンが加工されたりしている。
【０００７】
導光板を射出成形法によって成形する場合、導光板におけるドット状の疎密な分布を有するパターン等の加工は、一般に、所定の領域に所望の凹凸パターンとは逆の凹凸パターンが形成された金型を用いて行われる。
【０００８】
射出成形法によりキャビティ内に射出充填された溶融樹脂がキャビティ面と接して急激に冷却される際に発生する冷却固化層によって、光記録媒体基板と同様に、導光板に、転写性の低下、異常発光、強度低下、変形、外観不良、フローマークの発生などの問題を生じさせる。
【０００９】
次に、従来行われているレンズシートの成形方法について説明する。大きな面積を有するフレネルレンズシート、レンチキュラーレンズシートなどのレンズシートを製造する場合、樹脂板に加熱された平板状のレンズ型を当接し、加圧することによってレンズ型表面の凹凸のレンズ面を樹脂型に転写させることが一般的である。しかし、この方法には、成形のサイクルが長く、生産性が高くないという課題が存在する。そこで、最近では、レンズ型に紫外線硬化樹脂を塗布し、この上に樹脂板を載置して紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂によりレンズを形成する技術が開発されている。
【００１０】
一方、比較的サイズが小さいフレネルレンズシート、レンチキュラーレンズシート等は合成樹脂を用いた射出成形法により製造することが行われている。レンズシートを射出成形法によって成形する場合、レンズ面の加工は、一般に、所望のレンズ面の凹凸パターンとは逆の凹凸パターンが形成された金型を用いて行われる。
【００１１】
射出成形法によりキャビティ内に射出充填された溶融樹脂がキャビティ面と接して急激に冷却される際に発生する冷却固化層によって、光記録媒体基板と同様に、レンズシートに、転写性の低下、異常発光、強度低下、変形、外観不良、フローマークの発生などの問題を生じさせる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の射出成形法において、転写性の低下などの原因となっている冷却固化層の発生を抑えるためには、一般には、溶融樹脂の温度を高くする、充填速度を高くする等の成形条件を変更するという対応、あるいは冷熱サイクル温度調節器を用いて金型温度を制御するという対応などをなすことが考えられる。しかし、この方法では、成形サイクルが延長されることによる樹脂の熱劣化または黄変のために光線透過率が低下することにより、光記録媒体基板であれば、信号の読み取り不良が生じたり、成形時に高温状態にある成形品を強制的に金型から離型させることによって成形品に変形が生じることにより、歩留まりの低下が生じたりするという課題が生じ、対応として充分ではない。
【００１３】
一方、スタンパの温度むらを小さくするために、特開平３−２６６１６号公報には、磁石によりスタンパを金型に密着させる技術が開示され、また特開平４−２２４９２１号公報には、粘性のある薄膜によってスタンパを金型に密着させる技術が開示されている。これらの方法では、金型内のスタンパの転写面の全体を均一に冷却させることができ、光記録媒体基板の転写性を均一にすることが可能であるが、充填された樹脂の冷却固化層を小さくすることができず、転写性を向上させることはできない。さらに、特開昭６２−１８０５４１号公報には、コンパクトディスク等の射出成形に用いるスタンパの裏面に、７×１０―２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下の熱伝導率を有する物質をコーティングする技術が開示され、特開平７−１７８７７４号公報には、スタンパの裏面に断熱性の金型挿入体を設置し、成形中の熱可塑性材料の初期冷却を遅延化する技術が開示されている。しかし、これらの公報に記載された技術は、射出成形に利用される樹脂の物性とスタンパを含む金型の熱容量との関係についての考慮が不十分であるため、ＣＤまたはＬＤよりも高密度化された、より微細な形状のピットまたは溝を有する最近の光ディスクの成形にこれらの公報に記載された技術を適用すると、例えば溶融樹脂からスタンパに供給された熱がすぐに金型に逃げてしまい、冷却固化層の発生を抑えることができず、十分な転写性を実現できなかった。
【００１４】
本発明の樹脂成形品の成形方法は上記の課題を解決すべくなされたものであり、キャビティ内に射出充填された溶融樹脂表面の冷却固化層の形成を少なくすることによって、転写性を向上させ、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生を低減させ、高い生産性を実現する成形方法を提供することを目的としている。また、本発明の金型は、上記本発明の樹脂成形品の成形方法に用いられるものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の樹脂成形品の成形方法は、第１の面がキャビティ部を構成する厚さ０．３〜０．６ｍｍの薄板本体がキャビティ部側に装着されており、該第１の面に対向する面である第２の面に、該薄板本体の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する厚さ０．１５〜０．３ｍｍの低熱伝導率部材が設けられている薄板部材が装着された金型を使用して熱可塑性樹脂を射出成形する方法であって、転写開始温度以上の温度を有する熱可塑性樹脂を、転写開始温度以下の温度に保持された金型で構成されたキャビティ部に導入し、該金型で冷却されて転写開始温度以下の温度に下がった金型の表面近傍の熱可塑性樹脂が、キャビティ部に熱可塑性樹脂が充填された後に、再度、転写開始温度を超える温度に上昇するように、キャビティ部側の表面部分の熱容量が設定された金型を用いることを特徴とする。本明細書において、転写開始温度とは、成形に使用する熱可塑性樹脂の温度と縦弾性係数（貯蔵弾性率）との関係を測定したときに、相遷移領域のグラフの接線とゴム状平坦領域のグラフの接線との交点により求められる温度をいう。
【００１６】
本発明によって表面に微細な凹凸構造を有する樹脂成形品を成形することが有用である。例えば、導光板、レンズシート、光記録媒体の基板などを本発明の方法により成形することができる。また、光導波路のパターンを有する光機能製品の基板の成形も本発明により可能である。
【００１７】
上記本発明の樹脂成形品の成形方法では、第１の面がキャビティ部を構成する厚さ０．３〜０．６ｍｍの薄板本体がキャビティ部側に装着され、該第１の面に対向する面である第２の面に、該薄板本体の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する厚さ０．１５〜０．３ｍｍの低熱伝導率部材が設けられており、転写開始温度以上の温度を有する熱可塑性樹脂がキャビティ部に導入されたときに、転写開始温度以下の温度を有する金型で冷却されて転写開始温度以下の温度に下がった金型の表面近傍の熱可塑性樹脂が、キャビティ部に熱可塑性樹脂が充填された後に、再度、転写開始温度を超える温度に上昇するように、熱容量が設定された薄板部材がキャビティ部側に装着されたことを特徴とする樹脂成形品の成形金型が用いられる。
【００１８】
射出成形の１サイクルに要する時間を短くするためには、上記樹脂成形品の成形金型として、薄板本体の熱伝導率が３０〜１００ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃の範囲であり、厚さが０．３〜０．６ｍｍの範囲であって、低熱伝導率部材の熱伝導率が０．２〜０．５ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃の範囲であり、厚さが０．１５〜０．３ｍｍの範囲である薄板部材を備えたものを用いることが好ましい。導光板の成形金型としては、上記の熱伝導率および厚さの低熱伝導率部材を備え、上記の熱伝導率および厚さを有する薄板部材を備えたものが好ましい。また、レンズシートまたは光記録媒体基板の成形金型としては、薄板本体の熱伝導率が３０〜１００ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃の範囲であり、厚さが０．３〜０．６ｍｍの範囲であって、低熱伝導率部材の熱伝導率が０．２〜０．５ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃の範囲であり、厚さが０．１５〜０．３ｍｍの範囲である薄板部材を備えたものが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
上記本発明による樹脂成形品の成形金型の断面構造の一例を図１（ａ）に、その平面構造の一例を図１（ｂ）に示す。この金型は射出成形機に取り付けられて導光板、レンズシート、光記録媒体基板などの樹脂成形品の射出成形に利用される。本発明による金型１には、１つの主面がキャビティの一部を構成する薄板部材２が装着されている。薄板部材２は、薄板本体３と低熱伝導率部材４とからなり、薄板本体３の１つの主面（第１の面）はキャビティの一部を構成し、上記キャビティの一部を構成する主面とは異なる他の１つの主面（第２の面）に低熱伝導率部材４が設けられている。金型１のバックプレート５は、薄板部材２の厚さに相当する深さだけ彫り込まれており、そこに薄板部材２が装着されている。ここで、「主面」とは、薄板部材を構成する６つの面のうち、大きな面積を有する２つの対向する面のことである。
【００２０】
以下、本発明の樹脂成形品の成形方法により、転写性が向上し、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生が低減される理由について説明する。ここでは、ポリメチルメタクリレート樹脂を使用して導光板を成形する場合を例に説明する。
【００２１】
ポリメチルメタクリレート樹脂（クラレ製パラペットＨＲ−１０００ＬＣ）の温度と縦弾性係数との関係を測定した結果を図２に示す。図２に示すように、ポリメチルメタクリレート樹脂の温度と縦弾性係数との関係を測定し（曲げモード）、貯蔵弾性率の温度依存性を求めると、グラフの傾きが大きく変わる温度があり、この温度が本明細書でいう転写開始温度である。図２中に示すように、相遷移領域のグラフの接線とゴム状平坦領域のグラフの接線との交点により求められる、ポリメチルメタクリレート樹脂（クラレ製パラペットＨＲ−１０００ＬＣ）の転写開始温度は１２８℃である。
【００２２】
金型の温度を８５℃に設定し、キャビティ内に射出充填されるポリメチルメタクリレート樹脂（図２に示す測定結果を得たもの）の温度を２８０℃に設定したときの、射出後の時間（秒）とポリメチルメタクリレート樹脂の金型に接する面の温度との関係を、ＭＡＲＣ（ＭＡＲＣ社製）を用いた非定常熱伝導解析によるシミュレーションにより求めた結果を図３に示す。ここで、図４に示すように、成形物の厚さを３ｍｍとし、金型（炭素鋼製とする。）の厚さを２５ｍｍとし、薄板本体（ニッケル製とする。）の厚さを０．３ｍｍとしてシミュレーションしている。薄板本体のニッケルの熱伝導率は、７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃である。薄板本体表面に形成された凹凸構造は、高さが１３μｍであり、ピッチが３０μｍである。また、充填時間を１．４秒、成形サイクルを６０秒とし、冷却水側の熱伝導係数を１．０×１０− 3ｃａｌ／ｍｍ２・ｓｅｃ・℃としている。
【００２３】
ここで、図３の（ａ）は、金型に薄板部材が装着されていない場合のシミュレーション結果であって、転写開始温度以上の温度を有するポリメチルメタクリレート樹脂がキャビティ部に導入されたときに、金型の表面近傍のポリメチルメタクリレート樹脂が転写開始温度以下の温度を有する金型で冷却されて転写開始温度以下の温度に下がり、そのまま転写開始温度を超えることがない。このように金型の表面近傍のポリメチルメタクリレート樹脂が転写開始温度以下になることにより、キャビティ内の樹脂に冷却固化層が形成される。キャビティ内に樹脂が充填された後、保圧工程でキャビティ内の樹脂に圧力が付加され、ポリメチルメタクリレート樹脂に凹凸パターンが転写されて成形品（導光板）が得られる。このとき、金型の表面近傍のポリメチルメタクリレート樹脂に形成された冷却固化層が、内部からの圧力で凹凸パターンに押し込められるため、配向歪み、冷却歪みなどが生じ、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどが発生する。
【００２４】
一方、図３の（ｂ）および（ｃ）は、本発明の樹脂成形品の成形方法にしたがった場合の射出後の時間（秒）とポリメチルメタクリレート樹脂の金型に接する面の温度との関係をシミュレートした結果を示したものである。図３の（ｂ）は、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであるニッケル製の薄板本体の一つの面に、熱伝導率が０．１２６ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．１ｍｍであるポリエチレンテレフタレート製の低熱伝導率部材を取り付け、この薄板部材が装着された金型を使用して、（ａ）の条件と同じ条件でシミュレーションすることにより射出後の時間（秒）と温度との関係をシミュレートした結果を示している、図３の（ｃ）は、低熱伝導率部材の厚さを０．１５ｍｍとする以外は（ｂ）の場合と同じ条件でシミュレーションした結果である。
【００２５】
図３の（ｂ）および（ｃ）で示すように、本発明の樹脂成形品の成形方法では、転写開始温度以下の温度に保持された金型で構成されたキャビティ部に導入され、該金型で冷却されて、転写開始温度以上の温度から転写開始温度以下の温度に下がった金型の表面近傍の熱可塑性樹脂が、キャビティ部に熱可塑性樹脂が充填された後に、再度、転写開始温度を超える温度に上昇するように、キャビティ部側の表面部分の熱容量が設定された金型を使用する。このような金型を使用して導光板等の成形品を成形すると、射出充填直後に樹脂温度が転写開始温度以下になることにより、金型の表面近傍に冷却固化層が形成されるが、その後、樹脂温度が再び転写開始温度を超えることにより、配向歪み、冷却歪みなどの原因となる冷却固化層が消滅する。この結果、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生が抑えられる。
【００２６】
ところで、冷却固化層が形成されることを防ぐために、金型のキャビティ部側の表面のみを、赤外線ヒーターなどを用いて輻射熱により加熱する技術がある。しかし、この技術は、冷却固化層の形成を防止することに一応の効果があるが、射出成形の１サイクル毎に金型のキャビティ部側の表面を加熱しなければならず、射出成形の１サイクルに要する時間が長くなるという欠点を有している。
【００２７】
これに対し、本発明の樹脂成形品の成形方法で用いられる金型のように、キャビティ部に薄板部材が装着された金型を用いて成形するのであれば、キャビティ内の樹脂の中心部の温度は、薄板部材が装着されていない金型を用いて成形した場合とあまり変化がない。図３に示した、射出後の時間（秒）とポリメチルメタクリレート樹脂の金型に接する面の温度との関係のシミュレーション結果を、時間軸を延ばして求めた結果を図５に示す。図５に示した（ｄ）の曲線はキャビティ内の樹脂の中心部の温度を表しており、薄板部材の有無、その厚さの大小に関わらず、中心部の温度はほぼ同じである。
【００２８】
本発明により導光板を成形しようとする場合、その導光板が、表面に凹凸パターンを有するものであれば、上記薄板部材のキャビティ部を構成する主面には、導光板の表面に形成されるべき凹凸パターンとは逆の凹凸が設けられている。また、成形しようとする導光板が表面にシボ加工を有するものであれば、上記薄板部材のキャビティ部を構成する主面にはシボ加工が施されている。さらに、成形しようとする導光板がドット状等のパターンが印刷されているものであれば、上記薄板部材のキャビティ部を構成する主面は鏡面（平面）のままである。
【００２９】
成形すべき導光板が表裏の両面に凹凸パターンまたはシボ加工を有するものであれば、薄板部材を金型のキャビティの両面に設けて成形すれば良い。凹凸パターンまたはシボ加工が導光板の片面のみであれば、キャビティの片面（凹凸パターンまたはシボ加工のある面）に薄板部材を設け、他の面は鏡面のままで良いが、両面に薄板部材を設けても良い（この場合、一方の薄板部材の表面は鏡面である。）。
【００３０】
本発明の樹脂成形品の成形方法により、レンズシートを成形する場合にも、転写性が向上し、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生が低減される。このことは、図６に示すように、成形物の厚さを２ｍｍとし、金型（炭素鋼製とする。）の厚さを２５ｍｍとし、薄板本体（ニッケル製とする。）の厚さを０．３ｍｍとし、ポリエチレンテレフタレート製の低熱伝導率部材の厚さを０．１ｍｍとして、上記した導光板の成形方法と同様にシミュレーションした結果により確認された。ここで、金型の温度を８５℃に設定し、キャビティ内に射出充填されるポリメチルメタクリレート樹脂は図２に示す測定結果を得たものであり、この温度を２８０℃に設定する。充填時間を１．４秒、成形サイクルを６０秒とし、冷却水側の熱伝導係数を１．０×１０−３ｃａｌ／ｍｍ２・ｓｅｃ・℃としている。
【００３１】
本発明によりレンズシートを成形しようとする場合、上記薄板部材のキャビティ部を構成する主面には、レンズシートに形成されるべきレンズの凹凸パターンとは逆の凹凸が設けられている。成形しようとするレンズシートが表裏の両面に凹凸のレンズ面を有するのであれば、図１に示す構造の金型をキャビティの両面に設ければ良い。凹凸のレンズ面がレンズシートの片面のみであれば、図１に示す構造の金型はキャビティの片面のみに設ければ良く、他の面は鏡面のままでも良い。
【００３２】
本発明の樹脂成形品の成形方法により、光記録媒体の基板を成形する場合にも、転写性が向上し、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生が低減される。
【００３３】
なお、本発明の方法で用いられる熱可塑性樹脂は特に制限がなく、例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、熱可塑性エラストマー、またはこれらの共重合体等が挙げられる。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明する。まず、導光板の成形方法の実施例について説明する。
【００３５】
（参考例１〜２）
薄板本体として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した。薄板本体のキャビティ側表面には、ピッチが５０μｍであり、高さが２５μｍである二等辺プリズム状の凹凸パターンが配列されている。薄板本体のパーティング面（キャビティとは反対の面）側には、熱伝導率が０．３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．１ｍｍであり、大きさが２２０ｍｍ×１７０ｍｍであるポリイミドフィルム（低熱伝導率部材）が接着されている。また、この薄板部材が装着される金型は金型のパーティング面より、まず、薄板本体であるニッケル製の薄板に相当するように厚さが０．３ｍｍ、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍになるように彫り込まれ、さらに、低熱伝導率部材であるポリイミドフィルムに相当するように厚さが０．１ｍｍ、大きさが２２０ｍｍ×１７０ｍｍになるように彫り込まれている。この薄板部材を装着した金型を使用してポリメチルメタクリレート樹脂を使用して表１に示す条件により射出成形法で導光板を成形することができた。
【００３６】
なお、上記の金型を使用して、シリンダ温度２７０℃の条件で、プリズム形状が転写される内圧を測定すると３８ＭＰａであった。
【００３７】
（比較例１）
キャビティを構成する部材として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した（低熱伝導率部材は設けられていない。）。薄板本体のキャビティ側表面には、ピッチが５０μｍであり、高さが２５μｍである二等辺プリズム状の凹凸パターンが配列されている。この部材が装着される金型は、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであり、深さがニッケル板に相当する厚さだけ金型のパーティング面より彫り込まれている。この金型を使用して参考例１〜２と同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表１に示す条件により射出成形法で導光板を成形した。
【００３８】
（比較例２）
比較例１と同様の金型を使用して、参考例１および２におけるより、高シリンダ温度、高金型温度で、同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表１に示す条件により、射出成形法で導光板を成形した。
【００３９】
（比較例３）
比較例１と同様の金型を使用して、金型温度調節器の媒体温度を保圧までは１００℃、冷却中に８５℃として、同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表１に示す条件により、射出成形法で導光板を成形した。
【００４０】
【表１】
【００４１】
上記の各比較例のうち、比較例１では、プリズムの高さが低く転写性が低かった。比較例２および３のようにすると、転写性は向上するが成形サイクルが長くなった。なお、比較例１の金型を使用して、シリンダ温度２７０℃の条件で、プリズム形状が転写される内圧を測定すると５５ＭＰａであった。
【００４２】
（実施例１〜２、参考例３〜７）
薄板本体として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した。薄板本体のキャビティ側表面には、ピッチが５０μｍであり、高さが２５μｍである二等辺プリズム状の凹凸パターンが配列されている。薄板本体のパーティング面（キャビティとは反対の面）側には、熱伝導率が０．３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、大きさが２２０ｍｍ×１７０ｍｍであるポリイミドフィルム（低熱伝導率部材）が接着されている。ここで、ポリイミドフィルムの厚さを表２に示すように変更した。上記の金型を使用して参考例１〜２と同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表２に示す条件により、射出成形法で導光板を成形した。得られた導光板のプリズムの高さの測定、外観観察、環境試験による反り測定をそれぞれ行った。環境試験は導光板を６５℃×９０％ＲＨの環境で３００時間放置して行い、３００時間経過後の導光板の反りをチクネスゲージにより測定した。
【００４３】
【表２】
【００４４】
実施例１および２のように薄板本体の厚さが０．３〜０．６ｍｍであり、低熱伝導率部材の厚さが０．１５〜０．３ｍｍである範囲において、プリズムの転写性が高く、ウエルドライン等の外観不良がなく、信頼性の高い成形品が得られた。また、高温度高湿度環境下でも反りがほとんど発生しなかった。
【００４５】
次に、レンズシートの成形方法の実施例について説明する。
【００４６】
（実施例３〜４）
薄板本体として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した。薄板本体のキャビティ側表面には、有効面積が２２０ｍｍ×１６６ｍｍであり、ピッチが５００μｍであり、中心部から外周部にかけて２５から８０μｍまで徐々に高さが変化するフレネルレンズパターンが配置されている。薄板本体のパーティング面（キャビティとは反対の面）側には、熱伝導率が０．３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．１５ｍｍであり、大きさが２２０ｍｍ×１７０ｍｍであるポリイミドフィルム（低熱伝導率部材）が接着されている。この薄板部材を装着した金型を使用してポリメチルメタクリレート樹脂を使用して表３に示す条件により射出成形法でレンズシートを成形することができた。
【００４７】
なお、上記の金型を使用して、シリンダ温度２７０℃の条件で、フレネルレンズのパターンが転写される内圧を測定すると４５ＭＰａであった。
【００４８】
（比較例４）
キャビティを構成する部材として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した（低熱伝導率部材は設けられていない。）。薄板本体のキャビティ側表面には、有効面積が２２０ｍｍ×１６６ｍｍであり、ピッチが５００μｍであり、中心部から外周部にかけて２５から８０μｍまで徐々に高さが変化するフレネルレンズパターンが配置されている。この部材が装着される金型は、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであり、深さがニッケル板に相当する厚さだけ金型のパーティング面より彫り込まれている。この金型を使用して実施例３〜４と同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表３に示す条件により射出成形法でレンズシートを成形した。
【００４９】
（比較例５）
比較例４と同様の金型を使用して、実施例３および４におけるより、高シリンダ温度、高金型温度で、同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表３に示す条件により、射出成形法でレンズシートを成形した。
【００５０】
（比較例６）
比較例４と同様の金型を使用して、金型温度調節器の媒体温度を保圧までは１００℃、冷却中に８５℃として、同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表３に示す条件により、射出成形法でレンズシートを成形した。
【００５１】
【表３】
【００５２】
上記の各比較例のうち、比較例４では、フレネルレンズのパターンの高さが低く転写性が低かった。比較例５および６のようにすると、転写性は向上するが成形サイクルが長くなった。なお、比較例４の金型を使用して、シリンダ温度２７０℃の条件で、フレネルレンズのパターンが転写される内圧を測定すると７０ＭＰａであった。
【００５３】
（実施例５〜８、参考例８〜１０）
薄板本体として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した。薄板本体のキャビティ側表面には、有効面積が２２０ｍｍ×１６６ｍｍであり、ピッチが５００μｍであり、中心部から外周部にかけて２５から８０μｍまで徐々に高さが変化するフレネルレンズパターンが配置されている。薄板本体のパーティング面（キャビティとは反対の面）側には、熱伝導率が０．３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、大きさが２２０ｍｍ×１７０ｍｍであるポリイミドフィルム（低熱伝導率部材）が接着されている。ここで、ポリイミドフィルムの厚さを表４に示すように変更した。上記の金型を使用して実施例３〜４同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表４に示す条件により、射出成形法でレンズシートを成形した。得られたレンズシートのフレネルレンズパターンの高さの測定、外観観察、環境試験による反り測定をそれぞれ行った。環境試験はレンズシートを６５℃×９０％ＲＨの環境で３００時間放置して行い、３００時間経過後のレンズシートの反りをチクネスゲージにより測定した。
【００５４】
【表４】
【００５５】
実施例５〜８のように薄板本体の厚さが０．３〜０．６ｍｍであり、低熱伝導率部材の厚さが０．１５〜０．３ｍｍである範囲において、フレネルレンズのパターンの転写性が高く、ウエルドライン等の外観不良がなく、信頼性の高い成形品が得られた。また、高温度高湿度環境下でも反りがほとんど発生しなかった。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂成形品を高い転写性で成形することができる。したがって、例えば、本発明によって導光板、レンズシート、光記録媒体基板などを成形すれば、従来の方法では転写が不十分で設計通りの性能が得られなかった場合でも、所望の性能を実現することができる。また、樹脂成形品にウエルドライン等の外観不良が発生しないため、異常発光のない高品質な樹脂成形品が得ることが可能であり、高温度または高湿度の環境での反りがないため、信頼性の高い樹脂成形品を得ることが可能である。また、低い内圧で転写できるため、従来より、小さい成形機で成形することができ、低コスト化することができる。さらに、本発明によって、残留応力による変形が小さい、信頼性の高い基板を得ることができる。これによって、動画情報等の大容量のデータを記録することが可能な光ディスク等の基板を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における薄板部材の金型への装着状態を示す図である。
【図２】 ポリメチルメタクリレート樹脂の温度と縦弾性係数との関係を測定した結果を示す図である。
【図３】 射出後の時間（秒）とポリメチルメタクリレート樹脂の金型に接する面の温度との関係を、ＭＡＲＣを用いた非定常熱伝導解析によるシミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図４】 図３の結果を得た導光板についてのシミュレーションの条件を示す図である。
【図５】 図３のシミュレーション結果を時間軸を延ばして表した図である。
【図６】 レンズシートについてのシミュレーションの条件を示す図である。
【図７】 導光板を用いた照明装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 金型
２ 薄板部材
３ 薄板本体
４ 低熱伝導率部材
５ バックプレート
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成形品の成形方法およびその方法に使用される金型に関する。本発明によって表面に微細な凹凸構造を有する樹脂成形品を成形することが有用である。例えば、本発明により、（１）液晶表示装置のバックライト等に使用される導光板、（２）液晶プロジェクションテレビのスクリーン、投影機等に使用されるフレネルレンズシートまたはレンチキュラーレンズシート、集光用のフレネルレンズシートなどのレンズシート、（３）映像等の情報の再生または記録・再生を光学的に行う光記録媒体の基板などを成形することができる。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性の樹脂を用いた射出成形法により、表面に微細な凹凸構造を有する成形品を成形することが一般的に行われている。そのような成形品として光記録媒体の基板が挙げられる。光ディスクなどの光記録媒体は、１９８０年代初めにコンパクトディスク（ＣＤ）およびレーザーディスク（ＬＤ）の市販が開始されて以後、全世界に普及した。現在では、ＣＤサイズの透明樹脂成形基板に２時間程度の動画情報などの大容量データがデジタルで記録された、従来のＣＤ、ＬＤよりも薄く高密度の光ディスクの開発検討が行われている。これらの大容量光ディスクの成形方法としては、量産性とコストとの点から、透明樹脂を用いて射出成形して、金型に装着されたスタンパ表面上のピットまたは溝を転写させることにより基板を成形する方法が一般に行われている。
【０００３】
光記録媒体基板の射出成形工程では、金型のキャビティ内に溶融樹脂が射出充填され、ゲート部の冷却固化が完了するまで保圧工程においてスプルまたはランナの溶融樹脂を介してキャビティ内に圧力が付加されることによって金型の形状が転写される。ゲートが固化した後は金型内の樹脂が冷却固化されて成形品（光記録媒体基板）が得られる。
【０００４】
上記の射出成形法によりキャビティ内に射出充填された溶融樹脂がキャビティ面と接すると急激に冷却され、冷却固化層が形成されながらキャビティ内に溶融樹脂が充填される。このようにして形成された冷却固化層は転写性の低下、充填された溶融樹脂の会合部で発生して異常発光を引き起こすウェルドマークおよびコールドマークの発生、ウェルドマークおよびコールドマークの部分での強度低下、残留応力による変形等による品質低下、変形等による外観不良、フローマークの発生などの原因となる。
【０００５】
次に、従来行われている導光板の成形方法について説明する。液晶表示装置のバックライトなどに用いられる照明装置の構成を図７に示す。図７に示すように、該照明装置は、冷陰極管等の光源１１と、入射端面１２ａが光源１１の近傍に位置するように配置された導光板１２と、導光板１２の表面に配置された拡散シート１３と、導光板１２の拡散シート１３とは反対の側に配置された反射シート１４とで構成されている。このような構成の照明装置では、光源１１からの光が入射端面１１ａより導光板１２内に入射し、導光板１２内に入射した光が拡散シート１３と反射シート１４との面で反射されながら、入射端面１２ａとは反対の方向へ伝送させる。その間に一部の光が導光板１２の表面より導光板１２外へ出て拡散シート１３を通り、拡散光として照明装置の外部に出ることによって均一な輝度の照明光が得られる。
【０００６】
従来、上記の照明装置では、均一な拡散光を得るために、導光板の裏面（反射シート１４側の面）にドット状等の疎密な分布を有するパターンが印刷されたり、凹凸加工されたり、シボ加工されたり、プリズム状の疎密な分布を有するパターンが加工されたりしている。
【０００７】
導光板を射出成形法によって成形する場合、導光板におけるドット状の疎密な分布を有するパターン等の加工は、一般に、所定の領域に所望の凹凸パターンとは逆の凹凸パターンが形成された金型を用いて行われる。
【０００８】
射出成形法によりキャビティ内に射出充填された溶融樹脂がキャビティ面と接して急激に冷却される際に発生する冷却固化層によって、光記録媒体基板と同様に、導光板に、転写性の低下、異常発光、強度低下、変形、外観不良、フローマークの発生などの問題を生じさせる。
【０００９】
次に、従来行われているレンズシートの成形方法について説明する。大きな面積を有するフレネルレンズシート、レンチキュラーレンズシートなどのレンズシートを製造する場合、樹脂板に加熱された平板状のレンズ型を当接し、加圧することによってレンズ型表面の凹凸のレンズ面を樹脂型に転写させることが一般的である。しかし、この方法には、成形のサイクルが長く、生産性が高くないという課題が存在する。そこで、最近では、レンズ型に紫外線硬化樹脂を塗布し、この上に樹脂板を載置して紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂によりレンズを形成する技術が開発されている。
【００１０】
一方、比較的サイズが小さいフレネルレンズシート、レンチキュラーレンズシート等は合成樹脂を用いた射出成形法により製造することが行われている。レンズシートを射出成形法によって成形する場合、レンズ面の加工は、一般に、所望のレンズ面の凹凸パターンとは逆の凹凸パターンが形成された金型を用いて行われる。
【００１１】
射出成形法によりキャビティ内に射出充填された溶融樹脂がキャビティ面と接して急激に冷却される際に発生する冷却固化層によって、光記録媒体基板と同様に、レンズシートに、転写性の低下、異常発光、強度低下、変形、外観不良、フローマークの発生などの問題を生じさせる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の射出成形法において、転写性の低下などの原因となっている冷却固化層の発生を抑えるためには、一般には、溶融樹脂の温度を高くする、充填速度を高くする等の成形条件を変更するという対応、あるいは冷熱サイクル温度調節器を用いて金型温度を制御するという対応などをなすことが考えられる。しかし、この方法では、成形サイクルが延長されることによる樹脂の熱劣化または黄変のために光線透過率が低下することにより、光記録媒体基板であれば、信号の読み取り不良が生じたり、成形時に高温状態にある成形品を強制的に金型から離型させることによって成形品に変形が生じることにより、歩留まりの低下が生じたりするという課題が生じ、対応として充分ではない。
【００１３】
一方、スタンパの温度むらを小さくするために、特開平３−２６６１６号公報には、磁石によりスタンパを金型に密着させる技術が開示され、また特開平４−２２４９２１号公報には、粘性のある薄膜によってスタンパを金型に密着させる技術が開示されている。これらの方法では、金型内のスタンパの転写面の全体を均一に冷却させることができ、光記録媒体基板の転写性を均一にすることが可能であるが、充填された樹脂の冷却固化層を小さくすることができず、転写性を向上させることはできない。さらに、特開昭６２−１８０５４１号公報には、コンパクトディスク等の射出成形に用いるスタンパの裏面に、７×１０―２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下の熱伝導率を有する物質をコーティングする技術が開示され、特開平７−１７８７７４号公報には、スタンパの裏面に断熱性の金型挿入体を設置し、成形中の熱可塑性材料の初期冷却を遅延化する技術が開示されている。しかし、これらの公報に記載された技術は、射出成形に利用される樹脂の物性とスタンパを含む金型の熱容量との関係についての考慮が不十分であるため、ＣＤまたはＬＤよりも高密度化された、より微細な形状のピットまたは溝を有する最近の光ディスクの成形にこれらの公報に記載された技術を適用すると、例えば溶融樹脂からスタンパに供給された熱がすぐに金型に逃げてしまい、冷却固化層の発生を抑えることができず、十分な転写性を実現できなかった。
【００１４】
本発明の樹脂成形品の成形方法は上記の課題を解決すべくなされたものであり、キャビティ内に射出充填された溶融樹脂表面の冷却固化層の形成を少なくすることによって、転写性を向上させ、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生を低減させ、高い生産性を実現する成形方法を提供することを目的としている。また、本発明の金型は、上記本発明の樹脂成形品の成形方法に用いられるものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の樹脂成形品の成形方法は、第１の面がキャビティ部を構成する厚さ０．３〜０．６ｍｍの薄板本体がキャビティ部側に装着されており、該第１の面に対向する面である第２の面に、該薄板本体の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する厚さ０．１５〜０．３ｍｍの低熱伝導率部材が設けられている薄板部材が装着された金型を使用して熱可塑性樹脂を射出成形する方法であって、転写開始温度以上の温度を有する熱可塑性樹脂を、転写開始温度以下の温度に保持された金型で構成されたキャビティ部に導入し、該金型で冷却されて転写開始温度以下の温度に下がった金型の表面近傍の熱可塑性樹脂が、キャビティ部に熱可塑性樹脂が充填された後に、再度、転写開始温度を超える温度に上昇するように、キャビティ部側の表面部分の熱容量が設定された金型を用いることを特徴とする。本明細書において、転写開始温度とは、成形に使用する熱可塑性樹脂の温度と縦弾性係数（貯蔵弾性率）との関係を測定したときに、相遷移領域のグラフの接線とゴム状平坦領域のグラフの接線との交点により求められる温度をいう。
【００１６】
本発明によって表面に微細な凹凸構造を有する樹脂成形品を成形することが有用である。例えば、導光板、レンズシート、光記録媒体の基板などを本発明の方法により成形することができる。また、光導波路のパターンを有する光機能製品の基板の成形も本発明により可能である。
【００１７】
上記本発明の樹脂成形品の成形方法では、第１の面がキャビティ部を構成する厚さ０．３〜０．６ｍｍの薄板本体がキャビティ部側に装着され、該第１の面に対向する面である第２の面に、該薄板本体の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する厚さ０．１５〜０．３ｍｍの低熱伝導率部材が設けられており、転写開始温度以上の温度を有する熱可塑性樹脂がキャビティ部に導入されたときに、転写開始温度以下の温度を有する金型で冷却されて転写開始温度以下の温度に下がった金型の表面近傍の熱可塑性樹脂が、キャビティ部に熱可塑性樹脂が充填された後に、再度、転写開始温度を超える温度に上昇するように、熱容量が設定された薄板部材がキャビティ部側に装着されたことを特徴とする樹脂成形品の成形金型が用いられる。
【００１８】
射出成形の１サイクルに要する時間を短くするためには、上記樹脂成形品の成形金型として、薄板本体の熱伝導率が３０〜１００ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃の範囲であり、厚さが０．３〜０．６ｍｍの範囲であって、低熱伝導率部材の熱伝導率が０．２〜０．５ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃の範囲であり、厚さが０．１５〜０．３ｍｍの範囲である薄板部材を備えたものを用いることが好ましい。導光板の成形金型としては、上記の熱伝導率および厚さの低熱伝導率部材を備え、上記の熱伝導率および厚さを有する薄板部材を備えたものが好ましい。また、レンズシートまたは光記録媒体基板の成形金型としては、薄板本体の熱伝導率が３０〜１００ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃の範囲であり、厚さが０．３〜０．６ｍｍの範囲であって、低熱伝導率部材の熱伝導率が０．２〜０．５ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃の範囲であり、厚さが０．１５〜０．３ｍｍの範囲である薄板部材を備えたものが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
上記本発明による樹脂成形品の成形金型の断面構造の一例を図１（ａ）に、その平面構造の一例を図１（ｂ）に示す。この金型は射出成形機に取り付けられて導光板、レンズシート、光記録媒体基板などの樹脂成形品の射出成形に利用される。本発明による金型１には、１つの主面がキャビティの一部を構成する薄板部材２が装着されている。薄板部材２は、薄板本体３と低熱伝導率部材４とからなり、薄板本体３の１つの主面（第１の面）はキャビティの一部を構成し、上記キャビティの一部を構成する主面とは異なる他の１つの主面（第２の面）に低熱伝導率部材４が設けられている。金型１のバックプレート５は、薄板部材２の厚さに相当する深さだけ彫り込まれており、そこに薄板部材２が装着されている。ここで、「主面」とは、薄板部材を構成する６つの面のうち、大きな面積を有する２つの対向する面のことである。
【００２０】
以下、本発明の樹脂成形品の成形方法により、転写性が向上し、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生が低減される理由について説明する。ここでは、ポリメチルメタクリレート樹脂を使用して導光板を成形する場合を例に説明する。
【００２１】
ポリメチルメタクリレート樹脂（クラレ製パラペットＨＲ−１０００ＬＣ）の温度と縦弾性係数との関係を測定した結果を図２に示す。図２に示すように、ポリメチルメタクリレート樹脂の温度と縦弾性係数との関係を測定し（曲げモード）、貯蔵弾性率の温度依存性を求めると、グラフの傾きが大きく変わる温度があり、この温度が本明細書でいう転写開始温度である。図２中に示すように、相遷移領域のグラフの接線とゴム状平坦領域のグラフの接線との交点により求められる、ポリメチルメタクリレート樹脂（クラレ製パラペットＨＲ−１０００ＬＣ）の転写開始温度は１２８℃である。
【００２２】
金型の温度を８５℃に設定し、キャビティ内に射出充填されるポリメチルメタクリレート樹脂（図２に示す測定結果を得たもの）の温度を２８０℃に設定したときの、射出後の時間（秒）とポリメチルメタクリレート樹脂の金型に接する面の温度との関係を、ＭＡＲＣ（ＭＡＲＣ社製）を用いた非定常熱伝導解析によるシミュレーションにより求めた結果を図３に示す。ここで、図４に示すように、成形物の厚さを３ｍｍとし、金型（炭素鋼製とする。）の厚さを２５ｍｍとし、薄板本体（ニッケル製とする。）の厚さを０．３ｍｍとしてシミュレーションしている。薄板本体のニッケルの熱伝導率は、７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃である。薄板本体表面に形成された凹凸構造は、高さが１３μｍであり、ピッチが３０μｍである。また、充填時間を１．４秒、成形サイクルを６０秒とし、冷却水側の熱伝導係数を１．０×１０− 3ｃａｌ／ｍｍ２・ｓｅｃ・℃としている。
【００２３】
ここで、図３の（ａ）は、金型に薄板部材が装着されていない場合のシミュレーション結果であって、転写開始温度以上の温度を有するポリメチルメタクリレート樹脂がキャビティ部に導入されたときに、金型の表面近傍のポリメチルメタクリレート樹脂が転写開始温度以下の温度を有する金型で冷却されて転写開始温度以下の温度に下がり、そのまま転写開始温度を超えることがない。このように金型の表面近傍のポリメチルメタクリレート樹脂が転写開始温度以下になることにより、キャビティ内の樹脂に冷却固化層が形成される。キャビティ内に樹脂が充填された後、保圧工程でキャビティ内の樹脂に圧力が付加され、ポリメチルメタクリレート樹脂に凹凸パターンが転写されて成形品（導光板）が得られる。このとき、金型の表面近傍のポリメチルメタクリレート樹脂に形成された冷却固化層が、内部からの圧力で凹凸パターンに押し込められるため、配向歪み、冷却歪みなどが生じ、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどが発生する。
【００２４】
一方、図３の（ｂ）および（ｃ）は、本発明の樹脂成形品の成形方法にしたがった場合の射出後の時間（秒）とポリメチルメタクリレート樹脂の金型に接する面の温度との関係をシミュレートした結果を示したものである。図３の（ｂ）は、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであるニッケル製の薄板本体の一つの面に、熱伝導率が０．１２６ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．１ｍｍであるポリエチレンテレフタレート製の低熱伝導率部材を取り付け、この薄板部材が装着された金型を使用して、（ａ）の条件と同じ条件でシミュレーションすることにより射出後の時間（秒）と温度との関係をシミュレートした結果を示している、図３の（ｃ）は、低熱伝導率部材の厚さを０．１５ｍｍとする以外は（ｂ）の場合と同じ条件でシミュレーションした結果である。
【００２５】
図３の（ｂ）および（ｃ）で示すように、本発明の樹脂成形品の成形方法では、転写開始温度以下の温度に保持された金型で構成されたキャビティ部に導入され、該金型で冷却されて、転写開始温度以上の温度から転写開始温度以下の温度に下がった金型の表面近傍の熱可塑性樹脂が、キャビティ部に熱可塑性樹脂が充填された後に、再度、転写開始温度を超える温度に上昇するように、キャビティ部側の表面部分の熱容量が設定された金型を使用する。このような金型を使用して導光板等の成形品を成形すると、射出充填直後に樹脂温度が転写開始温度以下になることにより、金型の表面近傍に冷却固化層が形成されるが、その後、樹脂温度が再び転写開始温度を超えることにより、配向歪み、冷却歪みなどの原因となる冷却固化層が消滅する。この結果、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生が抑えられる。
【００２６】
ところで、冷却固化層が形成されることを防ぐために、金型のキャビティ部側の表面のみを、赤外線ヒーターなどを用いて輻射熱により加熱する技術がある。しかし、この技術は、冷却固化層の形成を防止することに一応の効果があるが、射出成形の１サイクル毎に金型のキャビティ部側の表面を加熱しなければならず、射出成形の１サイクルに要する時間が長くなるという欠点を有している。
【００２７】
これに対し、本発明の樹脂成形品の成形方法で用いられる金型のように、キャビティ部に薄板部材が装着された金型を用いて成形するのであれば、キャビティ内の樹脂の中心部の温度は、薄板部材が装着されていない金型を用いて成形した場合とあまり変化がない。図３に示した、射出後の時間（秒）とポリメチルメタクリレート樹脂の金型に接する面の温度との関係のシミュレーション結果を、時間軸を延ばして求めた結果を図５に示す。図５に示した（ｄ）の曲線はキャビティ内の樹脂の中心部の温度を表しており、薄板部材の有無、その厚さの大小に関わらず、中心部の温度はほぼ同じである。
【００２８】
本発明により導光板を成形しようとする場合、その導光板が、表面に凹凸パターンを有するものであれば、上記薄板部材のキャビティ部を構成する主面には、導光板の表面に形成されるべき凹凸パターンとは逆の凹凸が設けられている。また、成形しようとする導光板が表面にシボ加工を有するものであれば、上記薄板部材のキャビティ部を構成する主面にはシボ加工が施されている。さらに、成形しようとする導光板がドット状等のパターンが印刷されているものであれば、上記薄板部材のキャビティ部を構成する主面は鏡面（平面）のままである。
【００２９】
成形すべき導光板が表裏の両面に凹凸パターンまたはシボ加工を有するものであれば、薄板部材を金型のキャビティの両面に設けて成形すれば良い。凹凸パターンまたはシボ加工が導光板の片面のみであれば、キャビティの片面（凹凸パターンまたはシボ加工のある面）に薄板部材を設け、他の面は鏡面のままで良いが、両面に薄板部材を設けても良い（この場合、一方の薄板部材の表面は鏡面である。）。
【００３０】
本発明の樹脂成形品の成形方法により、レンズシートを成形する場合にも、転写性が向上し、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生が低減される。このことは、図６に示すように、成形物の厚さを２ｍｍとし、金型（炭素鋼製とする。）の厚さを２５ｍｍとし、薄板本体（ニッケル製とする。）の厚さを０．３ｍｍとし、ポリエチレンテレフタレート製の低熱伝導率部材の厚さを０．１ｍｍとして、上記した導光板の成形方法と同様にシミュレーションした結果により確認された。ここで、金型の温度を８５℃に設定し、キャビティ内に射出充填されるポリメチルメタクリレート樹脂は図２に示す測定結果を得たものであり、この温度を２８０℃に設定する。充填時間を１．４秒、成形サイクルを６０秒とし、冷却水側の熱伝導係数を１．０×１０−３ｃａｌ／ｍｍ２・ｓｅｃ・℃としている。
【００３１】
本発明によりレンズシートを成形しようとする場合、上記薄板部材のキャビティ部を構成する主面には、レンズシートに形成されるべきレンズの凹凸パターンとは逆の凹凸が設けられている。成形しようとするレンズシートが表裏の両面に凹凸のレンズ面を有するのであれば、図１に示す構造の金型をキャビティの両面に設ければ良い。凹凸のレンズ面がレンズシートの片面のみであれば、図１に示す構造の金型はキャビティの片面のみに設ければ良く、他の面は鏡面のままでも良い。
【００３２】
本発明の樹脂成形品の成形方法により、光記録媒体の基板を成形する場合にも、転写性が向上し、ウエルドマーク、コールド樹脂マーク、フローマークなどの発生が低減される。
【００３３】
なお、本発明の方法で用いられる熱可塑性樹脂は特に制限がなく、例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、熱可塑性エラストマー、またはこれらの共重合体等が挙げられる。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明する。まず、導光板の成形方法の実施例について説明する。
【００３５】
（参考例１〜２）
薄板本体として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した。薄板本体のキャビティ側表面には、ピッチが５０μｍであり、高さが２５μｍである二等辺プリズム状の凹凸パターンが配列されている。薄板本体のパーティング面（キャビティとは反対の面）側には、熱伝導率が０．３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．１ｍｍであり、大きさが２２０ｍｍ×１７０ｍｍであるポリイミドフィルム（低熱伝導率部材）が接着されている。また、この薄板部材が装着される金型は金型のパーティング面より、まず、薄板本体であるニッケル製の薄板に相当するように厚さが０．３ｍｍ、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍになるように彫り込まれ、さらに、低熱伝導率部材であるポリイミドフィルムに相当するように厚さが０．１ｍｍ、大きさが２２０ｍｍ×１７０ｍｍになるように彫り込まれている。この薄板部材を装着した金型を使用してポリメチルメタクリレート樹脂を使用して表１に示す条件により射出成形法で導光板を成形することができた。
【００３６】
なお、上記の金型を使用して、シリンダ温度２７０℃の条件で、プリズム形状が転写される内圧を測定すると３８ＭＰａであった。
【００３７】
（比較例１）
キャビティを構成する部材として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した（低熱伝導率部材は設けられていない。）。薄板本体のキャビティ側表面には、ピッチが５０μｍであり、高さが２５μｍである二等辺プリズム状の凹凸パターンが配列されている。この部材が装着される金型は、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであり、深さがニッケル板に相当する厚さだけ金型のパーティング面より彫り込まれている。この金型を使用して参考例１〜２と同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表１に示す条件により射出成形法で導光板を成形した。
【００３８】
（比較例２）
比較例１と同様の金型を使用して、参考例１および２におけるより、高シリンダ温度、高金型温度で、同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表１に示す条件により、射出成形法で導光板を成形した。
【００３９】
（比較例３）
比較例１と同様の金型を使用して、金型温度調節器の媒体温度を保圧までは１００℃、冷却中に８５℃として、同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表１に示す条件により、射出成形法で導光板を成形した。
【００４０】
【表１】
上記の各比較例のうち、比較例１では、プリズムの高さが低く転写性が低かった。比較例２および３のようにすると、転写性は向上するが成形サイクルが長くなった。なお、比較例１の金型を使用して、シリンダ温度２７０℃の条件で、プリズム形状が転写される内圧を測定すると５５ＭＰａであった。
【００４２】
（実施例１〜２、参考例３〜７）
薄板本体として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した。薄板本体のキャビティ側表面には、ピッチが５０μｍであり、高さが２５μｍである二等辺プリズム状の凹凸パターンが配列されている。薄板本体のパーティング面（キャビティとは反対の面）側には、熱伝導率が０．３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、大きさが２２０ｍｍ×１７０ｍｍであるポリイミドフィルム（低熱伝導率部材）が接着されている。ここで、ポリイミドフィルムの厚さを表２に示すように変更した。上記の金型を使用して参考例１〜２と同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表２に示す条件により、射出成形法で導光板を成形した。得られた導光板のプリズムの高さの測定、外観観察、環境試験による反り測定をそれぞれ行った。環境試験は導光板を６５℃×９０％ＲＨの環境で３００時間放置して行い、３００時間経過後の導光板の反りをチクネスゲージにより測定した。
【００４３】
【表２】
実施例１および２のように薄板本体の厚さが０．３〜０．６ｍｍであり、低熱伝導率部材の厚さが０．１５〜０．３ｍｍである範囲において、プリズムの転写性が高く、ウエルドライン等の外観不良がなく、信頼性の高い成形品が得られた。また、高温度高湿度環境下でも反りがほとんど発生しなかった。
【００４５】
次に、レンズシートの成形方法の実施例について説明する。
【００４６】
（実施例３〜４）
薄板本体として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した。薄板本体のキャビティ側表面には、有効面積が２２０ｍｍ×１６６ｍｍであり、ピッチが５００μｍであり、中心部から外周部にかけて２５から８０μｍまで徐々に高さが変化するフレネルレンズパターンが配置されている。薄板本体のパーティング面（キャビティとは反対の面）側には、熱伝導率が０．３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．１５ｍｍであり、大きさが２２０ｍｍ×１７０ｍｍであるポリイミドフィルム（低熱伝導率部材）が接着されている。この薄板部材を装着した金型を使用してポリメチルメタクリレート樹脂を使用して表３に示す条件により射出成形法でレンズシートを成形することができた。
【００４７】
なお、上記の金型を使用して、シリンダ温度２７０℃の条件で、フレネルレンズのパターンが転写される内圧を測定すると４５ＭＰａであった。
【００４８】
（比較例４）
キャビティを構成する部材として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した（低熱伝導率部材は設けられていない。）。薄板本体のキャビティ側表面には、有効面積が２２０ｍｍ×１６６ｍｍであり、ピッチが５００μｍであり、中心部から外周部にかけて２５から８０μｍまで徐々に高さが変化するフレネルレンズパターンが配置されている。この部材が装着される金型は、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであり、深さがニッケル板に相当する厚さだけ金型のパーティング面より彫り込まれている。この金型を使用して実施例３〜４と同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表３に示す条件により射出成形法でレンズシートを成形した。
【００４９】
（比較例５）
比較例４と同様の金型を使用して、実施例３および４におけるより、高シリンダ温度、高金型温度で、同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表３に示す条件により、射出成形法でレンズシートを成形した。
【００５０】
（比較例６）
比較例４と同様の金型を使用して、金型温度調節器の媒体温度を保圧までは１００℃、冷却中に８５℃として、同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表３に示す条件により、射出成形法でレンズシートを成形した。
【００５１】
【表３】
上記の各比較例のうち、比較例４では、フレネルレンズのパターンの高さが低く転写性が低かった。比較例５および６のようにすると、転写性は向上するが成形サイクルが長くなった。なお、比較例４の金型を使用して、シリンダ温度２７０℃の条件で、フレネルレンズのパターンが転写される内圧を測定すると７０ＭＰａであった。
【００５３】
（実施例５〜８、参考例８〜１０）
薄板本体として、熱伝導率が７９．２ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、厚さが０．３ｍｍであり、大きさが２５０ｍｍ×２２０ｍｍであるニッケル製の薄板を使用した。薄板本体のキャビティ側表面には、有効面積が２２０ｍｍ×１６６ｍｍであり、ピッチが５００μｍであり、中心部から外周部にかけて２５から８０μｍまで徐々に高さが変化するフレネルレンズパターンが配置されている。薄板本体のパーティング面（キャビティとは反対の面）側には、熱伝導率が０．３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、大きさが２２０ｍｍ×１７０ｍｍであるポリイミドフィルム（低熱伝導率部材）が接着されている。ここで、ポリイミドフィルムの厚さを表４に示すように変更した。上記の金型を使用して実施例３〜４同じポリメチルメタクリレート樹脂を使用して、表４に示す条件により、射出成形法でレンズシートを成形した。得られたレンズシートのフレネルレンズパターンの高さの測定、外観観察、環境試験による反り測定をそれぞれ行った。環境試験はレンズシートを６５℃×９０％ＲＨの環境で３００時間放置して行い、３００時間経過後のレンズシートの反りをチクネスゲージにより測定した。
【００５４】
【表４】
実施例５〜８のように薄板本体の厚さが０．３〜０．６ｍｍであり、低熱伝導率部材の厚さが０．１５〜０．３ｍｍである範囲において、フレネルレンズのパターンの転写性が高く、ウエルドライン等の外観不良がなく、信頼性の高い成形品が得られた。また、高温度高湿度環境下でも反りがほとんど発生しなかった。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂成形品を高い転写性で成形することができる。したがって、例えば、本発明によって導光板、レンズシート、光記録媒体基板などを成形すれば、従来の方法では転写が不十分で設計通りの性能が得られなかった場合でも、所望の性能を実現することができる。また、樹脂成形品にウエルドライン等の外観不良が発生しないため、異常発光のない高品質な樹脂成形品が得ることが可能であり、高温度または高湿度の環境での反りがないため、信頼性の高い樹脂成形品を得ることが可能である。また、低い内圧で転写できるため、従来より、小さい成形機で成形することができ、低コスト化することができる。さらに、本発明によって、残留応力による変形が小さい、信頼性の高い基板を得ることができる。これによって、動画情報等の大容量のデータを記録することが可能な光ディスク等の基板を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における薄板部材の金型への装着状態を示す図である。
【図２】 ポリメチルメタクリレート樹脂の温度と縦弾性係数との関係を測定した結果を示す図である。
【図３】 射出後の時間（秒）とポリメチルメタクリレート樹脂の金型に接する面の温度との関係を、ＭＡＲＣを用いた非定常熱伝導解析によるシミュレーションにより求めた結果を示す図である。
【図４】 図３の結果を得た導光板についてのシミュレーションの条件を示す図である。
【図５】 図３のシミュレーション結果を時間軸を延ばして表した図である。
【図６】 レンズシートについてのシミュレーションの条件を示す図である。
【図７】 導光板を用いた照明装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 金型
２ 薄板部材
３ 薄板本体
４ 低熱伝導率部材
５ バックプレート
Claims (5)
- 第１の面がキャビティ部を構成する厚さ０．３〜０．６ｍｍの薄板本体がキャビティ部側に装着されており、該第１の面に対向する面である第２の面に、該薄板本体の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する厚さ０．１５〜０．３ｍｍの低熱伝導率部材が設けられている薄板部材が装着された金型を使用して熱可塑性樹脂を射出成形する方法であって、転写開始温度以上の温度を有する熱可塑性樹脂を、転写開始温度以下の温度に保持された金型で構成されたキャビティ部に導入し、該金型で冷却されて転写開始温度以下の温度に下がった金型の表面近傍の熱可塑性樹脂が、キャビティ部に熱可塑性樹脂が充填された後に、再度、転写開始温度を超える温度に上昇するように、キャビティ部側の表面部分の熱容量が設定された金型を用いることを特徴とする樹脂成形品の成形方法。
- 樹脂成形品が導光板である請求項１記載の樹脂成形品の成形方法。
- 樹脂成形品がレンズシートである請求項１記載の樹脂成形品の成形方法。
- 樹脂成形品が光記録媒体基板である請求項１記載の樹脂成形品の成形方法。
- 第１の面がキャビティ部を構成する厚さ０．３〜０．６ｍｍの薄板本体がキャビティ部側に装着され、該第１の面に対向する面である第２の面に、該薄板本体の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する厚さ０．１５〜０．３ｍｍの低熱伝導率部材が設けられており、転写開始温度以上の温度を有する熱可塑性樹脂がキャビティ部に導入されたときに、転写開始温度以下の温度を有する金型で冷却されて転写開始温度以下の温度に下がった金型の表面近傍の熱可塑性樹脂が、キャビティ部に熱可塑性樹脂が充填された後に、再度、転写開始温度を超える温度に上昇するように、熱容量が設定された薄板部材がキャビティ部側に装着されたことを特徴とする樹脂成形品の成形金型。
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