JP3835626B2 - 成形金型 - Google Patents

Description

【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段
発明の実施の形態（図１〜図６）
（１）金型の全体構成（図１及び図２）
（２）熱バツフア層によるスタンパの温度変化（図３〜図６）
（３）他の実施例
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は成形金型に関し、例えば光デイスクを射出成形する際の金型となる成形金型に適用して好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、コンパクトデイスク等の光デイスクを成形するデイスク成形方法の１つとして、所望するデイスク形状に対応した空間（キヤビテイ）を形成するためのスタンパを含む金型を用いる射出成形法がある。この射出成形法では、締めつけた金型のキヤビテイ内に溶融したプラスチツク等の樹脂を射出し、固化させることによりデイスクを成形する。
【０００４】
通常、このような射出成形法に用いられる金型は、キヤビテイを通る一平面を切断面として横割りに２分割し得るようになされている。かくしてこの種の金型は、デイスク成形時には固定側の一方の金型半体（以下、これを固定側金型半体と呼ぶ）に対して可動側の他方の金型半体（以下、これを可動側金型半体と呼ぶ）を高い圧力で圧接させる。そしてデイスク成形終了後には可動側金型半体を固定側金型半体から離反させることにより成形品を金型内部から取り出すようにして用いられる。
【０００５】
実際、キヤビテイ内に溶融した樹脂が射出され充填されると、樹脂に対して所定の圧力がかけられ、樹脂がスタンパの凹部に押し込まれる。このようにしてスタンパの凹凸形状が樹脂に転写されると、樹脂は冷却され固化される。これにより光デイスクのピツトとなるスタンパの凹凸形状が樹脂に転写されデイスクが成形される。従つてデイスク成形については、ピツトを形成するためのスタンパの凹凸形状がデイスクに転写される際の精度が重要な要素となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般にキヤビテイ内に射出された樹脂に対して圧力をかけるときに、スタンパの温度が低いと樹脂の降伏応力が高くなるため、スタンパの凹凸形状を樹脂に精度良く転写することができないという問題がある。そこで従来、凹凸形状の転写時、金型の温度を高く設定することが考えられている。しかし、この場合樹脂に凹凸形状を転写した後で圧力を解除し、成形デイスクを金型から離脱させるときにスタンパの温度が高いと、樹脂が固まりきらずに変形するおそれがあるという問題があつた。さらに金型の温度を高く設定すると、樹脂を冷却するのに時間がかかり、成形サイクルの間隔を長くするという問題がある。
【０００７】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、金型の凹凸形状を精度よく、短い時間で成形品に転写することのできる成形金型を提案しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、穴あき円盤状の凹凸形成部を有する固定側の金型半体と、当該固定側の金型半体と対向する可動側の金型半体とによつて形成される空間内に溶融物を射出して固化させることにより、固定側の金型半体及び可動側の金型半体の形状に応じた所望の成形品を成形する成形金型において、固定側の金型半体に、環状でなり可動側の金型半体と対向する面にミラー面が形成されたミラー部と、ミラー部の内周に嵌め込まれる筒状の第１の入子と、第１の入子の内周に嵌め込まれる筒状の第２の入子とを設け、第１の入子の長さを、当該第１の入子における可動側の金型半体と対向する面となる先端面が上記ミラー部のミラー面と同一平面上となるように設定し、第２の入子の長さを、当該第２の入子の先端部がミラー部のミラー面及び第１の入子の先端面から可動側の金型半体方向に突出するように、第１の入子よりも長く設定し、ミラー部のミラー面及び第１の入子の先端面のそれぞれに対して、同じ厚さの熱バツフア層を貼り合わし、ミラー部のミラー面及び第１の入子の先端面からなる一面に当該熱バツフア層を介して凹凸形成部の裏面が接するように、当該凹凸形成部を、当該一面と第２の入子の先端部とで形成される凹部に嵌め込むようにした。このように、ミラー部の内周に第１の入子を嵌め込み、さらに第１の入子の内周に第２の入子を嵌め込んで入子を二重にしたことにより、ミラー部を固定側の金型半体に対してより確実に固定することができる。さらにミラー部の内周に嵌め込まれる第１の入子の先端面がミラー部のミラー面と同一平面上になるようにして、ミラー部のミラー面だけでなく、このミラー面のさらに内周となる第１の入子の先端面にも熱バツフア層を貼り合わせるようにしたことにより、凹凸形成部の内周付近の裏面にも、確実に熱バツフア層を位置させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
【００１０】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１１】
（１）金型の全体構成
図１は全体としてデイスク射出成形用の金型１を示し、該金型１の固定側金型半体２は、中心部に穴が開けられ円盤状に形成される固定側取付板３を有する。該固定側取付板３の一面にはスタンパ保持リング４と該スタンパ保持リング４に嵌め込まれた環状の固定側ミラー５とが一体に固定されている。該固定側ミラー５のキヤビテイ側のミラー面５Ａにはセラミツクの薄い層でなる熱バツフア層６が貼り合わせられている。この熱バツフア層６は、キヤビテイ内に射出される溶融した樹脂表面の温度変化に対して緩衝作用をなすものである。さらに固定側ミラー５には、固定側取付板３側から第１及び第２の入子９、１０が順次嵌め込まれている。ここで第１の入子９の先端面９Ａにも熱バツフア層６Ａが貼り合わせられている。
【００１２】
また第２の入子１０には固定側取付板側３からスプルーブツシユ１１が嵌め込まれており、さらに固定側取付板３にはこのスプルーブツシユ１１を覆うように穴あき円盤状のブツシユ押え１２が固定されている。
この場合、固定側ミラー５と、熱バツフア層６とを合わせた部分の厚みはスタンパ保持リング４の厚みよりも僅かに薄く設定されていると共に、第１の入子９の長さはその先端面９Ａが固定側ミラー５のミラー面５Ａと同一平面上に位置するように設定されている。これにより固定側金型半体２においては、可動側金型半体１３と対向する側の面に、固定側ミラー５のミラー面５Ａと、第２の入子１０の外周面の立上がり部分とでなる円盤形状の凹部が形成される。そしてミラー面５Ａと先端面９Ａの各々が、貼り合わせられた熱バツフア層６及び６Ａを介して、成形品に転写する凹凸形状の形成されたスタンパ１４の裏側面に接せられるとともに、該スタンパ１４を凹部内に嵌め込むことによつて取り付ける。
【００１３】
一方可動側金型半体１３においては、穴あき円盤状に形成された可動側取付板２０を有し、当該可動側取付板２０の一面にリング部材２１と、当該リング部材２１に嵌め込まれた環状の可動側ミラー２２とが一体に固定され、当該可動側ミラー２２のミラー面２２Ａの周端部にキヤビーリング２３が取り付けられている。
【００１４】
この場合、可動側ミラー２２の厚みはリング部材２１の厚みよりも所定量小さく設定されており、かくして固定側金型半体２に可動側金型半体１３が圧接された際、固定側金型半体２に取り付けられたスタンパ１４をキヤビーリング２３と固定側金型半体２の固定側ミラー２２とでスタンパ１４の外周部を挟み込むようにして固定保持し得る一方、この状態においてスタンパ１４の一面とキヤビーリング２３の内周面と可動側ミラー２２のミラー面２２Ａとでキヤビテイ２４を形成し得るようになされている。
【００１５】
ここでこの金型１においては、固定側金型半体２に可動側金型半体１３を圧接した状態において、スプルーブツシユ１１の貫通孔１１Ａを介してキヤビテイ２４内に、溶融した樹脂を射出する。これにより、所定の圧力によつて射出された樹脂によつてスタンパ１４の凹凸形状によつて形成されるキヤビテイ２４と同形状の所望するデイスクを成形することができる。
【００１６】
また可動側金型半体１３では、可動側取付板２０の開口２０Ａ及び可動側ミラー２２の貫通孔２２Ｂを一体に貫通するようにスリーブ２５が配設されていると共に、当該スリーブ２５にはパンチ２６が固定側金型半体２と近接する方向又は離反する方向に移動自在に嵌め込まれている。
この場合、固定側金型半体２のスプルーブツシユ１１の長さは、その先端面が第２の入子１０の先端面より僅かに窪む位置に位置するように設定されている。
これによりこの金型１では、キヤビテイ２４内に射出した樹脂が固化した状態においてパンチ２６を固定側金型半体２方向に移動させることによつて成形品のデイスク中央部にセンタホールを形成し得るようになされている。
【００１７】
ここで固定側ミラー５とスタンパ１４との間に熱バツフア層６及び６Ａを設けた場合、キヤビテイ２４内に溶解した樹脂が射出されたときの、スタンパ１４の温度変化は図２に示すようになる（図中、破線で示す）。このとき樹脂の板厚中心付近の温度は変化しないように、金型１母材の温度を設定してある。すなわちキヤビテイ２４内に射出された樹脂に圧力がかけられ、凹凸が転写されるときのスタンパ１４の温度は熱バツフア層６及び６Ａを設けない場合（図中実線で示す，case０）に比して十分に高温（図中Ｔ_A で示す）に設定することができる。この結果、金型１母材の設定温度を低くすることができ、これによりスタンパの凹凸形状を樹脂に転写して金型から離脱させるときにはスタンパ１４の温度が熱バツフア層６及び６Ａを設けない場合に比して、十分に低い温度（図中Ｔ_B で示す）に設定することができる。
【００１８】
以上の構成において、金型１の固定側金型半体２に可動側金型半体３を圧接した状態において、スプルーブツシユ１１の貫通孔１１Ａを介してキヤビテイ２４内に溶解したプラスチツク樹脂を所定の圧力によつて射出する。このとき金型１には、デイスク成形のための所定の温度が設定される。ここでキヤビテイ２４内に射出され充填された樹脂に対して所定の圧力をかけることによつて、樹脂がスタンパ１４の凹部に押し込まれる。このとき固定側ミラー５とスタンパ１４との間に設けられた熱バツフア層６及び６Ａによつてスタンパ１４の温度が速やかに、十分に高い温度に達することができる。この結果、樹脂表面の温度を十分に高くすることができ、これにより樹脂の降伏応力が低くなり、スタンパ１４の凹凸形状が樹脂に精度良く転写し得る。
【００１９】
さらに熱バツフア層６及び６Ａを設けたことにより、凹凸形状の転写時に樹脂を高い温度に容易に設定できるので、金型１部材の設定温度を低くすることができ、これにより冷却効率を高めることができる。かくしてスタンパ１４の凹凸形状の転写後、樹脂に対する圧力を解除するときにはスタンパ１４の温度を速やかに十分低い温度に設定し、樹脂表面の温度を速やかに低くして樹脂を固化することができる。かくして成形されたデイスクが変形するのを未然に防止し得る。これによりスタンパ１４の凹凸形状を所望するデイスクのピツトに形成する際の失敗を未然に防止し得る。さらに冷却時間を短縮することができるのでデイスクの成形サイクルの間隔を短くすることができる。
【００２０】
以上の構成によれば、金型１において、キヤビテイ２４内に射出された溶融物表面の温度変化に対して緩衝作用をなす熱バツフア層６及び６Ａを、射出された樹脂の凹凸形状を形成するためのスタンパ１４の裏面接するようにして設けたことにより、キヤビテイ２４内に射出される溶融した樹脂に、スタンパ１４の凹凸形状を転写するときは、スタンパ１４の温度を速やかに十分に高く設定し得る。かくして凹凸形状転写時の樹脂の降伏応力を低くしてスタンパの凹凸形状を精度良くデイスクに転写することができる。
【００２１】
さらに上述の実施例によれば、金型母材の設定温度を低くすることができるので、凹凸形状を転写した後のスタンパ１４の温度を速やかに低くし得、樹脂の固化を短時間で容易になし得る。これにより成形されたデイスクをスタンパ１４から離脱させるときに、樹脂に転写された凹凸形状が変形するのを未然に防止し得る。さらにこの場合、成形デイスクの冷却が短時間でなし得、デイスク成形サイクルの間隔を短縮し得る。
さらに上述の実施例によれば、熱バツフア層６及び６Ａを設けたことにより、キヤビテイ２４内に射出された樹脂の温度変化を和らげることができ、これにより樹脂の収縮を均一にさせて、ひけの改善をなし得る。
【００２２】
（２）熱バツフア層によるスタンパの温度変化
ここで熱バツフア層６及び６Ａに用いるものの材質の違いによるスタンパ１４の温度変化について述べる。ここでは熱バツフア層６及び６Ａに性質の異なる複数の材質を用いたとき、時間経過による樹脂の温度変化がそれぞれ、図３に示すように熱バツフア層を設けなかつた場合と同じになるように条件を設定している。まず、図４に熱伝導率の違う材質を熱バツフア層６及び６Ａに用いた場合(case1-1,case1-2) のスタンパの温度変化と、熱バツフア層を設けていない場合(case0) のスタンパ１４の温度変化について示す。ここで熱伝導率はcase0 が最も高く、case1-1,case1-2 の順に低いものとする。
この結果より熱伝導率が低い材質ほど樹脂から放射される熱を金型１母材へ逃がしにくくなるので、スタンパ温度が高くなることがわかる。ただし、成形初期に高温にするためには、あまり熱伝導率を低くしてはいけないことがわかる。
【００２３】
次に図５に比熱の違う材質を熱バツフア層６及び６Ａに用いた場合について示す。ここで、比熱はcase0 ，case2-1,case2-2 の順に低いものとする。この結果から熱バツフア層６及び６Ａに用いる材質の比熱が小さいほど、スタンパ１４の温度が高くなることがわかる。さらに図６に熱バツフア層６及び６Ａに用いる材質の熱伝導率を低く設定した上で、各々の比熱を変えた場合について示す。この場合、case3-1 及びcase3-2 の材質の熱伝導率を同じとし、かつ比較的低いものを用いている。そしてcase3-1 の材質の比熱は、case3-2 の比熱に比して小さく、case0 の比熱は三者中最も高いものとする。この結果、熱バツフア層６及び６Ａに用いる材質の熱伝導率をある程度低くしてかつ、比熱を小さくしていくほど、スタンパ１４の温度を高くし得ることがわかる。従つて熱バツフア層６及び６Ａに用いるものの材質としては、熱伝導率がある程度低くかつ、比熱の小さいものがよいという結論が得られる。
【００２４】
かくして図２に示すように、セラミツクを熱バツフア層６及び６Ａとしてスタンパ１４の裏面に接するように固定側ミラー５の間に設けた場合、樹脂を射出して圧力をかける時点（ｔ_A ）で、スタンパ１４の温度を十分高く設定し得る。さらに金型１の設定温度を低くして、凹凸形状の形成後、デイスクの離脱時（ｔ_B ）には樹脂表面を十分低い温度に設定し得ることがわかる。
これにより熱バツフア層６及び６Ａの材質として例えばセラミツクを用いることによつて、樹脂に圧力がかけられるデイスクの凹凸形状の形成時には不要な応力が樹脂に対して加えられることがなくなり、従つてスタンパ１４の凹凸形状を精度良くデイスクに転写することができる。さらに金型１の設定温度を低くしてスタンパ１４の温度の下がり方をはやめて、樹脂の固化を容易になし得る。これにより成形されたデイスクをスタンパ１４から離脱させるときのデイスクの変形を未然に防止し得る。
またセラミツクは射出成形時の圧力に十分に耐え得る強度を有しているため熱バツフア層として、さらに好適な材質であることがわかる。
【００２５】
（３）他の実施例
なお上述の実施例においては、固定側ミラー５とスタンパ１４との間に設ける熱バツフア層をセラミツク材とした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、溶融した樹脂が射出されたときのスタンパ１４の温度変化が図２の破線又は一点鎖線によつて示されるような材質のものであれば、例えば石英（図２において一点鎖線によつて示す）、ガラス又はＳ_i Ｏ₂ 等を用いても上述した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
また上述の実施例においては、熱バツフア層６及び６Ａを一層とした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、二層以上としても上述した実施例と同様の効果を得ることができる。
また上述の実施例においては、熱バツフア層６及び６Ａをスタンパ１４の裏面に接するようにして固定側ミラー５のミラー面５Ａ及び第１の入子９の先端面９Ａに貼り合わせた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、熱バツフア層６及び６Ａをミラー面５Ａ及び先端面９Ａに塗布又は溶射するようにしても良く、さらにスタンパ１４の裏面に塗布又は溶射しても良い。
【００２７】
また上述の実施例においては、本発明を光デイスクを成形するための金型に用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の薄肉円盤を成形する際に用いても良い。また、対象を薄肉円盤に限らず、広く一般に金型内に射出される溶融物を成形するものに適用することができる。
【００２８】
さらに上述の実施例においては、熱バツフア層６及び６Ａをスタンパの裏面に設けた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、金型１の他の部分に設けても良く、これによりキヤビテイ２４内に射出される樹脂に対して上述した実施例の効果をより一層、向上させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、ミラー部の内周に第１の入子を嵌め込み、さらに第１の入子の内周に第２の入子を嵌め込んで入子を二重にしたことにより、ミラー部を固定側の金型半体に対してより確実に固定することができ、そのうえミラー部の内周に嵌め込まれる第１の入子の先端面がミラー部のミラー面と同一平面上になるようにして、ミラー部のミラー面だけでなく、このミラー面のさらに内周となる第１の入子の先端面にも熱バツフア層を貼り合わせるようにしたことにより、凹凸形成部の内周付近の裏面にも、確実に熱バツフア層を位置させることができるので、入子を厚くしてミラー部を確実に固定しつつ凹凸形成部の裏面全体に熱バツフア層を位置させることができ、かくして金型の凹凸形状を精度よく、短い時間で成形品に転写することのできる成形金型を実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるデイスク射出成形用の金型の構成を示す断面図である。
【図２】熱バツフア層によるスタンパの温度変化の説明に供する図表である。
【図３】金型に射出された樹脂の温度変化の説明に供する図表である。
【図４】熱バツフア層によるスタンパの温度変化の説明に供する図表である。
【図５】熱バツフア層によるスタンパの温度変化の説明に供する図表である。
【図６】熱バツフア層によるスタンパの温度変化の説明に供する図表である。
【符号の説明】
１……金型、２……固定側金型半体、５……固定側ミラー、５Ａ……ミラー面、６、６Ａ……熱バツフア層、９……第１の入子、９Ａ……先端面、１０……第２の入子、１３……可動側金型半体、１４……スタンパ、２２……可動側ミラー、２３……キヤビーリング、２４……キヤビテイ。

Claims (2)

1. 穴あき円盤状の凹凸形成部を有する固定側の金型半体と、当該固定側の金型半体と対向する可動側の金型半体とによつて形成される空間内に溶融物を射出して固化させることにより、上記固定側の金型半体及び上記可動側の金型半体の形状に応じた所望の成形品を成形する成形金型において、
   上記固定側の金型半体は、
   環状でなり上記可動側の金型半体と対向する面にミラー面が形成されたミラー部と、
   上記ミラー部の内周に嵌め込まれる筒状の第１の入子と、
   上記第１の入子の内周に嵌め込まれる筒状の第２の入子と
   を具え、
   上記第１の入子の長さは、当該第１の入子における上記可動側の金型半体と対向する面となる先端面が上記ミラー部のミラー面と同一平面上になるように設定され、
   上記第２の入子の長さは、当該第２の入子の先端部が上記ミラー部のミラー面及び上記第１の入子の先端面から上記可動側の金型半体方向に突出するように、上記第１の入子よりも長く設定され、
   上記ミラー部のミラー面及び上記第１の入子の先端面のそれぞれに対して、同じ厚さの熱バツフア層が貼り合わされ、上記ミラー部のミラー面及び上記第１の入子の先端面からなる一面に当該熱バツフア層を介して上記凹凸形成部の裏面が接するように、当該凹凸形成部が、当該一面と上記第２の入子の先端部とで形成される凹部に嵌め込まれる
   ことを特徴とする成形金型。
2. 上記熱バツフア層の材質がセラミツクでなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の成形金型。

Images