JP3985991B2 - 情報記録媒体の基板成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ＣＤなどの光学式情報記録媒体の基板を射出成形する基板成形方法、殊にカットパンチを内蔵した成形機による上記成形方法に関するものであり、成形基板内周部の応力による変形を可及的に抑制して、成形基板の品質を向上させることができるものである。
【０００２】
【従来技術】
ＣＤなどの光学式情報記録媒体の基板を射出成形法で成形する方法は、情報記録用のピットやグルーブが記録されたスタンパを装着した金型を閉じて形成される空間（キャビティ）に溶融樹脂を射出充填してから、ゲート部を金型内部のカットパンチで打ち抜き、スプルと基板を分離し、冷却後に金型を開いて成形品を取り出すという手順で行われる。この基板成形方法の従来例として特開平９−１９８７２３号公報に記載されたものがあり、このものは成形基板のゲート部をカットパンチで打ち抜くことに伴う品質低下の問題を解消しようとするものであり、情報記録用のグルーブ、ピットを成形基板上に形成するためのスタンパーが装着された成形金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出充填し、上記金型内部のカットパンチで成形基板のゲート部を打ち抜いて上記基板を製造するに際し、上記ゲート部を打ち抜いて後、微小時間経過するまで、または型開きまでの間に、カットパンチ圧力を段階的に、あるいは連続的に解放方向へ制御しつつ、カットパンチを前進保持してから後退させるようにしたものである。
この他に公知のものとして、特公平７−２９６４６号公報に記載された「光学式ディスク基板の製造方法」や、特公平７−８０２２０号公報に記載された「ディスク成形金型」がある。
【０００３】
ところで、記録容量が大きいＤＶＤでは読み取りのマージンを得るため、基板板厚が０．６ｍｍと薄くなり、その厚さがＣＤの半分になった。そのため、溶融樹脂充填時のキャビティ内流動抵抗が大きく、樹脂のキャビティ全体への均一な充填が難しくなっている。この現象への対応策として、樹脂温度を高くしてキャビティ内での溶融樹脂の流動性を高くしたり、充填時の型締め圧力を樹脂充填圧力よりも低くしておいて、充填圧力で金型を充填時に微少量後退させてから再型締めする成形法、またはキャビティの厚さを充填時に一時的に厚くしておいて、キャビティ内の流動抵抗を低減する射出圧縮法等が検討されている。しかし、基板中心から樹脂を充填するので、充填された樹脂の表層固化のために樹脂の有効流路の厚さが狭小になる。この有効流路厚さの狭小のために外周側に比べてキャビティ内周部での流動抵抗が大きく、成形基板の内周部に応力が外周部に比して大きくなり、その差が大きくなる。この応力差の増大によって成形された基板の反りが助長され、その結果、良好な製品の製造が出来なくなる。
【０００４】
【解決しようとする課題】
本発明は、ＣＤ等の情報記録媒体の成形基板の内周部に残留する応力を成形工程にて抑制することで、反りの小さい基板を得ることが出来るように、情報記録媒体の製造方法を工夫することをその課題とするものである。
【０００５】
【課題解決のために講じた手段】
上記課題を解決するために講じた手段は、カットパンチを内蔵した成形機による情報記録媒体の基板成形法について、カットパンチにかかる押圧力を制御することでキャビティ内中央部とスプルとを微小隙間で連通させた状態で型締めを行うことにより、情報記録媒体の成形基板の内周部の圧力をスプル側に解放して、成形基板の内周部に残留する応力を可及的に抑制することである。
【０００６】
【作用】
カットパンチにかかる押圧力を適宜制御して、スプルとキャビティがわずかのクリアランスを介してつながった状態にカットパンチを保持させ、この状態からゲートカットと同時、またほぼ同時に型締めすると、キャビティ内の中心部の樹脂がゲートを通ってスプルに逆流するので、キャビティ内圧が解放され、キャビティ内の中心部の残留応力が低減される。
したがって、成形基板の内周部の応力が抑制され、該応力による基板の反りが抑制される。
【０００７】
【実施態様１】
ＤＶＤでは、０．６ｍｍの基板を貼り合わせることで１．２ｍｍ厚の製品とするものであるから、貼り合わせによって基板の反りをある程度までは矯正できるが、基板の反りが大きいときはこれを矯正することができない。また、貼り合わせによる反り矯正で発生した応力が基板複屈折や製品の経時安定性に影響する。
この実施態様１は、反りの小さい基板を用いて、これの安定した貼り合わせが行われるので、この貼り合わせ作業を能率的、効率的に行うことができ、かつ経時安定性の高い情報記録媒体を得ることができるものである。
【０００８】
【実施態様２】
従来の基板成形方法では、樹脂の充填工程が完了してからカットパンチを突き出してゲートカットを行う。また、ＤＶＤの成形では、溶融樹脂充填時の型締め圧力を充填圧力より低くしておいて充填時に金型を微少量後退させてから再型締めする成形法、または充填時のキャビティ厚を厚くする射出圧縮法が行われているが、これらの方法では圧力をかけるためゲートカットを行った後に再度型締めを加える。そのため、充填時に生じた応力が成形品内に残る。
実施態様２は、上記解決手段による基板成形方法において、ゲートカットのタイミングの０．０２秒前後以内に型締めを行うことで、金型キャビティとスプル間で樹脂を逆流させ、これによって充填時に生じた応力を解放して緩和させるものである。
【０００９】
【実施態様３】
従来の基板成形法では、溶融樹脂の充填工程が完了してからカットパンチを突き出してゲートカットを行う際に一度に基板中心部分を打ち抜く。そのため、充填時に生じた応力が成形品内に残る。
実施態様３は、上記実施態様２による基板成形方法において、カットパンチの突き出しを多段に制御することで型締め中にキャビティとスプル間に逆流のための流路を一時的に残し、充填時に生じた応力をスプル（ゲート）へ解放して緩和させるものである。（請求項１に対応）
【００１０】
【実施態様４】
従来の基板成形方法では、溶融樹脂の充填工程が完了してからカットパンチを突き出してゲートカットを行う際に、カットパンチの圧力をゲート打ち抜きに必要な圧力に設定して行っている。そのため、カットパンチはゲート部の樹脂を瞬時に押しつぶしてゲートが遮断されるので、充填時に生じた応力が逃がされることはなく、成形品内に残ることになる。
実施態様４は、上記実施態様３による基板成形方法において、カットパンチに圧力センサを組込み、圧力をトリガーにして突き出しを多段に制御することで、金型キャビティとスプル間に逆流のための流路を一時的に残して、溶融樹脂充填時に発生した応力をスプル（ゲート）へ解放して緩和させ、その後にゲートカットするものである。（請求項２に対応）
【００１１】
【実施態様５】
従来の基板成形装置では、カットパンチに圧力センサが組み込まれていないため、そのままではカットパンチにかかる圧力を検知することはできない。
実施態様５は、上記実施態様４による基板成形方法において、圧力検知のため、圧力センサを金型内のカットパンチユニットに組み込んで、上記圧力を検知するようにしたものである。（請求項３に対応）
【００１２】
【実施態様６】
従来の基板成形装置では、カットパンチに圧力センサが組み込まれていないため、そのままではカットパンチにかかる圧力を検知することはできない。
実施態様６は、上記実施態様４による基板成形方法において、圧力検知のため、圧力センサを成形機内のカットパンチシリンダに組み込んで、上記圧力を検知するようにしたものである。（請求項４に対応）
【００１３】
【実施態様７】
従来の基板成形法では、溶融樹脂充填工程が完了してからカットパンチを突き出してゲートカットを行う際に、カットパンチのストロークをゲート打ち抜きに必要な量に設定して、この設定に基づいてゲート打ち抜きを行っている。そのため、カットパンチはゲートカット位置まで瞬時に突き出しゲートが遮断されるので、充填時に生じた応力が逃がされることはなく、成形品内に残ることになる。
実施態様７は、上記実施態様３による基板成形方法において、カットパンチに位置センサを組込み、カットパンチの作動位置をトリガーにしてその突き出しを多段に制御することで、キャビティとスプル間に逆流のための流路を一時的に残し、これで充填時に発生した応力をスプルへ解放して緩和させ、その後、ゲートを完全に打ち抜くようにしたものである。（請求項５に対応）
【００１４】
【実施態様８】
従来の基板成形装置では、カットパンチに位置センサは組み込まれていないため、カットパンチの作動位置を検知することはできない。
実施態様８は、上記実施態様７による基板成形方法において、カットパンチの作動位置を検知できるようにするため、位置センサを金型内のカットパンチユニットに組み込んだものである。（請求項６に対応）
【００１５】
【実施態様９】
従来の基板成形装置では、カットパンチに位置センサは組み込まれていないため、カットパンチの作動位置を検知することはできない。
実施態様９は、上記実施態様７による基板成形方法において、カットパンチの作動位置を検知するため、位置センサを成形機内のカットパンチシリンダに組み込んだものである。（請求項７に対応）
【００１６】
【実施の形態】
次いで図面を参照しつつ実施例を説明する。
図１に実施例１の成形機の概要を示している。固定側プラテン１０２と受圧板１０４がタイバー１０１で連結され、タイバー１０１に可動側プラテン１０３が上下に摺動自在に案内、支持され、該可動側プラテン１０３が型締めピストン１０６と連結されており、型締めシリンダ１０５に油圧を供給して型締めピストン１０６を上下に駆動することによって、金型の開閉が行われる。
型締めピストン１０６内にカットパンチシリンダ１０７があって、該カットパンチシリンダ１０７にカットパンチ２４を駆動するカットパンチピストン１０８が嵌合されている。カットパンチシリンダ１０７に油圧を供給することで上記カットパンチピストン１０８が上下に駆動され、これによってカットパンチ２４が上下に駆動される。また、成形品を金型から突き出すエジェクタを駆動するためのエジェクタユニット１０９が型締めピストン１０６に備えられており、該エジェクタユニット１０９のロッドがカットパンチピストン１０８の中心孔に摺動自在に挿入されて、カットパンチピストン１０８を貫通している。
油圧源１２４からの油圧が油圧制御手段１２３、電磁バルブ１２２を介して上記カットパンチシリンダ１０７に供給される。そして、この油圧の供給は制御手段１２１からの制御信号によって電磁バルブ１２２で制御され、またその油圧は制御手段１２１からの制御信号によって油圧制御手段１２３で調整される。
【００１７】
図２〜図４に図１の実施例の金型の概要およびカットパンチの動作状態が示されている。図２は固定側金型１と可動側金型２が閉じた状態を示しており、固定側金型１には、スプルブッシュ１１、スタンパ１４を固定するスタンパ押え１２、固定側鏡面１３、固定側ガイドリング１５が設けられており、可動側金型には、ゲートカット及び成形品（基板）に中心孔を形成するカットパンチ２４、カットパンチ２４にかかる押圧力を検知する圧力センサ２７、成形品を金型より突き出すエジェクタスリーブ２５、可動ブッシュ２３、可動側鏡面２６、成形品外径を決めるキャビリング２２、可動側ガイドリング２１が設けられている。
成形機の射出ユニット（図示せず）より圧入される溶融樹脂は、ノズル３４から入り、スプルブッシュ１１内のスプル３１、ゲート３３を通りキャビティＣに充填される。図２はキャビティＣに溶融樹脂が射出充填された状態、すなわち充填工程完了時の状態を示している。
【００１８】
図３は、キャビティ内の応力を解放している状態を示している。
充填工程が完了した後、カットパンチシリンダ１０７に油圧を供給してカットパンチピストン１０８を前方へ駆動する。このときカットパンチピストン１０８のロッドの先端が圧力センサ２７を介してカットパンチ２４を押して、カットパンチ２４を突き出し、これによって樹脂３２のゲート３３の部分を打ち抜くことでゲートカットが行われる。この際、カットパンチシリンダ１０７には、ゲート３３の部分を打ち抜くのに必要な圧力より少し低圧力の油圧がかけられ、この油圧は、制御手段１２１からの制御信号で油圧制御手段１２３によって制御される。したがって、カットパンチ２４は完全にゲート３３を打ち抜くことは出来ないので、スプル３１（ゲート３３）とキャビティＣがわずかのクリアランスを介してつながった状態にあり、このクリアランスによってキャビティＣとスプル３１（ゲート３３）間に微小流路が残される。カットパンチ２４のゲートカット動作とほぼ同時に型締めが行われ、この型締めによりキャビティＣの圧力が高くなる。このため、キャビティＣ内の樹脂３２がゲート３３を通ってスプル３１に逆流するので、このとき、キャビティＣ内の圧力がゲート３３付近、スプル３１内の圧力とほぼ同じになる。
型締めがゲートカットより先に行われると、樹脂充填中のキャビティ内圧が高くなり、充填が完全にはなされない。また、過度の充填圧力がゲート３３付近にかかり、この過度の充填圧力のために成形品の残留応力が大きくなる。逆にゲートカット後（上記クリアランス形成後）に型締めが行われると、型締めの間にゲート部の樹脂の固化が進むので上記のような樹脂の逆流はほとんどなく、したがって、樹脂充填時の応力がそのまま成形品に残ってしまうことになる。以上のことから型締めは、ゲートカットのタイミングの０．０２秒前後に行うのがよい。
【００１９】
カットパンチ２４下部の圧力センサ２７がゲート３３付近の圧力を間接的に検知するが、スプル３１（ゲート３３）とキャビティＣがわずかのクリアランスを介してつながった状態（図３の状態）にあって、このゲートカットとほぼ同時に型締めが行われる。そして、この型締めによるキャビティＣの圧力が所定圧になった時、制御手段１２１から油圧制御手段１２３へ、カットパンチシリンダ１０７への供給油圧を増大させる指令が出される。この増大された油圧がカットパンチシリンダ１０７に与えられると、カットパンチ２４が図２の状態からさらに突き出されてゲート３３が打ち抜かれる。この状態を図４に示している。
キャビティＣ内の樹脂がゲート３３、スプル３１に逆流することで、キャビティＣ内周部の応力が解放される。キャビティＣ内周部の応力が解放された状態で樹脂を冷却固化させて後、型締めシリンダ１０５にかかる油圧を型開方向に切り替え、型締めピストン１０６を後退させて金型を開き、取り出し機（図示せず）が成形品を受け取りに来たとき、成形品をエジェクタ２５で突き出してこれを受け渡す。
【００２０】
図５は、カットパンチ２４に位置センサ２７ｂを設け、カットパンチ２４の突き出し位置を位置センサ２７ｂによる位置検知信号に基いて制御する実施例２の概略を示している。
このものにおいては、閉じた金型内のキャビティＣに溶融樹脂を充填し、充填工程完了後に、カットパンチシリンダ１０７ａに油圧を供給してカットパンチピストン１０８を駆動する。カットパンチシリンダ（ロッド側シリンダ）１０７ｂへの油圧ラインに流量制御弁１２５が設けられており、カットパンチ２４が所定の位置まで動いたとき、これを位置センサ２７ｂで検知し、流量制御弁１２５を閉じる。これによってカットパンチシリンダ１０７ｂ内に圧油が閉じ込めらて、カットパンチピストン１０８が流体ロックされ、この流体ロックのためにカットパンチピストン１０８の前進、後退が阻止されるので、金型内のカットパンチ２４もゲート手前の所定の位置に停止し、保持される。キャビティＣに型締め圧をかけると、キャビティＣ内の樹脂がゲート側に逆流される。それから所定時間経過後に流量制御弁１２５を開いてカットパンチピストン１０８を前進駆動し、金型内のカットパンチ２４を突き出させる。これによってゲートカットが完了する。その後、キャビティ内樹脂が冷却固化した段階で、型締めシリンダ１０５にかかる油圧を型開方向に切り替え、型締めピストン１０５を後退させて金型を開き、取り出し機（図示せず）が成形品を受け取りに来たとき、成形品をエジェクタ２５で突き出してこれを取り出し機に受け渡す。
なお、上記実施例では、ゲートカットのタイミングを充填工程完了後としているが、射出完了など成形品質により任意に変更出来る。
【００２１】
上記実施例では、圧力センサ２７、位置センサ２７ｂを金型内のカットパンチ２４に組み込んだ実施例を説明したが、カットパンチピストンにかかる圧力、カットパンチピストンの作動位置を正確に検知できるものであればよいのであるから、この圧力センサ２７、位置センサ２７ｂを上記作用を奏し得る形態でカットパンチピストン１０８に組み込むことも可能である。
また、上記実施例は情報記録媒体の基板成形機のカットパンチ駆動手段を油圧ピストンにしたものであるが、これを電動モータと減速機などからなる電気的な駆動機構にして、カットパンチの作動位置を正確に制御、保持できるようにすることも可能である。
なお、以上における「圧力センサ」は、カットパンチにかかる押圧力のセンサであって、必ずしも油圧、空気圧などの流体圧力のセンサを意味するものではないが、カットパンチピストンを駆動する油圧を油圧センサで検知することによってもカットパンチにかかる押圧力、ひいてはゲート３３付近の圧力を検知することができる。したがって、上記の場合は上記油圧センサが上記「圧力センサ」に当たる。
また、上記「位置センサ」はカットパンチの前進動作中の位置を検知するものであるから、例えばポテンシオメータをこの「位置センサ」として利用することもできるが、カットパンチの位置を微細に、かつ正確に検知できるものであれば、その種類、配置、直接の検知対象は適宜選択されることである。
【００２２】
【効果】
この発明は以上説明したとおりであるが、その効果を特許請求の範囲の各請求項毎にまとめると次のとおりである。
（１）請求項１に対応する作用効果
成形基板の内周部に残留する応力を成形工程にて制御することで、反りの小さい基板を得ることが出来る。
また、ゲートカットと型締めとを±０．０２秒以内で連動させることで、金型キャビティとスプル間の樹脂の流動を生じさせ、溶融樹脂充填時に生じた応力が解放されて緩和されるので、基板の反りを小さくすることが出来る。
（２）請求項２に対応する作用効果
カットパンチに圧力センサを組込み、金型キャビティとスプル間の樹脂のスプル側への流動を生じさせ、その後にゲートカットを完了させるので、上記応力を確実に緩和することが出来る。
（３）請求項３に対応する作用効果
圧力センサを金型内のカットパンチユニットに組み込んだことで、成形機の改造が不要である。
（４）請求項４に対応する作用効果
圧力センサを成形機内のカットパンチシリンダに組み込んだことで、金型の改造が不要である。
（５）請求項５に対応する作用効果
カットパンチに位置センサを組込み、金型キャビティとスプル間の樹脂の流動が可能な流路を形成するため、上記の応力を確実に緩和することが出来る。
（６）請求項６に対応する作用効果
カットパンチの作動位置を検知する位置センサを金型内のカットパンチユニットに組み込んだことで、成形機の改造が不要である。
（７）請求項７に対応する作用効果
カットパンチの動作位置センサを成形機内のカットパンチシリンダに組み込んだことで、金型の改造が不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】は実施例１の成形機の全体概要図である。
【図２】は金型１と可動側金型２が閉じた状態を示す、実施例１の要部断面図である。
【図３】はキャビティ内の応力を解放している状態を示す、実施例１の要部断面図である。
【図４】はカットパンチが突き出されてゲート３３が打ち抜かれている状態を示す、実施例１の要部断面図である。
【図５】は実施例２の成形機の全体概要図である。
【符号の説明】
Ｃ：キャビティ
１：固定側金型
２：可動側金型
１１：スプルブッシュ
１２：スタンパ押え
１３：固定側鏡面
１４：スタンパ
１５：固定側ガイドリング
２１：可動側ガイドリング
２２：キャビリング
２３：可動ブッシュ
２４：カットパンチ
２５：エジェクタスリーブ
２６：可動側鏡面
２７：圧力センサ
２７ｂ：位置センサ
３１：スプル
３４：ノズル
１０１：タイバー
１０２：固定側プラテン
１０３：可動側プラテン
１０５：型締めシリンダ
１０６：型締めピストン
１０７：カットパンチシリンダ
１０８：カットパンチピストン
１０９：エジェクタユニット
１２１：制御手段
１２２：電磁バルブ
１２３：油圧制御手段
１２４：油圧源

Claims (7)

1. カットパンチを内蔵した成形機による情報記録媒体の基板成形方法において、
   ゲートカットするためのカットパンチの突き出しを多段に制御する工程と、
   ゲートカットのタイミングの±０．０２秒以内に型締め圧力をかける工程を備える、
   ことを特徴とする基板成形方法。
2. 上記カットパンチに圧力センサを設け、このカットパンチにかかる圧力を検知することで、該カットパンチの突き出しを多段に制御することを特徴とする請求項１に記載の基板成形方法。
3. 上記圧力センサを金型内のカットパンチユニットに組み込んだことを特徴とする請求項２に記載の基板成形方法。
4. 上記圧力センサを成形機内のカットパンチシリンダに組み込んだことを特徴とする請求項２に記載の基板成形方法。
5. 上記カットパンチに位置センサを組み込み、このカットパンチの作動位置を検知することで、該カットパンチの突き出しを多段に制御することを特徴とする請求項１に記載の基板成形方法。
6. 上記位置センサを金型内のカットパンチユニットに組み込んだことを特徴とする請求項５に記載の基板成形方法。
7. 上記位置センサを成形機内のカットパンチシリンダに組み込んだことを特徴とする請求項５に記載の基板成形方法。

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