JP4184091B2 - 射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、転写性、光学特性、生産性に優れた射出成形方法に関する。

熱可塑性プラスチックの射出成形においては、射出成形機に金型を取り付け、使用樹脂材料のガラス転移温度以下に温度制御された金型内に加熱溶融された樹脂を射出した後、成形機の型締め圧により加圧し、冷却固化を待って製品を取り出すという繰り返し工程を行っている。また、光ディスク等、サブミクロンオーダーにおける金型の精密転写が必要な製品においては、こうした成形方法により、転写は勿論のこと光学特性や機械特性を制御する必要がある。

第１４図〜第１７図は従来のＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスクの成形法を示している。

第１４図に示すように、樹脂が充填される空間のキャビティ（３７）は、成形機の固定プラテン（３２）および可動プラテン（３３）それぞれに取り付けられた固定金型（３０）と、可動金型（３１）の両金型が閉じることで形成される。光ディスクの樹脂には、一般的にビスフェノールＡをモノマーとするポリカーボネートが使われ、分子量等からガラス転移温度（Ｔｇ）は１３０〜１５０℃程度に調整されている。両金型内には図示しない温調回路が設けられ、樹脂のガラス転移温度以下である８０〜１３０℃程度の温調水が常時流される。レーザーで信号を記録再生する微細な凹凸（４０）であるプリグルーブもしくはプリピットが設けられたＮｉ等で作製されたスタンパ（７）は、固定金型もしくは可動金型の表面に取り付けられるが、第１４図では固定金型に取り付けられた例を示した。

樹脂の充填工程は、第１５図に示すように、成形機における図示しない可塑化シリンダーで溶融された樹脂が、固定金型（３０）に密着したノズル先端（３４）より金型のスプール（３６）を経て行われる。近年は、ＤＶＤ等の光ディスクにおいて板厚が０．６ｍｍと、ＣＤ等の１．２ｍｍ厚よりも薄くなり、キャビティ（３７）に充填させるのが困難になったため、充填時にはキャビティ厚を製品厚みよりも開かせ、シリンダー温度つまり樹脂温度をＣＤ等における３００〜３４０℃よりも高くし、３６０℃〜３９０℃に設定して粘度を極力低くして充填させる。

また、溶融樹脂は金型壁面に接し固化しながらキャビティを満たしていくため、充填が進む程に上記固化層は冷却され成長する。このためスクリューを前進させるためのモーターやシリンダー等の圧力である射出圧を高くする必要がある。よって、射出充填時に発生する樹脂の内圧は高くなる。

そして充填終了時には、樹脂の流動末端（４２）は、キャビティ末端である製品外径を形成する金型部材（４３）には到達させないことが多い。これは上述のように充填時におけるキャビティ厚Ｔを製品厚ｔより大きく開いて充填させ、後述のように充填後の型締めによる圧縮により、キャビティ厚を薄くするためである。しかしながら、こうした方法をとっても充填時には金型壁面と流動樹脂の間に固化層が形成され、せん断応力が発生するため、複屈折増大の要因となる。また、内周と外周では固化層つまりスキン層の成長が異なるため、内外の複屈折差が大きくなりやすい。これらを低減する方法として、例えば金型温度を高温にする、射出速度を速くする等があり、これらにより面内の複屈折（径方向と周方向の応力差に相関がある）をある程度制御することが可能であるが、基板への斜め入射成分の複屈折を制御することは、樹脂材料における光弾性定数の影響を大きく受けるので非常に困難である。また、金型温度を極力高くする、製品を熱変形温度に近い高温度でベークするといった手法もあるが、限界がある。樹脂材料の光弾性定数を低くすることも行われているが、コストが高くなる、剛性が低くなる等の欠点がある。

また、こうした従来の充填方法であると、外周にいくほど樹脂粘度が高くなり、スタンパ（７）界面における温度が低下するために転写性が悪くなり、内外における転写の均一性を得にくいという問題もある。

さらに、流動性を維持するために使用樹脂材料の制約も大きい。例えば、製品剛性をあげるため分子量を大きくすると、概ねＴｇが高くなり、十分に充填することができなくなる。よって、製品厚みを薄くすることの制約が大きい。

第１５図でキャビティ内に樹脂を充填した後、第１６図に示すように、成形機ピストン（３９）の駆動によって、金型内のカットパンチ（３８）でスプール（３６）を打ち抜くことで製品内径（４１）を形成する。同時に、成形機側の型締め圧を高くして金型の型締めを行うことで、ニ部詳細のように転写性を得る。

また、金型に接した転写表面の固化層が弊害となり、十分な転写性を得るためには該型締め力を高くする必要があり、これによりスタンパ（７）のダメージが大きくなることや、内部応力の発生が避けられなかった。

打ち抜き後におけるカットパンチ（３８）のスタンパ（７）に対する偏芯量は、少なくとも３０μｍ以内に制御する必要があるが、金型温度を高くすることなどで固定および可動金型の温度分布が悪化し、調芯精度を維持するのが困難になるという問題がある。

また、近年ＭＤミニディスクに代表されるように、光ディスクの小径化が規格化および製品化されており、それに伴いに製品内径も小さくし信号エリアを極力広くすることが望まれる。そのためには、カットパンチ（３８）の外径を小さくする必要があり、それにより、カットパンチ（３８）を独立して温調制御することが困難になるため、スプール（３６）の固化速度が遅くなる等の弊害がある。また、製品が小さくなることで多数個取りを行うことが望まれるが、以下の隘路が大きく光ディスクの場合実現困難となっている。まず、多数個取りを実現するためには、スプール部を常時溶融状態である３００℃程度まで加熱し、スプールレスとするホットランナータイプの金型にする必要性があるが、この場合ホットランナーとキャビティの間に急激な温度勾配が生じるため、各キャビティ間に温度むらが発生する。これにより、転写性や機械特性のばらつきが大きくなる。さらに、１つの成形機のピストンでキャビティ分のカットパンチを駆動させた場合、平行性にばらつきが生じ、低偏芯化がより困難となる。よって、高密度の製品を得ることができなくなる。

次に、第１７図に示すように、スタンパおよび金型からエアー等を用い製品を取り出す。その時基板の信号表面ではホ部詳細のように、特に外周においてプリピットやプリグルーブの形状が非対称になりやすい。これは、外周にいくほど内周側への収縮量が大きくなることや、スタンパが金属材料よりなるため線膨張係数が樹脂材料より小さく、収縮量も小さいことが原因と考えられる。

また、樹脂内圧や型締め力によりスタンパが受けるダメージは大きく、このためスタンパの材料をガラス等に変えることは生産における耐久性を考慮すると困難である。さらに、外周の固化が速く内外の冷却速度の差が大きいこともこれを助長すると考えられる。プリグルーブの変形量が、グルーブ深さｄの６０〜２５０ｎｍに対し１０％以下程度とわずかであったとしても、狭トラックピッチ化、レーザーの短波長化、そして高ＮＡ化が進み基板上における記録再生のスポット径が小さくなっている昨今においては、グルーブノイズとなることがあり、大きな問題になりつつある。また、最外周は製品外径を規制する金型部材に接触して急冷固化することとあわせ、上述のヒケが製品内部におけるコア層で大きいことから、形状が第１７図のＡ部に示すようにラッパ状、クサビ状になりやすい。この外周部における形状変化をスキージャンプと呼ぶこともある。

以上のように、従来の射出成形方法においては、充填時に固化層の成長が避けられない、充填開始位置と流動末端位置における粘度や冷却速度に差が生じる等の理由から、厚み、転写および光学特性等の精度や要求が厳しくなると限界があり、材料の制約も厳しく、高品質の製品を得ることが困難となっていた。また、同一金型内で充填および冷却を行うことより金型温度を高くして高転写性を得ようとすると、良好な機械特性を得るために冷却時間を長くしなければならず、生産効率があがらないという問題もある。

かかる問題を解決するために、複数の金型とプレス機を用いて充填と冷却工程を分ける成形方法が提案されている（特開平７−１４８７７２号公報、特開平５−１２４０７８号公報等）。これらの方法では、金型の熱容量が大きく、少なくとも１分以上と徐冷に長く時間がかかるため、金型を多数用意する必要があり大きなコストがかかる。また、スプール等を経てキャビティ末端まで流さなければならないという射出成形固有の上記本質的問題はクリアされない。ガラス基板の製造方法では、金型に投入したガラス原盤をガラス軟化温度以上に加熱してから金型をプレスして形状精度を得るといった成形方法も提案されているが（特開平１１−９２１５９号公報等）、固化した原盤を加熱溶融させるのに時間がかかるといった問題がある。

一方、液体でもなく気体でもない特異な中間状態にある超臨界流体が注目され、超臨界流体の浸透性を利用した新しい転写方法が特開平１１−１２８７２２号公報で提案されている。これはシリカ等の反応前駆体を溶解させた超臨界流体を、反応開始剤を含有させた構造体に接触させ、構造体表面に反応生成物をコーティングする方法である。この方法では、構造体表面と反応生成物であるレプリカ（複製物）を非破壊で分離することができないため、レプリカのみを取り出すためには構造体を焼成するなどして除去する必要がある。よって構造体からのレプリカは一度しかとれないため、成形方法としては工業化できない。高分子材料を溶解した超臨界流体を無機多孔質膜に接触させる方法（特開平７−１４４１２１号公報）も同様である。

また、超臨界流体を熱可塑性の成形に利用したものに下記のようなものがある。表皮が無発泡で内部に微細な発泡セルをもつマイクロセルプラスチック（Microcellular Plastic）は、米国のマサチューセッツ工科大（MIT）により開発され、基本特許としてＵＳＰ５１５８９８６号「超臨界状態の流体を用いた熱可塑性プラスチック発泡体」が権利化されている。超臨界流体を可塑化した熱可塑性樹脂に浸透させ、金型に充填した後金型内圧力を低くすることで内部発泡させるという技術であり、本発明の趣旨である微細構造物の転写性向上についての目的とは明らかに異なるものである。

また、二酸化炭素を樹脂に吸収させると熱可塑性樹脂の可塑剤として働き、樹脂のガラス転移温度を低下させることが"J.Appl.Polym.Sci."Vol.30,2633(1985)等で知られており、これを射出成形に応用した技術が特開２００１−６２８６２号公報等で開示されている。これは加圧した二酸化炭素（ＣＯ₂）で充満させた金型内に、ＣＯ₂を溶解させた溶融樹脂を充填し成形するものであり、必ずしもＣＯ₂を超臨界流体にするものではない。ＣＯ₂の上述した可塑剤としての効果により、樹脂の粘度を一時的に低下させることができるので、転写性が向上することで従来の成形方法の量産性向上には寄与するが、超臨界流体そのものが有する気体に匹敵する浸透性を積極的に利用したものではない。そのため、光ディスク基板のパターンレベルであるアスペクト比１程度以下のサブミクロンオーダーの転写では十分だが、ナノオーダーレベルや微細な高アスペクト構造の転写では限界がある。この最大要因は、(1)熱可塑性樹脂は材料の温度を高くし、かつ非ニュートン流体の特性を生かして、高速射出等により剪断発熱させることによって粘度を低下させるが、約１００poise程度が下限であること、(2)金型への充填後、樹脂温度よりも１００℃以上と非常に低い温度で温度制御された金型に接するため急激な表面の粘度上昇が起こり、上述の方法等で一時的に抑制したとしても低粘度化に限界があるためである。また、高速充填時にフローフロントからＣＯ₂を溶解させるため、微細構造内に溶け残りが生じる。

第２７図、第２８図はそれぞれ、支持金型（１１０）に保持されたスタンパ等の転写対象構造体（１０３）上の表面に、樹脂材料（１０９）を流した状態および樹脂材料を金型（１１１）でプレス充填した状態を示す。第２８図のように、構造体（１１２）に樹脂材料（１０９）を充填することで樹脂材料のレプリカがとれるが、熱可塑性樹脂は一般に溶融粘度が高いため、ナノオーダーレベルや超高アスペクト構造体への転写は困難である。これは微細構造物内部に高分子が充填されたときの残留エアーや表面張力等による影響があるものと考えられる。

本発明においては、転写対象の構造体（１１２）における樹脂の充填挿入口の最大幅Ｗと最大深さＤの比（Ｄ／Ｗ）をアスペクト比と定義するが、第２９図におけるＡゾーンのように、個々のパターンの幅Ｗがナノオーダーに狭くなるとともにアスペクト比が大きくなり、かつ隣接パターンが詰まった配列では、Ｂゾーンのように各パターンが粗の配列の場合よりも充填が困難となる。また、該微細構造体の中に充填が十分されたとしても、高アスペクト比の構造物に入り込んだ樹脂は抜けが悪く、図３０に示すように離型の際に変形し形状精度が得にくいという問題がある。

本発明は、上記従来の射出成形方法における問題を解決するためになされたものであり、従来の成形方法では満足な転写が得られない超微細な構造物を正確に転写できる精密な転写性、光学特性、機械特性が得られるとともに、レプリカを多量に複製できる等、生産効率を向上させることができる射出成形方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、キャビティを形成する金型が少なくとも二つ以上の部材より構成され、可塑化装置からノズルを介して前記金型に溶融樹脂を充填させ、成形品を得る射出成形方法において、前記金型を構成するうちの一つの部材が充填工程、プレス工程および成形品取り出し工程の少なくとも３工程以上に分かれたステージを移動し、前記充填工程で、前記可塑化装置内で溶融樹脂に圧力を加えて、前記一つの部材の閉塞されていないキャビティ内に溶融樹脂を射出することにより充填させた後、プレス工程で成形品を形成することを特徴とする。

また、本発明の別の側面は、キャビティを形成する金型が少なくとも二つ以上の部材より構成され、可塑化装置からノズルを介して前記金型に溶融樹脂を充填させて、成形品を得る射出成形方法において、前記金型を構成するうちの一つの部材が充填工程、プレス工程および成形品取り出し工程の少なくとも３工程以上に分かれたステージを移動し、前記可塑化装置内で樹脂を可塑化計量した後、前記充填工程で、前記可塑化装置内で溶融樹脂に圧力を加えて、前記一つの部材の閉塞されていないキャビティ内に溶融樹脂を射出することにより充填させ、その後、前記プレス工程で成形品を形成し、前記ノズルには樹脂漏れ抑制機構が設けられており、前記可塑化装置内で樹脂を可塑化計量する間は、前記樹脂漏れ抑制機構により前記ノズルが閉塞されており、計量完了後、前記ノズルが開放されて、溶融樹脂が前記金型に充填されることを特徴とする。

なお、本発明では、スクリューで可塑化溶融した樹脂を金型に充填して固化させ成形品を得る成形方法を射出成形と定義する。

本発明によれば、溶融樹脂は閉塞された金型内で充填されないので、流動時に発生する金型壁面の固化層は発生しにくく、金型に触れない面では樹脂表面の溶融状態を均一に維持することができるので、充填時の樹脂温度を低くできるとともに、剛性の高く流動性の悪い樹脂を使用しても高い転写性を得ることができる。充填が進んでも樹脂の固化によって樹脂内圧が高くなることがないので、スクリューを前進させるための射出圧を高くする必要がない。

本発明の成形方法においては、前記閉塞されていないキャビティ内に真空中で溶融樹脂を充填させることを特徴とする。

真空中で充填させることにより、樹脂内から発生するガスや空気によってボイドや気泡が充填後の樹脂表面に現れることがない。そして充填後に該移動金型を別の冷却ステージに移動後、プレス冷却することで製品形状を得るので、表面における樹脂粘度が低い状態で均一に転写させることが可能になるとともに、従来成形における転写性を得るために必要な型締め圧よりも著しく低いプレス圧で転写させることができる。よって、転写させるための情報を有したスタンパ等の金型部材を耐久性の高い金属材料に限定しなくても生産することができる。

また、本発明の成形方法によれば、プレス時に発生する内部応力も小さいので、光弾性定数が大きく応力が大きくなりやすい樹脂材料を用いても、斜め入射複屈折が低減される。また、射出する樹脂温度を低くすることができるため、冷却ステージの温度を射出工程のステージ温度よりも低く設定することで、冷却時間の短縮ができるため生産効率が向上する。

さらに、本発明の成形方法においては、前記金型を構成するうちの一つの部材が充填工程、プレス工程および成形品取り出し工程の少なくとも３工程以上に分かれたステージを移動し、充填工程で前記一つの部材の閉塞されていないキャビティ内に溶融樹脂を充填させ、該溶融樹脂に加圧下でＣＯ₂ガスの超臨界流体を浸透させた後、プレス工程で成形品を形成することを特徴とする。

溶融樹脂がＣＯ₂ガスの超臨界流体を含むことにより、超臨界流体のもつ浸透性により樹脂本来の粘性体としての物性が改質され、微細な凹凸への塗れ性がよくなりナノオーダーの転写が可能になる。また、金型キャビティ内圧を、ＣＯ₂ガスの超臨界状態に到達する以上の圧力に圧力制御することにより、完全に樹脂材料が固化するまで流体は超臨界状態を維持するので、流体がガス化することによる発泡が避けられる。

前記成形方法においては、前記熱可塑性樹脂を固化させた後、金型圧力を開放することで前記超臨界流体をガス化し、該ガス圧力により熱可塑性樹脂の固化品を金型より離型させることを特徴とする。

上述の方法にて樹脂を固化させた後、金型圧力を開放することで該超臨界流体をガス化し、該ガス圧力により樹脂成形品を金型の超微細構造物より離型させることにより、微細構造物の形状を正確に転写したレプリカが形状精度を損なうことなく離型できる。

上記の本発明の成形方法においては、前記一つの部材は、射出工程では使用樹脂材料の（Ｔｇ−２０）℃以上（Ｔｇ：ガラス転移温度）に加熱されたステージ上に移動し、プレス工程では（Ｔｇ＋１００）℃以下に加熱されたステージ上に移動することが好ましい。

射出工程で移動するステージの温度を（Ｔｇ−２０）℃以上とすることにより、充填時における樹脂の粘度上昇を制御でき、プレス工程で移動するステージの温度を（Ｔｇ＋１００）℃以下とすることにより、冷却効率を向上できる。

また、両加熱ステージからキャビティまでの最小金型厚みは１０ｍｍ以下が好ましい。これにより、射出時においては金型接触面の冷却を抑制し、プレス時には製品の冷却を促進することができるので、製品品質を悪化させることなく量産効率を向上できる。

本発明の射出成形方法においては、射出工程におけるノズル先端形状が製品形状にあわせ任意に変えられるものであることが好ましい。さらに、該ノズル先端形状が該移動金型とともにキャビティに近い形状を形成することが好ましい。これらにより、製品形状が複雑であったり、形状が大きくても充填後の樹脂表面温度を全面で均一化できるので、均一で良好な転写が得られる。

また、前記の成形方法においては、前記熱可塑性樹脂の金型への充填およびプレス初期は金型温度を該熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg以上にし、プレス途中から金型温度をＴｇより低くし固化させることが好ましい。

これにより、金型に溶融樹脂が接することによる樹脂表面の粘度上昇が抑制できるので、微細構造物への浸透が効果的に行われる。また、プレス途中から金型温度を低くすることで、冷却時間を短縮することができる。

また、前記の成形方法においては、前記可塑化装置内で樹脂を可塑化計量した後、前記金型に溶融樹脂を充填させることが好ましい。

また、前記の成形方法においては、前記ノズルには樹脂漏れ抑制機構が設けられており、前記可塑化装置内で樹脂を可塑化計量する間は、前記樹脂漏れ抑制機構により前記ノズルが閉塞されており、計量完了後、前記ノズルが開放されて、溶融樹脂が前記金型に充填されることが好ましい。

本発明の成形方法に用いる樹脂としては、加熱冷却により流動と固化状態を可逆的に変化する樹脂であればよく、その種類は限定されないが、熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリメチルペンテン、ポリエーテルイミド、ＡＢＳ樹脂、ポリメチルメタクリレート、非晶質ポリオレフィン等が挙げられる。

光学特性に優れる成形品を得る観点からは、透明性に優れる樹脂が望ましく、特にポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、非晶質ポリオレフィン等が好ましい。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の実施形態においては、光ディスクを製造するための射出成形方法および射出成形装置を代表させたが、その他種々の製品および態様で実施できることは言うまでもない。

本実施の形態においては、第１図に示すように、基本工程として射出充填工程Ａ、プレス工程Ｂ、取り出し工程Ｃの３工程からなる射出成形装置を用いた。各工程を複数にしたり、射出工程前に金型を加熱する工程を設けてもよい。第１図は本発明における射出成形装置を上部からみた図であり、第２図〜第８図は該装置の各工程部分の断面模式図である。第２図〜第４図は射出工程Ａにおける可塑化から充填までの様子を図示したものであり、第５図〜第７図はプレス工程Ｃにおけるプレス前後からプレス開放時における模式図である。また、第８図は取り出し工程Ｃにおける製品取り出しの様子を図示したものである。

第１図に示すように、移動金型（３）は回転軸（６）を中心に真空炉（１）中で各ステージを回転移動する。まず射出工程Ａでは、可塑化装置（１０）により、加熱プレート（８）上の移動金型（３）に、シリンダー（１８）から圧力を加えて溶融樹脂の射出充填を行う。本発明における真空炉は、溶融樹脂の表面から大気中の酸素等を取り込んで発泡させないために減圧真空状態にするが、高真空にしすぎると樹脂内部から低沸点成分が揮発することで内部発泡してしまうため、真空度は１×１０^-2Ｐａ〜１×１０³Ｐａの範囲であることが望ましい。射出完了後、移動金型はプレス冷却工程Ｂにおける加熱プレート（９）に移動し、上部に設けられたプレス機構（１３）により、加圧され製品の形状精度を得るとともに冷却される。このように移動金型は、射出工程およびプレス冷却工程ではそれぞれ別個に温度制御された加熱プレート（８）、（９）上に密着する。

加熱プレートの温度は任意であるが、射出工程Ａでは樹脂のガラス転移温度に対し（Ｔｇ−２０）℃以上、プレス冷却工程Ｂでは樹脂のガラス転移温度に対し（Ｔｇ＋１００）℃以下にすることが望ましい。また、射出工程前に事前に金型を加熱するステージを設けたり、プレス、冷却工程のステージを複数設けることや、各ステージの温度設定を変化させることにより、生産効率を向上させることができる。

プレス後に、移動金型（３）は製品取り出し工程Ｃに移動し、取り出し機（１４）が真空炉（１）から製品を小真空炉（１７）に移載後、取り出し機（１５）がシャッター（１６）を介し小真空炉（１７）内に進入し、取り出し機（１４）から製品を受け渡された後大気中に取り出す。製品が取り出された移動金型（３）は、再度射出工程Ａに移動する。この工程を繰り返すことで連続生産が可能となる。

次に、各工程について断面模式図である第２図〜第８図を用いさらに詳細に説明する。まず第２図に示すように、可塑化装置（１０）内でスクリュー（２１）が図示しないモーターの駆動により、回転することで、乾燥ホッパ（１１）から樹脂のペレット（１２）の供給が開始される。これは従来の成形装置と同じ機構である。本実施の形態における移動金型（３）には、光ディスクの内径を形成するためのピン（４）が金型中心に設けられているが、製品形状により移動金型の形状は変えることができ、移動金型上にスタンパ（７）等の転写対象物を設けることもできる。前述したように、移動金型（３）はキャビティが閉塞されておらず、この状態で溶融樹脂が充填されるので、流動時に発生する金型壁面の固化層は発生しにくくなる。さらに、移動金型（３）は熱交換率を良くするため、熱伝導率の大きい材料を用い厚みＨを極力薄くすることが望ましく、具体的には熱伝導率２０ｗ/ｍ・ｋ（２００℃）以上の材料で厚みＨは１５ｍｍ以下とするのが望ましい。

また、本実施の形態においては、可塑化計量時にスクリュー先端の樹脂内圧が上昇しノズル先端（２）から樹脂もれが発生することを抑制するため、メカニカルシャッター（５）で防止しているが、樹脂漏れ抑制の機構は任意である。計量完了時は第３図に示すように、従来成形方法と同様、スクリュー（２１）が計量位置まで後退することで、スクリュー前の加熱シリンダー（２０）内の領域（２２）に溶融樹脂が計量される。

本実施の形態においては溶融樹脂からは多量の揮発ガスが発生するため、ホッパ（１１）後方に位置するバキューム穴（１９）で排気する。本発明の成形方法においては、可塑化溶融時に低分子成分や揮発成分が多量に残存していると、減圧や真空雰囲気にて発泡しやすくなるため、該成分を排除することが望ましい。計量完了後は、第４図に示すようにノズル先端（２）のメカニカルシャッター（５）が開放されると同時に、スクリュー（２１）が可塑化装置後部に配置されたシリンダー（１８）内の圧力により前進することで、移動金型（３）上に溶融樹脂（２３）が充填される。本発明における実施の形態においてはノズル先端（２）の形状は金型形状にあわせ最適化することができるので、キャビティ形状に近い溶融状態の樹脂が形成される。

さらに具体的に、射出ステージにおけるノズル先端（２）の形態の別例を、第９図および第１０図を用いて説明する。第９図のように、ノズル先端（２）内にシール用駒（５０）が挿入されている。可塑化計量時は樹脂の内圧が上昇するため図中下方向に圧力がかかり、シール用駒（５０）が下方に下がることにより、ノズル先端（２）とシール用駒（５０）が接するシール用駒受け面（５１）で閉鎖されるために、溶融樹脂はノズルより漏れない。射出時は第１０図に示すように、ノズル先端（２）を金型側へ所定位置まで下げることにより、シール用駒（５０）の駒先端（５２）と金型の内径ピン（４）を押し当て、ノズル内におけるシール用駒（５０）を持ち上げる。シール用駒（５０）が上がることで、駒の外周部に数箇所刻まれた樹脂流動用溝（５３）より溶融樹脂（２３）が充填される。このとき充填樹脂（２３）は溶融状態を維持しながらも、ノズル先端（２）と移動金型（３）により最終キャビティ形状に近くなるので、プレス工程でより平坦性や形状精度を得ることができる。

溶融樹脂が充填された移動金型（３）は、プレス冷却工程Ｂにある加熱プレート（９）に移載される。プレス工程では、移動金型とキャビティを形成する少なくとも１種類以上の金型が、プレスピストン（２６）に装着される。第５図に示すように、本実施の形態においては、プレス金型（２４）上には微細な情報であるプリグルーブが刻まれたスタンパ（７）が設けられているが、製品形態により金型の構成は任意である。また、スタンパの材料は任意であり、金属以外にも石英ガラス等を用いることもできる。プレス金型（２４）は任意の方法で直接もしくは間接的に温度制御されるが、本実施の形態においては冷却水を流す温調回路（２５）により直接温度制御されている。

第６図に示すように、プレス金型（２４）はプレスピストン（２６）の力Ｐを介し移動金型（３）と型締めされ、キャビティ（３７）を形成する。本実施形態以外でも本発明においてはプレス金型（２４）とプレスピストン（２６）を独立させると同時に、プレス工程を複数にして各プレス時の温度制御を変化させることで、より品質および量産効率を向上できる。例えば、プレス金型を移動金型と同様、熱交換率を良くするために薄くし、初期のプレス時にはプレス金型およびプレスピストンを高温にし、転写後はプレスピストンの温度を下げて再度プレス金型と密着させプレス金型を急冷することで冷却時間を短縮できる。この場合、プレス金型も移動金型と同様多数個必要となる。移動金型（３）とプレスピストン（２６）の調芯方法は任意であるが、本実施の形態においてはドーナッツ状に設けられたガイドリング（２８ａ）、（２８ｂ）同士をそれぞれ嵌め合わせることで行っている。

金型プレス後は、第７図に示す通りプレス金型（２４）を開放する。その後、製品（２９）および移動金型（３）を、取り出し工程Ｃに移動させる。製品の取り出し方法は任意であるが、本実施形態においては第８図に示すように、まず取り出し機（１４）およびそれに付随した吸盤（１４Ａ）が成形品（２９）に密着後、取り出し機（１４）内の真空度を真空炉（１）内よりあげて、成形品（２９）を小真空炉（１７）内に移載する。その後、小真空炉（１７）と大気を遮断するシャッター（１６）が瞬間的に開放される間、取り出し機（１５）が小真空炉（１７）内に進入し、取り出し機（１４）より成形品（２９）を受け取り大気中に取り出す。

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
本発明における第２図〜第８図の射出成形装置を用い、製品の内径φ８ｍｍ、外径φ５０ｍｍ、板厚０．４ｍｍの円盤状の光ディスク用基板を作製した。スタンパ（７）上には内径φ１２ｍｍから外径φ４８ｍｍの範囲でトラックピッチ０．５μｍ、溝幅０．２５μｍ、溝深さ７０ｎｍの螺旋状プリグルーブを設けた。

第２図において、移動金型（３）の厚みＨは１５ｍｍ以下が望ましいが、本実施例においては１０ｍｍとした。金型の熱伝導率は２０ｗ/ｍ・ｋ（２００℃）以上であることが望ましいが、本実施例においては２１．５ｗ/ｍ・ｋ（２００℃）の日立金属社製ＨＰＭ３８を用いた。真空炉（１）内における真空度は、溶融樹脂が表面より空気を取り込んで発泡するのを抑制でき、かつ樹脂内部からの低沸点材料が揮発して発泡するのを抑制できる範囲が望ましく、１×１０^-2〜１×１０³Ｐａの範囲が望ましいが、本実施例においてはロータリーポンプとメカニカルブースターポンプを用い０．１Ｐａ〜１Ｐａに真空度を維持した。充填する溶融樹脂は任意であるが、ビスフェノールＡをモノマーとしたポリカーボネート樹脂である帝人化成社製ＡＤ５５０３（ガラス転移温度（Ｔｇ）１４３℃）を用いた。可塑化装置（１０）におけるヒーターの加熱温度は任意であるが、本実施例においてはバンドヒーターを用い最大３００℃、ノズル先端部（２）においては２６０℃に制御した。射出工程における加熱プレート（８）の温度は２５０℃とした。充填直前の移動金型（３）の表面温度は１５０℃であった。

ノズル先端の形状は第２図〜第４図に示す通り、吐出口はリング状であり射出により樹脂はドーナッツ状に広がるように設計した。射出充填はメカニカルシャッター（５）でノズル先端（１７）を閉鎖した状態で、第３図のように可塑化計量を行った後、第４図に示すようにシャッターを開放しスクリュー（２１）を前進させて充填時間０．１秒で充填させた。充填量は後のプレス工程とあわせ最終製品形状をみながら最適化した。その後、第５図のように上述のＮｉで作製されたスタンパ（７）を取り付けたプレス金型（２４）下にある加熱ステージ（９）上に移動金型（３）を移載した。スタンパ（７）の取り付け方法は任意であるが、本実施例においては内外ともに図示しないエアーバキュームで行った。加熱ステージ（９）は、図示しない冷却水により４０℃にコントロールした。

プレス金型（２４）は、プレスピストン（２６）に接続されており、冷却水の流れる温調回路（２５）が設けられている。金型材料および厚みは任意であるが、日立金属社製ＨＰＭ３８を用いプレスピストン取り付け位置からスタンパまでの厚みを２０ｍｍとした。また、スタンパ設置表面から冷却温調回路までの距離は１０ｍｍとした。プレスピストンの駆動源は任意であり、油圧シリンダー、電動モーター、エアーシリンダー等を用いることができるが、本実施例ではエアーシリンダーを用いた。また、プレス金型（２４）の冷却水（２５）は、１００℃で制御した。

プレスは第６図に示すように行い、移動金型における製品外径を規制する外周リング（２８ｂ）とプレス金型（２４）の外周リング（２８ａ）を嵌め合い、金型の調芯を行った。両外周リングのクリアランスは温度差、つまりプレス時における熱膨張差を考慮して最適な調芯精度が得られるように調整した。プレス力Ｐおよびプレス時間は任意であるが、本実施例ではプレス力Ｐ８００ｋｇｆの力で２秒の間プレス圧をかけた。このプレスにより、溶融樹脂はキャビティ末端まで充填され、イ部詳細に示すように外周まで転写された。

転写後は第７図に示すように、プレスピストン（２６）およびプレス金型（２４）が上昇することでスタンパ（７）と製品（２９）が離型する。スタンパ（７）と製品（２９）の離型方法は任意であるが、本実施例では、スタンパ内周部に設けたリング状スリットから不活性ガスである窒素を流量５１/min.で０．１秒流し、０．３秒で離型させた。外周部にガスの取り込み口を設けてもよいし、ガスを冷却してもよい。製品（２９）の射出成形機からの取り出し方法は任意であるが、本実施例においては下記のように行った。

まず、移動金型（３）を取り出し工程まで移動し、第８図に示す通り取り出し機（１４）の吸盤（１４Ａ）により成形品（２９）を移動金型（３）より離型させ、小真空炉（１７）に移載する。小真空炉（１７）内の真空度は、充填工程やプレス工程における真空度に悪影響を与えない程度であれば任意であるが、本実施例においては１０〜５０Ｐａに制御した。その後、瞬間的にシャッター（１６）が開放すると同時に取り出し機（１５）および吸盤（１５Ａ）が真空炉（１７）内に侵入し、成形品（２９）を取り出し機（１４）から受け渡された後、大気中に後退し製品を真空炉（１７）より取り出した。本実施例においてはシャッターの開放時間は０．５秒とした。

各工程におけるタイムチャートを第１１図に示す。第１１図に示す通り各工程のサイクルをあわせることや加熱、冷却の熱交換を効率よく行うことで、ハイサイクル化を達成している。

本実施例において作製した光ディスク基板の最外周における転写性をＡＦＭを用い測定したところ、溝深さはスタンパのそれを９９％転写しており形状もロ部詳細に示す通り対称性を維持していた。基板内に気泡やフローマークのような異常は観察されなかった。また、内径に対するグルーブ外径の偏芯量を工具顕微鏡で測定したところ、１０μｍ（Ｐ−Ｐ）であり低偏芯基板を作製できることがわかった。全面における板厚変動をマイクロメーターで測定したところ２μｍ以内であり、外径におけるスキージャンプは発生しなかった。

次に基板のリターデーション（複屈折）の測定を、アドモンサイエンス社製複屈折評価装置Ｆ３ＤＰ−１を用いて行った。ダブルパスリターデーションの測定結果を第１２図に示す。全面１０ｎｍ以内であり殆ど複屈折が発生していないことがわかる。ここで、リターデーションとは、光位相差であって、複屈折の大きさを検出・定量するための指標であり、リターデーション（Ｒ）は、Ｒ＝（Ｎ₁−Ｎ₂）・ｔによって表される。但し、Ｎ₁はディスク面内における径方向の主屈折率、Ｎ₂はディスク面内における周方向の主屈折率、ｔは基板の厚みである。また、複屈折は、ディスク面内における径方向および周方向における主応力差（Ｎ₁−Ｎ₂）で表される。

本発明者の発明（特開２００１−２４３６５６号公報）で詳細に述べたように、従来の成形方法では、厚さ０．６ｍｍ以下等の薄肉光ディスク用基板の内径近傍における複屈折を低減することが難しく、さらには高温環境化後の内周部の複屈折増大が避けられなかった。しかし、本発明における製品を８０℃の高温化にて４ｈｒベークした後のリターデーションは、第１２図に示すように殆ど変化しないことがわかった。

また、本発明の基板を残留応力と相関のある断面（垂直）複屈折（Ｎｘ−Ｎｚ）を測定した結果を第１３図に示す。該断面複屈折は、面内の主屈折率Ｎｘ（Ｎ₁もしくはＮ₂）と厚み方向の主屈折率Ｎｚの差であり、高分子論文集Vol.47,No6(1990)に掲載された下記式(1)、(2)、(3)より、（Ｎ₁−Ｎｚ）および（Ｎ₂−Ｎｚ）を算出し、大きい方を代表させた。

Ｎ₁-Ｎz=１/ｔsin²θ₁(Ｒ０-Ｒθcosθ₁) ・・・(1)
Ｎ₂-Ｎz=１/ｔsin²θ₁(Ｒ０cos²θ₁-Ｒθcosθ₁) ・・・(2)
sinθ=ｎsinθ₁ ・・・(3)
式中、ｔ＝基板厚み、Ｒ０＝垂直入射リターデーション、Ｒθ＝一定角度（θ）傾けて測定したリターデーション、ｎ＝屈折率１．５８であるが、本実施例においてはθ＝３０°として測定した。

第１３図より、本発明におけるＮｘ−Ｎｚは、２Ｅ−０４以下と従来成形方法における成形方法では達成不可能な値を示すことがわかった。また、この値は光弾性定数Ｃの小さい樹脂材料と同等である。この結果より、本発明における基板は残留応力が著しく小さいことがわかった。

（実施例２）
射出工程におけるノズル先端（２）の形状を第９図のように変えた以外は、実施例１と同様の射出成形機を用い、同様な方法で射出成形を行った。ノズル先端における加熱ヒーター（２０）の温度は２５０℃に制御した。加熱プレート（８）の温度は２５０℃とし、ノズルを第１０図における矢印方向に移動し、シール用駒（５０）のシール用駒先端部（５２）を移動金型（３）の内径ピン（４）と接触させることで、ノズル内におけるシール用駒（５０）を押し上げ、シール用駒（５０）の外周部における樹脂流動用溝（５３）を通じて溶融樹脂（２３）を金型上に充填させた。このとき、移動金型（３）上に充填される流動樹脂（２３）は、最終製品形状に近いものであり、スタンパの転写面（５４）も平坦性を維持できることを確認した。

その後、実施例１と同様にプレスおよび製品取り出しを行った。プレス前に形状精度がある程度でていることから、第６図におけるプレス力Ｐは実施例１より低い４００ｋｇｆとした。

本実施例における基板の外観、形状、転写性は実施例１と同様良好であった。また、実施例１と同様に断面複屈折を測定した結果を第１３図に示すが、実施例１よりも内部残留応力を低減できた。これはプレス時に発生する応力が低減されたためと考えられる。

（比較例１）
第１４図〜第１７図に示す従来成形方法を用い、実施例１と同様の樹脂を用い光ディスクを作製した。射出成形機は住友重機械工業製ＳＤ３５Ｅを用いた。固定金型（３０）および可動金型（３１）の温調回路における設定温度はそれぞれ１２０℃とし、カットパンチ（３８）やスプール（３６）の温調回路は設けなかった。第１５図に示す充填時におけるキャビティの開き量Ｔは、最終製品厚みｔ＝０．４ｍｍより０．４ｍ大きい０．８ｍｍとした。充填する樹脂温度（シリンダー加熱筒温度）は最大３８０℃とし、充填時間は０．０４秒とした。可塑化および型締めのタイムチャ−トを第１８図に示す。充填直後に１５トンの型締め力を０．２秒発生させることで、第１６図に示すように、圧縮転写させると同時にカットパンチ（３８）を駆動させ、内径を打ち抜いた。その後、型締め力を８トンまで落とし２．９秒保持したのち、型開きおよび製品取り出しを０．４秒で行った。

本比較例における基板の転写性をＡＦＭを用い測定した。その結果、グルーブ深さの転写率は９８％であったが、わずかに第１７図のホ部詳細に示すような変形がみられた。また、基板内径に対する信号外径の偏芯量は３０μｍ（Ｐ−Ｐ）であった。製品厚みを測定したところ、製品外径φ５０ｍｍより２ｍｍ内側の外径φ４８ｍｍまでは５μｍのばらつきであったが、それより外側ではさらに局所的に７μｍ厚くなっており、第１７図のＡ部に示すようなスキージャンプが発生していることがわかった。

次に、本比較例における光ディスク基板の垂直入射リターデーションおよび断面複屈折を、実施例と同様に測定した。その結果を第１９図および第２０図に示す。第１９図に示すように、垂直入射リターデーションは成形後では２０ｎｍに制御され良好であるが、ベークによるシフト量が大きいことがわかる。また、第２０図より断面複屈折は本発明における値より非常に大きいことがわかる。

なお、前記ベーク後リターデーションは、本発明者による前記発明によって、金型の温調回路による冷却効率を内外周で変化させるなどの手段を用い、粘度差を低減するなどの方法により、±３０ｎｍ程度までは制御可能であるが、断面複屈折は使用樹脂における物性の依存性が大きいため４．０Ｅ−０４以下の低減は困難であった。

（実施例３）
第２１図〜第２６図は、熱可塑性樹脂材料として、ガラス転移温度１４０℃のポリカーボネートを用い、これにＣＯ₂ガスの超臨界流体を含有させた場合の成形方法を、模式的に表したものである。第２１図〜第２２図は溶融樹脂の充填工程を示すものであるが、微細な構造物が形成されたスタンパ（１０３）が設置された移動金型（１０１）は、移動テーブル（１０２）上に載っており、該テーブルとともに該移動金型（１０１）は各工程を移動する。

スタンパ（１０３）における微細構造物は、第２８図でいうところの、深さＤ０．６μｍ、幅Ｗが０．１５μｍで、アスペクト比４の凹パターンが、スペース０．２μｍで連続している高アスペクト比のラインアンドスペースの構造体を、Ｎｉで形成したものを用い、移動金型の内壁はφ５０ｍｍの円盤状のキャビティを形成するようにした。

この移動金型は、少なくとも熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tg以上に加熱されており、加熱方法は超音波誘導加熱、伝熱加熱、温調溶媒加熱、ハロゲンランプ等による加熱等、直接あるいは間接的に加熱する方法であれば任意である。本実施例においては、予め５００℃に加熱されたホットプレート上に金型を密着させると同時に、ハロゲンランプを照射し、移動金型（１０１）およびスタンパ（１０３）の表面温度が樹脂充填前には２００℃になるように制御した。

熱可塑性樹脂は、ペレット（１３０）としてホッパ（１３１）から可塑化シリンダー（１３２）に投入され、スクリュー（１３３）が回転することで可塑化される。ペレット（１３０）は、可塑化前に十分に脱気させることが望ましく、ホッパ（１３１）投入前における図示しない乾燥機内での乾燥脱気以外にも、本実施例ではホッパ（１３１）を密閉加熱しながら排気した。樹脂を十分に乾燥させ酸素を取り除くことで吸水率の大きい樹脂材料を用いた場合においても、射出時に発生しやすい気泡やシール機構（１３４）等における滞留による加水分解を抑制できる。また、可塑化溶融状態の樹脂に超臨界流体を混合、浸透させてもよいが、金型が開放されたときに該流体が樹脂内部より逃げてしまい効率が悪いので、本実施例においては転写工程においてキャビティを閉塞した状態で浸透させることとした。

本実施例の射出機構はプリプラ式を採用しており、可塑化時には第２１図のようにシール機構（１３４）が開放された状態で、加熱制御されたバンドヒーター（１３５）で巻かれた可塑化シリンダー（１３２）内のスクリュー（１３３）が回転することにより、ホッパ（１３１）から投入されたペレット（１３０）が可塑化され、該シール機構（１３４）を通り、射出プランジャー（１３６）の前方に充填される。射出プランジャー（１３６）は、射出シリンダー（１３８）内壁にボールリティーナ（１３９）でガイドされており、狭いクリアランスでも該射出シリンダーとかじることなく円滑な駆動が可能になっている。射出シリンダー（１３８）およびその先端に連結されたノズル（１０６）は、バンドヒーター（１３７）で加熱され、樹脂の可塑化中は溶融樹脂がノズル（１０６）より漏れないように、シリンダー（１１３）機構で制御された弁（１０７）でゲート（１０８）は閉鎖されている。本実施例においては可塑化シリンダー（１３２）のバンドヒーター（１３５）は３５０℃、射出シリンダー（１３８）およびノズル（１０６）のバンドヒーター（１３７）は３７０℃で制御した。

射出時は、第２２図に示すように、シリンダー機構（１１３）に連動した弁（１０７）の駆動により、ノズル（１０６）表面のゲート（１０８）が開放されるとともに、射出シリンダー（１３８）内で油圧等の力により射出プランジャー（１３６）が前進することで、移動金型内（１０１）のスタンパ（１０３）表面に可塑化溶融樹脂（１０９）が充填される。本発明において、充填前の移動金型（１０１）は熱可塑性樹脂のガラス転移以上に加熱されているため、溶融樹脂が金型表面に接して固化し、表面にスキン層を形成することがなく、射出充填圧も低くて済む。そのため、成形品の複屈折が小さくなるとともに温度低下による粘度上昇が抑制できる。なお、射出する際における金型内の雰囲気は任意であるが、大気中の酸素を取り込んで溶融樹脂表面に気泡が発生するので、気泡発生を抑制するためには真空度を１×１０^-2〜１×１０³Ｐａの範囲にすることが望ましく、また、二酸化炭素等の不活性ガス雰囲気でもよい。

本実施例においては、溶融樹脂（１０９）が充填された移動金型（１０１）を、移動テーブル（１０２）とともにただちに射出工程からプレス工程に移載した。プレス工程における成形方法の概念図を第２３図〜第２６図に示す。まず第２３図に示すように、型締め装置（１０５）に固定され加熱温調されたプレス金型（１０４）を挿入した。本発明において、プレス金型（１０４）の温度制御方法および温度設定は任意であるが、本実施例においては図示しない水を媒体に用いた冷却水が流れる温調回路によって、プレス初期は樹脂材料のガラス転移温度よりわずかに高い１４５℃で温調し、プレス途中から１００℃に低くした。

本実施例の型締め装置（１０５）内には、エアーシリンダー（１１７）に内蔵された超臨界流体噴出ピストン（１１５）が上下するように備えられており、該ピストン（１１５）は図示しない超臨界流体発生装置に連結ホース（１１６）でつながれ、図示しない電磁弁が開くことで先端から超臨界流体を噴出する。また、プレス金型（１０４）内には超臨界流体を導入するための内部コア（１１４）が配置されており、該コアが上下することで、プレス金型（１０４）における超臨界流体の流路（１１８），（１１９）を連結したり、切り離すことができる。また、超臨界流体は、金型閉鎖時には金型外部に漏れないようにＯリング（１２０），（１２１）で完全にシールされているので、溶融状態であるため比容積が大きく分子間距離が広くなっている樹脂に急速に浸透していく。

本発明においては、金型が加圧されスタンパ（１０３）等の微細構造物が転写されるまでは、少なくとも転写面における樹脂表面および金型表面はガラス転移温度以上に維持する必要があり、転写が完了した後はガラス転移温度以下に低くする必要がある。本発明においては、移動金型（１０１）および移動テーブル（１０２）を図示しない冷却プレート上に密着させた。冷却プレートは１００℃の温調水で温度制御した。熱容量をもった移動テーブル（１０２）および移動金型（１０１）は、冷却プレートに熱を奪われ徐々に温度が下がるが、およそ４０秒で移動金型（１０１）およびスタンパ（１０３）表面の温度が樹脂材料のガラス転移温度である１４０℃以下になるようにし、それまでに転写が完了するようにした。

本実施例において、超臨界流体の金型への導入は第２４図に示すように行った。つまり、型締め装置（１０５）が図示しない油圧力により駆動し、それに固定されたプレス金型（１０４）および外周部に設置されたＯリング（１２０）が、移動金型（１０１）内に挿入された時点でエアーシリンダー（１１７）に内蔵された超臨界流体噴出ピストン（１１５）が前進し、金型内の内部コア（１１４）を押し下げることで、流路（１１８）と（１１９）がＯリング（１２０）内でつながる。そして、図示しない電磁弁の開放により、図示しない超臨界流体発生装置から連結ホース（１１６）および金型内の流路（１１８），（１１９）を通り、超臨界流体は密閉金型内に充填される。超臨界流体としては二酸化炭素（ＣＯ₂）を用いた。二酸化炭素が超臨界状態になる条件は、温度３１．１℃、圧力７５．２ｋｇｆ/ｃｍ²であるが、本実施例においては温度１５０℃、圧力２００ｋｇｆ/ｃｍ²の条件で超臨界状態とした。また、高濃度の二酸化炭素を密閉金型内において溶融樹脂とともに充満させた後、二酸化炭素の超臨界温度および圧力以上の環境下で型締め転写させることで、二酸化炭素を超臨界流体に変化させることもできる。

超臨界流体を所定量、金型内に充填した後は、第２５図に示すように超臨界流体噴出ピストン（１１５）を後退させ、戻しバネ（１２２）の力で内部コア（１１４）が後退することで、流体の流路（１１８），（１１９）は切り離される。ついで、型締め装置（１０５）に型締め力を発生させることでプレス金型（１０４）と移動金型（１０１）間のキャビティ間に加圧していき、スタンパ（１０３）上の微細構造物を熱可塑性樹脂材料（１０９）に転写させる。このときの型締め力は任意であるが、本発明においては少なくとも転写が完了し樹脂が固化するまでは流体を超臨界状態に維持する必要があるので、本実施例では型締め力１０トン（圧力５０９ｋｇｆ/ｃｍ²）を３秒間かけて転写させた後、型締め力を５トン（圧力２５５ｋｇｆ/ｃｍ²）まで低くして樹脂を冷却固化させた。

樹脂に浸透した超臨界流体は、固化もしくは硬化途中で外部に逃がすことで調整できる。樹脂内部に残存した超臨界流体が多いと、脱圧時におけるガス化の際に発泡抑制が困難になる。本実施例においては、型締め圧を維持したまま超臨界流体噴出ピストン（１１５）を冷却途中に１秒前進させ、余剰な超臨界流体や樹脂内部からの揮発ガスを金型外部に逃がした。

その後、型締め力を開放し、第２６図に示すように金型を開いた。圧力開放と同時に超臨界流体は超臨界状態を維持できなくなるのでガス化し体積は大きく膨張しようとするが、樹脂材料は固化しており分子間距離は動きにくい状態にあるので、該揮発ガスは図中矢印のように樹脂表面から金型側へ逃げようとする。その圧力を利用して微細な構造体に密着した樹脂のレプリカ（１０９）が容易に剥離できる。

金型表面から離型した樹脂材料（１０９）と移動金型（１０１）は、次の工程に移動し図示しない取り出しロボットが製品を取り出した後、該移動金型（１０１）のみ再度加熱工程に戻る。このように複数個の移動金型（１０１）が各工程を移動することで連続的に高アスペクト比構造体のレプリカが生産できる。

本実施例における樹脂レプリカを液体窒素で破断し断面形状をＳＥＭ観察したところ、ラインアンドスペースの構造体がエッジ形状も含め正確に転写できていることを確認した。

以上説明したとおり、本発明の成形方法によれば、従来の成形方法では満足な転写が得られない超微細な構造物であっても正確に転写でき、精密な転写性、機械特性が得られるとともに、レプリカを多量に複製できる等、生産効率を向上させることができる。また、本発明の成形方法により得られる成形品は、リターデーションが小さくかつ均一であり、断面複屈折も小さく、優れた光学特性を有している。

第１図は、本発明の射出成形機を上部からみた全体構成図である。 第２図は、本発明の射出成形機における射出工程部の要部断面構造図で、可塑化開始の状態を模式的に表した図である。 第３図は、本発明の射出成形機における射出工程部の要部断面構造図で、可塑化終了時の状態を模式的に表した図である。 第４図は、本発明の射出成形機における射出工程部の要部断面構造図で、射出充填時の状態を模式的に表した図である。 第５図は、本発明の射出成形機におけるプレス工程部の要部断面構造図で、プレス前の状態を模式的に表した図である。 第６図は、本発明の射出成形機におけるプレス工程部の要部断面構造図で、プレス時の状態、およびスタンパとの転写時の様子を模式的に表した図である。 第７図は、本発明の射出成形機におけるプレス工程部の要部断面構造図で、プレス開放時の状態を模式的に表した図である。 第８図は、本発明の射出成形機における取り出し工程部の要部断面構造図で、取り出し時の状態および基板表面の転写状態を模式的に表した図である。 第９図は、本発明の射出成形機におけるノズル先端部の要部断面構造図で、可塑化計量時の状態を模式的に表した図である。 第１０図は、本発明の射出成形機におけるノズル先端部の要部断面構造図で、射出充填時の状態を模式的に表した図である。 第１１図は、本実施例における射出成形サイクルのタイムチャートを表した図である。 第１２図は、本実施例における光ディスク基板の垂直入射リターデーションを測定した結果である。 第１３図は、本実施例における光ディスク基板の断面複屈折を測定した結果である。 第１４図は、従来の射出成形機における要部断面構造図であり、射出前の状態を表した図である。 第１５図は、従来の射出成形機における要部断面構造図であり、射出時の状態を表した図である。 第１６図は、従来の射出成形機における要部断面構造図であり、型締め時の状態およびスタンパとの転写状態を表した図である。 第１７図は、従来の射出成形機における要部断面構造図であり、離型時の状態および基板表面の転写状態を模式的に表した図である。 第１８図は、比較例における射出成形サイクルのタイムチャートを表した図である。 第１９図は、比較例における成形基板の垂直入射リターデーションを測定した結果である。 第２０図は、比較例における光ディスク基板の断面複屈折を測定した結果である。 第２１図は、本発明における熱可塑性樹脂を用いた成形の充填工程を表した説明図である。 第２２図は、本発明における熱可塑性樹脂を用いた成形の充填工程を表した説明図である。 第２３図は、本発明における熱可塑性樹脂を用いた成形のプレス工程を表した説明図である。 第２４図は、本発明における熱可塑性樹脂を用いた成形のプレス工程を表した説明図である。 第２５図は、本発明における熱可塑性樹脂を用いた成形のプレス工程を表した説明図である。 第２６図は、本発明における熱可塑性樹脂を用いた成形のプレス工程を表した説明図である。 第２７図は、微細構造物の成形を表した説明図である。 第２８図は、微細構造物の成形を表した説明図である。 第２９図は、微細構造物の成形を表した説明図である。 第３０図は、微細構造物の離型後の状態を表した説明図である。

Claims (9)

1. キャビティを形成する金型が少なくとも二つ以上の部材より構成され、可塑化装置からノズルを介して前記金型に溶融樹脂を充填させて、成形品を得る射出成形方法において、
   前記金型を構成するうちの一つの部材が充填工程、プレス工程および成形品取り出し工程の少なくとも３工程以上に分かれたステージを移動し、前記充填工程で、前記可塑化装置内で溶融樹脂に圧力を加えて、前記一つの部材の閉塞されていないキャビティ内に溶融樹脂を射出することにより充填させ、その後、前記プレス工程で成形品を形成することを特徴とする射出成形方法。
2. 前記閉塞されていないキャビティ内に真空中で溶融樹脂を充填させることを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。
3. 前記キャビティ内に充填された溶融樹脂に、加圧下でＣＯ₂ガスの超臨界流体を浸透させた後、前記溶融樹脂を固化して成形品を形成することを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。
4. 前記熱可塑性樹脂を固化させた後、金型圧力を開放することで前記超臨界流体をガス化し、該ガス圧力により熱可塑性樹脂の固化品を金型より離型させることを特徴とする請求項３記載の射出成形方法。
5. 前記一つの部材は、射出工程では使用樹脂材料の（Ｔｇ−２０）℃以上（Ｔｇ：ガラス転移温度）に加熱されたステージ上に移動し、プレス工程では（Ｔｇ＋１００）℃以下に加熱されたステージ上に移動することを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。
6. 前記熱可塑性樹脂の金型への充填およびプレス初期は金型温度を該熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上にし、プレス途中から金型温度を該ガラス転移温度より低くし固化させることを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。
7. 前記可塑化装置内で樹脂を可塑化計量した後、前記金型に溶融樹脂を充填させる請求項１記載の射出成形方法。
8. 前記ノズルには樹脂漏れ抑制機構が設けられており、前記可塑化装置内で樹脂を可塑化計量する間は、前記樹脂漏れ抑制機構により前記ノズルが閉塞されており、計量完了後、前記ノズルが開放されて、溶融樹脂が前記金型に充填される請求項７記載の射出成形方法。
9. キャビティを形成する金型が少なくとも二つ以上の部材より構成され、可塑化装置からノズルを介して前記金型に溶融樹脂を充填させて、成形品を得る射出成形方法において、
   前記金型を構成するうちの一つの部材が充填工程、プレス工程および成形品取り出し工程の少なくとも３工程以上に分かれたステージを移動し、
   前記可塑化装置内で樹脂を可塑化計量した後、前記充填工程で、前記可塑化装置内で溶融樹脂に圧力を加えて、前記一つの部材の閉塞されていないキャビティ内に溶融樹脂を射出することにより充填させ、その後、前記プレス工程で成形品を形成し、
   前記ノズルには樹脂漏れ抑制機構が設けられており、前記可塑化装置内で樹脂を可塑化計量する間は、前記樹脂漏れ抑制機構により前記ノズルが閉塞されており、計量完了後、前記ノズルが開放されて、溶融樹脂が前記金型に充填されることを特徴とする射出成形方法。

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