JPH02111517A - 射出成形用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、特に音響機器用やＯＡ機器用などの光学式
ディスクの成形に適した射出成形用金型に関する。

（従来の技術） 近年、各種データファイルのようなパッケジ型情報媒体
の様相を大きく変えつつあるものの一つとして光ディス
クがある。この光ディスクは、微小なピットの有無によ
って情報を記録し、微小スポットのレーザ光を用いて光
学的に再生を行うもので、非接触であるため耐久性に優
れ、また高密度の記録が可能であるなどの特徴を有して
いる。

この光ディスクは、コンパクトディスクやレーザディス
クなどの音響、映像用として普及したものであり、デジ
タル信号記録によって高精度に原音の再生を可能にした
ものである。

このような再生用光ディスクは、以下のようにして製造
されている。

すなわちまず、記録ピットに対応する微小突起が形成さ
れたスタンパを作製し、このスタンパを固定側型部と可
動側型部とによって先ディスクの形状に対応したキャビ
ティが形成される射出成形用金型のキャビティ構成部に
取り付け、ポリメチルメタクリレート樹脂やポリカーボ
ネイト樹脂などを射出充填することによって光ディスク
を製造している。

この光デイスク成形用金型の素材としては、従来、高硬
度で熱伝導率の高い特殊ステンレス鋼、たとえばスタバ
ックス（商品名）などが用いられてきた。しかし、たと
えばスタンパが取り付けられる側の金型においては、ス
タンパの交換時などに鏡面仕上げしたキャビティ構成面
にキズが発生する恐れがあり、このままの状態で成形を
行うとスタンパを通して光ディスクにキズが転写してし
まうなどの問題が生じてしまう。また、通常、１５０万
〜２００万シヨツトで金型が摩耗したり、くもりが発生
するため、再研磨して使用していた。

このようにキズや摩耗などによる再研磨は、光ディスク
の生産効率を低下させるとともに、研磨自体のコストが
高く、製造コストを上昇させる一因となっていた。

このような問題を解決するための一手段として、最近、
炭化ケイ素焼結体のようなセラミックス部材を射出成形
用金型の少なくともキャビティ構成面をなす部分に用い
ることが提案されている（特開昭１３２−１８１１１８
号公報参照）。

たとえば炭化ケイ素焼結体は、従来の特殊ステンレス鋼
などに比べて約５倍程度と硬度が高いため、キズがつき
にくい上に摩耗量も少なく、寿命が格段にのびるととも
に、熱伝導性に優れているため、■サイクル当りの成形
時間を短縮することも可能であるなどの利点を有してい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した炭化ケイ素焼結体のようなセラ
ミックス部材には、微小なボアが不可避的に存在し、特
に表面部に集中して存在するため、このような状態のセ
ラミックス部材によって射出成形用金型のキャビティ構
成面を形成すると、表面部のボアなどが成形した光ディ
スクの表面に転写され、良好な製品が得にくく、さらに
は製品として使用不可能になるということもあった。

このため、セラミックス部材の表面にさらにセラミック
スの被膜を形成することが考えられるが、被膜形成工程
が量産性にとぼしいため、セラミックス部材を使用した
利点が半減してしまう恐れがある。

この発明は、このような従来技術の課題に対処するため
になされたもので、特に光ディスクのような高品位が求
められる樹脂製品などの成形における良好な品質の達成
と、金型自体の長寿命化を可能にし、かつ金型自体の量
産性を高めた射出成形用金型を提供することを目的とし
ている。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） すなわちこの発明は、第１のキャビティ構成部が接合さ
れた固定側型部と、この固定側型部に対して進退自在に
配置されるとともに第２のキャビティ構成部が接合され
た可動側型部とを具備し、前記第１のキャビティ構成部
と第２のキャビティ構成部とにより所要形状のキャビテ
ィが形成される射出成形用金型において、前記第１のキ
ャビティ構成部および第２のキャビティ構成部の少なく
とも一方が、熱間静水圧プレスが施された窒化ケイ素焼
結体からなることを特徴としている。

（作　用） この発明の射出成形用金型におけるキャビティ構成部は
、熱間静水圧プレス（以下ＨＩ　Ｐ　（ＨｏｔＩｓｏｓ
ｔａＮｃ　ｐｒｅｓｓｉｎｇ）と略す。）が施された窒
化ケイ素焼結体によって形成されている。窒化ケイ素焼
結体にＨＩＰ処理を施すことによって、非常に緻密質な
ものとなり、表面のボアをほとんど消滅させることが可
能である。したがって、表面被覆などを用いることなく
、たとえば先ディスクのような表面の要求品質が高い製
品を安定して成形することが可能となる。また、ＨＩＰ
処理を施すことによって機械的強度や硬度も向上し、金
型自体の耐久性も優れたものとなるとともに、ＨＩＰ処
理は量産化することによって製造コストが大幅に減少す
るため、金型自体の量産性にも優れたものである。

（実施例） 以下、この発明の射出成形用金型を光デイスク成形用金
型に適用した実施例について図面を参照して説明する。

第１図は、光デイスク成形用金型の一実施例の構成を示
す図であり、この光デイスク成形用金型は、射出装置１
のノズルに当接される固定側型部１０と、この固定側型
部１０との当接位置と製品取り出し位置間とを図示を省
略した駆動機構によって移動可能とされている可動側型
部２０と、この可動側型部２０の外周に固着された胴型
部３０とによって、所定の光デイスク形状に対応するキ
ャビティ４０が形成されるように構成されている。

固定側型部１０は、特殊ステンレス鋼のような金属部材
によって形成された固定側金型本体１１の四部１１ａ内
に、ＨＩＰ処理が施された窒化ケイ素焼結体からなる第
１のキャビティ構成部１２が嵌着されており、この第１
のキャビティ構成部１２の表面がキャビティ構成面１２
ａとなる。また、第１のキャビティ構成部１２にはスプ
ル一部１３に接続された貫通孔１２ｂが形成されている
。

また、可動側型部２０も同様に、金属部材によって形成
された可動側金型本体２１の四部２１ａ内に、ＨＩＰ処
理が施された窒化ケイ素焼結体からなる第２のキャビテ
ィ構成部２２が嵌着されており、この第２のキャビティ
構成部２２の表面がキャビティ構成面２２ａとなる。

この可動側型部２０には、第２のキャビティ構成部２２
の中心近傍に形成された貫通孔２２ｂによってスタンパ
４１が装着されている。

なお、固定側金型本体１１および可動側金型本体２１に
は、それぞれ成形後の冷却用の冷媒流通部１４．２３が
設けられている。

上記構成の光デイスク成形用金型は、たとえば以下のよ
うにして製造される。

まず、第１のキャビティ構成部１２および第２のキャビ
ティ構成部２２の嵌合用の凹部１１ａおよび２１ａを設
けた固定側金型本体１１と可動側金型本体２１とを、特
殊ステンレス鋼などの金属部材によってそれぞれ形成す
る。

次に、窒化ケイ素焼結体によって第１および第２のキャ
ビティ構成部１２．２２を形成する。

これら第１および第２のキャビティ構成部１２．２２の
形成は、まず窒化ケイ素粉末に希土類元素化合物やアル
ミナなどの焼結助剤を適量添加・混合して原料粉末を作
製する。この原料粉末は必要に応じてスプレードライヤ
などによって造粒し、適当な大きさの造粒粉とすること
によって、焼結体の密度を向上させることが可能である
。

次いで、この原料粉末に必要に応じて有機系結合剤を加
え、充分に混合した後、金型プレスやラバープレスなど
のプレス成形法、射出成形法などの定法にしたがって、
第１および第２のキャビティ構成部１２．２２それぞれ
の形状に対応させた成形体を形成する。

また、レーザディスク用のように大型のものを作製する
際には、スリップキャスティング法を用いて窒化ケイ素
の成形体を形成することが有効である。スリップキャス
ティング法を利用することによって、製造コストの低減
を図れるとともに歩留も向上する。

次いで、これら成形体を常圧焼結や雰囲気加圧焼結など
によって焼結する。また、ホットプレス法を用いてもよ
い。

これら成形工程および焼結工程は、得られる窒化ケイ素
焼結体の密度が理論密度の９５％以上となるように条件
を選択する。窒化ケイ素焼結体の密度が理論密度の９５
％未満では、後述するＨＩＰ処理を施しても、充分緻密
質なものが得られがたいためである。

次に、このようにして得た窒化ケイ素焼結体にＨＩＰ処
理を施す。このＨＩＰ処理を施すことによって充分に緻
密質なものとなり、キャビティ構成面となる表面のボア
などがほとんど消滅し、良好な製品を得ることが可能と
なる。

このＨＩＰ処理は、窒素ガスのような不活性雰囲気中で
、温度１５００℃〜２０００℃程度の範囲、圧力１５ｋ
ｇ／　ｅｊ　−１２００ｋｇ／　ｃｄ程度の範囲および
処理時間２０分〜１２０分程度の条件の下で行うことが
好ましい。密度が理論密度の９５％以上である窒化ケイ
素焼結体に、上記した条件下でＨＩＰ処理を施すことに
より、密度が理論密度の９９９６以上に向上し、表面部
のボアなどが消滅する。また、ＨＩＰ処理を施して緻密
化することにより機械的強度や硬度も向上し、さらにキ
ズなどの発生も極力防止することが可能となる。そして
、このように機械的強度に優れた窒化ケイ素焼結体を使
用することにより、キャビティ構成部の厚さをたとえば
２＋ｎｍ−１０１程度と薄くすることができ、高速成形
性にも優れたものとなる。

この後、このようにして得た窒化ケイ素のＨＩＰ処理体
に形状付与のための粗加工を施して、第１および第２の
キャビティ構成部１２．２２とする。

次に、この窒化ケイ素焼結体からなる第１および第２の
キャビティ構成部１２．２２を、固定側金型本体１１と
可動側金型本体２１とにそれぞれ接着剤などによって固
定するとともに、キャビティ構成面１２ａ、　２２ａと
なる第１および第２のキャビティ構成部１２．２２の表
面に研磨およびラッピング加工を施して鏡面加工し固定
側型部１０と可動側型部２０とを作製する。

そして、可動側型部２ｏの所定の位置に同様に特殊ステ
ンレス鋼などの金属部材によって形成した側型部３０を
固定し、射出成形用金型を得る。

次に、上述した製造方法にしたがって具体的に光デイス
ク成形用金型を作製し、特性を評価した結果について説
明する。

まず、３１３Ｎ、粉末９０重量％ｌ：Ｙ２Ｏ３粉末５重
量％とＡβ２０３粉末５重二％とを添加し、充分に粉砕
、混合を行った。次いで、この混合粉末１００重量部に
対して有機系結合剤を５重量部と適量の溶剤を加えて混
練し、スプレードライヤ法により造粒した。

次に、この造粒粉を金型ブレスによって第１および第２
のキャビティ構成部１２．２２の形状に対応させた成形
体をそれぞれ作製した。

次いで、これら成形体を窒素ガス雰囲気中で脱脂し、続
いて１７００℃〜１８００’Ｃの条件で焼成し、窒化ケ
イ素焼結体を作製した。

この後、これら窒化ケイ素焼結体に窒素ガス１０００ｋ
ｇ／　ｃｊ　、約１８００℃、８０分の条件でＨＩＰ処
理を施し、次いでこれらＨＩＰ処理体に粗加工を施して
外径１２ＢＩ１ｍＸ厚さ１Ｏａ１１１の第１のキャビテ
ィ構成部１２と外径１２Ｇｎ＋ｍＸ厚さ１０Ｉの第２の
キャビティ構成部２２とした。

これら第１および第２のキャビティ構成部１２．２２の
表面部のＳＥＭ観察を行ったところ、はとんどボアの認
められない緻密質なものであった。

また、焼結体密度は理論密度の９９％以上であった。

このようにして得たＳｉ３Ｎ、のＨＩＰ処理体からなる
第１および第２のキャビティ構成部１２．２２を、特殊
ステンレス鋼によって形成した固定側金型本体１１およ
び可動側金型本体２１の凹部１１ａ、２１ａにそれぞれ
接着剤によって固定し、次いでキャビティ構成面１２　
ａ　ｓ　２２　ａとなる第１および第２のキャビティ構
成部１２．２２のそれぞれの表面を研磨した後、ラッピ
ング加工して、固定側型部１０と可動側型部２０とを作
製した。

そして、可動側型部２０の所定の位置に同様に特殊ステ
ンレス鋼によって形成した側型部３０を固定し、射出成
形用金型を得た。

この射出成形用金型のキャビティ構成面１２ａ１２２ａ
には、それぞれ数μｍの微細なボアが点在しているだけ
で非常に良好な表面性を存していた。

また、この発明との比較のために、上記実施例と同一構
造の射出成形用金型を特殊ステンレス鋼のみで作製した
もの（比較例１）と、上記実施例において第１および第
２のキャビティ構成部１２．２２を通常のプレス成形お
よび常圧焼結によって形成したＳｉＣ焼結体によって形
成する以外は同様にして作製した射出成形用金型（比較
例２）とを得た。

これら実施例および比較例１．２の射出成形用金型を用
いて、それぞれ型締め圧６０ｔｏｎｒで射出成形機に取
り付け、ポリカーボネート樹脂（コンパクトディスク用
グレード）を用い、樹脂温度３００℃、射出圧力１００
１００Ｏ’／ｃ／の条件でコンパクトディスクを成形し
た。

比較例１の金型は約１５０万シヨツトでキャビティ構成
面に摩耗がみられ、また細かいキズも発生していた。こ
れに対して、上記実施例および比較例２の金型は、４０
０万シヨツトの成形の後にもキャビティ構成面には摩耗
痕、キズ、くもりなどの発生は認められなかったが、比
較例２の金型で成形したコンパクトディスクの表面には
微小な凹凸が発生していた。これに対し、実施例の金型
で成形したコンパクトディスクの表面は非常に平滑で優
れたものであった。また、実施例の金型は、比較例の金
型に対して成形サイクルを約１０％程度短縮することが
できた。

なお、以上の実施例では固定側型部および可動側型部そ
れぞれの第１および第２のキャビティ構成部をＨＩＰ処
理を施した窒化ケイ素焼結体で形成した例について説明
したが、いずれか一方のみにＨＩＰ処理が施された窒化
ケイ素焼結体を使用してもそれぞれに応じた効果が得ら
れる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明の射出成形用金型によれば
、光ディスクのような要求品質の高い製品を安定して成
形できるとともに、金型自体の耐久性に優れ、長寿命化
が達成できるため、製造コストを低減することが可能と
なる。また、金型作製時の量産性にも優れているため、
金型自体の製造コストも低く、この点からも製品のコス
トを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の射出成形用金型の構成を
示す図である。 １０・・・・・・・・・固定側型部 １１・・・・・・・・・固定側金型本体１２・・・・・
・・・・第１のキャビティ構成部１２ａ、２２ａ・・・
キャビティ構成面２０・・・・・・・・・可動側型部 ２１・・・・・・・・・可動側金型本体２２・・・・・
・・・・第２のキャビティ構成部３０・・・・・・・・
・胴側型部 ４０・・・・・・・・・キャビティ 出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１のキャビティ構成部が接合された固定側型部
   と、この固定側型部に対して進退自在に配置されるとと
   もに第２のキャビティ構成部が接合された可動側型部と
   を具備し、前記第１のキャビティ構成部と第２のキャビ
   ティ構成部とにより所要形状のキャビティが形成される
   射出成形用金型において、 前記第１のキャビティ構成部および第２のキャビティ構
   成部の少なくとも一方が、熱間静水圧プレスが施された
   窒化ケイ素焼結体からなることを特徴とする射出成形用
   金型。