JPH02147224A - プラスチックの成形方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、レンズやディスク基板などのサブミクロン単
位の寸法精度と光学特性が要求されるプラスチックの成
形方法に関するものである。

従来の技術 プラスチックの成形方法には、射出成形・射出圧縮成形
などがあり、量産性に優れている。前者の射出成形の場
合、サブミクロン単位の超精密性が要求されればされる
程、射出充填時の樹脂圧力により金型が開かないように
金型を高圧型締した後、溶融樹脂を射出し、溶融樹脂が
射出部側に逆流しないように金型が開かない条件で保圧
をかけ、できるだけ金型形状に忠実な成形品を得ようと
する成形法が一般的であった。

このため、金型や成形機が機械的に変形しない様に剛性
を高くする必要があり、大きな金型と成形機が用いられ
ている。また、この方法では強固に型締された薄いキャ
ビティに溶融樹脂を射出充填するために分子配向や圧力
勾配が生じやすく、複屈折等の光学特性を満足できてい
ないのが現状である。

特開昭５９−１１５８１４号公報には、あらかじめ大き
な寸法の成形品を作成し、成形の際、あるいは成形後、
外形寸法を減少させ、光学特性に優れた成形品を得る方
法が提案されている。

しかしながら、この方法は、外形寸法を減少させるとき
に歪を生じ、光学特性が悪くなったり、切断時の層や切
り口の処理、材料ロスなどの問題点が考えられる。

一方、後者の射出圧縮成形は、圧縮代を見込んだ位置ま
で型締を行なうか、型締した後、圧縮代だけ型開した状
態で溶融樹脂を射出し、射出終了後、圧縮（再型締）を
行なう方法で、成形品全体を均一に圧縮することにより
、寸法精度・光学特性に優れた成形品を得ようとする方
法である０例えば、特公昭５３−７８２号公報には、金
型合わせ面の少し手前で一度可動側金型を停止させ、溶
融樹脂をキャビティ内に充填させた後、圧縮工程に入る
直前にキャビティ内の樹脂と金型ランナー部及びスプル
部の樹脂を切離し、キャビティ内に充填された溶融樹脂
が圧縮工程により金型ランナ一部側に逃げないようにし
て、レンズ等の厚肉かつ精密さが要求される成形品を得
る方法及び装置が提案されている。しかしながらディス
ク基板のような肉厚が薄く、一定厚みが要求される成形
品を得ようとする場合、キャビティ内に充填された溶融
樹脂が圧縮工程により金型ランナ一部側に逃げないよう
にゲートシールを行なっている間に金型温度付近まで冷
却された状態で圧縮をかけることになり、光学特性に優
れた成形品が得られない。

そして、圧縮代を見込んだ金型合わせ面の少し手前で一
度可動側金型をμｍオーダーの精度で停止させるのが非
常に困難で、複屈折だけでなく、厚み・重さ・ソリのバ
ラツキの原因となる。

また、特開昭６０−２１２２５号公報には、圧縮代を見
込んだ位置まで型締し、ついでキャビティ内に溶融樹脂
の８０〜９０％を射出充填した状態で、残りの溶融樹脂
の射出充填を行ないながら、高圧かつ高速で圧縮を行な
うことにより、サイクル性に優れ、品質にも優れた成形
品を得る方法が提案されている。しかしながら、高圧か
つ高速で圧縮を行ないながら残りの樹脂の充填を行なう
のは、非常に困難である。

すなわち、高圧かつ高速で圧縮する圧縮条件に対抗して
、溶融樹脂を充填するには圧縮圧力よりも大きな射出充
填圧力や保圧が必要となり、装置が大がかりになるばか
りではなく、高圧で圧縮するので光学特性に優れたもの
が得られない、そして、圧縮代を見込んだ金型合わせ面
の少し手前で一度可動側金型をμｍオーダーの精度で停
止させるのが非常に困難で、複屈折だけでなく、厚み・
重さ・ソリのバラツキの原因となる。

ところで、型締した後、一定量型開した状態で射出成形
を行ない、射出終了後、再度型締（圧縮）を行なう方法
の場合、精度良く圧縮代だけ型開するには、約０．５閣
以上必要でありレンズ成形のような厚肉成形であれば圧
縮代が０．５−以上あるので、寸法精度や複屈折に優れ
た成形品が得られるが、ポリカーボネート樹脂を用いた
ディスク基板の場合、要求される厚みが１．２閣と薄く
、ポリカーボネート樹脂のＰ−Ｖ−Ｔ曲線、金型の温度
特性等から求められる圧縮代、すなわち、必要な金型の
開き量は約４５ｕｍＬかないので、精度良く圧縮代だけ
型開きできないために、寸法精度に欠ける上、光学特性
に優れたものが得られない、また、金型精度に起因する
キャビティ厚みの誤差、用いた樹脂材料の屈折率及び用
いる波長の違いによって生じる厚みの違い、ディスク基
板の場合には、さらにスタンパ−の厚み誤差等に起因す
る寸法誤差を生じることになる。

発明が解決しようとする課題 本発明は、従来の課題に鑑み、量産性と汎用性があり、
サブミクロン単位の寸法精度と光学特性に優れた成形品
を得るための成形方法を提供するものである。

課題を解決するための手段 前記課題を解決するためのプラスチックの成形方法は、
従来例と全く逆の発想に立つもので、タイバ一部分の剛
性を意図的に著しく下げた成形機を用いて成形するとこ
ろに特徴がある。

すなわち、型締圧力よりも射出充填時の樹脂圧力が高く
なるように設定し、キャビティ内に溶融樹脂を射出充填
するときに、タイバーを伸ばすことにより、必要とされ
る圧縮代だけ、または誤差を考慮した圧縮代だけ金型を
開かせた後、タイバーの弾性回復力を用いて圧縮するこ
とを特徴とするプラスチックの成形方法である。

作用 この技術的手段による作用は、次のようになる。

すなわち、型締圧力よりも射出充填時の樹脂圧力が高（
なるように設定し、キャビティ内に溶融樹脂を射出充填
するときに、タイバーを容易に精度良く伸ばすことによ
り、必要とされる圧縮代だけ、またはキャビティ厚みの
誤差、用いた樹脂材料による誤差等に起因する寸法誤差
を考慮した圧縮代だけ金型を一定量開かせることができ
る上、タイバーの弾性回復力を利用して、溶融樹脂の冷
却に伴う収縮に即座に応答して圧縮できるために、金型
の忠実な転写と溶融樹脂の射出充填時のキャビテイ圧力
が非常に低く、複屈折等の光学特性にも優れた成形品が
得られる。

そして、タイバーの伸びと型締圧力の関係を所定の関係
に保てる様に射出条件を制御することにより、成形品の
寸法形状が異なっても要求される厚みと用いた樹脂のＰ
−Ｖ−７曲線、金型の温度特性等から必要なタイバーの
伸び！（金型の開きりを容易に求めることができ、タイ
バーの伸び量がごく僅かなディスク基板の様な薄い一定
厚みのものから、レンズの様な偏肉品まで容易に対応す
ることができる。

そして、タイバーの伸びだけをモニターするだけで、金
型の開き量と射出充填時のキャビテイ圧力を知ることが
できる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する
が、本発明は以下の一実施例に限定されるものではない
。

（実施例１） 第１図はプラスチック成形品の中でも特に精密な成形が
要求されるディスク基板を成形するときの型締状態を示
す概略図、第２図は型締圧力が射出充填時の樹脂圧力に
負けて金型が開いた状態を示す概略図である。

第１図において、可ｅ仮駆動用モーター１とスパイラル
状ネジ２により可動板３が型締めされて、固定側金型５
と可動側金型４の間が閉じて金型の開き量がゼロのキャ
ビティ７が形成されている。

この時の型締圧力としては、可動側金型４と固定側金型
５の間の金型開き量が、全面に均一で、かつ、安定して
ゼロになる最小圧力、すなわち、通常の型締圧力である
４００ｋｇ／ｃ４以上よりも非常に小さい５０〜２００
　ｋｇ／ｃｄの型締力で十分である。

本発明に用いられる樹脂としては、−ｇの射出成形用の
ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂等を用いることが
できるが、レンズやディスク基板用としては、分子量が
比較的低く、純度の高い光学グレードのものが好ましい
、そして、シルバー・気泡等の不良を排除するために、
用いる樹脂のガラス転移温度よりも少し低い温度で除湿
乾燥を行なうのが望ましい、また、樹脂を溶融させる時
の加筒温廣は、用いる樹脂の種類にもよるが、高すぎる
と黒点や変色の特性不良の原因となり、低すぎると光学
特性が低下する為に、ポリカーボネート樹脂の場合には
、３００〜３５０℃、アクリル樹脂の場合には、２４０
〜２８０°Ｃの範囲が好ましい、金型温調温度は、高す
ぎるとサイクル性・ソリ等の点で問題となり、低すぎる
と光学特性の点で問題となるので、８０〜１１０°Ｃの
範囲が好ましい。

本発明の成形方法の特徴は、可動板駆動用のモーター１
とスパイラル状ネジ２に十分な剛性をもたせて、可動板
３にかかる圧力はすべて固定側固定盤６と可動側固定盤
１０で固定されたタイバー８の伸びとして吸収されると
ころにある。この時のタイバーの全長をＬｏとする。そ
の後、型締圧力が溶融樹脂を射出ノズル９からキャビテ
ィ７内に射出充填することによって生じる射出充填時の
キャビテイ圧力に負けて可動側金型４と固定側金型５の
間に必要な圧縮代、すなわち、金型の開き量がΔＬだけ
開いた状態を第２図は現わし、金型の開き量ΔＬを生じ
させた力はタイバーの伸びという形で蓄えられたことに
なる。

従って、溶融樹脂の射出充填時のキャビテイ圧力として
は、型締圧力よりも高く、金型開き量との関係もあるが
、６０〜２５０　ｋｇ／ｃｊの範囲が好ましい。

タイバーの伸びを測定するには、ひずみゲージを少なく
ともタイバーの１箇所に貼りつけ、モニターすれば良い
。

その後、タイバー８の弾性回復力を利用して、溶融樹脂
の冷却に伴う収縮に即座に応答して金型開き量ΔＬを圧
縮できるために、金型の忠実な転写と溶融樹脂の射出充
填時のキャビテイ圧力が非常に低く、複屈折等の光学特
性にも優れた成形品が得られる。

型締圧力を５０ｋｇ／ｃＪ、　　１００ｋｇ／ｃｊ、　
　２００ｋｇ／ｃｊに設定した時の射出充填時のキャビ
テイ圧力とそのときの金型開き量、すなわち、タイバー
の伸びの関係を第３図に示す、第３図より、例えば型締
圧力を１００　ｋｇ／ｃｄにして１．２ｍのディスク基
板を得る場合、タイバーの伸び量が４５μｍになる射出
条件、すなわち、射出充填時のキャビテイ圧力が１３５
ｋｇ／ｃｄになる射出条件に設定すれば良いことになる
。射出条件は射出速度、射出位置、保圧時間・圧力等を
１１節すれば良い。

まず、φ１３０閣で厚みが１．２００ｍｍのディスク基
板を得るために、厚みが０．３００閣のスタンパ−を可
動側金型４に取り付けた後のキャビティ厚みが１．２０
０ｍの金型を成形機に取り付けた。

次に、型締圧力が１００　ｋｇ／ｃ＋１（約１３．３ｔ
ｏｎ）になるように設定して型締めを行ない、可動側金
型４と固定側金型５の間の金型開き量がゼロ、すなわち
、タイバーの伸びΔＬがゼロの状態にした。

なお、タイバーの伸びが均一に、かつ、安定しているか
測定するのにひずみゲージをタイバー４本に貼りつけた
。また、金型温調温度１１０’Ｃ，加熱筒温度を後部２
５０°Ｃ１中間部２９０’Ｃ，前部３３５°Ｃ，ノズル
部３１５℃の条件で、１３０℃で４Ｈｒ以上乾燥させた
光学グレードのポリカーボネート樹脂（帝人化成株式会
社製商品名；パンライトＡＤ５５０３）を用いた。

この状態で射出ノズル９を前進させて、キャビティ７内
に溶融樹脂を射出充填してタイバーの伸びが４５μｍに
なるように射出条件（射出充填時のキャビテイ圧力が１
３５ｋｇ／ｃｊ）で射出成形を行なった。

このようにして得られたディスク基板の複屈折をエリプ
ソメータで測定したところ５０〜１２０■の記録領域に
おいてシングルパスで１０ｎｍ以下のディスク基板を得
ることができた。また、厚みをマイクロメータで測定し
たところ全面にわたって１．２００±０．０１０−の範
囲にはいり寸法精度にも優れたディスク基板が得られた
。

（実鵬例３） 実施例１と同様の成形機を用いて、φ１２０鋪で厚みが
１．２００−のディスク基板を得るために、厚みが０．
３２５腫のスタンパ−を可動側金型４に取り付けた後の
キャビティ厚みが１．１７５ｍの金型を成形機に取り付
けた０次に、型締圧力が２００ｋｇ／ｃｊ（約２２．６
ｔｏｎ）になるように設定して型締めを行ない、可動側
金型４と固定側金型５の間の金型開き量がゼロ、すなわ
ち、タイバーの伸びΔＬがゼロの状態にした。なお、タ
イバーの伸びが均一に、かつ、安定しているか測定する
のにひずみゲージをタイバー４本に貼りつけた。また、
金型温調温度８０℃、加熱筒温度を後部２１０″Ｃ２中
間部２５０℃、前部２７０’Ｃ，ノズル部２４０″Ｃの
条件で、９０℃で４Ｈｒ以上乾燥させた光学グレードの
アクリル樹脂（三菱レイヨン株式会社製商品名；アクリ
ペットＶＨ−３）を用いた。この状態で射出ノズル９を
前進させて、キャビティ７内に溶融樹脂を射出充填して
タイバーの伸びが必要とされる圧縮代４６μｍにキャビ
ティ厚みの誤差２５、ｕｍを加えた７１μｍになるよう
に射出条件（射出充填時のキャビ、ティ圧力が２５０ｋ
ｇ；／ｃｊ）で射出成形を行なった。

このようにして得られたディスク基板の複屈折をエリプ
ソメータで測定したところφ５０〜１２０　ｍの記録領
域においてシングルパスで１０ｎｍ以下のディスク基板
を得ることができた。また、厚みをマイクロメータで測
定したところ全面にわたって１．１９７±０．００８閣
の範囲にはいり寸法精度にも優れたディスク基板が得ら
れた。

比較例 実施例１と異なりタイバーにも剛性を持たせた通常の成
形機を用いて、φ１３０ａｍで厚みが１．２００−のデ
ィスク基板を得るために、厚みが０．３００論のスタン
バ−を可動側金型４に取り付けた後のキャビティ厚みが
１．２００ｍの金型を成形機に取り付けた０次に、型締
圧力が通常の４５０　ｋｇ／ｃｄ（約５９．７ｔｏｎ）
になるように設定して型締めを行ない、可動側金型４と
固定側金型５の間の金型開き量がゼロ、すなわち、タイ
バーの伸びΔＬがゼロの状態にした。また、金型温度１
１０″Ｃ２加熱筒温度を後部２５０℃、中間部２９０”
Ｃ，前部３３５°Ｃ，ノズル部３１５°Ｃの条件で、１
３０°Ｃで４Ｈｒ以上乾燥させた光学グレードのポリカ
ーボネート樹脂（帝人化成株式会社製商品名：パンライ
トＡＤ５５０３）を用いた。

この状態で射出ノズル９を前進させて、キャビティ７内
に溶融樹脂を射出充填してもタイバーに剛性があるため
に伸びなかった。この時の射出充填時のキャビテイ圧力
は３８５　ｋｇ／ｃｄであった。

このようにして得られたディスク基板の複屈折をエリプ
ソメータで測定したところφ５１−１２０　ｔｍの記録
Ｈ域の内７０〜９０閤においてシングルパスでｌｏｎｍ
以下であったが、これ以外の領域では２０〜４０ｎｍの
ディスク基板しか得ることができなかった。また、厚み
をマイクロメータで測定したところ内周と外周が厚＜１
．２００±０．０５０口のバラツキがあり寸法精度にも
問題のあるディスク基板しか得られなかった。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によるプラスチ
ックの成形方法は、型締圧力よりも射出充填時の樹脂圧
力が高くなるように設定し、キャビティ内に溶融樹脂を
射出充填するときに、タイバーを容易に精度良く伸ばす
ことにより、必要とされる圧縮代だけ、またはキャビテ
ィ厚みの誤差、用いた樹脂材料による誤差等に起因する
寸法誤差を考慮した圧縮代だけ金型を一定量開かせるこ
とができる上、タイバーの弾性回復力を利用して、溶融
樹脂の冷却に伴う収縮に即座に応答して圧縮できるため
に、金型の忠実な転写と溶融樹脂の射出充填時のキャビ
テイ圧力が非常に低く、複屈折等の光学特性にも優れた
成形品が得られた。

そして、タイバーの伸びと型締圧力の関係を所定の関係
に保てる様に射出条件を制御Ｂすることにより、成形品
の寸法形状が異なっても要求される厚みと用いた樹脂の
Ｐ−Ｖ−７曲線、金型の温度特性等から必要なタイバー
の伸び！′（金型の開きＩ）を容易に求めることができ
、タイバーの伸び璽がご（僅かなディスク基板の様な薄
い一定厚みのものから、レンズの様な偏肉品まで容易に
対応することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は精密成形が要求されるディスク基板を成形する
ときの型締状態を示す概略図、第２図は型締圧力が射出
充填時の樹脂圧力に負けてタイバーが伸びて金型が開い
た状態を示す概略図、第３図は型締圧力を変化させた時
の射出充填時のキャビテイ圧力とタイバーの伸びの関係
を示す特性図である。 ｌ・・・・・・可動板駆動用モーター、２・・・・・・
スパイラル状ネジ、３・・・・・・可動板、４・・・・
・・可動側金型、５・・・・・・固定側金型、６・・・
・・・固定側固定盤、７・・・・・・キャビティ、８・
・・・・・タイバー、９・・・・・・射出ノズル、１０
・・・・・・可動側固定盤。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）型締圧力よりも射出充填時の樹脂圧力が高くなる
   ように設定し、キャビティ内に溶融樹脂を射出充填する
   ときに、タイバーを伸ばすことにより金型を開かせた後
   、タイバーの弾性回復力を用いて圧縮することを特徴と
   するプラスチックの成形方法。
2. （２）タイバーを伸ばすことにより、必要とされる圧縮
   代だけ金型を開かせることを特徴とする請求項（１）記
   載のプラスチックの成形方法。
3. （３）タイバーを伸ばすことにより、キャビティ厚み、
   樹脂材料に起因する寸法誤差を考慮した圧縮代だけ金型
   を開かせることを特徴とする請求項（１）記載のプラス
   チックの成形方法。
4. （４）タイバーの伸びと型締圧力の関係を所定の関係に
   保ち、タイバーの伸び量が一定になるように射出条件を
   制御しながら、キャビティ内に溶融樹脂を射出充填する
   ことを特徴とする請求項（１）記載のプラスチックの成
   形方法。