JPS63251214A

JPS63251214A - 成形用金型

Info

Publication number: JPS63251214A
Application number: JP8668387A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Yuzawa; 湯沢　慶彦
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1987-04-08
Filing date: 1987-04-08
Publication date: 1988-10-18
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JP2501578B2

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、コンパクトディスクやレーザーディスクなど
の光ディスクの成形又は精密部品等の成形に好適に用い
られる金型に関するものである。

「従来の技術」原音を高精度に再生できるオーディオレコードとして、
コンパクトディスクが提供されている。

このコンパクトディスクには、微少なピット（凹部）の
有無によって信号が記録されている。このような光ディ
スクの製造は、一般に、ピットに対応する突起を有する
薄い円板（スタンパ）を成形用金型に取り付けて、射出
成形法により行なわれる。

光ディスクの成形に用いられる成形用金型は、第３図に
示すように、固定側金型ｌのキャビティ面１ａと可動側
金型２のキャビティ面２ａとで円板状のキャビティ３が
形成されたもので、この金型の可動側金型２のキャビテ
ィ面２ａは鏡面に仕上げられている。そして、このキャ
ビティ面２ａには、中央の凹部４を利用して、スタンパ
５が着脱可能に取り付けられている。このスタンパ５は
、ディスクの種類に応じて逐次交換される。

従来、この種の成形用金型は、加工上の都合からスタバ
ックス（商品名　ウッデホルム社製）などの鋼材によっ
て製作されていた。

ところが、この成形用金型にあっては、キャビティ面２
ａが傷付き易い問題があった。キャビティ面２ａが傷付
くと、その傷のために薄いスタンパ５に変形が生じ、つ
いには成形されるディスクに転写されて、不良品か大量
に生産されてしまう問題がある。

このため従来は、キャビティ面２ａに傷が付くと、その
都度キャビティ面２ａのメンテナンス（磨き直し）を行
わなければならず、ディスクの生産効率を向上するうえ
で障害となっていた。

このような問題に対処し得る成形用金型として、本発明
者らは先に特願昭６１−２３５９４号において、キャビ
ティ３の一部をセラミックス焼結体で形成した成形用金
型を提案した。第４図は、この成形用金型の一例を示す
もので、スタンパ５の取り付けられる可動側金型２のキ
ャビティ面２ａがセラミックス焼結体からなるセラミッ
クス板６によって形成されている。　この成形用金型に
よれば、金型メンテナンスの頻度を大幅に減らすことが
できる利点がある。

しかしながら、一般にセラミックス焼結体からボアーを
完全に取り除くことは困難であるので、セラミックス板
６の表面には微細な孔が分布しており、このためスタン
パ５に薄目のものを用いると、この孔が成形品に転写さ
れる恐れがあった。

このため、先に提案した成形用金型にあっては、約０．
３ｍｍ以上の厚目のスタンパ５を用いなければならず、
電鋳によって製造されるスタンパ５の価格の高騰を招い
ていた。

「問題点を解決するための手段Ｊそこで本発明の成形用金型にあっては、ロックウェル硬
度（Ａスケール）９０以上のセラミックス製薄膜層がセ
ラミックス板の基材に積層されてなるセラミックス部材
の薄膜層形成面でキャビティ面を形成することによって
、上記問題点の解決を図った。

以下、図面を参照して本発明の成形用金型を詳しく説明
する。

第１図は、本発明の成形用金型の一例を示すもので、上
記従来例と同一構成部分には、同一符号を付して説明を
簡略化する。

この例の成形用金型では、スタンパ５の取り付けられる
キャビティ面２ａがセラミックス部材ＩＯによって形成
されている。

セラミックス部材１０は、ドーナツ板状のもので、第２
図に示すように基材１０ａと薄膜層１０ｂによって形成
されている。セラミックス部材ＩＯの中央の孔１０ｃは
スタンパ取り付は用凹部４の−Ｓをなしている。このセ
ラミックス部材ｌＯの取り付けは接着剤を用いて行うこ
ともできるか、この例の成形用金型のセラミックス部材
１０は固定枠１１によって可動側金型本体２ｂに挟持固
定されている。

このセラミックス部材１０の基材１０ａは、積層される
セラミックス製薄膜層ｔａｂの熱膨張率との差ができる
だけ小となるように、セラミックスによって形成されて
いる。この基材１０ａは、焼結密度が理論密度の８５％
以上（炭化珪素の場合は２．７４９７ｃｘ”以上という
ことになる）のセラミックス焼結体で形成されたものが
適し、特に望ましくは理論密度の９３％以上（炭化珪素
の場合は３．０３１／ｃｍ”以上）である。焼結密度が
小になると、セラミックス焼結体中のボアーが大型化す
るので、セラミックス部材１０の表面を十分平滑に仕上
げることができない不都合が生じる。

このセラミックス板の基材１０ａに積層されるセラミッ
クス製薄膜層１０ｂは、セラミックス焼結体中に存在す
るボアーによって形成される基材１０ａの表面の微細孔
を塞ぐために設けられる層で、少なくともスタンパ５が
取り付けられるキャビティ面２ａを覆うように形成され
ている。この薄膜層１０ｂは、ロックウェル硬度（Ａス
ケール）９０以上のセラミックスによって形成されてい
る。

この薄膜層１０ｂの硬さが９０未満であると、スタンパ
５を取り替える際の治具などの衝突により、また表面を
清掃するときなどの摩擦により、セラミックス部材ｌＯ
の形成するキャビティ面２ａに傷が付きやすくなる不都
合が生じる。

このセラミックス製薄膜層ｔａｂは、乾式コーティング
法によって形成される。ここで乾式コーティング法とは
、物理蒸着法（Ｐ　Ｖ　Ｄ法）や化学気相析出法（ＣＶ
　Ｄ法）等の、気相状態で薄膜を形成する技術を示す。

ＰＶＤ法としては、電子ビーム蒸着法等の真空蒸着法や
スッパッタ法、イオンブレーティング法、モレキュラビ
ームエピタクシー法などを挙げることができる。

このような手段によって形成される薄膜層１０ｂの厚さ
は、５０〜２００μｍ程度であることが望ましい。薄膜
層１０ｂの膜厚が５０μ肩以下になると、セラミックス
焼結体中に存在す、るボアーによって形成される基材１
０ａの表面の微細孔を塞ぐことができない場合がある。

また、薄膜層ｔａｂの膜厚が２００μｍを越えると、不
経済である。

このような薄膜層１０ｂおよび基材１０ａを形成するセ
ラミックス材料には種々のものを利用できる。薄膜層１
０ｂと基材１０ａは、同一材質であっても良いが、異な
る材質で形成することもできる。

ただし、薄膜層ｔａｂと基材１０ａとを異なる材質で形
成する場合は、熱膨張率の近似した材料を選択して、薄
膜層ｔａｂにクラックが発生したり、薄膜層ｔａｂが剥
離するのを防ぐ必要がある。

利用できるセラミックス材料の具体例としては、炭化珪
素、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミ、ジルコニア、ス
ピネル、チタンカーバイド、ボロンカーバイドなどを挙
げることができる。

中でも、炭化珪素は、熱伝導率が大きいので、成形時の
冷却を円滑に行うことができ、成形時間を短縮して成形
サイクルの短縮を図ることができる利点がある。

炭化珪素にはα型、β型などがあるが、このセラミック
ス部材１０をなすセラミックス材料には、いずれも用い
ることができる。炭化珪素の焼結法として、加圧焼結す
る方法と、無加圧で焼結する方法と、珪素（Ｓ　ｉ）と
炭素（Ｃ）を反応させながら焼結する方法があるが、こ
のセラミックス部材１０の基材１０ａにはいずれの方法
で製造された炭化珪素焼結体も利用できる。また、炭化
珪素焼結体は、主成分である炭化珪素（ＳｉＣ）の微粉
末に炭素源（Ｃ）などを添加して、これを焼結させるこ
とで製造されるが、これらに更にＳｉＣの焼結をより円
滑に進行させるホウ素などを含む添加物（例えば、炭化
ホウ素（Ｂ４Ｃ）等）を加えられたものがある。この発
明の成形用金型には、いずれの炭化珪素焼結体をも利用
できることは勿論である。

セラミックス部材１０の薄膜層ｔａｂを炭化珪素薄膜で
形成する場合、スパッタ法では炭化珪素製のターゲット
を用いる。またＣＶＤ法で、炭化珪素薄膜を形成するに
は、キャリアーガスとしての水素に四塩化珪素−メタン
からなるソースを混合したガスを用い、減圧下で基材１
０ａを１４００℃程度に加熱する。この場合メタンの代
わりにプロパンを用いることもできる。また、メチルク
ロロシランを水素と少量のアルゴンに混合したガスを用
いて炭化珪素薄膜を形成することもできる。

この場合は、常圧下で基材１０ａを１２００〜１５００
℃程度に加熱する。

このような炭化珪素からなるセラミックス部材１０を製
作するには、通常はまず、炭化珪素に結合剤及び助剤を
所定量添加しさらに水を所定量加えた後、ボールミル等
でそれらを十分混合してスラリーを作る。ついで、この
スラリーをスプレードライヤー等で処理して顆粒化した
後、この顆粒をプレス等で加圧成形し、成形体を作る。

次いで、この成形体を、旋盤、フライス盤などで所定の
形状に加工した後焼結し、所定の面に研摩加工等を施し
、基材１０ａを製作する。

次ぎに、この基材１０ａの研摩された面にＣＶＤ法等に
より炭化珪素をコーティングし、ついでその面にダイヤ
ラップによる磨き等の仕上げ加工を施し薄膜層ｔａｂと
して、セラミックス部材１０を完成する。

キャビティ面２ａを形成するセラミックス部材ＩＯの薄
膜層ｔａｂの表面粗さは、０．０２Ｓ〜１．２Ｓ程度で
あることが望ましい。

薄膜層１０ｂの形成された面は、セラミックス焼結体か
らなる基材１０ａの表面の微細孔が薄膜層１０ｂによっ
て塞がれているので、高度に平滑化することが可能であ
るが、表面粗さ０．０２Ｓ程度に留どめておくことが望
ましい。キャビティ面２ａの表面粗さが小になると、取
り付けられたスタンパ５との密着力が大となり、スタン
パ５とセラミックス部材ＩＯとの熱膨張の差によりスタ
ンパ５に微細なしわが生じる事故が発生し易くなる。こ
の点、本発明の金型と従来のスタバックス（鋼材）製金
型とは根本的に相違するところで、スタバックス製金型
の場合は表面粗さが０．ＯＩＳ以下でなけらばならない
とされていた。また、表面粗さが１．２Ｓを越えると、
キャビティ面２ａの凹凸がスタンパを介して成形される
ディスクに転写される恐れが増大する。

このようなセラミックス部材ｌＯが取り付けられた成形
用金型の固定側金型ｌ・可動側金型２には、成形時の金
型を所定温度に維持するための冷却孔１２・・・がそれ
ぞれ設けられている。

「作用」このような構成の成形用金型にあっては、スタンパ５を
交換する際、可動側金型２のキャビティ面２ａに治具な
どが当たっても、成形されるディスクに転写されるよう
な損傷が生じることはない。

その理由を、本発明者は次ぎのように考察している。

まず、この金型のキャビティ面２ａはセラミックス部材
ｌＯで形成されているので、治具などが当たっても傷が
付き難い。また、傷が付いてもその傷は浅いものとなる
。

しかも、セラミックスは金属材料と異なりもろい材料な
ので、キャビティ面２ａに損傷を受けても、鋼材のよう
に塑性変形して傷の周囲が盛り上がるようなことはない
。従って、従来の鋼材からなる金型の場合にはこの盛り
上がった部分に接するスタンパ５の一部分に成形圧力が
集中してそこに変形が生じたが、セラミックス部材を用
いた本発明の金型では、キャビティ面２ａに傷が付いて
も盛り上がりは生じない。従って、スタンパ５の一部に
成形圧力が集中することが無く、スタンパ５が変形する
ことも無いので、そのままディスクの生産を継続しても
なんら問題は生じない。

また、このセラミックス部材１０は、セラミックス製薄
膜層１０ｂＪこよってその表面が形成されているので、
セラミックス焼結体中に存在するボアーによって形成さ
れた基材１０ａの表面の微細孔が塞がれている。従って
、このセラミックス部材１０の形成するキャビティ面２
ａには、薄手のスタンパ５を取り付けても、成形品に基
材１０ａのポアーに起因する異常は生じない。

「実施例」第１図に示した成形用金型を作成した。まず、スタバッ
クスを用いて、可動側金型本体２ｂと固定側金型ｌを製
作した。次ぎに、炭化珪素によって外径１４０厘！、内
径３４肩１１厚さ１２．７ｘｍのドーナツ盤状のセラミ
ックス焼結体を作成してセラミックス部材ＩＯの基材１
０ａとした。次いで、この基材１０ａをＣＶＤ装置にセ
ットした。ＣＶＤ装置を減圧した後、基材１０ａを１４
００℃に加熱し、次いで装置に四塩化珪素−プロパンガ
スからなる混合ガスをキャリアガスとしての水素に混合
して供給して、基材１０ａの一方の面に膜厚１４０μｍ
の炭化珪素製薄膜層１０ｂを形成し、セラミックス部材
】Ｏを得た。

次ぎに、このセラミックス部材１０を、可動側金型本体
２ｂの所定位置に固定枠１１を用いて固定した。この後
、セラミックス部材１０の表面を研削加工しついでダイ
ヤラップ加工して、表面粗さ０．２Ｓ　、平行度０．０
０２、平面度０．００３に仕上げた。

この成形用金型を使用に供して、その効果を確認した。

まず、この成形用金型を射出成形機に取り付けた後、薄
手のスタンパ５（厚さ０．１ｍｍ）をセットして、外径
１２０＊ｘ、内径１５ｊ＋ｘ、厚さ１．２ｘｍのレーザ
ーディスクを１０００枚連続成形した。成形は、８０℃
の温水を冷却孔１２・・・に通し、３００℃の溶融ポリ
カーボネイト樹脂をキャビティ３に注入して行った。

成形後、成形品とスタンパ５を調べたところ、成形品、
スタンパ５共に全く異常は見られず、この成形用金型に
よれば、０．１ｍｍというような薄いスタンパ５を用い
てもディスクを問題なく生産できることが判明した。

次いで、この成形用金型を用いて、スタンパ５の交換を
行う通常の生産を行なったところ、金型に傷が付く頻度
が従来の金型に比べて減少した。

また、従来はスタンパ交換後に安定した成形が行なわれ
るまでｌθ〜１５ショット程度の試作が必要であったが
、炭化珪素製セラミックス部材ＩＯが設けられたこの成
形用金型では３ショット程度で充分に安定した成形を行
うことができ、この成形用金型によればスタンパ交換後
、短時間で安定した成形に入ることが可能であることが
判明した。

なお、上記実施例にあっては、キャビティ３を形成する
キャビティ面１ａ、２ａのうち一部（面２ａ）のみをセ
ラミックス部材ＩＯで形成したが、全キャビティ面をセ
ラミックス部材ＩＯで形成しても良いことは勿論である
。

また、実施例の成形用金型にあっては、冷却孔１２・・
・を可動側金型本体２ｂに設けたが、セラミックス部材
ＩＯに冷却孔１２・・・を設けることもできる。この場
合、セラミックス部材ＩＯの固定は、金型本体２ｂに固
定用インローを設けこれにセラミックス部材１０を係止
するなどの手段を取ることが望ましい。セラミックス部
材ＩＯに冷却孔を設けると、キャビティ面２ａの冷却が
より円滑に行えるので、セラミックス部材！０を形成す
るセラミックスに熱伝導率の多少劣るものでも利用でき
る利点が有る。

「発明の効果」以上説明したように、本発明の成形用金型は、キャビテ
ィをなすキャビティ面の少なくとも一部をセラミックス
部材で形成したものなので、光ディスク等の成形に用い
た場合など、スタンパ交換時に治具が衝突しても損傷を
受は難く、金型メンテナンスの頻度を大幅に減らすこと
ができる。従って、本発明の成形用金型は、取り扱いが
容易で、金型管理の労力の軽減、金型の使用効率の向上
を図ることができ、よってディスクの生産効率向上を実
現できるなど、優れた利点を有するものである。

また、本発明の成形用金型に用いられるセラミックス部
材は、基材の表面にセラミックス製薄膜層が積層されて
いるので、セラミックス焼結体中に存在するボアーのた
めに基材表面に微細孔が形成されていても、この微細孔
は薄膜層によって塞がれる。従って、本発明の成形用金
型によれば、セラミックス部材によって形成されるキャ
ビティ面を極めて平滑に形成することができる。その結
果、本発明の成形用金型では、薄く従って安価なスタン
パを用いても問題なく良好な成形品を製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の成形用金型の一実施例を示す断面図、
第２図は同実施例のＡ部拡大図、第３図従来の成形用金
型を示す断面図、第４図は先に提案した成形用金型を示
す断面図である。２ａ・・・キャビティ面、１０・・・セラミックス部材
、１０ａ・・・基材、１０ｂ・・・薄膜層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ロックウェル硬度（Ａスケール）９０以上のセラ
ミックス製薄膜層がセラミックス製の基材に積層されて
なるセラミックス部材の薄膜層積層面によって、少なく
ともキャビティ面の一部が形成されたことを特徴とする
成形用金型。
（２）セラミックス部材の薄膜層が乾式コーティング法
によって形成されたものであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の成形用金型。
（３）セラミックス部材の基材および薄膜層が、炭化珪
素からなるものであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項および第２項記載の成形用金型。
（４）セラミックス製薄膜層の形成する面が表面粗さ０
．０２Ｓ〜１．２Ｓであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項ないし第３項記載の成形用金型。