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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
in erster Linie ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffprodukts
mit mindestens einer äußeren Oberfläche, die
mit einer Mikrostruktur versehen wurde, unter Anwendung einer Anordnung
zum Formen von Kunststoffprodukten.
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Diese Anordnung zur Herstellung von
Kunststoffprodukten besitzt mindestens zwei zueinander und voneinander
wegbewegbare Formteile, ein vorbestimmtes Volumen oder eine Menge
an viskosem, polymerisierbarem Kunststoffmaterial, das einer zwischen
den Formteilen gebildeten ersten Formhöhlung zugeführt wird.
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Mit dem Ausdruck "polymerisierbares Kunststoffmaterial" ist ein Kunststoffmaterial
mit einer Viskosität,
die derjenigen von Wasser oder dünnflüssigem Sirup
entspricht, gemeint.
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Das Verfahren in Übereinstimmung mit der Erfindung
ist für
die Verwendung sowohl beim Druckguss als auch beim Kompressionsformen
bzw. Formpressen ausgelegt.
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Im Falle des Druckgusses nehmen die
Formteile eine zusammenwirkende Position im Verhältnis zueinander ein und eine
zwischen den Formteilen gebildete Formhöhlung besitzt eine Form, welche
mit einer äußeren Form
des Kunststoffprodukts übereinstimmt,
wobei viskoses Kunststoffmaterial in die Formhöhlung gepresst wird und dort
polymerisieren gelassen wird.
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Im Falle des Kompressionsformens
sollen die Formteile in der Lage sein; eine nahezu vollständig geschlossene
bzw. vereinte Position einzunehmen, um die Zuführung eines(r) vorbestimmten
Volumens oder Menge eines viskosen, polymerisierbaren Kunststoffmaterials
zu einer zwischen den Formteilen gebildeten ersten Formhöhlung zu
ermöglichen.
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Das Verfahren in Übereinstimmung mit der Erfindung
basiert somit auf den im Anschluss zu einer vollständig geschlossenen
Position komprimierten Formteilen und dem unter einem positiven
Druck innerhalb einer kleineren zweiten Formhöhlung, die mit der Form des
fertigen Kunststoffprodukts übereinstimmt,
verteilten Kunststoffmaterial, dessen äußere Form mit der inneren Form
der durch die Formteile gebildeten zweiten Formhöhlung übereinstimmt.
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Die definierenden inneren Oberflächen der zweiten
Formhöhlung
stimmen auf diese Weise mit den definierenden äußeren Oberflächen für das fertige
Produkt überein.
Jedoch besitzt jeder mikrostrukturierte Oberflächenbereich des fertigen Produkts seinen
korrespondierenden mikrostrukturierten Oberflächenbereich in der zweiten
Formhöhlung.
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Die Polymerisation des viskosen Kunststoffmaterials
erfolgt danach mit den Formteilen in der vollständig geschlossenen Position,
und nach der Polymerisation des Kunststoffmaterials werden die Formteile
dazu gebracht, sich voneinander wegzubewegen, um die Entfernung
eines fertigen Kunststoffprodukts von der durch die Formteile gebildeten zweiten
Formhöhlung
zu ermöglichen.
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In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden,
dass mit dem Ausdruck "polymerisierbares Kunststoffmaterial" ein Kunststoff gemeint
ist, welcher in dünnflüssiger Form
zu einer zwischen den Formteilen gebildeten zweiten Formhöhlung zugeführt wird
und welcher in seiner dünnflüssigen Form innerhalb
einer zweiten Formhöhlung
durch die Bewegung der Formteile zueinander hin verteilt wird, wodurch
es die Oberflächenbereiche
der Mikrostruktur in einem oder mehreren Formteilen ausfüllt und
in diese eindringt, wonach Maßnahmen
getroffen werden, um das Kunststoffmaterial in der zweiten Formhöhlung zu
härten
oder zu polymerisieren.
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Die Polymerisation des Kunststoffmaterials kann
mittels verschiedener bekannter Verfahren durchgeführt werden.
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Zum Beispiel kann eine härtende Zusatzkomponente
dem verwendeten Kunststoffmaterial zugesetzt werden, ein so genanntes
Zwei-Komponenten-System, oder ein Kunststoffmate rial kann gewählt werden,
das gehärtet
wird, wenn es an Licht wie UV-(Ultraviolett-)Licht ausgesetzt wird,
ein Kunststoffmaterial, das härtbar
ist, wenn es Wärme
ausgesetzt wird, oder ein Kunststoffmaterial mit katalytischen Eigenschaften
zur Polymerisierung etc.
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Daher basiert die Erfindung nicht
in erster Linie auf der Verwendung solcher viskosen, thermoplastischen
Materialien, mit welchen eine gewünschte Härtung durch ein heißes Kunststoffmaterial
erfolgen soll, das unter einem positiven Druck zwischen die zweite
Formhöhlung
bildende, vollständig
geschlossene Formteile eingeführt
wird, und wobei das Härten
durch Kühlen
der Formteile und der inneren Struktur der zweiten Formhöhlung stattfindet.
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Die Erfindung betrifft zweitens eine
Anordnung zur Herstellung von Kunststoffprodukten, die so ausgelegt
ist, um die Leistungsfähigkeit
des Verfahrens in Übereinstimmung
mit der Erfindung zu ermöglichen.
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Obwohl die Erfindung in der Druckguss-Technologie
angewandt werden kann, werden die signifikanten Eigenschaften der
Erfindung im Folgenden in der Kompressionsformungstechnologie veranschaulicht
unter Verwendung eines viskosen, polymerisierbaren Kunststoffmaterials.
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Stand der
Technik
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Verschiedene Verfahren wurden für die Herstellung
eines Kunststoffprodukts mit mikrostrukturierten Oberflächenbereichen
vorgeschlagen, unter Anwendung einer Anordnung zur Herstellung von Kunststoffprodukten.
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Sieht man die Anwendung für die vorliegende
Erfindung als so signifikant an, d. h. das Hauptziel der Bereitstellung
eines Verfahrens und einer Anordnung zur Herstellung von Kunststoffprodukten
für die Herstellung
von Informationen enthaltenden Kunststoffscheiben, wie CD-Scheiben,
DVD-Scheiben oder, in einer breiteren Anwendung, mikromechanische
Scheiben verschiedener Typen, sind eine Vielzahl an Verfahren und
Anordnungen bekannt.
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Mikrofluide fallen unter die letztgenannte
Anwendung, wo ein Fluid durch Rillen in der mittels Mikromechanik
gebildeten Scheibe fließen
soll, zum Messen verschiedener Einheiten. Offene Rillen in der Oberfläche können hier
durch eine Abdeckung abgedeckt werden, um geschlossene Rillen in
der Oberfläche
zu bilden.
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Eine spezifischere Anwendung ist
es, die Bildung von sich windenden Rillen auf einer Scheibe zu ermöglichen,
um verschiedene DNA-Moleküle
mit Elektrophorese zu trennen. Eine Spannung treibt die Moleküle vorwärts und
ein optischer Melder registriert bzw. zeigt an, wann sie ankommen.
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Die Mikrostruktur von CD-Scheiben
und der Speicherort von Informationen besitzt derzeit eine Höhe von 0,1 μm und eine
Breite (Erhebung und Vertiefung) von 0,7 μm.
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Die in Mikrofluiden nützliche
Mikrostruktur für die
Strömungslenkung
und Optik bzw. das optische System kann eine Höhe von 10 – 100 μm und einen Rillenbreite von
20 – 100 μm aufweisen.
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Für
die Speicherung von Daten ist die Herstellung von CD-Scheiben mit
einer hohen oder extrem hohen Speicherkapazität bekannt.
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In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden,
dass CD-Scheiben des zur Diskussion stehenden Typs mit verschiedenen
Bezeichnungen für die
betreffende Speicherkapazität
versehen wurden, wie DVDS, DVD8 (Digital Versatile Disc), wobei
die angegebene Ziffer die Speicherkapazität in GByte angibt.
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Eine Anordnung zur Herstellung von
Kunststoffprodukten, die derzeit extrem nützlich ist für die Herstellung
solcher CD-Scheiben, ist die Verwendung einer Spritzgießmaschine
für Thermoplaste, wobei
die verwendeten zwei Formteile eine Position einnehmen sollen, in
der sie vollständig
miteinander zusammenwirken und wobei die Formteile die zweite Formhöhlung bilden.
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In dieser zusammenwirkenden Position
wird eine erwärmte
thermoplastische Verbindung, in der Form eines Verbundstoffs durch
ein festes Formteil zu einem Hohlraum oder einer zwischen den zwei Formteilen
gebildeten zweiten Formhöhlung
zum Druckguss einer flachen Kunststoffkomponente mit mikrostrukturierten
Oberflächenbereichen
gepresst.
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Das bewegliche Formteil wird danach
von dem fest angebrachten Formteil wegbewegt und die gebildete flach
geformte Kunststoffkomponente oder die CD-Scheibe wird aus dem beweglichen
Formteil entfernt.
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In dieser Anwendung erfolgt das Härten des thermoplastischen
Materials über
einen starken Temperaturabfall, in der Regel in der Größenordnung
von 100°C.
Der hier angegebene Temperaturabfall betrifft den Unterschied zwischen
der Temperatur der Zuführschnecke
und des Kunststoffprodukts nach Entfernung von den Formteilen.
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Das Bestreben, eine hohe Herstellungsrate beizubehalten,
verlangt eine Temperatur in den Formteilen und der zweiten Formhöhlung, die
eine kühlende
und härtende
Wirkung auf das zugeführte thermoplastische
Material besitzt, bei einer Verringerung der Replikationsfähigkeit,
was den mikrostrukturierten Oberflächenabschnitt angeht.
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Jedoch basiert die vorliegende Erfindung gleichwohl
auf einem ansonsten zuvor bekannten Verfahren zur Herstellung eines
Kunststoffprodukts und einer Anordnung zur Herstellung von Kunststoffprodukten,
das als ein Resultat des beschriebenen Verfahrens auf Thermoplastbasis,
verdrängt
wurde, da es bei der/den derzeitigen Technologie und Ansprüchen als
zu teuer und zu langsam angesehen wurde. Dieses Verfahren mit einer
Anordnung zur Herstellung von Kunststoffprodukten wurde daher lediglich
in begrenztem Maße
für die
Herstellung von echten vollständigen
Kunststoffprodukten mit einer oder mehreren mikrostrukturierten
Oberflächen
angewandt.
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Das Verfahren und die Anordnung für die Herstellung
von Kunststoffprodukten, aus welchen die vorliegende Erfindung wohl
hervorgegangen ist, sind ausführlicher
in der Veröffentlichung "High Density CD und
Industrial approach",
Veröffentlichungsnummer
ISBM 90-80 2001-2-3, insbesondere Seiten 77-79, gezeigt und beschrieben.
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Das Verfahren und die Anordnung zur
Herstellung von Kunststoffprodukten, aus welchem die vorliegende
Erfindung entwickelt wurde, sind ausführlicher unter Bezugnahme auf
die folgenden 1 und 2 beschrieben.
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Der Vorteil mit diesem Verfahren
und die dazugehörige
Anordnung zur Herstellung von Kunststoffprodukten ist, dass das
Replikationsvermögen gut
ist dank einer Polymerisation des Kunststoffmaterials, dadurch dass
ein viskoses Kunststoffmaterial in einen zweiten Hohlraum herausgepresst
werden kann und lediglich danach aktiviert wird, so dass es zu einer
Polymerisation kommt.
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Weitere Beispiele des Stands der
Technik sind in den folgenden Patentveröffentlichungen gezeigt und
beschrieben:
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EP-A1-0 628 957
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Hier ist eine Anordnung zum Spritzgießen von
optischen Aufzeichnungsrohlingen gezeigt und beschrieben, welche
zwei Formteile umfasst, die zueinander beweglich sind, die so ausgelegt
und verschiebbar sind, um eine Formhöhlung dazwischen zu bilden,
die mit der Form des Aufzeichnungsrohlings übereinstimmt.
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Bezugnehmend auf 6 ist die Anordnung im Querschnitt gezeigt,
und anhand dieser Figur lässt sich
erkennen, dass ein Kunststoff auf Polycarbonatbasis in einer Formungsvorrichtung
auf dem Prinzip der Einspritzung basierend gepresst werden soll.
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Der Formungsvorgang für die Herstellung
eines Substrats für
eine optische Scheibe basiert darauf, dass ein äußerer Rand (21a) für das bewegliche Formteil
(21) mit der oberen Oberfläche (28a) für den Formträger (28)
in Kontakt gebracht werden soll und der an der Peripherie des lateralen
Seitenteils (22) der Formhöhlung angeordnet ist, um die
Form zu verschließen.
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In dieser Position wird das Kunststoffmaterial über die
Austrittsöffnung
(27) und die Düse
(13) und in den Hohlraum (20) gespritzt bzw. eingepresst. Während dieses
Einspritzvor gangs wird der Hohlraum durch das bewegliche Teil (21)
geöffnet,
das aus diesem Hohlraum entsprechend der 7 verdrängt wird, und anschließend werden
die Teile wieder zusammengepresst in Richtung der in 6 gezeigten Position, in Übereinstimmung
mit der B.
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Es sollte besonders darauf hingewiesen
werden, dass das fertige Produkt hier aus einer ganzen Scheibe besteht,
(deren zentraler Teil kein Loch aufweist), deren zentraler Bereich
jedoch mit einer dünneren
Fläche
(des Teils 24) ausgebildet ist und mit dieser Fläche ein
trichterförmiges
Teil integral verbunden ist, gehärtet
durch Kühlen
und mit der Form eines abgestumpften Kegels, der als ein Restprodukt angesehen
werden muss.
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Der dünnere Bereich und der trichterförmige Teil
sollten durch Stanzen getrennt werden, in einer vollständig von
dem Formungsvorgang getrennten Operation, um anschließend eine
Scheibenform mit einem zentral orientierten Loch aufweisen zu können.
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Weiter ist klar, dass die hier gezeigte
und beschriebene Technik auf dem Druckguss oder Kompressionsformen
eines Kunststoffmaterials basiert, das durch Erwärmen leicht viskos gemacht
wird und durch eine Verringerung der Temperatur in der Form zu einem
Scheibensubstrat erstarren gelassen wird.
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EP-A1-0 540 843
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Hier ist ein Verfahren zur Herstellung
optischer Scheiben gezeigt und beschrieben. Es wird vorgeschlagen,
dass auf ein Substrat (3), bestehend aus Silikon, Quartz,
Glas oder Metall, ein lichtbeständiges
Material in der Form einer Schicht (1) aufgebracht wird
und durch Belichten, Entwickeln und Ätzen ein Stempel oder Stampfer
(6) erhalten wird und dadurch eine Vervielfältigung
eines Informationsmusters für
ein Substrat einer optischen Scheibe unter Verwendung eines Kunststoffs,
der mittels UV-Licht härtbar
ist, erzielt werden kann, ein polymerisiertes Kunststoffmaterial,
das auch in der vorliegenden Erfinung verwendet wird.
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Darstellung der vorliegenden
Erfindung
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Technische Probleme
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Angesichts des Umstands, dass die
technischen Überlegungen,
die ein Fachmann auf dem betreffenden Gebiet durchführen muss,
um eine Lösung für ein oder
mehrere gestellte technische Probleme liefern zu können, zu
Beginn ein Einblick in die Maßnahmen
und/oder die Reihenfolge von Maßnahmen, die
ergriffen werden müssen,
und die Wahl der erforderlichen Mittel sind, und darauf beruhend
sollten die nachfolgenden technischen Probleme von Bedeutung sein
bei der Bewerkstelligung der vorliegenden Erfindung.
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Bei Betrachtung des früheren Stands
der Technik wie oben stehend beschrieben und unter Anwendung eines
Verfahrens, das vollständiger
in der Einleitung zu Anspruch 1 beschrieben ist, und auch einer
Anordnung zur Herstellung von Kunststoffprodukten, die vollständiger in
der Einleitung zu Anspruch 15 beschrieben sind, sollte es als ein
technisches Problem angesehen werden, Gebrauch von den Prinzipien
für die
Verfahren und die Anordnung zur Herstellung von Kunststoffprodukten,
die vollständiger
in den oben stehend erwähnten
Veröffentlichungen
beschrieben sind, zu machen, um rationell bei niedrigeren Kosten
und unter Einhaltung einer größeren Präzision in
der Lage zu sein, solche Bedingungen zu schaffen, dass ein Kunststoffprodukt
mit Mikrostrukturen-verwandten Oberflächenbereichen verschiedener
Typen hergestellt werden kann.
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Ein technisches Problem liegt bei
der Anwendung einfacher Maßnahmen
vor, nämlich
um in der Lage zu sein, solche Bedingungen zu schaffen, dass ein
viskoses, polymerisierbares Kunststoffmaterial in Ringform zu einer
Formhöhlung
zugeführt werden
kann, etwa um ein Loch herum, das dem fertigen Kunststoffprodukt
zugehört,
und dass das viskose Kunststoffmaterial in radialer Richtung von
dem Loch in einer Richtung gegen den/die peripheren Randbereich
oder -bereiche des Kunststoffprodukts verteilt ist.
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Ein technisches Problem liegt auch
vor bei der Anwendung einfacher Maßnahmen, nämlich um in der Lage zu sein,
Bedingungen für
die Herstellung eines Kunststoffprodukts mit Oberflächenbereichen, denen
eine Mikrostruktur zugewiesen wurde, zu schaffen, wobei die Mikrostruktur
für die
Speicherung von Informationen fein gewählt werden kann und/oder grob
für andere
technische Anwendungen, wie Mikrofluide.
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Es sollte weiterhin ein technisches
Problem bei der Anwendung einfacher Maßnahmen bedacht werden, nämlich um
in der Lage zu sein, solche Bedingungen zu schaffen, dass das Kunststoffprodukt durch
Druckguss oder Kompressionsformen hergestellt werden kann.
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Ein technisches Problem ist auch
mit einer Anwendung dieses Typs verbunden, nämlich um in der Lage zu sein,
die Bedeutung und die damit verbundenen Vorteile zu realisieren,
wobei man in der Lage ist, ein Substrat an einem Formteil zu befestigen,
an welchem Substrat das dünne
polymerisierbare Kunststoffmaterial während der Polymerisation anhaften
soll.
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Ein technisches Problem ist auch
damit verbunden, in der Lage zu sein, die Bedeutung und die Vorteile
in Zusammenhang mit den Oberflächen
des Substrats oder des Einsatzes zu realisieren, welche die Formhöhlung mit
einer Mikrostruktur definieren oder die alternativ von einer Schicht
bedeckt sind.
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Ein technisches Problem ist auch
damit verbunden, in der Lage zu sein, die Bedeutung und die Vorteile
in Zusammenhang mit einer Formhöhlen-definierenden
Oberfläche
oder einem dazugehörigen Einsatz
eines zweiten Formteils zu realisieren.
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Ein technisches Problem ist auch
damit verbunden, in der Lage zu sein, die Bedeutung davon, die zweite
Formhöhlung
die Form und Dicke einer CD-Scheibe oder dünner, oder dergleichen, haben zu
lassen, wobei die zweite Formhöhlung
durch den Einsatz durch einen äußeren konzentrischen,
kreisförmigen
Ring um den peripheren Randbereich definiert ist.
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Ein technisches Problem ist auch
damit verbunden, in der Lage zu sein, die Vorteile, die damit assoziiert
sind, dass das Substrat oder der Einsatz eine äußere, ringförmige Furchenkante bildet,
wobei letzterer mit engen Furchen versehen ist, und die Bedeutung
davon zu realisieren.
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Ein technisches Problem ist auch
damit verbunden, in der Lage zu sein, die Bedeutung und die Vorteile
in Zusammenhang damit, den äußeren Ring die
Verteilung des Kunststoffmaterials vor der Polymerisation mittels
Maßnahmen
begrenzen zu lassen, die ein Härten
durch Licht oder dergleichen beinhalten, zu realisieren.
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Ein technisches Problem ist auch
damit verbunden, in der Lage zu sein, die Bedeutung des viskosen
Kunststoffmaterials, das zu der Formhöhlung unter positivem Druck
und durch eine kreisförmige Ventilanordnung
zugeführt
wird, zu realisieren.
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Ein technisches Problem ist auch
damit verbunden, in der Lage zu sein, die Bedeutung und die Vorteile
in Zusammenhang mit ersten und zweiten Formhöhlen, die unter negativen Druck
gesetzt werden, bis die Formteile zu der vollständig geschlossenen Position
bewegt wurden, zu realisieren.
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Es wäre unter Anwendung einfacher
Maßnahmen
anscheinend ein technisches Problem, um in der Lage zu sein, solche
Bedingungen zu schaffen, dass die Formhöhlung unter negativen Druck
gesetzt wird, zumindest, während
das viskose Kunststoffmaterial eingespritzt wird.
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Lösung
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Um ein oder mehrere der oben stehend
aufgeführten
technischen Probleme zu lösen,
geht die vorliegende Erfindung von einem Verfahren zur Herstellung
eines Kunststoffprodukts mit mindestens einer mikrostrukturierten
Oberflächen
oder Oberflächenbereich
aus, unter Anwendung einer Anordnung für die Herstellung von Kunststoffprodukten.
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Diese Anordnung ist mit mindestens
zwei Formteilen, die zueinander und voneinander wegbewegbar sind,
einem vorbestimmten Volumen eines viskosen polymerisierbaren Kunststoffmaterials,
das zu einer zwischen den Formteilen gebildeten Formhöhlung zugeführt wird,
zu versehen und dass nach der Polymerisation des Kunststoffmaterials
die Formteile dazu gebracht werden, sich voneinander wegzubewegen,
um die Entfernung eines fertigen Kunststoffprodukts zu ermöglichen,
dessen äußere Form der
inneren Form einer durch die Formteile gebildeten Formhöhlung entspricht.
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Die Erfindung spezifiziert, dass
das viskose, polymerisierbare Kunststoffmaterial zu einer Formhöhlung um
ein Loch herum, das dem fertigen Kunststoffprodukt zugehört, zuzuführen ist
und dass das viskose Kunststoffmaterial durch Verdrängungsbewegung
der Formteile in Richtung zueinander oder auf ähnliche Weise in einer Richtung
von dem Loch gegen den peripheren Randbereich des Kunststoffprodukts
zu verteilen ist.
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Vorgeschlagene Ausführungsformen,
welche innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen,
schließen
ein, dass, wenn das Kunststoffprodukt durch Druckguss hergestellt
wird, wenn die Formteile eine vollständig geschlossene Position einnehmen,
das viskose, polymerisierbare Kunststoffmaterial innerhalb eines
Zentralbereichs des fertigen Kunststoffprodukts und in der Nähe zu einem Loch,
das dem Kunststoffprodukt zuzuordnen ist, eingepresst wird.
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Wenn das Kunststoffprodukt durch
Kompressionsformen hergestellt wird, wird in einer nahezu vollständig geschlossenen
Position der Formteile und einer auf diese Weise zwischen den Formteilen gebildeten
ersten Formhöhlung
ein vorbestimmtes Volumen eines viskosen, polymerisierbaren Kunststoffmaterials
zu der ersten Formhöhlung
zugeführt, worauf
die Formteile zu einer vollständig
geschlossenen Position zusammengepresst wer den, um das Kunststoffmaterial
innerhalb einer zweiten Formhöhlung,
deren innere Form der äußeren Form
des fertigen Kunststoffprodukts entspricht, zu verteilen, worauf
die Polymerisation des Kunststoffmaterials mit den Formteilen in
einer vollständig
geschlossenen Position stattfindet, danach ist das viskose, polymerisierbare
Kunststoffmaterial zu der ersten Formhöhlung innerhalb des Zentralbereichs
des fertigen Kunststoffprodukts und in der Nähe zu einem Loch, das dem Kunststoffprodukt
zuzuordnen ist, zuzuführen.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen,
dass nach der Bewegung der Formteile in Richtung einer vollständig geschlossenen
Position das viskose Kunststoffmaterial innerhalb der Formhöhlung in
einer Richtung von dem Loch und gegen den peripheren Randbereich
des Kunststoffprodukts zu verteilen ist.
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Beim Herstellen einer symmetrischen
Scheibe soll das Kunststoffmaterial um ein zentral angeordnetes
Loch zugeführt
werden, und das Kunststoffmaterial soll in radialer Richtung verteilt
werden.
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Die vorgeschlagenen Ausführungsformen, die
in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen, schließen auch
ein, dass ein Einsatz oder ein Substrat an mindestens einem der
Formteile befestigt werden kann, an welchem Einsatz oder Substrat
das polymerisierbare Kunststoffmaterial nach der Polymerisation
anhaften soll.
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Ebenfalls vorgeschlagen ist, dass
eine der Oberflächen
des Substrats, welche die Formhöhlung definieren,
eine Mikrostruktur aufweisen kann, vorzugsweise bedeckt von einer
semireflektierenden Schicht.
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Ebenfalls vorgeschlagen ist für eine Formhöhlen-definierende
Oberfläche
(oder Einsatz) eines zweiten Formteils eine teilweise oder vollständige Mikrostrukturierung.
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Die Erfindung schlägt auch
vor, dass die zweite Formhöhlung
durch einen äußeren kreisförmigen Ring,
der in einem Einsatz oder in einem Substrat um einen peripheren
Randbereich herum gebildet wird, definiert wird, bevor Maßnahmen
zur Polymerisierung eines in der zweiten Formhöhlung eingeschlossenen Kunststoffmaterials
ergriffen werden.
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Ebenfalls vorgeschlagen ist, dass
das Substrat mit einem äußeren ringförmigen Rand
versehen ist, wobei Letzterer mit engen Rillen versehen ist.
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Der äußere kreisförmige Ring kann auch durch
Oberflächen
bestimmende Maßnahmen
zum Härten
mittels Licht oder dergleichen gebildet werden.
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Das viskose Kunststoffmaterial soll
zu der ersten Formhöhlung
unter positivem Druck und durch eine kreisförmige Ventilanordnung zugeführt werden.
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Die erste Formhöhlung soll vorzugsweise unter
negativen Druck gesetzt werden, bis und wenn die Formteile zu der
vollständig
geschlossenen Position bewegt worden sind.
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Vorteile
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Die Vorteile, die für ein Verfahren
und eine Anordnung zur Herstellung von Kunststoffprodukten in Übereinstimmung
mit der Erfindung in erster Linie für signifikant gehalten werden
können,
sind, dass Bedingungen auf diese Weise geschaffen werden, welche
die Verwendung eines Kunststoffmaterials zulassen, das durch angepasste
Temperaturabsenkungen nicht gehärtet
wird, um entweder Scheiben mit einer feinen Mirkostruktur und einer
hohen Speicherkapazität
oder Scheiben mit einer groben Mikrostruktur, die für andere
Anwendungen auf dem Gebiet der Mikrostrukturen geeignet ist, wie
Mikrofluide, herzustellen.
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Die Erfindung erlaubt die Verwendung
eines viskosen Kunststoffmaterials bei niedriger Temperatur, was
zu einem guten Replikationsvermögen
führt und
wobei das Härten
oder die Polymerisation durch andere Maßnahmen als Temperaturabsenkungen, wie
durch ein Unterwerfen dem Einfluss von Licht, z. B. UV-Licht, erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch die
Herstellung von Scheiben zum Speichern von Daten, mit einer hohen
Speicherkapazität,
indem mindestens zwei reflektierende Schichten von Mikrostrukturen
vorgesehen werden, bei welchen eine erste Informationsoberfläche semireflektierend
sein muss mit einem Reflexionsfaktor zwischen 20 und 40 %.
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Die Hauptmerkmale eines Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in dem charakterisierenden Teil des anhängigen Anspruchs
1 definiert und die Hauptmerkmale einer Anordnung zur Herstellung
von Kunststoffprodukten in Übereinstimmung
mit der Erfindung sind in dem charakterisierenden Teil des anhängigen Anspruchs
15 definiert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Der bisherige Stand der Technik und
eine in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Anordnung zur
Herstellung von Kunststoffprodukten, welche die wesentlichen Merkmale,
die für
das Leistungsvermögen
des Verfahrens gemäß der Erfindung erforderlich
sind, erläutern,
wird nunmehr ausführlicher
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
Seitenansicht und allgemein eine Anordnung zur Herstellung von Kunststoffprodukten eines
an sich bekannten Typs zeigt;
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2 verschiedene
Abfolgen der Herstellung eines Kunststoffprodukts mittels Kompressionsformen
in der in 1 gezeigten
Anordnung zeigt;
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3 in
einem größeren Maßstab als
in 1 eine Anordnung
und das Zusammenwirken zwischen zwei verwendeten Formteilen in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigt;
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4 in
einem vergrößerten Maßstab einen unteren
Teil für
die in der 3 gezeigte
Anordnung zeigt;
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5 in
einem vergrößerten Maßstab das für die Erfindung
signifikante Zusammenwirken zwischen zwei Formteilen am peripheren
Randbereich einer angefertigten Scheibe zeigt;
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6 in
einem etwas größeren Maßstab als in 3 eine Ventilanordnung zeigt,
die für
die Erfindung von signifikanter Bedeutung ist, zum Herauspressen
eines viskosen, polymerisierbaren Kunststoffmaterials, wobei die 6 das Ventil in einer geschlossenen
Position und die Formteile in einer vollständig vereinten Position zeigt;
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7 die
Ventilanordnung in einer offenen Position zeigt, um das Pressen
eines vorbestimmten Volumens eines viskosen, polymerisierbaren Kunststoffmaterials
in einen ersten Hohlraum zu ermöglichen,
der gebildet wird, wenn die Formteile eine fast vollständig vereinte
Position zur Bildung einer ersten Formhöhlung einnehmen;
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8 die
Formteile in einer vollständig
vereinten Position zeigt und wobei das vorbestimmte Volumen innerhalb
einer zweiten Formhöhlung
und entlang der gesamten hergestellten Scheibe verteilt ist;
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9 in
einem etwas vergrößerten Maßstab den
Randbereich eines Substrats oder Einsatzes zeigt, ausgestattet mit
einem äußeren ringförmigen Rand
und einer Versiegelung, die für
einen negativen Druck in den ersten und zweiten Hohlräumen sorgt;
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10 die
Möglichkeit
der Bildung eines äußeren kreisförmigen Rings
mit Hilfe lichthärtender Maßnahmen
zeigt;
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11 perspektivisch
eine gemäß der Erfindung
hergestellte Scheibe zeigt;
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12 einen
Schnitt durch eine feine Mikrostruktur für eine datentragende Scheibe,
wie eine CD-Scheibe, zeigt; und
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13 einen
Schnitt durch eine mit einer für Mikrofluide
geeigneten, groben Mikrostruktur versehene Scheibe zeigt.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Die 1 und 2 zeigen schematisch eine Anordnung
zur Herstellung von Kunststoffprodukten, in welcher das gebildete
Kunststoffprodukt P mindestens eine Oberfläche mit einer Mikrostruktur
aufweist.
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Die Anordnung zur Herstellung von
Kunststoffprodukten wird mit 1 bezeichnet.
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Die Anordnung 1 ist mit
mindestens zwei Formteilen, einem oberen Formteil 2 und
einem unteren Formteil 3 ausgestattet, die zueinander und
voneinander wegbewegbar sind mit Hilfe einer ersten Einrichtung 4.
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Die Anordnung 1 soll zur
Herstellung eines Kunststoffprodukts mit einer mikrostrukturierten äußeren Oberfläche in der
Lage sein, wobei die Anordnung mindestens zwei im Verhältnis zueinander
bewegliche Formteile, eine zwischen den Formteilen gebildete Formhöhlung aufweist,
die mit einem vorbestimmten Volumen eines viskosen, polymerisierbaren
Kunststoffmaterials versorgt wird.
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Nach einer Polymerisation des Kunststoffmaterials
werden die Formteile beiseite geschoben, um die Entfernung eines
fertigen Kunststoffprodukts zu ermöglichen, dessen äußere Form
mit der inneren Form der durch die Formteile gebildeten Formhöhlung übereinstimmt.
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Die Anordnung 1 kann für den Druckguss oder
das Kompressionsformen verwendet werden, und die letztgenannte Anwendung
wird ausführlicher beschrieben.
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In einer fast vollständig geschlossenen
Position dieser zwei Formteile 2, 3 wird eine
erste Formhöhlung
zwischen den Formteilen gebildet, und ein vorbestimmtes Volumen
eines viskosen, polymerisierbaren Kunststoffmaterials 9 wird
zu der ersten Formhöhlung 5 zugeführt. Dies
wird mittels der zweiten Einrichtung 7 erreicht.
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Die Formteile 2 und 3 werden
durch die erste Einrichtung 4 zu einer vollständig geschlossenen
Position zusammengepresst, und unter positivem Druck wird das viskose
Kunststoffmaterial 9 innerhalb einer kleineren zweiten
Formhöhlung 6 verteilt.
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Die zweite Formhöhlung 6 entspricht
der Form des fertigen Kunststoffprodukts, das in der vorliegenden
Anmeldung aus einer Scheibe, wie einer CD-Scheibe, mit einer oder
mehre ren Oberflächen oder
Oberflächenbereichen,
die mit einer Mikrostruktur versehen sind, besteht.
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Die Polymerisation des Kunststoffmaterials in
der zweiten Formhöhlung 6 findet
mit den Formteilen 2, 3 in einer vollständig geschlossenen
Position statt, mit Hilfe einer dritten Einrichtung 8 in
der Form einer lichterzeugenden Einheit, wie einer UV-Lichterzeugungseinheit.
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Nach der Polymerisation des Kunststoffmaterials
durch Unterwerfen dem Einfluss von Licht werden die Formteile durch
die erste Einrichtung 4 dazu gebracht, sich voneinander
wegzubewegen, wodurch die Entfernung eines fertigen polymerisierten Kunststoffprodukts
aus der durch die Formteile gebildeten zweiten Formhöhlung 6 ermöglicht wird.
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Die 2 veranschaulicht
der Reihenfolge nach das Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffprodukts
mit einer mikrostrukturierten Oberfläche gemäß dem bekannten Verfahren.
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Beschreibung
einer vorgeschlagenen Ausführungsform
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Die Erfindung legt nun spezifisch
dar, dass das viskose, polymerisierbare Kunststoffmaterial zu der
Formhöhlung
um ein Loch herum, das dem fertigen Kunststoffprodukt zugehört, zugeführt werden soll
und dass das viskose Kunststoffmaterial in einer Richtung von dem
Loch und gegen den peripheren Randbereich des Kunststoffprodukts
verteilt wird.
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Es ist auch spezifiziert, dass, wenn
die Herstellung des Kunststoffprodukts mittels Druckguss erfolgt,
die Formteile eine vollständig
geschlossene Position einnehmen sollten. In dieser Position wird
das viskose, polymerisierbare Kunststoffmaterial in den Zentralbereich
für das
fertige Kunststoffprodukt in der Nähe eines dem fertigen Kunststoffprodukt
zugehörigen
Lochs zugeführt.
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Wenn das Kunststoffprodukt mittels
Kompressionsformen hergestellt wird, wobei in einer nahezu vollständig geschlossenen
Position der Formteile eine erste Formhöhlung 5 zwischen den
Formteilen gebildet wird, wird ein vorbestimmtes Volumen eines viskosen;
po lymerisierbaren Kunststoffmaterials 9 in die erste Formhöhlung eingeführt, wonach
die Formteile zu einer vollständig
geschlossenen Position zusammengepresst werden, um das Kunststoffmaterial 9 innerhalb
einer kleinen zweiten Formhöhlung 6 zu
verteilen, deren innere Form der äußeren Form des fertigen Kunststoffprodukts
entspricht, worauf die Polymerisation des Kunststoffmaterials mit den
Formteilen in einer vollständig
geschlossenen Position stattfindet, soll das viskose, polymerisierbare
Kunststoffmaterial zu der ersten Formhöhlung innerhalb des Zentralbereichs
des fertigen Kunststoffprodukts und in der Nähe zu einem Loch, das dem Kunststoffprodukt
zuzuordnen ist, zugeführt
werden.
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Das viskose Kunststoffmaterial wird
innerhalb des verringerten Volumens der Formhöhlung in einer Richtung von
dem Loch gegen den peripheren Randbereich des Kunststoffprodukts
verteilt, wenn die Formteile zu einer vollständig geschlossenen Position
hin bewegt werden.
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Für
die Herstellung einer symmetrischen Scheibe wird vorgeschlagen,
dass das Kunststoffmaterial um ein zentral angeordnetes Loch zugeführt wird
und dass das Kunststoffmaterial sich in radialer Richtung verteilt.
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Die 3 zeigt
in einer Seitenansicht im Querschnitt zwei Formteile 2, 3 in
der Anordnung 1 für
die Herstellung von Kunststoffprodukten, wobei diese Teile in vollständig geschlossener
Position gezeigt sind, wodurch die zweite Formhöhlung 6 verdeutlicht
wird, welche der Form des fertigen scheibenförmigen Kunststoffprodukts P
entspricht.
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Die 7 zeigt
eine Seitenansicht der relativen Position zwischen den Formteilen 2, 3 nach
Bildung der ersten Formhöhlung 5 zwischen
diesen.
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Das viskose, polymerisierbare Material 9 soll über eine
zweite Einrichtung 7 zu der ersten Formhöhlung 5
um ein zentral angeordnetes Loch 10a, das dem Kunststoffprodukt
zugehört,
in einer gebildeten mehrschichtigen Scheibe 10 zugeführt werden.
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Wenn die Formteile 2, 3 durch
die erste Einrichtung 4 in Richtung einer vollständig geschlossenen
Position bewegt werden, soll das viskose Kunststoffmaterial 9 dazu
gebracht werden, sich gleichmäßig in radialer
Weise von dem Loch 10a in Richtung des peripheren Randbereichs 10b des
Kunststoffprodukts P zu verteilen.
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Die 4 zeigt,
wie die zweite Einrichtung 7 in der Form einer Pumpe und
eines volumen- oder druckregulierenden Kreislaufs viskoses, polymerisierbares
Kunststoffmaterial (9) durch eine Verbindung (12)
und ein Rohr 12 bis zu einem Ventil 14 zuführt (ausführlicher
in den 6, 7 und 8 gezeigt).
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Die 5 zeigt
links den peripheren Randbereich 10b in 3 in einem etwas vergrößerten Maßstab, anhand
welcher deutlich wird, dass ein viskoses, polymerisierbares Kunststoffmaterial 9 in Richtung
des Randes eines flachen Substrats 15 herausgepresst wurde,
das zuvor hergestellt wurde und als ein Einsatz oder ein Träger dient,
nachdem das Kunststoffmaterial 9 zu einer harten Scheibe 9' polymerisiert
wurde.
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Die Scheibe 10 kann somit
(gemäß 11) aus einem eingefügten Substrat 15 mit
einer Oberfläche 15a mit
einer Mikrostruktur 15b, einer semitransparenten oder semireflektierenden
dünnen
Schicht 20 und einer polymerisierten, gehärteten Scheibe 9' bestehen, die
durch plastisches Formen bzw. Kunststoffformen und mit einer Mikrostruktur 9' und einer reflektierenden
Schicht 9b',
die in einer eigenen Station hergestellt werden, hergestellt wird.
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Das transparente Substrat 15 mit
der semireflektierenden Schicht 20 soll nun als ein Einsatz
mit einer polymerisierbaren, harten transparenten Scheibe 9' mit einer durch
das zweite Formteil gebildeten Mikrostruktur 9a' bedeckt werden.
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Die 6 zeigt
in Seitenansicht und im Schnitt eine Ausführungsform einer Ventilanordnung 14.
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Dies zeigt, wie eine zentrale Rille 13 mit
einem Hohlraum 14a über
eine oder mehrere radial ausgerichtete Rillen in Verbindung steht,
von denen eine als 13a bezeichnet ist.
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Die 6 zeigt
im vergrößerten Maßstab, dass
der Hohlraum 14a gegen einen Rand 14b und die äußere Oberfläche eines
Kegels 14c mit der Form eines Zylinders und eines abgestumpften
Kegels versiegelt ist.
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Die 6 veranschaulicht
auch das vorgebildete Substrat 15 aus Kunststoff und mit
einer an einem Formteil 2 anhaftenden mikrostrukturierten Oberfläche 15a,
an welchem Substrat 15 und einer die Oberfläche 15a bedeckenden
Schicht 20 das polymerisierbare Kunststoffmaterial 9 nach
der Polymerisation an einer harten Scheibe 9' anhaften soll.
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Eine Formhöhlen-definierende Oberfläche 15a des
Substrats 15 kann glatt sein, doch in der als Beispiel
in 6 gezeigten Ausführungsform
ist diese Oberfläche 15a mit
einer Mikrostruktur 15b gezeigt.
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Die Formhöhlen-definierende Oberfläche 3a des
anderen Formteils 3 soll eine Mikrostruktur 3b aufweisen.
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Obwohl die Zeichnungen hier zeigen,
dass die Mikrostruktur 3b direkt auf der Oberfläche 3a des zweiten
Formteils 3 gebildet wird, gibt es nichts, um ein Aufbringen
eines Einsatzes oder eines Substrats, das dem Substrat 15 entspricht,
auf diese Oberfläche 3a zu
verhindern, wobei das Substrat mit der Oberfläche 3a an dem zweiten
Formteil 3 verhaftet ist.
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Wie zuvor erwähnt, soll die zweite Formhöhlung 6 in
der Form einer CD-Scheibe durch einen Stift 14d, welcher
durch das Loch 10a eingeführt wird, und einen äußeren kreisförmigen Ring,
der am peripheren Randbereich 10b orientiert ist, definiert
werden, bevor Maßnahmen über eine
dritte Einrichtung 8 für
die Polymerisation eines eingeschlossenen Kunststoffmaterials ergriffen
werden.
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Ein äußerer ringförmiger Rand 15d, der
mit einer Vielzahl von auswärts
gerichteten Rillen 15d' versehen
ist, wird auf das Substrat 15 aufgebracht.
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Die Rillen 15d' können vorteilhafterweise
radial orientiert werden, können
aber auch schräg
oder in der Form eines Labyrinth angeordnet werden.
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Die 9 zeigt,
dass der Rand 15d gegen die Oberfläche 3a abschließen soll
und dass, wenn die zweite Formhöhlung 6 unregelmäßig über das Loch 10a gefüllt wird,
das Kunststoffmaterial 9 an einem Weiterfließen gehindert
werden soll. Eine Reihe von Rillen 15d' in dem Rand 15d erhöht den Widerstand
des Kunststoffmaterials gegen ein Herausfließen, zugunsten eines einfacheren
Fließwegs über andere
Rillen.
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Die Größe und Zahl der Rillen 15d' ist eine Frage
der Dimensionierung, basierend auf der betreffenden Anwendung und
dem gewählten
Kunststoffmaterial.
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Die 10 zeigt,
dass ein äußerer kreisförmiger Ring 9d mittels
lichthärtender
Maßnahmen oder
dergleichen gebildet werden kann.
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Die 10 zeigt,
dass eine Maske 30 zentral über das Substrat 15 gelegt
ist und über
eine Linie 15e einen beträchtlichen Teil des Kunststoffmaterials 9 der
Scheibe 10 abschirmt, aber einen kreisförmigen ringförmigen Teil 9d belichtet,
bevor das Material 9 der Scheibe 10 zu 9' polymerisiert wird.
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Wenn das Kunststoffmaterial 9 aus
dem Teil 9d herausgepresst wird, wird es polymerisiert
und bildet eine Verengung oder einen Rand, der ein weiteres Passieren
von Kunststoffmaterial 9 mit einer Verteilung des Kunststoffmaterials 9 innerhalb
der zweiten Formhöhlung 6 verhindert.
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Die Maske 30 kann dann entfernt
werden, so dass der Rest des Kunststoffmaterials 9 einer
Polymerisation zu einer harten Scheibe 9' unterworfen werden kann.
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Das viskose Kunststoffmaterial 9 soll über die
zweite Einrichtung 7 zu der ersten Formhöhlung 5 unter
einem geeigneten positiven Druck und über eine kreisförmige Ventilanordnung 14 zugeführt werden
können.
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Diese erste Formhöhlung wird unter negativen
Druck durch eine vierte Einrichtung in der Zeit gestellt, während der
die Formteile zur der vollständig geschlossenen
Position bewegt werden.
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Die 9 veranschaulicht,
wie die Formhöhlungen 5 bzw.
6 durch einen Versiegelungsring 40 versiegelt werden, wenn
ein negativer Druck vorherrscht.
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Die 11 zeigt
perspektivisch eine gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte Scheibe 10 aus einem Substrat 15 mit
einer nach unten gerichteten Oberfläche 15a, der eine
Mikrostruktur 15b zugewiesen wurde und die von einer semireflektierenden Schicht 20 bedeckt
ist.
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Diese Mikrostruktur 15a wird
nun spiegelbildlich auf einer Oberfläche der polymerisierten Schicht 9' reproduziert,
welche eine Mikrostruktur 9a' auf
ihrer Oberfläche 9a entsprechend
den Mikrostrukturen für
die Oberfläche 3a aufweist.
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Die der Mikrostruktur 9a' zugehörige Oberfläche 9a kann
vorteilhafterweise mit einer reflektierenden Schicht 9b' bedeckt sein.
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Gemäß der Erfindung und Figur 12 kann
die Scheibe 10 eine feine Mikrostruktur 10f mit
der Schicht 9b' erhalten,
wodurch die Scheibe 10 für das Speichern von Daten geeignet
gemacht wird, wie eine CD-Scheibe gemäß 11.
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Gemäß der Erfindung kann die Scheibe 10 eine
grobe, rillenförmige
Struktur 10e erhalten. Die 13 veranschaulicht
eine Anwendung, in welcher die Scheibe 10 auf einem Träger 130 ruht
und eine Rille 131 verschließt.
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Ein Fluid 132 fließt durch
die Rillen 131 und das Fluid 132 kann durch Laserstrahlen 133 oder dergleichen
durch die Scheibe 10 analysiert werden.
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Die Erfindung ist natürlich nicht
auf die oben stehend als Beispiel beschriebene Ausführungsform beschränkt. Modifikationen
sind innerhalb des Umfangs der erfinderischen Idee, die in den anhängigen Ansprüchen erläutert wird,
möglich.