JP2006007690A - ディスク成形金型 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光ディスクの内周部の温度を上昇させることなく外周部の転写率を向上させ、ピットやグルーブの変形が生じ難く且つ成形サイクルを短縮させて生産効率を向上させるディスク成形金型を提供する。
【解決手段】 本発明のディスク成形金型100は、可動金型5および固定金型3とからなり、金型100内に形成された空隙部13に樹脂材料を射出することによって光ディスク成形品を成形する。情報記録溝を有するスタンパ11が取り付けられる側の金型3において、スタンパ11の外周部が接する金型ミラー面3dと金型温度調節用配管路25の間に空間層83を設け、また必要に応じて空間層83に所定の温度に加熱された熱風を供給して、ディスク外周部の温度をディスク内周部の温度よりも高くする。
【選択図】 図2
【解決手段】 本発明のディスク成形金型100は、可動金型5および固定金型3とからなり、金型100内に形成された空隙部13に樹脂材料を射出することによって光ディスク成形品を成形する。情報記録溝を有するスタンパ11が取り付けられる側の金型3において、スタンパ11の外周部が接する金型ミラー面3dと金型温度調節用配管路25の間に空間層83を設け、また必要に応じて空間層83に所定の温度に加熱された熱風を供給して、ディスク外周部の温度をディスク内周部の温度よりも高くする。
【選択図】 図2
Description
本発明は、ディスク成形金型に関し、より詳細には、光学特性に優れた光ディスクを成形することができるディスク成形金型に関する。
一般的に、光ディスク(成形基板)は溶融した熱可塑性樹脂を金型に形成された空隙部に射出した後、金型内にて冷却することにより成形されている。図4は、このような光ディスク成形金型の要部拡大図である。図4に示すように、光ディスク成形金型1は、固定金型3と可動金型5とを具備し、固定金型3は位置不動に支持されており、可動金型5は固定金型3に対して離接自在(図4においては上下方向に移動自在)に配設されている。
固定金型3は、外周部に固定側位置決め部材7を備えると共に、中央部に樹脂材料を射出するためのノズル孔9aが設けられたノズル9が配置されている。ノズル9には、溶融された熱可塑性樹脂を供給するバレル(図示せず)が連結されている。また、固定金型3のミラー面3aには、情報記録溝が形成された情報原盤であるスタンパ11が、空隙部13の一部を構成するように固定されている。より具体的には、スタンパ11の内周部は、スタンパホルダ15により固定され、また、スタンパ11の外周部は、固定金型3に形成された管路3bに接続された真空ポンプなどの真空供給源21により、ミラー面3aとスタンパ11の間の空気が吸引されることによりミラー面3aに吸着している。
可動金型5は、外周部には可動側位置決め部材23を備えると共に、中央部にパンチ25が設けられている。そして、可動金型5を移動させて固定金型3に接合させると、可動金型5の可動側位置決め部材23と固定金型3の固定側位置決め部材7とが嵌合して固定金型3と可動金型5の相対位置が決められると共に、空隙部(キャビティ)13がスタンパ11に対向して形成される。また、光ディスク成形金型1には、冷媒が循環される、例えばスパイラル状の流路25および27が固定金型3および可動金型5の内部に夫々形成されており、これらの流路25,27には冷媒循環用の温調機(図示せず)が連結されている。
光ディスク成形金型1による光ディスク(成形基板)の成形は、可動金型5を固定金型3に一体に接合させて形成されたキャビティ13内にノズル孔9aから溶融した樹脂材料(図示せず)を射出し、キャビティ13に射出された樹脂材料を光ディスク成形金型1とともに冷媒により強制的に冷却する。そして、冷却により樹脂材料を凝固させた後、可動金型5を固定金型3から離間させて開き、光ディスク成形品を取り出すことにより行われる。
上述した光ディスク(成形基板)の成形において、樹脂温度は、射出充填時には樹脂の固化温度より高く、凝固時には取出し可能な温度より低くなっていることが望ましい。つまり、樹脂材料温度が固化温度より高いと、樹脂のキャビティ13内での流動性が高いためスタンパ11への転写性が向上し、スタンパ11の凹凸に近いピット形状が得られ、複屈折や反射率、等の光ディスク特性が良くなる。また、取出し時に樹脂材料温度が凝固温度以下になっていないと、光ディスク(成形基板)を取出す時に変形し、反りなどが生じて光ディスク特性が悪化するからである。
また、情報読取り時のトレースエラーやC/Nの低下の一因となる歪の少ない光ディスクを得るためには、キャビティ13内に射出充填された樹脂材料の冷却速度が光ディスクの全面で同一であることが望ましく、このようなディスク成形金型としては、固定金型および可動金型に設けられた加熱手段と、スプールを冷却するためにスプールブッシュおよびパンチコアに設けられた冷却手段との間に、加熱手段を備え、冷却手段による光ディスクの中心部の冷却を抑制して、光ディスクの冷却速度を全面でほぼ同一とするようにしたものが知られている。(例えば、特許文献1参照。)。
特開平5−212767号公報
図5に赤外線センサで測定した温度分布を写真で示すように、図4に示す従来の光ディスク成形金型1による光ディスクの成形においては、射出充填時の溶融樹脂はキャビティ13との接触部分から冷却されて固化層が発達するため、また内周部はキャビティ13に射出充填される高温の樹脂の影響を直接受けるため、光ディスクの内周部と外周部で温度差が生じ、外周部cの温度(例えば、114.9℃)は内周部aの温度(例えば、119.6℃)より低くなる傾向がある。このため、外周部におけるスタンパ11のグルーブ(溝)やピットの転写率は低下する。ここで外周部cと内周部aとの間に位置する中周部bの温度は117.0℃である。
図6は、光ディスクの中心からの距離(Radius)と、転写されたグルーブ深さ(I)との関係を示したものであり、中心からの距離が47mm程度までのグルーブ深さは、略160nmと一定であるが、それより外周部においては次第にグルーブ深さが浅くなり、最外周部においては略100nmまで低下している。即ち、光ディスクの外周部における転写率が低下していることが分かる。
金型温度を従来の温度より高い温度に設定して樹脂の流動性を高めることにより、外周部における転写率を向上させることは可能ではあるが、これによると、内周部の温度が必要以上に高くなって内周部の温度が型開きに必要な凝固温度以下になるまでの冷却に長時間を要し、成形サイクルが長くなって生産効率が低下する問題があった。また、内周部の温度が高いことにより、光ディスクを取出す時にピットやグルーブの形状が変形し、内周部クラウドが生じ易く、光ディスク特性が悪化する虞があった。
また、特許文献1に開示されたディスク成形金型によると、射出充填時の溶融樹脂はキャビティとの接触部分から冷却されるので、光ディスクの内周部に比較して温度が低い光ディスクの外周部の温度に合わせて光ディスクの全面の温度をほぼ同一にすることとなる。換言すれば、光ディスクの全面の温度が低い状態で成形されるのでピットやグルーブの転写率が低下する虞があった。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、光ディスクの内周部の温度を上昇させることなく外周部の転写率を向上させて、ピットやグルーブの変形が生じ難く、且つ成形サイクルを短縮させて生産効率を向上させるディスク成形金型を提供することを目的とする。
本発明のディスク成型金型は、少なくとも2つの金型で構成され、金型内に形成された空隙部に樹脂材料を射出することによって光ディスク成形品を成形するディスク成形金型であって、情報記録溝を有するスタンパが取り付けられる側の金型において、前記スタンパの外周部が接する金型ミラー面と金型温度調節用配管路の間に空間層を設けたことを特徴とする。
上記構成によれば、情報記録溝を有するスタンパが取り付けられる側の金型において、スタンパの外周部が接する金型ミラー面と金型温度調節用配管路の間に空間層を設けたので、該空間層が断熱層として作用して熱が金型のスタンパ外周部側に蓄熱される。従って、ディスク内周部の温度を上昇させることなく、ディスク外周部の温度を内周部の温度より高い温度に維持することができる。これにより、ディスクの外周部の転写率を向上させてスタンパの凹凸形状に近いピット形状が得られ、複屈折や反射率、等の光ディスク特性が良くなる。
本発明のディスク成型金型は、前記空間層に所定の温度に加熱した熱風を供給する熱風供給手段を具備したものを含む。
上記構成によれば、所定の温度に加熱された熱風を空間層に供給することができるため、ディスクの外周部の金型温度を更に高くすることができ、これによって、ディスクの外周部の転写率を更に向上させることができる。
本発明のディスク成型金型は、温度調節された管路内に圧縮空気を流すことにより前記圧縮空気の温度を所定の一定温度に加熱する空気加熱手段を備え、前記空気加熱手段により所定の一定温度に加熱された前記圧縮空気を前記空間層に供給するようにしたものを含む。
上記構成によれば、温度調節された管路内に圧縮空気を流すことにより圧縮空気の温度を所定の一定温度に加熱する空気加熱手段を備え、空気加熱装置により所定の一定温度に加熱された圧縮空気を空間層に供給するようにしたので、スタンパの外周部が接する金型ミラー面の温度を任意の温度に安定して制御することができる。これにより、ディスク外周部の温度を内周部の温度と略同一の温度まで上昇させてディスクの内周部と外周部の温度差を低減させることができる。従って、成形サイクルを長くすることなく、外周部の転写率を向上させて光ディスク特性を向上させることができる。
本発明のディスク成型金型は、前記空気加熱手段が流量調節機構を備え、前記空間層に供給する前記圧縮空気の流速を前記流量調節機構により調整するものを含む。
上記構成によれば、空気加熱手段が流量調節機構を備え、空間層に供給する圧縮空気の流速を流量調節機構により調整するようにしているため、スタンパの外周部が接する金型ミラー面の温度制御を更に容易に行うことができる。これにより、ディスクの転写率を向上させると共に、成形サイクルの短縮が容易に可能となる。
本発明のディスク成形金型によれば、スタンパの外周部が接する金型ミラー面と金型温度調節用配管路の間に空間層を設け、更に空間層に所定の温度に加熱された熱風を供給するようにしたので、ディスク内周部の温度を上昇させることなく、ディスク外周部の温度を内周部の温度より高い温度に、或いは略同一温度に維持することができる。これにより、成形サイクル時間を長くすることなく、ディスクの外周部の転写率を向上させて優れた光ディスク特性を有する光ディスクを成形することができる。また、ディスクの外周部と内周部の温度差を最小に制御してピットやグルーブの変形の発生を低減させることができる。
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
以下本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明のディスク成形金型が適用されるプリプラ式射出成形機の概略構成図、図2は第1実施形態のディスク成形金型の要部縦断面図である。
図1は本発明のディスク成形金型が適用されるプリプラ式射出成形機の概略構成図、図2は第1実施形態のディスク成形金型の要部縦断面図である。
本発明の射出成形機は、ディスク成形金型100における固定金型3のディスク外周部に対応するミラー面3a、金型温度調節用配管路25との間に、略ドーナツ円盤状に形成された空間層83を具備したことを特徴とするものである(図2参照)が、先ず、図1を参照して射出成形機について説明する。この射出成形機50は、シリンダ51と、バレル53と、本発明に係るディスク成形金型100と、から構成されている。シリンダ51は、溶融した樹脂材料をディスク成形金型100のキャビティ(空隙部)13内に射出するためのものであって、先端(図1においては下端)に樹脂の射出口となるノズル55を備え、内部のシリンダ室57内にはプランジャ59が軸方向に移動可能に収容されている。シリンダ室57の下部は、バレル53側から供給される樹脂材料を一時的に貯留する貯留部となっている。
プランジャ59の上端には、プランジャ59に作用する力の大きさを検出するロードセル61と、雌ねじ部(図示せず)を有するスライダ63とが配設されている。スライダ63は、連結部材65を介してプランジャ59に一体に取り付けられている。スライダ63の雌ねじ部は、サーボモータ67の回転軸に固定されたボールねじ69に螺合しており、ボールねじ69を回転させることによりプランジャ59を上下方向に移動させるようになっている。また、スライダ63は、連結部材65に形成されたガイド穴(図示せず)がシリンダ51と基台71との間に架設された2本のガイドピン73に摺動自在に嵌合しており、スライダ63の回転方向の運動が制限されている。サーボモータ67には、エンコーダ75が配設されており、サーボモータ67の回転軸の回転速度や回転角度を検出するようになっている。
制御装置77は、サーボモータ67、エンコーダ75およびロードセル61と電気的に接続されており、エンコーダ75により検出されたサーボモータ67の回転軸の回転速度や回転角度、ロードセル61により検出されたプランジャ59に作用する力の大きさなどの検出信号が入力され、その検出信号に基づいた制御信号をサーボモータ67に出力してサーボモータ67を制御するようになっている。即ち、制御装置77は、サーボモータ67の出力トルクおよびロードセル61により検出されるシリンダ室57の貯留部内の樹脂圧力などが所定の値となるようにサーボモータ67を駆動制御する。
バレル53は、一端(図1において右端)にシリンダ室57に連通する供給口79aが形成され、内部にスクリュー81を回転可能に収容するスクリュー室79が設けられている。スクリュー室79の外周面には、樹脂材料を溶融するための電気ヒータなどの加熱装置(図示せず)が巻き付けられている。また、バレル53には、図示しないホッパが配設されており、樹脂材料がホッパからスクリュー室79に投入される。そして、スクリュー81を回転させることにより、ホッパからスクリュー室79に投入され、加熱装置によって溶融された樹脂材料を、供給口79aを介してシリンダ室57に供給するようになっている。
ディスク成形金型100は、固定金型(上金型)3と可動金型(下金型)5とから構成され、型締めしたとき、固定金型3と可動金型5により光ディスクを成形するためのキャビティ(空隙部)13が成形される。固定金型3には、キャビティ13に連通するゲート3cが形成されており、シリンダ51のノズル55がゲート3cに連通して配置されている。
次に、図2を参照してディスク成形金型100について説明する。尚、以下の実施形態において、ディスク成形金型100の基本構成およびその基本作用は、図4において既に説明したディスク成形金型1と同様であるので、同一部分には同一符号または相当符号を付して詳細な説明は省略する。
図2に示すように、ディスク成形金型100は、固定金型3のミラー面3aに、情報記録溝が形成された情報原盤であるスタンパ11が、空隙部13の一部を構成するように固定されている。即ち、スタンパ11の内周部は、スタンパホルダ15により固定され、また、スタンパ11の外周部は、固定金型3に形成された管路3bに接続された真空供給源21により、ミラー面3aとスタンパ11の間の空気が吸引されることによりミラー面3aに吸着して固定されている。ミラー面3aのスタンパ外周部が接する部位3dと金型温度調節用配管路25の間には、略ドーナツ円盤状に形成された空間層83が設けられている。
本実施形態のディスク成形金型100による光ディスクの成形は、可動金型5を固定金型3に一体に接合させてキャビティ13を形成し、サーボモータ67を回転させてプランジャ59を移動させ、ノズル孔9aから溶融した樹脂材料(図示せず)をキャビティ13内に射出する。そして、キャビティ13内に射出された樹脂材料を金型温度調節用配管路25に流れる冷媒によりディスク成形金型100とともに強制的に冷却する。冷却により樹脂材料を凝固させた後、可動金型5を固定金型3から離間させ、固定金型3の表面に付着した樹脂材料を金型100中心からのエアーブロー(図示せず)により剥離させて凝固した樹脂材料としての光ディスク成形品が得られる。
キャビティ13内に射出された樹脂材料はキャビティ13との接触部分から冷却されて固化層が発達するため、また内周部はキャビティ13に射出充填される高温の樹脂の影響を直接受けるため、光ディスクの内周部と外周部で温度差が生じ、外周部の温度は内周部の温度より低くなる傾向があるが、本実施形態のディスク成形金型100は、ミラー面3aのスタンパ外周部が接する部位3dと金型温度調節用配管路25の間に空間層83が設けられているので、空間層83が断熱層として作用し、熱がミラー面3aのスタンパ外周部が接する部位3dの近傍に蓄熱されてスタンパ外周部における温度低下が抑制される。従って、ディスク外周部の温度を内周部の温度より高い温度に維持することができ、これによってディスク外周部の転写率が大幅に向上する。
本実施形態のディスク成形金型100によれば、情報記録溝を有するスタンパ11が取り付けられる側の金型3において、スタンパ11の外周部が接する金型ミラー面3aと金型温度調節用配管路25の間に空間層83を設けたので、該空間層83が断熱層として作用して金型3のスタンパ外周部側に蓄熱される。従って、ディスク内周部の温度を上昇させることなく、ディスク外周部の温度を内周部の温度より高い温度に維持することができる。これにより、ディスクの外周部の転写率を向上させてスタンパ11の凹凸に近いピット形状が得られ、複屈折や反射率、等の光ディスク特性を向上させることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明のディスク成形金型の第2実施形態を図3に基づいて説明する。図3は本発明の第2実施形態であるディスク成形金型の概略構成図である。
尚、第2実施形態のディスク成形金型200は、第1実施形態のディスク成形金型100と多くの共通点を有し、異なるのは空間層83に熱風を供給する空気加熱装置91が配設されている点だけであるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
次に、本発明のディスク成形金型の第2実施形態を図3に基づいて説明する。図3は本発明の第2実施形態であるディスク成形金型の概略構成図である。
尚、第2実施形態のディスク成形金型200は、第1実施形態のディスク成形金型100と多くの共通点を有し、異なるのは空間層83に熱風を供給する空気加熱装置91が配設されている点だけであるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
図3に示すように、第2実施形態のディスク成形金型200は、空気加熱装置91を備えている。空気加熱装置91は、金属などによりパイプ状に形成された管路93と、管路93の外周面に巻き付けられて配設された加熱ヒータ95と、加熱ヒータ95への通電量を制御して管路93の温度を任意の温度に制御する温度調整機97と、から構成されている。管路93の上流側の端部93aは、パイプ111により流量調節機構99を介して圧縮空気供給装置(図示せず)に接続されている。また、管路93の下流側の端部93bは、パイプ113により空間層83に接続されている。
そして、温度調整機97で制御することにより任意の所定の温度に加熱された管路93内に、圧縮空気供給装置から圧縮空気を供給して所定の温度に加熱した後、加熱された圧縮空気をパイプ113を介して空間層83に供給する。これにより、固定金型3のディスク外周部に対応するミラー面3dの温度を、少なくともディスク内周面の温度と同等温度まで上昇させてディスク外周部の転写率を向上させる。尚、空間層83に供給される圧縮空気の温度および供給量は、温度調整機97および流量調節機構99によって任意に調節可能であり、これによって、固定金型3のディスク外周部に対応するミラー面3dの温度を任意の温度に制御することができる。
本実施形態のディスク成形金型200によれば、任意の所定の温度に加熱された熱風を空間層83に供給するようにしたので、ディスクの外周部の金型温度を高くすることができ、これによって、ディスクの外周部の転写率を向上させることができる。
また、本実施形態のディスク成形金型200によれば、温度調節された管路93内に圧縮空気を流すことにより圧縮空気の温度を所定の一定温度に加熱する空気加熱装置91を備え、空気加熱装置91により所定の一定温度に加熱された圧縮空気を空間層83に供給するようにしたので、スタンパ11の外周部が接する金型ミラー面3dの温度を任意の温度に安定して制御することができる。これにより、ディスク外周部の温度を内周部の温度と略同一の温度まで上昇させてディスクの内周部と外周部の温度差を低減させることができる。従って、成形サイクルを長くすることなく、外周部の転写率を向上させて光ディスク特性を向上させることができる。
更に、本実施形態のディスク成形金型200によれば、空気加熱装置91は流量調節機構99を備え、空間層83に供給する圧縮空気の流速を流量調節機構99により調整するようにしたので、スタンパ11の外周部が接する金型ミラー面3dの温度を更に容易に制御することができる。これにより、ディスク外周部の転写率を向上させると共に、成形サイクルの短縮が可能となる。
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
100 ディスク成形金型
200 ディスク成形金型
3 固定金型
3a 金型ミラー面
5 可動金型
11 スタンパ
13 キャビティ(空隙部)
25 金型温度調節用配管路
83 空間層
91 空気加熱装置
93 管路
99 流量調節機構
200 ディスク成形金型
3 固定金型
3a 金型ミラー面
5 可動金型
11 スタンパ
13 キャビティ(空隙部)
25 金型温度調節用配管路
83 空間層
91 空気加熱装置
93 管路
99 流量調節機構
Claims (4)
- 少なくとも2つの金型で構成され、金型内に形成された空隙部に樹脂材料を射出することによって光ディスク成形品を成形するディスク成形金型であって、
情報記録溝を有するスタンパが取り付けられる側の金型において、前記スタンパの外周部が接する金型ミラー面と金型温度調節用配管路の間に空間層を設けたことを特徴とするディスク成形金型。 - 前記空間層に所定の温度に加熱した熱風を供給する熱風供給手段を具備したことを特徴とする請求項1に記載のディスク成形金型。
- 温度調節された管路内に圧縮空気を流すことにより前記圧縮空気の温度を所定の一定温度に加熱する空気加熱手段を備え、
前記空気加熱手段により所定の一定温度に加熱された前記圧縮空気を前記空間層に供給することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のディスク成形金型。 - 前記空気加熱手段は流量調節機構を備え、
前記空間層に供給する前記圧縮空気の流速を前記流量調節機構により調整することを特徴とする請求項3に記載のディスク成形金型。
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