KR20010016654A - Molding product fabricating apparatus and fabricating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고정밀한 형상이 새겨진 금형 또는 스탬퍼를 이용하여 성형품(molding product)을 제조하는 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사출 성형, 사출 압축 성형, 압축 성형, 압출 성형 등의 방법을 이용하여 플라스틱, 세라믹, 금속 등의 재료로 된 고정밀한 임의의 패턴 형상을 갖는 성형품, 예를들면 광 디스크, 광자기 디스크, 렌즈 등과 같은 정밀 성형품을 제조하는 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for manufacturing a molded product (molding product) using a mold or stamper engraved with a high precision shape, and more specifically, by using a method such as injection molding, injection compression molding, compression molding, extrusion molding The present invention relates to a device for manufacturing a precision molded article such as an optical disk, a magneto-optical disk, a lens, and the like, and a manufacturing method having a high-precision arbitrary pattern shape made of a material such as ceramic, metal and the like.
잘 알려진 바와같이, 광 디스크, 광자기 디스크, 렌즈 등과 같은 정밀 성형품은 고도로 정교한 표면 전사도와 낮은 복굴절을 요구하고 있으며, 이러한 정밀 성형품은, 예를들면 사출 성형, 사출 압축 성형, 압축 성형, 압출 성형 등의 방법을 통해 제조되고 있다. 여기에서, 전사도는 스템퍼 또는 금형의 패턴에서 측정한 높이와 제조된 성형품에서 측정한 높이간의 비를 나타낸다. 따라서, 전사도가 1 이면 스템퍼 또는 금형의 패턴이 완벽하게 성형품으로 전사되었음을 의미하고, 전사도가 0 이면 전사가 전혀 일어나지 않았음을 의미한다.As is well known, precision molded parts such as optical discs, magneto-optical discs, lenses, etc., require highly precise surface transfer and low birefringence, such as injection molding, injection compression molding, compression molding, extrusion molding. It is manufactured by the method of these. Here, the transfer degree represents the ratio between the height measured in the pattern of the stamper or the mold and the height measured in the manufactured molded article. Therefore, a transfer degree of 1 means that the pattern of the stamper or mold is completely transferred to the molded article, and a transfer degree of 0 means that no transfer occurs.
일예로서, 정밀 성형품중의 하나인 광 디스크를 사출 성형 방법을 이용하여 제조하는 과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.As an example, a process of manufacturing an optical disk, which is one of the precision molded products, by using an injection molding method will be described below.
먼저, 광 디스크를 제조할 때 펠릿 형태의 고분자 수지를 사출 성형기내로 이송하여 용융시킨 다음 노즐 등을 통해 용융된 수지를 금형내로 이송시키는 데, 이때 금형의 가동 부재 또는 고정 부재에는 대용량의 정보가 기록되어 있는 또는 정보의 기록이 가능하도록 되어 있는 임의의 패턴들이 새겨진 스템퍼가 구비(또는 설치)되어 있다. 따라서, 금형내로 이송된 용융 수지가 보압 또는 압축 공정에 의해 스템퍼에 있는 임의의 패턴으로 성형품(즉, 광 디스크)의 표면에 전사되므로써, 제조하고자하는 광 디스크가 완성된다.First, when manufacturing an optical disk, a pellet-type polymer resin is transferred into an injection molding machine and melted, and then the molten resin is transferred into a mold through a nozzle or the like, wherein a large amount of information is stored in the movable member or the fixing member of the mold. There is provided (or installed) a stamper engraved with any patterns that are recorded or that are capable of recording information. Thus, the molten resin transferred into the mold is transferred to the surface of the molded article (i.e., optical disk) in any pattern in the stamper by the holding or compression process, thereby completing the optical disk to be manufactured.
한편, 상술한 바와같이 사출 성형 등을 이용하여 제조되는 정밀 성형품의 품질에 가장 큰 영향은 미치는 인자는 표면 전사도와 복굴절이다. 더욱이, 스템퍼의 패턴이 정교해질수록 전사가 어려워지기 때문에 특히 전사도 향상이 더욱 요구되고 있다.On the other hand, as described above, the factor which has the greatest influence on the quality of the precision molded product manufactured by injection molding or the like is surface transfer degree and birefringence. Moreover, since the more difficult the transfer of the stamper pattern, the more difficult the transfer is required.
따라서, 전사도를 향상시키기 위해서는 스템퍼 또는 금형에 수지가 접촉할 때 유리전이 온도 이상의 온도가 유지되어야 하며 이러한 상태는 보압 또는 압축력을 받을 때까지 유지되어야 한다. 또한, 수지 표면에 전사가 이루어진 후에는 가능한 한 빨리 냉각되어야 형상의 왜곡을 방지할 수 있다.Therefore, in order to improve the degree of transfer, a temperature above the glass transition temperature must be maintained when the resin contacts the stamper or the mold, and this state must be maintained until the pressure or compressive force is applied. In addition, after the transfer is performed on the resin surface, cooling should be performed as soon as possible to prevent distortion of the shape.
상술한 바와같이, 정밀 성형품의 전사도 및 복굴절을 향상시키 위한 여러 가지 방법들이 제안되고 있으며, 이러한 방법중의 하나는 Shu 등에 의해 제안되어 미국 상표특허청에 출원번호 us04548773호(이하, 선행특허라함)로 출원된 것이 있다.As described above, various methods for improving the transfer degree and birefringence of precision molded articles have been proposed, and one of these methods is proposed by Shu et al. And filed with US Patent Application No. us04548773 (hereinafter referred to as a prior patent). There is a filed as.
이러한 선행특허에서는 금형내에 순간 가열 및 순간 냉각이 가능한 관을 설치함으로써, 정밀 성형에서 요구되는 여러 가지 물성, 즉 우수한 표면 전사도와 복굴절을 얻을 수 있다고 기술하고 있다.This prior patent describes that by installing a tube capable of instantaneous heating and instantaneous cooling in a mold, various physical properties required for precision molding, that is, excellent surface transfer and birefringence can be obtained.
그러나, 선행특허는 실제 사용할 때에 가열 및 냉각 회로가 서로 인접하여 설치되기 때문에 실제적으로 순간 가열 및 순간 냉각의 효과를 얻는다는 것이 불가능함이 판명되었다. 즉, 가열관에 의해 금형 표면의 온도 상승을 기대할 수 있으나 이웃한 냉각관에 의한 냉각이 효과적으로 이루어지지 않아 성형품의 왜곡을 피할 수가 없다는 문제를 갖는다.However, the prior patent has proved impossible in practical use to obtain the effect of instantaneous heating and instantaneous cooling because heating and cooling circuits are installed adjacent to each other. That is, the temperature of the surface of the mold can be expected by the heating tube, but the cooling by the neighboring cooling tube is not effective, and thus the distortion of the molded article cannot be avoided.
한편, Ibar 등에 의해 제안된 미국 특허출원 us005885495A호에서는 100Hz의 기계적 진동을 고분자 용융액에 가하면 점도가 낮아져 정밀 성형에서 요구되는 여러 가지 물성이 향상됨을 기술(주장)하고 있고, 또한 Furusawa 등에 의해 제한된 미국 특허출원 us005202064, us005202066, us005017311, us005068068 등에서는 초음파 공명 현상을 사출 또는 압출 성형에 이용하면(즉, 초음파를 용융액에 가하면) 용융액의 저항을 감소시켜 압출량의 증가 등 여러 가지 유용한 점이 있다고 기술하고 있다. 또한, Lee 등에 의해 제안된 미국 특허출원 us004793954호에서는 전단 응력이 가해지는 고분자 용융액에 초음파를 가하면 용융액과 압출기 벽면과의 마찰을 감소시켜 압출량을 증대시킬 수 있다고 기술하고 있다.On the other hand, U.S. Patent Application US005885495A proposed by Ibar et al. Describes that the application of 100Hz mechanical vibration to the polymer melt results in lower viscosity, which improves various physical properties required for precision molding, and is also limited by Furusawa et al. Applications us005202064, us005202066, us005017311, us005068068, etc., describe the use of ultrasonic resonance phenomena in injection or extrusion (ie, the addition of ultrasonic waves to a melt) to reduce the resistance of the melt, thus increasing the amount of extrusion. In addition, the US patent application US004793954 proposed by Lee et al. Describes that applying ultrasonic waves to a polymer melt subjected to shear stress can increase the extrusion amount by reducing friction between the melt and the extruder wall surface.
이러한 다수의 선행특허들에서 기술하고 있는 바와같이, 초음파를 이용하면 용융액의 점도 강하가 일어남을 알 수가 있다. 그러나, 용융액에 초음파를 가하여 용융액의 점도 강하를 유발시키더라도 성형품의 표면 전사성 및 복굴절을 개선하는 데는 한계를 가질 수밖에 없었다.As described in many of these prior patents, it can be seen that the use of ultrasound results in a drop in the viscosity of the melt. However, even when ultrasonic waves are applied to the melt to cause a decrease in the viscosity of the melt, there is no limit in improving the surface transferability and birefringence of the molded article.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초음파 진동을 이용하여 성형하고자하는 용융 수지(용융액)를 순간 가열 및 순간 냉각시킴으로써 성형품의 표면 전사도 및 복굴절을 개선할 수 있는 성형품 제조 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art, a molded article manufacturing apparatus that can improve the surface transfer degree and birefringence of the molded article by instantaneous heating and instant cooling of the molten resin (melt) to be molded using ultrasonic vibrations The purpose is to provide.
본 발명의 다른 목적은 초음파 진동을 이용하여 성형하고자하는 용융 수지를 순간 가열 및 순간 냉각시킬 수 있는 성형품 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a molded article manufacturing method capable of instantaneous heating and instant cooling of the molten resin to be molded using ultrasonic vibrations.
상기 목적을 달성하기 위한 일관점에 따른 본 발명은, 제조하고자하는 성형품에 대응하는 구조의 공간을 갖는 금형틀내 임의의 위치에 전사하고자하는 임의의 패턴이 형성된 스템퍼 또는 금형이 장착된 성형품 제조 장치에 있어서, 상기 스템퍼 또는 금형에 장착되며, 상기 성형품의 제조를 위한 성형시에 기설정된 임의의 Hz의 진동을 발생시켜 상기 스템퍼 또는 금형에 전달함으로써, 상기 스템퍼 또는 금형의 표면 전사층을 기설정된 온도로 가열시키는 진동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형품 제조 장치를 제공한다.The present invention according to the consistent point to achieve the above object, a molded article manufacturing apparatus equipped with a stamper or a mold having any pattern to be transferred to any position in the mold frame having a space of the structure corresponding to the molded article to be manufactured In the present invention, the stamper or the mold is mounted, by generating a vibration of a predetermined Hz at the time of molding for the production of the molded article to be transmitted to the stamper or mold, thereby transferring the surface transfer layer of the stamper or mold It provides a molded article manufacturing apparatus further comprising a vibration means for heating to a predetermined temperature.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 본 발명은, 제조하고자하는 성형품에 대응하는 구조의 공간을 갖는 금형틀내 임의의 위치에 전사하고자하는 임의의 패턴이 형성된 스템퍼 또는 금형이 장착된 성형품 제조 장치를 이용하여 상기 성형품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 공간에 용융 수지를 충전한 상태에서 상기 성형품을 성형할 때, 기설정된 임의의 Hz의 진동으로 상기 스템퍼 또는 금형을 진동시켜 상기 스템퍼 또는 금형의 표면 전사층을 기설정된 온도로 가열시키는 과정을 포함하는 성형품 제조 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a molded article manufacturing apparatus equipped with a stamper or a mold having an arbitrary pattern to be transferred to an arbitrary position in a mold frame having a space having a structure corresponding to the molded article to be manufactured. In the method for producing the molded article by using, when the molded article is molded in the state filled with the molten resin, the stamper or mold by vibrating the stamper or mold at a vibration of a predetermined Hz It provides a molded article manufacturing method comprising the step of heating the surface transfer layer of a predetermined temperature.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 성형품 제조 장치를 사출 압축 성형기에 적용하여 광디스크를 제조할 때 나타나는 사출 압축 성형기의 일부 단면을 도시한 절결 단면도,1 is a cut-away cross-sectional view showing a partial cross section of the injection compression molding machine that appears when the optical disk is manufactured by applying the molded article manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention to an injection compression molding machine,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형품 제조 장치를 사출 압축 성형기에 적용하여 광디스크를 제조할 때 나타나는 사출 압축 성형기의 일부 단면을 도시한 절결 단면도,FIG. 2 is a cut-away cross-sectional view showing a partial cross section of an injection compression molding machine that appears when an optical disc is manufactured by applying a molded article manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention to an injection compression molding machine; FIG.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형품 제조 장치를 사출 압축 성형기에 적용하여 광디스크를 제조할 때 나타나는 사출 압축 성형기의 전체 단면을 개략적으로 도시한 단면도.Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing the entire cross-section of the injection compression molding machine that appears when manufacturing an optical disc by applying a molded article manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention to an injection compression molding machine.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞<Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
110 : 가동 부재 112 : 용융 수지110: movable member 112: molten resin
120 : 고정 부재 122 : 스템퍼120: fixing member 122: stamper
124 : 금형 블록 126 : 초음파 진동기124: mold block 126: ultrasonic vibrator
130 : 성형기 132 : 성형기 노즐130: molding machine 132: molding machine nozzle
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
잘 알려진 바와같이, 임의의 물체에 미세한 진동을 가할 경우 그 진동수가 커짐에 따라 액체의 탄성계수가 커지게 되고 어느 한계 진동 이후에는 거의 고체처럼 작용하여 발열 현상이 발생한다. 예를들어, 물에 초음파를 가하면 물의 온도가 상승하게 되는 원리이다.As is well known, when a small vibration is applied to an arbitrary object, the elastic modulus of the liquid increases as the frequency increases, and after a certain limit vibration, it almost acts as a solid to generate an exothermic phenomenon. For example, applying ultrasonic waves to water increases the temperature of the water.
이때, 액체가 고분자와 같이 열전도도가 낮은 경우에는 진동이 가해지는 면의 극히 얇은 층만 온도가 상승하게 된다. 따라서, 사출 압축 성형시에 실제로 전사가 행해지는 층(즉, 스템퍼 또는 금형의 표면층)이 얇은 층이므로 이 두께 만큼만 온도를 상승시키면 되기 때문에 사출 압축 성형을 행할 때 짧은 순간에 목표로하는 온도로의 가열이 가능할 뿐만 아니라 순간 냉각이 가능하다. 즉, 순간 가열 및 순간 냉각이 가능하다.At this time, when the liquid has a low thermal conductivity such as a polymer, only the extremely thin layer of the surface to which vibration is applied increases in temperature. Therefore, since the layer to be actually transferred during injection compression molding (that is, the surface layer of the stamper or the mold) is a thin layer, the temperature needs to be increased only by this thickness. Not only heating is possible but also instant cooling is possible. That is, instantaneous heating and instant cooling are possible.
본 발명은 상기한 바와같이 미세 진동을 이용해 얇은 층을 발열시키는 기법을 이용한다는 것으로, 그 핵심 기술요지는, 스템퍼 또는 금형 등을 이용하여 정밀 성형품을 제조할 때 스템퍼 또는 금형에 초음파 진동을 직접 인가하여 스템퍼 또는 금형의 전사층(즉, 실제 전사가 행해지는 얇은 층)을 순간 가열 및 순간 냉각시킴으로써 성형품의 표면 전사도를 향상시킴과 동시에 복굴절을 낮게 개선한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 용이하게 달성할 수 있다.The present invention uses a technique for generating a thin layer using a fine vibration as described above, the core technical point is that, when manufacturing a precision molded article using a stamper or mold, ultrasonic vibration to the stamper or mold By direct application of instantaneous heating and instantaneous cooling of the transfer layer of the stamper or mold (i.e., the thin layer on which the actual transfer takes place), it improves the surface transferability of the molded part and at the same time lowers the birefringence. The object of the present invention can be easily achieved.
또한, 본 발명에 따라 초음파 진동을 이용하여 정밀 성형품을 제조하는 방법은 사출 성형, 사출 압축 성형, 압축 성형, 압출 성형 등에 모두 적용될 수 있으나, 여기에서는 바람직한 실시예로써 사출 압축 성형을 통해 광디스크를 제조하는 경우를 일예로서 설명하고자 한다.In addition, according to the present invention, a method for manufacturing a precision molded article using ultrasonic vibration may be applied to all of injection molding, injection compression molding, compression molding, extrusion molding, etc., but in this embodiment, an optical disc is manufactured through injection compression molding. The case will be described as an example.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 성형품 제조 장치를 사출 압축 성형기에 적용하여 광디스크를 제조할 때 나타나는 사출 압축 성형기의 일부 단면을 도시한 절결 단면도이다.1 is a cut-away sectional view showing a partial cross section of an injection compression molding machine which appears when an optical disc is manufactured by applying a molded article manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention to an injection compression molding machine.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에서는 스템퍼(122)의 뒤쪽(즉, 전사하고자하는 미세 패턴이 형성된 반대쪽)에, 예를들면 초음파 진동기(126)를 장착하는 구조를 채용한다. 즉, 고정 부재(120)에 상측에는 초음파 진동기(126)가 설치되는 데, 이러한 초음파 진동기(126)는 스템퍼(122)의 뒤쪽에 장착되는 구조를 형성한다.Referring to FIG. 1, an embodiment of the present invention employs a structure in which, for example, an ultrasonic vibrator 126 is mounted on the rear side of the stamper 122 (that is, on the opposite side where the fine pattern to be transferred is formed). That is, an ultrasonic vibrator 126 is installed above the fixing member 120, and the ultrasonic vibrator 126 forms a structure mounted behind the stamper 122.
따라서, 성형기 노즐(132)을 통해 도시 생략된 성형기로부터 이송되는 용융 수지(112)(예를들면, 플라스틱, 세라믹, 금속 등과 같이 성형 가능한 재료)가 금형틀내 공간(즉, 광디스크 구조의 공간)에 충전된 상태에서 초음파 진동기(126)에서, 예를들면 10Hz 내지 10MHz의 미세한 초음파 진동을 발생하게 되면 발생된 초음파 진동이 스템퍼(122)로 전달되어 스템퍼(122)가 미세 진동하고, 그 결과(즉, 한계 진동 이후) 용융 수지(112)와 맞닿는 스템퍼(122)의 얇은 표면층(즉, 미세한 패턴이 형성된 얇은 패턴층)에는 발열 현상이 일어나게 된다.Accordingly, the molten resin 112 (for example, a moldable material such as plastic, ceramic, metal, etc.) transferred from the molding machine (not shown) through the molding machine nozzle 132 is placed in the space within the mold frame (ie, the space of the optical disk structure). When the ultrasonic vibrator 126 in the charged state generates fine ultrasonic vibrations of, for example, 10 Hz to 10 MHz, the generated ultrasonic vibrations are transmitted to the stamper 122, and the stamper 122 vibrates finely, and as a result, The heat generation phenomenon occurs in the thin surface layer (ie, the thin pattern layer in which the fine pattern is formed) of the stamper 122 in contact with the molten resin 112 (ie, after the limit vibration).
이때, 스템퍼(122)상의 패턴이 실제 전사되는 층은 얇은 층이므로 이 두께 만큼만 온도를 상승시키면 된다. 따라서, 사출 압축 성형을 행할 때 짧은 순간에 목표로하는 온도로의 가열이 가능하며, 또한 스템퍼(122) 전체가 아니라 스템퍼(122)의 실제 전사층인 얇은 표면층만 일정 온도로 가열되기 때문에 순간 냉각을 실현할 수 있다.At this time, since the layer on which the pattern on the stamper 122 is actually transferred is a thin layer, it is only necessary to raise the temperature by this thickness. Therefore, when performing injection compression molding, heating to a target temperature is possible in a short time, and only the thin surface layer, which is the actual transfer layer of the stamper 122, is heated to a constant temperature, not the entire stamper 122. Instant cooling can be achieved.
따라서, 본 실시예에서는 스템퍼(122)의 뒤쪽에 초음파 진동기(126)를 장착하고, 사출 압축 성형시에 초음파 진동기(126)에서 발생하는 미세한 초음파 진동을 이용하여 스템퍼(122)의 표면층(또는 전사층)을 일정 온도로 순간 가열 및 순간 냉각시켜 주기 때문에 전술한 종래 방법들에 비해 정밀 성형품의 표면 전사도를 대폭 향상시킬 수 있다. 즉, 스템퍼(122) 표면의 얇은 전사층을 가열시켜 스템퍼(122)에 보압 또는 압출력이 작용하도록 함으로써, 고정밀한 표면 전사도를 얻을 수 있다.Therefore, in the present embodiment, the ultrasonic vibrator 126 is mounted on the back of the stamper 122, and the surface layer of the stamper 122 is made using fine ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 126 during injection compression molding. Alternatively, since the transfer layer) is instantaneously heated and cooled at a predetermined temperature, the surface transfer degree of the precision molded article can be significantly improved as compared with the conventional methods described above. That is, high pressure transfer degree can be obtained by heating the thin transfer layer on the surface of the stamper 122 so that the holding pressure or an extrusion force may act on the stamper 122.
또한, 낮은 복굴절을 얻기 위해서는 냉각에 의한 잔류 응력이 낮아야 하고 고분자의 경우는 분자 배향이 작아야 한다는 점을 고려할 때, 본 실시예에서는 용융 수지(112)와 접촉하는 스템퍼(122)의 표면층을 일정 온도로 가열시켜 용융 수지의 온도를 높여 주기 때문에 그 층이 윤활 작용을 한다. 따라서, 사출 압축 성형시에 그만큼 성형 온도를 낮출 수 있기 때문에 고분자의 경우 분자 배향을 줄일 수가 있어 상대적으로 낮은 복굴절값을 얻을 수 있다.In addition, in order to obtain a low birefringence, the surface layer of the stamper 122 in contact with the molten resin 112 is fixed in the present embodiment, considering that the residual stress due to cooling should be low and the molecular orientation should be small in the case of a polymer. The layer is lubricated because it heats up the temperature to raise the temperature of the molten resin. Therefore, since the molding temperature can be lowered at the time of injection compression molding, the molecular orientation of the polymer can be reduced, so that a relatively low birefringence value can be obtained.
한편, 본 실시예에서는 초음파 진동기를 스템퍼의 뒤쪽에 장착하는 구조를 예로들어 설명하였으나, 반드시 이에 국한되는 것은 스템퍼의 옆쪽에 초음파 진동기를 장착하는 구조를 채용하거나 혹은 뒤쪽과 옆쪽 모두에 초음파 진동기를 각각 장착하는 구조를 채용하더라도 실질적으로 동일한 결과, 즉 고정밀한 표면 전사도 및 낮은 복굴절값을 얻을 수 있다.On the other hand, the present embodiment has been described taking the structure of mounting the ultrasonic vibrator on the back of the stamper, for example, but is not limited to the structure of mounting the ultrasonic vibrator on the side of the stamper or the ultrasonic vibrator on both the rear and side Even if employing a structure in which the components are mounted respectively, substantially the same results, that is, high surface transfer degree and low birefringence can be obtained.
또한, 본 실시예에서는 스템퍼의 표면층을 가열시키는 진동 발생 수단으로써 초음파 진동기를 채용하는 것으로 하여 설명하였으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며 초음파 진동기에서와 같이 유사한 진동을 발생할 수 있는 어떤 진동기를 채용하더라도 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있다.In addition, although the present embodiment has been described as employing an ultrasonic vibrator as a vibration generating means for heating the surface layer of the stamper, the present invention is not necessarily limited thereto, and any vibrator capable of generating a similar vibration as in the ultrasonic vibrator may be used. The same effect can be achieved with.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형품 제조 장치를 사출 압축 성형기에 적용하여 광디스크를 제조할 때 나타나는 사출 압축 성형기의 일부 단면을 도시한 절결 단면도이다.FIG. 2 is a cut-away sectional view showing a partial cross section of an injection compression molding machine that appears when an optical disc is manufactured by applying a molded article manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention to an injection compression molding machine.
도 2를 참조하면, 본 실시예는 전술한 실시예에서와 같이 스템퍼(122)의 뒤쪽(즉, 전사하고자하는 미세 패턴이 형성된 반대쪽)에 초음파 진동기(126)를 바로 장착하는 것이 아니라 스템퍼(122)의 뒤쪽과 초음파 진동기(126)사이에 금형 블록(124)을 게재하는 구조를 채용한다는 점이 전술한 실시예와는 다르다.Referring to FIG. 2, the present embodiment does not directly mount the ultrasonic vibrator 126 to the rear of the stamper 122 (that is, the opposite side on which the fine pattern to be transferred is formed) as in the above-described embodiment. It differs from the above-described embodiment in that it adopts a structure for placing the mold block 124 between the rear of the 122 and the ultrasonic vibrator 126.
다시말해, 본 실시예에 따른 성형품 제조 장치는 스템퍼(122)의 뒤쪽에 금형 블록(124)을 설치하고 이 금형 블록(124)의 뒤쪽(스템퍼(122)에 대향하는 쪽)에 초음파 진동기(126)를 장착하는 구조를 채용한 점이 전술한 실시예의 제조 장치와는 다르며, 이러한 점을 제외한 그 이외의 구조는 전술한 실시예에서 도시하고 있는 구조와 실질적으로 동일하다.In other words, in the molded article manufacturing apparatus according to the present embodiment, the mold block 124 is installed at the rear of the stamper 122 and the ultrasonic vibrator is disposed at the rear of the mold block 124 (the side opposite to the temper 122). The use of the structure for mounting 126 is different from the manufacturing apparatus of the above-described embodiment, and the structure other than this point is substantially the same as the structure shown in the above-described embodiment.
따라서, 본 실시예에 따른 성형품 제조 장치는 사출 압축 성형시에 초음파 진동기(126)에서 발생하는 미세한 초음파 진동이 금형 블록(124)을 통해 스템퍼(122)로 전달된다. 본 실시예에서의 구조 변경은 사출 압축 성형시의 어려움 등을 고려할 때 채용하는 것이 바람직한 구조인 것으로, 이와같이 성형품 제조 장치의 구조가 변경되더라도 실질적으로 전술한 실시예에서와 동일한 결과, 즉 고정밀한 표면 전사도 및 낮은 복굴절을 얻을 수 있다.Therefore, in the molded article manufacturing apparatus according to the present embodiment, minute ultrasonic vibration generated in the ultrasonic vibrator 126 during injection compression molding is transmitted to the stamper 122 through the mold block 124. The structural change in the present embodiment is preferably a structure adopted in consideration of difficulties in injection compression molding, and even if the structure of the molded article manufacturing apparatus is changed, the same result as that in the above-described embodiment, that is, a high precision surface The degree of transcription and low birefringence can be obtained.
또한, 본 실시예에 따른 성형품 제조 장치는, 전술한 실시예에서와 마찬가지로 초음파 진동기를 금형 블록의 옆쪽에 장착하거나 혹은 금형 블록의 뒤쪽과 옆쪽 모두에 장착할 수도 있으며, 스템퍼의 표면층을 가열시키는 진동 발생 수단으로써 초음파 진동기가 아닌 다른 유사한 진동기를 채용해도 된다.In addition, the molded article manufacturing apparatus according to the present embodiment, as in the above-described embodiment, may be mounted on the side of the mold block or on both the back and side of the mold block, and the surface layer of the stamper may be heated. A similar vibrator other than the ultrasonic vibrator may be employed as the vibration generating means.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형품 제조 장치를 사출 압축 성형기에 적용하여 광디스크를 제조할 때 나타나는 사출 압축 성형기의 전체 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically illustrating an entire cross-section of an injection compression molding machine that appears when an optical disc is manufactured by applying a molded article manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention to an injection compression molding machine.
도 3을 참조하면, 광디스크를 제조하는 데 사용되는 금형틀은 크게 구분해 볼 때 가동 부재(110)와 고정 부재(120)로 구성되는 데, 가동 부재(110)는 도면에서 화살표 방향으로 이동 가능하도록 지지된다.Referring to Figure 3, the mold used to manufacture the optical disk is composed of a movable member 110 and a fixed member 120 when largely divided, the movable member 110 is movable in the direction of the arrow in the figure Is supported.
여기에서, 가동 부재(110)의 일측(고정 부재(120)와 당접하는 측)에는 용융 수지를 수용하기 위한 공간(즉, 광디스크 구조의 공간)이 형성되어 있는 데, 광디스크의 제조를 위해 사출 압축 성형을 행할 때 이 공간에 성형기 노즐(132)을 통해 공급되는 용융 수지가 충전된다.Here, a space for accommodating the molten resin (that is, the space of the optical disc structure) is formed at one side of the movable member 110 (a side in contact with the fixing member 120), and injection compression is performed to manufacture the optical disc. The molten resin supplied through the molding machine nozzle 132 is filled in this space when molding is performed.
또한, 고정 부재(120)의 대략 중앙부분에는 다량의 용융 수지가 채워진 성형기(130)에 연결된 성형기 노즐(132)이 구비되며, 가동 부재(110)측에 당접하는 일측에는 가동 부재(110)측으로부터 스템퍼(122), 금형 블록(124) 및 초음파 진동기(126)가 순차 형성되어 있다.In addition, a molding machine nozzle 132 connected to a molding machine 130 filled with a large amount of molten resin is provided at a substantially central portion of the fixing member 120, and the movable member 110 is provided at one side of the fixing member 120 in contact with the movable member 110. The stamper 122, the mold block 124, and the ultrasonic vibrator 126 are sequentially formed.
따라서, 상술한 바와같은 구조를 갖는 성형품 제조 장치는 가동 부재(110)가 스템퍼(122)가 장착된 고정 부재(120)에 당접한 상태에서 성형기 노즐(132)을 통해 용융 수지(112)가 광디스크 구조 형상의 공간으로 충전된 상태에서, 초음파 진동기(126)를 작동시켜 미세한 초음파 진동(예를들면, 10Hz - 10MHz의 초음파 진동)을 발생시키면, 발생된 초음파 진동이 금형 블록(124)을 통해 스템퍼(122)로 전달되어 스템퍼(122)가 미세 진동하고, 그 결과 용융 수지(112)와 맞닿는 스템퍼(122)의 얇은 표면층(즉, 미세한 패턴이 형성된 얇은 패턴층)에는 발열 현상이 일어나게 된다.Accordingly, in the molded article manufacturing apparatus having the structure as described above, the molten resin 112 is formed through the molding machine nozzle 132 in a state in which the movable member 110 is in contact with the fixing member 120 on which the stamper 122 is mounted. When the ultrasonic vibrator 126 is operated to generate minute ultrasonic vibration (for example, 10 Hz-10 MHz ultrasonic vibration) in a state filled with a space of an optical disk structure shape, the generated ultrasonic vibration is transmitted through the mold block 124. When the stamper 122 is transmitted to the stamper 122 to vibrate finely, the thin surface layer of the stamper 122 contacting the molten resin 112 (that is, the thin pattern layer having a fine pattern) generates heat. Get up.
이때, 스템퍼(122)상의 패턴이 실제 전사되는 층은 얇은 층이므로 이 두께 만큼만 온도를 상승시키면 된다. 따라서, 사출 압축 성형을 행할 때 짧은 순간에 목표로하는 온도로의 가열이 가능하며, 또한 스템퍼(122) 전체가 아니라 스템퍼(122)의 실제 전사층인 얇은 표면층만 일정 온도로 가열되기 때문에 순간 냉각을 실현할 수 있다.At this time, since the layer on which the pattern on the stamper 122 is actually transferred is a thin layer, it is only necessary to raise the temperature by this thickness. Therefore, when performing injection compression molding, heating to a target temperature is possible in a short time, and only the thin surface layer, which is the actual transfer layer of the stamper 122, is heated to a constant temperature, not the entire stamper 122. Instant cooling can be achieved.
즉, 본 발명에서는 초음파 진동기(126)에서 발생하는 미세한 초음파 진동을 이용하여 스템퍼(122)의 표면층(또는 전사층)을 일정 온도로 순간 가열 및 순간 냉각시켜 주기 때문에 전술한 종래 방법들에 비해 정밀 성형품의 표면 전사도를 대폭 향상시킬 수 있으며, 또한 용융 수지(112)와 접촉하는 스템퍼(122)의 표면층을 일정 온도로 가열시켜 용융 수지의 온도를 높여 성형 온도를 낮추어 주기 때문에, 고분자의 경우 분자 배향을 줄일 수가 있어 상대적으로 낮은 복굴절값을 얻을 수 있다.That is, in the present invention, the surface layer (or transfer layer) of the stamper 122 is instantaneously heated and cooled to a predetermined temperature by using minute ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 126, compared to the aforementioned conventional methods. Since the surface transfer degree of the precision molded article can be greatly improved, and the surface layer of the stamper 122 in contact with the molten resin 112 is heated to a constant temperature to increase the temperature of the molten resin to lower the molding temperature, In this case, molecular orientation can be reduced, resulting in a relatively low birefringence value.
한편, 본 발명의 발명자는 본 발명에 따라 초음파 진동기를 장착시켜 DVD용 디스크를 제조하는 것과 초음파 진동기를 장착하지 않은 상태에서 DVD용 디스크를 제조하는 비교 실험을 실시, 즉 형체력 30톤의 성형기와 47KHz의 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동기를 채용한 조건하에서 비교 실험을 실시하였으며, 또한 전사도는 디스크의 반경 방향으로 3군데(내주, 중주, 외주)에서 측정하였고, 그 측정 장비로는 AFM 장비를 이용하였다. 또한, 복굴절값은 디스크의 중심으로부터 1㎝의 위치에서 측정한 값이다. 그 비교 실험 결과는 아래의 표 1과 같다.On the other hand, the inventor of the present invention carried out a comparative experiment for manufacturing a DVD disk by mounting the ultrasonic vibrator according to the present invention and a DVD disk without the ultrasonic vibrator, that is, a molding machine with a clamping force of 30 tons and 47 KHz. Comparative experiments were conducted under conditions employing an ultrasonic vibrator that generates ultrasonic vibrations. The degree of transfer was measured in three places (inner, middle, and outer) in the radial direction of the disc. It was. In addition, a birefringence value is the value measured at the position of 1 cm from the center of a disk. The comparison experiment results are shown in Table 1 below.
따라서, 상기한 바와같이 동일한 조건하에서 본 발명에 따라 스템퍼에 초음파 진동을 가하면, 초음파 진동을 가하지 않는 경우에 비해, 디스크의 내주, 중주, 외주 모두에서 전사도가 높게 나타나고, 또한 복굴절값이 낮게 나타남을 알 수 있다.Therefore, when the ultrasonic vibration is applied to the stamper according to the present invention under the same conditions as described above, the transfer degree is higher in both the inner circumference, the middle circumference, and the outer circumference of the disc than when the ultrasonic vibration is not applied, and the birefringence value is low. It can be seen that.
다른한편, 본 발명의 발명자는 상술한 실험 조건과 동일한 조건하에서 2배 밀도(일반 DVD용 디스크에 비해 정보 저장 용량이 2배이며, 또한 스템퍼에 새겨진 패턴 밀도가 대략 2배임)의 DVD용 디스크를 제조하는 비교 실험을 실시하였으며, 그 실험 결과는 아래의 표 2와 같다.On the other hand, the inventor of the present invention has a disc for DVD of twice the density (two times the information storage capacity compared to the normal DVD disc, and approximately twice the pattern density engraved on the stamper) under the same conditions as the above-described experimental conditions. To perform a comparative experiment to prepare, the experimental results are shown in Table 2 below.
따라서, 동일한 조건하에서 고밀도의 디스크를 제조하는 경우에도 본 발명에 따라 스템퍼에 초음파 진동을 가하면, 초음파 진동을 가하지 않는 경우에 비해, 디스크의 내주, 중주, 외주 모두에서 표면 전사도가 높게 나타나고, 또한 복굴절값이 낮게 나타남을 알 수 있다.Therefore, even when manufacturing a high-density disk under the same conditions, when ultrasonic vibration is applied to the stamper according to the present invention, the surface transfer degree is higher in all of the inner circumference, the middle circumference, and the outer circumference of the disk than when the ultrasonic vibration is not applied. It can also be seen that the birefringence value is low.
이상 설명한 바와같이 본 발명에 따르면, 사출 성형, 사출 압축 성형, 압축 성형, 압출 성형 등을 이용하여 정밀 성형품을 제조할 때 스템퍼 또는 금형에 미세한 초음파 진동을 가하여 스템퍼 또는 금형의 얇은 전사층(즉, 전사하고자하는 패턴이 형성된 층)을 일정 온도로 순가 가열 및 순간 냉각시켜 주므로써, 정밀 성형품의 표면 전사도를 대폭 향상시키고, 또한 용융 수지와 접촉하는 스템퍼 또는 금형의 표면층을 일정 온도로 가열시켜 용융 수지의 온도를 높여 성형 온도를 낮추어 주므로써, 분자 배향을 줄여 상대적으로 낮은 복굴절값을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, when the precision molded article is manufactured by injection molding, injection compression molding, compression molding, extrusion molding, etc., a fine ultrasonic vibration is applied to the stamper or the mold so that a thin transfer layer of the stamper or the mold ( That is, the layer on which the pattern to be transferred is formed is subjected to pure heating and instantaneous cooling to a constant temperature, thereby greatly improving the surface transfer degree of the precision molded article, and also to bring the surface layer of the stamper or mold in contact with the molten resin to a constant temperature. By heating to increase the temperature of the molten resin to lower the molding temperature, the molecular orientation can be reduced to obtain a relatively low birefringence value.
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| KR101118021B1 (en) * | 2006-12-11 | 2012-02-24 | (주)엘지하우시스 | Extruding System for Manufacturing of Extruded Articles with Brilliant Gloss |
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