Brevet FR2593742A1 — publié le 19870807

MOULE POUR LA REALISATION DE DISQUES OPTIQUES. La présente invention a trait à un moule permettant de réaliser l'opération de moulage d'un disque optique tel qu'un disque compact et un disque à lecture laser. De plus en plus, durant ces dernières années, il a été proposé de substituer aux disques conventionnels des disques compacts sur lesquels sont emmagasinés des 0 données numériques qui permettent de reproduire le son enregistré avec une très grande fidèlité. Ainsi que cela est bien connu, dans de tels disques compacts, un grand nombre de minuscules cavités sont formées à la surface du disque selon une configuration choisie de manière à ]5 produire des signaux audionumériques lorsqu'elles sont détectées, permettant de reproduire la musique ou autres sons enregistrés. D'une manière générale, de tels dis- ques optiques sont moulés par injection en utilisant un enregistrement négatif (matrice) fin ayant la forme du disque et qui est fixé sur l'une de ses faces à l'inté- rieur d'un moule et qui comporte, sur l'autre face, un grand nombre de petites parties en relief dont la forme et les dimensions correspondent aux cavités que l'on dé- sire réaliser dans le disque optique. Un tel moule con- ventionnel est illustré à la figure 1, figure dans la- quelle il est désigné par la référence générale (10a) et qui se compose essentiellement d'un elément fixe (12a) comportant une partie en creux (16a) et un élément mobi- le (14a) pouvant être rapproché ou éloigné de l'élément fixe (12a). L'élément mobile (14a) du moule présente une partie en relief (22a) par rapport à l'une de ses faces (24a), cette partie en relief ayant une forme et des di- mensions lui permettant de l'amboiter à l'intérieur de la partie en creux (16a) de l'élément fixe (12a) du 3Z moule lorsque les deux éléments (12a, et (14a) sont -2- emboités l'un dans l'autre. La partie en relief (22a) présente une face d'appui plane (32a) usinée de manière à présenter un état de surface similaire à un miroir. Avec un tel type de construction, lorsque l'élément fixe (12a) et l'émément mobile (14a) constituant le moule sont emboités l'un dans l'autre, on définit une cavité de moulage (30a) entre la surface du renfoncement (16a) de l'élément fixe (12a) du moule et la surface plane d'appui (32a) ainsi que cela ressort de la figure 1. Une matrice emboutie (34a) ayant la forme du disque et ayant une épaisseur d'environ 0,3 mm est montée de manière amovible contre la surface d'appui (32a) de la partie en relief (22a) au moyen d'un boulon (non représenté), passant au travers d'un orifice central (26a) prévu dans l'élément mobile (14a) du moule. Le matériau de moulage est injecté au moyen d'une machine de moulage par injection (36) à l'intérieur de la cavité (30a) du moule au moyen d'une tête d'injection (38) montée sur l'élément fixe (12a) du moule et ce, afin de réaliser le disque compact moulé souhaité. Les éléments fixes et mobiles (12a,14a) du moule sont réalisés en acier, par exemple à partir du matériau commercialisé sous la mar- que STAVAX de la société UDDEHOLM. Des conduits (40a) et (42a) sont prévus à l'intérieur des éléments (12a) et (14a) fixes et mobiles constituant le moule afin de per- mettre la circulation d'eau de refroidissement. Généralement, afin de réaliser différents types de diques compacts, on utilise des matrices différentes réalisées de telle sorte qu'elles puissent être montées de manière interchangeables sur la surface d'appui (32a) de l'élément mobile (14a) du moule. Avec un tel moule conventionnel (O10a), il peut se produire que la surface d'appui (32a) soit endommagée si, par inadvertance, on vient à la heurter avec un gabarit de réglage ou tout -2593142 -3- autre outil lorsque l'on effectue le changement de la matrice (34a) ou lors de toute autre occasion. Par suite, la matrice {34a) qui est très fine et qui est fi- xée contre une telle surface d'appui (32a) ainsi endom- magée peut être déformée, les déformations que peuvent comporter la surface d'appui (32a) étant reproduites sur les disques optiques moulés. En conséquence, il peut se produire que l'on réalise une très grande quantité de disques optiques ayant une qualité insuffisante. Il est donc indispensable, lorsque la surface d'appui (32a) de l'élément mobile (14a) est ainsi endommagée, que cette surface (32a) soit à nouveau polie, ce qui entraîne une baisse de productivité. De plus, lorsque -la résine de moulage est injecte à l'intérieur de la cavité (30a) du moule, la matrice (34a) est soumise à des vibrations du fait que l'injec- tion de résine se fait sous pression, ce qui oeut en- trainer un endommagement de la partie marginale de la surface d'appui (32a). En conséquence, il peut se oro- duire que la matrice (34a) ne soit pas tenue de manière convenable par rapoort a ladite surface d'appui plane (32a). La presente invention vise à résoudre ces inconvé- nients et concerne un moule permettant de réaliser des disques optiques par moulage, moule dans lequel la sur- face d'appui plane permettant de maintenir la matrice est beaucoup moins susceptible de risques d'endommage- ment. D'une manière générale, la présente invention con- cerne donc un moule permettant de réaliser un disque optiqur, ledit moule étant constitué de-deux parties, l'une fixe, l'autre mobile,pouvarit être emboitées l'une -4- dans l'autre et qui présentent chacune une surface défi- nissant entre elles, lorsque les deux parties du moule sont en prise, un.cavité de moulage, la surface de l'élément mobile comportant une face d'appui permettant de maintenir une matrice fine du disque à réaliser, ladite surface d'appui plane étant réalisée à partir d'une céramique agglomérée ayant une dureté Rockwell (échelle A) supérieure à 90. La surface d'appui ainsi réalisée est suffisamment dure Pour qu'elle ne soit pas endommagée par tout con- tact involontaire avec un outil ou gabarit de montage lors du changement de matrice, ce qui élimine tout ris- que de déformation de la matrice montee en contact avec la surface plane et permet de réaliser Dar moulage un disque optique de très bonne qualité et ce, pendant une durée très importante. De plus, la surface d'appui plane n'est pas endommagée même si la matrice montée sur cette dernière est soumise à des vibrations lors de l'injec- tion de la matière de moulage dans la cavité. En conse- quence, le moule conforme à l'invention nécessite moins d'entretien, peut être facilement manipulé, utilisé de manière très efficace, ce qui permet d'augmenter la pro- ductivité lors de la fabrication de disques compacts moulés. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation ci-après donné à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre, comme vu prAcédemment, vu en coupe, un moule correspondant à l'État de la techni- que et, - la figure 2 est une vae egalement en coupe d'un moule réalisé conformément à lini-ntion, les deux par- - 5 - ties constituant ce moule étant représentées en position écartée l'une de l'autre. Si l'on se reporte à la figure 2, le moule conforme à l'invention, moule désigné-par la référence générale (10) se compose d'un élément de moulage fixe (12) et d'un élément de moulage mobile (14), ce dernier pouvant être rapproché ou éloigné de l'élément fixe (12) et étant guidé, iors de ses déplacements, le long de tiges de maintien (non représentées). L'élément fixe de moula- ge (12) est réalisé en acier et comporte une partie en creux (16), sa face extérieure (18) étant plane. L'élé- ment mobile (14) Au moule comporte un corps (20) réalisé également en acier et une partie (22) à base de cérami- que agglomérée ayant la forme d'un disque et qui est montée solidaire sur la face plane (24) du corps (20), par exemple oar collage et ce, en regard du fond (15) de l'élément fixe (12) du moule. Eventuellement, la partie en céramique (22) pourrait être fixée au corps (20) oar l'intermédiaire de boulons. Le corps (20) comporte un conduit axial (26), l'élément en céramique (22) présen- tant un orifice central (28) disposé dans le prolonge- ment du conduit (26) du corps (20). Lorsque l'élément mobile (14) du moule est déplacé et est en prise avec l'élément fixe (2), la partie en céramique (22) vient s'emboiter à l'intérieur de l'évidement (16), les faces (18) et (24) des deux parties du moule s'appliquant l'une contre l'autre. On réalise de cette manière une cavité de moulage (30) ayant la. forme du disque, cavite qui est définie par la surface (32) de l'élément en céramique (22) et la surface (16) de l'évidement de l'élément fixe(12) du moule. Le fond (16) de la partie en creux et la surface plane (32) de l'élément en céra- mique (22) définissent donc chacune une surface de la cavité. La face plane (32) de l'elément en céramique ag- - 6 gloméré (22) qui fait face au fond (16) de la partie fixe (12) du moule est utilisée comme surface d'appui d'une matrice (34) du disque à réaIiser, matrice qui comporte également une ouverture centrale. La matrice (34) est montée de manière amovible sur cette surface d'appui (32) de l'élément céramique (22) par l'intermé- diaire d'un boulon (non représenté) qui traverse l'ouverture (28) et le conduit (26), un écrou (non re- présenté), bloquant l'extrémité du boulon. Lorsque la matrice est montée et que les deux éléments du moule sont.:,a')oités l'un dans l'autre, le moulage de la résine destinée à former le disque est obtenu par injection à l'intérieur de la cavité (30) formée à l'intérieur du moule et ce, au moyen d'une machine d'injection (36) délivrant la matière au travers d'un injecteur (38) mon- té sur l'élément fixe (12). Les éléments fixe (12) et mobile du moule (14) comportent une pluralité de con- duits respectivement (40) et (42) à l'intérieur desquels circule le l'eau froide afin de maintenir la température du moule (10) à un niveau prédéterminé durant l'opération de moulage. L:élément (22) est réalisé à partir d'une céramique ayant une dureté Rockwell (échelle A) supérieure à 90. Si la dureté Rockwell de la céramique est inférieure à , la surface d'appui (32) de l'élément céramique (22) peut être endommagée soit lors du changement de la ma- trice permettant de réaliser les disques, soit par abra- sion lorsque le moule est nettoyé. De préférence, la densité d'agglomération de la ma- tière de céramique ne sera pas inférieure à 95 % de la densité théorique. Par exemple, si l'élément céramique (22) est réalisé à partir de carbure de silicium, la densité d'agglomération ne sera pas inférieure - 7- à ?, 7q/cm3 De préférence, la densité d'agglomération de la matière céramique ne sera 9as inférieure à 93 % de la densité théorique ce qui, dans un tel cas, conduit lorsque l'élément céramique (22) est réalisé à partir de carbure de silicium, à une densité d'agglomération qui n'est pas inférieure à 3,03 g/cm3. I1 a été constaté que lorsque la densité d'agglomération était dlus basse, que les pores du matériau en céramique étaient plus grands, de qui ne permettait pas d'obtenir un état de surface dudit élément en ceramique (22) suffisamment lisse. L'élément en céramique (22) peut être réalisé à partir de carbure de silicium, nitrure de silicium, alumine, nitrure d'aluminium, zircone, spinelle, carbure de titanium, carbure de bore ou similaires. Parmi toutes ces céramiques, la plus appropriée est le carbure de silicium qui Présente un coefficient de conductivité thermique élevé, ce qui permet d'obtenir un refroidisse- ment très uniforme du moule (10) durant l'opération de moulage et, en consequence, permet de raccourcir la du- rée du cycle de moulage. Pour réaliser l'élément en céramique (22), on peut utiliser du carbure de silicium type i et /3. Plu- sieurs méthodes permettant d'agglomérer le carbure de silicium peuvent être utilisées. L'une de ces méthodes consiste à agglomérer le carbure de silicium sous pres- sion, une autre consiste à réaliser l'agqqlomération sous pression atmosohérique. Une autre methode consiste à réaliser la réaction du silicium avec ie carbone durant l'agglomération. Une quelconque de ces trois méthodes peut être utilisée pour réaliser l'1lément en céramique (22) conforme à l'invention à partir de carbure de sili- cium. Le carbure de silicium aggloméré utilisé pour réa- liser le moule conforme à l'invention est produit en ajoutant une petite quantité d'un agent auxiliaire tel que carbone (C) et bore (B) au carbure de silicium (SiC) sous la forme de poudre très fine, la poudre étant en- suite aggloméree. De plus, il est également possible S d'utiliser comme agent auxiliaire du carbure de bore (B4C), ou autres produits similaires,à la poudre de car- bure de silicium pour effectuer l'opération d'agglomé- ration de ladite céramique plus facilement. ]0 Lors de la réalisation de l'élément en céramique (22) à partir de carbure de silicium, un liant et un produit auxiliaire sont ajoutés à la Doudre de carbure de silicium de manière à former un mélange et de l'eau est ajoutée à ce mélange. Le mélange ainsi réalisé est alors mélangé de manière adéquate à l'intérieur d'un mélangeur ou tout autre appareil similaire afin de former un coulis. Le coulis est traité au moyen d'un séchoir à jet ou similaire, de manière à obtenir une ma- tière sous forme de qrains. La matière en qrains est alors conpactée par pressage afin de former un corps solide. Le corps solide ainsi réalisé est alors usiné à des di- mensions et à une forme prédéterminées de manière con- ventionnelle au moyen d'un tour ou d'un laminoir de ma- nière a réaliser un élément en céramique (22} de forme appropriée. Cet élément céramique (22) est ensuite poli par rodage à la poudre de diamant. Dé préférence, la surface d'appui (32) de l'élément en céramique (22) ainsi réalisée doit avoir une rugosité d'environ 0,05 S à environ 1,2 S. Si l'état de surface est supérieur à 1,2 S, il y a un risqde à ce que de te]- les rugosités puissent être tranr.ferées au disque réali- sé au travers de la matrice fine (34). Inversement, si l'état de surface de la surface d'appui (32) devient très faible, le contact entre la matrice (34) et la sur- - 9 - face d'appui (32) de l'élément en céramique (22) peut être beaucoup trop élevé. Par suite de la difference de coefficient de dilatation thermique entre la matrice (32) et l'élément céramique (22), il arrive que de peti- tes déformations se produisent sur ladite matrice (34). La rugosité de surface de la surface d'appui (32a) d'un moule conventionnel (10a) réalisé en Stavax ne doit pas être supérieure à 0,01 S. Comme la surface d'appui (32) contre laquelle est montée la matrice (34) est réalisée à partir d'un maté- riau en céramique, cette surface d'appui, même si elle est heurtée par un outil ou autre, n'est pas endommagée ou déformée suffisamment pour que les déformations orodui- tes puissent être transférées à la surface du disque optique moulé. Cela est rendu possible par le fait que la surface d'appui plane (32) est si dure qu'il n'est pratiquement pas possible de l'endommager suffisamment et que même si l'on réalise un'creux sur cette surface d'appui (32) par un-choc intempestif, le creux qui se produira sera très petit et pratiquement négligeable de telle sorte qu'aucune déformation n'est transmise à la surface du disque optique moulé. De plus, l'élément céramique (22) est relativement cassant si on le compare aux métaux et même si la surfa- ce d'appui plane (32) de cet élément en céramique (22) est heurtée par un outil et de trouve légèrement endom- magée, le creux qui pourra se former ne présentera pas de partie bombée sur sa périphérie comme dans le cas d'une surface en acier étant donné que la surface d'ap- pui (32) ne peut pas être déformée de manière élastique. Dans un tel cas, avec un moule conventionnel (10a) tel que représenté à la figure 1, une pression de moulage est concentrée sur la portion de la matrice (34) tenue - 10 - en contact avec de telles parties bombées qui peuvent être formées sur la surface d'appui (32a) durant la par- tie de moulage, de telle sorte que le disque optique moulé se trouve déformé d'une manière correspondante. En revanche, avec un moule (10) conforme à l'invention, il est impossible qu'il se produise des parties bombées sur la surface d'appui plane (32) de l'élément en céramique (22), même si ce dernier vient à être endommagé. En con- séquence, on élimine complètement la possibilité d'une pression de moulage intempestive concentrée sur certai- nes portions de la matrice (34) tenue en contact avec la partie endommagée de la-surface d'appui plane (32) et, la dite matrice (34) ne peut pas être déformée, ce qui permet d'obtenir des disques optiques ayant la qualité souhaitée. Un autre avantage du moule conforme à l'invention réside dans le fait que la surface d'appui plane (32) étant faite à base d'une matière céramique dure,-cette surface (32) ne sera pas endommagée même si la matrice (34) est soumise à des vibrations durant le moulage de la résine par injection à l'intérieur de la cavité (30) du moule. Exemple: On réalise un moule (10) similaire à celui illustré à la figure 2. Dans ce moule, l'élément fixe (12) et le corps (20) de l'élément mobile (14) sont réalisés en acier (Stavax). Par ailleurs, on réalise un élément céramique (22) en forme de disque à partir de carbure de silicium, cet élément céraLique (22) comportant une ou- verture centrale (28)et ayant un diamètre extérieur de mm, un diamètre interne de 34 mm et une épaisseur de 12,7 mm. Un élément céramique (22) est collé au moyen d'une colle epoxy contre la face (24) du corps (20). - 11 - Cela étant fait, la surface d'appui (32)'de l'élément en céramique (22) est polie (finissage à la poudre de dia- mant) de manière à présenter un état de surface de 0,2 S, un parallélisme de 0,002 et une planéité de 0,003. Le moule (10) ainsi préparé est monté sur une ma- chine à injection (36). Une matrice (34) du disque à réaliser ayant une épaisseur de 0,3 mm est alors montée et fixée contre la surface d'appui (32) de l'élément en céramique (22). On réalise alors un millier de disques laser ayant un diamètre extérieur de 120mm,'un diamètre interne de 15 mm et une épaisseur de 1,2 mm à l'aide d'un tel moule. Durant les opérations de moulage, le moule est refroidi en faisant circuler de l'eau à 80 C à l'intérieur des conduits (40) et (42) des éléments fixe et mobile (12) et (14). Le disque est réalisé en injec- tant à l'intérieur de la cavité de moulage (30) une ré- sino polycarbonate fondue à une température de 300 C. 0-r-s mouilaqe, les disques produits ont tous été inspectés et aucun défaut indésirable n'a été constaté. Un tel moule donne donc entièrement satisfaction. Les opérations de moulage ont été ensuite poursui- vies en changeant les matrices et ce, sans prendre aucu- ne précaution particulière comme si de telles opérations étaient réalisées dans la pratique. Il a été constaté que la fréquence d'endommagement de la surface d'appui (32) était beaucoup plus faible que dans le cas d'une surface d'appui (32a) d'un moule conventionnel (10a) tel que représenté à la figure 1. De plus, habituellement, il est nécessaire de faire dix à quinze essais avant que le processus d'injection devienne stable lorsque l'on remplace une matrice par une autre. Dans le cas de la présente invention, avec un moule (10) comportant un - 12 - élément en céramique (22), il a été constaté que seule- ment trois essais etaient nécessaires pour que le pro- cessus d'injection soit stabilisé. Cela oermet de rac- courcir notablement les durées de production et d'éviter des déchets. Bien entendu, l'invention n'est bas limitée au type de moule décrit précédemment mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Par exem- ple, dans le mode de réalisation illustré, si seule la surface d'appui plane (32) formant la cavité de moulage est réalisée à base de céramique, il est évident que toutes les surfaces formant ladite cavité de moulage pourraient être réalisées également en céramique. Par ailleurs, bien que les circuits de refroidissement (42) soient prévus seulement à l'intérieur du corps (20) de l'élément mobile (14), il pourrait être envisagé de pré- voir également des circuits de refroidissement à l'inté- rieur de l'élément en céramique (22). Dans un tel cas, il est souhaitable de réaliser le corps (20) et l'élé- ment céramique (22) avec des parties en relief et en creux complémentaires pouvant s'emboiter les unes dans les autres. Avec un tel mode de réalisation, il est pos- sible de refroidir beaucoup plus efficacement la surface d'appui (32) et, par suite, l'élément céramique (22) peut être réalisé à partir d'un matériau céramique ayant un coefficient de conductivité thermique plus faible. - 13 - REVENDICATIONS 1/ Moule (10) pour la réalisation de disques opti- ques, constitué de deux parties, l'une fixe (12), l'au- tre mobile (14), pouvant être emboitées l'une dans l'autre et qui présentent chacune une surface (32,16) définissant entre elles, lorsque les deux parties (12, 14) du moule sont en prise, une cavité de moulage (30), caractérisé par le fait que l'élément mobile (14) comporte une face d'appui (32) plane, contre laquelle est monté de manière amovible une matrice (34) du disque à réaliser, ladite surface d'appui plane (32) étant réa- lisée à partir d'une céramique agglomérée ayant une du- reté Rockwell (échelle A) supérieure à 90. 2/ Moule selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément mobile (14) du moule comporte un corps (20) sur lequel est rapportée une partie (22) à base de céramique aggloméré, ladite partie (22) formant la surface plane d'appui (32) pour la matrice du disque. 3/ Moule selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la densité d'agglomération du matériau en céramique qu'il comporte est supérieure à % de la densité théorique. 4/ Moule selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé par le fait que la matière céramique qu'il comporte est à base de carbure de silicium. - 1 4 - / Moule selon l'une Des revendications 1 à 4, ca- ractérisé par le fait que la surface plane d'appui (32) de l'élément en céramique a une ruqosit,- comprise entre 0,05 S et 1,2 S.