(57)【要約】【課題】キャビティ内に充填された材料樹脂の圧力変化によって成型品の形状が変化することを防止し、使用する金型を複雑にすることなく、圧力変化に直接作用する機構を実現させ、良好な形状品質の成形品を得る。【解決手段】固定型１に凸状のスライドキャビティ壁１７を形成し、可動型２の移動の際において、キャビティ３が閉じた空間となるように構成し、型締め機構を用いてキャビティ厚みを所定厚み１５から型開き量１２だけ拡げ、停止させた状態を維持しながら所定量の材料樹脂４を射出充填し、続いて所定のキャビティ厚み１５より規定した圧縮量１６だけキャビティ厚みが薄くなる位置まで可動型２のキャビティ形成部を前進させてキャビティ３内に射出充填された材料樹脂４を圧縮し、続いて材料樹脂４をキャビティ３内で冷却・固化させた後に、可動型２を後退させてキャビティ３を開き、成形品８を取り出す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定型と可動型の間に形成される所定形状のキャビティ内に溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す成形方法において、前記キャビティの形状を設定する機構の制御を、射出充填工程の開始から冷却工程の完了までの全工程を通してキャビティ厚みを基準として行うことを特徴とする成形方法。
【請求項２】
固定型と可動型の間に形成される所定形状のキャビティ内に溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す成形方法において、溶融させた材料樹脂をキャビティ内に所定量射出充填した後に、キャビティ厚みが所定の成形品厚み以下の厚みまで可動型のキャビティ形成部を前進させてキャビティ内の材料樹脂を圧縮する操作を行うことを特徴とする成形方法。
【請求項３】
キャビティ内に射出充填された材料樹脂を圧縮した後の冷却工程中に、材料樹脂の圧力変化と冷却の進行に合わせて可動型のキャビティ形成部を後退させ、キャビティ厚みを拡げる操作を行うことを特徴とする請求項１または２記載の成形方法。
【請求項４】
冷却工程完了時にキャビティ厚みが所定の成形品厚みとなり、かつキャビティ内の材料樹脂の内部圧力が取り出し後の成形品形状が変形しないレベルにまで低下するように、可動型のキャビティ形成部の後退動作を制御することを特徴とする請求項３記載の成形方法。
【請求項５】
材料樹脂が流動性を失う温度に到達する以前に、材料樹脂の内部圧力が所定圧力以下にまで低下するように、可動型のキャビティ形成部の後退動作を制御することを特徴とする請求項３または４記載の成形方法。
【請求項６】
固定型と可動型とを組み合わせることによってキャビティを形成し、このキャビティを型締め機構によって維持させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の成形方法。
【請求項７】
可動型に、キャビティの一部となる面を含みかつ可動型本体に対して移動可能な圧縮コアを備え、固定型と可動型とを組み合わせ、圧縮コアを移動させることによってキャビティ形状を決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の成形方法。
【請求項８】
固定型と、可動型と、前記固定型と前記可動型とを組み合わせ両者の間に形成されるキャビティを所定形状に維持させる型締め機構とを有し、前記キャビティに溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す射出成形装置において、
射出充填工程の開始から冷却工程の完了までの全工程を通してキャビティ厚みあるいは装置本体に対して前記可動型を固定する可動プラテンの位置を基準として前記型締め機構の制御を行うことが可能な制御機構を有することを特徴とする射出成形装置。
【請求項９】
固定型と、可動型と、この可動型に設けられ、キャビティの一部となる面を含みかつ前記可動型本体に対して移動可能な圧縮コアと、前記固定型と前記可動型とを組み合わせ、前記圧縮コアを移動させることによってキャビティ形状を決定させる圧縮機構とを有し、前記キャビティに溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記圧縮コアを移動させて所定のキャビティ形状に維持し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す射出圧縮成形装置において、
射出充填工程の開始から冷却工程の完了までの全工程を通してキャビティ厚みあるいは圧縮ロッド位置を基準として前記圧縮機構の制御を行うことが可能な制御機構を有することを特徴とする射出圧縮成形装置。
【請求項１０】
固定型と可動型とからなり、前記固定型と前記可動型との間に形成されるキャビティに溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させることによって射出成形する射出成形用の金型において、
所定の厚みおよび形状のキャビティを形成した状態において、前記固定型と前記可動型のパーティング面が接触せず、両者の間に所定の間隔が保たれていることを特徴とする成形用金型。
【請求項１１】
固定型と、可動型と、この可動型に設けられ、キャビティの一部となる面を含みかつ前記可動型本体に対して移動可能な圧縮コアとからなり、前記固定型と前記可動型とを組み合わせ、前記圧縮コアを移動させることによってキャビティ形状を決定させ、前記キャビティに溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記圧縮コアを移動させて所定のキャビティ形状に維持し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させることによって射出成形する射出圧縮成形用の金型において、
所定の厚みおよび形状のキャビティを形成した状態において、前記可動型の前記圧縮コア部が前進限に到達しておらず、前記圧縮コアに所定の前進可能幅が保たれていることを特徴とする成形用金型。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれか１項記載の成型方法によって成形されたことを特徴とする光ディスク原盤。
【請求項１３】
請求項１２記載の光ディスク原盤を使用したことを特徴とする光ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定型と可動型の間に形成される所定形状のキャビティ内に溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す成形方法、射出成形装置、射出圧縮成形装置、成型用金型に関し、特に高度な形状精度や微細パターンの精密転写が要求される成形品としての光ディスク原盤、さらに製品としての光ディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
固定型と可動型の間に形成される所定形状のキャビティ内に溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す射出成形技術は、同じ形状の部品あるいは製品となる成形品を大量かつ低コストに生産する技術として極めて有利な特長を有している。
【０００３】
そして近年では、例えばレーザープリンター等で使用されるレンズ等の光学部品・素子、高密度光ディスク基板といった精密な形状品質が要求される部品あるいは製品についても、射出成形によって成形・生産し、前記した射出成形が有する量産性およびコスト優位性を活用する試みが多くなされている。
【０００４】
図４は射出成形プロセスを示す工程図である。まず固定型１を可動型２によって閉止して所定形状のキャビティ３を形成し（図４（ａ））、溶融させた材料樹脂４をキャビティ３内に射出充填する（図４（ｂ））。そしてキャビティ３全体に材料樹脂４が射出充填された際に、材料樹脂４を射出充填するための射出圧力５によってキャビティ３内の材料樹脂４に圧力６が発生する（図４（ｃ））。なお、この際、可動型２には成形装置の型締め機構（図示せず）によって予め所定の型締め力７が加えられており、キャビティ３は始めに形成された形状に維持される。したがって、圧力６は、材料樹脂４をキャビティ３の形状に倣うように変形させてキャビティ３内壁に密着させ、材料樹脂４の形状をキャビティ形状と同じにさせる働きをする。続いて材料樹脂４をキャビティ３内で冷却・固化させた（図４（ｄ））後に、可動型２を後退させてキャビティ３を開き、成形品８を取り出す（図４（ｅ））。
【０００５】
ところで、前記した精密な形状品質の成形品、言い換えるとキャビティ形状を精密に転写した形状の成形品、を得るために重要な役割を果たしている成形プロセス中の因子の１つが圧力６である。この圧力６が大きいほど材料樹脂４がキャビティ３形状に倣って変形する力が強くなる。そのため、キャビティ３形状を精密に転写した良好な形状品質が要求される光学部品・素子、高密度光ディスク基板等の成形の際には、より大きな圧力６を発生させるための工夫、例えば大きな型締め力７を加える等を行うことが通例である。
【０００６】
圧力６をより効果的に発生させる方法として射出圧縮成形法がある。図５は射出圧縮成形プロセスの要部工程を示す工程図である。なお、図４と同様の構成要素については、同じ番号を付記している。
【０００７】
可動型２には圧縮コア９が移動可能に設けられており、この圧縮コア９には、キャビティ３の一部となる形状が含まれている。成形の際には、まず、圧縮コア９を所定の圧縮しろ１０だけ後退させて、キャビティ３の厚みを拡げた状態で材料樹脂４を射出充填し（図５（ａ））、所定量の材料樹脂４がキャビティ３内に充填されたタイミングで成形装置の圧縮機構（図示せず）を作動させて圧縮コア９を前進させ、キャビティ３内に充填された材料樹脂４に所定の圧縮力１１を加える（図５（ｂ））。そしてこの圧縮力１１によって圧力６をキャビティ３内の材料樹脂４に発生させる。
【０００８】
前記のように射出圧縮成形法は、成形装置の圧縮機構によって直接的に材料樹脂４に圧力６を発生させる操作を行っているので、圧力６をより大きく、また精度良く発生させることが可能となる。さらにこの射出圧縮成形法では、材料樹脂４をキャビティ３に射出充填する操作をキャビティ３の厚みを圧縮しろ１０だけ拡げた状態で行うので、同じキャビティ厚みの成形品を射出成形法で成形する場合と比較して、より流動抵抗を低くした状態で射出充填操作を行うことが可能となり、得られる成形品の内部歪みを小さくすることができる。
【０００９】
また、前記した射出圧縮成形法と同様の効果を得ようとする成形方法として、射出工程中における型開き制御を使用した擬似圧縮成形法がある。この成形法は図６に示すように、所定の型開き量１２だけキャビティ３を開いた位置にて可動型２を停止させた状態で材料樹脂４を射出充填し（図６（ａ））、所定量の材料樹脂４がキャビティ３内に充填されたタイミングで成形装置の型締め機構（図示せず）を作動させて可動型２を前進させ、キャビティ３内に充填された材料樹脂４に所定の型締め力７を加える（図６（ｂ））。そしてこの型締め力７によって圧力６をキャビティ３内の材料樹脂４に発生させる。
【００１０】
この擬似圧縮成形法では、成形装置の型締め機構によって直接的に材料樹脂４に圧力６を発生させるためにこの圧力６について、さらに射出充填操作もキャビティ厚みを拡げた型開き状態で行うので材料樹脂の流動状態についても、前記の射出圧縮成形法と同様の効果を得ることができる。また、この擬似圧縮成形法では、射出圧縮成形に使用する金型には必須の圧縮コア構造が不要で、比較的簡単な構造の通常の射出成形用金型を使用することができる。そのため、ＣＤ系光ディスクと比較して板厚が薄くなったためにキャビティ内へ材料樹脂を射出充填することが困難になっただけでなく、より緻密なピットおよび案内溝をより正確に転写させるとともに、反りやうねり形状等の形状品質についてもより良好な品質が要求されるＤＶＤ系、さらにＤＶＤ以上の高密度光ディスクに用いる光ディスク基板成形に対して、この擬似圧縮成形法が広く採用されている。
【００１１】
前記のようにキャビティ内に射出充填された材料樹脂に発生する圧力は、キャビティ形状を材料樹脂、最終的にはその成形品に転写させる重要な働きをする。しかし、材料樹脂に単純に圧力を大きく発生させれば良好な形状品質の成形品が得られるとは限らない。
【００１２】
例えば、大きな圧力が材料樹脂にまだ発生している状態で冷却工程が完了して成形品がキャビティ外へ取り出された場合、取り出し時に残留していた圧力を緩和するために成形品はその形状を変形させてしまい、結果として良好な形状品質の成形品は得られない。そのため、良好な形状品質の成形品を得るためには、キャビティ内に射出充填された材料樹脂に圧力を発生させてキャビティ形状を転写させた後、発生させた圧力をキャビティ外に取り出された成形品が変形しないレベルにまで低下させる必要がある。
【００１３】
材料樹脂に発生させた圧力を低下させる方法の１つが、キャビティ内に射出充填された樹脂を冷却する操作である。材料樹脂は成形装置により加熱され、高温の溶融状態にてキャビティ内に射出充填されるが、キャビティ内に充填されると同時に、自身が有する熱を金型に伝導させて温度が低下、温度低下に伴って材料樹脂は収縮を開始する。この温度低下に伴う材料樹脂の収縮現象を言い換えると、材料樹脂がキャビティ内壁に密着し、押しつける力、つまり圧力が温度低下に伴って低下すると言える。
【００１４】
通例の射出成形法あるいは射出圧縮成形法では、キャビティ内に材料樹脂を射出充填した後の冷却工程において材料樹脂を冷却、温度を低下させて溶融状態の材料樹脂を固化させると同時にその圧力も低下させる操作を行っている。そして温度低下に伴って材料樹脂が十分に固化、圧力も成形品形状が変形しないレベルにまで低下させた上で、キャビティ外へ取り出している。
【００１５】
ところが、キャビティ内に射出充填された材料樹脂の温度をキャビティ全体で均一に制御・低下させること、言い換えると圧力を均一に制御・低下させることは非常に困難である。その結果、材料樹脂の温度が不均一になる、つまり圧力が不均一となると、前記圧力の不均一のために成形品内部に発生する応力によってキャビティ外に取り出された成形品は変形してしまう。また成形品の形状に因っては、キャビティ内の材料樹脂の一部に温度あるいは圧力の不均一性が極端に生じ、冷却工程中に材料樹脂が部分的にキャビティ内壁から離型する“ヒケ”が発生しやすくなる。
【００１６】
そこで特許文献４においては、成形品の形状によって “ヒケ”が生じやすい箇所のキャビティ相当部分に、“ヒケ防止機構”を加えることによって成形品の“ヒケ”を防止し、所定形状の成形品を得ようと試みたり、特許文献５では、逆に成形品の一部分に意図的な“ヒケ”を生じさせることによって、成形品の所望部分の形状精度を高める工夫を提案している。しかし、これらの方法では使用する金型に複雑な機構を付与し、さらにその複雑な機構を極めて厳密に制御する必要があり、射出成形が有する量産性およびコスト優位性が損なわれてしまう。
【００１７】
またキャビティ内に射出充填された材料樹脂の圧力を低下させる制御を、前記圧力を発生させる型締め機構あるいは圧縮機構によって行おうとする方法として、特許文献１，２記載の技術がある。
【特許文献１】特開２００３−１７０４８０号公報
【特許文献２】特開平８−１１１７８号公報
【特許文献３】特開平４−１１２０２４号公報
【特許文献４】特開２００１−２９３７５８号公報
【特許文献５】特開平１１−２８７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
特許文献１，２記載の成形方法は、キャビティ内に射出充填された材料樹脂に圧力を発生させるために加えた型締め力あるいは圧縮力を冷却工程中に小さく変化させる方法であり、使用する金型に特別な機構を付与する必要がない点において特許文献４，５記載と比較して有利である。しかし、これら型締め力あるいは圧縮力を制御する方法についても下記のような問題を有している。
【００１９】
例えば、冷却工程中に型締め力あるいは圧縮力を小さくする操作を行う以前に、これらの方法でもキャビティ内に射出充填された材料樹脂に対して大きな型締め力あるいは圧縮力を加える操作を所定のキャビティ形状を転写させた成形品を得るために行っている。そして前記大きな型締め力あるいは圧縮力を加えた段階にて、図７（ａ）に示すように射出成形法においては可動型２は固定型１とパーティング面１３を当接させ、また図７（ｂ）に示すように射出圧縮成形法においては圧縮コア９を前進限位置１４まで前進させることにより、キャビティ３形状が「所定の形状」となる。またその後の冷却工程中においても前記パーティング面１３あるいは前進限位置１４にてある大きさの型締め力７あるいは圧縮力１１を受ける状態を続けているので、キャビティ３形状は「所定の形状」を維持して変化しない。よって、キャビティ３内に射出充填された材料樹脂４の圧力は「一定体積の容器中に封じられた材料樹脂の圧力」として変化する。そのため、キャビティ３内の材料樹脂４の圧力が小さくなる変化に対しては、キャビティ３を封じる力（型締め力７あるいは圧縮力１１）が変化すること（小さくなる）より、材料樹脂４自身の温度変化による圧力変化の寄与が大きくなる。結果として冷却工程中に型締め力７あるいは圧縮力１１を小さくする操作を行ったとしても、その操作がキャビティ３内に充填された材料樹脂４の圧力変化（低下）として出現する効果は余り大きくならない。
【００２０】
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたもので、射出成形法あるいは射出圧縮成形法における型締め機構あるいは圧縮機構の動作がキャビティ内に充填された材料樹脂の圧力変化に直接作用する機構を、使用する金型を複雑にすることなく付与させ、成形プロセスの全行程中において材料樹脂の圧力を適切に制御することによって良好な形状品質の成形品を得ることを実現した射出成形法および射出成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明によれば、固定型と可動型の間に形成される所定形状のキャビティ内に溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す成形方法において、前記キャビティの形状を設定する機構の制御を、射出充填工程の開始から冷却工程の完了までの全工程を通してキャビティ厚みを基準として行うことを特徴とする。このような構成により、キャビティ容積、そしてキャビティ内の材料樹脂の圧力を制御することが可能になる。
【００２２】
請求項２に係る発明によれば、固定型と可動型の間に形成される所定形状のキャビティ内に溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す成形方法において、溶融させた材料樹脂をキャビティ内に所定量射出充填した後に、キャビティ厚みが所定の成形品厚み以下の厚みまで可動型のキャビティ形成部を前進させてキャビティ内の材料樹脂を圧縮する操作を行うことを特徴とする。このような構成により、キャビティ内の材料樹脂に高い圧力を発生させてキャビティ形状を転写させるとともに、その後のキャビティ厚み制御操作によってキャビティ内の材料樹脂の圧力を小さくする制御を行う余地を与えることが可能になる。
【００２３】
請求項３に係る発明によれば、請求項１または２に係る発明において、キャビティ内に射出充填された材料樹脂を圧縮した後の冷却工程中に、材料樹脂の圧力変化と冷却の進行に合わせて可動型のキャビティ形成部を後退させ、キャビティ厚みを拡げる操作を行うことを特徴とする。このような構成により、キャビティ内の材料樹脂の圧力を下げることが可能になる。
【００２４】
請求項４に係る発明によれば、請求項３に係る発明において、冷却工程完了時にキャビティ厚みが所定の成形品厚みとなり、かつキャビティ内の材料樹脂の内部圧力が取り出し後の成形品形状が変形しないレベルにまで低下するように、可動型のキャビティ形成部の後退動作を制御することを特徴とする。このような構成により、所定形状の良好な形状品質を有する成形品を得ることが可能になる。
【００２５】
請求項５に係る発明によれば、請求項３または４に係る発明において、材料樹脂が流動性を失う温度に到達する以前に、材料樹脂の内部圧力が所定圧力以下にまで低下するように、可動型のキャビティ形成部の後退動作を制御することを特徴とする。このような構成により、キャビティ外へ取り出した成形品が内部応力によって変形することを回避して良好な形状品質を有する成形品を得ることが可能になる。
【００２６】
請求項６に係る発明によれば、請求項１〜５のいずれか１項に係る発明において、固定型と可動型とを組み合わせることによってキャビティを形成し、このキャビティを型締め機構によって維持させることを特徴とする。このような構成により、請求項１から５に係る発明を射出成形によって実現することができる。
【００２７】
請求項７に係る発明によれば、請求項１〜５のいずれか１項に係る発明において、可動型に、キャビティの一部となる面を含みかつ可動型本体に対して移動可能な圧縮コアを備え、固定型と可動型とを組み合わせ、圧縮コアを移動させることによってキャビティ形状を決定することを特徴とする。このような構成により、請求項１から５に係る発明を射出圧縮成形によって実現することができる。
【００２８】
請求項８に係る発明によれば、固定型と、可動型と、前記固定型と前記可動型とを組み合わせ両者の間に形成されるキャビティを所定形状に維持させる型締め機構とを有し、前記キャビティに溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す射出成形装置において、射出充填工程の開始から冷却工程の完了までの全工程を通してキャビティ厚みあるいは装置本体に対して前記可動型を固定する可動プラテンの位置を基準として前記型締め機構の制御を行うことが可能な制御機構を有することを特徴とする。このような構成により、請求項１から５に係る発明を実現する射出成形装置を提供することができる。
【００２９】
請求項９に係る発明によれば、固定型と、可動型と、この可動型に設けられ、キャビティの一部となる面を含みかつ前記可動型本体に対して移動可能な圧縮コアと、前記固定型と前記可動型とを組み合わせ、前記圧縮コアを移動させることによってキャビティ形状を決定させる圧縮機構とを有し、前記キャビティに溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記圧縮コアを移動させて所定のキャビティ形状に維持し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す射出圧縮成形装置において、射出充填工程の開始から冷却工程の完了までの全工程を通してキャビティ厚みあるいは圧縮ロッド位置を基準として前記圧縮機構の制御を行うことが可能な制御機構を有することを特徴とする。このような構成により、請求項１から５に係る発明を実現する射出圧縮成形装置を提供することができる。
【００３０】
請求項１０に係る発明によれば、固定型と可動型とからなり、前記固定型と前記可動型との間に形成されるキャビティに溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させることによって射出成形する射出成形用の金型において、所定の厚みおよび形状のキャビティを形成した状態において、前記固定型と前記可動型のパーティング面が接触せず、両者の間に所定の間隔が保たれていることを特徴とする。このような構成により、請求項１から５に係る発明を実現する射出成形装置に用いる金型を提供することができる。
【００３１】
請求項１１に係る発明によれば、固定型と、可動型と、この可動型に設けられ、キャビティの一部となる面を含みかつ前記可動型本体に対して移動可能な圧縮コアとからなり、前記固定型と前記可動型とを組み合わせ、前記圧縮コアを移動させることによってキャビティ形状を決定させ、前記キャビティに溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記圧縮コアを移動させて所定のキャビティ形状に維持し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させることによって射出成形する射出圧縮成形用の金型において、所定の厚みおよび形状のキャビティを形成した状態において、前記可動型の前記圧縮コア部が前進限に到達しておらず、前記圧縮コアに所定の前進可能幅が保たれていることを特徴とする。このような構成により、請求項１から５に係る発明を実現する射出圧縮成形装置に用いる金型を提供することができる。
【００３２】
請求項１２に係る発明によれば、請求項１〜７のいずれか１項記載の成型方法によって成形されたことを特徴とする。このような構成により、良好な形状品質の光ディスク原盤を得ることが可能になり、この良好な形状品質から得られる特性を光ディスクの製造に活用することができる。
【００３３】
請求項１３に係る発明によれば、請求項１２記載の光ディスク原盤を使用したことを特徴とする。このような構成により、良好な形状品質の光ディスクを得ることが可能になる。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１では、固定型と可動型の間に形成される所定形状のキャビティ内に溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す成形方法において、成形装置の型締め機構あるいは圧縮機構の制御を、射出充填工程の開始から冷却工程の完了までの全工程を通してキャビティ厚みを基準として行うことによってキャビティ容積を制御し、キャビティ内の材料樹脂の圧力を直接的に制御することが可能となる。
【００３５】
請求項２では、固定型と可動型の間に形成される所定形状のキャビティ内に溶融させた材料樹脂を射出充填し、前記材料樹脂をキャビティ内にて冷却・固化させた後に型外へ取り出す成形方法において、溶融させた材料樹脂をキャビティ内に所定量射出充填した後に、キャビティ厚みが所定の成形品厚み以下の厚みまで可動型のキャビティ形成部材を前進させてキャビティ内の材料樹脂を圧縮する操作を行うことによって、キャビティ内の材料樹脂に高い圧力を発生させてキャビティ形状を転写させるとともに、その後のキャビティ厚み制御操作によってキャビティ内の材料樹脂の圧力を小さくする制御を行うことが可能となる。
【００３６】
請求項３では、請求項１および請求項２に述べた成形方法において、キャビティ内に射出充填された材料樹脂を圧縮した後の冷却工程中に、材料樹脂の圧力変化と冷却の進行に合わせて可動型のキャビティ形成部材を後退させてキャビティ厚みを拡げてキャビティ容積を大きくする操作を行うことによって、キャビティ内の材料樹脂の圧力を最適な条件で下げることが可能となる。
【００３７】
請求項４では、請求項３に述べた成型方法において、冷却工程完了時にキャビティ厚みが所定の成形品厚みとなり、かつキャビティ内の材料樹脂の内部圧力が取り出し後の成形品形状が変形しないレベルにまで低下するように、可動型のキャビティ形成部材の後退動作を制御することによって、所定形状の良好な形状品質を有する成形品を得ることが可能となる。
【００３８】
請求項５では、請求項３および請求項４に述べた成形方法において、材料樹脂が流動性を失う温度に到達する以前に、材料樹脂の内部圧力が所定圧力以下にまで低下するように、可動型のキャビティ形成部材の後退動作を制御することによって、キャビティ外へ取り出した成形品が内部応力によって変形することを回避して良好な形状品質を有する成形品を得ることが可能となる。
【００３９】
請求項６では、請求項１から５に係る成形方法を射出成形方法とし、請求項７では、請求項１から５に係る成形方法を射出成形圧縮方法となる。
【００４０】
請求項８では、射出充填工程の開始から冷却工程の完了までの全工程を通してキャビティ厚みあるいは可動プラテン位置を基準として型締め機構の制御を行うことが可能な制御機構を有する射出成形装置で、請求項１から５に述べた方法での成形を実現するための装置を提供している。
【００４１】
請求項９では、射出充填工程の開始から冷却工程の完了までの全工程を通してキャビティ厚みあるいは圧縮ロッド位置を基準として圧縮機構の制御を行うことが可能な制御機構を有する射出圧縮成形装置で、請求項１から５に述べた方法での成形を実現するための装置を提供している。
【００４２】
請求項１０では、所定の厚み並びに形状でキャビティを形成した状態にて、固定型と可動型のパーティング面が接触せず、両者の間に所定の間隔が保たれていることを特徴とする射出成形用金型で、請求項１から５に述べた方法での成形を実現するための射出成形用金型を提供している。
【００４３】
請求項１１では、所定の厚み並びに形状でキャビティを形成した状態にて、可動型の圧縮コア部分が前進限に到達しておらず、圧縮コアに所定の前進可能幅が保たれていることを特徴とする射出圧縮成形用金型で、請求項１から５に述べた方法での成形を実現するための射出圧縮成形用金型を提供している。
【００４４】
請求項１２では、請求項１から７に述べた射出成形法あるいは射出圧縮成形法によって成形された光ディスク原盤であり、その良好な形状品質から得られる特性を光ディスクの製造に活用することができる。
【００４５】
請求項１３では、請求項１２に述べた光ディスク原盤を使用して製造した光ディスクで、利用している光ディスク原盤の良好な形状品質から得られる特性により、良好な形状品質の光ディスクを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００４７】
図１は本発明の第１実施形態における成形装置の要部構成およびこの成形装置による射出成形（擬似圧縮成形）プロセスを示す概念図であり、１７はスライドキャビティ壁を示す。なお、図４〜図７に示した従来技術における部材と同一の部材については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４８】
第１実施形態における成形装置は射出成形方法を用いた装置である。射出成形方法を用いた成形装置における射出成形金型では、金型を形成する重要な要素として、図１（ａ）に示す型開き状態から図１（ｂ）に示す圧縮状態までのキャビティ厚みの変化に対応してキャビティ３を構成するスライドキャビティ壁１７が設けられている。具体的には、固定型１に凸状のスライドキャビティ壁１７が形成されており、可動型２に、スライドキャビティ壁１７が嵌合する凹部が形成されており、凹部によって囲まれた可動型２の面、スライドキャビティ壁１７の壁面およびスライドキャビティ壁１７よって囲まれた固定型１の面によって閉じた空間のキャビティ３が構成される。
【００４９】
まず射出成形法では、図示しない型締め機構を用いて所定のキャビティ厚み１５あるいはキャビティ厚みを所定のキャビティ厚み１５から型開き量１２だけ拡げ、この拡げた状態で可動型２のキャビティ形成部を停止させて所定量の材料樹脂４を射出充填し（図１（ａ））、続いて所定のキャビティ厚み１５より規定した量１６だけキャビティ厚みが薄くなる位置まで可動型２のキャビティ形成部を前進させてキャビティ３内に射出充填された材料樹脂４を圧縮する（図１（ｂ））。
【００５０】
ここで、背景技術の欄で説明した通例の射出成形法においては、射出充填操作時における可動型２のキャビティ３を設定位置に停止させる操作以降における型締め機構の制御は、型締め機構にて発生させる“力（型締め力）”の大きさを基準に行われるが、本実施形態においては全工程でキャビティ３の厚みを基準に型締め機構が制御される。また、キャビティ厚みを基準として型締め機構を制御する方法としては、金型内に設けた接触式あるいは非接触式の位置センサ（図示せず）によって固定型１と可動型２の間の距離を測定してキャビティ厚みを求め、その測定値を基に型締め機構を制御する方法、あるいは金型の形状寸法と型閉位置および可動プラテン（図示せず。可動型２を成形装置に固定するプレート）位置の関係から計算した可動プラテン位置とキャビティ厚みの相関関係を基に型締め機構を制御する方法がある。
【００５１】
また、通例の射出成形法にて使用する金型では、キャビティ厚みが所定厚み１５になる位置にて可動型２と固定型１のパーティング面１３が接し、可動型２をそれ以上前進させること、すなわちキャビティ厚みを所定厚み１５より薄くすることは不可能（図７（ａ））である。それに対し、本実施形態において使用する金型は所定の厚み並びに形状でキャビティ３を形成した状態にて、固定型１と可動型２のパーティング面が接触せず、両者の間に所定の間隔が保たれる構成を有しているので、キャビティ３内に射出充填された材料樹脂４を、キャビティ厚みが所定厚み１５以下になるまで圧縮することが可能となる。
【００５２】
所定のキャビティ厚み１５より規定した量１６だけキャビティ厚みが薄くなる位置まで可動型２のキャビティ形成部を前進させてキャビティ３内の材料樹脂４を圧縮し、圧力６を発生させた状態（図１（ｂ））を、キャビティ形状を成形品に転写させるのに必要かつ十分な時間保持した後、図示しない型締め機構により可動型２のキャビティ形成部を後退させてキャビティ厚みを拡げる（図３（ａ））。このキャビティ厚みを拡げる操作は、すなわち材料樹脂４が占めるキャビティ容量を大きくする操作であり、材料樹脂４の立場から言い換えると体積が（断熱）膨張する操作となって材料樹脂４の圧力は低下する。つまり、型締め機構のキャビティ厚みを拡げる操作によって直接的に材料樹脂４の圧力を低下させる制御を行う。また、前記した型締め機構制御による材料樹脂４の圧力低下と平行して、材料樹脂４は初期の溶融状態から時間の経過にしたがってって温度が低下、同時に圧力も低下する。そこでこの温度低下に伴う圧力低下にも配慮しながら、冷却工程完了時においてキャビティ厚みが所定の成形品８の厚みとなり（図３（ｂ））、かつ同時にキャビティ３内の材料樹脂の内部圧力が取り出し後の成形品形状が変形しないレベルにまで低下するように、型締め機構による可動型２のキャビティ形成部の後退制御を行う。その結果、得られる成形品は所定のキャビティ形状を精密に転写した良好な形状品質を有すようになる。
【００５３】
またキャビティ厚み拡大による材料樹脂４の圧力低下制御は、所定容量の材料樹脂４をより小さな容積にまで圧縮した状態を起点として、所定の成形品厚み、つまり所定の容量になるまでその容積を拡大する操作にて行う。このプロセス中においては材料樹脂４は常に通常容積より圧縮された状態にある。そのため、前記冷却工程中の減圧プロセスにて通例の射出成形にてしばしば出現する“ヒケ”の発生は起こり得ない。
【００５４】
図２は本発明の第２実施形態における成形装置の要部構成およびこの成形装置による射出圧縮成形プロセスを示す概念図である。なお、図４〜図７に示した従来技術における部材と同一の部材については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５５】
第２実施形態における成形装置は射出圧縮成形方法を用いた装置である。
【００５６】
第２実施形態における成形法では、まず、圧縮コア９を所定の圧縮しろ１０だけ後退させてキャビティ３の厚みを拡げた状態で材料樹脂４を射出充填し（図２（ａ））、所定量の材料樹脂４がキャビティ３内に充填されたタイミングで所定のキャビティ厚み１５より規定した圧縮量１６だけキャビティ厚みが薄くなる位置まで圧縮コア９を前進させてキャビティ３内に射出充填された材料樹脂を圧縮する（図２（ｂ））。なお通例の射出圧縮成形法においては、圧縮コア９の制御を全て圧縮機構にて発生させる“力（圧縮力）”の大きさを基準に行うが、第２実施形態においては全工程でキャビティの厚みを基準に圧縮機構を制御する。キャビティ厚みを基準として圧縮機構を制御する方法は、図１に示した射出成形法と同様に、直接測定したキャビティ厚み測定値を用いる方法と、金型形状寸法と圧縮ロッド（図示せず。圧縮機構の一部で圧縮コア９部に直接接して力を加える）位置の相関から求めた計算値を用いる方法がある。
【００５７】
また通例の射出圧縮成形法にて使用する金型では、キャビティ厚みが所定厚み１５になる位置にて圧縮コア９は前進限位置１４に突き当たり、圧縮コア９をそれ以上前進させること、言い換えればキャビティ厚みを所定厚み１５より薄くすることは不可能（図７（ｂ））である。それに対して、第２実施形態にて使用する金型は所定の厚み並びに形状でキャビティ３を形成した状態にて、圧縮コア９と前進限位置１４が接触せず、両者の間に所定の間隔が保たれる構成を有しているので、キャビティ３内に射出充填された材料樹脂４を、キャビティ厚みが所定厚み１５以下になるまで圧縮することが可能となる。
【００５８】
なお、キャビティ厚みが所定厚み１５以下になるまでキャビティ３内に射出充填された材料樹脂４を圧縮する以降の操作については、前述した第１の実施形態とほぼ同様であり、前述した第１の実施形態における“型締め機構”を“圧縮機構”、“可動型２のキャビティ形成部”を“圧縮コア”に置き換えることにより、第２の実施形態における射出圧縮成形法に関する説明となる。したがって、冷却工程中の減圧プロセスにて従来の射出圧縮成形にてしばしば出現する“ヒケ”の発生は起こり得ない。
【００５９】
ところで、実際に前述した第１，第２実施形態にしたがった方法で成形を実施したにもかかわらず、得られる成形品の形状品質が狙いの品質に達しない事例が認められた。その原因について解析を行ったところ、キャビティ３内に射出充填された材料樹脂４の温度が低下し、流動性を失う温度に到達した時点における材料樹脂４の圧力がある大きさ（使用する材料樹脂の種類・物性および成形品形状によって決まる）以上となる条件下では、得られる成形品が大きく変形することが明らかになった。つまり、材料樹脂４が流動性を保っている間の圧力低下プロセスでは、材料樹脂４の分子鎖が比較的自由に移動して内部の圧力を緩和させることが可能である。その一方、流動性を失った後は材料樹脂４内部の分子鎖の動きが限定されて圧力緩和が進まずに内部応力として残留するようになり、この内部応力が、成形品がキャビティ外へ取り出された時に変形する原因となる。
【００６０】
そこで、材料樹脂４の温度が流動性を失う温度まで低下する以前においては、可動型２のキャビティ形成部を比較的速い速度で後退させる操作を行って、材料樹脂４の圧力をある大きさ以下になるまで急速に低下させる。続いて可動型２のキャビティ形成部を材料樹脂４の温度低下、および温度低下に起因する圧力低下とも合わせながら比較的遅い速度にて後退させる制御を行うこととした。
【００６１】
そして、前述のようなキャビティ厚みを基準とした型締め機構の制御を行い、キャビティ３内に射出充填された材料樹脂４の圧力を直接的かつ最適に制御することによって、キャビティ形状を精密に転写した良好な形状品質を有する成形品が“ヒケ”等の成形不良トラブルもなく得られるようになった。またこの成形方法にて得られた成形品は、光学部品・素子等の精密な形状精度が要求される成形品として利用される場合においても、非常に優れた特性を有するものとなり、さらにこれら成形品を使用した製品も優れた品質となる。
【００６２】
次に、本発明の第１の実施形態の成形装置および成型方法を用いて光ディスク基板を作成する場合の具体例について説明する。
【００６３】
厚さ０．６０ｍｍの高密度光ディスク基板を金型温度１２３℃にて射出成形（擬似圧縮成形）する。型締め機構を操作してキャビティ厚みを０．６２ｍｍに拡げた状態で所定容量のポリカーボネート材料を射出充填（シリンダ設定温度の最高温度：３８０℃）し、キャビティ厚みを０．５７ｍｍまで前進させて材料樹脂を圧縮する。その状態を０．１５ｓｅｃ保持した後、材料樹脂温度がおよそ１６０℃まで低下する以前に樹脂圧力が７０ｋｇ／ｃｍ２以下まで低下するように型締め機構を制御して急速にキャビティ厚みを拡大する。そしてさらに材料樹脂の温度低下および温度低下に起因する圧力低下とも合わせながら比較的遅い速度にてキャビティ厚みを拡げ、冷却工程完了時（冷却時間１０秒）においてキャビティ厚みが０．６０ｍｍ、樹脂圧力が５ｋｇ／ｃｍ２以下となるように型締め機構を制御し、高密度光ディスク基板を成形した。なおキャビティ厚みの制御は、金型形状寸法と可動プラテン位置の相関関係より計算した可動プラテン位置を基に行った。そして得られた高密度光ディスク基板は、要求される案内溝等の微細形状を精密に転写していると同時に、反り・うねりの小さい優れた平坦性を有する光ディスク基板となった。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、光ディスク、光学レンズを初めとする光学素子等、高度な形状精度や微細パターンの精密転写が要求される成形品の成形法、成形装置および成形品に関わる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態における成形装置の要部構成およびこの成形装置による射出成形（擬似圧縮成形）プロセスを示す概念図
【図２】本発明の第２実施形態における成形装置の要部構成およびこの成形装置による射出圧縮成形プロセスを示す概念図
【図３】成形後のプロセスを示す概念図
【図４】射出成形プロセスを示す工程図
【図５】射出圧縮成形プロセスの要部工程を示す工程図
【図６】擬似圧縮成形プロセスの要部工程を示す工程図
【図７】冷却工程中におけるキャビティの状態を示す概念図
【符号の説明】
【００６６】
１  固定型
２  可動型
３  キャビティ
４  材料樹脂
５  射出圧力
６  圧力
７  型締め力
８  成形品
９  圧縮コア
１０  圧縮しろ
１１  圧縮力
１２  型開き量
１３  パーティング面
１４  前進限位置
１５  キャビティ厚み
１６  規定圧縮量
１７  スライドキャビティ壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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