專利名稱：注射成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)印性、光學特性、生產(chǎn)性能優(yōu)越的注射成形方法。
背景技術(shù)：
在熱塑性塑料的注射成形中，反復地進行如下工序?qū)⒛＞甙惭b于注射成形機中、將加熱熔融的樹脂注射到將溫度控制在使用的樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)移溫度以下的模具內(nèi)后、通過成形機的合模壓力加壓、并等待冷卻固化后取出制品。并且，在光盤等的需要超微級的模具的精密轉(zhuǎn)印的制品中，通過這樣的成形方法，轉(zhuǎn)印當然必須控制光學特性和機械特性。
圖14～圖17表示現(xiàn)有的CD、DVD等的光盤的成形法。如圖14所示，填充添有樹脂的空間的模腔37是通過將分別安裝于成形機的固定臺板32和活動臺板33上的固定模具30和活動模具31這兩個模具閉合而形成的。光盤的樹脂通常使用將雙酚A作為單體的聚碳酸酯，根據(jù)分子量等，將玻璃轉(zhuǎn)移溫度(Tg)調(diào)整到130～150℃左右。在兩個模具內(nèi)設(shè)有未圖示的調(diào)溫回路，其中經(jīng)常流動有溫度在樹脂的玻璃轉(zhuǎn)移溫度以下的80～130℃左右的調(diào)溫水。由Ni等制作的、設(shè)有作為以激光再生記錄信號的細微的凹凸40的、預制凹槽或凹坑的壓模7安裝于固定模具或活動模具的表面，在圖14中表的是安裝于固定模具上的例子。
樹脂的填充工序如圖15所示，由成形機的未圖示的可塑化缸體熔融的樹脂從與固定模具30緊密接觸的噴嘴前端34經(jīng)模具的短管36進行充填。近年來，DVD等光盤的板厚為0.6mm，做得比1.2mm厚度的CD等更薄，因很難填充于模腔37內(nèi)，填充時，要將模腔厚度開啟得大于制品厚度，缸體溫度也就是樹脂溫度要高于CD等的300～340℃，設(shè)定在360～390℃，以極力降低粘度以便于填充。
另外，熔融樹脂因與模具壁面接觸固化的同時充滿模腔，因而填充進行期間，上述固化層被冷卻并成長。為此，必須提高作為用于使螺桿前進的馬達或缸體等的壓力的注射壓力。因此，注射填充時產(chǎn)生的樹脂的內(nèi)壓變高。
然后，填充結(jié)束時，樹脂的流體前端42往往未到達作為模腔末端并形成制品外徑的模具部件43處。這是由于如上所述在填充時使模腔厚度T開得比制品厚度t要大并進行填充，并通過后述的填充后的合模進行的壓縮、使模腔厚度變薄的緣故。但是，即使采用上述方法，在填充時，在模具壁面與流動樹脂之間也會形成固化層，因會發(fā)生剪切應(yīng)力，成為雙折射增大的主要原因。另外，因在內(nèi)周和外周上，固化層即表皮層的成長是不同的，內(nèi)外的雙折射差容易增大。作為降低這些的方法，例如，具有增高模具溫度、提高注射速度等，由此，雖可對面內(nèi)的雙折射(與徑向和周向的應(yīng)力差有關(guān))進行某種程度的控制，但對基板的斜入射成分的雙折射的控制因受樹脂材料的光彈性常數(shù)的影響很大而非常困難。另外，歲還有采用極力提高模具溫度以在接近熱變形溫度的高溫下烘烤制品的方法，但這是有限的。也采用降低樹脂材料的光彈性常數(shù)的方法，但存在成本增高、剛性變低等缺點。
另外，采用上述現(xiàn)有的填充方法時，還存在如下問題由于越接近外周樹脂粘度就越高，壓模7界面的溫度下降，致使轉(zhuǎn)印性變差，很難獲得內(nèi)外均勻的轉(zhuǎn)印性。
此外，為了維持流動性，使用的樹脂材料也有很大的制約。例如，為增加制品剛性以提高分子量時，Tg大致增加，不能充分填充。由此，制品厚度減薄受到很大的制約。
在圖15中，將樹脂填充于模腔內(nèi)后，如圖16所示，通過成形機活塞39的驅(qū)動，由模具內(nèi)的切割沖頭38沖切短管36，以形成制品內(nèi)徑41。同時，通過提高成形機內(nèi)的合模壓力以進行模具的合模，可獲得D部詳細描述的轉(zhuǎn)印性。
另外，與模具接觸的轉(zhuǎn)印表面的固化層成為弊病，為獲得充分的轉(zhuǎn)印性必須提高該合模力，由此，壓模7的損壞增大，并且內(nèi)部應(yīng)力的發(fā)生不可避免。
沖切后的切割沖頭38相對壓模7的偏心量必須至少控制在30μm以內(nèi)，但通過提高模具溫度等，會存在著固定和活動模具的溫度分布惡化，維持調(diào)心精度變得困難的問題。
此外，近年來，以MD微型盤為代表的光盤的小型化已標準化并大量生產(chǎn)，隨之制品內(nèi)徑也變小，希望極力擴大信號區(qū)域。為此，必須縮小切割沖頭38的外徑，由此，由于獨立地且調(diào)溫控制切割沖頭38變得困難，因而存在著短管36的固化速度變慢等弊端。另外，通過使制品變小雖希望實施多個模腔成形，但因以下的障礙極大，對光盤來說實現(xiàn)極其困難。首先，為了實現(xiàn)多個模腔成形，有必要將短管部加熱到通常熔融狀態(tài)的300℃左右，做成無短管的熱流道型模具，但此時，因在熱流道與模腔間產(chǎn)生急劇的溫度梯度，各模腔間發(fā)生溫度不勻現(xiàn)象。由此，轉(zhuǎn)印性和機械特性的偏差變大。此外，由一個成形機的活塞驅(qū)動模腔部分的切割沖頭時，平行性會發(fā)生誤差，低偏心化更難實現(xiàn)。由此，不能獲得高密度的制品。
接下來，如圖17所示，使用空氣等從壓模和模具中取出制品。此時，在基板的信號表面如水部詳細描述的，特別是在外周，預制凹坑或預制凹槽的形狀容易變得非對稱。這可以認為其原因是，越接近外周向內(nèi)周側(cè)的收縮量變大，并且因壓模由金屬材料制成，線膨脹系數(shù)比樹脂材料小，收縮量也小。
此外，由于樹脂內(nèi)壓和合模壓，壓模受到的損傷較大，為此，將壓模的材料改換成玻璃等，但考慮生產(chǎn)的耐久性時這是困難的。此外，也可以認為，外周的固化快、內(nèi)外的冷卻速度差大也會助長上述問題。預制凹槽的變形量即使小到相對于凹槽深度d的60～250nm為10％以下的程度，但在軌道間距變小、激光的波長變短及高NA迅速發(fā)展、基板上的記錄再生的點徑變小的今天，往往成為凹槽噪聲，這成為相當大的問題。另外，隨著最外周與限制制品外徑的模具部件接觸而急劇冷卻固化，由于上述的波紋(氣孔)在制品內(nèi)部的芯層變大，因此，形狀容易成為如圖17的A部所示的喇叭狀、楔狀。該外周部的形狀變化也稱作滑跳。
正如上述，在現(xiàn)有的注射成形方法中，由于填充時不能避免固化層的成長，填充開始位置與流動末端位置的粘度和冷卻速度產(chǎn)生差別等原因，有厚度、轉(zhuǎn)印和光學特性等的精度和要求變嚴的限制，材料的限制也嚴格，很難獲得高品質(zhì)的制品。另外，由于在同一模具內(nèi)進行填充和冷卻要以提高模具溫度來獲得高轉(zhuǎn)印性時，為了獲得良好的機械特性，必須加長冷卻時間，也存在不能提高生產(chǎn)效率的問題。
為了解決這些問題，提出了使用多個模具和壓機分開進行填充和冷卻工序的成形方法(日本特開平7-148772號公報，特開平5-124078號公報等)。在這些方法中，由于模具的熱容量大，緩慢冷卻至少需要長達1分鐘以上的時間，從而必須準備多個模具，必然增加了成本。另外，必須經(jīng)過短管等流至模腔末端之類的注射成形固有的上述本質(zhì)問題未予解決。在玻璃基板的制造方法中，提出了一種將投入模具中的玻璃原盤加熱到玻璃軟化溫度以上，壓機模具以獲得形狀精度的成形方法(日本特開平11-92159號公報等)，但存在的問題是為了使固化的原盤加熱熔融需要長的時間。
另一方面，在日本特開平11-128722號公報中提出了一種關(guān)注于既不是液體也不是氣體的處于特殊的中間狀態(tài)的超臨界流體，利用超臨界流體的滲透性的新的轉(zhuǎn)印方法。該方法是將使硅石等反應(yīng)前驅(qū)體溶解的超臨界流體與含有反應(yīng)引發(fā)劑的構(gòu)造體接觸，并在構(gòu)造體表面涂敷反應(yīng)生成物的方法。使用該方法，因構(gòu)造體表面與作為反應(yīng)生成物的復制品(復制物)不能非破壞性分離，為了只取出復制品，必須對構(gòu)造體以進行燒成等方式除去。因此，由于來自構(gòu)造體的復制品只有一次獲得，所以作為成形方法不能工業(yè)化。使溶解高分子材料的超臨界流體與無機多孔質(zhì)膜接觸的方法(日本特開平7-144121號公報)也是同樣的。
此外，將超臨界流體利用于熱塑性成形具有如下的方法。表皮無發(fā)泡并且內(nèi)部具有微細的發(fā)泡單元的微孔塑料(Microcellular Plastic)由美國馬塞諸塞州工科大(MIT)開發(fā)，獲得了作為基本專利的US5158986號“使用超臨界狀態(tài)的流體的熱塑性塑料發(fā)泡體”的專利權(quán)。作為通過將超臨界流體滲透于可塑化的熱塑性樹脂中、降低填充于模具后的模具內(nèi)壓力以使內(nèi)部發(fā)泡的技術(shù)，很顯然與本發(fā)明的用于提高微細構(gòu)造物的轉(zhuǎn)印性的目的是不同的。
另外，由“J.Appl.Polym.Sci.”Vol.30，2633(1985)等已知一種二氧化碳被樹脂吸收時，作為熱塑性樹脂的可塑劑發(fā)揮作用以降低樹脂的玻璃轉(zhuǎn)移溫度的方法，將其應(yīng)用于注射成形的技術(shù)由日本特開2001-62862號公報等公開。其是在由加壓的二氧化碳(CO2)充滿的模具內(nèi)填充并成形溶解有CO2的熔融樹脂，CO2不必做成超臨界流體。由于CO2的作為上述的可塑劑的效果，樹脂的粘度能夠暫時降低，轉(zhuǎn)印性提高，有助于現(xiàn)有的成形方法的生產(chǎn)量的提高，但不能積極地利用超臨界流體所具有的與氣體匹配的滲透性。因此，作為光盤基板的圖案水平的縱橫尺寸比為1左右以下的超微級的轉(zhuǎn)印雖足夠，但毫微級和微細的高縱橫尺寸構(gòu)造的轉(zhuǎn)印則受到限制。其最主要的原因是，(1)熱塑性樹脂的材料的溫度提高，并且生成非牛頓流體的特性，通過高速注射等，因剪切發(fā)熱降低了粘度，但下限約為100泊(posie)左右，(2)填充于模具后，因同與樹脂溫度相比溫度控制在100℃以上的非常低的溫度下的模具接觸，引起表面的粘度急劇上升，即使由上述的方法等暫時抑制，低粘度化也是有限的。另外，高速填充時，因由流動料的前面溶解CO2，因此在微細構(gòu)造內(nèi)產(chǎn)生殘留的溶解物。
圖27和圖28分別表示在由支承模具110支持的壓模等的轉(zhuǎn)印對象構(gòu)造體103的上表面流動樹脂材料109的狀態(tài)以及用模具111壓制填充樹脂材料的狀態(tài)。如圖28所示，通過將樹脂材料109填充于構(gòu)造體112中，可得到樹脂材料的復制件，但因熱塑性樹脂一般具有高的熔融粘度，向毫微級和超高縱橫尺寸構(gòu)造體的轉(zhuǎn)印是困難的。這可以認為是由于高分子填充于微細構(gòu)造物內(nèi)部時的殘留氣體和表面張力等的影響的緣故。
在本發(fā)明中，是將轉(zhuǎn)印對象的構(gòu)造體112的樹脂在填充插入口的最大寬度W與最大深度D的比(D/W)定義為縱橫尺寸比，但如圖29的A區(qū)域所示，各圖案的寬度W比毫微級要窄的同時，縱橫尺寸比變大，并且鄰接圖案以緊湊排列，與如B區(qū)域那樣各圖案排列較松的情況相比，很難填充。另外，即使在該微細構(gòu)造體中可充分填充，但形成高縱橫尺寸比的構(gòu)造物的樹脂的分離性很差，存在著如圖30所示的，脫模之際變形、很難獲得形狀精度的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述現(xiàn)有的注射成形方法中的問題，其目的在于提供一種注射成形方法，它可獲得用現(xiàn)有的成形方法不能得到滿意的轉(zhuǎn)印的超微細構(gòu)造物正確轉(zhuǎn)印的精密的轉(zhuǎn)印性、光學特性、機械特性，同時可大量復制復制品等、能提高生產(chǎn)效率。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的注射成形方法為，形成模腔的模具至少由二個以上的部件構(gòu)成，將來自可塑化裝置的熔融樹脂通過噴嘴填充于所述模具中以獲得成形品，其特征在于，構(gòu)成所述模具的其中一個部件在至少分為3個以上工序的工位中移動，即，填充工序、壓制工序和成形品取出工序；在填充工序中，在所述可塑化裝置內(nèi)對熔融樹脂施加壓力，熔融樹脂注射填充于所述一個部件的未被封閉的模腔內(nèi)，之后，在所述壓制工序中，形成成形品。
另外，在本發(fā)明中，將可獲得通過螺桿將可塑化熔融的樹脂填充于模具中以固化的成形品的成形方法定義為注射成形。
根據(jù)本發(fā)明，由于熔融樹脂沒有填充于封閉的模具內(nèi)，因而在流動時發(fā)生的模具壁面的固化層很難發(fā)生；由于與模具不接觸的面上可均勻地維持樹脂表面的熔融狀態(tài)，從而可降低填充時的樹脂溫度的同時，即使使用剛性高、流動性差的樹脂，也可獲得高的轉(zhuǎn)印性。由于樹脂內(nèi)壓不會因填充的進行、樹脂的固化而增高，從而不必提高用于使螺桿前進的注射壓力。
在本發(fā)明的注射成形方法中，其特征在于，將熔融樹脂在真空中填充于所述未被封閉的模腔中。
通過在真空中填充，因樹脂內(nèi)產(chǎn)生的氣體和空氣所致的空隙和氣泡不會在填充后的樹脂表面呈現(xiàn)。此外，填充后，將該移動模具移動到另外的冷卻工位上后，通過壓制冷卻，可獲得制品形狀，從而可在表面的樹脂粘度低的狀態(tài)下均勻地轉(zhuǎn)印的同時，能夠以顯著低于為獲得現(xiàn)有成形的轉(zhuǎn)印性所必須的合模壓力的壓制壓力進行轉(zhuǎn)印。因此，具有轉(zhuǎn)印用信息的壓模等模具部件并不限于耐久性高的金屬材料也可生產(chǎn)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的注射成形方法，由于壓制時產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力也較小，即使使用光彈性常數(shù)較大并且應(yīng)力容易變大的樹脂材料，也可降低斜入射的雙折射。另外，由于能夠降低注射的樹脂溫度，通過將冷卻步驟的溫度設(shè)定成低于注射工序的步驟溫度，可縮短冷卻時間，從而提高生產(chǎn)效率。
此外，在本發(fā)明的注射成形方法中，其特征在于，構(gòu)成所述模具的其中一個部件在至少分為3個以上工序的工位中移動，即，填充工序、壓制工序和成形品取出工序；在填充工序中，熔融樹脂填充于所述一個部件的未被封閉的模腔內(nèi)，在加壓下使CO2氣體的超臨界流體滲透于該熔融樹脂中后，在壓制工序形成成形品。
通過熔融樹脂含有CO2氣體的超臨界流體，通過超臨界流體具有的滲透性，作為樹脂本來的粘性體的物性得以改變，對微細的凹凸的涂抹性變好，可進行毫微級的轉(zhuǎn)印。另外，通過將模具模腔的內(nèi)壓壓力控制到達到CO2氣體的超臨界狀態(tài)以上的壓力，直到樹脂材料完全固化，流體均維持在超臨界狀態(tài)，因此可避免流體氣化所致的發(fā)泡。
在前述的注射成形方法中，其特征在于，使所述熱塑性樹脂固化后，通過釋放模具壓力，所述超臨界流體氣化，利用該氣體壓力使熱塑性樹脂的固化品與模具分離。
用上述方法固化樹脂后，通過釋放模具壓力，該超臨界流體氣化，通過利用該氣體壓力使樹脂成形品與模具的超微細構(gòu)造物分離，正確轉(zhuǎn)印微細構(gòu)造物的形狀的復制品能夠無損形狀精度地脫模。
在上述的本發(fā)明的注射成形方法中，最好所述一個部件在注射工序中，移動到被加熱到使用的樹脂材料的(Tg-20)℃以上(Tg玻璃轉(zhuǎn)移溫度)的工位上，在壓制工序中，移動到被加熱到(Tg+100)℃以下的工位上。
通過將在注射工序中移動到的工位的溫度定為(Tg-20)℃以上，可控制填充時的樹脂粘度的上升，而通過將在壓制工序中移動到的工位的溫度定為(Tg+100)℃以下，可提高冷卻效率。
另外，從兩個加熱工位到模腔的最小模具厚度最好在10mm以下。由此，在注射時，可抑制模具接觸面的冷卻，在壓制時，可促進制品的冷卻，從而不會使制品品質(zhì)變劣，能夠提高生產(chǎn)效率。
在本發(fā)明的注射成形方法中，最好在注射工序中，噴嘴前端形狀可與制品形狀相吻合地任意改變。此外，最好該噴嘴前端形狀形成接近該移動模具和模腔的形狀。由此，即使制品形狀復雜并且形狀較大，由于填充后的樹脂表面溫度在整個表面均可一致，可獲得均勻且良好的轉(zhuǎn)印。
另外，在前述的注射成形方法中，最好所述熱塑性樹脂朝模具的填充和壓制初期，模具溫度為該熱塑性樹脂的玻璃轉(zhuǎn)移溫度以上，在壓制期間，模具溫度低于該玻璃轉(zhuǎn)移溫度，以固化。
由此，可抑制熔融樹脂與模具接觸所致的樹脂表面粘度的上升，從而可有效地實現(xiàn)對微細構(gòu)造物的滲透。另外，通過在壓制期間降低模具溫度，可縮短冷卻時間。


圖1為本發(fā)明的注射成形機的俯視的整體構(gòu)成圖，圖2為本發(fā)明的注射成形機的注射工序部的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為示意地表示可塑化開始狀態(tài)的視圖，圖3為本發(fā)明的注射成形機的注射工序部的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為示意地表示可塑化結(jié)束時的狀態(tài)的視圖，圖4為本發(fā)明的注射成形機的注射工序部的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為示意地表示注射填充時的狀態(tài)的視圖，圖5為本發(fā)明的注射成形機的壓制工序部的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為示意地表示壓制前的狀態(tài)的視圖，圖6為本發(fā)明的注射成形機的壓制工序部的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為示意地表示壓制時的狀態(tài)和壓模轉(zhuǎn)印時的樣子的視圖，圖7為本發(fā)明的注射成形機的壓制工序部的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為示意地表示壓機開啟時的狀態(tài)的視圖，圖8為本發(fā)明的注射成形機的取出工序部的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為示意地表示取出時的狀態(tài)和基板表面的轉(zhuǎn)印狀態(tài)的視圖，圖9為本發(fā)明的注射成形機的噴嘴前端部的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為示意地表示可塑化計量時狀態(tài)的視圖，圖10為本發(fā)明的注射成形機中的噴嘴前端部的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為示意地表示注射填充時的狀態(tài)的視圖，圖11為表示本實施例的注射成形循環(huán)的定時圖，圖12為測定本實施例的光盤基板的垂直入射延遲量的結(jié)果，圖13為測定本實施例的光盤基板的斷面雙折射的結(jié)果，圖14為現(xiàn)有的注射成形機的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為表示注射前的狀態(tài)的視圖，圖15為現(xiàn)有的注射成形機中主要部分的斷面構(gòu)造圖，為表示注射時的狀態(tài)的視圖，圖16為現(xiàn)有的注射成形機的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為表示合模時的狀態(tài)和壓模的轉(zhuǎn)印狀態(tài)的視圖，圖17為現(xiàn)有的注射成形機的主要部分的斷面構(gòu)造圖，為示意地表示脫模時的狀態(tài)和基板表面的轉(zhuǎn)印狀態(tài)的視圖，圖18為表示比較例的注射成形循環(huán)的定時圖，圖19為測定比較例的成形基板的垂直入射延遲量的結(jié)果，圖20為測定比較例的光盤基板的斷面雙折射的結(jié)果，圖21為表示使用本發(fā)明的熱塑性樹脂成形的填充工序的說明圖，圖22為表示使用本發(fā)明的熱塑性樹脂成形的填充工序的說明圖，圖23為表示使用本發(fā)明的熱塑性樹脂成形的壓制工序的說明圖，圖24為表示使用本發(fā)明的熱塑性樹脂成形的壓制工序的說明圖，圖25為表示使用本發(fā)明的熱塑性樹脂成形的壓制工序的說明圖，圖26為表示使用本發(fā)明的熱塑性樹脂成形的壓制工序的說明圖，圖27為表示微細構(gòu)造物的成形的說明圖，圖28為表示微細構(gòu)造物的成形的說明圖，圖29為表示微細構(gòu)造物的成形的說明圖，圖30為表示微細構(gòu)造物脫模后的狀態(tài)的說明圖。
具體實施例方式
作為本發(fā)明的注射成形方法使用的樹脂，可以是通過加熱和冷卻，流動和固化狀態(tài)為可逆變化的樹脂，但其種類并沒有限制，最好使用熱塑性樹脂。
作為熱塑性樹脂，例如可以為聚乙烯、聚苯乙烯、聚縮醛、聚碳酸酯、對聚苯氧、聚甲基戊烯、聚醚酰亞胺、ABS樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、非結(jié)晶聚烯烴等。
從獲得光學特性優(yōu)良的成形品的觀點出發(fā)，希望采用透明性能優(yōu)良的樹脂，特別好的是聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、非結(jié)晶聚烯烴等。
以下，根據(jù)附圖詳細地說明本發(fā)明的實施例。另外，在本發(fā)明的實施例中，是以制造光盤的注射成形方法和注射成形裝置為代表的，不用說也可適用于其他各種制品和式樣。
在本實施例中，如圖1所示，使用由作為基本工序的注射填充工序A、壓制工序B、取出工序C三個工序構(gòu)成的注射成形裝置。各工序可以是多個，可在注射工序前設(shè)有加熱模具的工序。圖1為本發(fā)明的注射成形裝置的俯視圖，圖2～圖8為該裝置的各工序部分的斷面模式圖。圖2～圖4為圖示注射工序A的從可塑化到填充的狀況的視圖，圖5～圖7為從壓制工序B的壓制前后到模具打開時的模式圖。而圖8為圖示取出工序C的制品取出狀況的視圖。
如圖1所示，移動模具3在以轉(zhuǎn)軸6為中心的真空爐1中，在各步驟中回轉(zhuǎn)移動。首先，在注射工序A中，通過可塑化裝置10，對加熱板8上的移動模具3施加來自缸18的壓力，以進行熔融樹脂的注射填充。本發(fā)明的真空爐為了不使大氣中的氧等從熔融樹脂的表面進入并發(fā)泡，成為減壓真空狀態(tài)，但如果過于高真空，由于樹脂內(nèi)部的低沸點成分會揮發(fā)，內(nèi)部會發(fā)泡，因而希望真空度的范圍為1×10-2Pa～1×103Pa。注射結(jié)束后，移動模具移動到壓制冷卻工序B的加熱板9上，通過設(shè)置在上部的壓制機構(gòu)13加壓，在獲得制品的形狀精度的同時被冷卻。這樣的移動模具在注射工序和壓制冷卻工序中，分別與獨立進行溫度控制的加熱板8、9緊密接觸。
加熱板的溫度是任意的，但希望在注射工序A中，相對于樹脂的玻璃轉(zhuǎn)移溫度為(Tg-20)℃以上，在壓制冷卻工序B中，相對于樹脂的玻璃轉(zhuǎn)移溫度為(Tg+100)℃以下。并且，通過注射工序前設(shè)有預先加熱模具的步驟，并且將壓制、冷卻工序的步驟設(shè)有多個，以及改變各步驟的溫度設(shè)定，能夠提高生產(chǎn)效率。
壓制后，移動模具3移動到制品取出工序C，取出機14將制品從真空爐1中移出并放置于小真空爐17上后，取出機15通過擋板16進入小真空爐17內(nèi)，接收來自取出機14的制品后移送到大氣中。已取出制品的移動模具3再次移動到注射工序A。通過反復進行該工序，可連續(xù)生產(chǎn)。
接下來，使用作為斷面模式圖的圖2～圖8對各工序進行詳細地說明。首先，如圖2所示，在可塑化裝置10內(nèi)，螺桿21通過未圖示的電機的驅(qū)動而回轉(zhuǎn)，從干燥料倉11開始供給樹脂的顆粒12。這是與現(xiàn)有的成形裝置相同的機構(gòu)。在本實施例的移動模具3中，用于形成光盤內(nèi)徑的銷4設(shè)置在模具中心，但能夠根據(jù)制品形狀來改變移動模具的形狀，在移動模具上也能設(shè)有壓模7等的轉(zhuǎn)印對象物。正如前述，移動模具3由于是在不封閉模腔的狀態(tài)下填充熔融樹脂的，因此流動時很難產(chǎn)生模具壁面的固化層。此外，為了使移動模具3的熱交換率良好，希望使用熱傳導率大的材料，并且厚度H非常薄，具體為，希望熱傳導率在20w/m.k(200℃)以上的材料，厚度H為15mm以下。
另外，在本實施例中，可塑化計量時，螺桿前端的樹脂內(nèi)壓上升，為了抑制發(fā)生樹脂從噴嘴前端2的泄漏，用機械擋板5防止，但可以是防止樹脂泄漏的任意機構(gòu)。計量結(jié)束時，如圖3所示，與現(xiàn)有的成形方法相同，通過螺桿21后退到計量位置，在螺桿前的加熱缸20內(nèi)的區(qū)域22中計量熔融樹脂。
在本實施例中，因從熔融樹脂中會揮發(fā)大量的氣體，為此，由位于料倉11后方的真空孔19排氣。在本發(fā)明的成形方法中，可塑化熔融時，在殘存大量低分子成分和揮發(fā)成分時，因在減壓或真空氛圍下容易發(fā)泡，為此希望排除這些成分。計量結(jié)束后，如圖4所示，在開啟噴嘴前端2的機械擋板5的同時，螺桿21通過位于可塑化裝置后部的缸18內(nèi)的壓力前進，以將熔融樹脂23填充于移動模具3上。在本發(fā)明的實施例中，噴嘴前端2的形狀由于能夠與模具形狀實現(xiàn)最佳配合，因此，形成接近模腔形狀的熔融狀態(tài)的樹脂。
更具體為，使用圖9和圖10說明注射步驟中的噴嘴前端2形態(tài)的另外例子。如圖9所示，在噴嘴前端2內(nèi)插入密封用擋塊50。在可塑化計量時，為了提升樹脂的內(nèi)壓，朝圖中的下方施加壓力，由于密封用擋塊50下降到下方，由噴嘴前端2與密封用擋塊50接觸的密封用擋塊承受面51封閉，從而使熔融樹脂不會從噴嘴中泄漏。注射時，如圖10所示，通過使噴嘴前端2朝模具側(cè)下降到規(guī)定位置，密封用擋塊50的擋塊前端52與模具的內(nèi)徑銷4碰撞接觸，以提升噴嘴內(nèi)的密封用擋塊50。通過提升密封用擋塊50，由在擋塊外周部上數(shù)處刻有的樹脂流動用槽53填充熔融樹脂23。此時，填充的樹脂23也維持在熔融狀態(tài)，由于噴嘴前端2和移動模具3接近了最終的模腔形狀，在壓制工序中，可得到更加良好的平坦性和形狀精度。
填充了熔融樹脂23的移動模具3移動到處于壓制冷卻工序B的加熱板9上。在壓制工序中，移動模具和形成模腔的至少一種以上的模具安裝于壓機活塞26上。如圖5所示，在本實施例中，在壓機模具24上，設(shè)有刻上作為微細信息的預制凹槽的壓模7，但根據(jù)制品形態(tài)，模具的構(gòu)成可以是任意的。并且，壓模的材料是任意的，除金屬以外也可使用石英玻璃等。壓機模具24可用任意的方法直接或間接地進行溫度控制，但在本實施例中，是通過流動冷卻水的調(diào)溫回路25直接進行溫度控制。
如圖6所示，壓機模具24借助于壓機活塞26的力P，與移動模具3合模，以形成模腔37。在本實施例以外，本發(fā)明也可使壓機模具24與壓機活塞26獨立設(shè)置，同時將壓制工序設(shè)有多個，通過改變各壓制時的溫度控制，能夠進一步提高品質(zhì)和生產(chǎn)效率。例如，為了改善熱交換率，將壓機模具與移動模具一樣，做的較薄，在初期壓制時，壓機模具和壓機活塞的溫度較高，轉(zhuǎn)印后，壓機活塞的溫度下降，再次與壓機模具緊密接觸，通過急速冷卻壓機模具，可縮短冷卻時間。此時，壓機模具也與移動模具一樣必須設(shè)有多個。移動模具3和壓機活塞26的調(diào)心方法是任意的，但在本實施例中，是將設(shè)置成環(huán)形的導環(huán)28a，28b相互嵌合而成的。
模具壓制后，如圖7所示，開啟壓機模具24。之后，將制品29和移動模具3移動到取出工序C。制品的取出方法是任意的，但在本實施例中，如圖8所示，首先，將取出機14和其所附帶的吸盤14A與成形品29緊密接觸后，將取出機14內(nèi)的真空度提升到比真空爐1內(nèi)的真空度高，并將成形品29移動到小真空爐17內(nèi)。之后，在將小真空爐17與大氣切斷的擋板16瞬間開啟期間，取出機15進入小真空爐17內(nèi)，接收來自取出機14的成形品29并移送到大氣中。
下面，列舉實施例更具體地說明本發(fā)明。但是，本發(fā)明并不僅限于這些實施例。
實施例1使用本發(fā)明的圖2～圖8的注射成形裝置，制作制品的內(nèi)徑為φ8mm、外徑為φ50mm、板厚為0.4mm的圓盤狀的光盤用基板。在壓模7上，在從內(nèi)徑為φ12mm到外徑為φ48mm的范圍內(nèi)，設(shè)有軌道間距為0.5μm、槽寬度為0.25μm、槽深為70nm的螺旋狀預制凹槽。
在圖2中，移動模具3的厚度H最好在15mm以下，但在本實施例中定為10mm。模具的熱傳導率最好在20w/m.k(200℃)以上，但在本實施例中，使用21.5w/m.k(200℃)的日立金屬社制的HPM38。真空爐1內(nèi)的真空度希望在能夠抑制熔融樹脂因空氣從表面進入而發(fā)泡并且能夠抑制樹脂內(nèi)部的低沸點材料揮發(fā)并發(fā)泡的范圍，希望為1×10-2Pa～1×103Pa的范圍內(nèi)，但在本實施例中，使用回轉(zhuǎn)泵和機械升壓泵，將真空度維持在0.1Pa～1Pa。填充的熔融樹脂可以是任意的，但使用作為將雙酚A作為單體的聚碳酸酯樹脂的帝人化成社制的AD5503(玻璃轉(zhuǎn)移溫度(Tg)為143℃)?？伤芑b置10的加熱器的加熱溫度可以是任意的，但在本實施例中，使用帶狀加熱器，控制最高溫度為300℃，在噴嘴前端部2中為260℃。在注射工序的加熱板8的溫度為250℃。填充前的移動模具3的表面溫度為150℃。
噴嘴前端的形狀如圖2～圖4所示，設(shè)計成排出口為環(huán)狀并通過注射使樹脂擴展成環(huán)形。注射填充是在由機械擋板5封閉噴嘴前端17的狀態(tài)下，進行如圖3所示的可塑化計量后，如圖4所示，開啟擋板，使螺桿21前進，以填充時間為0.1秒進行填充。填充量與后面的壓制工序相吻合，并對形成最終制品形狀為最佳。之后，如圖5所示，將移動模具3移動到處于壓機模具24下的加熱步驟9中，其中，壓機模具24裝有由上述的Ni制作的壓模7。壓模7的安裝方法是任意的，但在本實施例中，內(nèi)外都由未圖示的真空吸附進行。加熱步驟9通過未圖示的冷卻水控制到40℃。
壓機模具24與壓機活塞26連接，并設(shè)有冷卻水流動的調(diào)溫回路25。模具材料和厚度是任意的，但使用日立金屬社制的HPM38，從壓機活塞安裝位置到壓模的厚度為20mm。另外，從壓模設(shè)置表面到冷卻調(diào)溫回路的距離為10mm。壓機活塞的驅(qū)動源是任意的，可使用液壓缸、電動馬達、氣缸等，但在本實施例中，使用氣缸。并且，壓機模具24的冷卻水25控制為100℃。
壓制如圖6所示進行，將限制移動模具的制品外徑的外周環(huán)28b與壓機模具24的外周環(huán)28a嵌合，以進行模具的調(diào)心。兩個外周環(huán)的間隙考慮到溫度差即壓制時的熱膨脹差進行調(diào)整使其可獲得最佳的調(diào)心精度。壓制力P和壓制時間是任意的，但在本實施例中，壓制力P為800kgf的力，并在壓制壓力下加壓2秒鐘。通過該壓制，熔融樹脂填充到模腔末端，如A部放大表示的那樣轉(zhuǎn)印到外周。
轉(zhuǎn)印后，如圖7所示，通過壓機活塞26和壓機模具24上升，壓模7和制品29脫模。壓模7和制品29的脫模方法是任意的，但在本實施例中，從設(shè)置在壓模內(nèi)周部的環(huán)狀隙縫以流量為51/min通入作為惰性氣體的氮氣0.1秒，在0.3秒時脫模。外周部既可設(shè)有氣體的進入口，也可冷卻氣體。制品29從注射成形機中取出的方法是任意的，但在本實施例中，可按如下方式進行。
首先，將移動模具3移動到取出工序，如圖8所示，通過取出機14的吸盤14A將成形品29移離移動模具3，并移動到小真空爐17中。小真空爐17內(nèi)的真空度如不會給填充工序和壓制工序的真空度造成不良影響的話，可以是任意的，但在本實施例中，控制為10～50Pa。之后，在擋板16瞬間開啟的同時，取出機15和吸盤15A進入真空爐17內(nèi)，接收來自取出機14的成形品29后，后退到大氣中，并從真空爐17中取出制品。在本實施例中，擋板的開啟時間為0.5秒。
各工序的時間圖表示在圖11中。如圖11所示，通過協(xié)調(diào)各工序的循環(huán)，和有效地進行加熱、冷卻的熱交換，可實現(xiàn)高效率的循環(huán)。
在本實施例中，所制作的光盤基板的最外周處的轉(zhuǎn)印性用AFM測定時，壓模的槽深度轉(zhuǎn)印99％，其形狀也如B部放大所示可維持其對稱性。在基板內(nèi)沒有觀察到如氣泡和波紋(流標記)之類的異常。另外，用工具顯微鏡測定凹槽外徑相對內(nèi)徑的偏心量時，發(fā)現(xiàn)為10μm(P-P)，可制作低偏心基板。用測微計測定整個表面的板厚變動時為2μm以內(nèi)，不會發(fā)生外徑的滑跳。
接著，用アドモンサイエンス社制雙折射評價裝置F3DP-1測定基板的延遲量(雙折射)。圖12表示雙程延遲量的測定結(jié)果。發(fā)現(xiàn)在整個表面為10nm以內(nèi)，幾乎不發(fā)生雙折射。在此，延遲量為光相位差，是用于檢測和定量雙折射大小的指標，延遲量(R)由R＝(N1-N2).t表示。但是，N1為光盤面內(nèi)的徑向的主折射率，N2為光盤面內(nèi)的周向的主折射率，t為基板的厚度。另外，雙折射由光盤面內(nèi)的徑向和周向的主應(yīng)力差(N1-N2)表示。
正如在本發(fā)明人的發(fā)明(日本特開2001-243656號公報)中所詳細描述的那樣，在現(xiàn)有的成形方法中，很難降低厚度為0.6mm以下等的薄壁光盤用基板的內(nèi)徑附近的雙折射，并且，不能避免高溫環(huán)境化后的內(nèi)周部的雙折射增大。但是，本發(fā)明的制品經(jīng)80℃的高溫處理發(fā)現(xiàn)，烘烤4小時后的延遲量如圖12所示幾乎沒有變化。
圖13表示測定本發(fā)明的基板與殘余應(yīng)力相關(guān)的某個斷面(垂直)雙折射(Nx-Nz)的結(jié)果。該斷面雙折射為面內(nèi)的主折射率Nx(N1或N2)與厚度方向的主折射率Nz的差，由高分子論文集vol.47，No6(1990)所揭示的下述式(1)、(2)、(3)，算出(N1-Nz)和(N2-Nz)，以較大一方的值代表。
N1-Nz＝l/tsin2θ1(RO-Rθcosθ1) ...(1)N2-Nz＝l/tsin2θ1(ROcos2θ1-Rθcosθ1)...(2)sinθ＝nsinθ1...(3)式中，t＝基板厚度，RO＝垂直入射延遲量，Rθ＝以一定角度(θ)傾斜測定的延遲量，n＝折射率為1.58，但在本實施例中，設(shè)θ＝30°進行測定。
根據(jù)圖13可知，本發(fā)明的Nx-NZ表示在2×10-4以下時，以現(xiàn)有的成形方法不能達到的數(shù)值。另外，該數(shù)值與光彈性常數(shù)C小的樹脂材料相同。根據(jù)該結(jié)果可知，本發(fā)明的基板的殘余應(yīng)力顯著地小。
實施例2除了將注射工序的噴嘴前端2的形狀改變成如圖9所示外，使用與實施例1同樣的注射成形機，用同樣的方法進行注射成形。噴嘴前端的加熱器20的溫度控制到250℃。加熱板8的溫度為250℃，將噴嘴朝圖10的箭頭方向移動，通過將密封用擋塊50的密封用擋塊前端部52與移動模具3的內(nèi)徑銷4接觸，上推噴嘴內(nèi)的密封用擋塊50，通過密封用擋塊50的外周部的樹脂流動用槽53，將熔融樹脂23填充到模具上。此時，填充于移動模具3上的流動樹脂23接近最終制品形狀，并且確認壓模的轉(zhuǎn)印面54也能維持平坦性。
之后，與實施例1同樣，進行壓制和制品取出。由于在壓制前形狀精度達到某種程度，圖6的壓制力P比實施例1低，為400kgf。
本實施例的基板的外觀、形狀、轉(zhuǎn)印性與實施例1同樣良好。另外，與實施例1同樣，測定斷面雙折射的結(jié)果表示在圖13中，但與實施例1相比，內(nèi)部殘余應(yīng)力可降低。這可以認為是由于壓制時產(chǎn)生的應(yīng)力降低的緣故。
比較例1使用圖14～圖17所示的現(xiàn)有的成形方法，用與實施例1同樣的樹脂制作光盤。注射成形機使用住友重機械工業(yè)制的SD35E。固定模具30和活動模具31的調(diào)溫回路的設(shè)定溫度分別為120℃，切割沖頭38和短管36不設(shè)有調(diào)溫回路。圖15所示的填充時的模腔開啟量T為0.8mm，比最終制品厚度t＝0.4mm大0.4mm。填充的樹脂溫度(缸體加熱筒溫度)最大為380℃，填充時間為0.04秒。圖18表示可塑化和合模的時間圖。剛填充后，通過施加15噸的合模力0.2秒，如圖16所示，在壓縮轉(zhuǎn)印的同時，驅(qū)動切割沖頭38，沖切內(nèi)徑。之后，合模力下降到8噸并保持2.9秒后，在0.4秒內(nèi)開模和取出制品。
用AFM測定在本比較例的基板的轉(zhuǎn)印性。其結(jié)果為，凹槽深度的轉(zhuǎn)印率為98％，但可見圖17的E部放大表示的稍微的變形。另外，信號外徑相對基板內(nèi)徑的偏心量為30μm(P-P)。測定制品厚度時，發(fā)現(xiàn)從制品外徑為φ50mm向內(nèi)側(cè)進2mm的外徑φ48mm時，其偏差為5μm，但在其外側(cè)局部進而達到7μm厚，發(fā)生如圖17的A部所示的滑跳。
接下來，與實施例同樣，測定本比較例的光盤基板的垂直入射延遲量和斷面雙折射。其結(jié)果示于圖19和圖20。如圖19所示，垂直入射延遲量在成形后最好控制為20nm，但發(fā)現(xiàn)烘烤所致的偏移量較大。另外，由圖20可知，斷面雙折射比本發(fā)明的數(shù)值大許多。
另外，根據(jù)本發(fā)明人的前述發(fā)明，通過使用模具的調(diào)溫回路進行的冷卻效率在內(nèi)外周變化等的裝置以降低粘度差等的方法，前述烘烤后的延遲量可控制在±30nm左右，但斷面雙折射因非常依賴于使用樹脂的物性，很難降低到4.0×10-4以下。
實施例3圖21～圖26示意地表表示成形方法，該成形方法中，作為熱塑性樹脂材料使用玻璃轉(zhuǎn)移溫度為140℃的聚碳酸酯，其中包含有CO2氣體的超臨界流體。圖21～圖22表示熔融樹脂的填充工序，但設(shè)有形成微細的構(gòu)造物的壓模103的移動模具101載置于移動臺102上，該移動模具101與該移動臺一同在各工序中移動。
壓模103的微細構(gòu)造物做成如圖28所示，將深度D為0.6μm、寬度W為0.15μm、縱橫尺寸比為4的凹槽圖案以間隔為0.2μm連接的高縱橫尺寸比的線和空間的構(gòu)造體用Ni形成，移動模具的內(nèi)壁形成φ50mm的圓盤狀的模腔。
該移動模具至少加熱到熱塑性樹脂的玻璃轉(zhuǎn)移溫度Tg以上，加熱方法是任意的，可以是直接或間接的加熱方法如超聲波感應(yīng)加熱、傳熱加熱、調(diào)溫溶劑加熱、鹵素燈等加熱等。在本實施例中，將模具緊密接觸于預先加熱到500℃的熱板上的同時，照射鹵素燈，移動模具101和壓模103的表面溫度在樹脂填充前控制到200℃。
熱塑性樹脂做成顆粒130從料倉131投入可塑化缸體132中，通過回轉(zhuǎn)螺桿133可塑化。希望顆粒130在可塑化前充分脫氣，在投入料倉131前的未圖示的干燥機內(nèi)進行干燥脫氣以外，在本實施例中還在封閉并加熱料倉131的同時排氣。通過將樹脂充分干燥并除氧，即使在使用吸水率較大的樹脂材料時，也能夠抑制注射時容易發(fā)生的氣泡和因密封機構(gòu)134等中滯留導致的水解。另外，超臨界流體可混合并滲透到可塑化熔融狀態(tài)的樹脂中，但在模具開啟時，由于該流體從樹脂內(nèi)部逃逸的效率差，因此在本實施例中，在轉(zhuǎn)印工序中，超臨界流體是在封閉模腔的狀態(tài)下滲透的。
本實施例的注射機構(gòu)采用預塑化式，在可塑化時，如圖21所示，在密封機構(gòu)134開啟的狀態(tài)下，通過由加熱控制的帶狀加熱器135卷繞的可塑化缸體132內(nèi)的螺桿133的回轉(zhuǎn)，由料倉131投入的顆粒130可塑化，通過該密封機構(gòu)134，填充于注射柱塞136的前方。注射柱塞136由球狀保持器139引導到注射缸體138的內(nèi)壁，即使在狹小的間隙中，也不會咬住該注射缸體，可順暢地驅(qū)動。注射缸體138和與其前端連接的噴嘴106由帶狀加熱器137加熱，在樹脂的可塑化期間，為了使熔融樹脂不會從噴嘴106中漏出，通過由氣缸113機構(gòu)控制的閥107關(guān)閉門108。在本實施例中，可塑化缸體132的帶狀加熱器135控制在350℃，注射缸體138和噴嘴106的帶狀加熱器137控制在370℃。
注射時，如圖22所示，通過驅(qū)動與氣缸機構(gòu)113連動的閥107，開啟噴嘴106表面的門108的同時，利用注射缸體138內(nèi)的液壓力等，注射柱塞136前進，從而將可塑化熔融樹脂109填充到移動模具101內(nèi)的壓模103的表面。在本發(fā)明中，填充前的移動模具101因加熱到熱塑性樹脂的玻璃轉(zhuǎn)移溫度以上，熔融樹脂與模具表面接觸并固化，表面不會形成表皮層，注射填充壓力也會降低。因此，在成形品的雙折射變小的同時，可抑制溫度下降所致的粘度上升。另外，注射時模具內(nèi)的氣氛是任意的，但由于大氣中的氧進入則熔融樹脂表面會發(fā)生氣泡，為了抑制氣泡發(fā)生，希望真空度在1×10-2～1×103Pa的范圍內(nèi)，并且，可以是二氧化碳等惰性氣體氣氛。
在本實施例中，填充熔融樹脂109的移動模具101與移動臺102一同直接從注射工序轉(zhuǎn)移到壓制工序。圖23～圖26表示壓制工序的成形方法的示意圖。首先，如圖23所示，插入被加熱調(diào)溫的壓機模具104，并且壓機模具104固定到合模裝置105上。在本發(fā)明中，壓機模具104的溫度控制方法和溫度設(shè)定是任意的，但在本實施例中，通過用未圖示的水作為媒體的冷卻水流動的調(diào)溫回路，在壓制初期，用比樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)移溫度稍高的145℃進行調(diào)溫，而在壓制過程中降低到100℃。
在本實施例的合模裝置(105)內(nèi)，具有可上下的內(nèi)藏于氣缸117中的超臨界流體噴出活塞115，該活塞115通過連接軟管116而與未圖示的超臨界流體發(fā)生裝置連接，通過開啟未圖示的電磁閥，從前端噴出超臨界流體。并且，在壓機模具104內(nèi)，設(shè)有用于導入超臨界流體的內(nèi)芯114，通過該內(nèi)芯上下，可與壓機模具104的超臨界流體的流道118，119連接和斷開。并且，超臨界流體為了在模具關(guān)閉時不會漏到模具外部，用O型圈120，121完全密封，因熔融狀態(tài)下比容積較大，可快速滲透于分子間距離變寬的樹脂中。
在本發(fā)明中，直到模具被加壓，且壓模103等的微細構(gòu)造物被轉(zhuǎn)印，至少轉(zhuǎn)印面的樹脂表面和模具表面必須維持在玻璃轉(zhuǎn)移溫度以上，在轉(zhuǎn)印結(jié)束后，必須降低到玻璃轉(zhuǎn)移溫度以下。在本發(fā)明中，移動模具101和移動臺102與未圖示的冷卻板緊密接觸。冷卻板由100℃的調(diào)溫水進行溫度控制。具有熱容量的移動臺102和移動模具101由冷卻板獲取熱量，使溫度慢慢下降，用約40秒鐘使移動模具101和壓模103的表面溫度降到樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)移溫度即140℃以下，至此結(jié)束轉(zhuǎn)印。
在本實施例中，超臨界流體向模具的導入按圖24所示進行。即，合模裝置105通過未圖示的液壓力驅(qū)動，固定在該裝置上的壓機模具104和設(shè)置在外周部的O型圈120在插入移動模具101內(nèi)的時刻，內(nèi)藏于氣缸117中的超臨界流體噴出活塞115前進，下推模具內(nèi)的內(nèi)芯114，流道118和119在O型圈120內(nèi)連接。然后，通過未圖示的電磁閥開啟，來自未圖示的超臨界流體發(fā)生裝置的超臨界流體通過連接軟管116和模具內(nèi)的流道118，119，填充于密閉的模具內(nèi)。作為超臨界流體，使用二氧化碳(CO2)。二氧化碳成為超臨界狀態(tài)的條件為，溫度為31.1℃，壓力為75.2kgf/cm2，但在本實施例中，以溫度為150℃，壓力為200kgf/cm2的條件作為超臨界狀態(tài)。此外，將高濃度的二氧化碳與熔融樹脂一同充滿密閉的模具內(nèi)后，在二氧化碳的超臨界溫度和壓力以上的環(huán)境下，通過合模轉(zhuǎn)印，二氧化碳也可轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界流體。
預定量的超臨界流體填充于模具內(nèi)后，如圖25所示，超臨界流體噴出活塞115后退，通過復位彈簧122的彈力，內(nèi)芯114后退，流體的流道118，119斷開。接著，通過在合模裝置105上產(chǎn)生的合模力，在壓機模具104與移動模具101之間的模腔間加壓，壓模103上的微細構(gòu)造物轉(zhuǎn)印到熱塑性樹脂材料109上。此時，合模力是任意的，但在本發(fā)明中，至少要直到轉(zhuǎn)印結(jié)束、樹脂固化，必須使流體維持在超臨界狀態(tài)，因此，在本實施例中，施加3秒鐘10噸(壓力為509kgf/cm2)的合模力進行轉(zhuǎn)印后，將合模力降低到5噸(255kgf/cm2)，以冷卻和固化樹脂。
滲透于樹脂中的超臨界流體在樹脂固化或硬化期間，能通過逸散到外部進行調(diào)整。殘存在樹脂內(nèi)部的超臨界流體多時，卸壓時氣化之際，很難抑制發(fā)泡。在本實施例中，在維持合模壓力的狀態(tài)下，使超臨界流體噴出活塞115在冷卻期間前進1秒，則將剩余的超臨界流體和來自樹脂內(nèi)部的揮發(fā)氣體逃逸散到模具外部。
之后，釋放合模力，如圖26所示，開啟模具。壓力釋放的同時，由于超臨界流體不能維持超臨界狀態(tài)，因此氣化且體積發(fā)生較大地膨脹，但由于樹脂材料固化，分子間距離處于很難變動的狀態(tài)，該揮發(fā)氣體如圖中箭頭所示，從樹脂表面向模具側(cè)逸散。利用其壓力，與微細構(gòu)造物緊密接觸的樹脂的復制品109就可容易地剝離。
脫離模具表面的復制品109的樹脂材料和移動模具101移動到下個工序，由未圖示的取出口機器人取出制品后，只有該移動模具101再次返回加熱工序。如此，通過多個移動模具101在各工序移動，可連續(xù)地生產(chǎn)高縱橫尺寸比構(gòu)造體的復制品。
將本實施例的樹脂復制品由液體氮斷開，用SEM觀察斷面形狀時，確認線和空間構(gòu)造體也可包含邊緣形狀并能正確地轉(zhuǎn)印。
正如上述，采用本發(fā)明的注射成形方法的話，即使是由現(xiàn)有的成形方法不能獲得滿意的轉(zhuǎn)印的超微細構(gòu)造物也可正確地轉(zhuǎn)印，在可獲得精密的轉(zhuǎn)印性、機械特性的同時，可大量復制復制品等，能夠提高生產(chǎn)效率。另外，由本發(fā)明的成形方法獲得的成形品，延遲量小并且均勻，斷面雙折射也小，具有優(yōu)越的光學性能。
權(quán)利要求
1.一種注射成形方法，形成模腔的模具至少由二個以上的部件構(gòu)成，將熔融樹脂填充于所述模具中而獲得成形品，其特征在于，構(gòu)成所述模具的其中一個部件在至少分為3個以上工序的工位中移動，即，填充工序、壓制工序和成形品取出工序；在填充工序中，熔融樹脂填充于所述一個部件的未被封閉的模腔內(nèi)后，在壓制工序形成成形品。
2.按照權(quán)利要求1所述的注射成形方法，其特征在于，將熔融樹脂在真空中填充于所述未被封閉的模腔中。
3.按照權(quán)利要求1所述的注射成形方法，其特征在于，在加壓下使CO2氣體的超臨界流體滲透于填充到所述模腔內(nèi)的熔融樹脂中后，在壓制工序形成成形品。
4.按照權(quán)利要求3所述的注射成形方法，其特征在于，使所述熱塑性樹脂固化后，通過釋放模具壓力，所述超臨界流體氣化，利用該氣體壓力使熱塑性樹脂的固化品與模具分離。
5.按照權(quán)利要求1所述的注射成形方法，其特征在于，所述一個部件在注射工序中，移動到被加熱到使用樹脂材料的(Tg-20)℃以上(Tg玻璃轉(zhuǎn)移溫度)的工位上，在壓制工序中，移動到被加熱到(Tg+100)℃以下的工位上。
6.按照權(quán)利要求1所述的注射成形方法，其特征在于，所述熱塑性樹脂向模具的填充和壓制初期，模具溫度為該熱塑性樹脂的玻璃轉(zhuǎn)移溫度以上，在壓制期間，模具溫度低于該玻璃轉(zhuǎn)移溫度并固化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種注射成形方法，它在光盤等的成形中，可以獲得能正確地轉(zhuǎn)印由現(xiàn)有的成形方法不能獲得滿意的轉(zhuǎn)印的超微細構(gòu)造物的精密的轉(zhuǎn)印性、光學特性、機械特性的同時，可大量復制復制品等，能夠提高生產(chǎn)效率。該方法是形成模腔的模具至少由二個以上的部件構(gòu)成，將來自可塑化裝置的熔融樹脂通過噴嘴填充于所述模具中以獲得成形品，其特征在于構(gòu)成所述模具的其中一個部件在至少分為3個以上工序的工位中移動，即，填充工序、壓制工序和成形品取出工序；在填充工序中，在所述可塑化裝置內(nèi)對熔融樹脂施加壓力，熔融樹脂注射填充于所述一個部件的未被封閉的模腔內(nèi)，之后，在所述壓制工序中，形成成形品。
文檔編號B29C43/02GK1529649SQ0281033
公開日2004年9月15日 申請日期2002年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月22日
發(fā)明者遊佐敦, 佐敦 申請人:日立麥克賽爾株式會社