专利名称：模仁的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种模仁的制造方法，特别是涉及一种装设于射出成型模具内模仁的制造方法。
背景技术：
一般工业界以射出成型机成形各式各样的热塑性产品，其中有属于光电产品所使用的薄片式成型品，例如光盘片、LCD导光板等，而用来成型此等产品的模仁一般称为「镜面模仁」，以下兹以成型光盘片所用的模仁为例说明，如图1及图2所示，一般膜仁11是装设在一射出成型模具12中，该模具12具有上下对应的一活动模123与一固定模121、一固定于该活动模123底面的上模仁板125，及一设于周缘的框架122。该模仁11就是装设于该固定模121顶面，其上贴覆一顶面上预刻有资讯坑(pit)而成所谓资讯面的母片14。该上模仁板125、模仁11及框架122共同界定出一填充热塑性材质的模穴124。该模仁11主要是由一金属材质模板111所组成，模板111表面研磨抛光使表面粗糙度达到0.01微米以下，光滑而呈镜面，以便降低模板111与母片14间的摩擦系数，模板111顶面再镀一1-5微米厚的硬质膜112。硬质膜112是由硬度高的材质(如DLC、WC/C、CrN、TiN、硬铬等材质)制成，因此表面也呈光滑而具低摩擦系数，且借表面高硬度以解决模仁11顶面与母片14的磨耗问题，此表面光滑的模仁11一般就称为「镜面模仁」。
射出成型时，该热塑性材质(Poly Carbonate，简称PC)熔融呈液状射出填充入该模穴124，经瞬间流动而以预定厚度均匀填覆于该母片14顶面，待冷却成固体后就产生一光盘成品，该光盘底面上便对应母片14顶面而产生有预印资讯坑图案的资讯面，一般而言，一张母片14可用来制成约三万张光盘。但是由于母片14以真空吸附方式全面紧贴于模仁11的光滑表面上，PC料射入模穴124时温度可达350℃，而此时模仁11温度约在100℃～125℃以提供射料冷却成型所需的低温，夹于其间的母片14温度初始受其顶面射料温度影响而立刻升温，但是立刻会受较低温模仁11表面热导效应影响而急速降温，此时全面热导效应的结果也使母片14的资讯坑同样过早降温导致流渗入母片14顶面资讯坑内的PC射料成型性变差，因此光盘资讯面的覆印图案不完整，导致产品的良率降低，此情形在光盘近外围区域尤为严重。
如图3所示，有鉴于上述的原因，本发明人曾对模仁表面施以喷砂或珠击的手段，来减缓母片14的降温速度，所谓「对模仁表面施以喷砂」，是先于该模板111顶面上以喷砂的方式产生复数凹坑113后，再研磨抛光去掉尖锐的顶端115，然后在此喷砂模仁11表面镀上硬质膜112，以此种模仁11承置母片14，使模仁11与母片14(可见于图1)间因凹坑113而减少接触面积，进而减少母片14与模仁11间的热导效应，借此避免热塑性材料注入模穴124时，母片14温度降过快。但是经发明人实验发现，由于喷砂及研磨抛光过程造成该模板111顶面产生许多凹坑113及小平面114，其上还会受喷砂材的污染，使随后镀上硬质膜112的附着力较差，不耐磨耗，且小平面114的边缘处产生许多锐利的锐角，母片14在承受热塑性材料射出接触时，除承受射料压力外，温度上升又下降产生热涨冷缩的同时，上述的锐角具高攻击性易造成母片14磨损。
如图4所示，而所谓「对模仁表面施以珠击」是先于该模板111上以钢珠或陶瓷珠以加压珠击的方式使其顶面上产生圆球状凹陷的凹坑113，再镀上硬质膜112，此种模仁11是运用以承置母片14，同样也可避免热塑性材料注入模穴时，母片14温度降过快。但是于珠击时，发明人发现并非所有钢珠或陶瓷珠的形状都能维持圆球状，甚至有些破碎的陶瓷碎片撞击该模板111顶面时，产生圆弧度不佳或尖锐凹陷的凹坑113，并使模板111顶面局部金属结晶改变，同时遭到破碎的撞击材嵌入，且由于钢材硬度不高，于钢珠或陶瓷珠撞击时，如图5所示，造成凹坑113上周缘因撞击时材料的推挤效果而向上凸出产生顶丘116，上述诸状况使模板111表面难以保有光滑面，也使该模板111的顶面雾化，也因此导致后制程镀上的硬质膜112附着力极差，因此不只模仁11本身不耐磨耗，并增加对母片14的攻击性及磨耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表面具圆弧凹坑且具高光滑度及高硬度模仁的制造方法，借由先镀硬质膜再压撞出凹坑的方式，使具有凹坑的模板顶面不只具高硬度且仍保有光滑面。
本发明模仁的制造方法，包含以下步骤(A)于一模板的顶面上研磨抛光，使其顶面产生光滑镜面。(B)在该模板顶面镀上一硬质膜。及(C)将镀完硬质膜的模板顶面以圆球面的撞击物连续加压撞击，以产生复数高密度均匀分布且圆弧面凹陷的光滑面凹坑。
本发明利用连续珠击或撞击的方式，于镀上硬质膜的模板上击出分布于模仁表面的圆弧面凹陷的光滑面凹坑，且因该硬质膜于珠击时本身材质的牵引，及硬质膜的保护，使凹坑上缘与平面交接处是呈圆弧平滑曲面，且凹坑的凹面也为光滑面，本发明在运用上一方面可避免母片因散热过快而温度分布不均，使母片上的预印图形套印于成品上时非常完整，且制程快，使射出成型品质高、并缩短制程时间，还可维持该模仁表面的光滑度，降低与母片间的磨耗，增加母片及模仁的使用寿命，另一方面也可直接用于成型导光板上光滑面的凸点，增加导光板的亮度。所以的确非常实用与进步。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明图1是一般的模仁装设于一模具内的侧面剖视图；图2是一般的模仁上固定一母片的侧面剖视图与射出成型过程中母片的温度变化曲线图；图3是模仁以喷砂及抛光方式制造的示意图；图4是模仁以珠击方式制造的示意图；图5是运用模仁制作方法的放大示意图，说明以珠击方式造成该模板表面产生凹坑的情形；图6是本发明模仁制作方法的第一实施例的示意图，说明以珠击方式造成该模仁表面产生复数凹坑的情形；图7是本发明模仁制作方法的第二实施例的示意图，说明以一工具机的撞击件加压撞击造成该模仁表面产生复数凹坑的情形；图8是本发明制作出的模仁装设于一模具内的侧视简图；图9是该模仁的顶面固定一母片时的侧面剖视图与射出热塑性材料于上成型过程中母片的温度变化曲线图；图10是运用本发明的放大示意图，说明以圆弧面撞击方式造成本发明模仁表面产生凹坑的情形。
具体实施例方式
为方便说明，在以下的实施例，类似的元件是以相同的编号来表示。
如图6所示，本发明的第一实施例是提供一种模仁3的制作方法，其制造方法包含以下步骤(A)于一金属材质模板31的顶面上研磨抛光到Ra 0.01微米以下，使其顶面产生光滑镜面。
(B)在该模板31顶面镀上一硬质膜32，其厚度约为0.5-5微米。硬质膜32的材质可用类钻碳膜(DLC)、碳化钨碳膜(WC/C)、氮化铬(CrN)、氮化钛(TiN)、无电解镍、硬铬等。于本实施例中是以类钻碳膜作为该硬质膜32的材料。
(C)将镀完硬质膜32的模板31顶面以直径10～300微米的圆球形撞击物42，配合0.5～10kg/cm2的空气压力带动喷击，使模板31顶面产生约4～100微米直径，深度0.2～3微米高密度均匀分布的圆弧面凹陷凹坑33，于本实施例中撞击物42是圆球形钢珠或陶瓷珠41。并于撞击后使模板31表层结合硬质膜32转化成一均匀致密的高硬度表层34。也就是，凹坑33是由构成高硬度表层34的模板31顶面与硬质膜32所共同凹陷产生。由于该模仁3的模板31材料一般是采用SUS420系列镜面用钢板，其硬度为HRC50(Hv 520)，附着于模板顶面的硬质膜32(DLC膜)硬度约为Hv2000，在施以珠击时，该模板31顶面的珠击点会凹陷下去，但是因为硬质膜32(DLC膜)附着力大于钢材凹陷变形处所产生的剪力，因而DLC膜不会剥落而随着模板31顶面凹陷下去，实际实施时该硬质膜32的硬度只须大于Hv800就可，所以实施范围不以上述的硬度为限。其模板31顶面10微米厚度内的材料组织因撞击的加工硬化而变得细致化，模板31表层硬度可提升到Hv750～Hv800，可减少模板31与硬质膜32的硬度不同，同时也可以使硬质膜32与模板31间内应力降低，提高附着力。
此外凹坑33的上周缘331与该模板31顶端平面交接处的钢材于珠击凹陷时也会受硬质膜32的牵引而产生圆弧平滑曲面。另外于该模仁3顶面施以珠击时，如有钢珠或陶瓷珠41的破碎珠体撞击，因其质量较小且该硬质膜的硬度较高，所以较不会伤及硬质膜32的表面，而能维持光滑度保持镜面性。因此，当镀上硬质膜32的模板31经过适当条件的珠击后，凹坑33处仍可保有光滑的镜面性而不会雾化，也可保持原有的低摩擦系数，且接触面积减少而可降低摩擦力，耐磨耗且无尖锐锐角的特性。
如图7所示，本发明的第二实施例的制作方法步骤大致与第一实施例相同，其不同的处在于步骤(C)中是使用一CNC工具机(图未示)以产生该模板31顶面的凹坑33，该CNC工具机具有一撞击件42，其前端焊固有一由超硬材料制成、直径40微米～2000微米的半球状圆头421，该圆头421具有抛光的光滑球面，于本实施例中圆头421是以碳化钨或陶瓷或钻石制成。该圆头421于镀完硬质膜32的模板31顶面撞击或加压而产生凹坑33，此时因有硬质膜32的保护，而可使表面产生圆弧凹陷的光滑面凹坑33。压击产生的凹坑33直径是16微米～800微米，深度为0.8微米～60微米，而其中具有较大尺寸凹坑的模仁可用来成型所需导光板。
该撞击件42可配合CNC工具机内的计算机程序，根据须求控制产生凹坑33的大小尺寸与分布位置。因此可事先设计导光板所需的凸点分布及排列样态，并直接在模具中将热塑性材料射出成型于该模仁3表面，用以成型所需的导光板，使成型的导光板表面布满所须的凸点群，且由于凸点的表面是光滑面，较不会有光源散射与漫射的现象，使该导光板的亮度提高。
如图8所示，以下续针对本发明制作出的模仁3外型及功能加以说明。该模仁3的内部产生有一供冷却水流动的下冷却水道单元35及一贯穿其顶、底面的孔洞36。该模仁3用于装置在一射出成型的模具5内，所述模具5具有一水平板状的固定模51、一框架52、一活动模53、一浇道孔54、一上模仁板55，及一产生于上模仁板55内的上冷却水道单元56。该模仁3就是装设于该固定模51上方，使该模仁3、上模仁板55及框架52共同界定出一可容置热塑性材料的模穴57。
该模仁3的上方贴覆一顶面上预刻有图形的母片6，也就是该母片6是贴覆于该硬质膜32上。而热塑性材料是由该浇道孔54填充入该模穴57内。该模具5为一般常见的机械构件，以下就不再赘述。
图9的下方是该模仁3与母片6的构造示意图，显示因密集的分布而使凹坑33呈连续凹凸圆滑起伏，而上方是该母片6的温度梯度图其中纵轴代表母片6的温度，而横轴代表由母片6中心向外延伸的距离。该模仁3用于射出成型光盘片及导光板，当热塑性材料(PC)加热至350℃呈熔融状态时射出填充入该模穴57，母片6与模仁3顶面因凹坑33的缘故使母片6与模仁3的接触面积比起图2的一般技术是大幅的减小，因此可以有效的阻断热塑性材料的热量经由母片6传达到模仁3，母片由中心位置往外围的温度梯度曲线71比起一般技术的温度梯度曲线72降低较为缓慢，保持最低可成型温度的分布较一致，因此可将热塑性材质的温度降低(例如330℃)，由温度梯度曲线73可看出，母片6外围的温度也不致于低于一般的曲线72温度。也就是，热塑性材料由模穴57中心喷入瞬间填满模穴57时，母片6近外围部位的资讯坑图案也可快速而完整地成型。同时该上模仁板55及上冷却水道单元56仍有良好的散热功能，可快速将射出成型的光盘片及导光板冷却固化。于制作光盘时，所述母片6上的预印图形是复数资讯坑(pit)，而由于母片6因凹坑33的隔热保温效果而在成型过程仍保有较均匀的温度分布，所以于光盘片成型时表面上产生的资讯坑较为完整，因此可提升光盘片的品质及良率，相对地假使调低上、下冷却水道单元56、35的冷却水温度，或降低热塑性材料的射料温度，也不致影响资讯面的完整成型，因此可缩短光盘片冷却成型的制程时间，以DVD成型而言约可缩短达0.5秒。同样原理于制作导光板时，母片6也保有较均匀的最低成型温度分布，而具有同样的效果。
如图9及图10所示，本发明模仁3于珠击过程时，因该硬质膜32本身材质的牵引，使凹坑33上缘331与平面交接处是呈圆弧平滑曲面，使该模仁3顶面上的高密度均匀分布凹坑33可以提高模仁3与母片6间的滑动性。而不会如图5所示的模仁凹坑周缘产生向上凸起的顶丘，因此可使所述母片6受热塑性材料的温度传导而热涨冷缩及受压时，避免模仁3及母片6互相磨耗，可以有效延长模仁3及母片6使用寿命。
权利要求
1.一种模仁的制造方法，包含以下步骤(A)于一模板的顶面上研磨抛光，使其顶面产生光滑镜面；(B)在该模板顶面镀上一硬质膜；及(C)将镀完硬质膜的模板顶面以圆球面的撞击物连续加压撞击，以产生复数高密度均匀分布且圆弧面凹陷的光滑面凹坑。
2.如权利要求1所述模仁的制造方法，其特征在于步骤(C)中是以钢珠配合空气压力带动喷击，使模板顶面产生高密度均匀分布的圆弧状凹陷凹坑。
3.如权利要求1所述模仁的制造方法，其特征在于步骤(C)中是以陶瓷珠配合空气压力带动喷击，使模板顶面产生高密度均匀分布且圆弧状凹陷的凹坑。
4.如权利要求2所述模仁的制造方法，其特征在于步骤(C)中，钢珠的直径是10～300微米，配合0.5～10公斤/平方公分的空气压力带动喷击，产生的凹坑直径为4～100微米，深度0.2～3微米。
5.如权利要求3所述模仁的制造方法，其特征在于步骤(C)中，陶瓷珠的直径是10～300微米，配合0.5～10公斤/平方公分的空气压力带动喷击，产生的凹坑直径为4～100微米，深度0.2～3微米。
6.如权利要求1所述模仁的制造方法，其特征在于步骤(C)中是以一工具机制作，该工具机具有一撞击件，其前端焊固有一半球状的超硬材料圆头，并配合计算机程序，以该撞击件的圆头于镀完硬质膜的模板顶面撞击与加压，而于表面产生复数依需求设计分布的圆弧凹陷凹坑。
7.如权利要求4所述模仁的制造方法，其特征在于步骤(C)中该撞击件的圆头是直径40微米～2000微米，产生的凹坑直径为16～800微米，深度为0.8～60微米。
8.如权利要求1所述模仁的制造方法，其特征在于步骤(B)中该硬质膜的厚度为0.5-5微米。
9.如权利要求1所述模仁的制造方法，其特征在于步骤(B)中该硬质膜的硬度为Hv800以上的材质。
全文摘要
本发明公开了一种模仁的制造方法，包含以下步骤(A)于模板顶面研磨抛光而产生光滑镜面。(B)在模板顶面镀上硬质膜。(C)于模板顶面以圆球面撞击物撞击出复数圆弧面凹陷的凹坑。借由先镀硬质膜再撞出凹坑方式，使具凹坑的模板顶面除高硬度外仍保有光滑面，而可用于贴覆顶面刻印有资讯坑图案的母片，以减少顶面与母片的接触面积，减缓母片温度降低速度并减少母片与模仁的磨耗。或可直接用于成型导光板上光滑面的凸点，增加导光板的亮度。
文档编号B23P9/00GK1751842SQ20041008005
公开日2006年3月29日 申请日期2004年9月22日 优先权日2004年9月22日
发明者王冠宇, 潘绲玉 申请人:冠荣科技股份有限公司