JP2003154565A - 光ディスク基板の製造方法 - Google Patents
光ディスク基板の製造方法Info
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Abstract
された後、成形基板がスタンパから剥離される際に生じ
る変形が抑制される光ディスク基板の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも一方に凹凸を記録したスタン
パ3を装着した、相互に嵌合する一対の金型1、2を用
い、一対の金型を閉じた状態で金型間に形成されるキャ
ビティに溶融樹脂を流入し、その樹脂が冷却固化した後
に、成形された基板17を金型の外に取り出す。基板を
金型の外に取り出す際に、金型を開く初期の速度を3m
m/s以下とするとともに、スタンパ側から基板に向け
て吹き出すエアの圧力を0.3MPa以下とする。
Description
た凹凸を転写させる光ディスク基板の製造方法に関す
る。
出成形して作られている。射出成形用の金型は大きく捉
えれば一対の嵌合する部材からなり、嵌合した部材間に
形成されるキャビティに溶融樹脂を充填し、冷却固化
後、金型から取り出す。図10に示す射出成形機の断面
図を参照して、光ディスク基板の成形方法を説明する。
図10において、101は射出成形機の台座であり、射
出系102と型締系103とが載置されている。射出系
102には、乾燥した樹脂を一旦貯めるミニホッパ10
4が含まれ、ここからスクリュ105にペレット状の樹
脂が供給される。スクリュ105の周囲にはヒータ10
6が配置され、その熱で樹脂は溶融し、スクリュ105
が回転することで樹脂を混練しながら、スクリュ105
が後退して計量が行われる。スクリュ105の根元には
射出ピストン107が設けられ、計量した溶融樹脂を射
出する。従来の光ディスク基板に用いられるスクリュ1
05はインラインスクリュで、計量と射出を同一スクリ
ュで行っている。これは、樹脂のヤケ等を防止するため
である。
を含み、一対の嵌合する金型がボルトで取り付けられ
る。一方が固定金型109であり、他方が可動金型11
0である。この固定金型109と可動金型110とが閉
じた状態で、両者の間にできるキャビティ111に溶融
樹脂が充填される。この型締系103にはタイバー11
2が用いられ、大プレート108が平行に対向したまま
可動側が移動できるように支持している。直圧方式では
可動側の大プレート108を、型締ピストン113で押
圧する。溶融樹脂は、金型内で型締圧をかけられたまま
冷却固化した後、取り出し機(図示せず)で金型の外に
取り出される。
ように固定金型1と可動金型2の1対から構成される。
ここでは、情報の凹凸を形成したスタンパ3を固定金型
1に装着する場合を示す。
部をもつスプルブッシュ4を有する。スプルブッシュ4
の周りにはスタンパホルダー5が配置され、スタンパ3
の内側を保持して、固定側鏡面盤6上に固定する。固定
側鏡面盤6は、固定側基盤7に取り付けられている。固
定金型1の最外周には固定側突き当てリング8が配置さ
れ、可動側突き当てリング9と嵌合し当接することによ
り、位置決めを行う。
ン10、カットパンチ11、エジェクタスリーブ12、
可動側固定ブッシュ13、可動側鏡面盤14が配置され
ている。さらに可動側鏡面盤14の外周側には、ディス
クの外周を規定する外周リング15が配置されている。
この外周リング15は可動金型2側に装着され、可動金
型2と固定金型1とが閉じた際に、バネ力で固定金型1
側に押し当てられる構造になっている。可動側鏡面盤1
4と可動側突き当てリング9とは、可動側基盤16に取
り付けられている。また、固定金型1では、エア通路A
がスプルブッシュ4とスタンパホルダー5との間に通
じ、可動金型2では、エア通路Bが可動側固定ブッシュ
13と可動鏡面盤14との間に通じている。
突き出して成形基板に内孔を形成する。エジェクタピン
10とエジェクタスリーブ12は固化後、成形基板を金
型から取り出す際に、それぞれ、コールドスラグ部と成
形基板部を突き出す。また、成形基板を取り出す際は、
固定金型1ではエア通路Aから、可動金型2ではエア通
路Bから、それぞれエアを吹き出す。
の開き速度は、取り出しが安定に行える最大速度に設定
されていた。これは基板の取り出しに要する時間を短縮
して成形サイクルを短縮するためである。
形基板の折れ曲がりを抑制するために、固定金型からエ
アを吹きながら金型を低速で開く技術が開示されてい
る。これは、固定金型から成形基板が剥離しないうちに
強制的に金型が開くことを防止するものであり、スタン
パが固定金型側に装着されているか可動金型側に装着さ
れているかとは無関係である。
度であるので、0.5MPa以下で、離型時にクラウド
等の光学的な不良が生じないように、できるだけに高く
設定されていた。
が進むと、ピットや溝の幅や長さなどの間隔を狭くする
必要がある。この状態で平面部を広くする方が信号とし
てのコントラストが大きくなるため、端面の傾斜角度を
より垂直に立てる必要がある。しかし、ピットや溝の端
面の傾斜角度が垂直に近い程、図11(a)に示すよう
に、剥離角度θをもってスタンパ114から成形基板1
15を剥離する際に、転写した成形基板側のピットや溝
の端面をスタンパ側のピットや溝の端面により擦ること
になる。それにより、図11(b)に示すようにピット
や溝の片側の傾きが寝ると共に、周辺で盛り上がりの変
形Dが発生する。
と、エアによって成形基板をスタンパから剥離した状態
でも、ピットや溝の片側の傾きが寝たり、ピットや溝の
周辺で盛り上がるという微細な変形が起こり、信号品質
の良い成形基板が得られないという課題がある。
形成されたピットまたは溝が成形基板に転写された後、
成形基板がスタンパから剥離される際に生じる変形が抑
制される光ディスク基板の製造方法を提供することを目
的とする。
の製造方法は、少なくとも一方に凹凸を記録したスタン
パを装着した、相互に嵌合する一対の金型を用い、前記
一対の金型を閉じた状態で前記金型間に形成されるキャ
ビティに溶融樹脂を流入し、その樹脂が冷却固化した後
に、成形された基板を前記金型の外に取り出す製造方法
を前提とする。
成の光ディスク基板の製造方法は、前記基板を前記金型
の外に取り出す際に、前記金型を開く初期の速度を3m
m/s以下とするとともに、前記スタンパ側から前記基
板に向けて吹き出すエアの圧力を0.3MPa以下とす
る。
法は、前記基板を前記金型の外に取り出す際に、前記金
型を開く初期の速度を3mm/s以下とするとともに、
前記スタンパ側から前記基板に向けて吹き出すエアの圧
力を前記スタンパから前記基板が剥離し始める前後で高
圧から低圧に切り替えて、前記スタンパから前記基板が
剥離し始めてからのエアの圧力を0.3MPa以下とす
る。
切り換える際に、0.1秒以上1秒以下の時間、圧力を
実質的にゼロの状態にしてもよい。
法は、前記基板を前記金型の外に取り出す際に、金型を
開く初期の速度を3mm/s以下とするとともに、前記
スタンパ側から前記基板に向けて吹き出すエアの圧力を
一定とし、前記スタンパから基板が剥離し始めるまでは
連続したエア吹き出しを行い、剥離し始めてからはパル
ス状のエア吹き出しを行う。
状部材と円柱部材とを含む開閉手段を用い、前記円柱部
材および前記環状部材には、相互の回動位置を合わせる
と連通する径方向の貫通孔を各々設け、前記開閉手段を
エア通路中に介在させて、前記円柱部材を回転させて前
記貫通孔に連なったエア通路の開閉を行うことにより、
パルス状のエア吹き出しを行うことができる。
パルス状のエア吹き出しの周期を0.5秒以下とする。
エア吹き出しの吹き出し時間と吹き出し休止時間との比
を調整することにより、金型内で吹き出すエアの平均圧
力を調整することができる。パルス状のエア吹き出し時
におけるエア吹き出しの平均圧力を0.3MPa以下と
することが好ましい。
出しが連続からパルス状に変わる際の休止間隔を、0.
5秒以上1秒以下とすることが好ましい。
て、金型内のキャビティに樹脂を充填後、金型を少なく
とも2mm開いた後に金型を開く速度を上昇させること
が好ましい。
面でエア吹き出しを行う場合のエア圧を、スタンパ側の
金型面でのエア圧以下とすることが好ましい。
下に図面を参照して詳細に説明する。
ディスク基板の製造方法に用いる光ディスク用金型の構
成は、図1に示した従来の金型と同様である。図2に、
金型を開き始めた直後の様子の模式図を示す。カットパ
ンチ11は、樹脂が溶融している間に突き出して内孔を
形成している。金型を開いても、外周リング15はバネ
で固定金型1側に押しつけられているため移動しない。
また、可動側鏡面盤14表面とスタンパ3表面とを比べ
ると、スタンパ3表面には凹凸が存在し、樹脂が入り込
んでいるため、図2の状態で基板17をスタンパ3表面
から剥離するにはより大きな力が必要であり、容易には
剥離されない。従って、エア通路Aとエア通路Bにエア
を供給して、基板17を、スタンパ3に貼り付いた状態
から剥離する力を付与する。一方、基板17の内孔部は
カットパンチ11と嵌合した状態のため、摩擦により可
動金型1側に引っ張られた状態になる。ここで、エア通
路Aよりエアを供給すると、金型内に流入したエアがス
タンパ3と基板17との間に導かれてスタンパ3と基板
17とを剥離するように働く。図2では、基板17の変
形の様子が誇張して描かれている。
を、金型を開く前または直後から行い、かつ、金型を低
速で開くと、スタンパ3と基板17との剥離角が抑制さ
れた状態で、剥離していく境界の位置が内周から外周に
向かって徐々に移動するものと考えられる。また、この
際のエア圧が低い方が、剥離の速度は緩やかになり、基
板17のピットや溝の端面を擦る力が小さくなるものと
考えられる。従って、基板17に転写されたスタンパ3
上の凹凸の変形が抑制されるものと推定される。
件について調べるための実験を以下のとおりに行った。
すなわち、トラックピッチは283nm、ピットの幅は
140nm、ピットの長さは231nm、ピットの間隔
は546nm、ピット深さは63nmの単一ピットが形
成された、壁面角度が78度のスタンパを用いて成形を
行った。基板形状は内径が15mm、外径が120m
m、厚みが0.6mmであった。基板材料には、ポリカ
ーボネート樹脂(帝人化成製のAD5503)を用い
た。金型温度は120℃、最大型締め力は20トン、充
填時間は0.1秒で行った。
ア吹き出しは、金型が開く前から、スタンパ3を装着し
ない可動金型2からのエア吹き出しは、スタンパ3と基
板17との剥離が終了してからに設定した。これは、可
動金型2からのエア吹き出しをスタンパ3と基板17と
が剥離する前に行うと、基板17における一旦スタンパ
3から剥離した部分が再度スタンパ3側に押し付けられ
て、基板上に形成されたピットが変形を生じる恐れがあ
るためである。
却固化して、金型から取り出す際の、金型を開く速度を
変えた場合の図11(b)に示したピット周辺の盛り上
がり変形による高さを原子間力顕微鏡で測定した結果
を、図3に示す。図3から判るように、ピット周辺の盛
り上がり変形高さは、高速で金型を開いた場合は約6n
mで変わらなかったが、金型を3mm/s以下の速度で
開いた場合は減少することが明らかになった。また、金
型を最初は低速で開き、次に装置の最大速度で開くよう
にして、上記の効果を得るために金型を低速で開くこと
が必要な距離について調べた。するとその距離は1mm
以上、好ましくは2mm以上であった。
スタンパ3を装着した固定金型1側のエア通路Aからの
エア圧を変化させた場合に、基板17上に形成されたピ
ットの径方向外側における壁面角度が、スタンパ3上の
ピットの壁面角度から変化した様子についてAFMで測
定した結果を図4に示す。ここで、ピットの壁面角度
を、各ピットの半値深さの位置での径方向における壁面
の角度の最大値と定義し、複数ピットに対してその中の
最小値、最大値、平均値を求めた。同様に、金型の型開
き速度が3mm/sの場合の、ピットの径方向外側にお
ける壁面角度の変化を図5に示す。この図4と図5に示
した結果から、スタンパを装着した側のエア圧は0.3
MPa以下であれば、基板上のピットの壁面角度がスタ
ンパのピットの壁面角度に近い基板が得られることが分
かる。
/s以下で、スタンパ装着側のエア圧が0.3MPa以
下の場合に、ピットの外周側壁面の角度とピット周辺の
盛り上がり変形が抑制され、信号品質の良い基板が得ら
れることが判った。
に装着する場合について示したが、スタンパ3を可動金
型2に装着する場合でも、スタンパ3と基板17との剥
離は、同様の関係になる。従って、スタンパ3を可動金
型2に装着する場合にも、同様の条件を適用することに
より、同様の結果が得られる。
トが形成された場合について記述したが、スタンパ3に
溝が形成された場合、あるいは、スタンパ3にピットと
溝が混在している場合であっても、上記の製造方法を適
用できる。
可動金型2側に取り付けた場合について示したが、外周
リング15を固定金型1側に取り付けた場合でも同様の
効果が得られる。
ディスク基板の製造方法に用いられる金型の構造は、図
1に示した実施の形態1のものと同様である。実施の形
態1との相違は、スタンパ3を装着している固定金型1
側からのエアの圧力を変化させることである。図6
(a)に、エア圧の時間変化のパターンを示す。図6
(a)に示した変化パターンは、金型を開く直前まで高
圧に保ち、金型を開くと同時に急激に低圧に切り換える
ものである。高圧エアの圧力は0.5MPa以上とす
る。基板とスタンパとの剥離は、金型を開くのと略同時
に開始する。
形態に用いられるエア圧を切り換える方法を示す。図7
(a)の場合には、エアの流路に切換器18を設け、そ
れぞれ高圧エアと低圧エアの2つの入口を接続する。切
換器18からの出口は1つで、常に入口の一方と出口と
が繋がる構成である。図7(b)の場合には、高圧エア
と低圧エアの2つの入口が、それぞれ開閉器19を介し
て出口と繋がった2つの系統を設ける。出口で2つの系
統が繋がっていて、開閉器19の一方を開から閉に、他
方を閉から開に同時に切り換える。出口は図1のエア通
路Aに繋がっている。
の、固定金型1側のエア圧は0.3MPa以下とする。
金型を低速で開く距離は1mm以上、好ましくは2mm
以上である。基板17をスタンパ3から剥離させるため
のエア圧を最初に大きくすることで、基板17から剥離
しにくいスタンパ3でも容易に剥離するようになる。し
かも、内周から剥離が進行している状態ではエア圧が低
くいので、ピット周辺の盛り上がり変形が抑制されるだ
けでなく、ピットの外周側の壁面角度もスタンパ3の壁
面角度に近づく。
定金型1に装着する場合に限らず、スタンパ3を可動金
型2に装着する場合でも、スタンパ3と基板17との剥
離は、同様の関係になる。従って、スタンパ3を可動金
型2に装着する場合にも、本実施の形態と同様の条件を
適用することにより、同様の結果が得られる。
り付けた場合に限らず、外周リング15を固定金型1側
に取り付けた場合でも同様の効果が得られる。
ディスク基板の製造方法は、実施の形態2とは、スタン
パ3を装着している固定金型1側からのエアの圧力変化
のパターンが相違する。図6(b)にエア圧の時間変化
のパターンを示す。図6(b)に示した変化パターン
は、金型を開く直前まで高圧に保ち、金型を開くと同時
に急激に一時的にエア圧をゼロ近傍まで下げ 、次に低
圧に切り換えるものである。高圧エアの圧力は0.5M
Pa以上とする。基板とスタンパとの剥離は、金型を開
くのと略同時に開始する。
(b)に示したように、高圧エアと低圧エアの2つの入
口が、それぞれ開閉器19を介して出口と繋がった2つ
の系統を設け、出口で2つの系統を繋げた構成を用い
る。開閉器19の一方を開から閉に、他方を閉から開に
同時に切り換える際、一旦両方の開閉器19を同時に閉
じた状態を設ける。出口は図1のエア通路Aに繋がって
いる。
以上1秒以下で、好ましくは0.2秒から0.5秒とす
ることにより、良好な結果が得られた。金型を3mm/
s以下の速度で開き始めてからの固定金型1側のエア圧
は、0.3MPa以下とする。金型を低速で開く距離は
1mm以上、好ましくは2mm以上である。
エア圧を大きくすることで、基板17から剥離しにくい
スタンパ3でも容易に剥離するようになる。しかも、内
周から剥離が進行している状態ではエア圧が低くいの
で、ピット周辺の盛り上がり変形が抑制されるだけでな
く、ピットの外周側の壁面角度もスタンパ3の壁面角度
に近づく。
傍に下げるのは、エア開閉器19とエアが吹き出す金型
表面とは距離があることと、エアが圧縮性流体であるこ
とから、初期の高圧のエアを逃がして急速に次のエア圧
まで下げるためである。
定金型1に装着する場合に限らず、スタンパ3を可動金
型2に装着する場合でも、スタンパ3と基板17との剥
離は、同様の関係になる。従って、スタンパ3を可動金
型2に装着する場合にも、本実施の形態と同様の条件を
適用することにより、同様の結果が得られる。
り付けた場合に限らず、外周リング15を固定金型1側
に取り付けた場合でも同様の効果が得られる。
ディスク基板の製造方法に用いられる金型の構造は、図
1に示した実施の形態1のものと同じである。実施の形
態1との相違は、スタンパ3を装着している固定金型1
側からのエア供給の仕方である。
す。金型を開く直前まで連続した一様の圧力で、金型を
開くのと略同時に、連続したパルス圧となる。この結
果、基板17をスタンパ3から剥離する力は、金型が開
くまでは大きく、金型が開き始めて基板17がスタンパ
3から剥離し始めると、パルス圧に変化するため、小さ
くなる。エアは圧縮性流体のため、エアの供給がパルス
状でも金型から吹き出す際は連続圧になりえる。そこ
で、エアの1パルスの周期は、0.5秒以下が好まし
い。パルス状のエア供給を行う場合は、吹き出し時間と
吹き出し休止時間との比を適当に設定することにより、
金型内で吹き出すエアの平均圧力を調整することができ
る。連続エアの圧力は0.5MPa以上とする。
ける初期の金型の開き速度は、3mm/s以下が良い。
基板17がスタンパ3から剥離し始めてからのパルス状
のエア圧の平均は、0.3MPa以下となるように設定
するのが良い。金型を開く速度を途中から速くする場
合、初期における3mm/s以下の低速で開く距離は、
1mm以上好ましくは2mm以上であった。この場合に
は、基板17上に形成されたピットや溝は周辺の盛り上
がり変形が抑制され、壁面角度もスタンパ3の壁面角度
と略同一の値を示した。
7(c)に示すように、エアの高圧供給源を、エア供給
の開閉を行う開閉器20を介して金型のエア供給回路に
導く構成とすれば良い。パルス状のエアの供給のために
は、図7(c)の開閉器20を、電磁石によって往復運
動で開閉する構成とすれば良い。あるいは、図9に示す
ように、エア供給の有無を選択する開閉器21と、エア
通路を断続的に開閉する回転シャッター22とを直列に
接続した構成としても良い。
に、嵌合する円柱部材23と環状部材24からなる。円
柱部材23と環状部材24には、位置を合わせると貫通
する穴が設けられており、この円柱部材23を回転させ
て、穴に連なったエア通路の開閉を行うことで、パルス
状のエア吹き出しを行う。図8に示したエア圧の時間変
化は、開閉器20または開閉器21の出口におけるもの
である。
換える際には、エアの開閉器20または21により、パ
ルス状エア供給時より長くエア供給を休止させても良
い。この休止時間は、0.5秒以上1秒以下とすると良
好であった。これにより、基板17からスタンパ3を剥
離する力を、急激に低下させることができる。
凸がスタンパから剥離される際に変形することが抑制さ
れるため、良好で安定な信号の再生が可能な光ディスク
基板を成形することが可能となる。
ディスク基板の製造方法に用いられる金型の構成を示す
断面図
する様子を示す断面図
ト周辺の盛り上がり変形量と型開き速度との関係を示す
図
の場合の、基板外周側のピット壁面角度と固定金型側の
エア圧との関係を示す図
の場合の、基板外周側のピット壁面角度と固定金型側の
エア圧との関係を示す図
けるエア圧の時間変化のパターンを示す図
供給回路の構成を示す図 (b)実施の形態3における固定金型側のエア供給回路
の構成を示す図 (c)実施の形態4における固定金型側のエア供給回路
の構成を示す図
けるエア圧の時間変化のパターンを示す図
示す図
形機構造を示す断面図
変形の様子を示す断面模式図
Claims (11)
- 【請求項1】 少なくとも一方に凹凸を記録したスタン
パを装着した、相互に嵌合する一対の金型を用い、前記
一対の金型を閉じた状態で前記金型間に形成されるキャ
ビティに溶融樹脂を流入し、その樹脂が冷却固化した後
に、成形された基板を前記金型の外に取り出す光ディス
ク基板の製造方法において、 前記基板を前記金型の外に取り出す際に、前記金型を開
く初期の速度を3mm/s以下とするとともに、前記ス
タンパ側から前記基板に向けて吹き出すエアの圧力を
0.3MPa以下とする光ディスク基板の製造方法。 - 【請求項2】 少なくとも一方に凹凸を記録したスタン
パを装着した、相互に嵌合する一対の金型を用い、前記
一対の金型を閉じた状態で前記金型間に形成されるキャ
ビティに溶融樹脂を流入し、その樹脂が冷却固化した後
に、成形された基板を前記金型の外に取り出す光ディス
ク基板の製造方法において、 前記基板を前記金型の外に取り出す際に、前記金型を開
く初期の速度を3mm/s以下とするとともに、前記ス
タンパ側から前記基板に向けて吹き出すエアの圧力を前
記スタンパから前記基板が剥離し始める前後で高圧から
低圧に切り替えて、前記スタンパから前記基板が剥離し
始めてからのエアの圧力を0.3MPa以下とする光デ
ィスク基板の製造方法。 - 【請求項3】 エア吹き出しの圧力を切り換える際に、
0.1秒以上1秒以下の時間、圧力を実質的にゼロの状
態にする請求項2記載の光ディスク基板の製造方法。 - 【請求項4】 少なくとも一方に凹凸を記録したスタン
パを装着した、相互に嵌合する一対の金型を用い、前記
一対の金型を閉じた状態で前記金型間に形成されるキャ
ビティに溶融樹脂を流入し、その樹脂が冷却固化した後
に、成形された基板を金型の外に取り出す光ディスク基
板の製造方法において、 前記基板を前記金型の外に取り出す際に、金型を開く初
期の速度を3mm/s以下とするとともに、前記スタン
パ側から前記基板に向けて吹き出すエアの圧力を一定と
し、前記スタンパから基板が剥離し始めるまでは連続し
たエア吹き出しを行い、剥離し始めてからはパルス状の
エア吹き出しを行う光ディスク基板の製造方法。 - 【請求項5】 相互に嵌合した環状部材と円柱部材とを
含む開閉手段を用い、前記円柱部材および前記環状部材
には、相互の回動位置を合わせると連通する径方向の貫
通孔を各々設け、前記開閉手段をエア通路中に介在させ
て、前記円柱部材を回転させて前記貫通孔に連なったエ
ア通路の開閉を行うことにより、パルス状のエア吹き出
しを行う請求項4記載の光ディスク基板の製造方法。 - 【請求項6】 パルス状のエア吹き出しの周期を0.5
秒以下とする請求項4記載の光ディスク基板の製造方
法。 - 【請求項7】 パルス状のエア吹き出しの吹き出し時間
と吹き出し休止時間との比を調整することにより、金型
内で吹き出すエアの平均圧力を調整する請求項4記載の
光ディスク基板の製造方法。 - 【請求項8】 パルス状のエア吹き出し時におけるエア
吹き出しの平均圧力を0.3MPa以下とする請求項7
記載の光ディスク基板の製造方法。 - 【請求項9】 エアの吹き出しが連続からパルス状に変
わる際の休止間隔を、0.5秒以上1秒以下とする請求
項4記載の光ディスク基板の製造方法。 - 【請求項10】 金型内のキャビティに樹脂を充填後、
金型を少なくとも2mm開いた後に金型を開く速度を上
昇させる請求項1、2または4に記載の光ディスク基板
の製造方法。 - 【請求項11】 スタンパを装着していない側の金型面
でエア吹き出しを行う場合のエア圧を、スタンパ側の金
型面でのエア圧以下とする請求項1、2、または4に記
載の光ディスク基板の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001354319A JP3929294B2 (ja) | 2001-11-20 | 2001-11-20 | 光ディスク基板の製造方法 |
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