JP2004074727A

JP2004074727A - 光ディスク基板の成形金型及び光ディスク

Info

Publication number: JP2004074727A
Application number: JP2002241540A
Authority: JP
Inventors: Keiji Ueda; 上田　恵司
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】キャビティからガス及び空気を短い充填時間中の間に十分に金型外に放出させて、高精細な転写性と内部歪みの少ない光ディスク基板を成形する。
【解決手段】可動鏡面盤９の周囲を囲ってキャビティ２７の側面を形成するキャビティリング１３と固定側型盤４に装着されたスタンパ８との間に形成されたクリアランス２０をガス抜き用のガスベントとするとともに、キャビティリング１３の下面に溝２５を設け、キャビティ押え１４に貫通穴２６を設け、キャビティリング１３と可動鏡面盤９間に形成されたクリアランス２８もガス抜き用のガスベントとして使用し、成形中にキャビティ８内の生じるガス等を効率良く型外に放出する。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば光ディスク基板の成形金型及び光ディスク、特にＤＶＤ等のように厚さが薄く形成された光ディスク基板等の良好な機械特性と高度な転写性を得ることに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から種類の光ディスクが読み取り専用と追記用及び書換え用のそれぞれの用途に応じて利用されている。この１枚の光ディスクに対してより大きな容量の情報を搭載することが要求されるようになり、例えばＤＶＤやＤＶＤ以上の大きな容量の情報を搭載した新たな光ディスクについての取り組みが進められている。この光ディスクの大容量化に対する取り組みとしては、ＣＤやＭＯのように光ディスクの厚さが１．２ｍｍであったのをＤＶＤでは０．６ｍｍと薄くしている。また、光ディスク上に情報を意味させたピット列や光ピックアップのトラッキッングのための案内溝をより緻密に転写させている。
【０００３】
このような光ディスクに用いられる基板は射出成形法あるいは射出圧縮成形法で成形して作製されている。この光ディスク基板の成形方法はいずれも金型を閉止して形成したキャビティ内に溶融させた材料樹脂を充填する。そして金型外へ取り出し可能な温度になるまで溶融樹脂を金型内で冷却し固化させて所定の基板形状にまで成形する。この光ディスク基板を成形するキャビティ内には光ディスクに必要な情報がピット列あるいは案内溝として刻み込まれているスタンパがセットされており、溶融樹脂をキャビティ内へ充填してから固化させるまでの工程中に成形される光ディスク基板上にスタンパに刻まれた必要な情報を転写させる。金型内で成形された光ディスク基板は金型内における冷却工程が完了した後に金型外へ取り出され、成形以降の次工程へ受け渡され光ディスクが作製される。
【０００４】
この光ディスクの情報の読み書きが正確に行われるためには、微細なピット列あるいはグルーブが光ディスク基板上へ精密に転写されることが必要となる。そのため材料樹脂を高い温度で溶融させて流動性を高めるとともに、高い流動性を保持したままキャビティ中へ充填されるように高速充填する。また、金型温度についても流動性の低下を避けるために高めに設定して成形を行う。
【０００５】
このように材料樹脂を高い温度で溶融してキャビティ内に射出充填させた場合、材料樹脂からはオリゴマーといわれる材料樹脂中に含まれる低分子成分や離型剤などの添加剤成分が成形中にガス化する現象が必ず生じる。そこで例えば特開平１１−３４１２１号公報等に示すように、発生したガスをガスベントを通過させて外部へ放出するようにしている。このガスベントは、例えば図５の成形金型の外周端部の部分断面図に示すように、可動側鏡面盤９の周囲を囲ってキャビティ２７の側面を形成するキャビティリング１３と固定側型盤４に装着されたスタンパ８との間に形成されているクリアランス２０をガス逃げ用とし、キャビティリング１３のクリアランス２０の外周側部分に設けた凹部１７をガス溜まりとし、突当てリング１９に刻んだ溝３０と固定型ガイドリング７に設けた貫通穴３１を組み合わせてガス逃げ導路とし、発生したガスを通過させて外部へ放出するようにしている。このガスベントは、型閉によってキャビティ２７中に閉じこめられた空気が、材料樹脂の充填圧力によって型外に押し出される際の流動経路としての働きも有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
現在、ＤＶＤ系の各種光ディスクが普及し、また、ＤＶＤ以上に記録容量が大容量化された様々な光ディスクシステムが提案されているように、１枚の光ディスクに情報をより高密度に記録して、より多くの情報を搭載させる動きが進んでいる。このような動きは、光ディスク基板に転写させるピット列あるいはグルーブがより緻密になるとともに、高密度記録された情報の読み書きを行うレーザ光をより小さなスポットに絞り込むために光ディスク基板の板厚をより薄板化させる必要がある。この緻密になったピット列あるいはグルーブを精密に転写し、同時に薄板化された光ディスク基板を成形するためには、材料樹脂をより流動性を高めた状態でキャビティ内に充填させる成形を行う必要がある。
【０００７】
材料樹脂をより流動性を高めた状態でキャビティ内に充填させるためには、材料樹脂を溶融させる温度をより高めに設定するとともにキャビティ中に、より高速に充填することが有効である。例えば厚さ１．２ｍｍのＣＤ系光ディスク基板をポリカーボネートを材料として成形する場合、材料樹脂を溶融させるシリンダ温度設定の最高温度設定は、ほぼ３４０℃、射出充填時間は、ほぼ０．３ｓｅｃ程度である。一方、厚さ０．６ｍｍのＤＶＤ系光ディスク基板を成形する場合では、材料樹脂を溶融させるシリンダ温度設定の最高温度設定が３８０〜３９５℃、射出充填時間は０．１ｓｅｃ以下となることが通例である。
【０００８】
このように材料樹脂を溶融させる温度を高く設定すると、成形中に材料樹脂から発生するガスの量が増大する。この増大したガスとともにキャビティ２７内に閉じこめられた空気を、より短くなった材料樹脂の射出充填時間中にガスベントを通過させて金型外へ放出させる必要が生じる。しかしガスや空気を金型に放出するガスベントの入り口であるガス逃げ用のクリアランス２０は、その部分にバリが発生しないように５〜１５μｍ程度と非常に薄く設定されているだけでなく、固定型ガイドリング７に設けた貫通穴３１も、図６の側面図に示すように、比較的小さい口径でキャビティの円周方向に対して８方向程度に形成されていることが通例である。そのため材料樹脂を速い速度で充填し、同時に材料樹脂から多くのガスを発生させる大容量光ディスク基板の成形において、短くなった射出充填時間中にキャビティ中からガス及び空気を金型外へ放出させることは困難である。
【０００９】
この射出充填中にガス及び空気をキャビティから型外へ十分に放出させることができないと、キャビティ中に材料樹脂が充填されるにしたがってキャビティ中に残留したガスまたは空気が圧縮されて高い圧力を発生させる。この圧力はキャビティ中への材料樹脂の流動を阻害させ、成形される光ディスク基板へのピット列あるいはグルーブの転写が低下するだけでなく、光ディスク基板内部に歪みが残留する原因となる。また、発生したガスを金型外に十分に放出させることができないと、スタンパ８及びキャビティリング１３のガス逃げ用のクリアランス２０及びその近傍にガス化した気体成分が凝集して固化・付着し、付着した固形片が成形動作中に飛散してスタンパ８のキャビティ表面あるいは可動鏡面盤９の表面に再付着して成形される光ディスク基板上に欠陥を生じさせる原因となる。
【００１０】
この発明はかかる短所を改善し、高い温度で溶融させた材料樹脂を高速でキャビティ中に充填する光ディスク基板等の成形においても、キャビティからガス及び空気を短い充填時間中の間に十分に金型外に放出させて、高精細な転写性と内部歪みの少ない光ディスク基板の成形金型及び形成された光ディスクを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の成形金型は、光ディスク基板を作製する成形金型において、可動鏡面盤の周囲を囲ってキャビティ側面を形成するキャビティリングと固定側金型に装着されたスタンパとの間に形成されたクリアランスをガス抜き用のガスベントとするとともに、キャビティリングの下面とキャビティリングの外周部に配置されたキャビティ押えにガスを逃す導路を設け、キャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスもガス抜き用のガスベントとして使用し、成形中にキャビティ内の生じるガス等を効率良く型外に放出することを特徴とする。
【００１２】
前記キャビティリングと固定側金型に装着されたスタンパとの間に形成されたクリアランス及びキャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスからガスを逃す導路を、少なくとも１６方向に放射状に設け、短い射出充填時間でも十分にキャビティからガスや空気を型外へ放出させる。
【００１３】
また、キャビティリングと固定側金型に装着されたスタンパとの間に形成されたクリアランスからガスを逃す導路と、キャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスからガスを逃す導路とを、互い違いに半周期ずれた位置に配置し、短い射出充填時間でも十分に、かつキャビティから円周方向で均一にガスや空気を型外へ放出させる。
【００１４】
この発明の光ディスクは、前記光ディスク基板の成形金型により成形された光ディスク基板を使用して作製し、微細ピットやグル−ブ形状の転写性を向上するとともに内部に残留する歪みを小さく抑えたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の光ディスク基板を成形する成形金型の構成を示す断面図である。図に示すように、光ディスク基板を成形する金型１は固定側金型２と可動側金型３を有する。固定側金型２は固定側型盤４の中心に樹脂を供給するためのスプルーブッシュ５が設けられ、スプルーブッシュ５の外側に光ディスク基板のクランプエリアを形成するスタンパ押え６が設けられている。固定側型盤４の外周部には固定側ガイドリング７が設けられている。この固定側型盤４の表面にスタンパ８が取り付けてある。可動側金型３は可動鏡面盤９の中心に光ディスク基板の中心穴を形成するためのカットパンチ１０と成形した光ディスク基板を突き出すためのフローティングパンチ１１が設けられ、フローティングパンチ１１の外側に光ディスク基板のクランプエリアを形成するブッシュ１２が設けられている。可動鏡面盤９の外周部には光ディスク基板の外径を形成するキャピティリング１３が設けられ、可動鏡面盤９とキャピティリング１３の外側にはキャビティ押え１４が設けられている。キャビティリング１３は可動側金型３の開閉方向と平行に摺動可能になっており、キャビティリング１３と可動鏡面盤９の間にボールリテーナ１５を設け、キャビティリング１３と可動鏡面盤９間のかじりを防止している。また。キャビティリング１３は押付けバネを有する突出し機構１６により金型開閉方向と同じ方向に押し出される。キャピティリング１３の固定側金型２側の先端部は、図２の部分拡大図に示すように、中央部に凹部１７を有し、外周部には凸部１８を有し、この凸部１８が型閉動作時に、固定側型盤４に設けた突当てリング１９に突き当たり、スタンパ８とキャピティリング１３の先端内周部で一定幅のクリアランス２０を形成する。また、キャビティリング１３は外周面に固定側ガイドリング７の位置決め面２１に係合する突当り面２２を有し、型開時にキャビティリング１３が前進して突当り面２２が固定側ガイドリング７の位置決め面２１に押付けられて位置決めされる。
【００１６】
突当てリング１９の下面には、図３の可動側金型３の下面図と図４の固定側ガイドリング７とキャビティ押え１４及び突当てリング１９の側面図に示すように、多数例えば円周方向に１６等分した溝２３が放射状に設けられている。また、固定側ガイドリング７には、溝２３と対応する位置に貫通穴２４を有する。さらに、キャビティリング１３の下面にも、突当てリング１９の溝２３と同様な多数の溝２５が設けられ、キャビティ押え１４には、溝２５に対応する位置に貫通穴２６を有する。このキャビティリング１３の下面に設けた溝２５とキャビティ押え１４に設けた貫通穴２６は、突当てリング１９に設けた溝２３と固定側ガイドリング７に設けた貫通穴２４と半周期ずれた位置に設けられている。
【００１７】
この突当てリング１９に設けた溝２３とキャビティリング１３に設けた溝２５と、固定側ガイドリング７に設けた貫通穴２４とキャビティ押え１４に設けた貫通穴２６は外周側にいくほど幅を大きくして流体抵抗が小さくなるように形成している。また、突当てリング１９に設けた溝２３は、外周側の溝幅Ｗ１の合計は、突当てリング１９の外周面の円周長の少なくとも１／３になるように形成され、キャビティリング１３に設けた溝２５も、外周側の溝幅の合計がキャビティリング１３の外周面の円周長の少なくとも１／３になるように形成され、各溝２３，２５の深さＤは少なくとも２ｍｍに形成されている。さらに、固定側ガイドリング７とキャビティ押え１４にそれぞれ設けた多数の貫通穴２４，２６は、突当てリング１９に設けた溝２３とキャビティリング１３に設けた溝２５の断面積を投影した状態で、溝２３，２５よりも少なくとも大きな断面積の長穴形状で形成されている。
【００１８】
この金型１を成形機に取り付け、固定側金型２と可動側金型３の中心軸が一致するように閉じる。その後、スプルーブッシュ５より溶融した樹脂を高圧力でスタンパ８を有するキャビティ２７内に充填して冷却し固化させてから可動側金型３を移動して金型１を開いて成形した光ディスク基板を取り出す。この光ディスク基板を成形するとき、発生したガス及びキャビティ中に閉じこめられた空気を、キャビティリング１３とスタンパ８との間に形成されているクリアランス２０をガス逃げ用のクリアランスとし、キャビティリング１３のクリアランス２０の外周側前面部分に設けた凹部１７をガス溜まりとし、突当てリング１９の溝２３と固定型ガイドリング７の貫通穴２４をガス逃げ導路としてガスベントを構成して型外に排出する。このガスベンドを構成する突当てリング１９の溝２３と固定型ガイドリング７の貫通穴２４は多数例えば少なくとも１６個が放射状に設けられ、かつ溝２３と貫通穴２４の断面積を大きくしてあるから、成形中に発生したガス及びキャビティ２７中に閉じこめられた空気を、短い射出充填時間中に型外に放出することができる。
【００１９】
さらに、キャビティリング１３の下部に溝２５を設け、キャビティ押え１４に貫通穴２６を設けることにより、通常はガスベントには用いられない可動側鏡面盤９とキャビティリング１３の内周面との間のクリアランス２８をガス逃げ用のクリアランスに利用することができ、成形中に発生したガス及びキャビティ２７中に閉じこめられた空気をより良好に型外へ放出させることができる。
【００２０】
この可動側鏡面盤９とキャビティリング１３の内周面との間のクリアランス２８は、型開閉時における可動側鏡面盤９とキャビティリング１３の摺動動作を滑らかに動作させるためボールリテーナ１５により一定に保たれている。このクリアランス２８は、可動側鏡面盤９とキャビティリング１３が摺動動作中にカジることがないだけ広く、かつクリアランス２８の部分に大きなバリを発生させないだけ狭い１０〜２０μｍ程度に設定されている。
【００２１】
通常、このクリアランス２８の部分は成形中に発生したガスや空気を型外へ放出させるガスベントとしての機能は有しておらず、成形中にクリアランス２８の部分に侵入したガスはクリアランス２８やキャビティリング１３と可動鏡面盤９と間の他の隙間で凝集して蓄積する。この蓄積したガス成分はキャビティリング１３の正確な組み付け位置決めと摺動動作を阻害し、可動鏡面盤９とのクリアランス２８の大きさが円周方向で不均一となる。その結果成形される光ディスク基板のクリアランス２８に相当する部分に不均一なバリが生じ、可動鏡面盤９からの離型状態も均一で無くなるため、反りやうねりといった光ディスク基板形状の機械的特性が悪化する。さらに、キャビティリング１３の組付け精度及び摺動動作の悪化は、キャビティリング１３とスタンパ８間のクリアランス２０も不均一にさせる。このクリアランス２０が広くなった部分では成形中のガスや空気の逃げが良くなるが、その部分みバリが発生する。また、狭くなった部分では成形中に適切なガスや空気の逃げが行われないために、その部分周辺に残留したガスや空気が充填された材料樹脂に圧縮されて高圧化し、その部分への材料樹脂の流動を阻害し、成形された光ディスク基板内に歪みを残留させる。そのため、ある一定数量の光ディスク基板を成形する毎にキャビティリング１３周りを分解して清掃するメンテナンス作業を実施する必要がある。このメンテナンス作業は、材料樹脂をより流動性が高い状態で射出充填しなければならない高密度記録型の光ディスク基板成形ほど頻繁に実施する必要が生じる。
【００２２】
これに対してキャビティリング１３に溝２５を設け、キャビティ押え１４に貫通穴２６を設けて、可動側鏡面盤９とキャビティリング１３の内周面との間のクリアランス２８をガス逃げ用のクリアランスに利用することにより、成形中にクリアランス２８に侵入したガスを型外に放出することができ、キャビティリング１３の周辺部に蓄積するガス成分の量を極く少ない量にまで減少させてキャビティリング１３周りを分解して清掃するメンテナンス作業を実施する頻度を少なくすることができる。
【００２３】
また、キャビティリング１３の下面に設けた溝２５とキャビティ押え１４に設けた貫通穴２６は、突当てリング１９に設けた溝２３と固定側ガイドリング７に設けた貫通穴２４と半周期ずれた位置に設けられているから、キャビティ２７の円周方向に関してガスと空気の放出を互いに補完し合い、キャビティ２７の円周方向に対して一様にガスや空気を逃すことができ、成形される光ディスク基板の円周方向の特性バラツキを小さく抑えることができ、微細ピットやグル−ブ形状の転写性を向上するとともに内部に残留する歪みを小さく抑えることができる。
【００２４】
この成形金型１を使用してＤＶＤ系の記録型光ディスク基板を成形し、スタンパ８に付着したガスの凝集片による欠陥の１原因となって生じる光ディスクの信号欠陥に関するＢｏｏｋ仕様値（ＰＩエラ−２８０以下）を閾値として判定した結果、１枚のスタンパ８で成形可能な光ディスク基板の枚数は平均で約１０万枚程度となり、通常の光ディスク成形用金型での平均値約２万〜４万枚程度と比較して２倍以上の光ディスク基板を成形することができた。また、成形された光ディスク基板の最外周部分の複屈折（ダブルパス）を評価したところ、通例の光ディスク基板成形用金型で成形した光ディスク基板は−５５ｎｍ〜−１５ｎｍの範囲の複屈折分布を有していたのに対して、この発明の成形金型１を使用した場合は−１０〜−２５ｎｍとなり、最外周部複屈折の中心値及びバラツキ幅が小さく抑えられた。この複屈折の測定結果は、材料樹脂がキャビティ最外周部までより流動性が改善された状態でかつ円周方向のバラツキも小さく充填されていることを示す。
【００２５】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、、可動鏡面盤の周囲を囲ってキャビティ側面を形成するキャビティリングと固定側金型に装着されたスタンパとの間に形成されたクリアランスをガス抜き用のガスベントとするとともに、キャビティリングの下面とキャビティリングの外周部に配置されたキャビティ押えにガスを逃す導路を設け、キャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスもガス抜き用のガスベントとして使用することにより、成形中にキャビティ内の生じるガス等を効率良く型外に放出することができ、成形した光ディスク基板の微細ピットやグル−ブ形状の転写性を向上するとともに内部に残留する歪みを小さく抑え手良質な光ディスク基板を安定して形成することができる。
【００２６】
また、キャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスもガス抜き用のガスベントとして使用することにより、成形中にキャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスに侵入したガスを型外に放出することができ、キャビティリングの周辺部に蓄積するガス成分の量を極く少ない量にまで減少させてキャビティリング周りを分解して清掃するメンテナンス作業を実施する頻度を少なくすることができ、生産性を向上することができる。
【００２７】
さらに、キャビティリングと固定側金型に装着されたスタンパとの間に形成されたクリアランス及びキャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスからガスを逃す導路を、少なくとも１６方向に放射状に設けることにより、短い射出充填時間でも十分にキャビティからガスや空気を型外へ放出させることができ、、厚さが薄いＤＶＤ系等の光ディスク基板を安定して成形することができる。
【００２８】
また、キャビティリングと固定側金型に装着されたスタンパとの間に形成されたクリアランスからガスを逃す導路と、キャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスからガスを逃す導路とを、互い違いに半周期ずれた位置に配置し、短い射出充填時間でも十分に、かつキャビティから円周方向で均一にガスや空気を型外へ放出させることができ、均質な光ディスク基板を安定して成形することができる。
【００２９】
また、この成形金型により成形された光ディスク基板を使用して作製した光ディスクは微細ピットやグル−ブ形状を均質にかつ安定して形成されているとともに内部に残留する歪みを小さく抑えらているから、情報を高品質で記録したり読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光ディスク基板を成形する成形金型の構成を示す断面図である。
【図２】成形金型の外周端部の構成を示す部分断面図である。
【図３】可動側金型の下面図である。
【図４】固定側ガイドリングとキャビティ押え及び突当てリングの側面図である。
【図５】従来の成形金型の外周端部の構成を示す部分断面図である。
【図６】従来の成形金型の側面図である。
【符号の説明】
１；金型、２；固定側金型、３；可動側金型、４；固定側型盤、
７；固定側ガイドリング、８；スタンパ、９；可動鏡面盤、
１３；キャピティリング、１４；キャビティ押え、１５；ボールリテーナ、
１６；突出し機構、１７；凹部、１８；凸部、１９；突当てリング、
２０；クリアランス、２３；溝、２４；貫通穴、２５；溝、２６；貫通穴、
２７；キャビティ、２８；クリアランス。

Claims

光ディスク基板を作製する成形金型において、
可動鏡面盤の周囲を囲ってキャビティ側面を形成するキャビティリングと固定側金型に装着されたスタンパとの間に形成されたクリアランスをガス抜き用のガスベントとするとともに、キャビティリングの下面とキャビティリングの外周部に配置されたキャビティ押えにガスを逃す導路を設け、キャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスもガス抜き用のガスベントとして使用することを特徴とする光ディスク基板の成形金型。
前記キャビティリングと固定側金型に装着されたスタンパとの間に形成されたクリアランス及びキャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスからガスを逃す導路を、少なくとも１６方向に放射状に設けた請求項１記載の光ディスク基板の成形金型。
前記キャビティリングと固定側金型に装着されたスタンパとの間に形成されたクリアランスからガスを逃す導路と、キャビティリングと可動鏡面盤間に形成されたクリアランスからガスを逃す導路とを、互い違いに半周期ずれた位置に配置した請求項２記載の光ディスク基板の成形金型。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光ディスク基板の成形金型により成形された光ディスク基板を使用して作製したことを特徴とする光ディスク。