JP2004199761A

JP2004199761A - 光ディスク基板の製造方法

Info

Publication number: JP2004199761A
Application number: JP2002365784A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Inoue; 和夫井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】スタンパ上に形成された凹凸を射出成形法により基板に転写させる際に生じる変形を抑制できる光ディスク基板の製造方法を提供する。
【解決手段】一対の嵌合する金型(1,2)の少なくとも一方にスタンパ(3)を装着し、金型(1,2)内のキャビティに溶融樹脂を充填し、冷却固化後に金型(1,2)を開いて成型された基板(17)を取り出す製造方法であって、速度３ｍｍ／ｓを超えて金型を開くと光ディスク基板(17)上のピットまたは溝の凹みの外周側に盛上りを生じる場合に、速度３ｍｍ／ｓ以下で金型(1,2)を開くことでスタンパ(3)と基板(17)とを剥離する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スタンパに形成し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。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクの基板は、熱可塑性樹脂を射出成形して作製される。そのための金型は、大きく分けると一対の嵌合する部材からなり、嵌合した部材間で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８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。
【０００３】
図８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とが設置されている。射出系１０２には乾燥した樹脂を一旦貯めるミニホッパ１０４を有し、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１０６が配置され、この熱で樹脂は溶融し、スクリュ１０５が回転することにより樹脂を混練しながら、スクリュ１０５を後退させて計量が行われる。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の射出成形に用いられるスクリュ１０５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。
【０００４】
型締系１０３では、２枚の大プレート１０８ａ、１０８ｂに、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１１０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形成されるキャビティ１１１に、溶融樹脂が充填される。型締系１０３は、タイバー１１２を有し、大プレート１０８ａ、１０８ｂが平行に向き合ったまま、可動側が移動するように構成されている。直圧方式では、可動側の大プレート１０８ｂ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。
【０００５】
図１に金型の断面図を示す。金型は上記のように固定金型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。固定金型１には、溶融樹脂が流入するスプル部をもつスプルブッシュ４が配置される。スプルブッシュ４の周りにはスタンパホルダー５が設置され、スタンパ３の内周部に係合して、固定側鏡面盤６上に保持する。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と嵌合し突き当たることで、位置出しが行われる。
【０００６】
可動金型２は、内側から順に配置された、エジェクタピン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を有する。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１４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。２０はキャビティである。
【０００７】
カットパンチ１１は、樹脂が固化する前に突き出され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１７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ために用いられる。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、それぞれ、エアを吹き出す。
【０００８】
上記のような射出成形機において、従来は、金型の開き速度は、取り出しが安定に行える最大速度に設定していた。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。
これに対して、成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つけながら金型を低速で開く技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。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抑止するものであり、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に関わりなく行われる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−１５４３５９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
光ディスクの高密度化が進むと、ピットや溝の幅や長さなどの間隔を狭くする必要が高まる。この状態でピットの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。
【００１１】
しかし、ピットや溝の端面の傾斜角度が垂直に近いほど、図７（ａ）に示すように、スタンパから成形基板を剥離する際に、スタンパ側のピットや溝の壁面において、転写した成形基板側のピットや溝の壁面を擦ることになる。そのため図７（ｄ）に示すように、ピットや溝の片側の傾きが緩くなると共に、ピットの周辺で、盛り上がりの変形が発生する。
【００１２】
従って、高密度の成形基板を得ようとすると、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緩くなったり、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。
【００１３】
本発明は、かかる課題に鑑み、スタンパに形成されたピットまたは溝が成形基板に転写された後剥離す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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１番目の光ディスク基板の製造方法は、一対の嵌合する金型の少なくとも一方にスタンパを装着し、前記金型内に溶融樹脂を充填し、冷却固化後に金型を開いて成形品を取り出す光ディスク基板の製造方法であって、速度３ｍｍ／ｓを超えて金型を開くと光ディスク基板上のピットまたは溝の凹みの外周側に盛上りが生じる場合に、速度３ｍｍ／ｓ以下で金型を開いてスタンパと成形品とを剥離することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２番目の光ディスク基板の製造方法は、一対の嵌合する金型の少なくとも一方にスタンパを装着し、前記金型内に溶融樹脂を充填し、冷却固化後に金型を開いて成形品を取り出す光ディスク基板の製造方法であって、速度３ｍｍ／ｓ以下で金型を開く際の光ディスク基板の冷却速度を２Ｋ／ｓ以上としてスタンパと成形品とを剥離することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３番目の光ディスク基板の製造方法は、一対の嵌合する金型の少なくとも一方にスタンパを装着し、前記金型内に溶融樹脂を充填し、冷却固化後に金型を開いて成形品を取り出す光ディスク基板の製造方法であって、金型を樹脂のガラス転移温度より４０Ｋ以上低い温度に設定し、速度３ｍｍ／ｓ以下で金型を開いてスタンパと成形品とを剥離することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明方法は、射出成形の際に、速度３ｍｍ／ｓを超えて金型を開くと光ディスク基板上のピットまたは溝の凹みの外周側に盛上りが生じる場合に、速度３ｍｍ／ｓ以下で金型を開いてスタンパと成形品とを剥離することを特徴とする。
【００１８】
速度３ｍｍ／ｓを超えて金型を開くと光ディスク基板上のピットまたは溝の凹みの外周側に盛上りを生じさせる手段は、１つには金型を樹脂のガラス転移温度より４０Ｋ以上低い温度に設定することであり、１つには金型を開く際の光ディスク基板の冷却速度を２Ｋ／ｓ以上とすることである。
【００１９】
本発明方法においては、低速で型開きを行う１段目の速度で移動する距離を０．５ｍｍ以上とし、２段目の速度を１段目の速度より速くすることが好ましい。
【００２０】
本発明の実施の形態について、以下に図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態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じである。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されて内孔を形成している。金型を開いても、外周リング１５の開き幅限界が０．５ｍｍであればそこまでは外周リング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。この状態において、可動側鏡面盤１４とスタンパ３表面とを比べると、スタンパ３表面の方に凹凸が多く存在し樹脂が入り込んでいるため、スタンパ３からの基板１７の剥離により力を必要とし、容易には剥離されない。従って、エア通路Ａにエアを供給しないと、基板１７はスタンパ３に貼り付いた状態になる。しかし、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２側に引っ張られた状態になる。
【００２２】
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とを剥離させるように働く。図２には、基板１７の変形の様子が誇張して図示されている。
【００２３】
スタンパ３側の内周からのエア吹き出しを、金型を開く前または直後から行うことで、スタンパ３と基板１７とが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。
【００２４】
トラックピッチが２００ｎｍ、ピットの幅が１００ｎｍ、ピットの長さが８０から１６０ｎｍ、ピットの間隔が２４０ｎｍ、ピット深さが６５ｎｍのＳＣＩＰＥＲ(Signal Carrier Independent Parallel Edge Recording)記録によるランダムピットが形成された、壁面角度が８３度のスタンパ３を用いて成形を行った。基板形状は、内径が１５ｍｍ、外径が１２０ｍｍ、厚みが１．１ｍｍであった。基板上に形成されるピットは凹みの形で形成されるものを用いた。基板材料としては、ポリカーボネート樹脂である帝人化成の商品名“ＡＤ５５０３”を用いた。金型温度は１２０℃、最大型締め力は３０トン、充填時間は０．１秒とした。スタンパ３が装着された固定金型１からのエア吹き出しは、金型が開く前から、スタンパ３が装着されていない可動金型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。図１に示す可動金型２からのエア吹き出しをスタンパ３と基板とが剥離する前に行うと、一旦スタンパ３から剥離した基板１７の部分が再度スタンパ側に押し付けられて基板１７上に形成されたピットに当接して変形を発生する恐れがあるためである。金型の最初に開く速度を２０ｍｍ／ｓに固定した。
【００２５】
これらの条件の下で、本発明者は基板上に形成されたピット形状を原子間力顕微鏡を用いて詳細に調べた。この結果、ピットの変形は大きく分けて内周側に発生する場合と、外周側に発生する場合と、その中間の場合の３通りあることがわかった。大きく基板全体で見ると、ピットの変形は一周で内周側に発生する場合、一周で外周側に発生する場合、および一周では基板中心を挿んで一方が内周側で他方が外周側にあり、ちょうど中間では周方向にあるか全くないという場合の３つの状態があることがわかった。
【００２６】
このピット変形が基板上に発生するメカニズムとしては２つのメカニズムの合わさったものであると考えられる。第１番目は図７（ａ）に示すように、基板１７とスタンパ３との剥離の際に角度を持って抜けることにより、壁面が擦れるものである。第２番目は図７（ｂ）（ｃ）に示すように、基板１７とスタンパ３との収縮の速度差によってピットの壁面が擦れるものである。
【００２７】
図１の通路Ａからのエア吹き出しによって基板１７とスタンパ３とは基板１７の内周から剥離するため、第１番目のメカニズムによれば基板１７上のピット周辺の盛上り変形はピットの凹みの外側に生じる。
【００２８】
しかし、第２番目のメカニズムによれば、基板１７とスタンパ３との間の力は、場合によって内側にも外側にも作用するため、基板１７上のピット周辺の盛上り変形は、ピットの凹みの内側にも外側にも生じる。基板１７とスタンパ３とでは熱可塑性樹脂からできた基板１７の方が熱膨張率は大きいが、実際には基板１７には圧縮力が働いて縮まっているため、基板１７とスタンパ３との剥離時においては、基板１７は圧縮力が開放されて生じる膨張と冷却によって生じる収縮とが合成されたものになり、スタンパ３との相対作用になるためである。
【００２９】
基板１７上のピットが形成された最内周の半径２６ｍｍにおいて、一周内のピットの盛上り変形のある方向と金型温度との関係を調べた。表１に結果を示す。型締力に対する影響を見るために１０トン、２０トン、３０トンと変えて比較したが差が見られなかった。
【００３０】
【表１】

【００３１】
次にピットの盛上り変形を抑制する検討をした。図７（ａ）から基板１７とスタンパ３とを剥離する際に、両者を垂直に剥離すれば、ピットの壁面同士を擦る量が減少すると考えられる。そこで、金型の開き速度を遅くすればピット変形が抑制されると考えて、金型の開き速度を変えてピット周辺での盛上り変形の高さを調べた。ここで、盛上り変形の方向の影響も調べるために、金型温度が異なる場合について実験を行った。金型温度が１００℃の場合の金型の開き速度と盛上りの変形高さとの関係を図３に、金型温度が１２０℃の場合の金型の開き速度と盛上りの変形高さとの関係を図４に示す。図３と図４から、ピット周辺の盛上り変形が凹みの内側にある場合は、金型の開き速度を遅くしても変形は抑制されないが、ピット周辺の盛上り変形が凹みの外側にある場合は、金型の開き速度が３ｍｍ／ｓ以下になると変形が抑制されることがわかった。金型温度が１１０℃の場合も同様に成形をしたが、基板の一周で見た場合に金型の開き速度によってピット周辺の盛上り変形が抑制されることはなかった。
【００３２】
ピット周辺の盛上り変形が凹みの外側にある場合に抑制されるという結果と、表１の結果とポリカーボネート樹脂のガラス転移温度が１４５℃近傍にあることから、樹脂のガラス転移温度より４０Ｋ以上低い金型温度であれば金型の開き速度が３ｍｍ／ｓより大きい場合にピット周辺の盛上り変形が凹みの外側に生じることになり、変形の抑制が可能であることになる。そして、ピット変形が抑制されるためには金型の開き速度を３ｍｍ／ｓ以下にすれば良い。
【００３３】
金型の開き速度が極低速の場合に基板１７上のピットの変形が抑制されるため、金型を開くのに時間がかかる。そこで、開き速度を２段にして１段目を１ｍｍ／ｓ、２段目を４０ｍｍ／ｓとして１段目の速度で開く距離を変えてピットの変形が抑制される効果がある最小値を調べた。その結果、１段目速度での移動距離は０．５ｍｍ以上あれば良いことがわかった。
【００３４】
（実施の形態２）
ピット周辺に変形が生じうるメカニズムの２つ目は実施の形態１の中で説明したように基板１７とスタンパ３との収縮の速度差によってピットの壁面が擦れるものである。したがって、基板１７とスタンパ３との剥離する瞬間の両者の冷却速度が基板１７上のピット変形量と関係があると考えられる。
【００３５】
基板１７の冷却速度が速くなると基板１７はスタンパ３より熱膨張率が大きいのでスタンパ３に対して基板１７の方が内側に縮む速度が増すことになるため図７（ｃ）に示すようになって基板１７上にあるピットの凹みの外側に盛上り変形が発生することになる。反対に基板１７の冷却速度が遅いと図７（ｂ）に示すようになってピットの凹みの内側に盛上り変形が発生することになる。
【００３６】
スタンパ３と基板１７とが剥離する際の基板１７の冷却速度を上げるためには、基板１７から多くの熱を奪う必要がある。このためには、金型内に充填された溶融樹脂は当初遅く冷え、固化後は早く冷えるようにする必要がある。具体的実現手段の第１番目としては、図５に示すようにスタンパ３と固定鏡面盤６との間に低熱伝導板１８を設け、金型温度を低く設定すればよい。また具体的実現手段の第２番目としては、スタンパ３と固定鏡面盤６との間に誘導加熱手段を設けるなどして、キャビティ表面の少なくとも一部を加熱した後に、低い温度に制御した金型で冷却すればよい。両者とも固化後に樹脂と金型との温度差が大きくなるため基板１７の冷却速度が大きくなる。
【００３７】
スタンパ３と固定側鏡面盤６との間に低熱伝導板１８を設けた構造の金型と、低熱伝導板１８を設けない構造の金型を用いて成形した基板１７でのピット変形の状態を、原子間力顕微鏡で調べた。この際の金型の開き速度は２０ｍｍ／ｓとした。また、スタンパ３から基板１７を剥離する際の基板１７の冷却速度を、シミュレーションにより計算した。そして、基板１７の冷却速度とピット変形との関係を求めた。結果をまとめると表２のようになった。低熱伝導板１８を設けた金型の場合は冷却速度が１．５Ｋ／ｓ以上であり、低熱伝導板１８を設けない金型の場合派冷却速度が２．０Ｋ／ｓ以下であった。
【００３８】
【表２】

【００３９】
表２から基板１７の冷却速度が２．０Ｋ／ｓ以上の場合に、基板１７上に生じるピット周辺の盛上り変形は外側になることがわかる。
【００４０】
次に実施の形態１と同様に、基板１７とスタンパ３とを剥離する際に両者を垂直に剥離するように、金型の開き速度を遅くすることが効果あるかを調べるため、金型の開き速度を変えてピット周辺での盛上り変形の高さを調べた。ここで、盛上り変形の方向の影響も調べるために、基板１７の冷却速度が異なる場合について実験を行った。冷却速度は１．０Ｋ／ｓ、１．８Ｋ／ｓ、３．０Ｋ／ｓの３通りを選んだ。
【００４１】
ピット周辺の盛上り変形が凹みの内側にある場合、および方向が不定の場合は金型の開き速度によって変形は抑制されず、盛上り変形が凹みの外側にある場合のみが、図６のように金型の開き速度が３ｍｍ／ｓ以下になると変形が抑制されることがわかった。ピット周辺の盛上り変形が凹みの外側にある場合のみ金型の開き速度が３ｍｍ／ｓ以下になるという結果は、実施の形態１の場合と同じである。
【００４２】
以上から基板１７がスタンパ３から剥離する際の基板１７の冷却速度が２．０Ｋ／ｓ以上の場合に、金型の開き速度を３ｍｍ／ｓ以下にすると基板１７上に形成されたピットの周辺の変形が抑制される。
【００４３】
金型の開き速度が極低速の場合に、基板１７上のピットの変形が抑制されるため、金型を開くのに時間がかかる。そこで、開き速度を２段にして１段目を１ｍｍ／ｓ、２段目を４０ｍｍ／ｓとして、１段目の速度で開く距離を変えてピットの変形が抑制される効果がある最小値を調べた。その結果、１段目速度での移動距離は０．５ｍｍ以上あれば良いことがわかった。
【００４４】
以上はスタンパにピットが凹みで形成された場合について記したが、スタンパのピットは凸であっても、また、溝であっても同様に成り立つ。
【００４５】
【発明の効果】
本発明により、スタンパ上に形成されたピットや溝を射出成形法で成形基板に転写する際に生じる変形が抑制される。この結果、信号品質の改善が可能となり、製品歩留まりの向上ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１および従来例に用いる金型の構成を示す概略断面図
【図２】本発明の実施の形態１のスタンパと基板とが剥離する様子を示した断面図
【図３】本発明の実施の形態１における金型温度１００℃でのピット周辺の盛上り変形量と金型の開き速度との関係図
【図４】本発明の実施の形態１における金型温度１２０℃でのピット周辺の盛上り変形量と金型の開き速度との関係図
【図５】本発明の実施の形態２に用いる金型の構成を示す概略断面図
【図６】本発明の実施の形態２における剥離時の基板の冷却速度３．０Ｋ／ｓでのピット周辺の盛上り変形量と金型の開き速度との関係図
【図７】スタンパと基板とが剥離する際の基板表面の様子を示した断面模式図
【図８】従来の成形機構造を示す断面図
【符号の説明】
３スタンパ
４スプルブッシュ
５スタンパホルダー
６固定側鏡面盤
７固定側基盤
８固定側突き当てリング
９可動側突き当てリング
１０エジェクタピン
１１カットパンチ
１２エジェクタスリーブ
１３可動側固定ブッシュ
１４可動側鏡面盤
１５外周リング
１６可動側基盤
１７基板
１８低熱伝導板
２０キャビティ
１０１台座
１０２射出系
１０３型締系
１０４ミニホッパ
１０５スクリュ
１０６ヒータ
１０７射出ピストン
１０８ａ，１０８ｂ大プレート
１０９固定金型
１１０可動金型
１１１キャビティ
１１２タイバー
１１３型締ピストン

Claims

一対の嵌合する金型の少なくとも一方にスタンパを装着し、前記金型内に溶融樹脂を充填し、冷却固化後に金型を開いて成形品を取り出す光ディスク基板の製造方法であって、
速度３ｍｍ／ｓを超えて金型を開くと光ディスク基板上のピットまたは溝の凹みの外周側に盛上りが生じる場合に、速度３ｍｍ／ｓ以下で金型を開いてスタンパと成形品とを剥離することを特徴とする光ディスク基板の製造方法。
一対の嵌合する金型の少なくとも一方にスタンパを装着し、前記金型内に溶融樹脂を充填し、冷却固化後に金型を開いて成形品を取り出す光ディスク基板の製造方法であって、
速度３ｍｍ／ｓ以下で金型を開く際の光ディスク基板の冷却速度を２Ｋ／ｓ以上としてスタンパと成形品とを剥離することを特徴とする光ディスク基板の製造方法。
一対の嵌合する金型の少なくとも一方にスタンパを装着し、前記金型内に溶融樹脂を充填し、冷却固化後に金型を開いて成形品を取り出す光ディスク基板の製造方法であって、
金型を樹脂のガラス転移温度より４０Ｋ以上低い温度に設定し、速度３ｍｍ／ｓ以下で金型を開いてスタンパと成形品とを剥離することを特徴とする光ディスク基板の製造方法。
低速で型開きを行う１段目の速度で移動する距離を０．５ｍｍ以上とし、２段目の速度を１段目の速度より速くする請求項１〜３のいずれかに記載の光ディスク基板の製造方法。