JP2005014278A

JP2005014278A - スタンパを保持する面に断熱層とダイヤモンド様炭素膜を施した光ディスク成形金型とそれを使用する成型方法

Info

Publication number: JP2005014278A
Application number: JP2003179291A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Nakayama; 正俊中山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-20
Also published as: KR20060029599A; CN100448640C; EP1640132A1; WO2004113045A1; CN1771117A; TW200506927A

Abstract

【課題】光ディスク成形における成形サイクルと同時にスタンパ及び金型の寿命を延ばすことを課題とする。
【解決手段】光ディスク成形金型の成形キャビティのスタンパを保持する壁面に、断熱層及びダイヤモンド様炭素膜をこの順に一体形成した光ディスク成形金型で、ダイヤモンド様炭素膜は式ＣＨ_ａＯ_ｂＮ_ｃＦ_ｄＢ_ｅＰ_ｆ（ただし原子比でａ＝０．０５〜０．７、ｂ＝０〜１、ｃ＝０〜１、ｄ＝０〜１、ｅ＝０〜１、及びｆ＝０〜１）で表される組成を有し、断熱層はセラミック、ガラス、及び耐熱性合成樹脂より選択された材料から形成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスタンパ（成形母型板）を利用して光ディスクの成形を行う型の光ディスク成形金型とそれを使用した光デスクの成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクは一般に射出成形法により製作される。射出成形装置の固定金型と可動金型の対向面に成形キャビティを設け、一方の金型のキャビティのスタンパ保持面に、微小ピット等の凹凸による情報パターンを有するスタンパを保持させ、キャビティに溶融樹脂を注入し、冷却固化してスタンパーから転写した情報パターンを有する光ディスクを製造する方法が広く行われている。
【０００３】
金型及びスタンパは、溶融樹脂の注入時に溶融樹脂がスタンパの情報パターンの隅々まで完全に充填して情報パターンの精密な転写が行われるように所定温度以上に加温される必要がある一方、成形された光ディスクの固化・冷却を迅速に行うために金型を外部から冷却する必要がある。しかし、冷却された金型のキャビティ表面及びスタンパの温度を所定の温度にするには、射出する溶融樹脂温度を上げるか又は溶融樹脂との接触時間を長くする必要があり、ひいては１回の成形に要する時間（成形サイクル時間）が長く、生産性（成形サイクル時間の短縮、単位時間当たりのショット数の向上）が低い問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、金型キャビティのスタンパ保持面に断熱層を形成することによりスタンパを保温して熱の過度な散逸を回避し、それにより成形サイクル時間を短縮するための提案が、特開２００２−３６１６８９号、特開２００２−５１３６９１号、特開２００１−３３４５３４号等に記載されている。特開２００２−３６１６８９号公報は、スタンパの内部または裏面に厚さ１００〜３００μｍのセラミックス、厚さ２５０〜３００μｍのビスマス、又は厚さ２０〜１５０μｍのポリイミドまたはポリアミドイミド等の熱伝導性の低い（９４Ｗ／ｍＫ未満）断熱層を固着し、溶融樹脂充填時の一時的蓄熱により転写効果を上げ、冷却は１０〜２０℃程度低く冷却されている金型により急冷固化することにより光ディスクの生産性を向上させるを記載している。
特開２００２−５１３６９１号は、スタンパ（インサート）の裏面（金型に接触する面）に熱伝導度の低い、厚さ約１０〜５００μｍのポリイミド、ポリエーテルイミド、又はシロキサン改質ポリエーテルイミドの断熱性塗料を塗布することにより、光ディスクの転写性を向上することを記載している。
特開２００１−３３４５３４号は、スタンパの裏面に２０〜１５０μｍ程度のポリイミド製断熱層を形成することにより、光ディスクの転写性を向上し、低い金型温度によりサイクル時間を短縮することを記載している。
そのほか着脱自在の厚い断熱板を金型表面とスタンパの間に介在させることも提案されている。
【０００５】
しかし、スタンパの裏面にポリイミド、ポリアミドイミド、セラミクス、ビスマス等の断熱層を形成すると、成形サイクル時間は短縮されるものの、スタンパと金型のスタンパ保持面との間の摩擦が大きく、スタンパ及び金型の耐久性に劣り、スタンパ交換に至るショット数並びに金型の交換に至るショット数が著しく少ない欠点がある。
またスタンパと断熱層が一体に形成されている場合には、両者の熱膨張係数の差によりスタンパに歪みが生じ、成形に支障が生じる問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３６１６８９号公報
【特許文献２】
特開２００２−５１３６９１号公報
【特許文献３】
特開２００１−３３４５３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開２００２−３６１６８９号公報、特開２００２−５１３６９１号公報、特開２００１−３３４５３４号公報等に記載されたようなスタンパの裏面に形成したポリイミド、ポリアミドイミド、セラミクス、ビスマス等の熱伝導性の低い断熱層は、金型面との間の摩擦が大きく、耐久性に劣り、スタンパ交換及び金型交換に至るショット数が著しく少ない欠点がある。
即ち、スタンパの保温性又は冷却に対する遅延性を向上するために２０μｍ〜２５０μｍのような厚い断熱層が介在するにもかかわらず金型のスタンパ保持面とスタンパ裏面の断熱層との間に生じる大きい摩擦と摩耗のため、これらの接触面にスクラッチ傷を生じ、それがスタンパの転写面を変形させるため情報パターンの精密な転写が不可能となり、スタンパと成形金型の耐久寿命が著しく短い欠点があるが、従来断熱層を有するスタンパの耐久性を向上する試みはされていない。
またスタンパと断熱層が一体に形成されている場合には、両者の熱膨張係数の差によりスタンパに歪みが生じ、成形に支障が生じる問題がある。
従って本発明はこのような問題を解決し、スタンパと成形金型の耐久性を向上し、１枚のスタンパで成形可能なショット数及び１つの金型で成形可能なショット数を大幅に向上することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ディスク成形金型の成形キャビティのスタンパを保持する壁面に、断熱層及びダイヤモンド様炭素膜をこの順に一体形成した光ディスク成形金型を提供する。
【０００９】
本発明はまた、前記の光ディスク成形金型の成形キャビティの壁面に、転写すべき情報パターンを有するスタンパを取り付け、溶融した原料樹脂を成形キャビティに導入し成形することよりなる光ディスクの成型方法を提供する。
【００１０】
ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）膜は、特開昭６２−１４５６４６号公報、同６２−１４５６４７号公報、ＮｅｗＤｉａｍｏｎｄＦｏｒｕｍ、第４巻第４号（昭和６３年１０月２５日発行）等に記載されている。ＤＬＣ膜は、上記文献（ＮｅｗＤｉａｍｏｎｄＦｏｒｕｍ）に記載されているように、ラマン分光分析において、１４００〜１７００ｃｍ^−１にブロードなラマン散乱スペクトルの山を有し、１３３３ｃｍ^−１に鋭いピークを有するダイヤモンドや、１５８１ｃｍ^−１に鋭いピークを有するグラファイトとは、明らかに異なった構造を有する物質である。ＤＬＣ膜のラマン分光分析スペクトルは上記のブロードな山は、炭素および水素以外の上記元素を含有することにより、これから相当程度変動する。ダイヤモンド様炭素膜は、炭素と水素とを主成分とするアモルファス状態の薄膜であって、炭素同士のｓｐ^２及びｓｐ^３結合がランダムに存在することによって形成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する断熱層は好ましくはアルミナ、酸化ケイ素、ＳｉＣ、ジルコニア等のセラミック、ガラス、超硬金属（ｈａｒｄｍｅｔａｌ）等の多孔質焼結体、及びポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性合成樹脂より選択された材料から形成されている。これらの材料はダイヤモンド様炭素膜と親和性を有するものから選択される。断熱層の厚さは好ましくは０．１μｍ〜１．０ｃｍである。断熱層の表面が平滑でない場合には、ダイヤモンド様炭素膜を成膜するに先だって研磨することが好ましい。
セラミックを使用する場合には、金型のスタンパ保持面に溶射、イオンプレーティング、ＣＶＤ法、板又はフィルムの貼り付け、スパッタリングを使用することができる。
ガラスを使用する場合には、溶射、スパッタリング、及び板又はフィルムの貼り付けを使用することができる。
耐熱性合成樹脂の場合には、板又はフィルムの貼り付け、塗料の塗布、溶融樹脂の流し込み等の方法を使用できる。
【００１２】
本発明で断熱層とダイヤモンド様炭素膜の間に密着層厚さ約０．０１〜３μｍ程度の密着層を施しても良い。密着層としては例えば特開平４−３４１５５８に記載のＭｏ膜、特開平５−１４２８７５に記載の炭化とケイ素の非晶質膜、特開２０００−１７７０４６に記載の炭化けい素系膜、又はそれとＶ，Ｎｂ，Ｔａ、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ、ＴｉおよびＺｒの珪化物のいずれか一種以上の金属膜、特開２０００−１７８７３６に記載のＶ，Ｎｂ，Ｔａ、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ、ＴｉおよびＺｒの珪化物のいずれか一種以上、特開２０００−１７８７３７に記載の周期表第５Ａ族金属を主成分とする金属膜とＳｉを主成分とするＳｉ膜の積層膜、特開２０００−１７８７３８号に記載の含有酸素勾配を有する無定形ダイヤモンド様炭素膜、などが使用できる。
【００１３】
本発明で使用されるダイヤモンド様炭素膜は、炭素と水素を主成分とし、他の任意成分を含んでよい。好ましくは式ＣＨ_ａＯ_ｂＮ_ｃＦ_ｄＢ_ｅＰ_ｆ（ただし原子比でａ＝０．０５〜０．７、ｂ＝０〜１、ｃ＝０〜１、ｄ＝０〜１、ｅ＝０〜１、及びｆ＝０〜１）で表される組成を有する。
ダイヤモンド様炭素膜の厚さは好ましくは０．０１〜１０μｍ、さらに好ましくは０．０３〜３．０μｍである。
【００１４】
図１は光ディスクの製造に使用される射出成形装置の一例であり、溶融樹脂を、スタンパ（成形母型）を支持した可動金型と固定金型の合わせ面に形成される金型キャビティー内に導入し、加圧し、冷却することにより、成形と同時にスタンパの表面形状を成形品に転写することが行なわれている。金型は可動金型２と固定金型５とより成り、可動金型が閉鎖されたときに成形キャビティー７を形成する。可動金型２のキャビティー７の側の鏡面研磨した表面にはシート状金属スタンパ１を保持させ、更にその周部を外周リング４で及び／又は内側を内側リング８により押える。外周リング４はキャビティー７の周壁をも構成する。図１は金型が閉じた状態を示し、キャビティー７が形成されている。この状態で、樹脂は供給口３よりゲート部材１２のゲート６を経て所定の成形圧力でキャビティー７に導入されて成形が行なわれ、スタンパ４の転写すべき情報パターン（表面凹凸）が樹脂に転写される。なお成形中に又は成形後にゲートカット部材９の先端部が樹脂中に侵入してゲートカット部１０で光ディスクの中心孔を切り取る。また可動金型及び固定金型には図示しない冷却流路が巡らされていて冷却水がキャビティの周りの金型部分を冷却するようになっている。
【００１５】
本発明にしたがって、スタンパを支持する可動金型２のキャビティ側の鏡面には断熱層１４とダイヤモンド様炭素膜１５が金属膜を介在して又は介在しないで一体に被着されている。このためスタンパ１は成形時に熱伸縮を繰り返すがダイヤモンド様炭素膜との間は低摩擦であり、スタンパ裏面及び金型の表面にスクラッチを生じないので、スタンパ及び金型の品質を長期にわたり保持することが可能であり、同時に断熱層の保温作用により成形のサイクル時間を短縮することが可能となり、さらに金型の耐久寿命も大幅に延長できる。
【００１６】
（ダイヤモンド様炭素膜の成膜）
ダイヤモンド様炭素膜（以下「ＤＬＣ膜」）は、プラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法等により形成できるほか、スパッタ法でも形成することができる。
ＤＬＣ膜をプラズマＣＶＤ法により形成する場合、例えば特開平４−４１６７２号公報等に記載されている方法により成膜することができる。プラズマＣＶＤ法におけるプラズマは、直流、交流のいずれであってもよい。交流としては数ヘルツからマイクロ波まで使用可能である。また、「ダイヤモンド薄膜技術」（総合技術センター発行）などに記載されているＥＣＲプラズマも使用可能である。また、バイアス電圧を印加してもよい。
【００１７】
ＤＬＣ膜をプラズマＣＶＤ法により形成する場合、原料ガスには、下記化合物を使用することが好ましい。
ＣおよびＨを含有する化合物として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、エチレン、プロピレン等の炭化水素が挙げられる。
Ｃ＋Ｈ＋Ｏを含む化合物としては、ＣＨ_３ＯＨ、Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ、ＨＣＨＯ、ＣＨ_３ＣＯＣＨ_３等がある。
Ｃ＋Ｈ＋Ｎを含む化合物としては、シアン化アンモニウム、シアン化水素、モノメチルアミン、ジメチルアミン、アリルアミン、アニリン、ジエチルアミン、アセトニトリル、アゾイソブタン、ジアリルアミン、エチルアミン、ＭＭＨ、ＤＭＨ、トリアリルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリフェニルアミン等がある。
【００１８】
この他、上記の化合物、Ｏ源あるいはＯＮ源、Ｎ源、Ｈ源、Ｆ源、Ｂ源、Ｐ源等とを組み合わせてもよい。
【００１９】
上記原料ガスの流量は原料ガスの種類に応じて適宜決定すればよい。動作圧力は、通常、１〜２００Ｐａ、投入電力は、通常、１０Ｗ〜５ｋＷ程度が好ましい。
【００２０】
ＤＬＣ膜は、イオン化蒸着法により形成してもよい。イオン化蒸着法は、例えば特開昭５９−１７４５０８号公報、特開平２−２２０１２号公報、特開平１０−２０２６６８号公報等に記載されている。ただし、これらに開示された方法、装置に限られるものではなく、原料用イオン化ガスの加速が可能であれば他の方式のイオン蒸着技術を用いてもよい。
【００２１】
イオン化蒸着法においては、真空容器内を１０^−４Ｐａ程度までの高真空とする。この真空容器内には交流電源によって加熱されて熱電子を発生するフィラメントが設けられ、このフィラメントを取り囲んで対電極が配置され、フィラメントとの間に電圧Ｖｄを与える。また、フィラメント、対電極を取り囲んでイオン化ガス閉じこめ用の磁界を発生する電磁コイルが配置されている。原料ガスはフィラメントからの熱電子と衝突して、プラスの熱分解イオンと電子を生じ、このプラスイオンはグリッドに印加された負電位Ｖａにより加速される。このＶｄ、Ｖａおよびコイルの磁界を調整することにより、組成や膜質を変えることができる。また、バイアス電圧を印加してもよい。
【００２２】
ＤＬＣ膜をイオン化蒸着法により形成する場合、原料ガスには、プラズマＣＶＤ法と同様のものを用いればよい。上記原料ガスの流量はその種類に応じて適宜決定すればよい。動作圧力は、通常１〜７０Ｐａ程度が好ましい。
【００２３】
ＤＬＣ膜は、スパッタ法により形成することもできる。この場合、Ａｒ、Ｋｒ等のスパッタ用のスパッタガスに加えて、Ｏ_２、Ｎ_２、ＮＨ_３、ＣＨ_４、Ｈ_２等のガスを反応性ガスとして導入すると共に、Ｃをターゲットとしたり、Ｃ、Ｎ、Ｏ等を含む混成ターゲット或いは２以上のターゲットを用いてもよい。また、ポリマーをターゲットとして用いることも可能である。このようなターゲットを用いて高周波電力、交流電力、直流電力のいずれかを印加し、ターゲットをスパッタし、これを基板上にスパッタ堆積させることによりＤＬＣ膜を形成する。高周波スパッタ電力は、通常、１０Ｗ〜５ｋＷ程度である。動作圧力は、通常、１０^−３〜０．１Ｐａが好ましい。
【００２４】
このようなターゲットを用いて高周波電力を加え、ターゲットをスパッタし、金型に固着した断熱層の面にスパッタ堆積させることによりダイヤモンド様炭素膜を形成する。なお、この場合も金型に加えるバイアスは負のバイアス電圧を印加する。バイアス電圧は、直流が好ましい。また、バイアス電圧を印加せずにセルフバイアスを利用してもよい。上記のバイアス電圧は、好ましくは−１０〜−２０００Ｖであり、より好ましくは−５０〜−１０００Ｖである。高周波スパッタ電力は、通常１０Ｗ〜５ＫＷ程度である。動作圧力は、通常０．００１３〜０．１３Ｐａが好ましい。
【００２５】
なお、断熱層及びダイヤモンド様炭素膜の形成に先立って、金型のスタンパ保持面は鏡面研磨する必要がある。また断熱層がＣＶＤ又はスパッタリングで製作される場合には、Ａｒ、Ｋｒ等のガスを用いて気相エッチングし、表面層を浄化することもできる。
【００２６】
（密着層の成膜）
本発明で断熱層とダイヤモンド様炭素膜との間に介在させる密着層は、適正な原料を使用し、上記のＤＬＣ膜の成膜と同様な方法により成膜できる。
【００２７】
【実施例】
実施例１
スタンパを保持する金型のキャビティの壁面を鏡面に研磨し、溶射により０．５ｍｍの厚さのＳｉＣを形成し、その表面を研磨し、その上にダイヤモンド様炭素膜を１．５μｍに形成した。ただし、ダイヤモンド様炭素膜の成膜は、自己バイアスＲＦプラズマＣＶＤ法により、原料ガス：Ｃ_２Ｈ_４（０．０１７Ｐａ・ｍ^３・ｓ^−１）、電源：ＲＦ、動作圧：６６．５Ｐａ、投入電力：５００Ｗ、成膜レート：１００ｎｍ／ｍｉｎの条件で成膜した。膜組成はＣＨ_０．２１であり、炭素膜はダイヤモンド様炭素膜であった。
【００２８】
実施例２
ＳｉＣの代わりにＡｌ_２Ｏ_３を使用した他は、実施例１の方法により成膜した。密着層としてはＳｉを０．１μｍスパッタ法で成膜した。
【００２９】
実施例３
ＳｉＣの代わりにパイレックスガラス（商品名）を使用した他は、実施例１の方法により成膜した。密着層としてはＳｉを０．１μｍスパッタ法で成膜した。
【００３０】
実施例４
ＳｉＣを溶射する代わりに、スタンパを保持する金型キャビティの鏡面に５０μｍのポリイミドフィルムを配置し、周囲をテフロン（商品名）ボルトで止めた他は、実施例１の方法に従った。密着層としてはＳｉを０．１μｍスパッタ法で成膜した。
【００３１】
実施例５
ＳｉＣを溶射する代わりに、スタンパに対向する金型キャビティの鏡面にスパッタリング法で０．１ｍｍのＳｉＣを形成した他は、実施例１に従った。
【００３２】
比較例１〜４
実施例１〜４においてダイヤモンド様炭素膜を使用しなかった。
【００３３】
比較例５
スタンパを保持する金型のキャビティの壁面を鏡面に研磨し、その上に直接実施例１に従ってダイヤモンド様炭素膜を１．５μｍに形成した。
【００３４】
以上の実施例及び比較例で所定の被覆を有する金型を使用して光ディスクの射出成形を行った。
以上の結果を表１に示す。表１において、サイクル時間は比較例５のサイクル時間を１とした場合の相対値であり、スタンパ寿命は一枚のスタンパにより成形不良を生じないで成形できた耐用ショット回数であり、金型寿命は１つの金型のスタンパ保持面が使用できなくなるまでの耐用ショット回数である。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１の結果から、本発明は従来の断熱層を有する成形金型と同等のサイクル時間を維持しながらスタンパの寿命を１０倍以上延ばし、金型の寿命を数百倍に延ばすことができた（比較例１〜４との対比）。また本発明は従来のダイヤモンド様炭素膜を施した成形金型を使用する成形のサイクル時間を大幅に短縮することができた。
【００３７】
【発明の効果】
従来の断熱層を有するスタンパでは射出成形金型の成形キャビティのスタンパ保持面とスタンパ裏面の断熱層との間に大きい摩擦と摩耗が生じ、これらの接触面にスクラッチ傷を生じ、それがスタンパの転写面を変形させるため情報パターンの精密な転写を早期に不可能とし、スタンパの寿命が短かい欠点があり、またスタンパと断熱層が一体に形成されている場合に、両者の熱膨張係数の差によりスタンパに歪みが生じ、成形に支障が生じる問題があったが、本発明は成形キャビティのスタンパ保持面に、断熱層を設けその上にダイヤモンド様炭素膜を遺体に形成したことにより、スタンパの耐用寿命（成形可能なショット数）を大幅に向上し、また成形金型の耐用寿命（成形可能なショット数）を大幅に延ばすことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の射出成形方法を実施するための射出成形層の一例を示す図である。
【符号の説明】
１スタンパ
２可動金型
３樹脂供給口
４外周リング
５固定金型
６ゲート
７成形キャビティ
８内側リング
９ゲートカット部材
１０ゲートカット部
１２ゲート部材
１４断熱層
１５ダイヤモンド様炭素膜

Claims

光ディスク成形金型の成形キャビティのスタンパを保持する壁面に、断熱層及びダイヤモンド様炭素膜をこの順に一体形成した光ディスク成形金型。
断熱層はセラミック、ガラス、焼結体、及び耐熱性合成樹脂より選択された材料から形成されている請求項１の光ディスク成形金型。
ダイヤモンド様炭素膜は式ＣＨ_ａＯ_ｂＮ_ｃＦ_ｄＢ_ｅＰ_ｆ
（ただし原子比でａ＝０．０５〜０．７、ｂ＝０〜１、ｃ＝０〜１、ｄ＝０〜１、ｅ＝０〜１、及びｆ＝０〜１）で表される組成を有する請求項１〜２のいずれかの光ディスク成形金型。
断熱層の厚さは０．１μｍ〜１．０ｃｍである請求項１〜３のいずれかの光ディスク成形金型。
ダイヤモンド様炭素膜の厚さは０．０１〜１０．０μｍである請求項１〜４のいずれかの光ディスク成形金型。
前記請求項１〜５のいずれかの光ディスク成形金型の成形キャビティの一つの壁面に、表面に転写すべき情報パターンを有するスタンパを取り付け、溶融した原料樹脂を前記キャビティに導入し成形することよりなる光ディスクの成型方法。