JP2006012289A - 生分解性樹脂を用いた光ディスクの製造方法およびこの方法で形成された光ディスク - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、融点、ガラス転移温度が低い生分解性樹脂を用いた光ディスク用基板に適した製造する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
この発明は、金型ユニット１、射出ユニット２、ホッパーユニット３及びコントロールユニット４を備えた光ディスク製造装置であり、金型１０内に樹脂を注入する射出成形ユニット４は材料ペレットを供給する経路と、ガス・水分・不純物を吸引する経路を別々に有し、射出ユニット２で生分解性樹脂を溶融し、金型１０内に注入して射出成形により光ディスクを製造する際に、金型１０の温度を室温に保持した状態で射出成形する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、光ディスク用基板の製造方法に関し、特に、環境負荷の少ない光ディスク用基板を製造する方法およびこの方法で形成された光ディスクに関する。

コンピュータ用情報のみならず、音声や静止画像、動画像などの情報がディジタル化され、取り扱う情報が膨大になっている。かかる情報を記録、保存するために、ＣＤ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤやＤＶＤ−ＲＷなど多種の光ディスクが頻繁に用いられている。

これら光ディスクとしては、例えば、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）からなる透明樹脂基板の上に、反射層など所定の層が設けられている。
通常、これら光ディスク用の透明樹脂基板は、例えば、スタンパを用いた射出成形により形成されている。

ところで、上記した光ディスクにおいては、不要になった際には、基板としてポリカーボネイト樹脂を用いているため、焼却ないし埋め立て等により廃棄しなければならず、廃棄物処理についての問題がある。環境問題から何らかの対策をとることが望まれる。

かかる問題点に鑑み光記録媒体の基材に自然界において分解可能な基材である生分解樹脂を用いた光ディスクが提案されている（例えば、特許文献１参照。）
特開２０００−１１４４８号公報

上記した生分解性樹脂としては、ポリ乳酸系生分解性樹脂が知られている。このポリ乳酸系生分解性樹脂のガラス転移温度は６０℃前後と非常に低い。一方、従来の光ディスク用基板に用いられているポリカーボネートのガラス転移温度は１２０℃を越えている。また、融点も低い。

このため、融点、ガラス転移温度の違いから、単に従来の金型による射出成形技術を転用しただけでは、成形収縮率等の相違だけではなく、種々の要因から生分解性樹脂を用いた射出成形が上手く行えないのが実情である。

そこで、この発明においては、融点、ガラス転移温度が低い生分解性樹脂を用いた光ディスク用基板に適した製造する方法を提供することを目的とする。

この発明は、生分解性樹脂を溶融し、金型内に注入して射出成形により光ディスクを製造する光ディスクの製造方法であって、上記金型温度を室温に保持した状態で射出成形することを特徴とする。

また、金型内を樹脂成形時に、真空度８０ＫＰａ〜９０ＫＰａに保持するとよく、更に、金型内に樹脂を注入する射出成形部は材料ペレットを供給する経路と、ガス・水分・不純物を吸引する経路を別々に有するように構成するとよい。

また、この発明の光ディスクは、生分解性樹脂を溶融し、金型温度を室温に保持した金型内に注入して射出成形によりスタンパの形状を転写して形成されたことを特徴とする。

以上説明したように、この発明によれば、融点、ガラス転移温度が低い生分解性樹脂を用いて、転写の状態が良好な光ディスクを製造することができる。

以下、この発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態にかかる生分解性樹脂を用いた光ディスクの製造装置の構成を示す構成図、図２ないし図５は、製造装置の各ユニットを示す構成図である。

この光ディスク製造装置は、生分解性プラスチック材料によるＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスク基板を射出成形により形成するものである。

この光ディスク製造装置は、図１に示すように、スタンパを備えた金型ユニット１と、射出ユニット２と、ホッパーユニット３とコントロールユニット４とで構成される。

図１、図２、図３（ａ）（ｂ）に示すように、金型ユニット１は、固定型金型と可動型金型を備える。図３（ａ）に示す金型ユニット１は、スタンパ１３を固定する鏡面をもつミラーブロックを有する可動側ブロック１０ａ、熱溶解した成形材料が射出される鏡面をもつミラーブロックを有する固定側ブロック１０ｂで構成され、図３（ｂ）に示す金型ユニット１は、熱溶解した成形材料が射出される鏡面をもつミラーブロックを有する可動側ブロック１０ａ、スタンパ１３を固定する鏡面をもつミラーブロックを有する固定側ブロック１０ｂで構成される。そして、図３（ａ）、（ｂ）のどちらの金型１０のタイプにおいても金型１０内に元より存在する空気や圧縮高温の樹脂を高速で充填する際に金型１０内に存在する空気（圧縮空気）を除去するために、真空ポンプ４１が接続され、この真空ポンプ４１で金型１０内が真空排気される。この真空排気により、ガス、水分、不純物が図中矢印方向の経路に沿って排出される。

この実施形態においては、樹脂成形時に、金型１０内を真空度８０ＫＰａ〜９０ＫＰａに保持している。また、図３（ａ）（ｂ）に示すように、金型１０は、冷却水により、所定の温度に保たれている。図３（ａ）（ｂ）において、図中１４は、金型１０内に注入する冷却水経路を、１５は金型１０から排水される冷却経路を示している。金型１０の温度制御は冷却水路１４から注入する冷却水の温度を制御することにより行われる。この実施形態では、この冷却水の温度を室温に保つように制御している。この実施形態では、具体的には、成形を室温２３℃で行っているので、金型１０を具体的には２３℃に保持している。

図１及び図４に示すように、射出ユニット２は、ヒーター２２を周囲に設けた加熱シリンダ２１とスクリューシリンダ２３とを備え、ホッパーユニット３から材料投入口２４を経て供給される材料ペレットをスクリューシリンダ２３加熱シリンダ２１の方へ送り込まれ、加熱シリンダ２１内で材料ペレットが溶融される。

この材料ペレットは、直径３．０ｍｍ、長さ３．０ｍｍの円柱状に切断加工された生分解性樹脂からなるペレットである。生分解性樹脂としては、例えば、とうもうろこしから抽出されるポリ乳酸を主原料とした樹脂が代表的であり、例えば、トヨタ自動車製の「ラクティ（商品名）」、三井化学製の「レイシア（商品名）」およびユニチカ製の「テラマック（商品名）」がある。この実施形態においては、三井化学製の「レイシア（商品名）」を直径３．０ｍｍ、長さ３．０ｍｍの円柱状に切断加工した材料ペレットを用いた。

この射出ユニット２は、シリンダー２１、２３内からガス（材料ペレット溶融時に発生するガス）、水分、不純物等を取除く経路と原料を供給する経路を独立させている。即ち、材料ペレットを供給する経路と、ガス、水分、不純物を吸引する経路を別々に持ち、ガス、水分、不純物等が材料ペレットに付着しないように、二重筒構造（ノズル）に構成している。材料ペレットは材料ペレットが通る経路を通る。ガス、水分、不純物は、材料ペレットに触れず真空ポンプ４２に吸引されていく構造にしている。

このような機構に構成したのは、せっかく吸引したガス、水分、不純物が材料ペレットに付着し、又、それを練りこむのを防止するためである。このように、材料ペレットの経路と不純物排出の経路が完全に区分けされいるので、不純物等を取除いた材料が確実に成形機に供給することができる。

そして、シリンダー２１、２３内の不純物を除去する際には、一定量の空気の流れを起こして不純物を除去するように構成している。このために、外部空気を取り入れるという機構を採用し、シリンダー２１、２３内のガスを真空ポンプ４２で吸引する際に、スクリューシリンダー２３の後部より外部空気が流れ込むように構成し、その気流がガス、水分、不純物を巻き込んで効率良く、排気を行っている。尚、スクリュー２３ａとシリンダー２３との隙間は、０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍ位設けてあり、運転させて減圧すると、スクリューシリンダー２３の後部より外部空気が流れ込み、その気流がガス、水分、不純物を巻き込んで、真空ポンプ４２により効率良く、排気が行なわれる。

図１及び図４に示すように、ホッパーユニット３は、ホッパー口３１、第１ホッパー３２、第２ホッパー３３及びフュードスクリュー３４とで構成される。第１、第２ホッパー３２、３３は、金型ユニット１と同様に真空度８０Ｋｐａ〜９０Ｋｐａに減圧されている。ホッパーユニット３は、コントロールユニット４内のポンプ４３により排気される。

第１、第２ホッパー３２、３３には、それぞれロータリーバルブ３５、３６、シャッター３７、３８が設けられている。

材料ペレットの乾燥は、後述するように、原料タンク４４で予備乾燥され、更に、第１、第２ホッパー３２、３３およびシリンダー２３内で樹脂が可塑化するまでに完了する。第１、第２ホッパー３２、３３は真空乾燥を兼ね、熱は材料ペレットの空気輸送(露点温度−30℃以下の乾燥加熱空気80℃)時に供給する。真空吸引口はホッパー下部、この実施形態では、フュードスクリュー３４部分にあり、ガス排気路と材料ペレット供給路は分離している。

射出ユニット２への材料ペレット供給量は、フュードスクリュー３４により、成形機の計量時間を満足し、かつシリンダー２１、２３内が樹脂で満たされることの無い状態が維持されるように制御されている。

ホッパーユニット３への材料の供給は次のように行われる。コントロールユニット４の原料タンク４４から材料ペレットがホッパー口３１へ供給される。そして、第１ホッパー３２のロータリーバルブ３５が開き、材料ペレットが第１ホッパー３２に供給される。第１ホッパー３２内に材料ペレットが供給されると、ロータリーバルブ３５が閉じ、減圧が開始される。第１ホッパー３２内が所定の真空度に達すると、ロータリバルブ３６とシャッター３７が開き、材料ペレットが第２ホッパー３３内に供給される。第２ホッパー３３、フュードスクリュー３４は、真空ポンプ４２により所定の真空度に保たれ、常に減圧状態を保持したまま材料を供給するように構成されている。

ロータリーバルブ３６が閉じ、シャッター３８が開き、フュードスクリュー３４に材料ペレットが供給される。そして、フュードスクリュー３４のフィーダが回転し材料ペレットが材料投入口２４より、シリンダー２３内に供給される。

上記したホッパーユニット３は、成形加工工程における原料を、最高の条件で成形できるように材料ペレットを安定供給する。成形加工で、材料ペレットが成形機によって消費されていく中で、射出ユニット２のスクリューシリンダー２３内にセンサーを取付け、材料ペレットがなくなれば、フュードスクリュー３４を運転させ、材料ペレットを射出ユニット２へ供給する。この時、真空度を保持するために、真空バルブを設けている。又、安定した供給を行うために、フュードスクリュー３４には、スピード調整機能を設けている。

図１及び図５に示すように、コントロールユニット４は、真空排気装置部分と、材料ペレット供給部分と排気ガスの浄化部分とを備える。真空排気部分は、真空ポンプ４２、排気ポンプ４３、４３とで構成される。真空ポンプ４２により、射出ユニット２、第２ホッパー３３、フュードスクリュー３４部分を所定の真空度に排気する。そして、第１ホッパー３２、原料タンク４４は、排気ポンプ４３、４３で減圧される。原料タンク４４は、材料タンク６と接続され、材料タンク６より、材料ペレットが供給される。

オイルレス真空排気系を構成する真空ポンプ４２の出口には、活性炭吸着浄化するためのフィルター５が設けてあり、排ガス中の各種有害成分を除去する。また、この実施形態では、排気ガスの浄化を効率よく行うために、排気ガスを熱交換器７を通して温度を下げている。この時に得られる熱量は、予備乾燥及び材料ペレットの空気輸送に再利用するために外部の新鮮な空気（コンプレッサーエアー）を取入れ、温めた新鮮な空気を原料タンク４４に送り、材料ペレットの補助的な乾燥を行っている。又、第2ホッパー３３においては、減圧されていることによる減圧乾燥が二次的に得ている。

この実施形態では、原料タンク４４が材料の予備乾燥機能を有している。予備乾燥は、材料ペレットが材料タンク６より所定量供給されると、まず、熱交換機７の排熱を利用して温められた空気を原料タンク４４内に供給し、原料タンク４４を温度５０〜８０℃に維持し、２時間以上材料ペンレットを乾燥させる。予備乾燥が終わると、原料タンク４４からホッパーユニット３に材料ペレットが供給される。原料タンク４４内の材料ペレットが無くなる若しくは所定量以下になると材料タンク６より材料ペレットが供給される。材料ペレットが供給されると、原料タンク４４ではまた予備乾燥が行われる。

ところで、溶融した原料が金型１０に充填していく過程において、金型内１０に空気（酸素）が存在していると、空気圧縮の発熱による原料焼け、又は、ウエルド（溶融原料の再融着）の発生が見られる。このため、上記装置においては、金型１０等を真空ポンプ４１により、所定の真空度になるように排気している。この結果、原料焼けやウエルド等のトラブルを解消でき、不良率の低減、金型メンテの低減につながる。又、成形品の転写性が向上し、薄肉部への充填が良くなる。

成形後、樹脂を射出、冷却中の金型内を、離型エアー吹き出し部から真空引きし、離型時は、離型エアーを出して、離型を促進する。離型エアーは、N₂(窒素)を使用する

上記した光ディスク製造装置のディスク成形のプロセスは、先ず、二つの金型、即ち、固定型と可動型が開いた状態において、スタンパ１３のデータの転写面（情報記録領域）が金型の開く側の向きになるよう固定型または可動型のミラーブロックの鏡面にホルダーにて固定する。そして、可動型を固定型に向けて摺動させ、両金型を衝合して一体化される。射出ユニット２から熱溶解した生分解性樹脂を金型１０のディスク形成空隙部部分に注入される。この時、金型１０は室温（２３℃）に保たれている。固定型のスタンパ１３のデータの転写面と可動型のミラーブロックの鏡面で形成されたディスク形成空隙部分に成形材料が充填されると、そのときの成形材料の射出圧力によってスタンパ１３に記録されたデータがスタンパ１３と成形材料の境界面に転写される。次に、ディスク形成空隙部分に充填され成形材料を硬化するために冷却される。その後、金型が開き、光ディスクが取り出される。

さて、生分解性樹脂は、従来の光ディスクの基板として用いられるポリカーボネートに比べてガラス転移温度、溶融温度等が低い。このため、従来より行われている射出成形の方法をそのまま用いると、スタンパの情報を上手く転写できないことが分かった。三井化学製の「レイシア（商品名）」を用いた成形においては、成形温度は、加熱シリンダ２１の温度を１６０〜２８０℃、金型温度２０〜３０℃で行うことが提案されている。

そこで、この発明者等は成形時の金型温度と光ディスクとして使用するための転写状態の関係を鋭意検討した。この結果、上記した金型温度２０〜３０℃で、金型１０への通水を制御して最適な金型温度を見出した。金型温度は室温との関係があり、室温より低い温度やまた室温より高い場合には良好な光ディスクの成形が行われなかった。

上記した図１に示す光ディスク製造装置を用いて、三井化学製ＬＡＣＥＡポリ乳酸１００％の生分解性樹脂からなる材料ペレットを溶融し、金型温度を１５℃〜３０℃に変化させて光ディスクを射出成形した。使用した生分解性樹脂の材料ペレットの融点は１７０℃であり、成形条件は、加熱シリンダ２１の温度を１６０℃〜２８０℃の間に設定する。この実施形態では、ノズルから射出する樹脂温度を１６０℃〜２００℃になるように、加熱シリンダ２１の温度を制御した。尚、樹脂温度が高いほど複屈折が小さくなる。射出速度は、２．６２ｃｍ／秒で、図６に示すように、圧力を４５ＭＰａ以上で金型１０内に生分解性樹脂を２秒以下で射出注入、３秒以下この状態で圧力を保ち、２秒間以上、この実施形態では４〜６秒間冷却し、その後金型から離型した。この時、金型温度を１５℃、２３℃（室温）、３０℃及び２０℃に保ち、それぞれＣＤ（コンパクトディスク）用の光ディスク基板を形成した。樹脂を注入時には、上記したように、ガス抜きが行われている。尚、室温は２３℃で、湿度は４８〜４８．５％であった。

上記のようにして形成したＣＤ用の光ディスク基板の内、１５℃、２３℃（室温）、３０℃の光ディスクに対して、２種類の変調度、信号の非対称性（Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ）、フレームエラー（Ｃ１エラー）を測定した。

２種類の変調度（ＭＴＦ−Ａ）（ＭＴＦ−Ｂ）は、変調振幅であり、ピットの深さ（＝転写性）を表し、特にＭＴＦ−Ｂは１番小さい信号の深さ（＝転写性）を表している。
ＭＴＦ−Ａ＝Ｉ₁₁／Ｉ_topで、ＣＤの規格では、Ｉ₁₁／Ｉ_top≧０．６と規定している。また、ＭＴＦ−Ｂ＝Ｉ₃／Ｉ_topで、ＣＤの規格では０．３≦Ｉ₃／Ｉ_top≦０．７と規定している。尚、Ｉ₃は一番小さい（短い）ピットの信号レベル、Ｉ₁₁は一番大きい（長い）ピットの信号レベル、Ｉ_topは、再生ＨＦ信号の最大レベルである。

図７にＭＴＦ−Ａの測定結果、図８にＭＴＦ−Ｂの測定結果を示す。図７及び図８より金型を室温（２３℃）に設定した時が最も良い結果が得られている。

フレームエラー（Ｃ１エラー）は、如何に転写性が良く、ピットが綺麗にできているかどうかを表すものである。フレームエラーは、１バイト遅延後のＣ１デコーダの入力で、１フレーム内に１バイト以上の誤りが起こったときとし、フレームエラーレートはどの１０秒間で平均しても３×１０^-2以下とする。図９にＣ１エラーの測定結果を示す。図９より金型が室温（２３℃）より低くなると、Ｃ１エラーが急激に増えていることが分かる。

信号の非対称性（Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ）は、ピットとランド部の比率を表し、これがマイナスになると、小さいピットが大きくなっていること示し、転写性の状態を判別できる。図１０に信号の非対称性（Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ）を測定した結果を示す。図１０より金型を室温（２３℃）に設定した時が最も良い結果が得られている。

図７乃至図１０より、金型を室温（２３℃）に設定した時が最も良い結果が得られていることが分かる。また、金型温度を２０℃に設定した場合は、良好な離型が行えなかった。これは金型温度が室温より低くなると、結露等が発生することで、離型に悪影響を及ぼすからだと考えられる。

以上のことから、生分解性樹脂を用いた成形においては、金型温度を室温で成形することが望ましい。また、その成形時には、金型内のガス抜き、材料ペレットの乾燥、溶融時の不純物ガス等の除去を行い、金型内に不純物ガスを取りこまないように考慮すると良い。

この発明の実施形態にかかる生分解性樹脂を用いた光ディスクの製造装置の構成を示す構成図である。 この発明の実施形態にかかる生分解性樹脂を用いた光ディスクの製造装置の金型ユニットを示す構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明の実施形態にかかる生分解性樹脂を用いた光ディスクの製造装置の金型ユニットを示す構成図である。 この発明の実施形態にかかる生分解性樹脂を用いた光ディスクの製造装置の射出ユニットを示す構成図である。 この発明の実施形態にかかる生分解性樹脂を用いた光ディスクの製造装置のコントロールユニットを示す構成図である。第１の実施形態である追記型光ディスクの構造を説明するための概略断面図である。 この発明の成形時のタイミングを示す図である。 （ＭＴＦ−Ａ）の測定結果を示す特性図である。 ＭＴＦ−Ｂの測定結果を示す特性図である。 Ｃ１エラーの測定結果を示す特性図である。 信号の非対称性（Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ）を測定した結果を示す特性図である。

符号の説明

１ 金型ユニット
２ 射出ユニット
３ ホッパーユニット
４ コントロールユニット
１０ 金型

Claims (4)

1. 生分解性樹脂を溶融し、金型内に注入して射出成形により光ディスクを製造する光ディスクの製造方法であって、上記金型温度を室温に保持した状態で射出成形することを特徴とする生分解性樹脂を用いた光ディスクの製造方法。
2. 金型内を樹脂成形時に、真空度８０ＫＰａ〜９０ＫＰａに保持することを特徴とする請求１に記載の生分解性樹脂を用いた光ディスクの製造方法。
3. 金型内に樹脂を注入する射出成形部は材料ペレットを供給する経路と、ガス・水分・不純物を吸引する経路を別々に有することを特徴とする請求項１または２に記載の生分解性樹脂を用いた光ディスクの製造方法。
4. 生分解性樹脂を溶融し、金型温度を室温に保持した金型内に注入して射出成形によりスタンパの形状を転写して形成されたことを特徴とする光ディスク。
   

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