JP2006198825A - 光ディスク成形装置，光ディスク成形用のスタンパー，光ディスク成形用の金型，スタンパー裏面加工処理方法および金型表面加工処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続成形しても基板の変形を生じないスタンパーを得て、良好な光ディスクを連続的に製造することを可能にする。
【解決手段】スタンパー９の裏面、および該スタンパー９の裏面に接する成形金型１１の表面とに、それぞれ微細な凹部９ａ，１１ａを形成させるために、スタンパー９の裏面、あるいは成形金型１１の表面の硬度と同等以上の硬度を有する２０〜２００μｍの微粒子１０を噴射速度５０〜１００ｍ／ｓｅｃ以上の速度で噴射し、表面付近の温度をＡ３変態点以上に上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機用金型に取り付けて、連続射出成形により光ディスク基板を成形する際に使用する光ディスク成形用のスタンパーおよび金型に係り、これらを使用する光ディスク成形装置およびスタンパー裏面加工処理方法ならびに金型表面加工処理方法に関するものである。

光ディスクの基板は、通常、透明性を有するプラスチック樹脂が使用され、射出成形法によって形成される。射出成形において、成形に使用される金型内部、特に磨かれた金型鏡面上に、予め溝部および／またはプレピット部が形成された金属製のスタンパーを、溝部および／またはプレピット部が形成された面を上に取り付け、この金型内に高温で溶融したプラスチック樹脂を高速射出し、加圧および冷却することによりスタンパーの溝および／またはプレピットをプラスチックに強制転写させ、冷却後に金型から取り出すことによって光ディスクの基板を形成する。この基板に対して必要な記録膜などを形成することにより、目的とされる光ディスクが製作される。

前記のプラスチック基板を形成するための射出成形において、生産時は１枚当たり数秒から十数秒の間隔で連続成形が行われる。この間、スタンパーは金型に取り付けられたままであり、高温の溶融樹脂がスタンパーの面に作るべき基板の数だけ繰り返し高速射出される。

成形の際に射出される溶融樹脂の温度は、通常、３００℃以上である。これを金型へ射出した後、取り出し可能な硬さまで固化するために、金型とスタンパーは通常１００℃近辺に温調されている。すなわち、金型鏡面に取り付けられたスタンパーは、作るべきプラスチック基板の数だけ３００℃以上から１００℃近辺まで繰り返し熱履歴を受けることになる。

この熱履歴を受けることにより、スタンパーは高温時には膨張し、冷却時には収縮することを繰り返す。また、溶融プラスチック樹脂の高速射出により、金型鏡面に取り付けられたスタンパーは放射状または回転方向に微少な振動現象を発生させる。

この結果、スタンパーの裏面は、膨張と収縮および射出時の振動により、金型鏡面上と擦れ合い、経時的に発生した破片がスタンパー裏面と金型鏡面間に堆積して凸凹現象を発生させる。

このスタンパー裏面の凸凹がスタンパー表面の溝部やプレピット部に影響を与え、例えば微細な変形現象を引き起こす。この状態で作られた光ディスクには前記のようなスタンパー表面の変形が転写し、レーザトラッキングやフォーカシングが困難となり、信号記録や再生を行うことができない欠陥品となってしまう。

このような現象は、金型に取り付けた１枚のスタンパー上で連続成形をするからには避けることのできないものであり、例えば数千から一万枚程度の連続成形で前記現象が発生すれば、成形を中断してスタンパーの交換を余儀なくされ、時間とコストの浪費が著しく大きく、このため数万〜数十万の基板をスタンパー交換無しに連続成形することができるスタンパーまたは光ディスクの製造方法が求められていた。

このような課題を解決するために、近年、スタンパーの取付けられる金型の鏡面にＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）膜を施すことが提案されている。ＤＬＣは硬く、かつ摩擦係数が大変小さく、したがって摺動部の表面処理に応用されている（特許文献１参照）。
特開２０００−２２８０３７号公報

前記従来の技術のようにして、金型鏡面にＤＬＣ膜を施すことにより、これに取付けられるスタンパーとの摩擦係数を低減し、膨張と収縮および射出時の振動により金型鏡面上と擦れ合う際に発生した破片の堆積を減少させることができる。

また、スタンパー裏面にＤＬＣ膜を施すことも考えられているが、以下の理由で、裏面にＤＬＣ膜を施した良好なスタンパーは得られていなかった。

すなわち、ＤＬＣ膜は基材に対し非常に密着性が悪く、このため変形する程に硬度が低い基材、あるいは可撓性を有する基材には、ＤＬＣ膜が追従せずに剥離してしまうのである。

したがって、剛性を維持している金型鏡面へのＤＬＣ処理は可能であるが、スタンパー裏面にＤＬＣの膜を形成することは実現していなかった。

本発明の目的は、前記従来の課題を解決して、連続成形しても基板の変形を生じないスタンパーを得て、良好な光ディスクを連続的に製造することを可能にする光ディスク成形装置，光ディスク成形用のスタンパー，光ディスク成形用の金型，スタンパー裏面加工処理方法および金型表面加工処理方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、スタンパーおよび成形金型を射出成形機に取り付け、射出成形により光ディスク基板を成形する光ディスク成形装置において、前記スタンパーの裏面、および該スタンパー裏面と接する前記成形金型表面の両面または片面に微細な凹部を形成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用のスタンパーであって、スタンパー裏面に微細な凹部形状を設け、該スタンパー裏面と成形金型の対向面との間に空気層を確保するようにしたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用の金型であって、金型表面に微細な凹部形状を設け、該金型表面とスタンパーの対向面との間に空気層を確保するようにしたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用のスタンパーの裏面に施される加工処理方法であって、スタンパー裏面の硬度と同等以上の硬度を有する２０〜２００μｍの微粒子を噴射速度５０〜１００ｍ／ｓｅｃ以上の速度で噴射し、表面付近の温度をＡ３変態点以上に上昇させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載のスタンパー裏面加工処理方法において、微粒子の球状サイズを２０〜２００μｍの範囲で任意に選択し、スタンパー裏面の微細な凹部寸法を任意に設定することにより、対向面との接触面積を制御することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用のスタンパーの裏面に施される加工処理方法であって、被覆金属粉末体を噴射速度８０ｍ／ｓｅｃ以上または噴射圧力０.３ＭＰａ以上で噴射し、前記被覆金属粉末体の組成物中の元素を被処理の表面に拡散させることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用の金型の表面に施される加工処理方法であって、金型表面硬度と同等以上の硬度を有する２０〜２００μｍの微粒子を噴射速度５０〜１００ｍ／ｓｅｃ以上の速度で噴射し、表面付近の温度をＡ３変態点以上に上昇させることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７記載の金型表面加工処理方法において、微粒子の球状サイズを２０〜２００μｍの範囲で任意に選択し、金型表面の微細な凹部寸法を任意に設定することにより、対向面との接触面積を制御することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用の金型の表面に施される加工処理方法であって、被覆金属粉末体を噴射速度８０ｍ／ｓｅｃ以上または噴射圧力０.３ＭＰａ以上で噴射し、前記被覆金属粉末体の組成物中の元素を被処理の表面に拡散させることを特徴とする。

本発明によれば、連続使用寿命が著しく向上した光ディスク用スタンパーを得ることができ、また、微細な無数の円弧状の凹部に空気層を形成することができることから、成形タクトの短縮化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）〜（ｉ）は本発明の実施形態を説明するための光ディスク成形用のスタンパーと成形金型の製造に係る説明図である。

はじめに、図１（ａ）に示すガラス基板１に、フォトレジスト２を塗布形成（図１（ｂ））した後、レーザ露光３を行い（図１（ｃ））、現像により、転写面パターンとしての凹凸微細パターン４を形成（図１（ｄ））しておく。次いで、この凹凸微細パターン上に導体化膜５を形成（図１（ｅ））した後、この導体化膜５を陰極として約３００μｍのＮｉ電鋳層６を形成（図１（ｆ））する。このＮｉ電鋳層６は、Ｎｉ電鋳層およびマスタ転写金属層となる。

そして、ガラス基板１からＮｉ電鋳層６を剥離して、Ｎｉ電鋳層６に残存したフォトレジストを除去することにより、凹凸微細パターン７が形成（図１（ｇ））される。その後、凹凸微細パターン７側に対する保護膜塗布、研磨部材８による裏面研磨（図１（ｈ））、内外径プレス、信号や欠陥検査などを行うことによりスタンパー９が完成する。

本実施形態では、図１（ｉ）に示すように、前記スタンパー９の裏面に微細な凹部を形成させるため、スタンパー裏面硬度と同等以上の硬度を有する２０〜２００μｍの微粒子１０を噴射速度５０〜１００ｍ／ｓｅｃ以上の速度で噴射し、表面付近の温度をＡ３変態点以上に上昇させるようにしている。

さらに、図１（ｊ）に示すように、微細な凹部９ａが形成されたスタンパー９の裏面と接する光ディスク成形金型１１の表面の両面または片面にも同様に微細な凹部１１ａを形成する。

成形金型１１の表面加工処理は、金型表面硬度と同等以上の硬度を有する２０〜２００μｍの微粒子を噴射速度５０〜１００ｍ／ｓｅｃ以上の速度で噴射し、表面付近の温度をＡ３変態点以上に上昇させることにより行う。

このような加工処理を施されたスタンパーと成形金型を、射出成形機に取り付けて射出成形により光ディスク基板を成形する。この射出成形自体は公知の技術を採用することができる。すなわち、接離自在に設けられた成形金型としての固定金型と可動金型との接合部に形成されるキャビティ内に光ディスク基板成形用のスタンパーを固定し、そのキャビティ内に可動金型に設けられたノズルから図示しない溶融樹脂を射出充填し、固定金型と可動金型との間で圧縮する。その後、固定金型と可動金型とを分離して冷却個化後の樹脂を取り出すことによって、光ディスク基板が得られる。

前記のように微粒子１０を噴射して行われる微粒子衝突表面改質技術（ＷＰＣ処理）とは、金属表面に微粒子衝突表面改質技術処理することであり、Ａ３変態点以上の温域への急熱，急冷が繰り返され、熱処理効果、鍛錬効果の加工強化が行われることである。金属表面層の残留オーステナイノマルテンサイト化や、再結晶，微細化が行われ、緻密で高硬度なじん性に富む組織が得られ、また、表面の残留圧縮応力も高めることもできる（表面加工熱処理効果）。

このことから、本実施形態においてもスタンパーと成形金型の最表面の鍛造効果により、同部分が硬くかつ摩擦係数が小さくなり、摺動部の表面処理として有効であった。

この微粒子衝突表面改質技術（ＷＰＣ処理）の効果は、研究会誌「表面技術協会 電鋳・金型表面処理研究部会」Ｖｏｌ．１０ Ｎｏ．３（通巻２８号）１〜１１ペ−ジに記載のあるように実証されている。

本実施形態におけるスタンパー，成形金型についても株式会社不二製作所製のマイクロビッカース硬度計にて測定した結果、図２（ａ）の未処理品，図２（ｂ）のＷＰＣ−Ｓ（微粒子衝突速度が低い）処理品，図２（ｃ）のＷＰＣ−Ｈ（微粒子衝突速度が高い）処理品との比較で分るように、処理前後で硬度が６０％も高まった。また、粗さ（Ｒａ）は、微粒子衝突速度の高低に関係なく、変動が小さい。

また、図３（ａ），（ｂ）＜写真は全て同じ倍率（１２０倍）＞と図４（ａ），（ｂ）に示すように、ビーズサイズ（微粒子径）によって粗さのコントロールができた。

また、図５に示すように、処理の違いによる残留応力の測定結果のように、本実施形態によれば通常の焼き入れ並みの効果が得られた。

なお、本実施形態におけるＷＰＣ処理として、微粒子１０の球状サイズを２０〜２００μｍの範囲で任意に選択し、スタンパー９の裏面における微細な凹部９ａの寸法を任意に設定することにより、対向面との接触面積を制御することによって、スタンパー裏面とその対向面との間に空気層が確保することができる。

同様に、成形金型においても、前記微粒子１０の球状サイズを２０〜２００μｍの範囲で任意に選択し、成形金型１１の表面における微細な凹部１１ａの寸法を任意に設定することにより、対向面との接触面積を制御することによって、金型表面とその対向面との間に空気層を確保することができる。

ＷＰＣ処理により、微粒子衝突表面改質処理することによって、表面に無数の円弧状の凹部９ａ，１１ａが形成され、面圧に耐えられる表面組織となる（金属成品の摺動の磨耗防止）。

これにより本実施形態では、スタンパー９と成形金型１１との摩擦係数を低減し、膨張と収縮および射出時の振動により、成形金型１１の鏡面上と擦れ合う際に発生した破片の堆積を減少させることができることから、射出成形機用金型に取り付けて、連続射出成形により光ディスク基板を得る工程にて使用するスタンパー９において、前記のように裏面を調整することによって、目的とする連続使用寿命を著しく向上させることができる。

株式会社不二製作所製の測定器により、未処理品とＷＰＣ処理品の３次元粗さを測定した結果、図６（ａ），（ｂ）に示すように、その差異は明らかであって、ＷＰＣ処理を施した結果、表面に円弧状が形成されており、摺動抵抗低減効果が実証された。

また、本実施形態では、連続射出成形により光ディスク基板を成形する際に使用するスタンパー９において、成形金型１１と接触するスタンパー裏面にて、微細な無数の円弧状の凹部９ａ，１１ａの間に空気層が形成できることから、同部において断熱効果が得られる。この断熱効果は、成形金型内に充填されてきた溶融樹脂の温度低下を防止または遅延させる機能を有し、高温の溶融樹脂、換言するなら低粘度の溶融樹脂の状態でスタンパー９と接触することを可能にする。この結果、従来の金型設定温度の場合は言うまでもなく、従来設定より低温設定の成形金型温度であっても、十分な転写性を確保することができる。

このことから本実施形態によれば、高温の転写温度によって転写性が良好に維持され、かつ低い金型温度により光ディスク基板成形サイクルのタクトアップが向上する。

また、本実施形態において、スタンパー９の裏面、および該スタンパー９の裏面と接する成形金型１１の表面における両面または片面に微細な凹部９ａ，１１ａを形成する処理として、被覆金属粉末体を噴射速度８０ｍ／ｓｅｃ以上または噴射圧力０.３ＭＰａ以上で噴射し、被覆金属粉末体の組成物中の元素を被処理の表面に拡散させること、また、成形金型に対しても、同様に被覆金属粉末体を噴射速度８０ｍ／ｓｅｃ以上または噴射圧力０.３ＭＰａ以上で噴射し、被覆金属粉末体の組成物中の元素を被処理の表面に拡散させることによっても。連続使用寿命を著しく向上させることが判明した。

ＷＰＣ処理においては、金属またはセラミック、あるいは、これら混合体からなる被処理物の表面に被覆金属粉末体を噴射し、被覆金属粉末体の組成物中の元素を被処理物の表面に拡散させることができる。目的に応じて金属粉末体を噴射して、その成分元素を被処理物の表面に拡散，浸透メッキすることにより、表面合金化が図られ、強度を高めるところができる。メッキ，コ−ティングの下地処理に利用すれば、密着力を高めることもできる。また、低融点，低硬度の金属粉体を噴射することにより、常温乾式メッキも可能である（常温拡散，浸透メッキ化）。

これにより、容易にかつ安価に摩擦係数を低減することができ、本実施形態では、膨張と収縮および射出時の振動により、金型鏡面上と擦れ合う際に発生した破片の堆積を減少させることができる上、表面合金化が可能なことから、表面加工熱処理効果や金属成品の摺動の磨耗の制御コントロ−ルが容易となり、射出成形機用金型に取り付けて、連続射出成形により光ディスク基板を得る工程にて使用するスタンパーにおいて、裏面を以上のように調整することにより、目的とする連続使用寿命を著しく向上させたスタンパーを得ることができる。

このようなＷＰＣ処理の効果は、既述した研究会誌「表面技術協会 電鋳・金型表面処理研究部会」Ｖｏｌ．１０ Ｎｏ．３（通巻２８号）１〜１１ペ−ジに記載のあるように実証されており、株式会社不二製作所製の測定器により、金属粉末を噴射した状態を測定した結果、本実施形態におけるスタンパーの裏面、および処理金型表面に被覆金属粉末体の成分元素が拡散、浸透メッキされ、表面合金化が実測された。

そして、前記のようにスタンパーの裏面と処理金型鏡面に対して被覆金属粉末体を噴射して表面改質処理を施し、それらを用いて連続射出成形により光ディスクを前記と同様に製造したところ、基板へのスタンパーの凸凹転写は起こり難く、スタンパーの連続使用寿命が向上した。

本発明は、連続射出成形により光ディスク基板を成形する際に使用する光ディスク成形用のスタンパーおよび金型に適用され、特に、スタンパーの連続成形による基板における変形を生じさせないという要求に対応することができる。

（ａ）〜（ｉ）は本発明の実施形態を説明するための光ディスク成形用のスタンパーの製造工程を示す説明図 （ａ）〜（ｃ）は本実施形態におけるＷＰＣ処理による硬度と粗さの比較，測定結果を示す図 （ａ），（ｂ）は本実施形態におけるＷＰＣ処理による加工面の比較，測定結果を示す図 （ａ），（ｂ）は本実施形態におけるＷＰＣ処理による表面粗さの比較，測定結果を示す図 本実施形態におけるＷＰＣ処理による残留応力の比較，測定結果を示す図 本実施形態におけるＷＰＣ処理による三次元粗さの比較，測定結果を示す図

符号の説明

９ スタンパー
９ａ スタンパーの微細な凹部
１０ 微粒子
１１ 成形金型
１１ａ 成形金型の微細な凹部

Claims (9)

1. スタンパーおよび成形金型を射出成形機に取り付け、射出成形により光ディスク基板を成形する光ディスク成形装置において、
   前記スタンパーの裏面、および該スタンパー裏面と接する前記成形金型表面の両面または片面に微細な凹部を形成したことを特徴とする光ディスク成形装置。
2. 請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用のスタンパーであって、
   スタンパー裏面に微細な凹部形状を設け、該スタンパー裏面と成形金型の対向面との間に空気層を確保するようにしたことを特徴とする光ディスク成形用のスタンパー。
3. 請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用の金型であって、
   金型表面に微細な凹部形状を設け、該金型表面とスタンパーの対向面との間に空気層を確保するようにしたことを特徴とする光ディスク成形用の金型。
4. 請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用のスタンパーの裏面に施される加工処理方法であって、
   スタンパー裏面の硬度と同等以上の硬度を有する２０〜２００μｍの微粒子を噴射速度５０〜１００ｍ／ｓｅｃ以上の速度で噴射し、表面付近の温度をＡ３変態点以上に上昇させることを特徴とするスタンパー裏面加工処理方法。
5. 前記微粒子の球状サイズを２０〜２００μｍの範囲で任意に選択し、スタンパー裏面の微細な凹部寸法を任意に設定することにより、対向面との接触面積を制御することを特徴とする請求項４記載のスタンパー裏面加工処理方法。
6. 請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用のスタンパーの裏面に施される加工処理方法であって、
   被覆金属粉末体を噴射速度８０ｍ／ｓｅｃ以上または噴射圧力０.３ＭＰａ以上で噴射し、前記被覆金属粉末体の組成物中の元素を被処理の表面に拡散させることを特徴とするスタンパー裏面加工処理方法。
7. 請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用の金型の表面に施される加工処理方法であって、
   金型表面硬度と同等以上の硬度を有する２０〜２００μｍの微粒子を噴射速度５０〜１００ｍ／ｓｅｃ以上の速度で噴射し、表面付近の温度をＡ３変態点以上に上昇させることを特徴とする金型表面加工処理方法。
8. 前記微粒子の球状サイズを２０〜２００μｍの範囲で任意に選択し、金型表面の微細な凹部寸法を任意に設定することにより、対向面との接触面積を制御することを特徴とする請求項７記載の金型表面加工処理方法。
9. 請求項１記載の光ディスク成形装置に使用される光ディスク成形用の金型の表面に施される加工処理方法であって、
   被覆金属粉末体を噴射速度８０ｍ／ｓｅｃ以上または噴射圧力０.３ＭＰａ以上で噴射し、前記被覆金属粉末体の組成物中の元素を被処理の表面に拡散させることを特徴とする金型表面加工処理方法。