JP3759489B2 - Manufacturing method and manufacturing apparatus for disk substrate - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ディスク等に使用される基板を成形するディスク用基板の製造方法及び製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、大容量、高速のメモリ媒体として光ディスクが注目されている。光ディスクとしては再生専用光ディスク(CD、VD、CD−ROM等)、記録再生型光ディスク(ライトワンス型)、記録再生消去可能型光ディスク(リライタブル型)等が知られている。これらの光ディスクの基板としては、一般に樹脂基板(ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂等)が用いられている。
【0003】
これらのディスク基板は生産性の面から、一般に射出成形方法や射出圧縮成形方法を用いて形成される。すなわち、固定金型と可動金型との間に型締め状態で形成されるキャビティ内に環状で平坦なスタンパを取付、キャビティ内に溶融樹脂材を射出することによってスタンパ上に形成されているピットや溝を転写した平坦なディスク基板が形成される。
【0004】
成形装置としては直圧方式とトグル方式との2種類に大別される(たとえば、非特許文献1)。図7に従来の前記2方式の機構部の概略図を示す。
【0005】
図7(a)は直圧方式の場合である。101は固定金型であり、大プレート103にボルト等で取り付けられている。102は可動金型であり、大プレート104にボルト等で取り付けられている。可動金型102は、油圧回路106によりピストン107を駆動させ、大プレート104に設けられたタイバー105をガイドにして平行移動し、固定金型101と嵌合したり離れたりする。この場合、固定金型101と可動金型102との型締めおよび型締め圧の調整は油圧回路106で行う。
【0006】
図7(b)はトグル方式の場合である。101は固定金型であり、大プレート103にボルト等で取り付けられている。102は可動金型であり、大プレート104にボルト等で取り付けられている。可動金型102は、油圧回路108によりピストン109を駆動させてトグル110を移動させ、大プレート104に設けられたタイバー105をガイドにして平行移動し、固定金型101と嵌合したり離れたりする。固定金型101と可動金型102との型締め圧の調整は、4本のタイバー105に接続する油圧パイプ113を介して設けられた油圧回路111によって行う。また、金型を閉じた後の射出圧縮圧は大プレート104に可動金型102と対した位置に設けられた油圧回路112によって働かせる。
【0007】
前記の成形装置を用いて、より高密度の光ディスク用の基板を成形する試みがなされている。
【0008】
【非特許文献1】
「プラスチック技術読本」、桜内雄二郎著、工業調査会、1993年
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一例として外径約120mmで、板厚約1.2mm、トラックピッチが約1.0μmでピット深さ約110nmのポリカーボネート樹脂基板を成形することは、転写性の観点から困難である。
【0010】
また、高密度化のためには光ディスクへの照射光の絞りを良くするため対物レンズの開口度を大きくする必要がある。この場合、傾きによる収差は板厚に比例し開口度の3乗に比例する。したがって、板厚を薄くしないとピックアップの制御がむずかしくなる。このような薄型の基板成形はより薄い隙間に樹脂を流すことになり、樹脂が冷えやすいために転写が得にくく、応力を受けやすいために複屈折や反りが悪くなるという課題がある。このような薄型の基板成形は、より狭い隙間に樹脂を流すことになり、樹脂が冷えやすいために転写が得にくく、複屈折や反りが悪くなるという問題がある。すなわち、より狭い隙間に樹脂を流すので、金型表面近傍で大きな速度勾配を生じ、金型壁面で冷却されて生成した固体層と中心部の流動層との間に粘性摩擦によるせん断応力が発生する。この結果、樹脂は分子配向を生じ、かつ応力が緩和されないまま固化して残留応力が凍結される。また中心部では静水圧的に一様な圧力を受けたまま残留応力が凍結される。高分子中の特定の原子団は応力によって一定方向を向き、その結果複屈折が発生する。また残留応力は、基板の面方向に不均一であり、かつ厚さ方向にも対称とは限らず反りを生ずる。
【0011】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、例えば、板厚が1mm以下といった薄型の樹脂基板成形において、基板の転写、複屈折がディスクとして実用的に十分な高密度光ディスク基板の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するため、本発明のディスク用基板の製造方法は、一対の金型間に形成される流入口を持つキャビティ内に溶融樹脂を射出し、前記金型を押圧することによりキャビティ厚さを狭めるディスク用基板の射出圧縮成形方法において、キャビティ内に充填された樹脂の圧力が最小になる時間の0.1秒前から0.3秒後の間で溶融樹脂を充填する流入口を閉じるとともに圧縮工程を開始することを特徴とする。
【0013】
前記の方法においては、少なくともスタンパを装着する側の金型鏡面の温度を樹脂材料のガラス転移温度に対して、5K以上25K以下の範囲で低く制御することが好ましい。
【0014】
前記の方法においては、前記キャビティ内に溶融樹脂を射出する前に、樹脂を乾燥する工程を含み、乾燥後に前記樹脂を溶融することが好ましい。
【0015】
次に本発明のディスク用基板の製造装置は、一対の金型間に形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出し、前記金型を押圧することによりキャビティ厚さを狭めるディスク用基板の射出圧縮成形装置において、一対の金型を開閉する開閉手段と、樹脂を溶融する加熱手段と、溶融樹脂を閉じた一対の金型間のキャビティ内に充填する射出手段と、キャビティ内に充填した樹脂の流入側への逆流防止のための保圧手段と、充填後に一対の金型をより締める圧縮手段と、キャビティ内に充填する樹脂の圧力が最小となる時間を検出する手段を有し、前記圧力が最小となる時間から0.3秒後までの時間に、キャビティ内に溶融樹脂を流入する入口を閉じる動作、および圧縮工程の開始動作から選ばれる少なくとも一つの動作を行うことを特徴とする。
【0016】
前記本発明の装置においては、少なくともスタンパを装着する側の金型鏡面の温度を樹脂材料のガラス転移温度に対して、5K以上25K以下の範囲で低く制御する制御手段を具備したことが好ましい。
【0017】
また前記本発明の装置においては、保圧工程において、溶融樹脂を射出した後にスクリューの受ける圧力をモニタし、このモニタ信号を微分した信号の最初のゼロクロス時間を検出し、コア押し機構のない金型に対して、カットパンチ突出油圧回路および型締め油圧回路を所定の時間後に作動させて、カットパンチの突出および型締め力を低圧から高圧へ切り換える手段を具備したことが好ましい。
【0018】
また前記本発明の装置においては、保圧工程において、溶融樹脂を射出した後にスクリューの受ける圧力をモニタし、このモニタ信号を微分した信号の最初のゼロクロス時間を検出し、コア押し機構のある金型に対して、カットパンチ突出油圧回路および射出圧縮油圧回路を所定の時間後に作動させて、カットパンチの突出および射出圧縮力を低圧から高圧へ切り換える手段を具備したことが好ましい。
【0019】
また前記本発明の装置においては、樹脂を溶融する前に、樹脂を乾燥する手段をさらに備えたことが好ましい。
【0020】
前記本発明の製造方法によれば、薄型の樹脂基板を用いて転写性に優れ、かつ、複屈折がディスクとして実用的に十分な高密度光ディスク基板を製造できる。すなわち、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に溶融樹脂が充填される際に、キャビティ厚さを金型を完全に閉じた場合より広げているので樹脂の流動が良くなり、かつ、金型から溶融樹脂にかける圧力を板厚が制御可能な限り低くしているため溶融樹脂内に生じる応力も低減されて、成形された樹脂基板の複屈折が小さくなる。
【0021】
また、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に充填された溶融樹脂の受ける圧力が最小となる時間の近傍で樹脂の流入口を閉じるため溶融樹脂内の残留応力が低減されるとともに、樹脂が固化する前に圧縮工程を開始することで、成形された樹脂基板の転写、複屈折が良くなる。また、金型鏡面の調整温度を適切に選ぶことでも転写、複屈折が良くなる。
【0022】
さらに、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に充填された溶融樹脂の受ける圧力が極小となる時間は成形条件によって変化するが、この時間を検出して溶融樹脂の流入口を閉じる動作と圧縮工程を開始することで常に安定した基板の転写と複屈折を得ることができる。
【0023】
また本発明の製造装置によれば、キャビティに樹脂を充填する際にキャビティ厚さと射出圧縮力を特定にして樹脂にかかる応力を低減し、複屈折を低下させる。また、金型温度を特定にして樹脂流動を良くさせるとともに樹脂充填時の圧力が極小である時間に樹脂流入を止め、かつ、圧縮工程を開始することで良好な転写と複屈折の低減を図ることができる。この結果、合理的に、かつ、効率よくディスク用基板を製造できる。
【0024】
本発明の製造装置によれば、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に溶融樹脂が充填される際に、キャビティ厚さを金型を完全に閉じた場合より広げているので樹脂の流動が良くなり、かつ、金型から溶融樹脂にかける圧力を板厚が制御可能な限り低くしているため溶融樹脂内に生じる応力も低減されて、成形された樹脂基板の複屈折が小さくなる。
【0025】
また、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に充填された溶融樹脂の受ける圧力が最小となる時間の近傍で樹脂の流入口を閉じるため溶融樹脂内の残留応力が低減されるとともに、樹脂が固化する前に圧縮工程を開始することで、成形された樹脂基板の転写、複屈折が良くなる。また、金型鏡面の調整温度を適切に選ぶことでも転写、複屈折が良くなる。
【0026】
さらに、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に充填された溶融樹脂の受ける圧力が極小となる時間は成形条件によって変化するが、この時間を検出して溶融樹脂の流入口を閉じる動作と圧縮工程を開始することで常に安定した基板の転写と複屈折を得ることができる。
【0027】
また樹脂を溶融する前に、樹脂を乾燥する手段をさらに備えていると樹脂の加水分解による分子量低下を防止できる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態により本発明をさらに具体的に説明する。
【0029】
(実施の形態1)
まず、トグル方式の成形装置の場合の射出圧縮成形方法について説明する。
【0030】
図3は本発明で用いた一実施の形態の成形装置の構成を示した概略図である。1は材料乾燥装置であり、ポリカーボネート樹脂、ポリ(メタ)アクリレート系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂等の一般のディスク成形に用いられる樹脂材料が空気中の水分を吸収し、この水分が原因で加水分解して分子量が低下することを防止するためである。乾燥方法は熱風循環式乾燥または真空乾燥を用いるのが好ましい。熱風循環式乾燥の好ましい乾燥条件は、ポリカーボネート樹脂を例に挙げると、ポリカーボネート樹脂ペレットを温度100〜130℃の範囲、2〜10時間に保持して乾燥する。また真空乾燥の場合は、温度60〜120℃の範囲、1〜10時間、真空度0.1〜100torr程度の範囲で真空乾燥する。この乾燥処理により、ポリカーボネート樹脂ペレットの吸水率を0.015wt%以下にすることが好ましい。以下の実施例においては、熱風循環式乾燥機を用い、温度:120℃、時間:6時間の条件で乾燥処理した。ポリカーボネート樹脂ペレットの吸水率を0.015wt%以下にした。
【0031】
なお、下記の実施例で用いたポリカーボネート樹脂は、融点:240℃、ガラス転移温度:150℃のものを用いた。
【0032】
この材料乾燥装置1から温風によってホッパ2に樹脂材料が供給される。樹脂材料は一定の大きさをしたペレットが用いられる。ホッパ2にある樹脂材料はスクリュー3に導かれる。スクリュー3はモータ4によって回転するとともに加熱シリンダ5によって樹脂材料が加熱される。この過程で樹脂が溶融混練される。6は固定金型であり、7は可動金型である。固定金型6および可動金型7は図7(b)に示すように大プレートにボルト等で固定されている。また、図7(b)に示された金型の開閉機構によって、可動金型7が固定金型6と離れたり、嵌合したりする。なお、図3の36は架台である。
【0033】
固定金型6と可動金型7とが閉じた状態で型締め圧を働かせておき、油圧回路8によってスクリュー3を回転させずに前進させる。この結果、溶融した樹脂材料がノズル9を介してキャビティ10内に射出される(射出工程)。射出工程の時間は1秒以下の短時間なので、スクリューの位置で制御する。
【0034】
キャビティ10内に樹脂材料が充填されるとスクリュー3側に樹脂材料が還流しようとするのでスクリュー3に油圧回路8によって保圧をかける(保圧工程)。
【0035】
次に油圧回路111によってタイバー105を介して固定金型6に可動金型7を型締めした状態で可動金型7のコア部に油圧回路112(図7(b)参照)で射出圧縮圧をかけて保持し(圧縮工程)、ポリマーのガラス転移温度以下まで冷却し(冷却工程)、可動金型7を固定金型6から離して後、成形された基板を取り出す。前記圧縮工程と冷却工程は別々でもよいし、同時に行ってもよい。
【0036】
次に本実施の形態で用いた金型の構造を図1に示す。可動金型7側にスタンパ11を装着する場合を示している。スタンパ11の内周にはスタンパ内周押さえ12が取り付けられ、スタンパ11の外周にはスタンパ外周押さえ13が取り付けられている。スタンパ外周押さえ13は成形基板の外径の規定の役割も兼ねている。
【0037】
スタンパ11は可動金型ミラー部14と密着しており、可動金型ミラー部14には冷却水路15が設けられ、冷却水が流されて一定の温度になるように制御されている。この可動金型ミラー部14は可動金型基盤16とOリングを介してボルト等で一体化されている。
【0038】
可動金型7の中央部にはフローティングパンチ17、カットパンチ18、突出ピン19が設けられている。カットパンチ18は成形基板の中央部に孔を設けるものである。フローティングパンチ17と突出ピン19は成形後に基板を取り出す際に、それぞれ、基板製品部と孔となる不要部(スプル部)を機械的に押し出すように作動する。
【0039】
可動金型7の外周部には可動金型突当リング20があり、固定金型6の固定金型突当リング21と当たることで金型内に形成されるキャビティ10の最小厚さを規定している。さらに、可動金型突当リング20の外側には可動金型ガイドリング22があり、固定金型ガイドリング23と当たることで金型内に形成されるキャビティ10の最大厚さを規定している。すなわち、可動金型ガイドリング22と固定金型ガイドリング23とが当たることで型締めが行われ、さらに可動金型突当リング20と固定金型突当リング21が当たるまで可動金型7のコア部が移動して射出圧縮が行われる。
【0040】
固定金型6では、固定金型基盤24に固定金型突当リング21、固定金型ガイドリング23および固定金型ミラー部25が取り付けられている。固定金型ミラー部25には冷却水路26が設けられ、これに冷却水が流され一定の温度になるように制御されている。
【0041】
固定金型6の中央部にはスプルブッシュ27があり、ノズル9(図3参照)から射出された溶融樹脂がこのスプルブッシュ27を通ってキャビティ10に流入する。成形後にこのスプルブッシュ27の部分の樹脂を取り除くため、スプルブッシュ27は冷却され樹脂が固化時に収縮して剥離するようになっている。スプルブッシュ27の周囲には固定側ブッシュ28が設けられ、スプルブッシュ27と固定金型ミラー部25との断熱の働きをする。
【0042】
成形基板をスタンパ11から剥すのに、フローティングパンチ17による機械的な機構以外にエアーブローが用いられ、可動金型7側からはスタンパ内周押さえ12とフローティングパンチ17との間、固定金型6側では固定金型ミラー部25と固定側ブッシュ28との間から、それぞれ、圧縮空気を吹く(または流す)ようになっている。
【0043】
表1に最小キャビティ厚さ(室温時、所望基板厚さ基準)と制御可能な最小板厚(所望基板厚さ基準)と所望基板厚さでの複屈折の最大絶対値との対応を示す。最大キャビティ厚さは所望基板厚さより0.2mm厚くした。このキャビティ厚さの最大と最小との値の差を圧縮代という。基板外径は120mmであり、所望基板厚さは0.6mmで行った。スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ1.0μm、深さ110nmのピットとした。樹脂材料はポリカーボネート樹脂を用いた。樹脂温度は380℃、金型温度は125℃、スプル温度は60℃とした。型締め力は40トンで行った。射出圧縮力は溶融樹脂の充填時は4トン、保圧後の圧縮工程では20トンで行った。成形サイクルは15秒で行った。
【0044】
複屈折とは、異方性ポリマー中を伝播する光の性質の一つをいい、異方性ポリマー中に光が入射するとき、二つの屈折光が現れる現象をいう。複屈折測定にはヘリウムネオンガスレーザを用い、平行光を垂直入射させ、ダブルパスの値を求めた。
【0045】
【表1】
【0046】
表1より複屈折が50nm以下になるのは最小キャビティ厚さが所望基板厚さより0.1mm以下薄い場合である。この垂直入射で複屈折50nmのポリカーボネート樹脂基板に斜め入射させると複屈折は大きな値になる。30度入射の場合は約100nmになる。また、光ディスクへの照射光は集束光であり、開口度が0.6以上の高い対物レンズを用いる高密度の光ディスクでは再生型のものでも垂直入射の複屈折は50nmは必要である。また、所望基板厚さを得るためには、金型間は開く方向しか制御できないので、最小キャビティ厚さは所望基板厚さより厚くはできない。したがって、最小キャビティ厚さは所望基板厚さに対して0mmから0.1mm薄くすれば良いことが確認できた。
【0047】
次に最大キャビティ厚さについて検討した。最小キャビティ厚さを所望基板厚さより0.05mm薄くする。基板外径は120mmであり、所望基板厚さは0.6mmで行った。スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ1.0μm、深さ110nmのピットとした。樹脂材料はポリカーボネート樹脂を用いた。樹脂温度は380℃、金型温度は125℃、スプル温度は60℃とした。型締め力は40トンで行った。射出圧縮力は溶融樹脂の充填時は4トン、保圧後の圧縮工程では20トンで行った。成形サイクルは15秒で行った。複屈折測定にはヘリウムネオンガスレーザを用い、平行光を垂直入射させ、ダブルパスの値を求めた。測定結果を表2に示す。
【0048】
【表2】
【0049】
表2から圧縮代が大きくなるほど複屈折は良くなり、板厚のショットばらつきは大きくなる。圧縮代が大きくなるほど、キャビティ10内に溶融樹脂が充填される際のキャビティ10の厚さが厚くなるため溶融樹脂は流れやすい反面、基板の板厚を調整するためには樹脂が冷却される際に金型を閉じる移動量が多く必要だからである。
【0050】
表2から複屈折の絶対値が50nm以下なのは圧縮代が0.15mm以上であり、板厚のショットばらつきが±35μm以下なのは圧縮代が0.3mm以下の場合である。ここで、板厚のばらつきの基準を±35μmとしたが、板厚のばらつきが±35μmを越えると収差が大きくなって信号の読み出し等に影響を及ぼすからである。複屈折の基準50nmは表1のところで説明した通りである。
【0051】
表2より圧縮代、すなわち、最大キャビティ厚さと最小キャビティ厚さとの差は0.15mm以上0.3mm以下が良いことを確認できた。
【0052】
表3に溶融樹脂の充填時の射出圧縮力と複屈折との関係を示す。最小キャビティ厚さは所望基板厚さより0.05mm薄くし、圧縮代は0.2mmとした。また、基板外径は120mmであり、所望基板厚さは0.6mmで行った。スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ1.0μm、深さ110nmのピットとした。樹脂材料はポリカーボネート樹脂を用いた。樹脂温度は380℃、金型温度は125℃、スプル温度は60℃とした。型締め力は40トンで行った。保圧後の圧縮工程での射出圧縮力は20トンで行った。成形サイクルは15秒で行った。複屈折測定にはヘリウムネオンガスレーザを用い、平行光を垂直入射させ、ダブルパスの値を求めた。
【0053】
【表3】
【0054】
表3から複屈折の絶対値が50nm以下になるのは樹脂充填時の射出圧縮力が10トン以下の場合であった。この場合、溶融樹脂がキャビティ10の内に充填される前はキャビティ10の厚さは射出圧縮力によって最小になっているが、キャビティ10の内に溶融樹脂が充填されると樹脂圧の方が大きいためにキャビティ10の厚さは最大まで広がり、その結果、樹脂の流動が良くなって樹脂が受ける応力が低減され複屈折が良くなる。
【0055】
(実施の形態2)
本実施の形態では成形装置が直圧方式の場合を説明する。図7(b)に示すようにトグル方式の成形装置の場合は、金型の開閉と金型の型締めと射出圧縮が、それぞれ、油圧回路108、油圧回路111、油圧回路112に分かれて駆動される。これに対して、図7(a)に示すように直圧方式の場合は金型の開閉と金型の型締めと射出圧縮を油圧回路106だけで行う。
【0056】
金型の構造を図2に示す。コア部を移動させる方式の図1の場合と比べて固定金型ガイドリング23と可動金型ガイドリング22がない構造になっている。図1の場合は最小キャビティ厚さと最大キャビティ厚さとを規定する構造になっていたのに対して、図2の場合は最小キャビティ厚さのみを規定する構造になっている。
【0057】
表4に最小キャビティ厚さ(室温時、所望基板厚さ基準)と制御可能な最小板厚(所望基板厚さ基準)と所望基板厚さでの複屈折の最大絶対値との対応を示す。最大キャビティ厚さは所望基板厚さより0.2mm厚くした。基板外径は120mmであり、所望基板厚さは0.6mmで行った。スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ1.0μm、深さ110nmのピットとした。樹脂材料はポリカーボネート樹脂を用いた。樹脂温度は380℃、金型温度は125℃、スプル温度は60℃とした。第1型締め力は4トン、第2型締め力は20トンで行った。成形サイクルは15秒で行った。複屈折測定にはヘリウムネオンガスレーザを用い、平行光を垂直入射させ、ダブルパスの値を求めた。
【0058】
【表4】
【0059】
表4より複屈折が50nm以下になるのは最小キャビティ厚さが所望基板厚さより0.1mm以下薄い場合である。また、所望基板厚さを得るためには、金型間は開く方向しか制御できないので、最小キャビティ厚さは所望基板厚さより厚くはできない。したがって、最小キャビティ厚さは所望基板厚さに対して0mmから0.1mm薄くすれば良いことが確認できた。
【0060】
次に最大キャビティ厚さについて検討する。最小キャビティ厚さを所望基板厚さより0.05mm薄くする。金型の開き量をレーザ変位計を用いて測定した。基板外径は120mmであり、所望基板厚さは0.6mmで行った。スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ1.0μm、深さ110nmのピットとした。樹脂材料はポリカーボネート樹脂を用いた。樹脂温度は380℃、金型温度は125℃、スプル温度は60℃とした。第1型締め力は4トン、第2型締め力は20トンで行った。成形サイクルは15秒で行った。複屈折測定にはヘリウムネオンガスレーザを用い、平行光を垂直入射させ、ダブルパスの値を求めた。測定結果を表5に示す。
【0061】
【表5】
【0062】
表5から圧縮代が大きくなるほど複屈折は良くなり、板厚のショットばらつきは大きくなる。
【0063】
表5から複屈折の絶対値が50nm以下なのは圧縮代が0.15mm以上であり、板厚のショットばらつきが±35μm以下なのは圧縮代が0.3mm以下の場合である。したがって、圧縮代、すなわち、最大キャビティ厚さと最小キャビティ厚さとの差は0.15mm以上0.3mm以下が良いことを確認できた。
【0064】
表6に溶融樹脂の充填時の第1型締め力と複屈折との関係を示す。最小キャビティ厚さは所望基板厚さより0.05mm薄くし、圧縮代は0.2mmとした。また、基板外径は120mmであり、所望基板厚さは0.6mmで行った。スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ1.0μm、深さ110nmのピットとした。樹脂材料はポリカーボネート樹脂を用いた。樹脂温度は380℃、金型温度は125℃、スプル温度は60℃とした。第2型締め力は20トンで行った。成形サイクルは15秒で行った。複屈折測定にはヘリウムネオンガスレーザを用い、平行光を垂直入射させ、ダブルパスの値を求めた。
【0065】
【表6】
【0066】
表6から複屈折の絶対値が50nm以下になるのは第1型締め力が10トン以下の場合であった。この場合、溶融樹脂がキャビティ10の内に充填されると樹脂圧の方が大きいためにキャビティ10の厚さは広がり、その結果、樹脂の流動が良くなって樹脂が受ける応力が低減され複屈折が良くなる。
【0067】
本実施の形態では、直圧方式の成形装置の場合を示したが、トグル方式の成形装置の場合でも、図2の構造の金型を用いて同様の動作を行うことができる。トグル方式の成形装置の場合には、実施の形態1のようなコア部を移動させる射出圧縮機構を用いず、型締め機構のみを用いて型締めを行う。このようにしてトグル方式の成形装置に直圧方式の成形装置の場合と同じ成形条件を設定した結果、同様の結果が得られることを確認した。
【0068】
(実施の形態3)
実施の形態1および実施の形態2ではキャビティ10を押す力を2段にし、かつ、第1力を低く、第2力を高く設定した。ここでは、キャビティ10を押す力が1段の場合を検討した。金型は図2の構造のものを用いた。成形装置は直圧方式のものを用いた。
【0069】
表7に最小キャビティ厚さ(室温時、所望基板厚さ基準)と制御可能な最小板厚(所望基板厚さ基準)と所望基板厚さでの複屈折の最大絶対値との対応を示す。最大キャビティ厚さは所望基板厚さより0.2mm厚くした。基板外径は120mmであり、所望基板厚さは0.6mmで行った。スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ1.0μm、深さ110nmのピットとした。樹脂材料はポリカーボネート樹脂を用いた。樹脂温度は380℃、金型温度は130℃、スプル温度は60℃とした。型締め力は8トンで行った。成形サイクルは15秒で行った。複屈折測定にはヘリウムネオンガスレーザを用い、平行光を垂直入射させ、ダブルパスの値を求めた。
【0070】
【表7】
【0071】
表7より複屈折が50nm以下になるのは最小キャビティ厚さが所望基板厚さより0.1mm以下薄い場合である。また、所望基板厚さを得るためには、金型間は開く方向しか制御できないので、最小キャビティ厚さは所望基板厚さより厚くはできない。したがって、最小キャビティ厚さは所望基板厚さに対して0mmから0.1mm薄くすれば良いことが確認できた。
【0072】
次に最大キャビティ厚さについて検討する。最小キャビティ厚さを所望基板厚さより0.05mm薄くする。金型の開き量をレーザ変位計を用いて測定した。基板外径は120mmであり、所望基板厚さは0.6mmで行った。スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ1.0μm、深さ110nmのピットとした。樹脂材料はポリカーボネート樹脂を用いた。樹脂温度は380℃、金型温度は130℃、スプル温度は60℃とした。型締め力は8トンで行った。成形サイクルは15秒で行った。複屈折測定にはヘリウムネオンガスレーザを用い、平行光を垂直入射させ、ダブルパスの値を求めた。測定結果を表8に示す。
【0073】
【表8】
【0074】
表8から圧縮代が大きくなるほど複屈折は良くなり、板厚のショットばらつきは大きくなる。
【0075】
表8から複屈折の絶対値が50nm以下なのは圧縮代が0.15mm以上であり、板厚のショットばらつきが±35μm以下なのは圧縮代が0.3mm以下の場合である。したがって、圧縮代、すなわち、最大キャビティ厚さと最小キャビティ厚さとの差は0.15mm以上0.3mm以下が良いことを確認できた。
【0076】
表9に溶融樹脂の充填時の型締め力と複屈折および板厚との関係を示す。最小キャビティ厚さは所望基板厚さより0.05mm薄くし、圧縮代は0.2mmとした。また、基板外径は120mmであり、所望基板厚さは0.6mmで行った。スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ1.0μm、深さ110nmのピットとした。樹脂材料はポリカーボネート樹脂を用いた。樹脂温度は380℃、金型温度は130℃、スプル温度は60℃とした。成形サイクルは15秒で行った。複屈折測定にはヘリウムネオンガスレーザを用い、平行光を垂直入射させ、ダブルパスの値を求めた。
【0077】
【表9】
【0078】
表9から複屈折の絶対値が50nm以下になるのは型締め力が10トン以下の場合であった。この場合、溶融樹脂がキャビティ10の内に充填されると樹脂圧の方が大きいためにキャビティ10の厚さは広がり、その結果、樹脂の流動が良くなって樹脂が受ける応力が低減され複屈折が良くなる。また、板厚のショットばらつきが±35nm以下になるのは型締め力が6トン以上の場合であった。これは型締め力が高いほど最大キャビティ厚さが薄くなり、冷却時にキャビティの面の移動量が減少するためである。したがって、型締め力が1段の場合は型締め力は6トン以上10トン以下が良いことを確認できた。
【0079】
本実施の形態では、直圧方式の成形装置の場合を示したが、トグル方式の成形装置の場合でも、同様の動作を行うことができる。トグル方式の成形装置の場合にも、実施の形態1のようなコア部を移動させる射出圧縮機構を用いず、型締め機構のみを用いて型締めを行う。このようにしてトグル方式の成形装置に直圧方式の成形装置の場合と同じ成形条件を設定した結果、同様の結果が得られることを確認した。
【0080】
(実施の形態4)
実施の形態1から実施の形態3までのような製造方法によって、ポリカーボネート樹脂で、外径が120mm、厚さが0.6mm、信号領域が、トラックピッチ1.0μm、深さ110nmのピットの基板を成形した場合、複屈折の絶対値が50nm以下の特性は樹脂温度が380℃では金型温度が120℃以上で得られる。この場合、ピットの転写は十分である。
【0081】
そこで、さらに高密度の信号部分をもつ基板成形の場合を検討した。スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ0.6μm、深さ110nmのピットとした。 この場合、実施の形態1および実施の形態2の製造方法で成形するとピット深さが70nm台、複屈折の最大絶対値が80nm台であった。まず、トグル方式の成形装置について検討した。
【0082】
転写を良くするために、図1の金型の場合は射出圧縮力を大きくするとキャビティ10内の樹脂に歪が生じて複屈折の絶対値が大きくなった。また、図2の金型の場合は型締め力を大きくすると複屈折の絶対値が大きくなった。そこで、複屈折の絶対値が50nm以下になる成形条件である金型温度とスプル温度を変えてピット深さを測定した結果を表10に示す。金型温度は固定金型6と可動金型7とで同じになるように制御した。ポリカーボネートの分解開始温度を考慮して樹脂温度は上限と考えられる380℃に固定した。成形サイクルは15秒で行った。
【0083】
【表10】
【0084】
表10から金型温度は130℃あればトラックピッチ0.6μm、ピット深さ110nmを転写することがわかる。ただし、金型温度が145℃で成形した基板はプロペラ状に反っているため光ディスク用の基板には使用できないことがわかった。また、スプル温度の影響は小さいことがわかった。
【0085】
金型温度とは一般に金型内を流れている媒体の制御温度のことを呼ぶ。しかし、実際の成形では溶融した樹脂が流入するキャビティ10の温度が重要である。そこで、成形の1サイクルのうちで上がったり下がったりするキャビティ10の表面近傍の鏡面温度を測定し、溶融した樹脂が流入する際の温度を求め、この温度をここでは金型鏡面温度と呼ぶことにする。基板がプロペラ状に反った金型温度145℃の際の金型鏡面温度はポリカーボネートのガラス転移温度150℃であった。そこで、金型鏡面温度は樹脂材料のガラス転移温度より低く、好ましくは、5℃以上低く制御しなければならないことがわかった。また、金型温度130℃の際の金型鏡面温度は135℃であった。
【0086】
ここで、スタンパ11が装着されている可動金型7の温度を135℃に固定して固定金型6の温度を変えた結果を表11に示す。スプル温度は60℃とした。
【0087】
【表11】
【0088】
表11からスタンパを装着していない方の金型温度は転写に影響がないことがわかる。したがって、少なくともスタンパを装着した方の金型温度が130℃以上あればトラックピッチ0.6μm、深さ110nmのピットの転写は良好である。
【0089】
以上のことから、外径が120mm、厚さが0.6mmの基板を成形して実用可能な製品を得るためには、少なくともスタンパを装着した方の金型鏡面温度が樹脂材料のガラス転移温度より5K以上25K以下、好ましくは5K以上15K以下低くしなければならないことがわかった。
【0090】
ここでは成形サイクルを15秒に固定して検討した。この成形サイクルを短くすると金型温度は同じでも金型鏡面温度は高くなる。そこで、成形サイクルを15秒、12秒、8秒と変えて金型鏡面温度と転写および複屈折との関係を調べると、十分な転写および50nm以下の複屈折が得られる金型鏡面温度は成形サイクルに依らないことがわかった。
【0091】
また、図2の金型を直圧方式の成形装置に載せて成形を行っても、図1や図2の金型をトグル方式の成形装置に載せた場合と同じで、外径が120mm、厚さが0.6mmの基板を成形して実用可能な製品を得るためには、少なくともスタンパを装着した方の金型鏡面温度が樹脂材料のガラス転移温度より5K以上25K以下、好ましくは5K以上15K以下低くしなければならないことがわかった。
【0092】
(実施の形態5)
次に溶融樹脂が受ける圧力と複屈折との関係を調べた。ここでは、図1の金型をトグル方式の成形装置に載せた場合について説明する。溶融樹脂の受ける圧力を直接検出することはできないので、溶融樹脂の反力としてスクリューが受けた圧力で代用し、図3の油圧回路8に設けた圧力計によって検出する。この場合の検出圧力は図4のような時間変化を示した。射出工程でピーク圧をもち、保圧工程の始めのころに極小値を示し、徐々に圧力が上昇している。ピーク圧を示すのは溶融樹脂がキャビティ10内に満たされた後も溶融樹脂を充填しようとするからであり、極小値を保圧工程で示すのはキャビティ10に入りきらなかった溶融樹脂がスプルブッシュ27、ノズル9、スクリュー3と還流し、スクリュー3によって押し出される溶融樹脂と衝突するからと考えられる。また、その後、徐々に樹脂の圧力が上昇するのは保圧のためと考えられる。
【0093】
この図4の圧力変化をもと溶融樹脂の圧力が極小となる時間の近傍でキャビティ10への溶融樹脂の充填を止めた。具体的には、図1のカットパンチ18を突き出した。また、射出圧縮力をカットパンチ18を突き出すとほぼ同時に4トンから20トンにした。すなわち、圧縮工程を開始した。表12に結果を示す。
【0094】
基板外径は120mmであり、所望基板厚さは0.6mmで行った。最小キャビティ厚さは所望基板厚さより0.05mm薄くし、圧縮代は0.2mmとした。また、スタンパ11の信号領域は、トラックピッチ0.6μm、深さ110nmのピットとした。樹脂材料はポリカーボネート樹脂を用いた。樹脂温度は380℃、金型温度は135℃、スプル温度は60℃とした。型締め力は40トンで行った。成形サイクルは15秒で行った。複屈折測定にはヘリウムネオンガスレーザを用い、平行光を垂直入射させ、ダブルパスの値を求めた。
【0095】
【表12】
【0096】
表12から複屈折の絶対値が50nm以下になるのは溶融樹脂の受ける圧力が極小となる時間から0.3秒後より以前の時間である。
【0097】
圧縮工程の開始はキャビティ10への溶融樹脂の充填を止めたのと同時か早い方がよい。これは、圧縮工程の開始によってキャビティ10内の樹脂に働く圧力が緩和されるからである。また、溶融樹脂の受ける圧力が極小となる時間から0.15秒より早い時間では、基板の板厚ばらつきが±50μm以上と大きくなった。したがって、溶融樹脂の受ける圧力が極小となる時間より0.1秒前から0.3秒後に溶融樹脂を充填する注入口を閉じるか、または圧縮工程を開始することが好ましい。
【0098】
本実施の形態は、成形装置がトグル方式であったが直圧方式でも第1型締め力を4トン、第2型締め力を20トンとし、他の条件はトグル方式の場合と同じに設定して行ったが同様の結果が得られた。
【0099】
実施の形態1乃至5はポリカーボネート樹脂を取り扱ったが、もちろん、他の樹脂でも構わない。
【0100】
(実施の形態6)
実施の形態5ではキャビティ10内の樹脂が受けた圧力と複屈折との関係を調べた。このキャビティ10内の溶融樹脂の圧力の極小時間は成形装置によって、また、成形条件によってばらつきがある。そこで、本発明のディスク基板の製造装置はこのキャビティ10内の溶融樹脂の圧力の極小時間を検出してこの圧力が最小となる時間から0秒乃至0.3秒後に、キャビティ内に溶融樹脂を流入する入口を閉じる動作、または圧縮工程の開始動作を行うようにするものである。
【0101】
具体的な仕組みは図5に示すとおりである。すなわち、スクリューの受ける圧力の検出器29でキャビティ10内の圧力の時間変化を検出し電圧変化に変換する。次に、圧力極小時間検出器30で圧力が極小となる時間を検出する。具体的には、スクリューの受ける圧力の検出器29からの電気信号を微分して保圧工程での最初のゼロクロス時間を検出する。図6にこのゼロクロス時間の検出方法を示す。信号(a)はスクリューの受ける圧力の検出器29からの信号である。信号(b)は信号(a)の微分信号である。この信号(b)のゼロクロスの検出パルス信号が信号(c)である。信号(d)は保圧工程以降でプラス値を示すゲート信号である。ここで、信号(c)と信号(d)との積を求めると信号(e)となり、この信号(e)が保圧工程で最初に信号(b)がゼロクロスとなる時間を示す。この信号(b)から信号(e)までの処理が圧力極小時間検出器30で行われる。
【0102】
次にこの圧力極小時間を起点にタイマー31および32を作動させ、図2のようなコア押し機構のない金型の場合はカットパンチ突出油圧回路33および型締め油圧回路34を所定の時間後に作動させてカットパンチの突出と第1型締めから第2型締めに切り替える。図1のようにコア押し機構のある金型の場合はカットパンチ突出油圧回路33および射出圧縮油圧回路35を所定の時間後に作動させてカットパンチの突出と射出圧縮力の高圧への切り替えを行う。タイマー31およびタイマー32の時間は0秒乃至0.3秒で、タイマー32の時間の方がタイマー31の時間と同じか短いことが望ましい。
【0103】
以上の結果、実施の形態5と同様の結果が得られた。
【0104】
本発明のディスク基板の製造装置の全体構成は、一対の金型を開閉する開閉手段と、樹脂を溶融する加熱手段と、溶融樹脂を閉じた一対の金型間のキャビティ内に充填する射出手段と、キャビティ内に充填した樹脂の流入側への逆流防止のための保圧手段と、充填後に一対の金型をより締める圧縮手段と、キャビティ内に充填する樹脂の圧力が最小となる時間を検出する手段を有するものであり、前記圧力が最小となる時間から0秒乃至0.3秒後に、キャビティ内に溶融樹脂を流入する入口を閉じる動作、または圧縮工程の開始動作を行うものである。
【0105】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に充填された溶融樹脂の受ける圧力が最小となる時間の近傍で樹脂の流入口を閉じるため溶融樹脂内の残留応力が低減されるとともに、樹脂が固化する前に圧縮工程を開始することで、成形された樹脂基板の転写、複屈折が良くなる。また、金型鏡面の調整温度を適切に選ぶことでも転写、複屈折が良くなる。
【0106】
さらに、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に充填された溶融樹脂の受ける圧力が極小となる時間は成形条件によって変化するが、この時間を検出して溶融樹脂の流入口を閉じる動作と圧縮工程を開始することで常に安定した基板の転写と複屈折を得ることができる。
【0107】
また本発明の製造装置によれば、キャビティに樹脂を充填する際にキャビティ厚さと射出圧縮力を特定にして樹脂にかかる応力を低減し、複屈折を低下させる。また、金型温度を特定にして樹脂流動を良くさせるとともに樹脂充填時の圧力が極小である時間に樹脂流入を止め、かつ、圧縮工程を開始することで良好な転写と複屈折の低減を図ることができる。この結果、合理的に、かつ、効率よくディスク用基板を製造できる。
【0108】
本発明の製造装置によれば、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に溶融樹脂が充填される際に、キャビティ厚さを金型を完全に閉じた場合より広げているので樹脂の流動が良くなり、かつ、金型から溶融樹脂にかける圧力を板厚が制御可能な限り低くしているため溶融樹脂内に生じる応力も低減されて、成形された樹脂基板の複屈折が小さくなる。
【0109】
また、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に充填された溶融樹脂の受ける圧力が最小となる時間の近傍で樹脂の流入口を閉じるため溶融樹脂内の残留応力が低減されるとともに、樹脂が固化する前に圧縮工程を開始することで、成形された樹脂基板の転写、複屈折が良くなる。また、金型鏡面の調整温度を適切に選ぶことでも転写、複屈折が良くなる。
【0110】
さらに、閉じた一対の金型間に形成されたキャビティ内に充填された溶融樹脂の受ける圧力が極小となる時間は成形条件によって変化するが、この時間を検出して溶融樹脂の流入口を閉じる動作と圧縮工程を開始することで常に安定した基板の転写と複屈折を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1、実施の形態4〜6に用いた金型の構成を示した断面側面図である。
【図2】本発明の実施の形態2〜4、実施の形態6に用いた金型の構成を示した断面側面図である。
【図3】本発明の実施の形態1〜6に用いた成形装置の構成を示した断面側面図である。
【図4】本発明の一実施の形態のスクリューが受ける圧力の時間変化を示す図である。
【図5】図5(a)(b)は本発明の実施の形態6に示す成形装置の機能説明構成図である。
【図6】図6(a)(b)(c)(d)(e)は本発明の実施の形態6に示す成形装置のスクリューの受ける圧力の検出器及び圧力極小時間検出器での信号処理を示した図である。
【図7】図7(a)(b)は従来の成形装置の機構部の概略を示す平面図である。
【符号の説明】
1 材料乾燥装置
2 ホッパ
3 スクリュー
4 モータ
5 加熱シリンダ
6 固定金型
7 可動金型
8 油圧回路
9 ノズル
10 キャビティ
11 スタンパ
12 スタンパ内周押さえ
13 スタンパ外周押さえ
14 可動金型ミラー部
15 冷却水路
16 可動金型基盤
17 フローティングパンチ
18 カットパンチ
19 突出ピン
20 可動金型突当リング
21 固定金型突当リング
22 可動金型ガイドリング
23 固定金型ガイドリング
24 固定金型基盤
25 固定金型ミラー部
26 冷却水路
27 スプルブッシュ
28 固定側ブッシュ
29 スクリューの受ける圧力の検出器
30 圧力極小時間検出器
31、32 タイマー
33 カットパンチ突出油圧回路
34 型締め油圧回路
35 射出圧縮油圧回路
36 架台
101 固定金型
102 可動金型
103、104 大プレート
105 タイバー
106、108、111、112 油圧回路
107、109 ピストン
110 トグル
113 油圧パイプ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a disk substrate for forming a substrate used for an optical disk or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, optical disks have attracted attention as large-capacity, high-speed memory media. As optical disks, read-only optical disks (CD, VD, CD-ROM, etc.), recording / reproducing optical disks (write-once type), recording / reproducing erasable optical disks (rewritable type), and the like are known. As a substrate for these optical disks, a resin substrate (polycarbonate resin, acrylic resin, polyolefin resin, etc.) is generally used.
[0003]
These disk substrates are generally formed using an injection molding method or an injection compression molding method from the viewpoint of productivity. That is, a pit formed on a stamper by attaching an annular flat stamper in a cavity formed in a clamped state between a fixed mold and a movable mold and injecting a molten resin material into the cavity As a result, a flat disk substrate to which the grooves are transferred is formed.
[0004]
Molding devices are roughly classified into two types, a direct pressure method and a toggle method (for example, Non-Patent Document 1). FIG. 7 shows a schematic view of the conventional two-type mechanism.
[0005]
FIG. 7A shows the case of the direct pressure method.
[0006]
FIG. 7B shows the toggle method.
[0007]
Attempts have been made to mold a substrate for a higher density optical disk using the molding apparatus.
[0008]
[Non-Patent Document 1]
"Plastic Technology Reader" by Yujiro Sakurauchi, Industrial Research Committee, 1993
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, as an example, it is difficult to form a polycarbonate resin substrate having an outer diameter of about 120 mm, a plate thickness of about 1.2 mm, a track pitch of about 1.0 μm, and a pit depth of about 110 nm from the viewpoint of transferability.
[0010]
Further, in order to increase the density, it is necessary to increase the aperture of the objective lens in order to improve the aperture of the light irradiated to the optical disk. In this case, the aberration due to tilt is proportional to the plate thickness and proportional to the third power of the aperture. Therefore, if the plate thickness is not reduced, it becomes difficult to control the pickup. Such a thin substrate molding causes a resin to flow through a thinner gap, and there is a problem that birefringence and warpage are worsened because the resin is easily cooled and transfer is difficult to obtain and stress is easily received. Such thin substrate molding causes a resin to flow through a narrower gap, and since the resin is easily cooled, there is a problem that transfer is difficult to obtain and birefringence and warpage deteriorate. In other words, since resin flows through a narrower gap, a large velocity gradient occurs near the mold surface, and shear stress is generated between the solid layer generated by cooling on the mold wall surface and the fluidized bed in the center due to viscous friction. To do. As a result, the resin undergoes molecular orientation and solidifies without being relaxed, and the residual stress is frozen. In the central part, the residual stress is frozen while receiving a uniform hydrostatic pressure. Certain atomic groups in the polymer are oriented in a certain direction due to stress, resulting in birefringence. Further, the residual stress is not uniform in the surface direction of the substrate and is not necessarily symmetric in the thickness direction, and warps.
[0011]
In order to solve the above-described conventional problems, the present invention provides a method for producing a high-density optical disk substrate that is practically sufficient for transfer and birefringence of a substrate as a disk in molding a thin resin substrate having a plate thickness of 1 mm or less, and An object is to provide a manufacturing apparatus.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described object, the disk substrate manufacturing method according to the present invention injects molten resin into a cavity having an inlet formed between a pair of molds, and presses the mold to increase the cavity thickness. In the injection compression molding method of the disk substrate for narrowing the depth, an inlet for filling the molten resin between 0.1 second before and 0.3 second after the time when the pressure of the resin filled in the cavity is minimized is provided. The compression process is started upon closing.
[0013]
In the above method, it is preferable to control at least the temperature of the mold mirror surface on the side where the stamper is mounted to be lower than the glass transition temperature of the resin material in the range of 5K to 25K.
[0014]
In the above method, A step of drying the resin before injecting the molten resin into the cavity, and melting the resin after drying It is preferable.
[0015]
Next, the disk substrate manufacturing apparatus of the present invention injects molten resin into a cavity formed between a pair of molds, and presses the mold to reduce the cavity thickness. In the molding apparatus, an opening / closing means for opening and closing the pair of molds, a heating means for melting the resin, an injection means for filling the cavity between the pair of closed molds, and a resin filled in the cavity Pressure holding means for preventing backflow to the inflow side, compression means for tightening the pair of molds after filling, and means for detecting a time during which the pressure of the resin filled in the cavity is minimized, the pressure At least one operation selected from the operation of closing the inlet for injecting the molten resin into the cavity and the operation of starting the compression process is performed from 0.3 min to a time after 0.3 sec. .
[0016]
The apparatus of the present invention preferably includes a control means for controlling the temperature of at least the mold mirror surface on the side where the stamper is mounted to be lower than the glass transition temperature of the resin material in the range of 5K to 25K.
[0017]
In the apparatus of the present invention, in the pressure holding process, the pressure received by the screw after injecting the molten resin is monitored, the first zero cross time of the signal obtained by differentiating the monitor signal is detected, and the metal without the core pushing mechanism is detected. It is preferable to provide means for operating the cut punch protrusion hydraulic circuit and the mold clamping hydraulic circuit after a predetermined time for the mold to switch the cut punch protrusion and the mold clamping force from low pressure to high pressure.
[0018]
In the apparatus of the present invention, in the pressure holding process, the pressure received by the screw after injecting the molten resin is monitored, the first zero cross time of the signal obtained by differentiating the monitor signal is detected, and the metal having the core pushing mechanism is detected. It is preferable that the die is provided with means for operating the cut punch protrusion hydraulic circuit and the injection compression hydraulic circuit after a predetermined time to switch the cut punch protrusion and injection compression force from low pressure to high pressure.
[0019]
The apparatus of the present invention preferably further comprises means for drying the resin before melting the resin.
[0020]
According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a high-density optical disk substrate that is excellent in transferability and has a birefringence that is practically sufficient as a disk by using a thin resin substrate. That is, when molten resin is filled in a cavity formed between a pair of closed molds, the cavity thickness is wider than when the mold is completely closed, so that the resin flow is improved, and Since the pressure applied from the mold to the molten resin is made as low as possible to control the plate thickness, the stress generated in the molten resin is also reduced, and the birefringence of the molded resin substrate is reduced.
[0021]
In addition, since the resin inlet is closed in the vicinity of the time when the pressure received by the molten resin filled in the cavity formed between the pair of closed molds is minimized, the residual stress in the molten resin is reduced. By starting the compression process before the resin is solidified, transfer and birefringence of the molded resin substrate are improved. Also, transfer and birefringence can be improved by appropriately selecting the adjustment temperature of the mold mirror surface.
[0022]
Furthermore, the time during which the pressure received by the molten resin filled in the cavity formed between the pair of closed molds is minimized varies depending on the molding conditions, and this time is detected to close the molten resin inlet. By starting the operation and compression process, stable substrate transfer and birefringence can always be obtained.
[0023]
Further, according to the manufacturing apparatus of the present invention, when the resin is filled into the cavity, the cavity thickness and the injection compression force are specified to reduce the stress applied to the resin and to reduce the birefringence. In addition, the mold temperature is specified to improve the resin flow, stop the resin inflow when the pressure at the time of resin filling is minimal, and start the compression process to achieve good transfer and reduction of birefringence. be able to. As a result, a disk substrate can be manufactured reasonably and efficiently.
[0024]
According to the manufacturing apparatus of the present invention, when the molten resin is filled in the cavity formed between the pair of closed molds, the cavity thickness is wider than when the mold is completely closed. The pressure applied to the molten resin from the mold is as low as possible to control the plate thickness, so the stress generated in the molten resin is also reduced, and the birefringence of the molded resin substrate is reduced. Become.
[0025]
In addition, since the resin inlet is closed in the vicinity of the time when the pressure received by the molten resin filled in the cavity formed between the pair of closed molds is minimized, the residual stress in the molten resin is reduced. By starting the compression process before the resin is solidified, transfer and birefringence of the molded resin substrate are improved. Also, transfer and birefringence can be improved by appropriately selecting the adjustment temperature of the mold mirror surface.
[0026]
Furthermore, the time during which the pressure received by the molten resin filled in the cavity formed between the pair of closed molds is minimized varies depending on the molding conditions, and this time is detected to close the molten resin inlet. By starting the operation and compression process, stable substrate transfer and birefringence can always be obtained.
[0027]
Further, if a means for drying the resin is further provided before the resin is melted, a decrease in molecular weight due to hydrolysis of the resin can be prevented.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to embodiments.
[0029]
(Embodiment 1)
First, an injection compression molding method in the case of a toggle type molding apparatus will be described.
[0030]
FIG. 3 is a schematic view showing a configuration of a molding apparatus according to an embodiment used in the present invention. 1 is a material drying apparatus, and resin materials used for general disk molding such as polycarbonate resin, poly (meth) acrylate resin, urethane resin, and polyester resin absorb moisture in the air. This is to prevent the molecular weight from decreasing due to hydrolysis. The drying method is preferably hot air circulation drying or vacuum drying. As a preferable drying condition of the hot air circulation drying, when a polycarbonate resin is taken as an example, the polycarbonate resin pellets are dried in a temperature range of 100 to 130 ° C. for 2 to 10 hours. In the case of vacuum drying, vacuum drying is performed at a temperature in the range of 60 to 120 ° C. for 1 to 10 hours and in a vacuum degree of about 0.1 to 100 torr. It is preferable that the water absorption of the polycarbonate resin pellets is 0.015 wt% or less by this drying treatment. In the following examples, a drying process was performed using a hot air circulating dryer under the conditions of temperature: 120 ° C. and time: 6 hours. The water absorption of the polycarbonate resin pellet was set to 0.015 wt% or less.
[0031]
In addition, the polycarbonate resin used in the following examples was a resin having a melting point of 240 ° C. and a glass transition temperature of 150 ° C.
[0032]
Resin material is supplied from the
[0033]
A mold clamping pressure is applied in a state where the fixed
[0034]
When the resin material is filled into the
[0035]
Next, in a state where the
[0036]
Next, the structure of the mold used in the present embodiment is shown in FIG. The case where the
[0037]
The
[0038]
A floating
[0039]
There is a movable mold abutting ring 20 on the outer peripheral portion of the
[0040]
In the fixed
[0041]
There is a
[0042]
In order to peel the molded substrate from the
[0043]
Table 1 shows the correspondence between the minimum cavity thickness (at room temperature, desired substrate thickness reference), the minimum controllable plate thickness (desired substrate thickness reference), and the maximum absolute value of birefringence at the desired substrate thickness. The maximum cavity thickness was 0.2 mm thicker than the desired substrate thickness. The difference between the maximum and minimum values of the cavity thickness is called a compression allowance. The substrate outer diameter was 120 mm, and the desired substrate thickness was 0.6 mm. The signal area of the
[0044]
Birefringence refers to one of the properties of light propagating in an anisotropic polymer, and refers to a phenomenon in which two refracted lights appear when light enters the anisotropic polymer. For birefringence measurement, a helium neon gas laser was used, and parallel light was vertically incident to obtain a double pass value.
[0045]
[Table 1]
[0046]
From Table 1, birefringence is 50 nm or less when the minimum cavity thickness is 0.1 mm or less than the desired substrate thickness. The birefringence becomes a large value when obliquely incident on a polycarbonate resin substrate having a birefringence of 50 nm by this normal incidence. In the case of 30 degree incidence, it is about 100 nm. In addition, the irradiation light to the optical disk is focused light, and a high-density optical disk using a high objective lens having a high aperture of 0.6 or more requires a birefringence of 50 nm for vertical incidence even if it is a reproduction type. Further, in order to obtain the desired substrate thickness, only the opening direction between the molds can be controlled, so that the minimum cavity thickness cannot be greater than the desired substrate thickness. Therefore, it was confirmed that the minimum cavity thickness should be reduced from 0 mm to 0.1 mm with respect to the desired substrate thickness.
[0047]
Next, the maximum cavity thickness was examined. The minimum cavity thickness is made 0.05 mm thinner than the desired substrate thickness. The substrate outer diameter was 120 mm, and the desired substrate thickness was 0.6 mm. The signal area of the
[0048]
[Table 2]
[0049]
From Table 2, the larger the compression allowance, the better the birefringence and the greater the shot variation in the plate thickness. The larger the compression allowance, the thicker the
[0050]
From Table 2, the absolute value of birefringence is 50 nm or less when the compression allowance is 0.15 mm or more, and the shot variation of the plate thickness is ± 35 μm or less when the compression allowance is 0.3 mm This is the case. Here, the reference for the variation in the plate thickness is ± 35 μm. However, if the variation in the plate thickness exceeds ± 35 μm, the aberration increases and affects reading of the signal. The reference birefringence of 50 nm is as described in Table 1.
[0051]
From Table 2, it was confirmed that the compression allowance, that is, the difference between the maximum cavity thickness and the minimum cavity thickness is preferably 0.15 mm or more and 0.3 mm or less.
[0052]
Table 3 shows the relationship between the injection compression force and the birefringence during filling of the molten resin. The minimum cavity thickness was 0.05 mm thinner than the desired substrate thickness, and the compression allowance was 0.2 mm. The substrate outer diameter was 120 mm, and the desired substrate thickness was 0.6 mm. The signal area of the
[0053]
[Table 3]
[0054]
From Table 3, the absolute value of birefringence was 50 nm or less when the injection compression force during resin filling was 10 tons or less. In this case, before the molten resin is filled into the
[0055]
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the case where the molding apparatus is a direct pressure system will be described. In the case of a toggle-type molding apparatus as shown in FIG. 7B, the opening and closing of the mold, the clamping of the mold and the injection compression are divided into a
[0056]
The structure of the mold is shown in FIG. Compared with the case of FIG. 1 in which the core is moved, the structure is such that there is no fixed mold guide ring 23 and no movable
[0057]
Table 4 shows correspondence between the minimum cavity thickness (at room temperature, desired substrate thickness reference), the minimum controllable plate thickness (desired substrate thickness reference), and the maximum absolute value of birefringence at the desired substrate thickness. The maximum cavity thickness was 0.2 mm thicker than the desired substrate thickness. The substrate outer diameter was 120 mm, and the desired substrate thickness was 0.6 mm. The signal area of the
[0058]
[Table 4]
[0059]
From Table 4, the birefringence is 50 nm or less when the minimum cavity thickness is 0.1 mm or less than the desired substrate thickness. Further, in order to obtain the desired substrate thickness, only the opening direction between the molds can be controlled, so that the minimum cavity thickness cannot be greater than the desired substrate thickness. Therefore, it was confirmed that the minimum cavity thickness should be reduced from 0 mm to 0.1 mm with respect to the desired substrate thickness.
[0060]
Next, consider the maximum cavity thickness. The minimum cavity thickness is made 0.05 mm thinner than the desired substrate thickness. The opening amount of the mold was measured using a laser displacement meter. The substrate outer diameter was 120 mm, and the desired substrate thickness was 0.6 mm. The signal area of the
[0061]
[Table 5]
[0062]
From Table 5, the larger the compression allowance, the better the birefringence, and the shot variation of the plate thickness increases.
[0063]
From Table 5, the absolute value of birefringence is 50 nm or less when the compression allowance is 0.15 mm or more, and the shot variation of the plate thickness is ± 35 μm or less when the compression allowance is 0.3 mm This is the case. Therefore, it was confirmed that the compression allowance, that is, the difference between the maximum cavity thickness and the minimum cavity thickness is preferably 0.15 mm or more and 0.3 mm or less.
[0064]
Table 6 shows the relationship between the first mold clamping force and the birefringence when the molten resin is filled. The minimum cavity thickness was 0.05 mm thinner than the desired substrate thickness, and the compression allowance was 0.2 mm. The substrate outer diameter was 120 mm, and the desired substrate thickness was 0.6 mm. The signal area of the
[0065]
[Table 6]
[0066]
From Table 6, the absolute value of birefringence was 50 nm or less when the first mold clamping force was 10 tons or less. In this case, when the molten resin is filled in the
[0067]
In the present embodiment, the case of the direct pressure type molding apparatus is shown, but even in the case of the toggle type molding apparatus, the same operation can be performed using the mold having the structure of FIG. In the case of the toggle type molding apparatus, the mold clamping is performed using only the mold clamping mechanism without using the injection compression mechanism for moving the core portion as in the first embodiment. In this way, it was confirmed that the same results were obtained as a result of setting the same molding conditions as in the case of the direct pressure molding apparatus in the toggle molding apparatus.
[0068]
(Embodiment 3)
In the first embodiment and the second embodiment, the force pushing the
[0069]
Table 7 shows the correspondence between the minimum cavity thickness (at room temperature, desired substrate thickness reference), the minimum controllable plate thickness (desired substrate thickness reference), and the maximum absolute value of birefringence at the desired substrate thickness. The maximum cavity thickness was 0.2 mm thicker than the desired substrate thickness. The substrate outer diameter was 120 mm, and the desired substrate thickness was 0.6 mm. The signal area of the
[0070]
[Table 7]
[0071]
From Table 7, the birefringence is 50 nm or less when the minimum cavity thickness is 0.1 mm or less than the desired substrate thickness. Further, in order to obtain the desired substrate thickness, only the opening direction between the molds can be controlled, so that the minimum cavity thickness cannot be greater than the desired substrate thickness. Therefore, it was confirmed that the minimum cavity thickness should be reduced from 0 mm to 0.1 mm with respect to the desired substrate thickness.
[0072]
Next, consider the maximum cavity thickness. The minimum cavity thickness is made 0.05 mm thinner than the desired substrate thickness. The opening amount of the mold was measured using a laser displacement meter. The substrate outer diameter was 120 mm, and the desired substrate thickness was 0.6 mm. The signal area of the
[0073]
[Table 8]
[0074]
From Table 8, the larger the compression allowance, the better the birefringence and the greater the shot thickness variation.
[0075]
From Table 8, the absolute value of birefringence is 50 nm or less when the compression allowance is 0.15 mm or more, and the shot variation of the plate thickness is ± 35 μm or less when the compression allowance is 0.3 mm This is the case. Therefore, it was confirmed that the compression allowance, that is, the difference between the maximum cavity thickness and the minimum cavity thickness is preferably 0.15 mm or more and 0.3 mm or less.
[0076]
Table 9 shows the relationship between the mold clamping force, the birefringence and the plate thickness at the time of filling the molten resin. The minimum cavity thickness was 0.05 mm thinner than the desired substrate thickness, and the compression allowance was 0.2 mm. The substrate outer diameter was 120 mm, and the desired substrate thickness was 0.6 mm. The signal area of the
[0077]
[Table 9]
[0078]
From Table 9, the absolute value of birefringence was 50 nm or less when the mold clamping force was 10 tons or less. In this case, when the molten resin is filled in the
[0079]
In the present embodiment, the case of a direct pressure type molding apparatus is shown, but the same operation can be performed even in the case of a toggle type molding apparatus. Also in the case of a toggle type molding apparatus, the mold clamping is performed using only the mold clamping mechanism without using the injection compression mechanism for moving the core portion as in the first embodiment. In this way, it was confirmed that the same results were obtained as a result of setting the same molding conditions as in the case of the direct pressure molding apparatus in the toggle molding apparatus.
[0080]
(Embodiment 4)
According to the manufacturing method as in the first to third embodiments, a pit substrate made of polycarbonate resin, having an outer diameter of 120 mm, a thickness of 0.6 mm, a signal area of a track pitch of 1.0 μm, and a depth of 110 nm. In the case of molding, the characteristic that the absolute value of birefringence is 50 nm or less can be obtained when the resin temperature is 380 ° C. and the mold temperature is 120 ° C. or more. In this case, the transfer of pits is sufficient.
[0081]
Therefore, the case of forming a substrate having a higher density signal portion was examined. The signal area of the
[0082]
In order to improve the transfer, in the case of the mold shown in FIG. 1, when the injection compression force is increased, the resin in the
[0083]
[Table 10]
[0084]
Table 10 shows that if the mold temperature is 130 ° C., a track pitch of 0.6 μm and a pit depth of 110 nm are transferred. However, it was found that a substrate molded at a mold temperature of 145 ° C. cannot be used as a substrate for an optical disk because it is warped in a propeller shape. It was also found that the influence of the sprue temperature was small.
[0085]
The mold temperature generally refers to the control temperature of the medium flowing in the mold. However, in actual molding, the temperature of the
[0086]
Here, Table 11 shows the result of changing the temperature of the fixed
[0087]
[Table 11]
[0088]
It can be seen from Table 11 that the mold temperature without the stamper does not affect the transfer. Therefore, if the temperature of the mold on which the stamper is mounted is at least 130 ° C., the transfer of pits with a track pitch of 0.6 μm and a depth of 110 nm is satisfactory.
[0089]
From the above, in order to obtain a practical product by forming a substrate having an outer diameter of 120 mm and a thickness of 0.6 mm, at least the mold mirror surface temperature of the stamper mounted is the glass transition temperature of the resin material. Further, it has been found that it must be 5K or more and 25K or less, preferably 5K or more and 15K or less.
[0090]
Here, the molding cycle was fixed at 15 seconds. When this molding cycle is shortened, the mold mirror surface temperature is increased even if the mold temperature is the same. Therefore, if the molding cycle is changed to 15 seconds, 12 seconds, and 8 seconds, and the relationship between the mold mirror surface temperature and transfer and birefringence is examined, the mold mirror surface temperature at which sufficient transfer and birefringence of 50 nm or less can be obtained is the molding temperature. It turns out that it does not depend on the cycle.
[0091]
2 is the same as the case where the mold of FIG. 1 or FIG. 2 is mounted on a toggle type molding apparatus, the outer diameter is 120 mm, In order to obtain a practical product by molding a substrate having a thickness of 0.6 mm, at least the mold mirror surface temperature of the stamper mounted is 5K or more and 25K or less, preferably 5K or more than the glass transition temperature of the resin material. It was found that it must be lowered by 15K or less.
[0092]
(Embodiment 5)
Next, the relationship between the pressure applied to the molten resin and birefringence was examined. Here, the case where the metal mold | die of FIG. 1 is mounted in the toggle type | molding apparatus is demonstrated. Since the pressure received by the molten resin cannot be directly detected, the pressure received by the screw is substituted for the reaction force of the molten resin and detected by a pressure gauge provided in the
[0093]
Based on the pressure change in FIG. 4, the filling of the molten resin into the
[0094]
The substrate outer diameter was 120 mm, and the desired substrate thickness was 0.6 mm. The minimum cavity thickness was 0.05 mm thinner than the desired substrate thickness, and the compression allowance was 0.2 mm. The signal area of the
[0095]
[Table 12]
[0096]
From Table 12, the absolute value of the birefringence is 50 nm or less from 0.3 hours after the time when the pressure received by the molten resin is minimized.
[0097]
The compression process should be started at the same time or earlier when the filling of the molten resin into the
[0098]
In the present embodiment, the molding apparatus is a toggle system, but even with the direct pressure system, the first mold clamping force is 4 tons and the second mold clamping force is 20 tons, and other conditions are set the same as in the toggle system. However, similar results were obtained.
[0099]
[0100]
(Embodiment 6)
In the fifth embodiment, the relationship between the pressure received by the resin in the
[0101]
The specific mechanism is as shown in FIG. That is, the
[0102]
Next, the
[0103]
As a result, the same result as in the fifth embodiment was obtained.
[0104]
The entire configuration of the disk substrate manufacturing apparatus of the present invention includes an opening / closing means for opening and closing a pair of molds, a heating means for melting the resin, and an injection means for filling the molten resin into a cavity between the pair of closed molds. Pressure holding means for preventing backflow of the resin filled in the cavity to the inflow side, compression means for tightening the pair of molds after filling, and time for minimizing the pressure of the resin filled in the cavity. It has means for detecting, and after 0 to 0.3 seconds from the time when the pressure becomes minimum, the operation for closing the inlet for flowing the molten resin into the cavity or the operation for starting the compression process is performed. .
[0105]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the resin inlet is closed in the vicinity of the time when the pressure received by the molten resin filled in the cavity formed between the pair of closed molds is minimized. Residual stress in the resin is reduced, and the compression and birefringence of the molded resin substrate is improved by starting the compression step before the resin is solidified. Also, transfer and birefringence can be improved by appropriately selecting the adjustment temperature of the mold mirror surface.
[0106]
Furthermore, the time during which the pressure received by the molten resin filled in the cavity formed between the pair of closed molds is minimized varies depending on the molding conditions, and this time is detected to close the molten resin inlet. By starting the operation and compression process, stable substrate transfer and birefringence can always be obtained.
[0107]
Further, according to the manufacturing apparatus of the present invention, when the resin is filled into the cavity, the cavity thickness and the injection compression force are specified to reduce the stress applied to the resin and to reduce the birefringence. In addition, the mold temperature is specified to improve the resin flow, stop the resin inflow when the pressure at the time of resin filling is minimal, and start the compression process to achieve good transfer and reduction of birefringence. be able to. As a result, a disk substrate can be manufactured reasonably and efficiently.
[0108]
According to the manufacturing apparatus of the present invention, when the molten resin is filled in the cavity formed between the pair of closed molds, the cavity thickness is wider than when the mold is completely closed. The pressure applied to the molten resin from the mold is as low as possible to control the plate thickness, so the stress generated in the molten resin is also reduced, and the birefringence of the molded resin substrate is reduced. Become.
[0109]
In addition, since the resin inlet is closed in the vicinity of the time when the pressure received by the molten resin filled in the cavity formed between the pair of closed molds is minimized, the residual stress in the molten resin is reduced. By starting the compression process before the resin is solidified, transfer and birefringence of the molded resin substrate are improved. Also, transfer and birefringence can be improved by appropriately selecting the adjustment temperature of the mold mirror surface.
[0110]
Furthermore, the time during which the pressure received by the molten resin filled in the cavity formed between the pair of closed molds is minimized varies depending on the molding conditions, and this time is detected to close the molten resin inlet. By starting the operation and compression process, stable substrate transfer and birefringence can always be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional side view showing a configuration of a mold used in
FIG. 2 is a cross-sectional side view showing a configuration of a mold used in
FIG. 3 is a cross-sectional side view showing a configuration of a molding apparatus used in
FIG. 4 is a diagram showing a change with time of pressure received by a screw according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 5 (a) and 5 (b) are functional explanatory block diagrams of a molding apparatus shown in
FIGS. 6 (a), (b), (c), (d), and (e) are signals at a pressure detector and a pressure minimum time detector received by a screw of a molding apparatus according to
7 (a) and 7 (b) are plan views showing an outline of a mechanism portion of a conventional molding apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Material dryer
2 Hoppers
3 Screw
4 Motor
5 Heating cylinder
6 Fixed mold
7 Movable mold
8 Hydraulic circuit
9 nozzles
10 cavities
11 Stamper
12 Stamper inner circumference presser
13 Stamper outer periphery presser
14 Movable mold mirror part
15 Cooling channel
16 Movable mold base
17 Floating punch
18 Cut punch
19 Protruding pin
20 Movable mold abutment ring
21 Fixed die abutment ring
22 Movable mold guide ring
23 Fixed mold guide ring
24 Fixed mold base
25 Fixed mold mirror part
26 Cooling water channel
27 Sprue bush
28 Fixed bushing
29 Pressure detector for screw
30 Pressure minimum time detector
31, 32 timer
33 Cut punch protruding hydraulic circuit
34 Clamping hydraulic circuit
35 Injection compression hydraulic circuit
36 frame
101 Fixed mold
102 Movable mold
103, 104 large plate
105 tie bar
106, 108, 111, 112 Hydraulic circuit
107, 109 piston
110 toggle
113 Hydraulic pipe
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