JP4804087B2 - ディスク成形装置およびディスク成形方法ならびに情報記録ディスク - Google Patents

Description

本発明は、ディスク成型装置，ディスク成型方法、およびディスク成型方法により成形された情報記録ディスクに関するものである。

近年、ＣＤ（Compact Disc）と比較して容量が約７倍もある書き換え可能なＤＶＤ（Digital Versatile Disk）が市場を賑わせており、さらにブルーレイディスクやＨＤＤ（Hard Disk Drive）といった超高密度ディスクも開発されており、ますます高密度かつ大容量の光ディスクが主流になりつつある。

このような高密度かつ大容量の光ディスクを製造する場合、特に成形においてはＣＤと比べ、信号を読み取るための凹凸部を有する形状部が微細化されているため、その形状部を確実に樹脂成形品としてスタンパーにて転写すること（高転写）が、ますます困難になっている。

さらに、最近では、このような高密度ディスクにおいて高転写性を確保しつつ、いかに生産性の向上（成形サイクル時間の短縮化）を果たすかが、技術競争におけるポイントとなってきている。なお、現状の従来技術では、通常、成形サイクル時間は７秒以上で実施されている。

一般的にディスク成形方法は、図３に示すようなディスク成形金型、すなわち、信号を読み取るための微細な凹凸形状を有するスタンパー１をスタンパーホルダー２に組み込み、スタンパー１とスタンパーホルダー２を、固定側型板３と可動側型板４間のキャビティ５部分に装着してなる金型により成形が実施される。

そして、図示しない温度調節部材からなる固定側温調手段６と可動側温調手段７とによって温度調整されたディスク金型のキャビティ５に、金型中心部の樹脂注入口８から加熱溶融した樹脂を注入し、型締め圧縮した後、冷却してディスク基板を取り出して製造する。

このようなディスク金型において、成形サイクル時間の短縮化（ハイサイクル成形）を実現するために、通常、下記の事項が実施されている。

図４は取り出し直前のディスク基板の表面温度分布を表す図であり、通常はディスク成形基板の内周が樹脂注入口に一番近いため、基板温度が高くなる傾向にある。また、ディスク基板の外周部は、注入された先頭の樹脂が到達するため、他の部位（内周，中周）に比べて低温化になりやすい傾向にある。このため、ディスク基板の内周から外周にかけては温度勾配が生じやすく、この温度勾配が大きければ大きい程、ディスク基板の反りの発生状態が安定しにくく、そのために成形サイクル時間を長くとることにより、反りの精度を確保しなければならなかった。

そこで、ディスク基板の内周から外周にかけての温度をいかに素早く冷却し、かつ均一な温度分布にした状態、すなわち、図５の温度分布のような状態で取り出すことができるかが技術上の課題となっていた。

実際に実施されている構成としては、特許文献１に記載されているように、金型の内周部から外周部にかけての温調手段を工夫し、基板の温度分布をより均一にするというのが一般的である。
特開平９−１０４０４９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、図５に示すように、ディスク基板の内周から外周付近までは温度分布の均一化が図れるが、最外周部に関しては、前記のように成形時の樹脂の到達が一番早いため、他の部位と比較して冷却が進み、低温状態になる。

このため、ディスク基板における低温状態になっている最外周部は、前記高転写性の確保をするためには、一番困難な部位となる傾向が強かった。この最外周部における転写性を確保するためには、従来では金型温度を上げて、ディスク基板の最外周部の低温化を防ぐようにすることが一般的であった。

しかし、図７に示すディスク基板の最外周部に位置する金型表面温度の時間的経過を表す図のように、従来の設定した金型温度より上昇させてしまうと、最外周部の転写は向上するが、ディスク基板自体の表面温度も上昇してしまうため、基板の反り精度の確保が悪化傾向になってしまう。このため、従来よりディスク基板の冷却時間を長くとることが必要となり、成形サイクルの短縮化としては逆に悪化することになってしまう。

図７において、最初は樹脂が注入されていない状態のため、設定した金型温度とほぼ同等の表面温度状態であるが、樹脂の注入開始から一気に温度が上昇し、ピーク温度に達する。このとき、勿論、適正な型締め圧縮力が作用していることが前提となるが、ピーク温度の高低によってディスク基板の最外周部の転写精度が左右される。すなわち、ピーク温度が一定の温度より高いと転写精度が確保され、ピーク温度が低いと転写精度の確保が困難になり、転写の限界ラインとなる重要な温度領域となるのである。

その後、徐々に金型温調回路の冷却によって除冷され、さらにディスク基板の取り出し直前まで冷却されるわけであるが、最終取り出しの直前の金型表面温度はディスク基板周方向の反り品質と密接な関係がある。すなわち、最終取り出しの直前の金型表面温度がある一定の温度より高いと、周方向の反り品質の確保が困難であり、低いと反り品質は確保される。このような温度推移を表したのが図７である。

また一方では、単純に成形サイクル時間を短縮するために、基板冷却時間自体を短縮するという方法も考えられる。しかし、図８に示すように、成形サイクル時間が短縮されると、転写精度は向上するが、十分な冷却がなされないため、ディスク基板の最外周部の金型表面温度の上昇に伴い、周方向の反り品質が悪化する。このため、成形サイクル時間の短縮化は実現できない。

さらに、図９に示すように、成形サイクル時間の短縮化実現のために、金型温度を下げるという方法も考えられるが、今度は前記金型表面温度のピーク温度が転写に必要な温度以下になりやすく、転写の確保が困難になる。このため、周方向の反り品質は確保されるものの、成形サイクル時間の短縮化は実現できない。

このように、サイクルタイムと金型温度，転写，周方向の反り品質の全てを満たす金型表面温度の曲線を見出すことは容易でなく、現状では成形サイクル時間を短縮することは困難である。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、成形サイクル時間と金型温度，転写，周方向の反り品質の全てを満たすために、金型温度を下げた状態で周方向の反り品質を確保しながら、最外周部の転写精度確保を行うことにより、成形サイクル時間の短縮化を可能にするディスク成形装置およびディスク成形方法ならびに情報記録ディスクを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係るディスク成形装置およびディスク成形方法は、加熱した微細な凸凹のあるディスク金型に、その中心部の注入口から加熱溶融した樹脂を注入し、型締め圧縮した後、冷却してディスクを製造する工程において、スタンパーの外周部のキャビティ側の面に接触してキャビティの外周端を形成する可動リングの外周部の溝に内接させて固定した加熱部を設け、該加熱部によりディスク周辺部の温度を、ディスク基板の中心およびディスク基板の中程よりも３〜１０℃高くして成形するものであり、従来では不可能であった低い金型温度でディスク基板の最外周部の転写を確保することができ、これによって周方向の反り品質も確保しながら、成形サイクルの短縮化を実現することが可能になる。

また、本発明に係る情報記録ディスクは、前記ディスク成形方法およびディスク成形装置にて製造したものであり、これにより、良好な微細な凹凸の転写と、周方向の反り品質が確保される。

本発明によれば、各種の高密度ディスクにおいて、転写精度を確保しながら、ハイサイクル成形を実現することができる。

本発明の実施の形態を説明する前に本発明の概要について説明する。

すなわち、従来においては特許文献１に記載されているように、金型温調を工夫してもディスク基板の内周から中程付近までは冷却効率の向上は実現するが、ディスク基板の外周部では逆に過冷却となり、スタンパーによる転写の確保が困難であった。

また、図９に示すように、従来において金型温度を下げてしまうと、内周から最外周部まで全体的に金型の表面温度が下がってしまう。このため、ディスク基板の外周部の周内の反り品質は確保できるが、ディスク基板の外周部の転写が確保できなくなるため、いずれにせよ結果として、成形サイクル時間の短縮化は実現できない状態になってしまう。

そこで、図６に示すように、金型温度を下げた状態になっても転写確保の維持が可能な金型表面温度を有し、かつ取り出し直前にはディスク基板の外周部の金型表面温度が周内方向の反り品質を満たす温度（曲線Ａ）になるような温度プロファイルにすることが、成形サイクル時間の短縮化を実現するには必要不可欠となる。

この点に着目して、発明者らは、鋭意検討，研究し、従来では不可能であった低い金型温度設定でありながら、転写の確保を維持し、かつ周内方向の反り品質をも確保して、成形サイクル時間の短縮化が実現できるような、以下のような本発明に係る温度プロファイルの領域および条件を見出したのである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態を説明するためのディスク成形金型の概略構成図である。

図１において、信号を読み取るための微細な凹凸形状を有するスタンパー１は、その内周側をスタンパーホルダー２によって保持した状態で第１金型としての固定側型板３に組み込まれており、スタンパー１の表面と第２金型としての可動側型板４間のキャビティ５部分に、金型中心部の樹脂注入口８から加熱溶融した樹脂を注入し、型締め圧縮を行うことにより所定の板厚にしながら、スタンパー１の微細形状の転写を行う。その後、固定側型板３と可動側型板４は、図示しない温度調節部材からなる固定側温調手段６と可動側温調手段７により冷却された後、開かれて、成形されたディスク基板が取り出される。

固定側温調手段６と可動側温調手段７は、金型中央部分の温度設定を行う中央付近温度調節手段として機能し、それぞれ温度検知センサ１１，１２と、加熱／冷却させる駆動部１３，１４とを具備しており、両駆動部１３，１４は、各温度検知センサ１１，１２からの検知情報を得る制御手段である演算処理部１５によりコントロールされる構成になっており、固定側温調手段６と可動側温調手段７により、固定側型板３と可動側型板４とが、あらかじめ定められた温度に設定される。

本実施形態では、図１および図２の横断面図に示すように、固定側型板３と可動側型板４との間の外側部に設けられて、ディスク基板の外周部の形状を形成する可動リング１６の最外周部に溝１６ａを形成し、この溝１６ａにヒーター１７を内設し、かつヒーター１７近傍に熱電対などからなる温度センサ１８を設け、さらに、ヒーター１７を駆動部１９によりオン／オフし、かつ該駆動部１９を温度センサ１８から検知情報を得る前記演算処理部１５によりコントロールする構成にすることにより、金型外側部分の温度設定を行う外周部温度調節手段を構成している。この外周部温度調節手段は、固定側型板３と可動側型板４のいずれか一方側に設けるようにしてもよい。

ヒーター１７は、固定側温調手段６と可動側温調手段７とは独立して設置され、固定側温調手段６と可動側温調手段７によって金型加熱／冷却を行うことにより、本例では円形のディスク基板の内周の半径７．５ｍｍ以上から、外周の半径５０ｍｍ未満までの金型表面温度をほぼ均一にする。また、ヒーター１７によって円形のディスク基板の最外周部の約半径５０ｍｍ以上から半径６０ｍｍ以下までが、固定側温調手段６と可動側温調手段７とに設定された金型設定温度Ｔ１、Ｔ２に対して、３℃以上１０℃以下程度、高い設定温度Ｔ３になるように演算処理部１５によりコントロールされる。

このような設定温度にすることにより、図６に示す温度特性曲線Ａのように、ディスク基板の温度分布が内周から最外周部にかけてほぼ均一にすることができる。

この結果、図１０に示すように、ディスク基板の最外周部だけ従来より３〜１０℃加熱するだけで、図１０の矢印（１）のようにスタンパー転写を確保するための金型表面温度が得られる。しかし、この状態のままであると、成形サイクル時間を短縮させた場合、ディスク基板における周方向の反り品質は確保できない。

このため、図１０の矢印（２）に示すように、金型温度を下げると、ディスク基板における周方向の反り品質を確保しながら、転写の確保が可能になる。そこで、図１０の矢印（３）に示すように、最終的にディスク基板における周方向の反り品質が維持できる限度まで成形サイクル時間を短縮することが可能になる、
本実施形態のような構成にすることにより、金型温度を下げた状態でも、転写の確保が可能になり、成形サイクル時間の短縮化が実現する。

すなわち、光ディスク基板の半径をＲとしたとき、ディスク基板の半径が５／６Ｒ未満の部分の成形時の温度分布と、ディスク基板の半径が５／６Ｒ以上からＲ以下の外周部における部分の成形時の温度分布を一定にする必要がある。

このため前記のように、中央付近温度調節手段である固定側温調手段６と可動側温調手段７と、外周部温度調節手段であるヒーター１７を設け、さらに、中心付近温度調節手段６，７の設定温度Ｔ１，Ｔ２よりも、外周部温度調節手段の設定温度Ｔ３を高くすること、すなわち、Ｔ３＞Ｔ１，Ｔ３＞Ｔ２とすることにより、ディスク基板の半径が５／６Ｒ以上からＲ以下の外周部における成形時の温度分布を一定にすることが可能になる。

なお、中央付近温度調節手段として、本実施形態では固定側温調手段６と可動側温調手段７との２つを設置したが、少なくともいずれか一方に設置すればよい。

具体的には、前記中心付近温度調節手段の設定温度Ｔ１，Ｔ２よりも、前記外周部温度調節手段の設定温度Ｔ３を、３℃以上１０℃以下の間で高くすることにより、ディスク基板の半径が５／６Ｒ以上の外周部と、その外周部以外のディスク基板における成形時の温度分布を一定にすることが可能になる。

なお、ディスク基板の成形時の基板表面温度の温度分布は、図６に示すとおり、最大温度は１１８℃程度であり、最低温度は１１５℃程度である。すなわち、金型の温度分布の幅は３℃以下の必要がある。材料などにより一義的には決められないが、ディスク基板の材料がポリカーボネイトの場合には、この金型の温度分布の幅（最大温度と最小温度の差）が３℃以下ではじめて、転写精度の確保をしながら、サイクルタイムが４．０秒以下のハイサイクル成形を可能にすることができる。

結果として本実施形態により、ディスク基板の内周部およびディスク基板の中周付近の温度を、周辺加熱部の加熱をしないで成形するときより５〜１０℃温度を下げても、ディスク基板における転写や周内方向の反り品質が良好な状態で成形を行うことが可能になった。

なお、より詳細には、ディスク基板の成形材料はポリカーボネイトを使用し、サイクルタイムが４．０秒以下のハイサイクル成形は、金型温度が１１０℃以上で、かつ型締め圧縮力が３０ｔ以上に設定することにより始めて実現できた。

また、本実施形態でのディスク基板としては、円形の光ディスクに用いたものとして説明したが、その円形形状に限らず、正方形や矩形や多角形形状のものであってもよい。

また、本実施形態の前記のようなディスク成形方法およびディスク成形装置により、光ディスクなどの情報記録ディスクを製造することにより、良好な微細な凹凸のスタンパー転写と、ディスク周方向の反り品質が確保される。

本発明は、ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ，ＤＶＤ−ＲＡＭなどのディスクだけでなく、ブルーレイディスクやＨＤＤなどの高密度ディスクなど、光ディスク成形全般に適用され、特に転写精度の確保をしながら、ハイサイクル成形も可能にするディスクの製造技術として有用である。

本発明の実施形態を説明するためのディスク成形金型の概略構成を示す縦断面図 本実施形態のディスク成形金型の要部を示す横断面図 従来のディスク成形金型の概略構成を示す縦断面図 従来のディスク成形におけるディスク基板の内周から外周までの温度分布図 従来のディスク成形における金型温調回路改善時の基板の温度分布図 本実施形態におけるディスク基板の内周から外周までの温度分布図 従来のディスク成形における金型温度を上げたときの最外周部における金型表面温度の分布曲線図 従来のディスク成形におけるサイクル短縮を実施したときの最外周部における金型表面温度の分布曲線図 従来のディスク成形における金型温度を下げたときの最外周部の金型表面温度の分布曲線図 本実施形態におけるディスク成形において金型温度を下げたときの最外周部の金型表面温度の分布曲線図

符号の説明

１ スタンパー
２ スタンパーホルダー
３ 固定側型板
４ 可動側型板
５ キャビティ
６ 固定側温調手段
７ 可動側温調手段
８ 樹脂注入口
１１，１２ 温度検知センサ
１３，１４ 駆動部
１５ 演算処理部
１６ 可動リング
１６ａ 溝
１７ ヒーター
１８ 温度センサ
１９ 駆動部

Claims (6)

1. 第１金型と第２金型とにより形成したキャビティに樹脂を注入することによりディスクを成形するディスク成形装置において、
   前記第１金型と前記第２金型との少なくとも一方の前記キャビティ側の面に設けたスタンパーと、
   前記スタンパーの外周部の前記キャビティ側の面に接触して前記キャビティの外周端を形成する可動リングと、
   前記第１金型と前記第２金型との少なくとも一方に設けた中心付近温度調節手段と、
   前記可動リングの外周部の溝に内接させて設けた外周部温度調節手段と、
   前記中心付近温度調節手段の設定温度をＴ１とし、前記外周部温度調節手段の設定温度をＴ３としたとき、前記Ｔ３と前記Ｔ１との差（Ｔ３−Ｔ１）が３℃以上１０℃以下になるように前記Ｔ１と前記Ｔ３との温度制御を行う制御手段と
   を備えたことを特徴とするディスク成形装置。
2. 第１金型と第２金型とにより形成されたキャビティに樹脂を注入してディスクを成形するディスク成形方法において、
   前記キャビティを、前記第１金型と前記第２金型との少なくとも一方の前記キャビティ側の面に設けたスタンパーと、前記スタンパーの外周部の前記キャビティ側の面に接触して前記キャビティの外周端を形成する可動リングとを用いて形成し、
   前記第１金型と前記第２金型との少なくとも一方に設けた中心付近温度調節手段の設定温度をＴ１とし、前記可動リングの外周部の溝に内接させて設けた外周部温度調節手段の設定温度をＴ３とした場合、前記Ｔ３と前記Ｔ１との差（Ｔ３−Ｔ１）が３℃以上１０℃以下になるように前記Ｔ１と前記Ｔ３とを設定し、
   前記金型の中心部の注入口から溶融した樹脂を前記キャビティに注入し、
   型締め圧縮してディスクを成形する
   ことを特徴とするディスク成形方法。
3. ディスクの成形材料がポリカーボネイトであることを特徴とする請求項２記載のディスク成形方法。
4. ディスク成形のサイクルタイムが４．０秒以下であることを特徴とする請求項２または３記載のディスク成形方法。
5. 型締め圧縮力が３０ｔ以上、かつ金型温度が１１０℃以上であることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載のディスク成形方法。
6. 第１金型と第２金型とにより形成されたキャビティに樹脂を注入してディスクを成形するディスク成形方法を用いて製造される情報記録ディスクにおいて、
   前記ディスク成形方法として請求項２〜５いずれか１項記載のディスク成形方法を用いて成形されたことを特徴とする情報記録ディスク。

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