JPH0386946A - 光ディスク基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野１ 本発明は情報記憶用に用いられる光ディスクのためのプ
ラスチック基板に関するものである。

［従来の技術］ 光デイスク基板としては、ポリメチルメタクリレート（
ＰＭＭＡ）樹脂基板、エポキシ樹脂基板、ポリカーボネ
ート樹脂基板、ガラス−２Ｐ（）オドポリマ）基板など
が利用されている。プラスチック基板は射出成形などの
手法によりたやすく成形でき、しかも量産化が図れるた
め光ディスクの分野では特に期待が高い。しかしながら
、プラスチック材料はガラスにくらべて残留応力による
複屈折性の高いものが多く、とりわけポリカーボネート
樹脂基板では、複屈折性が高いことが大きな欠点となっ
ていた。

そのため、光ディスクの射出成形においては成形品の複
屈折をさげる努力のみがなされてきた。

その結果、シングルパスリターデーションで１０ナノメ
ータ以下のものもみられるようになっている。

一方、光デイスクドライブ装置は、情報処理速度の高速
化にともない、スピンドル回転速度も２４００ｒｐｍか
ら７２００ｒｐｍと上がってきている。スピンドル回転
速度が高速化すると、回転による応力が基板に加わるこ
ととなるが、ポリカーボネート樹脂は、　７ｘ　１０−
”ｃｍ’／ｄｙｎｅの光弾性係数をもつため、この回転
による応力で基板に複屈折性が生じる。したがって、射
出成形時に低複屈折であっても、高速回転で信号を記録
再生するときには、発生する複屈折によって、信号品質
の劣化がおこる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の技術では、静止状態で応力バラン
スがとれた状態、つまり複屈折性が小さな状態をとるた
めの射出条件が選択されていたため、高速回転時に発生
する応力を補償することはできず、従って高速回転時の
信号品質の劣化を解決できなかった。

本発明の目的は高速回転時に発生する応力によっておこ
る信号品質劣化を防ぎ、高速回転でも良好な信号品質の
得られる光デイスク基板およびその製造方法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明光デイスク基板は、半径方向に次式で表される引
Ｗ張り応力分布を有することを特徴とする。

ただしσは応力（ｋｇ／ｃｍ２） γは基板材料の密度（ｇ／ｃｍ２） ωは基板の回転角速度（１７ｓｅｃ） νは基板材料のポアソン比 ａは基板の内径（ｃｍ） ｂは基板の外径（ｃｍ） ｇは重力加速度（ｃｍ／５ｅｃ２） ｒは基板中心からの距離（ｃｍ） である。

本発明方法は、光デイスク基板の製造方法において、射
出成形用金型の基板の内周に対応する部分の温度を基板
の外周に対応する部分の温度より低く、かつ外周に対応
する部分の温度を基板材料の外周に対応する部分の温度
より低く維持しながら、基板用プラスチック材料を金型
内に射出成型し、冷却することを特徴とする。

［作　用］ ディスクが回転する時の応力を（１）式を用いて見積る
と、内径が１５ｍｍ、外径が１３０＋＋ｍのポリカーボ
ネート樹脂基板の場合、２４００ｒｐｍで、半径３２．
５ｍｍにおいて、周方向応力１．２５ｋｇ／ｃｍ’、径
方向応力は１ｋｇ／ｃｍ２となる。両方向応力の差分０
．２５ｋｇ／ｃｍ２となり、これにポリカーボネート樹
脂の光弾性係数７ｘ　１０−１２ｃｍ２／ｄｙｎｅを用
いて複屈折性（リターデーション）を計算すると、およ
そ２．５ｎｍ　　（シングルパス）となる。一方外周半
径６０ｍｍの位置では、周方向応力は０．７ｋｇ／ｃ＋
ｎ２．径方向応力は、０．２ｋｇ／ｃｍ２となり、差分
０．５ｋｇ／ｃｍ’でリターデーションは５Ｄｍ　　（
シングルパス）となる。いずれも周方向の引張り応力が
大きいので、静止状態において、半径３２．５ｍｍ、　
８Ｄ、Ｏｍｍでそれぞれ０．２５゜０．５　ｋｏ／ｃｍ
’の引張り応力を径方向に対してあらかじめ付与してお
けば、回転時に発生する周方向の引張り応力を補償して
、回転中の複屈折はほとんどなくなると予想される。

また７２００ｒｐｍでは、回転による応力の複屈折に及
ぼす影響は著しく、（１）式を用いてその応力を計算か
ら求めると、半径３２．５ｍｍで周方向応力１１．５ｋ
ｇ／ａｍ’、径方向応力９ｋｏ／ｃｍ２で差分の応力２
゜５ｋｇ／ｃｍ’の周方向応力となり、発生する複屈折
（リターデーション）は２５Ｄｍ　（シングルパス）と
なる。半径６０ｍｍの位置では、周方向応力６ｋｇ／ｃ
ｍ２゜径方向応力１ｋｇ／ｃｍ２となり応力差分５ｋｇ
／ｃｍ２の引張り応力であるから、およそ５０ｎＩ［ｌ
のリターデーション（シングルパス）となる。

そこであらかじめ、静止状態において、半径３２．５ｍ
ｍおよび６０ｍｍにおいてそれぞれ２．５および５ｋｇ
／ｃｍ２の方向に引張り応力をつけておけば、回転時に
発生する周方向の引張り応力と補償して回転中の複屈折
は低く抑えられる。

本発明は書替え可能な光磁気記録用ディスクのためのプ
ラスチック基板に対して特に有効である。

一般に射出成形品の複屈折は、射出時の樹脂の流動せん
断心力によるディスク半径方向に対する引張り応力と、
金型内で樹脂が冷却する時に発生するディスク半径方向
に対して収縮する応力との差分によると考えられている
。

そこで、金型温度を外周に対応する部分の点近傍で、か
つそれ以下の温度に設定すると、冷却時に発生するディ
スク半径方向に対して収縮する応力が小さくなるため、
樹脂の流動せん断心力（これは外周に対応する部分の温
度以上の温度でないと緩和しない）による影響が顕著と
なり、いわゆる正の複屈折を示す。

つまり、半径方向は対して引張り応力となる。しかしな
がら、この流動せん断心力は内周はど大きく、外周にな
るにつれ小さくなるので、金型温度を外周に対応する部
分の温度近傍で、かつそれ以下の温度に設定するだけで
は（１）式の応力分布とならない。

そこで金型温度をディスク内周に対応する部分と外周に
対応する部分の２値設定し、内周部温度を外周部温度よ
り低く、しかも外周部金型温度をプラスチック基板の外
周に対応する部分の温度より低くする。

金型外周部の温度と外周に対応する部分の温度との差、
内外周部の温度差は、基板用プラスチック材料の性質お
よび使用条件によって選ばれる。

内周部と外周部との温度差はｌＯ℃程度で良く、外周部
の温度と基板材料の外周に対応する部分の７品度との差
は３０℃以内とする。このように金型の温度を設定する
ことによってはじめて（１）式の応力分布となる。つま
り、内周部においては外周部にくらべて冷却温度がｌＯ
℃程度低いので、冷却時に発生する半径方向の収縮応力
が外周部よりも大きく流動せん断心力との差分は小さく
なる。外周部においては外周に対応する部分の温度近傍
以下の温度であるため、流動せん断心力が顕著となる。

このため、本発明の金型温度設定によって（１）式の応
力分布が可能となる。その結果、内周部の複屈折が外周
部のそれより小さな基板が得られる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

ポリカーボネート樹脂（帝人化成製へ〇−５５０３）と
射出成形機（住友重量械製ＤＩＳＫ５型締カフ５トン）
を用いて直径１３０ｍｍのディスク基板を射出成形した
。ディスク中心から半径３５ｎｖおよび５５ｍｍに対応
する金型位置での金型温度をそれぞれ１１５℃および１
２５℃に設定した金型を用いて射出成形した基板の半径
位置３０，４０．５０および６０ｍｍでのりタープ−ジ
ョンは、静止状態で、それぞれ２２Ｄｍ、２３Ｄｍ、３
５Ｄｍおよび４５Ｄｍであり、進相軸（屈折率の小さな
光＠）が周方向にあった。この基板を基板（Ａ）とする
。これら複屈折値からポリカーボネート樹脂の光弾性係
数を用いて応力を計算すると、残留応力としては半径３
０，４０．５０および６０ｍｍにおいて、それぞれおよ
そ２．２ｋｇ／ｃｍ２，２．３ｋｇ／ｃｍ２，３．５ｋ
ｇ／ｃｍ２および４．５ｋｇ／／ｃｍ２で径方向に引張
り応力となっている。

一方、ディスク中心から半径３５ｍｍ、半径５５ｍｍに
対応する金型位置での金型温度を両方とも１１０℃に設
定して射出成形した直径１３０ｍｍの基板の半径３０．
４０．５０および６０ｍｍでの静止状態のりタープ−ジ
ョンはそれぞれ５，８．９および５ｒ＋ｍで、その進相
軸が径方向にあった。この基板を基板（Ｂ）とする。こ
れら複屈折値から同様に、光弾性係数を用いて応力を計
算すると、残留応力は０．５ｋｇ／ｃｍ２゜０．８ｋｇ
／ｃｍ”　、０．９ｋｇ／ｃｍ’　、０．５ｋｇ／ｃｍ
２ですべて周方向引張り応力となっていた。

また、ディスク中心から半径３５ｍｍ、半径５５■に対
応する金型位置での金型温度をそれぞれ、１０５℃、１
１５℃に設定して、射出成形した場合直径１３０ｍｍの
基板の半径３０，４０．５０および６０ｍｍでの静止状
態のりタープ−ジョンは、それぞれ−３，０，＋１およ
び＋ｌｎｍであった。正、負の符号は、正が径方向の引
張り応力が残留しており、負は周方向の引張り応力が残
留していることを示している。

ボリガボネート樹脂の外周に対応する部分の温度は、お
よそ１４５℃であるから金型温度を樹脂の外周に対応す
る部分の７品度より金型内周部で４０℃、金型外周部で
３０℃低い温度を境界にその温度より高温では径方向に
引張り応力が残留しており、その温度以下では周方向に
引張り応力となっている。

これらの結果から、径方向に引張り応力が残留して、径
方向に式（１）であられされるような応力分布を付与す
るには、金型温度を内周部、外周部の２値設定し、内周
部温度を外周部温度より７０℃低く、しかも外周部金型
温度をプラスチック基板の外周に対応する部分の温度よ
り３０℃低い温度より高温に設定することにより可能と
なることがわかる。

なお、静止状態での複屈折の測定は光弾性変調素子（Ｐ
ＥＭ）を用いた複屈折測定装置（■オーク製作新製）に
よりおこなった。

高速スピンドルと光学ヘッドを用いディスク回転中の複
屈折を求めたところ、２４０Ｏｒｐｍの場合、基板（Ａ
）では半径３０，４０．５０および６０ｍｍでのりター
プ−ジョンがそれぞれ２０，２０．３１および４０ｎｍ
となり、進相軸方位はいずれも周方向のままであった。

静止状態との差分はそれぞれ２，３．４および５ｎｍだ
け小さくなった。減少分は回転によって発生する周方向
の引張り応力計算によれば０．２ｋｇ／ｃｍ２，０．３
ｋｇ／ｃｍ’　、　０．４ｋｇ／ｃｍ２，０．５ｋｇ／
ｃｍ”の応力に相当し、これは（１）式を用いて計算し
た２４００ｒｐｍで回転する時に発生する応力に対応す
る。

基板（Ｂ）では半径３０，４０．５０および６０ｍｍで
のりタープ−ジョンはそれぞれ８，１１．１２および１
０ｎｍとなり、進相軸方位は径方向のままであった。静
止状態よりリターデーションが８．３．３および５ｎｍ
はと増加している。増加分は基板（＾）の場合と同様に
２４００ｒｐｍで回転する時に発生する応力にほぼ匹敵
するが、静止状態での残留応力が周方向に引張り応力と
なっているため、静止状態の応力に回転による応力が付
与された結果であるといえる。

７２００ｒｐｍの高速回転でスピンドルを回転し、回転
中の複屈折を測定したところ、基板（Ａ）では半径３０
．４０．５０および６０ｍｍでのりタープ−ジョンはそ
れぞれ＋３．０．−２および＋ｌｎｍとなった。

正、負の符号は進相軸の方位を示しており、＋は進相軸
が周方向であり、−は径方向にあることを示している。

７２００ｒｐｍの回転においてリターデーションは、１
９．２３．３７および４４ｎｒａ減少していることがわ
かる。

これは初期の応力状態に回転によって発生した周方向の
引張り応力が加わった結果、リターデーションの大きさ
の減少や進相軸の方向が変化したと考えられる。

一方、基板（Ｂ）では７２００ｒｐｒｒ１回転中、半径
３０゜４０．５０および６０ｍｍでのりタープ−ジョン
はそれぞれ２９，３４．４６および５４ｎｍとなり、静
止状態にくらべてそれぞれ２１，２３．３４および４４
のリターデーションの増加となった。進相軸方位は径方
向のままであった。これらの結果は、初期状態のちがい
こそあれ、（Ａ）　、　（Ｂ）両基板とも７２００ｒｐ
ｍの回転によって半径３０，４０．５０および６０ｍｍ
において、それぞれおよそ２ｋｇ／ｃｍ２，２．３ｋｇ
／ｃｍ２，３．５ｋｇ／ｃｍ２および４．４ｋｇ／ｃｍ
２の周方向の引張り応力が発生し、初期応力値に加わっ
たためと考えられる。この周方向の引張り応力は（１）
式の計算によって得られる値にほぼ匹敵する。基板（＾
）では初期状態が径方向に引張り応力となっている（こ
の時進相軸は周方向にあられれる）ため、これに回転で
発生する周方向の応力が加わると両応力の差分は小さく
なり、リターデーションは小さくなった。

一方基板ＣＢ）では、初期状態が周方向に引張り応力（
進相軸は径方向にあられれる）になっているため、これ
に７２００ｒｐｍ回転時に発生する周方向の引張り応力
が加わるため静止状態にくらべてリターデーションが増
加し、進相軸も径方向のままであったといえる。

このように、径方向に対して、引張り応力値の分布を静
止状態において付与されたディスクを高速回転させると
高速回転時の複屈折性の発生をおさえることがわかる。

これまでは、１３０ｍｍのポリカーボネート樹脂基板に
ついて述べたが２インチ、３．５インチなどの小形、あ
、るいは８インチ、　１２インチなどの大形ディスクに
ついても同様な結果が得られる。また、光弾性係数を考
慮した設計をすれば、ポリメチルメタクリレート樹脂基
板、あるいはエポキシ樹脂基板、ポリオレフィン基板な
ど他のプラスチック基板についてもこれらの方法を適用
できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればプラスチック基板
内に、高速回転で発生する周方向に対する引張り応力値
を相殺するように、静止時のプラスチック基板内に予め
、ディスク基板材料の種類、ディスク径、ディスク回転
数に応じて、径方向に対して引張り応力値の分布を射出
成形時に基板に残留させておき、高速回転で発生する応
力と補償して回転中の複屈折を低く抑えることができる
利点がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半径方向に次式 σ＝γω＾２／４ｇ｛〔（３＋υ）ｂ＾２ａ＾２／ｒ＾
   ２〕＋（１＋ν）ｒ＾２｝ただしσは応力（ｋｇ／ｃｍ
   ＾２） γは基板材料の密度（ｇ／ｃｍ＾２） ωは基板の回転角速度（ｌ／ｓｅｃ） νは基板材料のポアソン比 ａは基板の内径（ｃｍ） ｂは基板の外径（ｃｍ） ｇは重力加速度（ｃｍ／ｓｅｃ＾２） ｒは基板中心からの距離（ｃｍ） で表される引張り応力分布を有することを特徴とする光
   ディスク基板。 ２）光ディスク基板の製造方法において、射出成形用金
   型の前記基板の内周に対応する部分の温度を前記基板の
   外周に対応する部分の温度より低く、かつ該外周に対応
   する部分の温度を基板材料のガラス転移温度より低く維
   持しながら、前記基板用プラスチック材料を前記金型内
   に射出成型し、冷却することを特徴とする光ディスク基
   板の製造方法。