JPH07240036A

JPH07240036A - 光ディスク基板

Info

Publication number: JPH07240036A
Application number: JP6030021A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kikuchi; 稔菊地
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【構成】光ディスク基板１の材料として、温度３０℃
における水の拡散定数Ｄが５×１０^-7ｃｍ²／秒のもの
を用いる。【効果】記録部を片側にのみ形成した場合に、環境湿
度変化によって含水率分布が生じ難く、含水率分布によ
る反りが小さい光ディスク基板が得られる。また、この
光ディスク基板は、薄型化した場合でも反りが３ｍｒａ
ｄ程度と充分小さく抑えられる。したがって、記録部が
基板の片面にのみ形成された単板構成の光ディスクに用
いて好適であるとともに、単板構成の光ディスクの薄型
化，記録データの高密度化，カートリッジを含めたメデ
ィアサイズの小型軽量化に大きく貢献できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ディスク基板に関し、
特に単板構成の光ディスクに用いて好適な光ディスク基
板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ光の照射により情報の記録
・再生を行う光ディスクとしては、光磁気ディスク，各
種追記型光ディスク，デジタルオーディオディスク（い
わゆるコンパクトディスク），光学式ビデオディスク
（いわゆるレーザーディスク）等の各種媒体が実用化さ
れている。

【０００３】これら光ディスクは、いずれもポリカーボ
ネート等のプラスチック製透明基板上に記録層や反射膜
等の機能膜よりなる記録部が形成された構成とされる。

【０００４】上記記録層としては、光磁気ディスクで
は、磁気光学特性（カー効果やファラデー効果）を有す
る垂直磁化膜，たとえばＴｂＦｅＣｏ合金薄膜等の希土
類−遷移金属非晶質合金膜が成膜され、追記型光ディス
クでは、低融点金属薄膜，相変化膜，有機色素を含有す
る膜等が成膜される。また、反射膜としては、高反射率
を有し、かつ熱的に良導体であることからＡｌ反射膜が
一般に形成される。

【０００５】以上のような光ディスクは、単板のプラス
チック基板の片面に記録部が形成された単板構成や、片
面に記録部が形成された単板のプラスチック基板を２枚
貼り合わせ、裏表両方から記録・再生が行えるようにし
た両板構成等、その用途に応じた構成とされて使用され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これら光デ
ィスクにおいて用いられるプラスチック製の透明基板
は、外部環境の湿度変化によって、含有水分量が変化
し、それに比例して体積が膨張する性質がある。

【０００７】このようなプラスチック基板の片面にのみ
記録部が形成された単板構成の光ディスクでは、記録部
が形成された側は金属よりなる記録部が基板への水の透
過を遮断するのに対して、記録部が形成されていない側
は基板が直接外部環境に曝されているので水をよく透過
する。このため、環境湿度が変化した場合には、記録部
が形成されていない側からのみ水分の流出入が起こり、
基板の厚さ方向に含水率分布が生じる。

【０００８】基板の厚さ方向に含水率分布が生じると、
上述の如くプラスチック製の基板では含有水分量に比例
して体積が膨張する性質があるので、基板の両側で体積
膨張量に差ができる。その結果、基板に反りが発生する
ことになる。例えば、厚さ１．２ｍｍのポリカーボネー
ト（ＰＣ）基板を用いた３．５インチサイズの単板光磁
気ディスクの場合、温度を３０℃に固定して環境湿度を
８０％ＲＨから１０％ＲＨに６００秒で変化させると、
最大６ｍｒａｄの反りを生じてしまう。

【０００９】このように環境湿度変化によって基板に反
りが生じてしまうと、信号再生に際してサーボに大きな
負担がかかるとともに特にヘッド摺動方式を採用する場
合にはヘッドとの当たりが不安定になる。

【００１０】また、高密度記録化を図る上では、基板厚
は記録感度等の点から薄いほうが有利であり、将来的に
は現行の１．２ｍｍよりもさらに薄くなるものと推測さ
れる。しかし、含水率分布による基板の反り変化量は、
基板厚に反比例し、基板が薄くなる程大きくなる。例え
ば、上記光磁気ディスクで、ＰＣ製基板の厚さを０．８
ｍｍまで薄くすると、上記環境湿度変化による反り変化
量は９ｍｒａｄに達する。この反り変化量を考慮すると
基板の薄型化が自ずと制限され、高密度記録化を妨げる
結果にもなる。

【００１１】両板構成の光ディスクでは、環境湿度の変
化によって基板に含水率分布が生じても、同じ構成の２
枚の基板が互いに体積膨張量の差を相殺するため、反り
の問題は生じないが、片面構成の光ディスクでは、この
ような環境湿度変化による反りの問題の解消が高密度記
録化に向けて強く望まれている。

【００１２】そこで、本発明はこのような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、記録部を片側にのみ形成
した場合に、環境湿度変化による反り変化が小さく、単
板構成の光ディスクに用いて好適な光ディスク基板を提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の光ディスク基板は、温度３０℃における
水の拡散定数Ｄが５×１０^-7ｃｍ²／秒以上のプラスチ
ック材料よりなることを特徴とするものである。また、
プラスチック材料が、ポリビニルアルコール，ポリビニ
ルピロリドン，ポリオキシエチレンのいずれかであるこ
とを特徴とするものである。

【００１４】図１に、ＰＣ基板の環境湿度と平衡吸水率
の関係を示すが、このようにプラスチック基板は、外部
環境の湿度変化によって含有水分量が変化し、その含有
水分量に比例して体積が膨張する性質がある。

【００１５】このようなプラスチック基板の片面に記録
層を形成した場合、記録層が形成された側はこの記録層
によって基板への水の透過が遮断されるのに対して、記
録層が形成されていない側は基板が外部環境に直接曝さ
れているので水をよく透過する。

【００１６】このため、例えば基板をある環境下で長期
間保管した後、温度一定で湿度の異なる環境下に移動さ
せた場合、記録層が形成されていない側からのみ水の流
出入が起こり、基板の厚さ方向に含水率分布が生じる。
これにより基板の両面で体積膨張量に差が生じ、その結
果反りが発生する。この基板の反りは、Ｆｉｃｋの第２
法則で表される水の拡散によって含水率分布が平衡に達
し、体積膨張量が基板全体で同じになることで解消され
るが、それまでの間上記反りの状態は維持されているこ
とになる。

【００１７】本発明では、このように記録層を片面に形
成した場合の環境湿度変化による反り変化量を小さく抑
えるとともに、この反りが維持されている時間を短縮す
ることを目的として、基板に用いるプラスチック材料の
温度３０℃における水の拡散定数Ｄを５×１０^-7ｃｍ²
／秒以上に規制する。

【００１８】温度３０℃における水の拡散定数Ｄが５×
１０^-7ｃｍ²／秒以上と大きなプラスチック材料よりな
る基板では、環境湿度の変化によって片面からのみ水の
流出入が生じても、基板内の水の移動が速く進むので、
含水率に分布が生じ難く、また含水率に分布が生じても
早期に解消される。したがって、反り変化量が小さく抑
えられ、また反りのない良好な形状が速やかに復元され
ることになる。

【００１９】温度３０℃における水の拡散定数Ｄが５×
１０^-7ｃｍ²／秒以上のプラスチック材料の具体例とし
ては、ポリビニルアルコール（Ｄ＝７．５×１０^-7ｃｍ
²／秒），ポリビニルピロリドン（Ｄ＝９．６×１０^-7
ｃｍ²／秒），ポリオキシエチレン（Ｄ＝３７×１０
^-7 ｃｍ²／秒）等が挙げられる。これらの単体あるい
は複合体を材料として基板を作製すれば良い。また、こ
れらとポリカーボネートの重合体でも良い。

【００２０】

【作用】片面に記録層が形成されたプラスチック基板で
は、環境湿度が変化した場合、記録層が形成された側は
当該記録層によって水の透過が遮断されるので、記録層
が形成されていない側からのみ水の流出入が起こる。し
たがって、基板の厚さ方向で含水率分布が生じ、その結
果反りが発生する。

【００２１】このとき、プラスチック基板の温度３０℃
における水の拡散定数Ｄが５×１０ ^-7ｃｍ²／秒以上で
あると、環境湿度の変化によって片面からのみ水の流出
入が生じても、基板内の水の移動が速く進むので、含水
率に分布が生じ難く、また含水率分布が生じても早期に
解消される。したがって、反り変化量が小さく抑えら
れ、また反りのない良好な形状が速やかに復元されるこ
とになる。

【００２２】

【実施例】本発明の好適な実施例について実験結果に基
づいて説明する。なお、本実施例では、まず従来より用
いられているＰＣ基板の反りの発生原因を検討し、さら
に基板の反りを解消するための水の最適拡散定数Ｄにつ
いて検索した。

【００２３】まず、図２に示すように、厚さＬが２ｍｍ
の円板状ＰＣ基板１の片面に、ディスク中心から２７ｍ
ｍの範囲を円状に除いて膜厚１１００の第１のＳｉ₃
Ｎ₄誘電体膜，膜厚２３０のＴｂＦｅＣｏ記録磁性
膜，膜厚３５０の第２のＳｉ ₃Ｎ₄誘電体膜，膜厚５
５０のＡｌ反射膜を順次成膜して記録層２を形成し
た。

【００２４】そして、環境湿度を変化させた場合の含水
率分布及び含水率分布の経時変化を調べた。但し、ここ
で含水率とは、（相対湿度ｘ％での平衡吸水率）／（相
対湿度１００％での平衡吸水率）×１００によって算出
されるものである。

【００２５】なお、環境湿度変化は図３に示すタイムコ
ースで行った。すなわち、片面に記録層を形成したＰＣ
基板を、図３に示すように温度２３℃，相対湿度８０％
の環境下で長期間保管した後、この環境条件をｔ＝０の
時点で温度２３℃，相対湿度１０％に一瞬の間に変化さ
せた。そして、その後、経過時間毎に基板厚さ方向の含
水率を測定した。なお、基板は、温度２３℃，相対湿度
８０％の環境下で長期間保管している間に、含水率が充
分に平衡に達していたものとする。

【００２６】各経過時間毎の基板厚み方向の含水率分布
を図４に示す。図４中、横軸は基板の記録層が形成され
ていない側の基板面を０ｍｍとしたときの基板厚み方向
の位置、縦軸はその位置における含水率である。

【００２７】まず、環境湿度が８０％ＲＨであるときに
は、基板の含水率は厚さ方向全体に亘って一様に８０％
であるが、ｔ＝０の時点で環境湿度を１０％ＲＨに減少
させると、基板の記録層が形成されていない側から外部
に水の流出が生じる。

【００２８】このため、図４に示すように、環境湿度を
１０％ＲＨに変化させてからの経過時間が短い場合に
は、記録層が形成されている側，すなわち横軸の値が
１．２ｍｍに近づく程含水率が大きくなる含水率分布を
有する。しかし、この含水率分布は時間の経過に伴って
小さくなり、ｔ＞５０００００秒以上になると平衡に達
し、厚さ方向全体に亘って含水率が一様に１０％なる。

【００２９】以上の結果から、片面に記録層が形成され
たプラスチック基板では、環境湿度を変化させると基板
の厚さ方向に含水率分布が生じること、そしてこの含水
率分布は時間の経過とともに徐々に消失することが確認
された。

【００３０】次に、この含水率分布が基板の反りの原因
になることを確認するために、片面に記録層が形成され
た円板状のＰＣ基板について、環境湿度を変化させたと
きの経過時間とスキュー変化量の関係を実測で調べると
ともに、水の拡散定数によって求められる含水率分布
と、相対湿度１％当たりの線膨張係数ａ及び測定位置の
関係からスキューの経時変化を計算によってシミュレー
ションした。

【００３１】ＰＣ基板は厚さ１．２ｍｍ，直径１３０ｍ
ｍであり、スキュー変化量測定位置は中心からの距離ｒ
が６０ｍｍ，すなわち記録層形成開始位置からの距離ｄ
が３７ｍｍである。なお、スキュー変化量は、図５に示
すように、測定位置Ｄから基板の法線方向に延在した線
分Ｒと回転軸とのなす角度θとして求めた。

【００３２】実測に際して、湿度変化は、図６に示すよ
うに、ＰＣ基板を温度２３℃，相対湿度１００％の環境
下で長期間保管した後、この環境条件をｔ＝０の時点で
温度２３℃，相対湿度３５％に一瞬の間に変化させるこ
とで行った。また、スキューの経時変化のシミュレーシ
ョンは、ＰＣ基板の温度２３℃における水の拡散定数Ｄ
を６．５×１０^-8ｃｍ²／秒、相対湿度１％当たりの線
膨張係数ａを６．５×１０^-6として行った。

【００３３】実測結果及び計算によるシミュレーション
結果を併せて図７に示す。

【００３４】図７から、実測結果と計算結果ともに、ス
キュー変化量はピーク値を有する曲線で表され、両結果
は極めて一致性が良いことが示される。このことから、
プラスチック基板では厚さ方向での含水率分布が反りの
原因となり、その経時変化は水の拡散定数から求められ
る含水率分布と、相対湿度１％当たりの線膨張係数ａと
測定位置の中心からの距離ｒ，（正確には記録層形成開
始位置からの距離ｄ）の関係によってシミュレーション
可能であることがわかった。

【００３５】次に、片面に記録層が形成された円板状の
プラスチック基板において、基板の水の拡散定数Ｄを各
種変化させたそれぞれの場合について、環境温度を３０
℃に固定して環境湿度を変化させたときの経過時間とス
キュー変化量の関係を計算によって求めた。

【００３６】なお、基板の温度３０℃における水の拡散
定数Ｄは、１７．８×１０^-8ｃｍ²／秒，８．９０×１
０^-8ｃｍ²／秒，４．４５×１０^-8ｃｍ²／秒，２．２
３×１０^-8ｃｍ²／秒の４種類を採用した。このうち
８．９０×１０^-8ｃｍ²／秒は、ＰＣ基板の温度３０℃
における水の拡散定数Ｄである。

【００３７】また、基板の寸法は、直径８６ｍｍ，厚さ
１．２ｍｍであり、スキュー変化量の測定位置は中心か
ら４０ｍｍ（記録膜形成開始位置から２０ｍｍ）であ
る。

【００３８】また、環境湿度は、基板を温度３０℃，相
対湿度８０％の環境下から６００秒かけて温度３０℃，
相対湿度１０％に変化させたと仮定した。

【００３９】この条件で求められた基板の環境湿度を変
化させたときの経過時間とスキュー変化量の関係を図８
に示す。図８から示されるように、スキュー変化量のピ
ーク値は水の拡散定数Ｄに依存せず一定であり、スキュ
ー変化量がピークに到達する時間は水の拡散定数Ｄが大
きいほど短縮される。このことから、水の拡散定数Ｄを
制御することによって、スキュー変化量のピーク到達時
間が調整できることがわかった。

【００４０】また、さらに、片面に記録層が形成された
プラスチック基板において、厚さを各種変化させたそれ
ぞれの場合について、環境温度を３０℃に固定して環境
湿度を変化させたときの経過時間とスキュー変化量の関
係を計算によって求めた。

【００４１】なお、基板の温度３０℃における拡散定数
は、８．９０×１０^-8（ｃｍ²／ｓ）とした。また、基
板の寸法は、直径が８６ｍｍ，厚さが０．６ｍｍ，０．
８ｍｍ，１．０ｍｍ，１．２ｍｍのいずれかであり、ス
キュー変化量の測定位置は中心から４０ｍｍ（記録膜形
成開始位置から２０ｍｍ）である。

【００４２】また、環境湿度は、基板を温度３０℃，Ｒ
Ｈ８０％の環境下から６００秒かけて温度３０℃，ＲＨ
１０％に変化させたと仮定した。

【００４３】この条件で求められた基板の環境湿度を変
化させたときの経過時間とスキュー変化量の関係を図９
に示す。図９から、基板のスキュー変化量のピーク値は
基板厚が薄くなる程大きくなる，すなわち基板厚と反比
例し、そしてスキュー変化量のピーク到達時間は基板厚
が薄くなる程短縮されることがわかる。

【００４４】以上、図７〜図９の結果から、記録層が片
面に形成されたプラスチック基板では、環境湿度変化に
よる反り変化量θのピーク値は、反り測定位置の記録膜
形成開始位置からの距離と湿度１％当たりの線膨張係数
ａに比例し、基板厚Ｌに反比例すること、そして拡散定
数Ｄは反り変化量θに関係せず、反り変化量θのピーク
到達時間に関係があることがわかった。

【００４５】以上の実験は、環境湿度変化を６００秒と
いう短い時間で行ったが、例えば３．５インチ、５，２
５インチの光磁気ディスクのＩＳＯ規格では、湿度は１
時間に１０％以下の割合で変化させることと規定してい
る

【００４６】そこで、これら規格に準じて、今度は基板
の環境湿度を、温度３０℃，８０％ＲＨから７時間かけ
て温度３０℃，１０％ＲＨに変化させたと仮定した。そ
して、その際の基板の反り変化量のピーク値が３ｍｒａ
ｄ，５ｍｒａｄ，１０ｍｒａｄになる場合の拡散定数
Ｄ，湿度１％当たりの湿度膨張係数ａ及び測定位置を調
べた。基板厚が０．６ｍｍ，０．８ｍｍ，１．０ｍｍ，
１．２ｍｍの場合の調査結果を、図１０〜図１３にそれ
ぞれ示す。

【００４７】図１０〜図１３中、横軸は湿度１％当たり
の線膨張係数ａと測定位置の記録膜形成開始位置からの
距離ｄの積ａｄ（ｍｍ）であり、縦軸は水の拡散定数Ｄ
（ｃｍ²／秒）である。

【００４８】なお、線膨張係数ａと測定位置の記録膜形
成開始位置からの距離ｄは、反り変化量θに関して比例
しており、一方が大きくとも他方が小さければ反り変化
量θは小さくなり問題がない。したがって、図中、ａと
ｄは積の形で一緒に横軸にとった。

【００４９】図１０〜図１３のいずれを見ても、水の拡
散定数Ｄが大きい程、またａｄが小さい程、環境湿度変
化による反り変化量のピーク値は小さくなる。

【００５０】このように、時間をかけて環境湿度を変化
させた場合では、環境湿度を短い時間で変化させた場合
と異なり、水の拡散定数Ｄによっても最大反り変化量が
影響を受ける。これは、環境湿度が時間をかけて変化し
た場合には、この湿度変化過程においても水の拡散が進
行するため、水の拡散定数Ｄが大きいとこの水の拡散が
速く進行し、含水率に分布が生じ難いからである。

【００５１】このことから、環境湿度が時間をかけて変
化する、通常の光ディスクの使用条件においては、水の
拡散定数Ｄによって反り変化量のピーク到達時間及び反
り変化量のピーク値の両方が調整できると言える。

【００５２】そこで、現行ではディスク径は３．５イン
チあるいは５．２５インチが採用されており、この場合
ａｄはそれぞれ３．５インチの場合にはａｄ＝（６．５
×１０^-6）×２０ｍｍ＝１．３×１０^-6ｍｍ，５．２５
インチの場合にはａｄ＝（６．５×１０^-6）×２０ｍｍ
＝２．６×１０^-6ｍｍであるので、実用的な範囲として
ａｄを４．０×１０^-4ｍｍ以下に設定し、基板厚を高密
度記録化を考慮して０．６〜１．２ｍｍの範囲に設定し
た場合で反り変化量が３．０ｍｒａｄ以内に抑えられる
水の拡散定数Ｄを計算すると５×１０^-7ｃｍ²／秒以上
と算出される。

【００５３】つまり、温度３０℃における水の拡散定数
Ｄが５×１０^-7（ｃｍ²／秒）以上のプラスチック基板
を用いた単板構成の光ディスクでは、基板厚を０．６ｍ
ｍ程度に設定した場合でも、環境湿度によって生じる反
りが３ｍｒａｄ以内と小さく抑えられることになる。

【００５４】なお、現行３．５インチ光磁気ディスクで
は、３０℃における水の拡散定数Ｄが８．９×１０^-8ｃ
ｍ²／ｓのＰＣ基板が用いられ、基板厚Ｌが１．２ｍ
ｍ、最外周の記録層形成開始位置からの距離ｄが２０ｍ
ｍ、湿度１％当たりの線膨張係数ａが６．５×１０^-6で
ある。基板厚Ｌが１．２ｍｍの場合の結果を示す図１３
を見ると、ａｄが１．３×１０^-4、水の拡散定数Ｄが
８．９×１０^-8ｃｍ²／ｓの交点は５ｍｒａｄであり、
反り変化量が大きい。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように本発明
の光ディスク基板は、温度３０℃における水の拡散定数
Ｄが５×１０^-7ｃｍ²／秒であるので、記録部を片側に
のみ形成した場合に、環境湿度変化によって含水率分布
が生じ難く、含水率分布による反りが小さい。また、こ
の反りは、基板を薄型化した場合でも３ｍｒａｄ程度と
充分小さく抑えられる。

【００５６】したがって、本発明の光ディスク基板は、
記録部が基板の片面にのみ形成された単板構成の光ディ
スクに用いて好適であり、単板構成の光ディスクの薄型
化，記録データの高密度化，カートリッジを含めたメデ
ィアサイズの小型軽量化に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板の環境湿度と平衡吸水率の関係を示す特性
図である。

【図２】単板構成の光ディスクの構成を示す模式図であ
る。

【図３】環境湿度変化条件の一例を示す模式図である。

【図４】環境湿度変化後の基板の含水率分布を示す特性
図である。

【図５】スキュー変化量を説明する模式図である。

【図６】環境湿度変化条件の他の例を示す模式図であ
る。

【図７】環境湿度変化後の経過時間と基板のスキュー変
化量の関係を示す特性図である。

【図８】水の拡散定数が異なる各種基板の、環境湿度変
化後の経過時間とスキュー変化量の関係を併せて示す特
性図である。

【図９】厚さの異なる各種基板の、環境湿度変化後の経
過時間とスキュー変化量の関係を併せて示す特性図であ
る。

【図１０】基板厚が０．６ｍｍであるときの、反り変化
量のピーク値が３ｍｒａｄ，５ｍｒａｄ，１０ｍｒａｄ
の場合の、拡散定数と、湿度１％当たりの線膨張係数ａ
と測定位置ｄの積ａｄを示す特性図である。

【図１１】基板厚が０．８ｍｍであるときの、反り変化
量のピーク値が３ｍｒａｄ，５ｍｒａｄ，１０ｍｒａｄ
の場合の、拡散定数と、湿度１％当たりの線膨張係数ａ
と測定位置ｄの積ａｄを示す特性図である。

【図１２】基板厚が１．０ｍｍであるときの、反り変化
量のピーク値が３ｍｒａｄ，５ｍｒａｄ，１０ｍｒａｄ
の場合の、拡散定数と、湿度１％当たりの線膨張係数ａ
と測定位置ｄの積ａｄを示す特性図である。

【図１３】基板厚が１．２ｍｍであるときの、反り変化
量のピーク値が３ｍｒａｄ，５ｍｒａｄ，１０ｍｒａｄ
の場合の、拡散定数と、湿度１％当たりの線膨張係数ａ
と測定位置ｄの積ａｄを示す特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】温度３０℃における水の拡散定数Ｄが５
×１０^-7ｃｍ²／秒以上のプラスチック材料よりなるこ
とを特徴とする光ディスク基板
【請求項２】プラスチック材料が、ポリビニルアルコ
ール，ポリビニルピロリドン，ポリオキシエチレンのい
ずれかであることを特徴とする請求項１記載の光ディス
ク基板