JPH09201874A - 表面に凹凸模様を備えた物品、特に光ディスクの成形方法及びその成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面に微細な凹凸模様を備えた物品をより高
精度に、しかも容易に成形できる成形方法、特に、記録
ピットを備えた光ディスクを成形するのに好適な成形方
法及びその成形装置を得ること。 【解決手段】 予め表面が平滑なディスク基板Ｄａを製
作しておき、その平滑面に逆模様の凹凸模様が表面に形
成されている超音波振動体１２のその表面を所定の圧力
の下に圧接させながら、その超音波振動体１２により所
定の振動数と振幅の超音波振動を印加して、前記平滑面
の樹脂Ｍａを溶融し、その溶融樹脂Ｍａを超音波振動体
１２の凹凸模様に十分に進入させた後、その超音波振動
を停止し、前記凹凸模様に進入した溶融樹脂Ｍａが硬化
した後（Ｍｂ）、超音波振動体１２の表面から前記ディ
スク基板Ｄを分離する成形方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面に凹凸模様を
備えた物品の成形方法、特に凹凸模様である記録ピット
を備えた光ディスク、光磁気ディスクなどを成形するの
に好適な成形方法及びその成形装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】以下の説明においては、物品として光デ
ィスクを例示し、図１０及び図１１を参照しながら説明
する。図１０は光ディスク成形用スタンパーを示してい
て、同図Ａはその斜視図、同図Ｂは図Ａの一部拡大斜視
図であり、図１１は図１０に示したスタンパーを用いて
光ディスクを射出成形する樹脂成形法を説明するための
工程図であって、同図Ａは型開き状態の成形金型にスタ
ンパーを装着した状態を示した一部成形金型の断面側面
図、同図Ｂは図Ａに示した状態から成形金型を型締め
し、射出成形する状態を示した一部成形金型の断面側面
図、そして同図Ｃは樹脂成形後の成形金型を型開きした
状態を示した一部成形金型の断面側面図である。

【０００３】光ディスクの表面には記録ピットが形成さ
れている。このような光ディスクを樹脂成形するために
は、図１０Ｂにその表面の一部を拡大して例示したよう
に、光ディスクに形成されているサブミクロン単位の微
細な凹凸形状の複数の記録ピットのパターンとは逆のパ
ターン（以下、「逆パターン」と記す）Ｐが表面に施さ
れたスタンパーＳ（図１０Ａ）を用いて行われている。
サブミクロン単位の微細な凹凸の大きさの一例を挙げれ
ば、深さＨが０．２μｍ、ピッチＴが１．６μｍ程度の
ものである。

【０００４】そして、光ディスクを成形金型を用いて射
出成形する場合には、図１１Ａに示したように、型開き
状態にある成形金型１を構成している固定金型２及び可
動金型３の相対向する面に、先ず、前記スタンパーＳを
装着、固定し、その後、図１１Ｂに示したように、固定
金型２と可動金型３とを型締めして、両スタンパーＳ間
に形成されたキャビティＣａに、固定金型２の後方に装
着された射出成形ノズル（不図示）からランナー４を通
じて溶融樹脂を射出する。その後、キャビティＣａ内に
射出された溶融樹脂が冷却、硬化すると、図１１Ｃに示
した状態に型開きすると、スタンパーＳに形成された逆
パターンＰの逆のパターン、即ち、所定の記録ピットの
パターンが両面に形成された光ディスク基板Ｄが得られ
る。両面に記録ピットが形成された光ディスク基板とし
ては、現在はＰＥＲＭのみであるが、これを次工程へ送
って所望の加工を施せば、光ディスクが完成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような樹
脂成形法を用いて光ディスクを成形するには、次のよう
な成形条件を満足しなければならない。即ち、１．サブ
ミクロン単位の大きさの微細な凹凸状記録ピットのパタ
ーンを片面或いは両面（図示の例では両面）に同時に形
成しなければならない。２．光ディスクの平面度をミク
ロン単位に収めなければならない。これら２成形条件を
同時に満足させて、安定して光ディスクを成形すること
は、前記１項の成形条件または２項の成形条件のみで成
形を行うことに比較して、格段に難しく、歩留りが低下
する。今後、光ディスクの厚みが薄くなり、その表面に
形成される凹凸状記録ピットが更に微細になれば、前記
の条件は非常に厳しいものとなり、成形歩留りが一層悪
化することが容易に想像できる。

【０００６】従って、本発明においては、表面に所定の
形状の微細な凹凸模様を備えた物品をより高精度に、し
かも容易に成形できる成形方法、特に、記録ピットを備
えた光ディスクを成形するのに好適な成形方法及びその
成形装置を得ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】それ故、本発明の表面に
凹凸模様を備えた物品の成形方法（以下、単に「成形方
法」と略記する）は、表面に凹凸模様を備えた物品の基
になる平滑で平面度が良好な基体表面に、前記凹凸模様
とは逆模様の凹凸模様が表面に形成されている超音波振
動体のその表面を所定の圧力の下に圧接させながら、そ
の超音波振動体により所定の振動数と振幅の超音波振動
を印加して、前記基体表面を溶融し、その溶融材を前記
超音波振動体の凹凸模様に十分に進入させた後、前記超
音波振動を停止し、前記凹凸模様に進入した溶融材が硬
化した後、前記超音波振動体の表面から前記基体を分離
する成形方法を採って、前記課題を解決している。

【０００８】従って、本発明の成形方法によれば、記録
ピットが形成されている光ディスクのような、表面に凹
凸模様を備えた物品をより高精度に容易に成形すること
ができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図８を参照しなが
ら、本発明の成形方法及びその成形装置の実施例を説明
する。図１乃至図３は本発明の成形方法の第１段階であ
る光ディスク基板を樹脂成形する成形方法を説明するた
めの工程図であって、図１は型開き状態を示す成形金型
の断面側面図、図２は図１に続く工程の型締め状態を示
す成形金型の断面側面図、そして図３は図２に続く工程
の型開き状態を示す成形金型の断面側面図であり、図４
乃至図８は本発明の成形方法の第２段階である光ディス
ク基板を成形する成形方法を説明するための工程図及び
動作説明図であって、図４は本発明の成形方法の第１段
階で得られたディスク基板の表面に凹凸模様の記録ピッ
トを成形するための本発明の成形装置を示す一部断面側
面図、図５は図４に示した成形装置が作動したディスク
基板が初期段階にある成形装置の一部拡大断面側面図、
図６は図４に示した成形装置が作動してディスク基板の
表面が溶融してゆく中間段階にある成形装置の一部拡大
断面側面図、図７は図４に示した成形装置が作動してデ
ィスク基板の表面が最終段階にある成形装置の一部拡大
断面側面図、図８は本発明の成形方法によりディスク基
板の表面に形成された記録ピットを示す一部拡大断面側
面図であり、そして図９は本発明の成形方法に用いられ
る、ディスク基板の表面に印加する超音波振動の形態を
説明するための成形装置の一部断面側面図である。

【００１０】先ず、図１乃至図３を参照しながら、本発
明の成形方法の第１段階である光ディスク基板を樹脂成
形する成形工程を説明する。この成形工程では、図１１
に示した成形金型１を用いる。ただし、図１に示したよ
うに、スタンパーＳは用いないため、固定金型２及び可
動金型３のキャビティ面は鏡面に仕上げられていること
が肝要である。図示していない開閉装置を作動させて、
図２に示したように、固定金型２に対して可動金型３を
型締めし、両者でキャビティＣａを形成する。

【００１１】次に、このキャビティＣａ内に固定金型２
の後方に装着された射出成形ノズル（不図示）からラン
ナー４を通じて溶融樹脂を射出する。その後、キャビテ
ィＣａ内に射出された溶融樹脂が冷却、硬化すると、図
３に示した状態に型開きすると、両表面が平滑なディス
ク基板Ｄａが得られる。そしてディスク基板Ｄａの中央
部に開口を形成する。この開口の形成は前記成形金型１
の固定金型１０及びまたは可動金型２０のキャビティ面
に細工を施すことによってディスク基板本体の成形と同
時に形成することができる。これを本発明の成形方法の
第２段階である光ディスク基板を成形する成形装置１０
に送られる。

【００１２】この成形装置１０では第１段階で得られた
ディスク基板Ｄａの表面に凹凸模様の記録ピットパター
ンを成形する。本発明の成形方法の第２段階で用いられ
る本発明の成形装置１０は、図４に示したように、定盤
１１と超音波振動体１２とこの超音波振動体１２を支持
し、超音波振動を発生する超音波振動発振装置１３とか
ら構成されている。

【００１３】前記定盤１１は十分に剛性があり、その表
面はディスク基板Ｄａを載置、固定した場合に高精度に
位置決めできる表面性状に形成されており、また、ディ
スク基板Ｄａを固定する固定装置を備えている。固定装
置としては真空チャックを用いてもよい。前記超音波振
動体１２は、その一表面に、図４に示した状態では、下
面に、図１０Ｂに示したようなサブミクロン単位の微細
な凹凸形状の複数の記録ピットとは逆の記録ピットのパ
ターン（逆パターン）Ｐが形成されている。このような
超音波振動体１２は超音波振動発振装置１３に装着、固
定され、全体が矢印Ｙで示した上下方向に昇降できるよ
うに構成されている。

【００１４】次に、このような構成の成形装置１０を用
いて光ディスク基板Ｄ（図８）を成形する成形方法を説
明する。先ず、前記第１段階で得られたディスク基板Ｄ
ａを定盤１１の表面に載置、固定する。

【００１５】次に、超音波振動体１２及び超音波振動発
振装置１３を降下させ、図５に示したように、超音波振
動体１２の表面をディスク基板Ｄａの表面に接触させ、
更に所定の押圧力を掛けながら、超音波振動発振装置１
３を作動させて所定の振動数と振幅の超音波振動を超音
波振動体１２の表面からディスク基板Ｄａの表面に印加
する。そうすると、ディスク基板Ｄａの表層部分の樹脂
Ｍａが超音波振動と摩擦により発熱し、矢印で示したよ
うに、溶融し始める。

【００１６】溶融した前記表層部分の樹脂Ｍａは、超音
波振動により超音波振動体１２の表面に形成された微細
な凹凸の逆パターンＰに入り込む（図６）。そして、図
７に示したように、溶融した樹脂Ｍａが逆パターンＰの
凹凸部分に十分に入り込み、その微細な凹凸形状と一致
した時点で超音波振動発振装置１３を停止させ、ディス
ク基板Ｄａの表面に超音波振動体１２を通じて印加され
ていた超音波振動の印加を止める。しかし、超音波振動
体１２は逆パターンＰの微細な凹凸部分に入り込んだ溶
融樹脂Ｍａが硬化するまで前記降下位置に留めた状態に
置く。

【００１７】そして、自然冷却或いは強制冷却して、溶
融樹脂が十分に硬化すると（図７、硬化樹脂Ｍｂ）、超
音波振動体１２から成形されたディスク基板Ｄａ、即
ち、光ディスク基板Ｄを離型し、超音波振動体１２及び
超音波振動発振装置１３を上昇させて、その光ディスク
基板Ｄを取り出す。この光ディスク基板Ｄの表面には、
図８に示したように、スタンパーＳの逆パターンＰの凹
凸形状とは逆の正規のパターンＰａ、即ち、所定の複数
の記録ピットのパターンＰａが形成されている。

【００１８】前記実施例の成形装置１０で成形された光
ディスクは片面のみに記録ピットが形成されたものであ
るが、このような光ディスクとしては、現在、ＭＯ、Ｍ
Ｄ、ＣＤ、ＤＶＤなどがある。ディスク基板Ｄａの他の
表面に対しても、同様の記録ピットのパターンを形成す
る場合には、下方の定盤１１の表面部分にも超音波振動
体１２の凹凸形状と同様の凹凸形状を形成するか、定盤
１１自体を超音波振動体１２と同様の超音波振動体で構
成し、ディスク基板Ｄａの表裏に同時に記録ピットを形
成することができる。

【００１９】また、ディスク基板Ｄａの両面に記録ピッ
トを形成する方法としては、前記実施例の方法で片面に
記録ピットが形成された光ディスク基板Ｄを裏返して、
記録ピットが形成されていない他の面に同様に記録ピッ
トを形成する方法を採ってもよい。この場合の定盤１１
の表面にはゴムのような振動吸収体を敷き、この上に前
記裏返にした光ディスク基板Ｄを載置して、振動吸収体
が超音波振動を吸収させる方法を採ることが好ましい。

【００２０】超音波振動には、図９に示したように、縦
振動、横振動及びトーション振動が存在するが、縦振動
は樹脂の溶融開始時の溶融深さがディスク基板の深くま
で行われてしまうため、成形しているディスク基板に反
りが生じたり、ディスク基板の平面度のみならず全体の
形状に悪影響が出る虞があり、光ディスク基板Ｄの成形
には適しない。ディスク基板Ｄａの表面に対して水平方
向に振動を印加することができる横振動及びトーション
振動の超音波振動を用いて、ディスク基板Ｄａに逆パタ
ーンＰを成形する場合の圧力、振幅、振動数の実施デー
タ及び適用ディスクの種類を〔表１〕にまとめて記し
た。ディスク基板Ｄａはアモルファスポリオレフィン系
樹脂を主成分とする日本ゼオン社製のゼオネックス（商
標）を素材として成形されたものを用いた。

【００２１】

【表１】

【００２２】横振動を用いてディスク基板に複数の記録
ピットを転写（成形）した場合の特長は、大重量の超音
波振動体を振動させるのに多少難があったが、転写性は
トーション振動に比較して良好であった。大型のディス
ク基板を成形する場合に適している。一方、トーション
振動を用いた場合は、転写性は横振動を用いて成形した
場合に比較して若干劣るが、超音波振動体に形成されて
いる逆パターンを比較的均一に振動させ易いという特長
があり、従って、小型のディスク基板を成形する場合に
適している。

【００２３】また、〔表１〕に記した超音波振動の前記
振幅は記録ピット間の間隔幅より可成り大きい。しか
し、記録ピットの凹凸形状は、超音波振動によって溶融
した樹脂が超音波振動体１２の逆パターンＰの形成され
ている表面が静止した後も逆パターンＰの凹凸形状に沿
って流れて形成されるため、十分に大きい振幅で差し支
えない。それどころか、成形しようとする物品によって
は、この特性を積極的に利用する必要がある場合もあ
る。

【００２４】更にまた、前項で、超音波振動の縦振動は
光ディスク基板の成形に適さないと記した。しかし、光
ディスク以外の、例えば、厚みが２ｍｍ以上の被成形品
によっては、この特性を逆に生かすこともでき、従っ
て、加工しようとする物品に応じて利用することもでき
る。このような縦振動を加える場合の圧力、振幅、振動
数の実施データを〔表２〕に例示した。

【００２５】

【表２】

【００２６】また、前記実施例として記したディスク基
板Ｄａの素材としてアモルファスポリオレフィン系樹脂
を主成分とする樹脂を例示したが、素材としてはこの他
にポリカーボネート、アクリルなどを用いることがで
き、成形しようとする物品の形状、構造と、それに用い
る樹脂の性質に応じて前記超音波振動の振幅、振動数、
そして物品に掛ける超音波振動体の圧力などが決定され
るものである。

【００２７】更にまた、固定金型２と可動金型３とで全
体のキャビティＣａを形成できる金型構造になっている
が、固定金型２でのみキャビティＣａを形成できる金型
構造とし、可動金型３はコア面で構成する金型構造とし
てもよい。そして更にまた、前記実施例では、表面に凹
凸形状を成形する物品として、光ディスクを例示して説
明したが、本発明の成形方法は光ディスクの成形に限定
されるものではなく、物品の表面に、例えば、微細な装
飾的模様を施したい場合にも用いることができ、そして
凸版印刷、エッチングによる溝形成などの加工に代え
て、本発明の成形方法を応用することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の成形方
法及び成形装置によれば、凹凸模様が形成された物品、
特に記録ピットが形成された光ディスクを高精度で容易
に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の成形方法の第１段階である光ディス
ク基板を樹脂成形する成形方法を説明するための工程図
であって、型開き状態を示す成形金型の断面側面図であ
る。

【図２】 図１に続く工程の型締め状態を示す成形金型
の断面側面図である。

【図３】 図２に続く工程の型開き状態を示す成形金型
の断面側面図である。

【図４】 本発明の成形方法の第１段階で得られたディ
スク基板の表面に凹凸模様の記録ピットを成形するため
の本発明の成形方法の第２段階に用いられる本発明の成
形装置を示す一部断面側面図である。

【図５】 図４に示した成形装置が作動したディスク基
板が初期段階にある成形装置の一部拡大断面側面図であ
る。

【図６】 図４に示した成形装置が作動してディスク基
板の表面が溶融してゆく中間段階にある成形装置の一部
拡大断面側面図である。

【図７】 図４に示した成形装置が作動してディスク基
板の表面が最終段階にある成形装置の一部拡大断面側面
図である。

【図８】 本発明の成形方法によりディスク基板の表面
に形成された記録ピットを示す一部拡大断面側面図であ
る。

【図９】 本発明の成形方法に用いられる、ディスク基
板の表面に印加する超音波振動の形態を説明するための
成形装置の一部断面側面図である。

【図１０】 光ディスク成形用スタンパーを示してい
て、同図Ａはその斜視図、同図Ｂは図Ａの一部拡大斜視
図である。

【図１１】 図１０に示したスタンパーを用いて光ディ
スクを射出成形する樹脂成形法を説明するための工程図
であって、同図Ａは型開き状態の成形金型にスタンパー
を装着した状態を示した一部成形金型の断面側面図、同
図Ｂは図Ａに示した状態から成形金型を型締めし、射出
成形する状態を示した一部成形金型の断面側面図、そし
て同図Ｃは樹脂成形後の成形金型を型開きした状態を示
した一部成形金型の断面側面図である。

【符号の説明】

１ 成形金型 ２ 固定金型 ３ 可動金型 ４
ランナー １０ 本発明の成形装置 １１ 定盤 １２ 超音
波振動体 １３超音波振動発振装置 Ｄ 光ディスク Ｄａ
ディスク基板 Ｍａ 溶融樹脂 Ｍｂ 硬化樹脂

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に凹凸模様を備えた物品の基になる
   平滑で平面度が良好な基体表面に、前記凹凸模様とは逆
   模様の凹凸模様が表面に形成されている超音波振動体の
   該表面を圧接させながら、該超音波振動体により超音波
   振動を印加して前記基体表面を溶融し、該溶融材を前記
   超音波振動体の凹凸模様に十分に進入させた後、前記超
   音波振動を停止し、前記凹凸模様に進入した溶融材が硬
   化した後、前記超音波振動体の表面から前記基体を分離
   することにより、表面に凹凸模様が形成された物品を得
   ることを特徴とする表面に凹凸模様を備えた物品の成形
   方法。
2. 【請求項２】 凹凸模様の記録ピットを備えた光ディス
   クを樹脂成形するに当たり、予め成形した平滑で平面度
   の良好なディスク基板を用意し、該ディスク基板の表面
   に、前記記録ピットとは逆パターンの記録ピットが表面
   に形成されている超音波振動体の該表面を、所定の圧力
   の下に圧接させながら、該超音波振動体により所定の振
   動数と振幅の超音波振動を印加して、前記ディスク基板
   の表面の樹脂を溶融し、溶融した樹脂を前記超音波振動
   体の逆パターンに十分に進入させた後、前記超音波振動
   を停止し、前記逆パターンに進入した溶融樹脂が硬化さ
   せた後、前記超音波振動体の表面から前記ディスク基板
   を分離することにより、表面に所望の記録ピットが形成
   された光ディスクを成形することを特徴とする光ディス
   クの成形方法。
3. 【請求項３】 前記ディスク基板に印加する超音波振動
   は、前記ディスク基板の表面に対して横振動或いはトー
   ション振動であることを特徴とする請求項２に記載の光
   ディスクの成形方法。
4. 【請求項４】 定盤と該定盤の上方に配設された超音波
   振動体と該超音波振動体に連結され、超音波振動を供給
   する超音波振動発振装置とから構成されていることを特
   徴とする表面に凹凸模様を備えた物品、特に光ディスク
   を成形するための成形装置。
5. 【請求項５】 超音波振動体で構成された定盤と該定盤
   の上方に配設された超音波振動体とこれら両超音波振動
   体に連結され、超音波振動を供給する超音波振動発振装
   置とから構成されていることを特徴とする両面に凹凸模
   様を備えた物品、特に両面に記録ピットを備えた光ディ
   スクを成形するための成形装置。