KR100550711B1 - 광디스크 성형 방법과 성형에 필요한 금형 장치, 금형 틀,금형 인서트 및 금형 인서트 제조 방법 - Google Patents

광디스크 성형 방법과 성형에 필요한 금형 장치, 금형 틀,금형 인서트 및 금형 인서트 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광디스크 성형 방법은, 단열성 인서트 코팅(112)을 적어도 하나의 단열성 금형 인서트(12)에 도포하여 감소된 표면 조도를 갖는 적어도 하나의 코팅된 금형 인서트를 제공하는 단계와; 상기 코팅된 금형 인서트를 열전도성 금형 틀(17, 19 또는 20)과 열전도성 금형 장치(10)의 일부분 사이에 위치시키는 단계와; 용융된 열가소성 재료(44)를 금형 장치 안으로 주입하는 단계와; 광디스크를 형성하도록 용융된 열가소성 재료가 유리 전이 온도 아래로 냉각되기에 충분한 시간동안 금형 장치 내에 용융된 열가소성 재료를 유지시키는 단계와; 금형 장치로부터 광디스크를 배출하는 단계를 포함하는 방법이다. 다른 실시예에서, 금형 인서트는 금형 틀의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 가지며, 금형 틀 상에 코팅되거나 적층된다. 또 다른 실시예에서, 금형 인서트는 도포되고, 경화되고, 릴리스 층(130)으로부터 제거됨으로써 제조된다.

Description

광디스크 성형 방법과 성형에 필요한 금형 장치, 금형 틀, 금형 인서트 및 금형 인서트 제조 방법{STRUCTURE AND METHOD FOR MOLDING OPTICAL DISKS}
본 발명은 광디스크와 콤팩트디스크를 사출성형하기 위한 구조체 및 방법에 관한 것이다.
사출성형은 금형 장치 내에 용융된 열가소성 수지를 주입하는 것을 포함한다. 일반적으로 철, 강, 스테인리스강, 알루미늄 또는 황동 같은 금속 재료가 높은 열전도율을 가지고 있어서 열가소성 수지의 용융액을 급속히 냉각시키고 성형 사이클 타임을 줄이기 때문에 열가소성 수지의 사출성형에 사용되는 금형은 이러한 재료로 만들어진다. 이러한 금형에서의 급속한 냉각으로 인한 단점은 주입된 수지가 금형 표면에서 즉시 냉각되어 얇은 고체층이 형성된다는 것이다. 금형 표면에서의 용융액의 급속한 냉각은 (고품질 광표면 대신) 디스크 성능에 영향을 줄 수 있는 거친 표면을 생성시킨다. 재료의 다양한 반경방향의 유동성과 조합된 용융액의 급속한 응고는 광 디스크에 요구되는 균일한 용융액 흐름과 균일한 표면 복제(replication)의 달성을 어렵게 한다. 불균일한 흐름과 표면 불완전성은 광디스크에 높은 비트 에러(high bit error)를 갖는 영역을 야기시킬 수 있다
오디오, 비디오, 또는 컴퓨터 데이터 저장장치 및 복구용품에 사용되는 콤팩트디스크의 사출성형에서는, 금형을 통한 열전달이 성형 시간 및 복굴절, 평면도, 형태 복제의 정확도 같은 디스크 속성에 중대한 영향을 미친다. 공정이 경제적이 되기 위해서는, 품질 조건에 부합하기 위해 필요한 공정 변수와 짧은 사이클 타임 사이에 주의 깊은 균형이 유지되어야 한다.
금형에 단열재를 합체시킴으로써 사출 성형 도중의 열전달과 사이클 타임의 향상에 영향을 미치는 방법이 김 등에 허여된 미국 특허 제 5,458,818 호에 개시되어 있다. 상기 특허에서는, 성형 작업중의 수지의 초기 냉각을 느리게 하기 위해 부착된 단열 층이 있는 금속 코어(core)가 내재한 다층 금형이 사용된다. 단열층은 낮은 열 확산성과 전도성을 갖추어 성형된 수지의 냉각을 느리게 하고, 고온에서의 열화에 대한 저항성이 우수하여 고온에서 유지되는 금형에 사용될 수 있도록 하는 재료로 이루어진다.
열전달에 영향을 미치는 다른 방법은 나카무라 등의 일본 특허 출원 공개공보 제 88-71325 호에 개시되어있다. 이 일본 특허 공개공보에서는, 금속 금형의 코어(core) 성형 표면 위에 스템퍼(stamper)가 위치하기 전에 코팅 또는 래미네이션에 의하여 합성 수지층이 스템퍼 위에 형성된다.
성형 공구 및 장비의 크기와 모양의 변화를 최소로 하기 위해서는 단열층의 사용이 바람직하다. 콤팩트디스크에 대해서는, 광 투명도, 표면 형태 및 초 미세 치수를 갖는 표면 형태의 복제에 대한 엄격한 요구 조건에 의해, 충분히 매끄러운 표면을 제공하지 못하거나 성형 온도에서 장기간 안정적이지 않거나 또는 성형 공정 도중의 고압의 반복적 적용에 견딜수 없는 통상적인 단열재료의 사용이 배제된다.
금형에 대한 열전달을 관리하기에 유용한 시트 또는 필름에 대해서는, 시트 또는 필름은 제조된 디스크 안으로 형태 복제 에러 또는 표면 결함이 나타나지 않도록 넓은 면적에 걸쳐 매우 매끄러운 표면(표면 조도 0.1 ㎛ 미만)을 가져야 한다. 표면은 성형 공정 동안 기계적 및 치수적 특성이 보전되면서 성형 공구 안의 작은 결함을 감쇠시킬 수 있는 것이 바람직하다.
발명의 요약
따라서 향상된 표면 복제와 향상된 성형 특성을 갖는 광디스크 성형에 대한 구조 및 방법을 제공하는 것이 요망된다.
요약해서, 본 발명의 이 실시예에 따르면, 광디스크 성형 방법은, 열적으로 단열되는(thermally insulative, 이하 '단열성' 이라 함) 인서트 코팅을 적어도 하나의 단열성 금형 인서트(mold insert)에 도포하여 감소된 표면 조도를 갖는 적어도 하나의 코팅된 금형 인서트를 제공하는 단계와, 적어도 하나의 코팅된 금형 인서트를 열적으로 전도되는(thermally conductive, 이하 '열전도성' 이라 함) 금형 틀과 열전도성 금형 장치의 일부분 사이에 위치시키는 단계와, 용융된 열가소성 재료를 금형 장치 안으로 주입하는 단계와, 금형 장치 안의 용융된 열가소성 재료를 용융된 열가소성 재료가 광디스크를 형성하는 유리 전이 온도 아래로 냉각되기에 충분한 시간동안 유지시키는 단계와, 금형 장치로부터 광디스크를 배출하는 단계로 이루어진다.
관련된 실시예에 있어서, 단열성 금형 인서트는 금형 인서트가 금형 틀의 열 팽창 계수와 조화되는(compatible) 열 팽창 계수를 갖도록 열전도성 금형 틀 위에 코팅된다. 금형 인서트의 코팅 전에 점착 촉진제가 금형 틀에 도포될 수 있다.
다른 관련된 실시예에 있어서, 단열성 금형 인서트는, 금형 인서트가 금형 틀의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖도록 하고, 현저하게 수축하지 않고 금형 틀과 금형 인서트의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖는 재료로 이루어지는 점착제를 사용하여, 열전도성 금형 틀 위에 적층된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 금형 장치와 금형 틀 사이에서 금형 장치에 위치하도록 한 금형 인서트는, 단열성 금형 인서트 재료의 층과 감소된 표면 조도를 제공하는 적어도 하나의 금형 인서트 재료의 표면 위에 도포된 인서트 코팅으로 이루어진다.
다른 관련된 실시예에 있어서, 금형 장치 내에 위치하는 금형 틀과 금형 인서트는, 열전도성 금형을 입히는 점착 촉진제 및 점착 촉진제 위에 코팅된 단열성 금형 인서트(금형 틀의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖는 금형 인서트) 및 열전도성 금형 틀로 이루어진다.
또 다른 관련된 실시예에 있어서, 금형 장치 내에 위치하도록 하는 금형 틀 과 금형 인서트는, 열전도성 금형 틀과 단열성 금형 인서트 사이의 점착제 및 금형 틀의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖는 금형 인서트 및 현저하게 수축하지 않고 금형 틀과 금형 인서트의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖는 재료로 이루어진 점착제로 구성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 광디스크 금형 장치는, 감소된 표면 조도를 갖는 적어도 하나의 코팅된 금형 인서트를 제공하기 위하여 적어도 하나의 단열성 금형 인서트에 적용된 단열성 인서트 코팅으로 이루어진 적어도 하나의 금형 인서트 및 열전도성 금형 틀 및 열전도성 금형 장치로 이루어진다. 적어도 하나의 코팅된 금형 인서트는 열전도성 금형 틀과 열전도성 금형 장치의 부분 사이에 위치된다.
다른 관련된 실시예에 있어서, 광디스크 금형 장치는 점착 촉진제 또는 열전도성 금형 틀 위에 놓이는 점착제 및 점착 촉진제와, 열전도성 금형 틀과 점착 촉진제 또는 점착제 상에 코팅되는 단열성 금형 인서트를 포함하며, 단열성 금형 인서트는 금형 틀의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 광디스크 성형에 사용되는 금형 인서트를 제조하는 방법은, 기재에 릴리스(release) 층을 도포시키는 단계와, 릴리스 층 위에 액체 단열 금형 인서트 재료의 용액을 코팅하는 단계와, 금형 인서트를 형성하도록 금형 인서트 재료를 경화시키는 단계 및 릴리스 층과 기재로부터 금형 인서트를 제거하는 단계로 이루어진다.
신규하다고 믿어지는 본 발명의 특징이 특히 첨부된 청구범위에 기재된다. 그러나 본 발명의 구조 및 방법과 본 발명의 다른 목적 및 장점에 관해서는 첨부된 도면과 관련하여 설명된 다음의 상세한 설명을 참조함으로써, 가장 잘 이해될 수 있으며, 도면에서는 동일한 참조부호는 동일한 구성 요소를 표현한다.
도 1은 사출 성형의 실시예의 측면도,
도 2는 단열 금형 인서트 위의 인서트 코팅의 측면도,
도 3은 단열 금형 인서트 양 측면 위의 인서트 코팅의 측면도,
도 4는 스템퍼 위의 액체 단열 금형 인서트 재료의 측면도,
도 5는 인서트 재료가 스템퍼 위에 펼쳐진 도 4의 유사도,
도 6은 점착제와 같이 스템퍼에 적층된 단열 금형 인서트의 도면,
도 7은 기재 위 릴리스 층 위에 형성된 단열 금형 인서트의 도면,
도 8 및 도 9는 인서트 코팅의 적용 전의 단열 금형 인서트 재료의 사시도.
균질 필름 또는 복합된 층 구조를 이루는 얇고 매끄러운 폴리머(polymer) 시트는 콤팩트디스크의 사출 성형 동안에 열 흐름을 조절하여 향상된 디스크 품질 및/또는 감소된 사이클 타임을 제공하기 위해 사용된다. 시트는 금형의 정보 측면 및/또는 미러 측면의 뒤에 위치하여 금형 벽을 통한 열전달을 관리하고 향상된 금형 형태의 복제를 향상시키고 또한 금형 온도를 감소시킨다. 본 발명은 단열 필름을 형성하는 것에 대한 몇가지의 실시예를 서술한다. 각각의 실시예에 있어서, 공정 단계는 가능한 한 청정한 환경에서 수행된다.
도 1은 단열성 금형 인서트(12)와 금형 공동(16)을 형성하며 열전도가 우수한 재료로 된 한 쌍의 절반부(14)를 포함하는 사출 금형(10)의 측단면도다. 단열성은 대략 50W/m·K 이하의 열 전도 계수를 갖는 재료를 포함하는 것을 의미한다. 열전도성은 대략 100W/m·K 이상의 열 전도 계수를 갖는 재료를 포함하는 것을 의미한다.
구리 관과 같은 냉각로(18)가 사이클 타임을 감소시키도록 냉각액을 수용하기 위해 각 절반부(14)에 제공된다. 적어도 하나의 콤팩트디스크 또는 광디스크 스템퍼 금형 틀(20)이 도시된 바와 같이 금형 공동(16) 내에 위치하고 그 안에서 알려진 방식으로 고정된다. 스템퍼(20)는 정보를 전달하는 그루브형(grooved) 또는 피트형(pitted) 표면(22)을 갖는다.
필요시, 제 2 금형 틀(23)이 금형 공동(16) 내에 추가적으로 위치될 수 있다. 예시의 목적을 위해, 매끄러운 표면 금형 틀은 부분(19)으로 표현되고 정보를 전달하기 위한 그루부형 또는 피트형 표면을 갖는 제 2 스템퍼 금형 틀은 부분(17)으로 표현된다. 그러므로 스템퍼 금형 틀(20)은 유일한 금형 틀이 될 수 있거나 또는 매끄러운 금형 틀과 함께 사용될 수 있거나 또는 제 2 스템퍼 금형 틀과 함께 사용될 수 있다. 이하에서, 스템퍼 금형 틀과 매끄러운 금형 틀은 집합적으로 금형 틀로 지칭된다. 통상적으로, 금형 틀은 전기도금된 니켈로 이루어지고 금형의 절반부들은 강으로 이루어진다.
각각의 금형 절반부(14)는 금형 인서트(12)를 지지하기 위한 표면(21)을 가질 수 있다. 인서트(12)는 고온 열가소성 재료, 열경화성 재료, 플라스틱 화합물, 다공질 금속, 세라믹 및 저열전도 금속 합금 같은 열전도성이 낮은 재료로 제조될 수 있는 하나의 얇은 단열층 또는 다층 단열 구조의 형태로 될 수 있다. 인서트는 대략 10㎛ 내지 500㎛의 두께를 갖는 폴리이미드(polyimide) 필름 같은 가요성 필름인 것이 바람직하다. 대안적으로, 인서트는 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리에테르케톤(polyetherketone) 또는 적절한 낮은 열전도성을 갖는 임의의 다른 재료의 필름으로 이루어질 수 있다.
고온의 열가소성 수지는 탕구 부싱(sprue bushing, 36) 및 탕구(38)를 통하여 금형 공동 내로 사출될 수 있다. 수지로부터의 열은 스템퍼(20)[및 적용된다면, 매끄러운 금형 틀(19) 또는 제 2 스템퍼(17)]를 통하여 흡수되며 수지(44)의 급속한 냉각을 방지하고 스템퍼를 재가열하는 적어도 하나의 금형 인서트(12)에 의하여 열전달이 조정된다. 이것에 의해 스템퍼와 수지(44) 사이의 짧은 시간 동안 계면에 고온 플라스틱 표면이 생성된다.
실제로는, 금형 인서트가 도 1에 도시된 바와 같이 금형의 각 측면에 위치하는 것이 가장 유용하다. 본 발명은 또한 금형 인서트가 하나 또는 두 개의 금형 절반부에 사용되면 유용하다.
도 2는 인서트 코팅을 적용함으로써 금형 인서트가 매끄러워진 본 발명의 일 실시예를 보여주는 단열 금형 인서트(12) 위의 인서트 코팅(112)에 대한 측면도이다.
성형 공정중의 고온 및 고압 조건 때문에, 금형 인서트(12)는 높은 열 및 치수 안정성을 필요로 한다. 많은 잠정적인 금형 인서트 재료의 필름 표면 조도는 접촉 및 비접촉 표면 조도 측정 장치(profilometry)를 사용하여 특성화 되어 있다. FN, HN 및 E 를 포함하여, 0.0005인치(12.7㎛) 내지 0.005인치(127㎛)의 두께를 갖는 KAPTON 폴리이미드(KAPTON은 듀퐁 캄파니 상표임) 필름의 몇몇 등급이 특성화 되어 있다. KAPTON E 폴리이미드 필름은 0.2㎛ 조도의 최소 표면 형태를 갖는 것으로 밝혀져 있다. 다른 잠정적인 재료들은 도 1에 관하여 위에서 논의된 것들을 포함한다.
본 발명에서는, 인서트 코팅(112)을 적용함으로써 표면 조도가 훨씬 감소된다. 인서트 코팅은 용제(solvent)로부터 주조되는 것이 바람직하다. 인서트 코팅에 사용되는 재료는 인서트에 대한 양호한 점착성, 성형 공정중의 안정성, 표면 평탄성, 유연성 및 수용할 수 있는 단열성을 포함한 몇몇의 특성을 갖는다. 적절한 재료는 폴리이미드, 개질(modified) 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 개질 폴리에테르이미드, 실록산(siloxane) 개질 폴리이미드, 또는 다른 열적으로 안정된 폴리머를 포함한다.
이러한 코팅의 안정성과 유연성은 열경화 필름을 제공하는 적합한 에폭시 수지와 혼합함으로써 훨씬 더 최적화될 수 있다. 추가되는 에폭시 수지의 양은 필름에 변화되는 교차 결합(cross-linked) 밀도를 제공하도록 조절될 수 있다. 맞춰진 표면 코팅으로 이루어진 복합 구조의 사용은 열 장벽에 유용한 특성을 제공할 것이다. 예를 들면, 루핀스키 등의 미국 특허 제 5,169,911 호에서 폴리이미드 및 에폭시 수지로 이루어진 열경화 혼합물을 개시한다.
일 실시예에서, 인서트(12)는 점착제(111)를 사용하여 프레임(110) 상에 장착된다. 프레임은, 예를 들면, 원형 INVAR 합금 프레임(INVAR는 탄소 함량이 0.2%인 니켈 36%, 강 64%의 합금에 대한 카펜터 테크놀로지 코퍼레이션의 상표임)으로 이루어진다. 폴리이미드가 INVAR 합금 프레임 상에 장착되고 구워진 후에, 폴리이미드는 냉각시 프레임보다 더 수축하여 탄탄한(팽팽한) 표면이 형성된다.
대안적으로, 도 8과 도 9에서 도시된 바와 같이, 인서트(12)는 두 개의 스냅 링(810, 812) 안으로 인서트를 누름으로써 장착될 수 있다. 그 뒤 인서트는 코팅 공정을 계속하기 전에 조도 및 균일성에 대하여 측정될 수 있다.
인서트 표면은 점착성을 향상시키기 위해 RIE(Reactive Ion Etching, 반응성 이온 에칭)에 의해 인서트 코팅의 도포에 대해 준비될 수 있다. 다음에 액체 형태의 인서트 코팅 재료가 인서트 표면 상에 도포된다. 양호한 일 방법에서는 스핀 코팅이 회전 공구(113)와 함께 사용된다. 일 실시예에서, 회전 공구(113)는 오목형 부분(117)을 포함하며, 이 오목형 부분 내에 프레임(110)이 금형 인서트가 놓여지는 평평하고 지지되는 공구 표면을 남기도록 위치될 수 있다. 스핀 코팅에 대한 대안으로서 다른 적절한 코팅 기술로는, 예를 들면, 딥(dip) 코팅, 메니스커스(meniscus) 코팅, 스프레이(spray) 코팅을 들 수 있다.
인서트 및 인서트 코팅은 그 뒤 가열 유닛(120) 내에서 구워져서 용제를 제거하고 인서트 코팅을 경화시킨다. KAPTON E 폴리이미드로 이루어진 인서트(12)가 아세토페논(acetophenone)/아니솔(anisole) 용제로 주조된 층 두께가 12㎛인 ULTEM 폴리에테르이미드(ULTEM은 제너럴 일렐트릭 캄파니의 상표임) 필름으로 코팅된 실시예에서, 결과적인 표면 조도는 0.1㎛보다 작다.
프레임(110)의 면적이 충분히 크다면, 결과적인 코팅된 금형 인서트의 표면은 검사될 수 있고, 천공된(사용된) 부분이 코팅된 금형 인서트의 가장 부드러운 부분을 포함하며 예기치 않는 거친 표면이 피해지도록 코팅된 인서트는 천공될 수 있다.
도 3은 단열 금형 인서트(12)의 양 측면 상의 인서트 코팅(112, 116)의 측면도이다. 인서트의 양 측면을 코팅하는 것은 가능하며 코팅이 인서트와 도포된 인서트 코팅 사이의 어떠한 열 팽창 불일치에서 발생하는 인서트 내의 응력의 균형을 맞출 것이다. 만일 금형 인서트의 한쪽 측면만이 코팅된다면, 금형 틀에 인접하게 코팅된 측면을 위치시키는 것이 바람직하다.
이 실시예에서는, 도 2에서 도시된 바와 같이 하나의 측면이 인서트 코팅(112)으로 코팅될 수 있으며 프레임과 금형 인서트는 그 뒤 제 2 인서트 코팅(116)의 도포를 위해 전도될 수 있다. 최소한 금형 인서트의 전도 전에 제 1 인서트 코팅(112)에 적어도 소프트 베이킹(soft baking)을 수행하는 것이 바람직하다. 제 1 인서트 코팅의 하드 베이킹(hard baking)(경화)은 금형 인서트의 전도 전에 또는 제 2 인서트의 하드 베이킹과 동시에 발생할 수 있다. 일 실시예에서, 소프트 베이킹은 대략 15분 내지 3시간 동안 대략 섭씨 60°C 내지 100°C의 온도로 굽는 것을 포함하며, 하드 베이킹은 대략 1시간 내지 3시간의 동안 200°C 내지 300°C의 온도로 질소 분위기에서 굽는 것을 포함한다.
회전 공구(113)는 제 1 인서트 코팅(112)이 회전 공구와 직접적인 접촉을 하지 않도록 개구(115)를 포함하는 것이 바람직하다. 이 개구는 접촉을 방지하고 긁힘이 제 1 인서트 코팅에 형성되는 것을 막는다.
도 4는 인서트가 바로 스템퍼에 적용되는 실시예를 보여주는 스템퍼(20) 상 의 액체 단열 금형 인서트 재료(12)의 측면도이다. 도 4 및 도 5가 스템퍼 위의 인서트 도포에 관계된 것이지만, 공정은 매끄러운 표면의 금형 틀(19)(도 1에 도시된) 상에 인서트를 적용하는 것과 같은 방식으로 수행된다. 금형 틀은 종래의 금속 금형 틀로 이루어지거나 제조 도중 수정된 금형 틀로 이루어진다.
본 발명에서는, 인서트 재료는 금형 틀의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖도록 선택된다. 인서트 재료의 열 팽창 계수는 금형 틀의 열 팽창 계수의 세배 이하여야 한다. 바람직한 실시예에서, 인서트 재료의 열 팽창 계수는 금형 틀의 열 팽창 계수의 두배 이하이다. 예를 들면, 한 실시예에서는, 인서트 재료는 필름의 평면에서 대략 24ppm/°C(섭씨 1도당 백만분의 일 부분) 필름의 평면에서 열 팽창 계수를 갖는 ULTRADEL 5106 폴리이미드(ULTADEL은 일리노이주 네이퍼빌의 아모코 케미칼즈의 상표임)로 이루어지며 금형 틀은 대략 13ppm/°C의 열 팽창 계수를 갖는 니켈로 이루어진다.
다른 바람직한 실시예에서는, 금형 틀 상에 인서트 재료를 도포하기 전에, 금형 틀에 점착 촉진제(119)가 도포된다. 이것은, 금형 인서트를 금형에 잘 점착시키는 것이 금형 틀 위의 금형 인서트의 매끄러운 표면을 얻는 데 중요하기 때문에, 유익한 특성이다. 만일 금형 인서트가 금형 틀 상에서 층층이 갈라지거나 방울진다면, 금형 틀에 의해 성형된 광디스크는 낮은 품질을 갖게 될 것이다.
점착 촉진제는 스핀(spin), 딥, 스프레이, 또는 메니스커스 코팅으로 도포될 수 있고 건조될 수 있다. 점착 촉진제는 용제 안에서 부유하는 결합제를 이루며 금형 틀을 코팅하기에 충분한 두께를 갖는다. 한 실시예에서 점착 촉진제는, 예를 들면, 알파-아미노 프로필트리에토실레인(α-amino propyltriethoxysilane, 듀퐁 캄파니의 주문 번호 VM-651 및 VM-652으로 판매되는 오가노실레인 내의 활성적인 성분) 같은 오가노실레인(organosilane)을 이룬다.
도 4의 실시예에서, 액체 형태의 인서트 재료(12)는 자체로 회전 공구 위에 위치한 스템퍼의 뒷 표면의 중앙에 위치한다. 한 실시예에서 단열체 재료는 폴리이미드로 이루어진다. 대안적으로, 다른 적절한 재료는 적절하게 낮은 열전도성을 가진 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르술폰, 폴리에테르케톤, 또는 열가소성, 열경화성, 플라스틱 화합물, 또는 다른 재료를 포함한다. 단열체 재료의 양은 원하는 두께와 코팅될 면적에 관계된다. 하나의 실시예에서, 그 양은 대략 3㎜ 내지 대략 5㎜에 달한다.
도 5는 스템퍼 위에 펼쳐진 인서트 재료가 있는 도 4의 유사도이다. 스템퍼는 스템퍼 표면에 걸쳐 인서트 재료를 소망의 두께로 분포시키기 위하여 회전 공구(113) 위에서 스핀(회전)된다. 한 실시예에서, 예를 들면, 스템퍼는 대략 1000RPM(분당 회전수)에서 대략 3000RPM 의 범위에서 대략 20초에서 대략 30초까지의 시간 범위 동안 회전된다. 상기에서 논의된 바와 같이, 다른 코팅 기술은, 예를 들면, 딥 코팅, 메니스커스 코팅 및 스프레이 코팅을 포함한다.
바람직한 인서트의 두께는 인서트가 사용되어지는 실시예에 따라 변할것이지만, 일반적으로 두께는 대략 5㎛ 내지 대략 250㎛의 범위가 될 것이다. 인서트가 단지 금형의 한 측면 위에 제공되는 실시예에서는, 대략 5㎛ 내지 25㎛ 범위 안의 더 얇은 층이 균일한 열전달에 더 적절하다. 인서트가 금형의 양 측면 위에 있는 실시예에서는, 더 두꺼운 층이 사용될 수 있다. 더 두꺼운 단열이 성형 공정을 더 낮은 융점 및 성형 온도에서 작동하게 하므로 이 실시예가 디스크 품질을 향상시키는데 바람직하나, 많은 성형 기계는 금형의 매끄러운 측면 위에 인서트를 포함시키는 데 적합하지 않다.
인서트 재료가 적용되고 코팅된 후에, 스템퍼 및 인서트 재료는 경화된다. 경화는, 예를 들면, 대략 15분 내지 대략 3시간의 시간 동안 대략 100°C에서 구워진 후 1시간 내지 3시간의 동안 대략 200 ~ 300°C의 질소 분위기에서 구워짐으로써 두 단계의 공정에서 수행된다.
어떤 실시예에서는, 몇몇의 인서트 재료 층은 적절한 두께를 갖는 인서트 및/또는 복합 구조를 형성하기 위하여 연속적으로 도포되어질 필요가 있다. 경화 후에, 스템퍼 및 인서트는 운반 및/또는 성형을 위해 천공 및 포장될 수 있다.
도 6은 점착제(124)가 있는 스템퍼(20)에 적층된 단열 금형 인서트(12)의 도면이며 본 발명의 다른 실시예를 보여준다. 이 실시예에서, 예를 들면, 도 2 및 도 3에 관하여 논의된 재료의 어떠한 것으로도 이루어지는 인서트는 금형 틀 또는 점착제(124) 및 함께 두 구조를 적층시키는 인서트를 코팅함으로써 스템퍼의 뒤쪽 또는 금형 틀 표면에 적용될 수 있다. 예를 들면, 점착제는 폴리에테르이미드, 아크릴(acrylic), 폴리에스테르(polyesther) 또는 다른 폴리머와 같은 열가소성 수지 혹은 에폭시 또는 열가소성/에폭시 혼합물과 같은 열경화성 재료로 이루어진다.
본 발명에서는, 인서트 재료는 가능한 한 금형 틀에 가까운 열 팽창 계수를 갖도록 선택된다. 한 실시예에서는, 인서트 재료는 대략 14 ~ 17 ppm/°C의 필름 평면에서 열 팽창 계수를 갖는 KAPTON E 폴리이미드로 이루어진다. 실시예에서는, 부가적으로 점착제는 경화 도중 현저하게 수축하지 않고 금형 인서트 및 금형의 열 팽창과 충분히 근접한 열 팽창 계수를 갖는 ULTEM 같은 재료로 이루어진다.
도 7은 단열 금형 인서트(12)가 기재(128)위의 릴리스 층(130)에 형성되는 본 발명의 다른 실시예에 대한 도면이다.
매끄러운 기면은, 예를 들면, 유리 또는 실리콘 웨이퍼 또는 다른 잘 닥여지거나 또는 매끄러운 표면 같은 매끄러운 재료로 이루어질 수 있다. 릴리스 층은, 예를 들면, 대략 100Å의 두께를 갖는 질화 티타늄 또는 금 같은 재료로 이루어질 수 있다. 릴리스 층은 기재보다 낮은 표면 에너지를 보유해 점착을 촉진시키지 않도록 선택된다. 릴리스 층은 증발 또는 스퍼터링(sputtering) 기술에 의해 도포될 수 있다.
이 실시예에서는, 자유롭게 설치된 매끄러운 인서트는 도 4에 관하여 논의된 재료 같은 액체 단열 금형 인서트 재료의 용융액을 릴리스 층으로 코팅되어 있는 기재 위로 스핀 코팅함으로써 생산될 수 있다. 액체 단열 금형 인서트 재료로 쓰이는 재료는 ULTEM 폴리에테르이미드 및 PYRALIN 폴리이미드(PYRALIN은 듀퐁 캄파니의 상표임)같은 폴리머 용융액을 포함하는 것이 바람직하다. 인서트 재료는 대략 10㎛ 내지 대략 30㎛까지의 범위를 갖는 두께까지 스핀되는 것이 바람직하다.
인서트 재료가 도포된 후, 인서트는 경화되고 기재로부터 제거된다. 잠정적인 제거 방법은 핀셋 또는 손가락을 사용하여 인서트 재료를 벗겨내거나, 또는 손 혹은 기구의 접촉을 피하기 위하여, 물 같은 액체 안에 기재와 인서트를 담금으로써 인서트가 기재를 뜨게 하는 것을 포함한다.
상기 도 2, 도 3 및 도 7의 실시예는 독립형 인서트에 관한 것이며, 반면에 도 3, 도 4 및 도 6의 실시예는 스템퍼 또는 매끄러운 표면 금형 틀 상에 직접 제조된 인서트에 관한 것이다. 독립형 인서트는 종래의 스템퍼와 함께 사용될 수 있고 교환될 수 있으며 다른 금형 제품에 대한 통상의 스템퍼와 함께 사용될 수 있다는 점에서 이점이 있다. 일체 성형 인서트는, 특히 도 3 및 도 4의 실시예처럼 스템퍼 상에서 바로 스핀될 때, 더 적은 공정/제조 단계를 필요로 하는 잠재적 이점이 있다.
또한, 상기 실시예의 몇몇을 선택적으로 조합하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도 7에 관하여 서술된 배출 층 방법에 의해 제조된 금형 인서트는 도 2 및 도 3에 관하여 서술된 방식으로 코팅될 수 있다. 게다가, 도 2, 도 3, 및 도 7의 실시예에 의하여 제조된 금형 인서트는 도 6에 관하여 논의된 방식으로 적층될 수 있다.
본 명세서에는 본 발명의 특정하고 바람직한 특징만이 예시되고 서술되었지만, 많은 변형과 변경이 행해질 수 있음을 당해 기술분야의 숙련된 사람은 인식할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 개념 내에 있는 모든 변형과 변경을 포함하도록 의도된다고 이해되어져야 한다.

Claims (20)

  1. 광디스크 성형 방법에 있어서,
    열전도성 금형 틀(17,19 또는 20) 상에 점착 촉진제(119)를 도포하는 단계와,
    단열성 금형 인서트(12)를 상기 점착 촉진제와 상기 열전도성 금형 틀 상에 코팅하는 단계로서, 상기 금형 인서트는 상기 금형 틀의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖는, 코팅 단계와,
    상기 금형 틀과 금형 장치 사이에 상기 금형 인서트가 위치되도록, 코팅된 금형 틀을 열전도성 금형 장치(10) 내에 위치시키는 단계와,
    용융된 열가소성 재료(44)를 상기 금형 장치 안으로 주입시키는 단계와,
    광디스크를 형성하도록 용융된 열가소성 재료가 유리 전이 온도 아래로 냉각되기에 충분한 시간 동안 상기 금형 장치 내에 용융된 열가소성 재료를 유지시키는 단계와,
    금형 장치에서 광디스크를 배출시키는 단계를 포함하는
    광디스크 성형 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열성 금형 인서트는 적어도 두 층의 단열성 금형 인서트 재료를 포함하며, 상기 코팅 단계는 금형 틀 상에 제 1 층의 단열성 금형 인서트 재료를 코팅하는 단계와, 상기 제 1 층의 단열성 금형 인서트 재료를 적어도 부분적으로 경화시키는 단계와, 제 2 층의 단열성 금형 인서트 재료를 코팅하는 단계와, 상기 제 2층의 단열성 금형 인서트 재료를 경화시키는 단계를 구비하는
    광디스크 성형 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열성 금형 인서트를 코팅하는 단계는 상기 단열성 금형 인서트(12)를 적층시키는 단계를 구비하는
    광디스크 성형 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅은 스핀 코팅 단계를 구비하는
    광디스크 성형 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금형 인서트는 폴리이미드를 포함하는
    광디스크 성형 방법
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅 단계는 상기 열전도성 금형 틀(17,19 또는 20) 상에 상기 단열성 금형 인서트(12)를 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 메니스커스 코팅하는 단계를 구비하는
    광디스크 성형 방법
  7. 광디스크 성형 방법에 있어서,
    점착제 코팅된 금속 프레임에, 최소 표면 형상을 갖는 단열성 금형 인서트(12)를 도포하는 단계와,
    상기 단열성 금형 인서트와 금속 프레임을 가열하는 단계와,
    상기 단열성 금형 인서트와 금속 프레임을 냉각하는 단계와,
    이어서, 감소된 표면 조도를 갖는 적어도 하나의 코팅된 금형 인서트를 제공하기 위하여 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 메니스커스 코팅에 의하여 단열성 인서트 코팅(112)을 상기 단열성 금형 인서트에 도포하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 코팅된 금형 인서트를 열전도성 금형 틀(17, 19, 20)과 열전도성 금형 장치(10)의 일부분 사이에 위치시키는 단계와,
    용융된 열가소성 재료(44)를 금형 장치 안으로 주입시키는 단계와,
    광디스크를 형성하도록 용융된 열가소성 재료가 유리 전이 온도 아래로 냉각되기에 충분한 시간 동안 금형 장치 내에 용융된 열가소성 재료를 유지시키는 단계와,
    금형 장치로부터 광디스크를 배출하는 단계를 포함하는
    광디스크 성형 방법.
  8. 광디스크 성형 방법에 있어서,
    단열성 금형 인서트의 평탄한 표면을 제공하기 위하여, 두 개의 금속 링 사이에 최소 표면 특성을 갖는 단열성 금형 인서트(12)를 고정시키는 단계와,
    감소된 표면 조도를 갖는 적어도 하나의 코팅된 금형 인서트를 제공하기 위하여 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 메니스커스 코팅에 의하여 단열성 인서트 코팅(112)을 적어도 하나의 단열성 금형 인서트에 가하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 코팅된 금형 인서트를 열전도성 금형 틀(17, 19 또는 20)과 열전도성 금형 장치(10)의 일부분 사이에 위치시키는 단계와,
    용융된 열가소성 재료(44)를 금형 장치 안으로 주입시키는 단계와,
    광디스크를 형성하도록 용융된 열가소성 재료가 유리 전이 온도 아래로 냉각되기에 충분한 시간 동안 금형 장치 내에 용융된 열가소성 재료를 유지시키는 단계와,
    금형 장치로부터 광디스크를 배출하는 단계를 포함하는
    광디스크 성형 방법.
  9. 용융된 열가소성 재료(44)를 완성된 광디스크로 성형하기 위해 금형 장치(10) 내에 위치되는 열전도성 금형 틀(17, 19 또는 20) 및 단열성 금형 인서트(12)에 있어서,
    상기 금형 틀 위에 놓이는 점착제(124) 또는 점착 촉진제(119)를 구비한 층을 포함하며,
    상기 금형 인서트는 상기 금형 틀과 상기 층 상에 위치되고, 상기 금형 인서트는 상기 금형틀의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖는
    금형 인서트 및 금형 틀.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 층은 점착제(124)를 포함하며, 상기 점착제는, 현저하게 수축하지 않고 상기 금형 틀과 금형 인서트의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖는 재료를 포함하는
    금형 인서트 및 금형 틀.
  11. 광디스크 금형 장치(10)에 있어서,
    적어도 하나의 열전도성 금형 틀(17, 19 또는 20)과,
    상기 금형 틀의 열 팽창 계수와 조화되는 열 팽창 계수를 갖는 적어도 하나의 단열성 금형 인서트(12)와,
    상기 금형 틀 위에 놓이는 점착제(124) 또는 점착 촉진제(119)를 포함하는 층으로서, 상기 금형 인서트가 상기 금형 틀 및 상기 층 상에 위치되는, 층과,
    열전도성 금형 장치(10)를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 코팅된 금형 인서트는 상기 열전도성 금형 틀과 열전도성 금형 장치의 일부분 사이에 위치되는
    광디스크 금형 장치.
  12. 광디스크 성형에 사용되는 금형 인서트(12)의 제조 방법에 있어서,
    기재에 릴리스 층(130)을 도포시키는 단계와,
    상기 릴리스 층 상에 액체 단열성 금형 인서트 재료의 용융액(12)을 코팅하는 단계와,
    금형 인서트를 형성하도록 금형 인서트 재료를 경화시키는 단계와,
    상기 릴리스 층과 기재로부터 상기 금형 인서트를 제거하는 단계를 포함하는
    금형 인서트 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 릴리스 층과 기재로부터 상기 금형 인서트를 제거하는 단계는 상기 릴리스 층과 기재로부터 상기 금형 인서트를 벗겨내는 단계를 구비하는
    금형 인서트 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 릴리스 층과 기재로부터 금형 인서트를 제거하는 단계는 상기 기재와 금형 인서트를 액체 안에 담그는 단계를 구비하는
    금형 인서트 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 릴리스 층은 질화 티타늄 또는 금인
    금형 인서트 제조 방법.
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