Brevet FR2548578A1 — publié le 19850111

PROCEDE DE FABRICATION DE DISQUESOPTIQUES PAR PRESSAGE ET DISQUE OBTENU PAR UN TEL PROCEDE. La présente invention se rapporte aux disques optiques, c'est à dire aux disques sur lesquels sont enregistrées des données d'informations, ces données étant lisibles à l'aide d'un faisceau de rayons focalisés Ces données peuvent représenter des informations vidéo c'est à dire des signaux d'images, 5 de son et de données ou des informations purement numériques dans les applications destinées à l'informatique ou à la numérisation de signaux analogiques L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un tel disque. Les disques lisibles optiquement sont généralement tels que l'informa10 tion est enregistrée sur une piste sous forme de micro-reliefs dont la largeur est de l'ordre du micromètre et dont la longueur est fixe ou variable selon le procédé d'enregistrement Cette piste peut avoir la forme de cercles concentriques ou être une piste en spirale, le pas entre les sillons suivant la direction radiale étant compris entre 1,5 et 2 /urn De tels disques permet15 tent d'enregistrer une grande quantité d'information lisible optiquement La lecture est obtenue par diffraction d'un rayonnement concentré sur le plan contenant l'information lorsque le disque est en rotation, le dispositif de lecture comportant des dispositifs d'asservissement radial et vertical permettant de maintenir le point de focalisation du faisceau de lecture sur la 20 piste La lecture peut être effectuée par transmission ou par réflexion. Le disque peut comporter une ou deux faces gravées. Si l'enregistrement original peut être obtenu directement par un procédé mettant en oeuvre des moyens de gravure comprenant également une source de rayons focalisés, il n'en est pas de même en ce qui concerne la 25 duplication de cet enregistrement. En effet, si l'on désire un nombre de copies conséquent de cet enregistrement, il est alors nécessaire d'avoir recours à des procédés basés sur la duplication à l'aide d'une (disque monoface) ou deux matrices (disque biface) reproduisant l'enregistrement original. De nombreuses méthodes ont été proposées dans l'art connu. On distingue généralement deux types de disques, du moins en ce qui concerne l'épaisseur: les disques dits "épais", c'est à dire typiquement d'épaisseur supérieure à environ 300 micromètres, et par opposition, les disques dits "minces" Bien que cette distinction soit essentiellement con5 ventionnelle, elle correspond, vus les techniques et matériaux mis en oeuvres, à des ordres de grandeurs différents des difficultés technologiques rencontrées pendant le processus de fabrication. En ce qui concerne les disques "épais", il existe deux méthodes thermiques principales: une méthode par compression qui consiste à placer une galette de matériau thermoformable préchauffé entre deux matrices dont au moins une porte une empreinte à dupliquer, à chauffer et à presser jusqu'à ce que le matériau ait flué et ait pris la totalité de l'empreinte; l'épaisseur du disque obtenu est déterminée par un compromis entre la pression exercée et la 15 fluidité du matériau thermoformable; une méthode par injection qui consiste à forcer avec une pression très élevée une quantité de pate d'un matériau thermoformable à remplir le vide existant entre deux matrices; l"épaisseur du disque obtenu est déterminée par le compromis entre la pression exercée et la fluidité du matériau 20 thermoformable. En ce qui concerne les disques "minces", aux deux méthodes citées précédemment, on peut en ajouter une troisième généralement appelée estampage qui consiste à placer entre les deux matrices portant l'information, une feuille d'un matériau thermoformable Un cycle température25 pression permet de ramolir la surface pour que la prise d'empreinte puisse s'effectuer L'épaisseur finale du disque est déterminée par l'Pépaisseur de la feuille. Enfin, pour tous les types de disques, en plus des méthodes thermiques citées précédemment, depuis quelques années est apparue une méthode 30 différente qui consiste à photopolymériser, en présence dun rayonnement dans la gamme des ultra- violets, un matériau photosensible déposé sur un substrat par enduction et sur lequel la matrice vient copier l'information alors que le matériau photopolymère est encore liquide L'épaisseur obtenue est en général très légèrement supérieur à l'épaisseur du substrat. L'expérience a montré que le problème le plus difficile à résoudre pour obtenir un disque de bonne qualité est certainement celui de la planéité du disque. Le type de défaut de planéité intervient naturellement dans la qualité 5 finale d'un disque Il est relativement aisé de rattraper à l'aide des servomécanismes, dont sont pourvus les appareils de lecture, un défaut qui se présente sous la forme d'une seule ondulation par tour ou un voile, même de grande amplitude En effet dans ce cas, le défaut est associé à une fréquence très basse pour laquelle le gain des servomécanismes est à son 10 maximum. Par contre, lorsque le nombre des défauts, même d'amplitudes relativement faibles, est fort et leur répartition aléatoire, le gain des servomécanismes décroit du fait de leurs bandes passantes limitées et ces défauts ne peuvent être rattrapés Il est donc nécessaire d'obtenir un état de surface de 15 qualité suffisante pour s'affranchir de ce phénomène. Les méthodes par compression ou par injection qui nécessitent des presses de grandes puissances introduisent souvent de très fortes contraintes dans les matériaux et actuellement le meilleur compromis entre toutes les spécifications et en particulier celles liées aux paramètres optiques, conduit 20 à utiliser du polymétachrylate de methyle ("PMMA"). La méthode par photopolymérisation qui est certainement moins contraignante, et pour le matériau du disque et pour les matrices, nécessite tout de même l'utilisation d'un substrat de bonne qualité Or ce dernier est souvent obtenu par injection ou compression, et donc les mêmes difficultés 25 se présentent au moment de sa fabrication. Par opposition, la méthode d'estampage est intéressante d'abord parce que l'on peut faire des prépressages avec des matrices sans information pour améliorer la planéité mais aussi parce qu'il n'y a pratiquement pas de déplacement de matière sous la matrice Cette méthode donne de bons 30 résultats pour des films minces, typiquement inférieurs à 300 micromètres comme il a été indiqué Dès que l'on veut passer à des épaisseurs supérieures, il s'agit de "planches" et non plus de films Les "planches" ont en général une planéité assez médiocre et cette méthode est inapplicable aux disques dits "épais". L'invention se place dans le cadre de la fabrication de disques de ce dernier type et vise à pallier les difficultés qui viennent d'être énoncées. A cette fin, l'invention a donc pour objet un disque optique obtenu par ce procédé. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication de disques optiques d'épaisseur déterminée gravés sur au moins une face au moyen d'une presse à compression comprenant une paire de machoires, mobiles l'une par rapport à l'autre, supportant chacune, respectivement une première matrice gravée et une seconde matrice, contre-matrice ou matrice gravée, 10 caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant en la disposition, entre les matrices, d'un empilemrent d'au moins deux feuilles en matériau thermoformable dont l'épaisseur totale cumulée est égale à ladite épaisseur déterminée et des étapes de soumission de cet empilement à un cycle pression-température, la dite pression étant exercée par le moyen du 15 rapprochement des machoires de la presse comprimant Pempilement de feuilles en matériau thermoformable et le cycle température, comprenant Pélévation de la température à partir d'une température ambiante pour dépasser le point de ramollissement du matériau et le retour à la température ambiante; de manière à obtenir, à l'issue de ces étapes, le collage des 20 feuilles constituant ledit empilement les unes sur les autres et la duplication de la gravure de chaque matrice gravée sur l'une des faces principales de l'empilement. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaitront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures 25 annexées et parmi lesquelles: la figure 1 illustre une des étapes du procédé de l'invention la figure 2 illustre schématiquement une presse; la figure 3 est un diagramme représentant un cycle typique échauffementrefroidissement de matériau thermoformable. Un aspect fondamental du procédé selon l'invention est d'associer plusieurs feuilles d'un film en matériau thermoformable, empilées les unes sur les autres et de réaliser le transfert de Pinformation par la méthode d'estampage On peut obtenir ainsi des disques épais, dont l'Pépaisseur est déterminée par la somme des épaisseurs des films empilés, présentant une excellente planéité et autorisant, simultanément, l'utilisation de matériau bon marché tel que le polychlorure de vinyle (PVC). En outre, comme il le sera décrit de façon plus détaillée dans ce qui suit, le procédé de l'invention reste compatible avec l'utilisation d'une presse conventionnelle. Les étapes du procédé selon l'invention vont être maintenant décrites de façon plus détaillée. Il comprend une phase préliminaire de création d'au moins une matrice comportant en "négatif", sur l'une de ses faces principales, une gravure 10 représentant l'information à dupliquer S'il s'agit d'un disque double face, il doit être créé naturellement deux matrices associées aux deux faces du disque Ces matrices sont rendues solidaires des machoires d'une presse. Cette phase est entièrement commune avec l'art connu et ne nécessite pas de plus amples développement. Les étapes propres au procédé de l'invention commencent par l'insertion entre les machoires de la presse munies de leurs matrices respectives, d'un empilement de feuilles en matériaux thermoformables. Pour un processus en continu, cet empilement de feuilles peut être constitué par un empilement de bandes de largeur au moins égale au 20 diamètre des disques réalisé, empilement défilant, pas à pas, entre les machoires de la presse, pour qu'à chaque cycle une copie de la gravure des matrices soit réalisée. Selon une autre variante, chaque feuille peut être constituée par une préforme, découpée grossièrement à la dimension du disque à réaliser et qui 25 peut être pré-percée d'un orifice central qui servira au centrage lors d'une étape finale de découpe du disque à ses dimensions définitives. Le nombre de feuilles de l'empilement est naturellement déterminé, comme il a été indiqué, par l'épaisseur finale du disque à obtenir De façon préférentielle, toutes les feuilles sont du même matériau. Pour fixer les idées, un disque optique a typiquement 1,2 millimètre d'épaisseur et les films sont en polychlorure de vinyle. Ensuite, comme représenté schématiquement à la figure 1, de façon analogue à l'art connu, l'empilement de feuilles ou de films est soumis à un cycle "température-pression" Cependant, cette étape présente la spécifici- té d'obtenir simultanément le transfert de la gravure sur l'une des faces principales extrêmes de l'empilement de films et le collage des différents films de l'empilement les uns aux autres Cette dernière action est due à la qualité thermoformable du matériau utilisé. Sur la figure 1, a été représenté un empilement de trois feuilles sous forme de bandes continues 1, 2 et 3 qui ont été introduites entre deux machoires 4 et 5, d'une presse, supportant chacune une matrice, 6 et 7, à dupliquer S'il s'agit d'un disque monoface, une seule matrice est gravée et l'autre matrice, ou contre-matrice est lisse. A titre d'exemple, toujours pour fixer les idées, la température à laquelle est soumis l'empilement est de l'ordre de 150 C Elle ne doit pas être trop élevée pour éviter une dégradation des qualités intrinsèques du matériau utilisé La pression, appliquée perpendiculairement aux plans formés par les films de matériaux thermoformables, peut être choisie dans 15 la gamme comprise entre 30 et 40 Kg cm -2, ce pendant un intervalle de temps typique compris entre 20 et 60 s L'éffauchement est obtenu par l'utilisation de moyens de chauffage des machoires. Enfin, Pl'ensemble est ramené à la température ambiante, étape de refroidissement permettant de figer la gravure transférée, de façon analo20 gue à l'art connu, et de rendre définitif le collage des différents films de Pempilement. Le retour à la température ambiante s'effectue dans un intervalle de temps dépendant de la capacité de refroidissement des machoires. Si la découpe et le perçage d'un trou central du disque ne sont pas 25 réalisés simultanément à l'étape de gravure, le procédé comprend des étapes supplémentaires pour réaliser ces opérations, de façon identique à ce qui est réalisé dans l'art connu. Dans la majorité des cas, à la suite de ces étapes du procédé de l'invention le produit obtenu, c'est-à-dire un disque optique d'épaisseur 30 prédéterminé présente une planéité suffisante pour la plupart des applications envisagées, c'est à dire une planéité de l'ordre du micromètre pour de courtes périodes spatiales (inférieures à 10 cm). Cependant, il est encore possible d'améliorer la planéité suivant deux variantes du procédé, variantes comprenant des étapes supplémentaires. Selon une première variante, il est procédé à une étape de prépressage individuel des feuilles de l'empilement Pour ce faire, les feuilles sont soumises à un cycle température-pression analogue à celui qui vient d'être rappelé, mais pendant lequel chaque feuille est disposée entre des 5 machoires lisse d'une presse ou, plus généralement, entre des matrices lisses ou organes analogues. Selon une seconde variante, l'empilement complet de feuilles subit globalement un tel traitement Dans ce cas, on réalise pendant ces étapes supplémentaires également le collage des feuilles les unes sur les autres On 10 soumet ensuite l'empilement ainsi réalisé à un nouveau cycle températurepression, mais essentiellement pour obtenir la duplication d'informations. Comme il a été rappelé, et cela constitue un avantage supplémentaire du procédé de Pinvention, celui-ci reste compatible avec l'utilisation des presses mises en oeuvre dans P Art Connu. Une telle presse va maintenant être décrite brièvement pour illustrer plus complètement l'invention par référence à la figure 2. Sur cette figure n'ont été représentées que les pièces principales nécessaires à la fabrication de disques selon le procédé de l'invention. La presse comprend tout d'abord une machoire supérieure 4 mobile et 20 une machoire inférieur 5 le plus souvent solidaire d'un bâti fixe non représenté Sous l'action de forces de pression, la machoire supérieur se rapproche de la machoire inférieure suivant une direction parallèle à un axe orthogonal aux faces principales en vis à vis des deux machoires Ces faces sont planes Entre les deux machoires, 4 et 5, comme précédemment 25 rappelé, on dispose, d'une part, un jeu de matrices à dupliquer 6 et 7 pourvues d'orifices de centrage 60 et 70, d'autre part, l'empilement de feuilles en matériau thermoformable. Dans l'exemple illustré, ces feuilles sont constituées de trois préformes de disques I à 3, pourvues d'orifices de centrage 10 à 30, prédécoupés. 30 Dans la réalité, les matrices ne sont pas généralement en contact direct avec les machoires mais par l'intermédiaire de feuilles 400 et 500 en matériau élastique formant coussin, répartissant de façon plus régulière les forces de pression exercées sur les matrices 6 et 7 et l'empilement de feuilles thermodéformables 1 à 3. Enfin, il est également prévu une pièce de centrage 8 sur laquelle sont enfilées les matrices 6 et 7 et les préformes 1 à 3. Pour obtenir une élévation de température des machoires, communiquée aux feuilles I à 3, plusieurs moyens on été proposés A titre d'exemple, 5 ces moyens peuvent être contitués par des résistances électriques chauffantes. Cependant, il est difficile vue l'inertie thermique généralement présentée par ces machoires, d'obtenir une mise en température rapide. Dans la réalisation de presse illustrée par la figure 2, il est préféré un 10 échauffement par circulation de vapeur sèche circulant dans un serpentin au sein de chaque machoire, respectivement les serpentins 40 et 50. Il peut être également envisagé un chauffage par ondes électromagnétiques hautes fréquences occasionnant des pertes diélectriques. Le refroidissement, c'est à dire le retour à la température ambiante 15 peut être obtenu par la circulation d'eau ou d'un fluide également dans des serpentins disposés au sein des machoires, 41 et 51 respectivement sur la figure 2. La figure 3 est un diagramme illustrant un cycle typique chauffagerefroidissement obtenu avec une telle presse On fait ciculer la vapeur sèche 20 dans les serpentins 40 et 50 La mise en température s'effectue pendant un intervalle de temps I de 1,5 mm environ, à l'issu duquel on obtient une température moyenne de 140 C. La pression sur l'empilement de feuilles est appliquée dès le début du cycle. A partir d'une température un peu inférieure à 80 C, le point de ramollissement du matériau des feuilles de l'empilement étant atteint, du polychlorure de vinyle dans Pexemple illsutré, la duplication de l'information, c'est à dire la prise d'empreinte à partir du matériau et le collage s'effectuent: intervalle de temps IA. Ensuite, on stoppe l'arrivée de vapeur sèche et on fait circuler dans les serpentins 41 et 51 le liquide de refroidissement Le temps nécessaire au retour à la température ambiante est égal ou de l'ordre de grandeur de celui nécessaire à la mise en température 1,5 mn dans l'exemple illustré. L'invention n'est naturellement pas limitée aux seules exemples explicitement décrits à titre d'illustration mais s'étend à toutes variantes à la portée de l'Homme de Métier En particulier d'autres matériaux thermoformables peuvent être utilisés Le nombre et l'Pépaisseur des feuilles de 5 l'empilement sont susceptibles de larges variations, ce nombre étant au moins égal à deux. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de disques optiques d'épaisseur déterminée gravés sur au moins une face au moyen d'une presse à compression comprenant une paire de machoires ( 4,5), mobiles l'une par rapport à l'autre, supportant chacune, respectivement une première matrice gravée ( 6) et une 5 seconde matrice ( 7), contre-matrice ou matrice gravée, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant en la disposition, entre les matrices, ( 6,7) d'un empilement d'au moins deux feuilles ( 1,2, 3) en matériau thermoformable dont l'épaisseur totale cumulée est égale à ladite épaisseur déterminée et des étapes de soumission de cet empilement à un cycle 10 pression-température, la dite pression étant exercée par le moyen du rapprochement des machoires ( 4,5) de la presse comprimant Pl'empilement de feuilles en matériau thermoformable et le cycle température, comprenant l'élévation de la température à partir d'une température ambiante (TA) pour dépasser le point de ramollissement (TR) du matériau et le retour à la 15 température ambiante (TA); de manière à obtenir, à l'issue de ces étapes, le collage des feuilles ( 1,2,3) constituant ledit empilement les unes sur les autres et la duplication de la gravure de chaque matrice gravée ( 6,7) sur l'une des faces principales de l'empilement. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit collage 20 et ladite duplication de gravure sont obtenus de façon simultanée lors de l'élévation de la température au-dessus du point de ramollissement (TR) du matériau thermoformable. 3 Procédé selon Pune quelconque des revendications I ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire initiale pendant laquelle 25 chaque feuille ( 1,2,3) de l'empilement est soumise à un cycle pressiontempérature entre deux matrices lisses pendant lequel la température est élevée à partir de la température ambiante jusquà une température supérieure au point de ramollissement (TR) du matériau thermoformable la composant et ramenée à la température ambiante (TA) de manière à en 30 améliorer la planéité. 4 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire initiale pendant laquelle un empilement d'au moins deux feuilles ( 1,2,3) de matériau thermoformable est soumis à un cycle pression-température entre deux matrices lisses pendant lequel la tempéra5 ture est élevée à partir de la température ambiante (TA) jusqu'à une température supérieure au point de ramollissement (TR) du matériau thermoformable et ramenée à la température ambiante (TA), le collage des feuilles ( 1,2,3) de l'empilement étant réalisé à l'issue de cette étape. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 10 en ce que chaque feuille ( 1,2,3) de matériau thermoformable a une épaisseur de 150 micromètres. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que chaque feuille ( 1,2,3) de matériau thermoformable est constituée par une préforme de disque de diamètre supérieur au disque optique à 15 fabriquer et comportant un orifice ( 10,20,30) de centrage prédécoupé de manière à aligner les préformes les unes par rapport aux autres pour constituer ledit empilement. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que le matériau thermoformable est du polychlorure de vinyle. 8 Disque optique comprenant au moins une face gravée caractérisé en ce qu'il est fabriqué selon le procédé de l'une quelconque des revendications I à 7 à partir d'un empilement d'au moins deux feuilles ( 1,2,3) de matériau thermoformable.