(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリカーボネートから成り、中央部に貫通孔を有する透光性の基板と、
前記基板の裏面上に形成されて信号が記録される記録層と、
ポリカーボネートから成り、円盤状の土台部の一方側に凸部を有し、該凸部を前記貫通孔に嵌合するとともに、前記土台部の表面に前記凸部を取り囲んで一円周上に形成された突起部を前記基板に当接させた状態で、超音波および圧力によって前記突起部が溶けて前記基板の中央部に溶着されたハブとを備え、
基板表面に照射された光によって信号が再生される光ディスクの製造方法において、
前記基板と前記ハブの前記突起部との前記溶着時における前記突起部の内周側の下端Ｈにおいて計測し、その計測した荷重圧力Ｐが、
４．５ＭＰａ ≦ 荷重圧力Ｐ ≦ ５．３ＭＰａ
となるように、前記圧力を加え、
前記基板において基板内周部の同一半径を有する円周上の周方向に等しい角度をあけた相互に異なる複数の各位置Ｑ（ｒ，θ）（θは角度、ｒは半径を表す）に入射した波長λの光の常光線および異常光線の位相差をＲ（ｒ，θ）・λとしたとき、前記荷重圧力Ｐに依存する前記Ｒ（ｒ，θ）の標準偏差σは、下記の式を満たすことを特徴とする光ディスクの製造方法。
標準偏差σ ≦ ４．１１ × １０−３
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の中央部にハブを超音波溶着して製造される光ディスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤ（コンパクトディスク）、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスクの記録層に形成された信号記録用のピットの列は、螺旋状のトラックを描いている。また、ＭＤ（ミニディスク）、ＭＯ（マグネットオプティカル）などの光磁気ディスクでは、螺旋状のグルーブに信号が記録されている。これらの光ディスクは、記録装置または再生装置内で回転して信号の記録または再生が行われる。このとき光ディスクは、通常、ディスクの中心を通る軸線を回転軸として回転するが、回転軸はトラックまたはグルーブの螺旋の中心を通るのが望ましい。特に、高密度に信号が記録された光磁気ディスクでは、螺旋の軸を回転軸に精度よく合わせることが重要である。
【０００３】
そこで、光磁気ディスクでは、基板とは別にハブを成型して、これを基板の中央部に取付けることで、回転軸の位置補正を行い、精度よく螺旋の軸を回転軸に合わせている。ハブの取付方の一つである超音波溶着法は、所定の圧力をかけながら超音波を照射して、ハブを基板に溶着することによって行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光ディスクの製造におけるハブの超音波溶着では、製品の強度を重視しており、そのためハブの溶着時に必要な最低圧力に対して、充分に大きな９．０ＭＰａ以上の荷重圧力を加えている。ところが、このように充分大きな荷重圧力で溶着した光ディスクでは、内周部において光ディスクの重要な特性のひとつであるＣ／Ｎ（搬送波対雑音比）が、ハブ溶着前に比べて低下するという問題がある。９．０ＭＰａ以上の荷重圧力では、Ｃ／Ｎはほぼ一定値４６．７ｄＢ（ハブ溶着前４７．８ｄＢ）をとる。このように、ハブを溶着して製造した従来の光ディスクでは、ハブ溶着後のＣ／Ｎの低下量を１．１ｄＢ以下にすることができない。
【０００５】
本発明の目的は、溶着の荷重圧力を改善してＣ／Ｎを向上できる光ディスクの製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポリカーボネートから成り、中央部に貫通孔を有する透光性の基板と、
前記基板の裏面上に形成されて信号が記録される記録層と、
ポリカーボネートから成り、円盤状の土台部の一方側に凸部を有し、該凸部を前記貫通孔に嵌合するとともに、前記土台部の表面に前記凸部を取り囲んで一円周上に形成された突起部を前記基板に当接させた状態で、超音波および圧力によって前記突起部が溶けて前記基板の中央部に溶着されたハブとを備え、
基板表面に照射された光によって信号が再生される光ディスクの製造方法において、
前記基板と前記ハブの前記突起部との前記溶着時における前記突起部の内周側の下端Ｈにおいて計測し、その計測した荷重圧力Ｐが、
４．５ＭＰａ ≦ 荷重圧力Ｐ ≦ ５．３ＭＰａ
となるように、前記圧力を加え、
前記基板において基板内周部の同一半径を有する円周上の周方向に等しい角度をあけた相互に異なる複数の各位置Ｑ（ｒ，θ）（θは角度、ｒは半径を表す）に入射した波長λの光の常光線および異常光線の位相差をＲ（ｒ，θ）・λとしたとき、前記荷重圧力Ｐに依存する前記Ｒ（ｒ，θ）の標準偏差σは、下記の式を満たすことを特徴とする光ディスクの製造方法である。
標準偏差σ ≦ ４．１１ × １０−３
本件明細書中、位相差Ｒ（ｒ，θ），Ｒ，Ｒ（ｎ）に代えて、Ｒ（ｒ，θ）・λ，Ｒ・λ，Ｒ（ｎ）・λを位相差と称することがあり、平均位相差ＲＭに代えて、ＲＭ・λを平均位相差と称することがある。この平均位相差を、位相差平均値と称することがある。標準偏差σに代えて、σ・λを標準偏差と称することがある。これらの数値Ｒ（ｒ，θ）・λ，Ｒ・λ，Ｒ（ｎ）・λ，ＲＭ・λ，σ・λを、波長λで割った数値は、波長λに拘わらない数値として扱うことができる。
本発明では、基板の内周部の予め定める一定の半径ｒ（たとえば後述の３５ｍｍ、４５ｍｍおよび６０ｍｍ）を有する一円周上の周方向に等しい角度（たとえば２０度）をあけた相互に異なる複数（たとえば１８）の各入射位置Ｑ（ｒ，θ）（たとえば角度θ＝２０ｎ、ここでｎ＝０，１，…，１７であり、ｎ＝０は、前記一円周上の周方向の任意の位置である）に入射した波長λの光が入射した場合に確認できる位相差をそれぞれＲ（ｒ，θ）・λとしたとき、前記Ｒ（ｒ，θ）の標準偏差σを、４．１１×１０−３以下に選ぶ。
本発明に従えば、特に溶着の影響を受けやすい基板内周部の一周内における位相差は、標準偏差σ≦４．１１×１０−３で表現される程度にばらつく。標準偏差σ≦４．１１×１０−３のとき、ハブ溶着後のＣ／Ｎの低下量≦０．１４ｄＢであるので、従来の光ディスク（ハブを超音波溶着したものに限定）よりもＣ／Ｎが大きくなり、信号の再生精度を向上することができる。なお、本発明の光ディスクは、再生専用のＣＤ（コンパクトディスク）、１回だけ書込み可能なＣＤ−Ｒ、および光磁気効果によって何度でも書換え可能な光磁気ディスクなどを含む概念である。
【０００７】
また、標準偏差σ≦４．１１×１０−３の領域では、比較的Ｃ／Ｎが変化し難く、ほぼ一定値をとる。これは、溶着の前後において位相差のばらつきが変化しても、Ｃ／Ｎがほとんど変化しないことを示している。これによって、特に溶着の影響を受けやすい基板内周部において、Ｃ／Ｎの低下を防ぐことができる。さらに、光ディスクの記録または再生装置の設計が容易になり、さらには光ディスクの記録信号を高密度化できる。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の一実施形態である光ディスクを構成する基板２を示す平面図であり、図１（ｂ）はその側面図であり、図１（ｃ）はその部分拡大図である。基板２はポリカーボネートから成る厚さｄ、外径Ｄ１の円盤であり、その中央部には内径Ｄ２の貫通孔６が設けられる。外径Ｄ１は、たとえば１３０ｍｍであり、厚さｄは１．２ｍｍである。基板２の裏面１３には、蒸着されたアルミニウムから成る記録層１４が形成される。記録層１４は、保護層１５によって覆われる。
【００１３】
図２（ａ）は光ディスクを構成するハブ３を示す図であり、図２（ｂ）はその側面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）の部分Ａ１の拡大図である。ハブ３は土台部９および凸部８を備え、ともにポリカーボネートから成る。土台部９は外径Ｄ３を有する円盤であり、凸部８は土台部９上に形成された外径Ｄ５の円盤である。なお、外径Ｄ５は内径Ｄ２よりも小さく、凸部８が貫通孔６に嵌合可能となっている。また、外径Ｄ３は内径Ｄ２よりも大きく、凸部８を貫通孔６に嵌合したときに土台部９が基板２に当接する。
【００１４】
基板２の表面１２に当接する土台部９の表面には、凸部８を取り囲む直径Ｄ４の一円周上に突起部１０が形成されている。直径Ｄ４は、たとえば１９ｍｍである。突起部１０は基板２と同じポリカーボネートから成り、後述のようにハブ３が基板２に溶着されるときに、重要な役割を果たす。突起部１０の幅Ｄ６は、たとえば０．４ｍｍである。なお、本件明細書中の荷重圧力はすべて、土台部９上に形成された突起部１０の内周側の下端Ｈにおいて計測されたものである。
【００１５】
図１の基板２に図２のハブ３が溶着された光ディスク１において、表面１２に照射された光は、基板２を透過し、記録層１４で反射し、再び基板２を透過し、もと来た方へ戻って行く。この戻り光を受光することによって、記録層１４に記録された信号を読み出すことができる。
【００１６】
図３は、ハブ３の溶着の方法を示す側面図である。凸部８を貫通孔６に嵌合して図１の突起部１０を基板２に当接させた状態で、ホーン１１によって荷重圧力Ｐと超音波の振動とが加えられる。超音波の照射を受けた突起部１０は溶けて、ハブ３を基板２に溶着させる。たとえば、超音波の周波数は１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ、超音波の振幅は１０μｍ〜１００μｍ、溶着時間は１０００ｍｓｅｃ以下である。
【００１７】
図４は、荷重圧力Ｐに対する溶着時間を示すグラフである。グラフの横軸は荷重圧力Ｐを示し、縦軸は溶着時間を示す。前述の図１〜図３の実施の形態において、荷重圧力Ｐを変化したとき、その荷重圧力Ｐが上昇するに従って、溶着時間は減少し、溶着が容易になっていることを示している。図４では、参考のために、荷重圧力Ｐ＝１０ＭＰａのデータも示してある。この図４から明らかなように、ほぼ４．５ＭＰａが最低圧力Ｐ１であり、それ以下の荷重圧力Ｐでは急激に溶着時間が増加して、事実上溶着は不可能となる。溶着が可能な荷重圧力Ｐの範囲は、次の式（３）で表現される。
最低圧力Ｐ１ ＝ ４．５ＭＰａ ≦ 荷重圧力Ｐ                      …（３）
【００１８】
基板２に光を照射したとき、基板２に入射した光（その光の波長をλとする）は基板２内で複屈折を生じる。複屈折は、基板２を厚み方向に透過する光のうち、常光線と異常光線とで屈折率が異なるために起こる現象である。したがって、基板２内を透過する常光線と異常光線とはその速度が異なり、位相差Ｒ・λを生じる。基板２において常光線の屈折率を屈折率Ｎｏ、異常光線の屈折率を屈折率Ｎｅ、基板２の厚みを厚みｄとすると、位相差Ｒ・λは下記の式（４）のように表される。
Ｒ・λ ＝ ｜Ｎｅ−Ｎｏ｜ × ｄ                                  …（４）
【００１９】
このような位相差Ｒ・λは、基板２の入射位置Ｑによって異なり、基板２の中心を基準とする入射位置Ｑ（ｒ，θ）に入射した光の位相差は、Ｒ（ｒ，θ）・λである。ここで、ｒ＝３５ｍｍ，４５ｍｍ，６０ｍｍおよびθ＝２０ｎ度（ｎ＝０，１，…，１７、したがって各半径ｒ毎の測定位置の数は１８である。ｎ＝０は各半径ｒの一円周上の任意の入射位置である。）のときの入射位置Ｑ（ｒ，θ）に、波長λ＝６３３ｎｍのレーザ光線を照射して、位相差Ｒ（ｒ，θ）・λを測定し、その結果の一部を以下の図６〜図８に示した。ただし、荷重圧力Ｐおよび超音波の振幅Ａは下記の表１のように設定した。
【００２０】
【表１】
0003717274.tif 000002
【００２１】
図５は、比較例としてハブ３を溶着する前の基板２における位相差Ｒ・λを示すグラフであり、図６は条件ａおよび条件ｄのとき、図７は条件ｅおよび条件ｈのとき、図８は条件ｉおよび条件ｌのときの位相差Ｒ・λを示すグラフである。折れ線２１〜２３は基板２上の中心からそれぞれ距離ｒ＝３５ｍｍ，４５ｍｍ，６０ｍｍの円周上での位相差Ｒ・λを示している。グラフの横軸は円周上のある基準位置からの２０度ごとの回転角度θ＝２０ｎ度（単位はｄｅｇ）を示し、縦軸は位相差Ｒ・λ（単位はｎｍ）を示す。
【００２２】
図５〜図８の中では、図６（ｂ），図７（ｂ），図８（ｂ）に示す折れ線２１において、位相差Ｒ・λのばらつきが激しいことがわかる。これは、ハブ３に近接する基板２の内周部の１周内において、位相差Ｒ・λのばらつきが超音波の振幅Ａに依存せずに、荷重圧力Ｐに依存していることを示している。さらに、表１の中で図示されていない条件においても参照すれば、荷重圧力Ｐが大きいほど、位相差Ｒ・λがばらつくこともわかった。よって、折れ線２１における位相差Ｒ・λの標準偏差σ・λは荷重圧力Ｐに依存するはずである。
【００２３】
基板２の中心から距離ｒ＝３５ｍｍの円周上の入射位置を入射位置Ｑｎ（ｒ＝３５ｍｍ，θ＝２０ｎ度）とするとき、入射位置Ｑｎから入射した光の位相差を、位相差Ｒ（ｎ）・λ（ｒ＝３５ｍｍ，θ＝２０ｎ度）で表すことにする。さらに、位相差Ｒ（ｎ）・λにおける標準偏差σ・λは下記に示す式（５）で表現される。ただし、式（５）中のＲＭ・λは位相差Ｒ（ｎ）・λの平均値であり、式（６）で表される。下記の表２に、表１の条件ａ，条件ｄ，条件ｅ，条件ｈ，条件ｉ，条件ｌと同じ条件および溶着前の条件ｏにおける平均値ＲＭ・λおよび標準偏差σ・λを示す。
【００２４】
σ・λ ＝ √｛Σ（Ｒ（ｎ）・λ−ＲＭ・λ）２／１８｝            …（５）
ＲＭ・λ ＝ ΣＲ（ｎ）・λ／１８                               …（６）
式（５），（６）の数値１８は、前述のｎ＝０，１，…，１７の測定位置の数である。
【００２５】
【表２】
0003717274.tif 000003
【００２６】
図９は、標準偏差σ・λの荷重圧力Ｐ依存性を示すグラフである。グラフの横軸は荷重圧力Ｐ（単位はＭＰａ）であり、縦軸に標準偏差σ・λ（単位はｎｍ）である。図９によれば、荷重圧力Ｐが大きいほど、標準偏差σ・λも大きいことがわかる。さらにグラフから、荷重圧力Ｐが下記の式（７），式（９），式（１１）を満たすとき、標準偏差σ・λはそれぞれ式（８），式（１０），式（１２）を満たすことがわかる。
【００２７】
荷重圧力Ｐ ≧ ４．５ＭＰａ                                      …（７）
標準偏差σ・λ ≧ ２．４ｎｍ                                    …（８）
荷重圧力Ｐ ＜ ９．０ＭＰａ                                      …（９）
標準偏差σ・λ ＜ ４．６ｎｍ                                    …（10）
荷重圧力Ｐ ≦ ５．３ＭＰａ                                      …（11）
標準偏差σ・λ ≦ ２．６ｎｍ                                    …（12）
【００２８】
図１０はＣ／Ｎ（搬送波対雑音比）の位相差平均値ＲＭ・λ依存性を示すグラフであり、図１１はＣ／Ｎの標準偏差σ・λ依存性を示すグラフである。グラフの横軸は位相差平均値ＲＭ・λまたは標準偏差σ・λを示し、縦軸はＣ／Ｎを示す。図１０によれば、Ｃ／Ｎと位相差平均値ＲＭ・λとの間には相関はないが、図１１によれば、Ｃ／Ｎと標準偏差σ・λとの間には相関がある。すなわち、Ｃ／Ｎは位相差Ｒ・λの値そのものには依存せず、位相差Ｒ・λのばらつきに依存することを示している。また、標準偏差σ・λが上記の式（８），式（１０），式（１２）を満たすとき、Ｃ／Ｎはそれぞれ下記の式（１３），式（１４），式（１５）を満たすことがわかる。さらに、標準偏差σ・λが２．６ｎｍ以下ではＣ／Ｎがほぼ一定値であり、標準偏差σ・λが４．６ｎｍ以上ではＣ／Ｎがほぼ一定値４６．７ｄＢであり、その間の標準偏差σ・λの領域ではＣ／Ｎが急激に減少している。
【００２９】
Ｃ／Ｎ ≦ ４７．６８ｄＢ                                        …（13）
Ｃ／Ｎ ＞ ４６．７ｄＢ                                          …（14）
Ｃ／Ｎ ≧ ４７．６６ｄＢ                                        …（15）
【００３０】
上述の結果をまとめると、最低圧力Ｐ１＝４．５ＭＰａ以上、５．３ＭＰａ以下の荷重圧力Ｐでハブ３を基板２に超音波を照射すれば、確実に溶着される。また、最低圧力Ｐ１の２倍＝９．０ＭＰａ未満の荷重圧力Ｐでは、標準偏差σ・λは４．６ｎｍ未満になり、Ｃ／Ｎは４６．７ｄＢより大きくなる。さらに、最低圧力Ｐ１の１．１８倍（＝５．３／４．５）＝５．３ＭＰａ以下の荷重圧力Ｐでは、標準偏差σ・λは２．６ｎｍ以下になり、Ｃ／Ｎは４７．６６ｄＢ以上になる。
【００３１】
なお、上記の位相差Ｒ・λや標準偏差σ・λは、長さの単位で表現されているが、レーザ波長λ（前述のようにλ＝６３３ｎｍ）で割った数値を用いると、レーザ波長に拘わらず実現する数値として取り扱うことができる。特に、式（１２）は、前述の下記式（２）に換算される。
【００３２】
標準偏差σ ≦ ４．１１ × １０−３                              …（２）
【００３３】
【発明の効果】
以上のように発明によれば、特に溶着の影響を受けやすい基板内周部の一円周内における位相差Ｒ（ｒ，θ）は、基板とハブの突起部との超音波溶着時における突起部の内周側の下端Ｈにおいて計測される荷重圧力Ｐが、４．５ＭＰａ以上、５．３ＭＰａ以下であるとき、標準偏差σ≦４．１１×１０−３で表現される程度にばらつくので、ハブ溶着後のＣ／Ｎの低下量≦０．１４ｄＢとすることができ、従来の光ディスク（ハブを超音波溶着したものに限定）よりもＣ／Ｎが大きくなり、信号の再生精度を向上することができる。また、標準偏差σ≦４．１１×１０−３の領域では、比較的Ｃ／Ｎが変化し難く、ほぼ一定値をとるので、特に溶着の影響を受けやすい基板内周部において、Ｃ／Ｎの低下を防ぐことができる。
【００３４】
【００３５】
【００３６】
なお、光ディスクの記録密度をさらに高度化するためには、本発明が非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態である光ディスクを構成する基板２を示す図である。
【図２】  本発明の一実施形態である光ディスクを構成するハブ３を示す図である。
【図３】  ハブ３の基板２への溶着を示す図である。
【図４】  溶着時間の荷重圧力依存性を示すグラフである。
【図５】  溶着前の基板２に入射した光の位相差を示すグラフである。
【図６】  振幅Ａ＝３２μｍのときの位相差を示すグラフである。
【図７】  振幅Ａ＝３７μｍのときの位相差を示すグラフである。
【図８】  振幅Ａ＝４７μｍのときの位相差を示すグラフである。
【図９】  標準偏差の荷重圧力依存性を示すグラフである。
【図１０】  Ｃ／Ｎの平均位相差依存性を示すグラフである。
【図１１】  Ｃ／Ｎの標準偏差依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
２  基板
３  ハブ
Ｐ  荷重圧力
σ，σ・λ  位相差Ｒ，Ｒ・λの標準偏差
【図１】
0003717274.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003717274.tif 000012
【図１０】
0003717274.tif 000013
【図１１】
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