(57)【要約】【課題】光ディスクを高品質に且つ短時間で成形できる光ディスク成形方法及びその成形金型、並びに光ディスク成形品を提供すること。【解決手段】スタンパ６に対向する可動金型３の表面に微小突起９を設け、樹脂と可動金型３の表面との接触面積を増加させることにより、冷却固化時間を短くして成形サイクルを短縮することが可能になり、また微小突起９の設置場所によりその形状を変化させることにより、光ディスク成形品の反り解消が可能となる。【選択図】図１
2006239983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定金型と可動金型からなる成形金型の一方の金型に装着したスタンパと、前記スタンパと対向する他方の金型とから形成される空間に溶融熱可塑性材料を充填させて光ディスク成形品を成形する光ディスク成形金型において、前記スタンパと対向する他方の金型の鏡面部に微小突起を設けたことを特徴とする光ディスク成形金型。
【請求項２】
他方の金型の鏡面部に設けた微小突起の寸法を、スタンパピットの２０分の１から５分の１の寸法としたことを特徴とする請求項１記載の光ディスク成形金型。
【請求項３】
他方の金型の鏡面部に設けた微小突起の寸法を、光ディスク成形品の内周側から外周部に向けて段階的、もしくは、連続的に小さく設定したことを特徴とする請求項１記載の光ディスク成形金型。
【請求項４】
他方の金型の鏡面部に設けた微小突起の寸法を、前記他方の金型内に設けた冷却回路の設置部位と非設置部位において異なる寸法に設定したことを特徴とする請求項１記載の光ディスク成形金型。
【請求項５】
他方の金型の鏡面部が断熱材からなることを特徴とする請求項１〜４記載の光ディスク成形金型。
【請求項６】
固定金型と可動金型からなる成形金型の一方の金型に装着したスタンパと、前記スタンパと対向する他方の金型とから形成される空間に溶融熱可塑性材料を充填させて光ディスク成形品を成形する光ディスク成形方法において、前記溶融熱可塑性材料充填後の保圧工程にて型締量を増加させ型締圧力を上昇させることを特徴とする光ディスク成形方法。
【請求項７】
請求項１〜５に記載の成形金型を用いて成形された光ディスク成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクの成形における光ディスク成形方法及びその成形金型、並びに光ディスク成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、光ディスクは溶融した熱可塑性樹脂を金型に形成された所定空間に射出した後金型内にて冷却することにより成形されている。このような光ディスク成形金型を図１１に示す。
【０００３】
図１１に示す光ディスク成形金型１は、一対の金型として固定金型２と可動金型３とからなり、前記固定金型２は位置不動に支持されており前記可動金型３は前記固定金型２と離接自在に支持されている。
【０００４】
前記固定金型２は、円盤状に形成され、外周部に段差４と中央部に樹脂材料の射出用のノズル孔５が設けられ、このノズル孔５にホッパー（図示せず）が連結されている。また、情報原盤であるスタンパ６が装着されている。
【０００５】
前記可動金型３も、円盤状に形成され、外周部に段差７と中央部にパンチ８が設けられている。そして、前記可動金型３を前記固定金型２に接合させると、可動金型３の前記段差７と固定金型２の前記段差４が密着し、前記スタンパ６に対向するキャビティ１０が形成される。なお、前記光ディスク成形金型１には、冷媒が循環される多数の流路１１および１２が内部に形成されており、これらの流路には冷媒循環用の温調機（図示せず）が連結されている。
【０００６】
次に、上述のような構造の光ディスク成形金型１による光ディスクの成形方法を以下に説明する。
【０００７】
先ず、固定金型２から可動金型３を離反させ、この固定金型２にスタンパ６を装着する。次に可動金型３を固定金型２に一体に接合させてキャビティ１０を形成し、このキャビティ１０にノズル孔５から溶融した樹脂材料（図示せず）を射出する。
【０００８】
この射出の完了後にノズル孔５のゲートをパンチ８により閉止し、キャビティ１０に射出された樹脂材料を金型とともに冷媒により強制的に冷却する。この冷却により樹脂材料は凝固するので、この凝固後に可動金型３を固定金型２から離反させ、固定金型２表面に付着した樹脂材料を金型中心からのエアーブロー（図示せず）により剥離させることによって、凝固した樹脂材料としての光ディスクが得られる。
【０００９】
上述した光ディスク成形金型１による成形方法においては、キャビティ１０に射出した樹脂材料を凝固させて光ディスクを得る。このように光ディスクを成形する場合、樹脂温度は射出充填時の樹脂の固化温度より高く、凝固時には取出し可能な温度より低くなっていることが望ましい。つまり、樹脂材料温度が固化温度より高いと、樹脂のキャビティ１０内での流動性が高いためスタンパ６への転写性が向上し、スタンパ凹凸に近いピット形状が得られ、複屈折や反射率等の光ディスク特性が良化する。また、樹脂材料温度が取出し時に凝固温度以下になっていないと、成形基板を取出す時に変形し、チルト（反り）特性が悪化する。
【００１０】
また、射出充填時の溶融樹脂はキャビティ１０との接触部分から固化層が発達するため、内周部と外周部で温度差が生じ、スタンパの溝やピットの均一で良好な転写が困難になり、成形サイクルを短くするほど傾向が顕著になる。さらに、キャビティ１０を冷却する温調水流路１１および１２は、一般にスパイラル状に構成されているが、キャビティの温調水流路の設置部位対向部と非設置部位対向部で基板の温度差が生じ、ピットの変形による離型むらが発生し、ジッターや反射率などの光ディスクの電気特性を悪化させる。
【００１１】
上記、課題を解決するために、キャビティ１０表面の温度分布を均一に制御する方法が提案されており、キャビティの内周と外周で独立して温調する構成や（例えば、特許文献１、特許文献２参照）、温調水流路をキャビティの半径方向に変化させる構成（例えば、特許文献３参照）などが知られている。
【特許文献１】特開平０２−１３４２２６号公報
【特許文献２】特開平０５−２１２７６５号公報
【特許文献３】特開平０１−２７８３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の構成では、成形品ごとに使用する金型が必要になったり、温調水流路の変更などにより製造コストが高くなるという欠点がある。
【００１３】
また、特開２０００−８２６号公報に開示された成形装置では、キャビティの表面において弱冷却しようとする部分に対応する温調水流路の壁面の熱伝導率を、強冷却しようとする部分に対応する温調水流路の壁面の熱伝導率より低くする方法が提案されている。しかし、上記の方法では、キャビティから温調水流路間の金型部全てを温度一定化させることになり、金型部の熱容量が大きいため、射出充填時の固化温度より高く、凝固時には取出し可能な温度より低くする温度制御の応答性が悪く、成形サイクルを短くすることが困難で、光ディスクの生産性が低下するという課題を有していた。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷却むらによるピットの収縮差によるスタンパからの離型時のピット変形を解消することができ、光ディスクの光学特性を向上させることができるとともに、冷却固化工程の時間短縮を可能とする光ディスク成形金型及び光ディスク成形品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の光ディスク成形金型は、固定金型と可動金型からなる成形金型の一方の金型に装着したスタンパと、前記スタンパと対向する他方の金型とから形成される空間に溶融熱可塑性材料を充填させて光ディスク成形品を成形する光ディスク成形金型において、前記スタンパと対向する他方の金型の鏡面部に微小突起を設けたことを特徴とする。
【００１６】
本構成によって、溶融熱可塑性材料を光ディスク成形体に成形するためのスタンパを含む成形金型において、スタンパに対向する他方の金型の鏡面部に微小突起を設けることにより、樹脂と他方の金型の鏡面部との接触面積を増加させ、樹脂冷却速度を速くすることにより、冷却固化工程を短く設定することが可能になり、成形サイクル短縮を実現することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項２記載の光ディスク成形金型は、請求項１記載の光ディスク成形金型において、他方の金型の鏡面部に設置する微小突起のピッチ及び高さを、金型に設置するスタンパピットの２０分の１から５分の１の寸法である突起に調整したものである。
【００１８】
本構成では、微小突起の幅及び高さをスタンパ表面の微細形状に対して小さな形状にする事により、光ディスクとしての特性に影響が及ばないこととなる。光ディスクは記録面に転写されたスタンパ形状にレーザを照射させて情報内容の記録再生を行うが、その際にレーザ光パワーが減衰すると正常に記録再生を行うことができない。そのため、微細突起は散乱などによるレーザ光パワーを減衰させない形状にするため、スタンパ形状の２０分の１から５分の１に設定し、微細突起のディスク特性への悪影響を解消した。
【００１９】
また、本発明の請求項３記載の光ディスク成形金型は、請求項１記載の光ディスク成形金型において、ディスク内周側から外周部に向けて微小突起の寸法を段階的、もしくは、連続的に小さく設定し、ディスク内外周の樹脂冷却固化速度を調整可能にしたものである。
【００２０】
本構成によって、微小突起の大きさをディスク内周側と外周側で変化させたことにより、内外周部での樹脂固化冷却速度を制御することが可能となり、固定金型と可動金型から形成される空間に溶融した熱可塑性樹脂を充填させる際、ディスク中央部から樹脂を流動させるため、樹脂は金型に熱を奪われながら外周部へ充填される。そのため樹脂充填完了時におけるディスク内周部の樹脂温度は外周部に比べて高くなっている。そこで微小突起を外周側に比べて内周側ほど大きくすることにより内周側の樹脂接触面積が増加し、冷却速度を速めることができる。これにより冷却工程の短縮化、つまり成形サイクルの短縮化、及び、ディスク内外周の均一冷却による歪み低減によるディスクのそり解消が可能となる。
【００２１】
また、本発明の請求項４記載の光ディスク成形金型は、請求項１記載の光ディスク成形金型において、他方の金型の鏡面部に設けた微小突起の寸法を、他方の金型内に設けた冷却回路の設置部位と非設置部位において異なる寸法に設定したものである。
【００２２】
本構成によって、他方の金型の鏡面部に設置する微小突起の大きさの設定に際し、樹脂冷却用の冷却回路の設置部位と非設置部位において寸法を変化させることにより、従来金型において冷却回路の設置部位と非設置部位で温調回路との距離が異なることによる冷却速度の違いから生じる冷却ムラが解消され、スタンパ形状の転写ムラ解消、及び、ディスク外観の向上が可能である。
【００２３】
また、本発明の請求項５記載の光ディスク成形金型は、請求項１〜４記載の光ディスク成形金型において、他方の金型の鏡面部が断熱材からなることを特徴とする。また、必要に応じて金型コア表面以外にスタンパ裏面にも断熱材を導入すると、効果的である。
【００２４】
本構成によって、他方の金型の鏡面部の材質として断熱材を用いることにより、樹脂充填時の樹脂温度が高く樹脂粘度が低くなり剪断歪による複屈折を低下させ、冷却固化工程においてディスク両面の冷却固化速度を同等にする事によるディスク反りの解消が可能である。
【００２５】
また、本発明の請求項６記載の光ディスク成形方法は、固定金型と可動金型からなる成形金型の一方の金型に装着したスタンパと、前記スタンパと対向する他方の金型とから形成される空間に溶融熱可塑性材料を充填させた後の保圧工程において、型締量を増加させ、型締圧力を上昇させることを特徴とする。
【００２６】
本構成によって、他方の金型の鏡面部に設置した微小突起の転写性を向上させることにより樹脂冷却を促進させることが可能である。
【００２７】
また、本発明の請求項７記載の光ディスク成形品は、請求項１〜５に記載の成形金型を用いて成形された光ディスク成形品であり、冷却むらによるピットの収縮差によるスタンパからの離型時のピット変形がなく、キャビティ表面の温度差による基板のそりも解消された、光学特性の良好な光ディスク成形品を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明の光ディスク成形方法及びその成形金型、並びに光ディスク成形品によれば、金型表面において、射出充填時の樹脂温度の高い箇所である強冷却部に大きな突起を、樹脂温度の低い個所である弱冷却部に小さな突起を配置することにより、冷却むらによるピットの収縮差によるスタンパからの離型時のピット変形を解消することができ、光ディスクの光学特性を向上させることができる。また冷却固化工程の短縮が期待できる。
【００２９】
また微小突起を形成する金型表面を断熱材を用いて構成することにより、キャビティ表面温度を一方の金型側と他方の金型側とで等しくすることができ、キャビティ表面の温度差による基板のそりを解消することができ、光ディスクの光学特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光ディスク成形金型の縦断面図である。なお、本実施形態における光ディスク成形金型に関し、従来例として図１１に示した光ディスク成形金型と同一の部分は、同一の名称及び符号を用い、詳細な説明は省略する。
【００３２】
図１に示す光ディスク成形金型１５は、一対の金型として固定金型２と可動金型３からなり、固定金型２は位置不動に支持されており、可動金型３は固定金型２にガイド部を持って接離自在に支持されている。前記固定金型２は、円盤状に形成され、外周部に段差４と中央部に樹脂材料の射出用のノズル孔５が設けられ、このノズル孔５にホッパー（図示せず）が連結されている。また、情報原盤であるスタンパ６が固定金型２に装着されている。可動金型３も、円盤状に形成され、外周部に段差７と中央部にパンチ８が設けられている。そして、可動金型３を固定金型２に突き合わせることにより、可動金型３の段差７と固定金型２の段差４が密着し、スタンパ６に対向するキャビティ１０が形成される。
【００３３】
固定金型２の背面部、および、可動金型３の背面部には、キャビティ１０の表面冷却用の温調水流路１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１２ａ、１２ｂ、１２ｃが順次接続されスパイラル状に１本の流路を形成しており、これらの流路には冷媒循環用の温調機（図示せず）が連結されている。
【００３４】
また、スタンパ６が固定金型２に構成され、スタンパ６を設けない可動金型側３のスタンパ６に対向する鏡面部に微小突起９が構成される。この微小突起９は図２に示すように構成されており、その寸法をスタンパ６に設けられた凹凸形状を有するスタンパピットの寸法の２０分の１〜５分の１にした。
【００３５】
このような構成により、光ディスク成形金型１５を用いて行う光ディスクの成形について以下に説明する。
【００３６】
光ディスク成形の場合、スタンパ形状を樹脂に転写させるために、樹脂の分解温度近くまで（例えばポリカーボネートの場合３３０℃以上）溶融した樹脂を、樹脂の軟化点以下の温度（例えばポリカーボネートの場合１２０〜１４０℃前後）のキャビティ１０内に０．１〜０．３秒程度の短時間で射出し、スタンパ６の形状を樹脂に転写した後、樹脂を数秒オーダーで冷却固化させ、可動金型３を開き光ディスク成形品を取出す。溶融樹脂はキャビティ面と接触することにより、樹脂の熱が金型本体を伝熱し、温調水流路１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１２ａ、１２ｂ、１２ｃを循環する温調水との間で熱交換が行われ冷却固化されることにより光ディスク成形品が成形される。
【００３７】
ここで（表１）に、今回成形した光ディスク成形品の溝のピッチ及び１ｍｍ2当たりの近似表面積を示す。またその溝形状に成形する場合のサイクル６ｓｅｃにおける光ディスク成形品取出し温度及びそのときのＴａｎ．Ｔｉｌｔの関係を図３に示す。図３によれば、表面積が広くなるほどディスク内周部の冷却効果が向上し、光ディスク成形品取出し時の温度が低下する傾向が確認出来き、同時にＴａｎ．Ｔｉｌｔが良化した。
【００３８】
さらにこれまでサイクルの短縮化を行おうとしても、樹脂の冷却不足によるＴａｎ．Ｔｉｌｔの悪化が原因で不可能であったが、本実施形態において適用した溝形状の成形においてサイクルの短縮化を試みた結果、図４に示すように表面積の増加に伴って成形サイクルの短縮化を可能にすることができた。
【００３９】
【表１】
2006239983.tif 000003
【００４０】
その際、微小突起９の効果により樹脂と金型表面との接触面積が増加することにより冷却固化に要する時間が従来と比べて１〜２秒短縮できた。
【００４１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における光ディスク成形金型について、図５に基づいて以下に説明する。図５に示す光ディスク成形金型においては、図１に示す光ディスク成形金型において、可動金型３の微小突起９の寸法をディスク内周から外周に向けて徐々に小さくした。具体的にはスタンパ６の形状として、図１に示す光ディスク成形金型においてはピッチが３００μｍ、高さが８０μｍであったのに対して、図５に示す光ディスク成形金型においてはディスク半径方向に２３〜３５ｍｍの区間はピッチを６０μｍ、高さを１５μｍに、３５〜５０ｍｍの区間はピッチを３０μｍ、高さを８μｍに、５０〜６０ｍｍの区間はピッチを１５μｍ、高さを５μｍにした微小突起９を構成した。
【００４２】
また図６（ａ）、(ｂ)に示すように、サイクル４ｓｅｃにて成形した際の光ディスク成形品取出し時のディスク表面温度を測定した結果、微小突起９の効果によりディスク内周と外周の温度差が減少する事を確認し、それに伴いディスクの反りが低下した。つまり、この半径方向に微小突起９の形状寸法を操作してディスク内周と外周の温度冷却を均一化することにより、ディスクの反りを解消することができる。
【００４３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における光ディスク成形金型について、図７に基づいて以下に説明する。図１に示す光ディスク成形金型１５において、可動金型３の微小突起９を図７に示す様に微小突起９の裏に配置される温調水流路の設置ピッチと同間隔で大きさの大きい突起と小さい突起を交互に配置し、温調水流路の設置部位２０には小さい突起を、非設置部位２１には大きい突起になる様に配置した。その際大きい突起寸法はピッチ６０μｍ高さ１５μｍに、小さい突起は高さ１５μｍ高さ４μｍの微小突起９とした。
【００４４】
この寸法の異なる微小突起９の配置の仕方により、温調水流路１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１２ａ、１２ｂ、１２ｃの設置部位２０、非設置部位２１における冷却バラツキが解消された結果、光ディスク成形品の転写ムラ及び外観ムラが解消した。
【００４５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における光ディスク成形金型について、図８に基づいて以下に説明する。実施の形態１〜３で用いた光ディスク成形金型１５において、キャビティ１０を形成する可動金型３の表面の微小突起９を構成する材料として断熱材２３を用いた。この断熱材２３として、アモルファスカーボンを用いたが、他の断熱材、たとえばセラミックスや耐熱性樹脂でも可能である。また必要に応じて耐摩耗性の為に表面にコーティング処理を施すのも効果的である。
【００４６】
樹脂冷却固化工程において、既述の従来の光ディスク成形金型１５では、固定金型２、可動金型３に使用する型材料の容量に起因する熱容量差により、固定金型２側の方が可動金型３側より冷却速度が遅い傾向があり、その結果発生するディスク成形品の反りという問題に対し、可動金型３の表面に導入した断熱材２３の効果により、固定金型２側と可動金型３側の冷却速度を均一化させ、ディスク成形品の反りを解消することができる。この際、断熱材２３の厚み、材質を変化させることによりディスク成形品の反りを調整することも可能である。
【００４７】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５における光ディスク成形金型について、図９に基づいて以下に説明する。実施の形態１〜４に記載した光ディスク成形金型１５を用いて光ディスク成形品を成形する際に、射出工程時は所定の型締めプロセスにて型を締めた後、保圧工程時においてまだ樹脂が完全に冷却固化していない状態でさらに型を締める工程を設けた。所定のピッチ・深さ寸法にて設定した金型を用い、冷却工程における型圧縮力と取り出し時のディスク成形品の内周部温度を測定した結果、図１０に示す様に型圧縮力を強くするほどディスク成形品の内周温度が低下する傾向がある。これは樹脂冷却速度が速くなったことを示しており、この工程を設けることにより可動金型３の表面に形成した微小突起９の転写性を上げ、樹脂との接触面積が向上した結果、樹脂冷却時間の短縮を実現した。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の光ディスク成形方法及びその成形金型、並びに光ディスク成形品は、冷却むらによるピットの収縮差によるスタンパからの離型時のピット変形を解消することができるため、光ディスクの光学特性を向上させることができる。また冷却固化工程の時間短縮が可能となる。
【００４９】
さらに微小突起を形成する金型表面を断熱材を用いて構成することにより、キャビティ表面温度を一方の金型側と他方の金型側とで等しくすることができ、キャビティ表面の温度差による基板のそりを解消することができ、光ディスクの光学特性を向上させることができ、薄板状のディスク成形品の成形に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１における光ディスク成形金型の縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１における光ディスク成形金型の要部縦断面図
【図３】本発明の実施の形態１における光ディスク成形品取出し温度とＴａｎ．Ｔｉｌｔの関係を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態１における光ディスク成形品の溝の表面積と成形サイクルとの関係を示すグラフ
【図５】本発明の実施の形態２における光ディスク成形金型の要部縦断面図
【図６】本発明の実施の形態２における光ディスク成形品の半径方向温度差を示すグラフであり（ａ）は半径方向の各位置における表面温度を示すグラフ（ｂ）は半径方向の各位置におけるＴａｎ．Ｔｉｌｔの値を示すグラフ
【図７】本発明の実施の形態３における光ディスク成形金型の要部縦断面図
【図８】本発明の実施の形態４における光ディスク成形金型の縦断面図
【図９】本発明の実施の形態５の光ディスク成形における成形工程の経過時間と、型締め量との関係を示すグラフ
【図１０】本発明の実施の形態５の光ディスク成形における冷却工程の型圧縮力と光ディスク成形品の内周部温度との関係を示すグラフ
【図１１】従来の光ディスク成形金型の縦断面図
【符号の説明】
【００５１】
２      固定金型
３      可動金型
６      スタンパ
９      微小突起
１０    キャビティ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ    温調水流路
１５    光ディスク成形金型
【図１】
2006239983.tif 000004
【図２】
2006239983.tif 000005
【図３】
2006239983.tif 000006
【図４】
2006239983.tif 000007
【図５】
2006239983.tif 000008
【図６】
2006239983.tif 000009
【図７】
2006239983.tif 000010
【図８】
2006239983.tif 000011
【図９】
2006239983.tif 000012
【図１０】
2006239983.tif 000013
【図１１】
2006239983.tif 000014