(57)【要約】【課題】内周部における複屈折を小さく抑えるとともに、内周から外周にかけての複屈折分布の変化や面内バラツキを抑制し、かつ、反りやうねりのない光ディスク基板を成形する。【解決手段】射出充填動作中に、型締め圧力検出部１２は型締め圧力を検出し、検出した型締め圧力を開き量可変制御部１６に出力する。開き量可変制御部１６は入力した型締め圧力が上昇開始を検出した時点で、射出充填動作中におけるキャビティ４の厚さを所定量開いて可動金型３の位置を一定に保つ制御を終了させ、型締め圧力が上昇することを抑えるように可動金型３の位置を後退させてキャビティ４の開き量を変化させるように型締め装置１１の動作を制御して、キャビティ４内を流動する樹脂の流動性を高める。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定金型と可動金型で形成されたキャビティに合成樹脂を射出充填して光ディスク基板を成形する光ディスク基板の成形装置において、
型締め装置の駆動制御部は、開き量設定部と型締め圧力検出部及び開き量可変制御部を有し、前記開き量設定部は、キャビティの開き量を設定し、前記型締め圧力検出部は、前記型締め装置で可動金型を移動して型締めを行っているときの型締め圧力を検出し、前記開き量可変制御部は、射出充填動作中に、前記型締め圧力検出部で検出した型締め圧力が上昇開始を検出した時点で、キャビティの厚さを所定量開いて可動金型の位置を一定に保つ制御を終了させ、前記型締め圧力検出部で検出している型締め圧力が上昇することを抑えるように型締め装置の動作を制御して前記可動金型の位置を可変することを特徴とする光ディスク基板の成形装置。
【請求項２】
固定金型と可動金型で形成されたキャビティに合成樹脂を射出充填して光ディスク基板を成形する光ディスク基板の成形装置において、
前記固定金型にキャビティ内を流動する樹脂の流動圧力を検出する流動圧力検出部を有し、
型締め装置の駆動制御部は、開き量設定部と開き量可変制御部を有し、前記開き量設定部は、キャビティの開き量を設定し、前記開き量可変制御部は、射出充填動作中に、前記流動圧力検出部で検出したキャビティ内を流動する樹脂の流動圧力が上昇することを抑制するように前記型締め装置の動作を制御して前記可動金型の位置を可変することを特徴とする光ディスク基板の成形装置。
【請求項３】
固定金型と可動金型で形成されたキャビティに合成樹脂を射出充填して光ディスク基板を成形する光ディスク基板の成形方法において、
射出充填動作中に、型締め圧力が上昇開始を検出した時点で、キャビティの厚さを所定量開いて可動金型の位置を一定に保つ制御を終了させ、検出している型締め圧力が上昇することを抑えるように型締め装置の動作を制御して可動金型の位置を可変することを特徴とする光ディスク基板の成形方法。
【請求項４】
固定金型と可動金型で形成されたキャビティに合成樹脂を射出充填して光ディスク基板を成形する光ディスク基板の成形方法において、
射出充填動作中に、キャビティ内を流動する樹脂の流動圧力が上昇することを抑制するように型締め装置の動作を制御して可動金型の位置を可変することを特徴とする光ディスク基板の成形方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の光ディスク基板の成形装置により成形されたことを特徴とする光ディスク基板。
【請求項６】
請求項５に記載の光ディスク基板により作製されたことを特徴とする光ディスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固定用金型と可動要金型で形成するキャビティ内に、ゲートから材料樹脂を射出充填して光ディスク基板を製造する成形装置と成形方法と製造された光ディスク基板及び光ディスク、特に薄板化させた大容量光ディスク基板の品質の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平８−６６９４５号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２２８３号公報
ＣＤやＭＯ等の様々な種類の光ディスクが読み取り専用と追記用及び書換え用のそれぞれの用途に応じて利用されている。この１枚の光ディスクに対してより大きな容量の情報を搭載することが要求されるようになり、例えばＤＶＤやＤＶＤ以上の大きな容量の情報を搭載した新たな光ディスクについての取り組みが進められている。この光ディスクの大容量化に対する光ディスク基板に関する取り組みとしては、ＣＤやＭＯのように光ディスク基板の厚さが１．２ｍｍであったのをＤＶＤでは０．６ｍｍと薄くしている。また、光ディスク基板上に情報を意味させたピット列や光ピックアップのトラッキッングのための案内溝をより緻密に転写させている。
【０００３】
このような光ディスクに用いられる基板は、生産効率やコストの点よりポリカーボネートを主とする樹脂を材料として射出成形法あるいは射出圧縮成形法で成形して作製されている。この光ディスク基板の成形方法はいずれも金型を閉止して形成したキャビティ内に溶融させた材料樹脂を充填する。そして金型外へ取り出し可能な温度になるまで溶融樹脂を金型内で冷却し固化させて所定の基板形状にまで成形する。この光ディスク基板を成形するキャビティ内には光ディスクに必要な情報がピット列あるいは案内溝として刻み込まれているスタンパがセットされており、溶融樹脂をキャビティ内へ充填してから固化させるまでの工程中に成形される光ディスク基板上にスタンパに刻まれた必要な情報を転写させる。金型内で成形された光ディスク基板は金型内における冷却工程が完了した後に金型外へ取り出され、成形以降の次工程へ受け渡される。
【０００４】
しかしながら大容量化を目的として光ディスクの基板の厚さが薄くなったため、キャビティ内に溶融樹脂を充填して光ディスク基板を成形するときの溶融樹脂の充填自体が困難となってしまった。そのため、より高密度化されたピット列や案内溝を基板上に忠実に転写させることはもちろん、光ディスク基板の特性として要求される小さな複屈折や良好な機械特性を実現させることも難しくなった。
【０００５】
この光ディスク基板を形成するポリカーボネート樹脂は、もともと分子配向を有しやすい性質を持ち、大容量化に伴う光ディスク基板を薄板化するためキャビティの厚さを小さくすると、射出充填されてキャビティ内を流動する樹脂の流動性が低下し、より大きな分子配向が材料樹脂内部に生じてしまう。このため成形された光ディスク基板の特性として要求される小さな複屈折にすることが困難になり、光ディスク基板に品質の劣化が生じてしまう。
【０００６】
この薄板化した光ディスク基板の複屈折による品質の劣化を回避するため、例えばＣＤ系光ディスクからＤＶＤ系光ディスクへ展開された際には、当初は、短時間に材料樹脂をキャビティ内に射出充填する高速射出充填方法が注目された。しかしながら高速射出充填方法だけではＤＶＤ系の光ディスク基板に要求される複屈折に対する品質を満足させることができないことが明らかになった。
【０００７】
このキャビティ厚さが薄くなったことに起因する材料樹脂の流動性の低下を回避する方法として、特許文献１に示された成形方法は、ピット列や案内溝の形態を有している必要な情報を光ディスク基板上に転写させるのに必要かつ十分な大きさの型締め力を、金型を閉止してキャビティを形成させた直後から加えるのではなく、射出充填動作中はキャビティを閉止する成形装置の型締め力を小さく設定して材料樹脂の射出充填圧力によってキャビティの厚さを拡げさせ、キャビティ厚さが厚くなっただけ材料樹脂の流動性を高めた状態でキャビティ内に材料樹脂を充填させる。そして射出充填完了後に転写性の確保等に必要な大きさの大きな型締め力をキャビティに加える多段型締め制御を行うようにしている。
【０００８】
特許文献１に示された成形方法は、材料樹脂の流動性を改善させるために、キャビティの厚さを拡げる操作を、材料樹脂の射出充填圧力を駆動源に使用して行っている。すなわち材料樹脂をキャビティ内に射出充填させる力の一部は、キャビティを閉止している成形装置の小さな型締め力に抗してキャビティを押しひろげる力として利用されている。これを流動する材料樹脂から見ると、キャビティの厚さを拡げる操作は、結果として自らの流動性の改善に寄与すると同時に流動動作を阻害する流動抵抗となる要因としても働く。
【０００９】
この流動抵抗を小さくするため、特許文献２に示された成形方法は、キャビティの厚さを拡げる操作を、射出充填圧力を用いるのでなく成形装置の型締め装置を使用して行うようしている。この成形方法は、キャビティを、成形する光ディスク基板の厚さより型締め装置を用いて所定量だけ開いた状態を形成して射出充填操作を開始する型位置制御方法を行うようにしている。そのため材料樹脂がキャビティ内を流動する際の流動性の改善を、材料樹脂の流動を阻害することなく得られるので、型位置制御方法で成形された光ディスク基板の複屈折分布は、図９の（ａ）に示すように、多段型締め制御により成形された光ディスク基板の複屈折分布（ｂ）より小さくすることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら光ディスク基板は、もともと分子配向を生じやすい性質を有しているポリカーボネート樹脂等を使用しているため、完全に複屈折を無くすことは困難である。特に光ディスク基板の内周部の複屈折を小さくすることは、前記型位置制御を用いた場合でも困難であった。その原因は調べた結果、射出充填動作が進行してキャビティ内に材料樹脂が充填されてキャビティ内を占めるにしたがい、先に充填された樹脂は、後から充填される樹脂がキャビティ内を流動する動作を阻害する流動抵抗の原因となって、その流動性を低下させると同時に自らの分子配向を強めてしまうことが明らかになった。例えば図１０の動作モニタ出力特性図に示すように、型締め装置でキャビティの厚さを所定量開いた状態に可動金型を停止させると、スクリューが前進を開始して材料樹脂をキャビティ内に射出充填する。そしてスクリュ−が前進を終えて射出充填動作が完了する直後のタイミングで、型締め装置で大きな型締め圧力を発生させると、可動金型はキャビティが本来の厚さとなる位置まで前進している。このときキャビティ内の樹脂には大きな圧力が発生し、この圧力を利用してピット列や案内溝の形態を有している必要な情報を光ディスク基板上に転写する。この射出充填動作中において型締め装置はキャビティの厚さを所定量開いた状態を保持している。この射出充填動作中において、射出充填動作がある程度進行した時点から型締め圧力が上昇する。これは可動金型の位置を一定位置に保持するように型締め圧力をフィードバック制御していることから、射出充填動作が進むに従って、動作初期に充填された材料樹脂が、後から充填されてキャビティ内を流動しようとする樹脂の流動を阻害するようになる。そこで後から充填されてキャビティ内を流動しようとする樹脂は、その射出充填圧力または流動圧力によってキャビティの厚さを押し広げようとするため、これを防止するため型締め圧力が上昇するのである。この型締め圧力の上昇により、キャビティ内を流動する樹脂の流動を阻害してしまう。すなわちキャビティ内に樹脂を充填するとき、キャビティ中心に設けたセンターゲートから外周部へ向かって材料樹脂が流動して充填されるので、キャビティ内周部である光ディスク基板の内周部には射出充填工程の最も早い時期に材料樹脂が充填されて冷却しスキン層を形成する。この内周部に充填された樹脂は、後から充填されて流動する樹脂に対して流動抵抗原因となると同時に、逆に後から充填して流動する樹脂の流動圧力によって自らの分子配向が強められる。その結果、光ディスク基板内周部の複屈折が大きくなってしまう。
【００１１】
この光ディスク基板内周部の複屈折が大きくなることを低減するために、型締め装置を用いて所定量キャビティを開いた状態で射出充填動作を開始する型位置制御で射出充填動作中におけるキャビティの開き量を徐々に大きく設定していくと、内周部の複屈折は開き量の増大に伴って小さくなる。しかしながらキャビティの開き量がある大きさになると、射出充填動作完了時においても材料樹脂がキャビティ全体に充填されないいわゆるショートショット現象を示すことが認められた。このショートショット現象になった場合でも、射出充填動作完了後にキャビティに大きな型締め力を加えることによりキャビティ厚さを所定の厚さまで狭めると、最終的には所定形状の光ディスク基板を成形できるが、図１１に示すように、成形された光ディスク基板２０には射出充填動作完了時におけるショートショット形状が光学的な歪み２１となって残留し、光ディスク基板として使用することはできない品質となってしまう。
【００１２】
また、光ディスク基板の内周部における複屈折を小さくさせる方法として、成形時におけるキャビティ温度をより高く設定したり、材料樹脂をより高い温度で溶融させてキャビティ内に射出充填する方法も採用されている。この方法は射出充填動作中における材料樹脂の冷却とスキン層の形成を抑制して、分子配向を生じにくくさせるものであるが、光ディスク基板の反りやうねりといった形状品質を悪化させる不具合を伴う。
【００１３】
この発明は、このような種々の不具合を解消し、内周部における複屈折を小さく抑えるとともに、内周から外周にかけての複屈折分布の変化や面内バラツキを抑制し、かつ、反りやうねりのない光ディスク基板を成形することができる成形装置と成形方法と製造された光ディスク基板及び光ディスクを提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の光ディスク基板の成形装置は、固定金型と可動金型で形成されたキャビティに合成樹脂を射出充填して光ディスク基板を成形する光ディスク基板の成形装置において、型締め装置の駆動制御部は、開き量設定部と型締め圧力検出部及び開き量可変制御部を有し、前記開き量設定部は、キャビティの開き量を設定し、前記型締め圧力検出部は、前記型締め装置で可動金型を移動して型締めを行っているときの型締め圧力を検出し、前記開き量可変制御部は、射出充填動作中に、前記型締め圧力検出部で検出した型締め圧力が上昇開始を検出した時点で、キャビティの厚さを所定量開いて可動金型の位置を一定に保つ制御を終了させ、前記型締め圧力検出部で検出している型締め圧力が上昇することを抑えるように型締め装置の動作を制御して前記可動金型の位置を可変することを特徴とする。
【００１５】
この発明の他の光ディスク基板の成形装置は、固定金型と可動金型で形成されたキャビティに合成樹脂を射出充填して光ディスク基板を成形する光ディスク基板の成形装置において、前記固定金型にキャビティ内を流動する樹脂の流動圧力を検出する流動圧力検出部を有し、型締め装置の駆動制御部は、開き量設定部と開き量可変制御部を有し、前記開き量設定部は、キャビティの開き量を設定し、前記開き量可変制御部は、射出充填動作中に、前記流動圧力検出部で検出したキャビティ内を流動する樹脂の流動圧力が上昇することを抑制するように前記型締め装置の動作を制御して前記可動金型の位置を可変することを特徴とする。
【００１６】
この発明のディスク基板の成形方法は、固定金型と可動金型で形成されたキャビティに合成樹脂を射出充填して光ディスク基板を成形する光ディスク基板の成形方法において、射出充填動作中に、型締め圧力が上昇開始を検出した時点で、キャビティの厚さを所定量開いて可動金型の位置を一定に保つ制御を終了させ、検出している型締め圧力が上昇することを抑えるように型締め装置の動作を制御して可動金型の位置を可変することを特徴とする。
【００１７】
この発明の他の光ディスク基板の成形方法は、固定金型と可動金型で形成されたキャビティに合成樹脂を射出充填して光ディスク基板を成形する光ディスク基板の成形方法において、射出充填動作中に、キャビティ内を流動する樹脂の流動圧力が上昇することを抑制するように型締め装置の動作を制御して可動金型の位置を可変することを特徴とする。
【００１８】
この発明の光ディスク基板は、前記光ディスク基板の成形装置により成形されたことを特徴とする。
【００１９】
この発明の光ディスクは、前記光ディスク基板により作製されたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の光ディスク基板の成形装置の構成図である。成形装置１は、図２の断面図に示すように、固定金型２と可動金型３で形成されたキャビティ４にスプルー５からポリカーボネート樹脂を射出充填して光ディスク基板を成形するものであり、ホッパー６に収納されたポリカーボネート樹脂をラム７の往復運動により加熱シリンダ８内に送り、加熱シリンダ８内で樹脂を溶融し、溶融した樹脂をスクリュー９により加熱シリンダ８のノズル１０から固定金型２と可動金型３で形成されたキャビティ４に射出充填し、充填した樹脂を冷却した後、型締めシリンダを有する型締め装置１１により可動金型３を後退させて型開きを行い光ディスク基板を成形する。
【００２１】
型締め装置１１には、図３の構成図に示すように、可動金型４の位置を規制してキャビティ４の開き量を制御しているときの型締め圧力を検出する型締め圧力検出部１２を有する。型締め装置１１の駆動制御部１３には、図４のブロック図に示すように、キャビティ４の開き量を設定する開き量設定部１４と、型締め圧力検出部１２で検出した型締め圧力を入力してキャビティ４の開き量を可変制御する開き量可変制御部１５を有する。
【００２２】
この成形装置１で例えば厚さが０．６ｍｍの光ディスク基板を成形するときに動作を、図５の成形装置１が動作中のスクリュー９の位置と射出充填圧力と型締め圧力及び可動金型３の位置の変化特性を示す動作モニタ出力特性図を参照して説明する。
【００２３】
射出充填を開始するに際して、開き量設定部１４にキャビティ４の開き量を所定の範囲内に設定し、設定した開き量により型締め装置１１により可動金型３の位置を規制して射出充填動作を開始する。この射出充填動作中に、型締め圧力検出部１２は型締め圧力を検出し、検出した型締め圧力を開き量可変制御部１６に出力する。開き量可変制御部１６は入力した型締め圧力が上昇開始を検出した時点Ａで、射出充填動作中におけるキャビティ４の厚さを所定量開いて可動金型３の位置を一定に保つ制御を終了させ、型締め圧力が上昇することを抑えるように可動金型３の位置を後退させてキャビティ４の開き量を変化させるように型締め装置１１の動作を制御する。このように射出充填動作の途中から可動金型３の位置が後退することにより、射出充填動作中における型締め圧力が上昇することを抑制し、キャビティ４内を流動する樹脂の流動性を高めることができ、高い射出充填圧力も必要なしで光ディスク基板を成形することができる。
【００２４】
このように射出充填動作中にキャビティ４内を流動する樹脂の流動性を高めることにより、成形された光ディスク基板に生じる複屈折を小さくして品質の良い光ディスク基板を成形することができる。この射出充填動作中にキャビティ４内を流動する樹脂の流動性を高めて成形した光ディスク基板と従来の成形方法で成形した光ディスク基板に発生する複屈折を図６に示す。図６に示すように、この発明により成形した光ディスク基板は発生する内周部から外周部までの複屈折の分布Ａを従来の成形方法で成形した光ディスク基板に発生する内周部から外周部までの複屈折の分布Ｂと比べて大幅に改善することができた。
【００２５】
前記説明では型締め圧力検出部１２で検出した型締め圧力により、射出充填中に可動金型３の位置を可変する場合について説明したが、図７に示すように、固定金型２にキャビティ４内を流動する樹脂の流動圧力を検出する流動圧力検出部１６を設け、流動圧力検出部１６で検出した流動圧力により射出充填中に可動金型３の位置を可変するようにしても良い。
【００２６】
この場合、型締め装置１１の駆動制御部１３に、図８のブロック図に示すように、圧力波形記憶部１７を設け、圧力波形記憶部１７に、図５の動作モニタ出力特性図に示す成形装置１が動作中のスクリュー９の位置と射出充填圧力と型締め圧力及び可動金型３の位置の最適な変化特性をあらかじめ記憶しておく。そして射出充填動作中に、開き量可変制御部１５は、流動圧力検出部１６で検出したキャビティ４内を流動する樹脂の流動圧力が圧力波形記憶部１７に記憶した射出充填圧力と一致するように可動金型３の位置を後退させてキャビティ４の開き量を変化させる。
【００２７】
このようにキャビティ４内の樹脂の流動圧力を直接検出して可動金型３の位置を可変してキャビティ４の開き量を変化させることにより、型締め装置１１の型締めシリンダに供給する作動圧を変化させないで可動金型３の位置を可変することができ、成形動作の繰り返し安定性をより良好にすることができ、成形された光ディスク基板の品質のバラツキを小さくすることができる。
【００２８】
この品質の良い光ディスク基板を使用して光ディスクを作製することにより、高品質の光ディスクを安定して作製することができる。
【００２９】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、射出充填動作中に、型締め圧力が上昇開始を検出した時点で、キャビティの厚さを所定量開いて可動金型の位置を一定に保つ制御を終了させ、検出している型締め圧力が上昇することを抑えるように型締め装置の動作を制御して可動金型の位置を可変するようにしたから、射出充填動作中にキャビティ内を流動する樹脂の流動性を高めることができ、成形された光ディスク基板に生じる複屈折を小さくして品質の良い光ディスク基板を成形することができる。また、成形した光ディスク基板に発生する内周部から外周部までの複屈折の分布を大幅に改善することができ、肉厚の薄い光ディスク基板を高品質に作製することができる。
【００３０】
また、射出充填動作中に、キャビティ内を流動する樹脂の流動圧力を検出して、流動圧力が上昇することを抑制するように型締め装置の動作を制御して可動金型の位置を可変することにより、型締め装置の型締めシリンダに供給する作動圧を変化させないで可動金型の位置を可変することができ、成形動作の繰り返し安定性をより良好にして、成形された光ディスク基板の品質のバラツキを小さくすることができる。
【００３１】
この成形装置で成形した光ディスク基板は、内周部における複屈折を小さく抑えるとともに、内周から外周にかけての複屈折分布の変化や面内バラツキを抑制し、かつ、反りやうねりのない良質な光ディスク基板を提供することができる。
【００３２】
また、この光ディスク基板により作製された光ディスクは、品質が良好であり、幅広いアプリケーションに対して安定して利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光ディスク基板の成形装置の構成図である。
【図２】固定金型と可動金型を示す断面図である。
【図３】固定金型と可動金型及び型締め装置の構成図である。
【図４】型締め装置の駆動制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】成形中の動作モニタ出力特性図である。
【図６】光ディスク基板に発生する複屈折の分布図である。
【図７】他の固定金型と可動金型を示す断面図である。
【図８】型締め装置の他の駆動制御部の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の成形方法で成形した光ディスク基板に発生する複屈折の分布図である。
【図１０】従来の成形方法で成形中の動作モニタ出力特性図である。
【図１１】従来の成形方法で成形した光ディスク基板の光学歪を示す模式図である。
【符号の説明】
１；成形装置、２；固定金型、３；可動金型、４；キャビティ、
５；スプルー、６；ホッパー、８；加熱シリンダ、９；スクリュー、
１０；ノズル、１１；型締め装置。１２；型締め圧力検出部、
１３；駆動制御部、１４；開き量設定部、１５；開き量可変制御部、
１６；流動圧力検出部、１７；圧力波形記憶部。
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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